一种作物补光灭菌方法、装置及数据采集装置与流程

本发明涉及作物补光灭菌技术领域。

背景技术：

温室补光灯日益成为温室作物增产必备设施，但目前温室补光灯较为粗放，仅对作物光合作用所需的较大范围波段，不能精确到很小的、仅为植物光合作用及生长所需的波段范围，且补光时机依靠人工经验判断，粗略地按照昼夜区分进行补光调节，易造成补光不及时或过度补光等问题。

温室种植农药使用规定日益严格，化学农药对土壤、农产品、人类和环境带来严重污染，主要是毒化空气，水系和土壤。另外农药残留问题也是一大危害，大量的农药会直接渗透到环境中，严重影响了人类健康，增加了各种疾病的发病率。随着农业的发展和环保政策的不断完善，国家对农药的使用规定越来越严格，通过紫外光杀菌消除气传病害，是取代化学农药安全有效杀菌的可靠方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种作物补光灭菌方法、装置及数据采集装置，它具有补光时间及时、补光光强范围精确，节约能源等特点。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种作物多光谱补光灭菌方法，包括以下步骤：

a.获取作物补光光谱波段，采用控制变量法，利用全波段光源，对温室中种植的各种作物进行照射实验，从而确定各种作物在进行光合作用时的光谱偏好，并依各种作物进行光合作用时的光谱偏好确定各种作物进行光合作用时的补光光谱波段，制作作物补光光谱波段表，作物补光光谱波段表记载各种作物所对应的补光光谱波段；

b.获取作物补光光强范围，获取温室中种植的各种作物补光光谱波段的光补偿点与光饱和点，获取方法为：采用光谱连续可调光源，根据作物补光光谱波段表中记载的每种作物所对应的补光光谱波段，调整光谱连续可调光源，使光谱连续可调光源发出该种作物所对应的补光光谱波段光源，调节光源的光强，照射该种作物，采用控制变量法，找到该种作物的光补偿点(开始补光的点)与光饱和点(停止补光的点)；根据所获取的各种作物的光补偿点与光饱和点，制作作物补光光强表，作物补光光强表记载各种作物所对应的补光光谱光强的光补偿点与光饱和点；

c.定制补光带通滤光片组，根据作物补光光谱波段表中记载的各种作物所对应的补光光谱波段，分别定制与各补光光谱波段相对应的补光带通滤光片，从而使所定制的各补光带通滤光片与各种作物形成一一对应关系，所定制的各补光带通滤光片形成补光带通滤光片组，所定制的各补光带通滤光片仅能通过与其相对应的各补光光谱波段的光；

d.采集作物的光补偿点与光饱和点的光反射强度数据，获取温室中种植的各种作物补光光谱波段的光补偿点的光反射强度数据与光饱和点的光反射强度数据，获取方法为：根据作物补光光强表所记载的每种作物所对应的补光光谱光强的光补偿点与光饱和点，采用光谱连续可调光源，将其输出光谱光强调整到光补偿点对该种作物进行光照，之后采用相机透过该种作物所对应的补光带通滤光片对该种作物进行拍摄，从而以图像信息形式采集到该种作物的光补偿点光反射强度数据a；之后再将光源输出光谱光强调整到光饱和点对该种作物进行光照，之后采用相机透过该种作物所对应的补光带通滤光片对该种作物进行拍摄，从而以图像信息形式采集到该种作物的光饱和点光反射强度数据b；

e.对作物进行补光或灭菌判断并操作，对温室中种植的作物所对应的补光光谱波段的光反射强度数据进行采集，其采集方法为：采用相机透过该作物所对应的补光带通滤光片对该作物进行拍摄，从而获得该作物的补光光谱波段光强的光反射强度数据c；根据下述公式确定作物补光或灭菌，

当c≤a时，

进行补光操作：根据作物补光光谱波段表，将光谱连续可调光源调整为该种作物所对应的补光光谱波段，对该种作物进行光照补光；

当c≥b时，

停止补光操作，进行灭菌操作：将光谱连续可调光源调整为紫外线波段范围，对该种作物进行至少二十分钟光照，以达到杀菌效果；

当a≥c≤b时，

停止灭菌操作，进行补光操作。

一种作物补光光谱波段的光反射强度数据采集装置，包括ccd摄像头，用于安装上述补光带通滤光片的补光带通滤光片安装结构和上述补光带通滤光片，补光带通滤光片安装结构使所安装在其上面的补光带通滤光片位于ccd摄像头的镜头前端，以使ccd摄像头采集补光带通滤光片所透过的补光光谱波段的光，从而采集补光带通滤光片所对应的作物的的补光光谱波段的光反射强度数据。

