專利名稱：用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)及其光譜調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于植物生長(zhǎng)的光照系統(tǒng)領(lǐng)域，特別是一種用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光源照明系統(tǒng)及其光譜調(diào)制方法。
背景技術(shù)：
植物生長(zhǎng)發(fā)育需要的光照主常依賴太陽(yáng)光，蔬菜、花卉、藥用植物等經(jīng)濟(jì)作物的工廠化生產(chǎn)、組織培養(yǎng)等還需人工光源進(jìn)行光照補(bǔ)充。近年來(lái)，人們一直在努力模擬植物的吸收光譜，以求研制出某種光源，使其發(fā)射光譜最大限度地接近植物的吸收光譜以產(chǎn)生共振吸收，促使光合作用高效地進(jìn)行。實(shí)際上，光在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，有間接影響，主要通過(guò)光合作用，是一個(gè)高能 反應(yīng)；也有直接影響，主要通過(guò)光形態(tài)建成，控制植物生長(zhǎng)、發(fā)育和分化的過(guò)程，是一個(gè)低能反應(yīng)，光在此主要起信號(hào)作用，信號(hào)的性質(zhì)與光的波長(zhǎng)有關(guān)。光敏色素感受紅光和遠(yuǎn)紅光區(qū)域的光(600-740nm)。一些光形態(tài)建成反應(yīng)所需紅閃光的能量和一般光合作用補(bǔ)償點(diǎn)的能量相差10個(gè)數(shù)量級(jí)，甚為微弱。近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)紅光FR(波長(zhǎng)為700-800nm遠(yuǎn)紅光)對(duì)植物的生育和形態(tài)的形成有很大影響，此外，還有許多受遠(yuǎn)紅光照射后使植物的葉面積和葉干物重增加的實(shí)例。如1994年日本村上克介提出用紅色光(波長(zhǎng)為600-700nm的紅光〉與遠(yuǎn)紅光FR的比率R/FR作為評(píng)價(jià)園藝照明光環(huán)境的一個(gè)光參數(shù)。在光輻射波段中，紫外線及藍(lán)光波段對(duì)人體的危害尤為明顯。LED的光譜中有不同比例的紫外及藍(lán)光譜段，其中可見(jiàn)光藍(lán)光部分會(huì)對(duì)視網(wǎng)膜色素層產(chǎn)生損傷。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的幾種主要光輻射危害有光致角膜炎和光致結(jié)膜炎、白內(nèi)障、視網(wǎng)膜灼傷、視網(wǎng)膜藍(lán)光損害、皮膚曬黑、紫外紅斑、皮膚老化、皮膚癌等。多芯片集成及二次光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展，令LED芯片功率及外量子效率日益提高，紫外和藍(lán)光波段的短波LED芯片被廣泛應(yīng)用，技術(shù)與市場(chǎng)占有率的提高均使得LED的危害性更加顯著。就以前LED的性能狀況而言，由于亮度不高，應(yīng)用受到限制，LED能對(duì)人眼造成的直接危害微乎其微，但是，在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的LED光源要求補(bǔ)光強(qiáng)度高(6000-10000 Iux的補(bǔ)光條件下)，人們對(duì)LED出射光的安全性的關(guān)注逐漸增強(qiáng)。由于LED光譜的特殊性，既要考慮到LED作為光源的方面，又要考慮是否符合光安全的方面。設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，實(shí)際需要補(bǔ)充多少光照量必須根據(jù)該類植物的光飽和點(diǎn)進(jìn)行推算。例如果樹(shù)類具有較高的光飽和點(diǎn)約為400001UX，需設(shè)定70001UX作為補(bǔ)充光照量。另夕卜，在與日光并用的人工照明光源的設(shè)施生產(chǎn)中，蔬菜類的光飽和點(diǎn)約為200001UX，在陰雨天和梅雨季節(jié)需設(shè)定的補(bǔ)充光照量為6000-100001ux。在6000-100001ux的補(bǔ)光條件下，按照紅藍(lán)比8 1的比例，其藍(lán)光強(qiáng)度也在人的視覺(jué)能接受的范圍之外。目前，國(guó)內(nèi)植物生長(zhǎng)培養(yǎng)主要采用的人工光源是白熾燈、日光燈、鈉燈、高壓汞燈等，由于上述人工光源存在能耗高、壽命短、光質(zhì)不可控等缺陷，LED作為植物生長(zhǎng)補(bǔ)光的人工光源逐步受到關(guān)注，如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010103929.9的《一種用于蘭科植物組培的LED混光燈具》，申請(qǐng)?zhí)枮?00910042307. 