一种温室植物动态补光控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种温室植物动态补光控制方法，预设植物生长正常荧光参数阈值区间，实时采集温室植物生长环境信息参数，采用调制式荧光检测仪根据实时采集的温室植物生长环境信息参数分析计算出植物生长的实际荧光参数，将调制式荧光检测仪分析计算出的实际荧光参数和预设荧光参数阈值区间进行对比，若实际荧光参数在预设荧光参数阈值区间内，则关闭补光装置；若实际荧光参数不在预设荧光参数阈值区间内，则根据实际荧光参数计算出植物生长所需光源的亮度和光颜色比例，进而通过可编程恒流源控制LED灯组进行动态补光。
【专利说明】一种温室植物动态补光控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种动态补光系统，尤其涉及一种温室植物动态补光控制方法，属于控制领域。
【背景技术】
[0002]光合作用是是生物界所有物质代谢和能量的物质基础，植物在光合作用的原初反映，将吸收光能是以较大的荧光方式释放的，因此叶绿素荧光与光合作用有着十分密切的关系。近30年来，LED人工光源在设施园艺、植物设施栽培、太空农业中的研究已经在全世界范围内引起广泛关注。通过不同光质对草莓、兰花等植物的研究结果表明，红光对植物形态、调节株高具有重要的影响，对叶片的生长过程会有促进作用，植物的叶、茎与叶柄会伸长，但叶绿素含量较低，生长指标和干物质积累也会降低。蓝光对光合作用的调控作用主要集中在气孔的开启、叶绿体的分化以及调节光合作用酶的活性等。POSPA等研究发现在单色蓝光LED作用下，叶绿素含量最高，叶片气孔数最多。目前，在复合光谱对植物光合生理特性的研究中，红蓝光LED组合对植物的生长发育过程能产生积极影响，由于单色光处理，因此该系统以红蓝光组合作为番茄生长的辅助光源。通过软件对上位机、可编程电源控制的LED阵列以及MINIPAM调制荧光仪进行闭环控制，分析在何种光照条件下最有利于番茄的生长。
[0003]植物都需要阳光的照射才能生长的更加茂盛。光对植物生长的作用是促进植物叶绿素吸收二氧化碳和水等养份，合成碳水化合物。但现代科学可以让植物在没有太阳的地方更好地生长，人们掌握了植物对太阳需要的内在原理，就是叶片的光合作用，在叶片光合作用时需要外界光子的激发才可完成整个光合过程，太阳光线就是光子激发的一过供能过程。人为的创造光源也同样可以让植物完成光合过程，现代园艺或者植物工厂内都结合了补光技术或者完全的人工光技术。科学家发现不同波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的，植物光合作用需要的光线，波长在400-700nm左右。400_500nm(蓝色)的光线以及610-720nm (红色)对于光合作用贡献最大。蓝色(470nm)和红色(630nm)的LED,刚好可以提供植物所需的光线，因此，LED植物灯，比较理想的选择就是使用这两种颜色组合。在视觉效果上，红蓝组合的植物灯呈现粉红色。蓝色光能促进绿叶生长；红色光有助于开花结果和延长花期。
[0004]例如申请号为“201210117705.2”的一种仿生态的植物生长补光LED光源领域，具体涉及LED植物生长光源是包括基板、LED晶片和透明胶体，LED晶片和透明胶体设在基板上，透明胶体包覆在LED晶片上，在透明胶体内均匀分布有彩色荧光粉，该光源是由同时发射蓝光和红光的LED组成，或由蓝紫光LED和红橙光LED组合而成，其发光光谱是位于380nm-500nm蓝紫光区和580nm-700nm的红橙光区，且发射峰位置可调，该光谱与植物的光合作用吸收光谱非常吻合，将封装好的LED组装成照明灯具用于农业，不仅能明显提高作物产量，而且能缩短作物生长周期、改善作物品质，且该光源具有节能、环保、耐用、使用寿命长等优点，具有巨大的应用价值和市场前景。
[0005]又如申请号为“201210303180.1”的一种LED植物促生长系统，该发明通过采用驱动电源、LED光板、采样模块、存储模块、计算模块、控制模块，实现对植物生长环境光照的信息采集，并与存储在存储模块中的不同植物在不同生长周期所需的光源信息进行对比和计算，根据计算结果由控制模块控制LED光板上不同的LED光源，对植物的生长环境进行科学补光，从而促进植物的快速生长，采用该发明即使是在无太阳光照的晚上或者太阳光照严重不足的阴、雨、雪、雾等天气，都能为植物提供光合作用所需的光。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是针对【背景技术】的不足提供了一种温室植物动态补光控制方法，其结构简单，且能够根据植物的生长状态自动控制LED灯组提供植物所需最佳光亮和光颜色比例的动态补光系统。
[0007]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种温室植物动态补光控制方法，具体包含如下步骤:
步骤1，预设植物生长正常荧光参数阈值区间；
步骤2，实时采集温室植物生长环境信息参数；
步骤3，采用调制式荧光检测仪根据实时采集的温室植物生长环境信息参数分析计算出植物生长的实际荧光参数；
步骤4，将调制式荧光检测仪分析计算出的实际荧光参数和预设荧光参数阈值区间进行对比，若实际荧光参数在预设荧光参数阈值区间内，则关闭补光装置；若实际荧光参数不在预设荧光参数阈值区间内，则根据实际荧光参数计算出植物生长所需光源的亮度和光颜色比例，进而通过可编程恒流源控制LED灯组进行动态补光。
[0008]作为本发明一种温室植物动态补光控制方法的进一步优选方案，在步骤3中，所述调制式荧光检测仪的型号为MIN1-PAM。
[0009]作为本发明一种温室植物动态补光控制方法的进一步优选方案，在步骤4中，所述可编程恒流源的型号为JBP-7510。
