[發明專利]一種應用多色LED的智能型植物工廠的光照控制系統和方法

在審

• 申請號: 201410588304.4
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104302062A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 劉文;劉路青;邵歡歡;許立新;姚培軍;張智森;錢大憨
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學先進技術研究院
• 主分類號: H05B37/02
• 分類號: H05B37/02;A01G9/20
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 程篤慶;黃樂瑜

技術領域

本發明涉及植物工廠技術領域，尤其涉及一種應用多色LED的智能型植物工廠的光照控制系統和方法。

背景技術

植物工廠集生物技術、現代光電子技術、信息技術、機械工程、人工環境控制等高技術于一體，是世界上公認的農業最高級發展階段，被認為是未來解決人口、資源、環境問題的一個有效技術手段。國外特別是歐美、日本、韓國已經有數以百計的植物工廠投入運行，通過種植人參、花卉等經濟作物，已經開始盈利。植物工廠種植的萵苣、西紅柿等季節性蔬菜也越來越得到大眾的歡迎，已經出現在包括臺灣地區在內的許多超市中。植物工廠可以節約90％以上的水消耗、90％以上的化肥；因為不施農藥，無土栽培，100％保證了食品安全；因為在室內多層栽培，可以成百倍節約土地資源；因為植物工廠可以建在城市中心，節約了運輸成本，還有助于改善城市空氣質量。

近年來中國大陸城鎮化程度日益提高，同時也面臨土地資源的緊張和土地污染等一系列問題，植物工廠是解決這些問題的有效方案。過去，主要由于高能耗制約了植物工廠在中國的發展；近年來，采用半導體發光二極管(LED)照明，已經把過去植物工廠的能耗降低了約50％。一方面是因為LED能效比傳統光源能效高，另一方面是因為傳統光源的光譜中有很多不必要的波長,對植物生長的促進作用少。LED光源具有節能環保、發熱量少、易于分散或組合控制等許多不同于其他傳統電光源的重要特點。在植物生長過程中采用LED提供照明和調控光質,不僅能夠調控植物的生長發育、縮短培養周期、提高品質,而且能夠減少能耗,降低成本。例如，最近已經有研究報告表明，采用630nm紅光LED光源和460nm的藍光LED光源，并且兩者的配比為8:1時，最有利于萵苣的生長發育，萵苣營養指標最高，且可以有效降低光源的耗電量。

LED用于植物工廠，仍然處于早期階段，不僅LED能效提高仍然有很大的改進空間，并且LED光譜配方仍然有許多工作要做。繼續發展高效、智能化LED光照技術，有望進一步提升LED用于植物工廠技術水平，大幅降低能耗。

目前，植物工廠紅光和藍光的功率比例是固定的，而實際上不同類型植物在不同生長階段所需要的光照強度和比例是不一樣的，導致植物工廠內的植物不是處于最佳的生長狀態，并且不能根據植物的生長狀態對紅藍等多色光進行連續、實時的在線光照監測和光照控制。

發明內容

針對目前植物工廠存在的技術問題，本發明提出了一種應用多色LED的智能型植物工廠的光照控制系統和方法。

本發明提出的一種應用多色LED的智能型植物工廠的光照控制系統，包括：多種光色LED植物燈、光功率探測裝置、光照控制裝置、植物燈控制電路；

光功率探測裝置與光照控制裝置連接，光照控制裝置與植物燈控制電路連接，植物燈控制電路與多種光色LED植物燈連接；

多種光色LED植物燈設置在植物工廠中為植物提供多種光色的光照；光功率探測裝置用于探測不同光色LED植物燈的發光功率；光照控制裝置用于根據多種光色LED植物燈的發光功率比例和預設的參考發光功率比例進行計算并發出光照控制信號，其中參考發光功率比例是根據植物在不同生長階段的光照需求而確定的；植物燈控制電路根據光照控制信號控制不同光色LED植物燈的發光功率，使得多種光色LED植物燈的發光功率比例與參考發光功率比例相匹配，以滿足植物不同生長階段的光照需求。

優選地，所述植物燈控制電路根據光照控制信號控制多種光色LED植物燈的發光功率包括：植物燈控制電路通過控制每種光色LED植物燈的開燈數量，和/或，控制每種光色LED植物燈的供電電壓或者供電電流來控制多種光色LED植物燈的發光功率。

優選地，多種光色LED植物燈包括紅光燈和藍光燈，光功率探測裝置包括紅光功率探測裝置和藍光功率探測裝置，紅光功率探測裝置用于探測紅光燈的發光功率，藍光功率探測裝置用于探測藍光燈的發光功率。

優選地，紅光燈和藍光燈的數量比例為4-6：1，優選為5:1；優選地，植物不同生長階段的光照需求比例不同，紅光和藍光的光功率比例在10-2：1。

優選地，多種光色LED植物燈還包括紅外燈和/或紫外燈，光功率探測裝置還包括紅外光功率探測裝置和紫外光功率探測裝置，紅外光功率探測裝置用于探測紅外燈的發光功率，紫外光功率探測裝置用于探測紫外燈的發光功率。