一种作物多光谱补光灭菌装置，包括上述的光反射强度数据采集装置、光谱连续可调光源和控制电路，控制电路包括单片机mcu和一个以上个启动开关，启动开关个数与温室中种植的作物种类数量相对应，各启动开关所发出的开关量信号通过各自i/o端口输送至单片机mcu单片机mcu通过i/o端口发出时序控制信号，依次控制摄像装置的ccd摄像头1的开启与关闭，ccd摄像头采集的图像信号通过i/o端口传输至单片机mcu，单片机mcu的运算输出信号经i/o端口调节光谱连续可调光源关闭、发射补光光谱波段的光或紫外线波段范围的光。

本发明进一步改进在于：

补光带通滤光片安装结构为设置在镜头前端的三个卡槽，三个卡槽分别设置在镜头的底侧、左侧和右侧，以将补光带通滤光片卡固在镜头的前端。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明能够在作物需要补光的范围内自动对所需特定光谱进行补光，精确合理，节约能源。

当前紫外杀菌灯与补光灯系统各自独立，二者均为调节光源发射特定波长光波，本发明将二者结合在一起，形成统一系统，分时复用，根据实际情况自动切换，结构简单，设置方便，自动化程度高。

本发明编制常见作物补光光谱表，给出温室常见种植作物的补光所需光谱波段，以及在该种波长光源补光下，所需要进行补光的光照强度范围(即光补偿点与光饱和点之间范围)。为温室种植提供数据，根据表格即可找到某种作物补光所需的特定光源波长及光照强度范围。并在系统内编写，可自动实现在特定波长及其范围内进行补光。

附图说明

图1是本申请作物多光谱补光灭菌方法的流程图；

图2是本申请作物补光光谱波段的光反射强度数据采集装置结构示意图；

图3是本申请作物多光谱补光灭菌装置的结构示意图；

在附图中：1.ccd摄像头；1-1.ccd摄像头的镜头；2.补光带通滤光片；3.补光带通滤光片安装结构。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

参见图1，一种作物多光谱补光灭菌方法，包括以下步骤：

a.获取作物补光光谱波段，采用控制变量法，利用全波段光源，对温室中种植的各种作物进行照射实验，从而确定各种作物在进行光合作用时的光谱偏好，并依各种作物进行光合作用时的光谱偏好确定各种作物进行光合作用时的补光光谱波段，制作作物补光光谱波段表，作物补光光谱波段表记载各种作物所对应的补光光谱波段；

b.获取作物补光光强范围，获取温室中种植的各种作物补光光谱波段的光补偿点与光饱和点，获取方法为：采用光谱连续可调光源，根据作物补光光谱波段表中记载的每种作物所对应的补光光谱波段，调整光谱连续可调光源，使光谱连续可调光源发出该种作物所对应的补光光谱波段光源，调节光源的光强，照射该种作物，采用控制变量法，找到该种作物的光补偿点(开始补光的点)与光饱和点(停止补光的点)；根据所获取的各种作物的光补偿点与光饱和点，制作作物补光光强表，作物补光光强表记载各种作物所对应的补光光谱光强的光补偿点与光饱和点；

c.定制补光带通滤光片组，根据作物补光光谱波段表中记载的各种作物所对应的补光光谱波段，分别定制与各补光光谱波段相对应的补光带通滤光片，从而使所定制的各补光带通滤光片与各种作物形成一一对应关系，所定制的各补光带通滤光片形成补光带通滤光片组，所定制的各补光带通滤光片仅能通过与其相对应的各补光光谱波段的光；

d.采集作物的光补偿点与光饱和点的光反射强度数据，获取温室中种植的各种作物补光光谱波段的光补偿点的光反射强度数据与光饱和点的光反射强度数据，获取方法为：根据作物补光光强表所记载的每种作物所对应的补光光谱光强的光补偿点与光饱和点，采用光谱连续可调光源，将其输出光谱光强调整到光补偿点对该种作物进行光照，之后采用相机透过该种作物所对应的补光带通滤光片对该种作物进行拍摄，从而以图像信息形式采集到该种作物的光补偿点光反射强度数据a；之后再将光源输出光谱光强调整到光饱和点对该种作物进行光照，之后采用相机透过该种作物所对应的补光带通滤光片对该种作物进行拍摄，从而以图像信息形式采集到该种作物的光饱和点光反射强度数据b；