[0010]作为本发明一种温室植物动态补光控制方法的进一步优选方案，在步骤4中，所述LED灯组包含多个均匀排列的LED灯。
[0011]作为本发明一种温室植物动态补光控制方法的进一步优选方案，所述相邻LED灯间距为ICtam。
[0012]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
1、本发明方法简单、易于实现；
2、采用调制式荧光检测仪实时计算分析植物生长所所需的最佳光亮和光颜色比例；
3、采用可编程恒流源实时控制LED灯组的输出电流和光颜色比例；
4、能够根据植物的生长状态自动控制LED灯组提供植物所需最佳光亮和光颜色比例。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所示，一种温室植物动态补光控制方法，具体包含如下步骤:
步骤1，预设植物生长正常荧光参数阈值区间；
步骤2，实时采集温室植物生长环境信息参数；
步骤3，采用调制式荧光检测仪根据实时采集的温室植物生长环境信息参数分析计算出植物生长的实际荧光参数；
步骤4，将调制式荧光检测仪分析计算出的实际荧光参数和预设荧光参数阈值区间进行对比，若实际荧光参数在预设荧光参数阈值区间内，则关闭补光装置；若实际荧光参数不在预设荧光参数阈值区间内，则根据实际荧光参数计算出植物生长所需光源的亮度和光颜色比例，进而通过可编程恒流源控制LED灯组进行动态补光。
[0015]其中，在步骤3中，所述调制式荧光检测仪的型号为MIN1-PAM，在步骤4中，所述可编程恒流源的型号为JBP-7510，在步骤4中，所述LED灯组包含多个均匀排列的LED灯，所述相邻LED灯间距为10mm。
[0016]LED灯组光源的供电模块JBP-7510型可编程控制恒流电源为电流电源，额定工作状态下，能输出稳定的期望电流，为了精准的控制LED组合光源驱动电流，达到控制光源光照条件的目的，选择一款稳定性很高的电流源是非常重要的。可编程恒流源恒定输出电流，所以电流不受负载的影响，驱动电流值的大小直接控制着LED灯珠亮度，所以电流源能准确的控制LED组合光源的光强。可编程恒流源电压输出最大为75V，电压精度为0.05%+37.5mV,电流输出最大为10A，电流精度为0.1%+lOmA.根据荧光参数上位机计算出合适的补光电流值，通过串行通信发送指令给电源，最后可编程恒流源提供的稳定的输出电流来驱动LED灯组光源。
[0017]本发明所用控制系统为AVR单片机，AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行；多累加器型，数据处理速度快；AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行；中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断；AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为ΙΟΟηΑ，更适用于电池供电的应用设备；有的器件最低1.8 V即可工作；AVR单片机保密性能好。
[0018]利用基于AVR系列的单片机环境因子监控模块实时监测植物生长环境，把传感器得到的环境因子传送给调制式荧光检测仪，当温室内光照不足时，上位机启动MINIPAM并得到荧光参数返回值，计算需要补光的光强和合适的光颜色组合比例，分别下达LED灯组工作电流值命令给与COMl通信的JBP-7510型可编程恒流源，下达LED灯组颜色比例命令给微控制器模块。该系统完成了 24小时荧光参数的监控。根据实际需要，以LED灯组光源为基础，根据单色LED及组合LED光源对植物的作用过程，设计适宜植物不同生长阶段的LED组合配比参数，并通过最佳LED光源的设计，利用LED输出光强与荧光参数之间的关系，实时将最佳匹配的光源信息及光照周期输入到计算机系统，计算机根据所有采集上来的荧光参数和环境因子信息指导动态输出，实现动态补光系统，本系统主要针对北方温室低温弱光的特点，以番茄为研究对象，在低温弱光下的补光方式，并确立在最佳光源下、不同生长时期、不同环境参数影响下的植物生长控制模型。
[0019]本【技术领域】技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0020]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
【权利要求】
1.一种温室植物动态补光控制方法，其特征在于:具体包含如下步骤: 步骤1，预设植物生长正常荧光参数阈值区间； 步骤2，实时采集温室植物生长环境信息参数； 步骤3，采用调制式荧光检测仪根据实时采集的温室植物生长环境信息参数分析计算出植物生长的实际荧光参数； 步骤4，将调制式荧光检测仪分析计算出的实际荧光参数和预设荧光参数阈值区间进行对比，若实际荧光参数在预设荧光参数阈值区间内，则关闭补光装置；若实际荧光参数不在预设荧光参数阈值区间内，则根据实际荧光参数计算出植物生长所需光源的亮度和光颜色比例，进而通过可编程恒流源控制LED灯组进行动态补光。
2.根据权利要求1所述的一种温室植物动态补光控制方法，其特征在于:在步骤3中，所述调制式荧光检测仪的型号为MIN1-PAM。
3.根据权利要求1所述的一种温室植物动态补光控制方法，其特征在于:在步骤4中，所述可编程恒流源的型号为JBP-7510。
4.根据权利要求1所述的一种温室植物动态补光控制方法，其特征在于:在步骤4中，所述LED灯组包含多个均匀排列的LED灯。
5.根据权利要求4所述的一种温室植物动态补光控制方法，其特征在于:所述相邻LED灯间距为10mm。
【文档编号】A01G7/04GK104488582SQ201410674586
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】朱杰 申请人:无锡科思电子科技有限公司