7的《利用LED光源調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的方法及其LED植物照明燈》，申請(qǐng)?zhí)枮?00410035485. 4的《高效節(jié)能LED植物生態(tài)燈》，申請(qǐng)?zhí)枮?00710133284. I的《一種光譜柔性可調(diào)的LED光源系統(tǒng)》等；但是，一般的LED植物生長(zhǎng)光源均采用紅光與藍(lán)光的組合。上述專利申請(qǐng)都是著眼于以一定比例紅、藍(lán)LED光源的混合，在進(jìn)行補(bǔ)光時(shí)存在光譜過(guò)窄、缺少紅外和遠(yuǎn)紅外光、以及藍(lán)光過(guò)強(qiáng)效果易造成人眼的傷害等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有LED植物生長(zhǎng)光源存在的窄光譜、高成本、藍(lán)光傷害、缺乏紅外和遠(yuǎn)紅外光等不足，提供一種用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)，其能夠根據(jù)不同植物的光照需求，有效提高植物的光合作用所需連續(xù)光譜并突出所需的紅、藍(lán)光譜，同時(shí)解決設(shè)施生產(chǎn)中出現(xiàn)的高成本、窄光譜、藍(lán)光傷害等問(wèn)題，極大縮短植物生長(zhǎng)培育周期，提高工人生產(chǎn)作業(yè)中的安全性。
為此，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)，包括參數(shù)設(shè)置軟件模塊、主控模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊、人體感應(yīng)模塊和至少一個(gè)半導(dǎo)體光源，其特征在于，所述的主控模塊分別與參數(shù)設(shè)置軟件模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊和人體感應(yīng)模塊連接，主控模塊上裝有數(shù)據(jù)分析軟件模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，光源驅(qū)動(dòng)模塊與半導(dǎo)體光源連接，所述的半導(dǎo)體光源由若干白光半導(dǎo)體光源和若干紅光半導(dǎo)體光源組成；
所述的參數(shù)設(shè)置軟件模塊用于獲取外部輸入?yún)?shù)并將外部輸入?yún)?shù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中，所述的外部輸入?yún)?shù)包括植物生長(zhǎng)曲線參數(shù)；
所述的數(shù)據(jù)分析軟件模塊從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中獲取外部輸入?yún)?shù)，并得到與所述外部輸入?yún)?shù)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度值、紅光和白光的光質(zhì)比例，確定紅、白光半導(dǎo)體光源各自所需的占空比；
所述主控模塊的I/o 口輸出與前述的占空比相應(yīng)的PWM波形信號(hào)給光源驅(qū)動(dòng)模塊，光源驅(qū)動(dòng)模塊輸出與前述占空比對(duì)應(yīng)的兩路工作電流分別給紅、白光半導(dǎo)體光源；
當(dāng)所述的人體感應(yīng)模塊檢測(cè)人體信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)至數(shù)據(jù)分析軟件模塊，主控模塊輸出紅光半導(dǎo)體光源占空比為零的相應(yīng)PWM波形信號(hào)給光源驅(qū)動(dòng)模塊，使光源驅(qū)動(dòng)模塊關(guān)閉紅光半導(dǎo)體光源的工作電流，同時(shí)調(diào)節(jié)白光半導(dǎo)體光源的占空比和相應(yīng)的PWM波形信號(hào)，使白光強(qiáng)度自動(dòng)降到5001ux以內(nèi)。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案解決了 1、紅外和遠(yuǎn)紅外光的缺失(680-740nm)的問(wèn)題，2、LED植物生長(zhǎng)照明的藍(lán)光傷害問(wèn)題，3、智能半導(dǎo)體光源照明系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明采取以下技術(shù)措施