e.对作物进行补光或灭菌判断并操作，对温室中种植的作物所对应的补光光谱波段的光反射强度数据进行采集，其采集方法为：采用相机透过该作物所对应的补光带通滤光片对该作物进行拍摄，从而获得该作物的补光光谱波段光强的光反射强度数据c；根据下述公式确定作物补光或灭菌，

当c≤a时，

进行补光操作：根据作物补光光谱波段表，将光谱连续可调光源调整为该种作物所对应的补光光谱波段，对该种作物进行光照补光；

当c≥b时，

停止补光操作，进行灭菌操作：将光谱连续可调光源调整为紫外线波段范围，对该种作物进行至少二十分钟光照，以达到杀菌效果；

当a≥c≤b时，

停止灭菌操作，进行补光操作。

参见图2，一种作物补光光谱波段的光反射强度数据采集装置，包括ccd摄像头1(型号：pco1600)，用于安装上述补光带通滤光片2的补光带通滤光片安装结构3和上述补光带通滤光片2，补光带通滤光片安装结构3使所安装在其上面的补光带通滤光片2位于ccd摄像头1的镜头1-1前端以使ccd摄像头1采集补光带通滤光片2所透过的补光光谱波段的光，从而采集补光带通滤光片2所对应的作物的补光光谱波段的光反射强度数据。

通过本装置对作物的叶片进行拍摄，从而以图像信息形式采集到以叶片作物的补光光谱波段的光反射强度数据。在拍摄时，注意补光带通滤光片安装结构3所安装的补光带通滤光片2与所拍摄的作物相对应。

参见图3，一种作物多光谱补光灭菌装置，包括上述的光反射强度数据采集装置、光谱连续可调光源(卤素灯泡提供360-2500nm连续光谱辐射输出，闻奕光电型号：dh2000复合光源)和控制电路，控制电路包括单片机mcu和一个以上个启动开关，启动开关个数与温室中种植的作物种类数量相对应，各启动开关所发出的开关量信号通过各自i/o端口输送至单片机mcu，单片机mcu通过i/o端口发出时序控制信号，依次控制摄像装置的ccd摄像头1的开启与关闭，ccd摄像头1采集的图像信号通过i/o端口传输至单片机mcu，单片机mcu的运算输出信号经i/o端口调节光谱连续可调光源关闭、发射补光光谱波段的光或紫外线波段范围的光。

补光带通滤光片安装结构3为设置在镜头1-1前端的三个卡槽，三个卡槽分别设置在镜头1-1的底侧、左侧和右侧，以将补光带通滤光片2卡固在镜头1-1的前端。

工作原理：

单片机mcu设有温室中种植的各种作物的光补偿点光反射强度数据a和光饱和点光反射强度数据b和作物补光光谱波段表记载各种作物所对应的补光光谱波段，当需要对某种作物进行补光或灭菌操作时，首先将光反射强度数据采集装置中补光带通滤光片安装结构3所安装的补光带通滤光片2与该种作物相对应，之后将光反射强度数据采集装置对准该作物，按下与该种作物相对应的启动开关开关，单片机mcu通过i/o端口发出时序控制信号，依次控制摄像装置的ccd摄像头1的开启与关闭，ccd摄像头1采集的图像信号(该种作物的补光光谱波段光强的光反射强度数据c)通过i/o端口传输至单片机mcu，该数据与该种作物的光补偿点光强光反射强度数据a和光饱和点光强光反射强度数据b进行比较，当c≤a时，进行补光操作：根据该种作物所对应的补光光谱波段所定义的数据信息，发出光谱连续可调光源在输出该种作物所对应的补光光谱波段时所对应的4-20ma调节信号，将光谱连续可调光源调整为该种作物所对应的补光光谱波段，对该种作物进行光照补光；当c≥b时，停止补光操作，进行灭菌操作：将光谱连续可调光源调整为紫外线波段范围，对该种作物进行至少二十分钟光照，以达到杀菌效果；当a≥c≤b时，停止灭菌操作，进行补光操作。