[發明專利]一種植物工廠自適應補光系統及方法

有效

• 申請號: 201310594866.5
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103563685B
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 毛罕平;時志立;胡圣堯
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: A01G9/20
• 分類號: A01G9/20
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 盧霞

技術領域

本發明涉及植物工廠的人工光源領域，具體地說，是一種用于植物工廠用的自適應補光方法及系統。

背景技術

植物工廠是設施農業發展的最高點，其具有可周年連續生產，可在環境惡劣的條件下進行生產，不用農藥可生產出安全和高質量的農業產品，工作量輕、易于操作和工作環境舒適等優點。最近幾年，國內外對于植物工廠的研究十分重視。但由于植物工廠的前期建設費用較高，其能源消耗（尤其是電能）很大，導致運營成本很高，一直限制植物工廠的實際應用。

目前，植物工廠大都在嘗試應用LED作為人工光源以降低植物工廠運營能耗。由于LED發光率高、體積小、壽命長等優點，日益受到人們重視。由于LED發光效率高，其產熱量就相對較少，因此可以使人工光源離作物很近。植物有一個生長的過程，隨著植物的生長，植物與人工光源的距離也在不斷地縮短，導致人工光源距離植物過近，從而使植物產生灼傷等現象。現階段關于LED植物補光燈的專利有很多，比如“一種密閉式植物工廠使用的LED光源裝置”（申請號：2012203333285.7）、“一種新型植物工廠使用的新型LED光源板”（申請號：200820118256.2），這些光源只能調節紅藍光的比例，既不能測量植物與光源之間的距離，更不能自動調節植物與光源的高度。

現有植物工廠一般采用把植物與人工光源的距離調節過大的方法，以防止植物生長后因接觸人工光源而灼傷。但是會造成以下影響：降低光源的紅藍光比例的均勻度，影響植物生長；距離過大增加人工光源的損耗，降低人工光源的利用率，不能滿足植物光合作用需求。若采用人工間歇調整植物工廠內人工光源與植物之間的距離，則易造成生產環境污染，而且還加大工作人員的工作量。因此需要設計一種可以自動調節人工光源與植物之間距離及光照強度的補光系統，用來提高資源的利用率、降低工作人員的勞動強度，提高整體植物工廠的自動化水平。

發明內容

本發明的目的在于提供一種植物工廠自適應補光系統及方法，實現自動測量植物與光源之間的距離，并自動調節植物與光源的高度，以降低工作人員的勞動強度，同時提高植物工廠空間的利用率及降低能耗，不更改硬件。

為了解決以上技術問題，本發明采用的具體技術方案如下。

一種植物工廠自適應補光系統，其特征在于：所述的補光系統包括控制模塊和執行模塊；所述控制模塊由多個測距傳感器（11）和控制器組成；

所述執行模塊包括補光燈（1）、卷線器（2）、卷線軸（3）、步進電機（4）、蝸輪蝸桿傳動箱（5）、鋼繩（6）、滑輪組件（7）、軸承座（8）、栽培架（9）和栽培床（10）；固定在栽培架（9）上的步進電機（4）直接與蝸輪蝸桿傳動箱（5）的蝸桿聯接；卷線軸（3）一端聯接在蝸輪蝸桿傳動箱（5）上，另一端與固定在栽培架（9）上的軸承座（8）相連，卷線器（2）固結連接在卷線軸（3）上；兩根鋼繩6分別纏繞于一個卷線器（2）上且繞向相反，鋼繩6的一端繞過滑輪組件（7）后與補光燈1連接,鋼繩（6）的另一端連接卷線器（2）凹槽內；步進電機（4）通過蝸輪蝸桿傳動箱5驅動安裝在卷線軸（3）上卷線器（2）轉動，處于滑輪組件（7）與補光燈（1）之間的鋼繩（6）的長度隨之縮短或增長，從而使補光燈（1）上下移動。

多個測距傳感器（11）在縱向和橫向均勻分布安裝在補光燈（1）上。

所述執行模塊中的蝸輪蝸桿傳動箱（5）中的蝸輪蝸桿具有自鎖功能。

光照強度傳感器（13）安裝于L型支架（14）上，通過調節旋鈕（16）可調整L型支架（14）與支架基座（15）的相對位置，從而調節光照強度傳感器（13）的與補光燈（1）之間的相對距離。

利用所述的一種植物工廠自適應補光系統的補光方法，其特征在于：通過補光系統自動調節補光燈（1）與植物（12）之間的間距，補光系統通過測距傳感器（11）自動測量補光燈（1）與植物（12）之間的距離，比較后得出最小值，以最小值作為系統最后測量值；補光系統可比較補光燈（1）與植物（12）之間實測距離值與預設值的大小，若實測值小于預設范圍下限，系統驅動步進電機（4）正轉，帶動補光燈（1）上升，使間距變大；若實測值大于預設范圍上限，系統驅動步進電機（4）反轉，帶動補光燈（1）下降，使間距變小；補光系統高度預設范圍可通過控制器人工修改，以滿足所栽培植物的對生長空間的要求。