所述的半導(dǎo)體光源為L(zhǎng)ED光源模塊，LED的PWM占空比與其工作電流為非線性單調(diào)關(guān)系，LED工作電流與相應(yīng)LED光量子密度也為非線性單調(diào)關(guān)系，通過(guò)確定白光和紅光LED的光量子密度及與之對(duì)應(yīng)的白光和紅光占空比和工作電流，建立PWM占空比、半導(dǎo)體光源的工作電流與紅光或藍(lán)光LED光量子密度對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表，分別存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中；
所述的紅光或藍(lán)光LED光量子密度對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表包括光照強(qiáng)度值和紅藍(lán)光質(zhì)比例特征。數(shù)據(jù)分析軟件模塊可以直接調(diào)用該數(shù)據(jù)表。通過(guò)查表法，可以通過(guò)占空比的調(diào)節(jié)精確控制對(duì)應(yīng)LED光量子密度，從而實(shí)現(xiàn)LED的紅、藍(lán)光量子密度比例的精確調(diào)節(jié)。
所述的植物生長(zhǎng)曲線參數(shù)包括紅、藍(lán)光光質(zhì)比例以及與之對(duì)應(yīng)的白光的光照強(qiáng)度閾值以及紅光的光照強(qiáng)度閾值、與所述白光的光照強(qiáng)度閾值以及紅光的光照強(qiáng)度閾值對(duì)應(yīng)的白光工作電流和紅光工作電流、以及與所述白光工作電流對(duì)應(yīng)的白光占空比以及與所述紅光工作電流對(duì)應(yīng)的紅光占空比，其中，不同的占空比對(duì)應(yīng)相應(yīng)的波長(zhǎng)和不同強(qiáng)度的光；所述的植物生長(zhǎng)參數(shù)還包括植物所需的光照周期。所述LED光源模塊由按照預(yù)設(shè)規(guī)律排列的若干白光LED和若干紅光LED組成，以使所述半導(dǎo)體光源在其照射面上形成均勻的光強(qiáng)和光質(zhì)。所述的LED采用OLED或激光二
極管代替。所述白光半導(dǎo)體光源的色溫在1000-10000K，紅光半導(dǎo)體光源的波長(zhǎng)在600_700nmo所述的主控模塊為微處理器或單片機(jī)，其安裝在一控制主板上，所述的光源驅(qū)動(dòng) 模塊安裝在一控制驅(qū)動(dòng)板上，所述的半導(dǎo)體光源安裝在白、紅光混光燈板上，所述的參數(shù)設(shè)置軟件模塊安裝在手持控制器或電腦上，所述的人體感應(yīng)模塊為人體感應(yīng)器，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為EEPR0M。上述智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)用于植物生長(zhǎng)的光譜調(diào)制方法，其步驟如下
1)根據(jù)白光半導(dǎo)體光源和紅光半導(dǎo)體光源的相對(duì)光譜分布，通過(guò)仿真模擬調(diào)控半導(dǎo)體光源的工作電流，確定白光半導(dǎo)體光源與紅光半導(dǎo)體光源以合適的光譜比例混合成符合植物生長(zhǎng)所需的光照強(qiáng)度和光質(zhì)，并建立相對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度和光質(zhì)比例數(shù)據(jù)庫(kù)；
2)根據(jù)所述植物對(duì)應(yīng)相應(yīng)的生長(zhǎng)曲線參數(shù)，并根據(jù)所述生長(zhǎng)曲線參數(shù)得到所述植物當(dāng)前所需的光照強(qiáng)度和紅、藍(lán)光質(zhì)比例，確定白光對(duì)應(yīng)的白光占空比以及紅光對(duì)應(yīng)的紅光占空比；
3)主控模塊根據(jù)所述白光和紅光半導(dǎo)體光源的占空比輸出兩路相應(yīng)的PWM信號(hào)控制工作電流，根據(jù)所述白光占空比生成相應(yīng)的白光PWM信號(hào)，并根據(jù)白光PWM信號(hào)生成相應(yīng)光照強(qiáng)度的白光；根據(jù)所述紅光占空比生成相應(yīng)的紅光PWM信號(hào)，并根據(jù)所述紅光PWM信號(hào)生成相應(yīng)光照強(qiáng)度的紅光，實(shí)現(xiàn)植物光照所需的半導(dǎo)體光源的紅、藍(lán)光量子密度。由色溫1000-10000K白光半導(dǎo)體光源所發(fā)出的光質(zhì)和波長(zhǎng)在600-700nm紅光半導(dǎo)體光源的所發(fā)出的光質(zhì)調(diào)制成植物生長(zhǎng)所需光譜。主控模塊控制一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體光源，并在同一光源上(或不同光源)的同一種光周期實(shí)現(xiàn)不同的光質(zhì)與光照強(qiáng)度(或者相同的光照強(qiáng)度和光質(zhì)、光周期)。主控模塊控制一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體光源，并在同一光源上(或不同光源)分別實(shí)現(xiàn)不同的光照強(qiáng)度和光質(zhì)、光周期(或者相同的光照強(qiáng)度和光質(zhì)、光周期)。通過(guò)上述兩種措施實(shí)現(xiàn)，同一個(gè)光源驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)工作下，在同一光源下或不同光源下進(jìn)行相同植物的培養(yǎng)，或者在不同光源下進(jìn)行不同植物的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)空間的高效利用和降低燈具的成本。本發(fā)明具有以下有益效果從發(fā)光效率、光的利用率以及光的可調(diào)控性上，本發(fā)明都比傳統(tǒng)人工光源具有更好的性能特點(diǎn)；有效地提高植物生長(zhǎng)的生長(zhǎng)量與有效成分，解決了植物設(shè)施生產(chǎn)補(bǔ)光中出現(xiàn)的高能耗、周期長(zhǎng)等問(wèn)題，極大地縮短了植物生長(zhǎng)周期。此外，還解決了以往LED植物生長(zhǎng)燈主要有紅藍(lán)組合而成，存在缺乏紅外光譜，影響植物光形態(tài)建成和產(chǎn)量的問(wèn)題。


圖I是本發(fā)明的原理示意圖。圖2是本發(fā)明主控模塊的原理示意圖。圖3是利用本發(fā)明數(shù)據(jù)分析軟件模塊的檢測(cè)與控制流程圖。圖4是本發(fā)明光源驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I所示的用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光源照明系統(tǒng)，其參數(shù)設(shè)置軟件模塊、主控模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊、人體感應(yīng)模塊和多個(gè)半導(dǎo)體光源組成，所述的主 控模塊分別與參數(shù)設(shè)置軟件模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊和人體感應(yīng)模塊連接，主控模塊上裝有數(shù)據(jù)分析軟件模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，光源驅(qū)動(dòng)模塊與半導(dǎo)體光源連接，所述的半導(dǎo)體光源由若干白光半導(dǎo)體光源和若干紅光半導(dǎo)體光源組成。所述的主控模塊為微處理器，其安裝在一控制主板上，所述的光源驅(qū)動(dòng)模塊安裝在一控制驅(qū)動(dòng)板上，一個(gè)半導(dǎo)體光源安裝在一塊白、紅光混光燈板上，所述的參數(shù)設(shè)置軟件模塊安裝在手持控制器上，所述的人體感應(yīng)模塊為紅外傳感器。上述智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)的光譜調(diào)制方法如下
首先，根據(jù)白光半導(dǎo)體光源和紅光半導(dǎo)體光源的相對(duì)光譜分布，通過(guò)仿真模擬調(diào)控半導(dǎo)體光源的工作電流，確定白光半導(dǎo)體光源與紅光半導(dǎo)體光源以合適的光譜比例混合成符合植物生長(zhǎng)所需的光照強(qiáng)度和光質(zhì)，并建立相對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度和光質(zhì)比例數(shù)據(jù)庫(kù)；特別是在紅(600nm-700nm)、藍(lán)(400nm-500nm)光與對(duì)應(yīng)的工作電流之間建立工作模型，以實(shí)現(xiàn)紅光與藍(lán)光之間光合成有效光子束密度PPFD (photo synthetic photon density)的精確調(diào)控。更為優(yōu)選的紅(610nm-680nm)、藍(lán)(420nm-480nm),可以設(shè)定所需的紅光與藍(lán)光的光合成有效光子束密度比例如7 :1、7 :2、7 :3、8 :1、8 :2、8 :3、9 :1、9 :2、9 :3，但不僅限于此。如圖2所示，控制主板上安裝有帶數(shù)據(jù)分析軟件模塊的微處理器，微處理器連接有時(shí)鐘單元(RTC)和UART單元，主要完成數(shù)據(jù)分析軟件模塊的執(zhí)行。通過(guò)微處理器和數(shù)據(jù)分析軟件模塊就能實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈智能控制，可實(shí)現(xiàn)燈的光質(zhì)、光照強(qiáng)度與光周期控制。LED燈亮度與LED燈工作電流成線性正比關(guān)系，同時(shí)LED燈工作電流與微處理器輸出的PWM信號(hào)占空比成正比關(guān)系，分別調(diào)節(jié)兩路I/O 口的輸出PWM信號(hào)占空比，從而分別調(diào)節(jié)白光與紅光的工作電流，可分別調(diào)節(jié)白光與紅光的光照強(qiáng)度，以此實(shí)現(xiàn)LED燈具中紅、藍(lán)光合成有效光子束密度PPFD (photo synthetic photon density)的精確調(diào)控的不同比例，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的補(bǔ)光符合多種植物生長(zhǎng)光合作用的需求。PWM的占空比與半導(dǎo)體光源的工作電流為非線性單調(diào)關(guān)系，而半導(dǎo)體光源的工作電流與LED光量子密度為非線性單調(diào)關(guān)系，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，建立PWM的占空比與紅光或藍(lán)光LED光量子密度對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表，分別存入E2PR0M的兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中。通過(guò)查表法，可以通過(guò)占空比的調(diào)節(jié)精確控制對(duì)應(yīng)LED光量子密度，從而實(shí)現(xiàn)LED的紅、藍(lán)光量子密度比例的精確調(diào)節(jié)。當(dāng)該LED光源照明系統(tǒng)在溫室、組培室等農(nóng)業(yè)設(shè)施中工人進(jìn)行作業(yè)時(shí)可以關(guān)閉紅光LED(即輸出的PWM占空比為零)，避免工人長(zhǎng)期工作損害視力，以保護(hù)工人的視覺(jué)安全。采用紅外傳感器自動(dòng)感應(yīng)人體存在，當(dāng)系統(tǒng)感受到人體后，白光的光照強(qiáng)度自動(dòng)降到5001ux及以下，以保護(hù)工人的視覺(jué)安全。整個(gè)檢測(cè)與控制流程如圖3所示。光源驅(qū)動(dòng)模塊最多可以有16個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元可驅(qū)動(dòng)一路暖白光LED或一路紅光LED，故一個(gè)燈可由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)，一個(gè)光源驅(qū)動(dòng)模塊最多可控制驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED燈光源；每個(gè)LED光 源由若干白光LED和若干紅光LED陣列組成。整個(gè)控制系統(tǒng)最多可同時(shí)滿足8種植物光合作用的需求。如圖4所示，控制驅(qū)動(dòng)板采用共用交流電源的電源插座，每個(gè)電源插座上安裝一個(gè)控制基板，LED燈通過(guò)電源控制線與控制基板的驅(qū)動(dòng)電路連接。針對(duì)某一種植物在不同生長(zhǎng)階段對(duì)不同光質(zhì)的需求，設(shè)置不同的生長(zhǎng)曲線調(diào)節(jié)參數(shù)，將參數(shù)存儲(chǔ)到微處理器內(nèi)部的EEPR0M，白光、紅光比例根據(jù)生長(zhǎng)曲線調(diào)節(jié)參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件模塊自動(dòng)調(diào)整相應(yīng)的白光和紅光的占空比。由于不同植物所需要的藍(lán)光和紅光的光照強(qiáng)度閾值不同，相應(yīng)的白光(含紅光、藍(lán)光等多種波長(zhǎng)的光)和藍(lán)光的光照強(qiáng)度閾值也不同，所以生長(zhǎng)曲線參數(shù)可以包括紅藍(lán)光光質(zhì)比例以及與之對(duì)應(yīng)的白光的光照強(qiáng)度閾值以及紅光的光照強(qiáng)度閾值、與所述白光的光照強(qiáng)度閾值以及紅光的光照強(qiáng)度閾值對(duì)應(yīng)的白光工作電流和紅光工作電流、以及與所述白光工作電流對(duì)應(yīng)的白光光占空比以及與所述紅光工作電流對(duì)應(yīng)的紅光占空比，其中，不同的占空比對(duì)應(yīng)的相應(yīng)的波長(zhǎng)和不同強(qiáng)度的光。此時(shí)，根據(jù)所述生長(zhǎng)曲線參數(shù)得到所述植物當(dāng)前所需的白光對(duì)應(yīng)的白光占空比以及紅光對(duì)應(yīng)的紅光占空比，具體包括根據(jù)植物所需的紅藍(lán)光質(zhì)比例，以及獲得與之對(duì)應(yīng)的白光的光照強(qiáng)度閾值以及紅光的光照強(qiáng)度閾值，根據(jù)獲得的白光的光照強(qiáng)度閾值以及紅光的光照強(qiáng)度閾值得到相應(yīng)的白光工作電流以及紅光工作電流，根據(jù)白光工作電流到相應(yīng)的白光占空比以及根據(jù)紅光工作電流得到相應(yīng)的紅光占空比。白光占空比可以包括色溫為1000-10000K的第一發(fā)光峰的第一占空比以及紅光占空比可以包括波長(zhǎng)為600-700nm的第二發(fā)光峰的第二占空比。根據(jù)白光占空比生成相應(yīng)的白光PWM信號(hào),并根據(jù)白光PWM信號(hào)生成相應(yīng)光照強(qiáng)度的白光以及根據(jù)紅光占空比生成相應(yīng)的紅光PWM信號(hào)，并根據(jù)紅光PWM信號(hào)生成相應(yīng)光照強(qiáng)度的紅光。優(yōu)選的，白光占空比包括色溫為1000-10000K的第一發(fā)光峰的第一占空比以及紅光占空比可以包括波長(zhǎng)為600-700nm第二發(fā)光峰的第二占空比。本發(fā)明實(shí)施例，通過(guò)判斷植物的生長(zhǎng)曲線參數(shù)，得到植物生長(zhǎng)此時(shí)所需的白光對(duì)應(yīng)的白光占空比以及紅光對(duì)應(yīng)的紅光占空比的占空比，根據(jù)白光占空比以及紅光占空比生成相應(yīng)波長(zhǎng)的白光和相應(yīng)波長(zhǎng)的紅光，由于占空比發(fā)生變化，白光和紅光的光子密度會(huì)發(fā)生變化，白光和紅光的光照強(qiáng)度以及光質(zhì)發(fā)生變化，綜上，本發(fā)明實(shí)施例可以在植物的不同生長(zhǎng)狀態(tài)發(fā)出與植物生長(zhǎng)所需要的相應(yīng)光照強(qiáng)度及光質(zhì)的光，從而提高植物對(duì)光源的利用效率，進(jìn)而提高植物光合作用效率與生長(zhǎng)速度。控制驅(qū)動(dòng)板的電源插座向控制驅(qū)動(dòng)板提供220V交流電，控制驅(qū)動(dòng)板將220V的交流電進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換成12V、1A的低壓直流電源，再通過(guò)12V、1A低壓電輸出端向LED燈具提供正常的工作電壓。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本 發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)，包括參數(shù)設(shè)置軟件模塊、主控模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊、人體感應(yīng)模塊和至少一個(gè)半導(dǎo)體光源，其特征在于，所述的主控模塊分別與參數(shù)設(shè)置軟件模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊和人體感應(yīng)模塊連接，主控模塊上裝有數(shù)據(jù)分析軟件模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，光源驅(qū)動(dòng)模塊與半導(dǎo)體光源連接，所述的半導(dǎo)體光源由若干白光半導(dǎo)體光源和若干紅光半導(dǎo)體光源組成； 所述的參數(shù)設(shè)置軟件模塊用于獲取外部輸入?yún)?shù)并將外部輸入?yún)?shù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中，所述的外部輸入?yún)?shù)包括植物生長(zhǎng)曲線參數(shù)； 所述的數(shù)據(jù)分析軟件模塊從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中獲取外部輸入?yún)?shù)，并得到與所述外部輸入?yún)?shù)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度值、紅光和白光的光質(zhì)比例，從而確定紅、白光半導(dǎo)體光源各自所需的占空比； 所述主控模塊的I/o 口輸出與前述占空比相應(yīng)的PWM波形信號(hào)給光源驅(qū)動(dòng)模塊，光源驅(qū)動(dòng)模塊輸出與前述占空比對(duì)應(yīng)的兩路工作電流分別給紅、白光半導(dǎo)體光源； 當(dāng)所述的人體感應(yīng)模塊檢測(cè)人體信號(hào)時(shí)，人體感應(yīng)模塊輸出信號(hào)至數(shù)據(jù)分析軟件模塊，主控模塊輸出紅光半導(dǎo)體光源占空比為零的相應(yīng)PWM波形信號(hào)給光源驅(qū)動(dòng)模塊，使光源驅(qū)動(dòng)模塊關(guān)閉紅光半導(dǎo)體光源的工作電流，同時(shí)調(diào)節(jié)白光半導(dǎo)體光源的占空比和相應(yīng)的PWM波形信號(hào)，使白光強(qiáng)度自動(dòng)降到5001ux以內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)，其特征在于，所述的半導(dǎo)體光源為L(zhǎng)ED光源，LED的PWM占空比與其工作電流為非線性單調(diào)關(guān)系，LED工作電流與相應(yīng)LED光量子密度也為非線性單調(diào)關(guān)系，通過(guò)確定白光和紅光LED的光量子密度及與之對(duì)應(yīng)的白光和紅光占空比和工作電流，建立PWM占空比、LED光源的工作電流與紅光或藍(lán)光LED光量子密度對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表，分別存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的兩個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中； 所述的紅光或藍(lán)光LED光量子密度對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表包括光照強(qiáng)度值和紅藍(lán)光質(zhì)比例特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)，其特征在于，所述的植物生長(zhǎng)曲線參數(shù)包括紅、藍(lán)光光質(zhì)比例以及與之對(duì)應(yīng)的白光的光照強(qiáng)度閾值以及紅光的光照強(qiáng)度閾值、與所述白光的光照強(qiáng)度閾值以及紅光的光照強(qiáng)度閾值對(duì)應(yīng)的白光工作電流和紅光工作電流、以及與所述白光工作電流對(duì)應(yīng)的白光占空比以及與所述紅光工作電流對(duì)應(yīng)的紅光占空比，其中，不同的占空比對(duì)應(yīng)相應(yīng)的波長(zhǎng)和不同強(qiáng)度的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)，其特征在于，所述的植物生長(zhǎng)曲線參數(shù)還包括植物所需的光照周期。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)，其特征在于，所述LED光源由按照預(yù)設(shè)規(guī)律排列的若干白光LED和若干紅光LED組成，以使所述LED光源在其照射面上形成均勻的光強(qiáng)和光質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)，其特征在于，所述的LED采用OLED或激光二極管代替。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)，其特征在于，所述白光半導(dǎo)體光源的色溫在1000-10000K，紅光半導(dǎo)體光源的波長(zhǎng)在600-700nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控模塊為微處理器或單片機(jī)，其安裝在一控制主板上，所述的光源驅(qū)動(dòng)模塊安裝在一控制驅(qū)動(dòng)板上，所述的半導(dǎo)體光源安裝在白、紅光混光燈板上，所述的參數(shù)設(shè)置軟件模塊安裝在手持控制器或電腦上，所述的人體感應(yīng)模塊為人體感應(yīng)器，所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為EEPROM。
9.利用權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光照系統(tǒng)的光譜調(diào)制方法，其特征在于，其步驟如下 1)根據(jù)白光半導(dǎo)體光源和紅光半導(dǎo)體光源的相對(duì)光譜分布，通過(guò)仿真模擬調(diào)控半導(dǎo)體光源的工作電流，確定白光半導(dǎo)體光源與紅光半導(dǎo)體光源以合適的光譜比例混合成符合植物生長(zhǎng)所需的光照強(qiáng)度和光質(zhì)，并建立相對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度和光質(zhì)比例數(shù)據(jù)庫(kù)； 2)根據(jù)所述植物對(duì)應(yīng)相應(yīng)的生長(zhǎng)曲線參數(shù)，并根據(jù)所述生長(zhǎng)曲線參數(shù)得到所述植物當(dāng)前所需的光照強(qiáng)度和紅、藍(lán)光質(zhì)比例，確定白光對(duì)應(yīng)的白光占空比以及紅光對(duì)應(yīng)的紅光占空比； 3)主控模塊根據(jù)所述白光和紅光半導(dǎo)體光源的占空比輸出兩路相應(yīng)的PWM波形信號(hào)控制工作電流，根據(jù)所述白光占空比生成相應(yīng)的白光HVM波形信號(hào)，并根據(jù)白光PWM波形信號(hào)生成相應(yīng)光照強(qiáng)度的白光；根據(jù)所述紅光占空比生成相應(yīng)的紅光PWM波形信號(hào)，并根據(jù)所述紅光PWM波形信號(hào)生成相應(yīng)光照強(qiáng)度的紅光，實(shí)現(xiàn)植物光照所需的半導(dǎo)體光源的紅、藍(lán)光量子密度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光譜調(diào)制方法，其特征在于，由色溫1000-10000K白光半導(dǎo)體光源所發(fā)出的光質(zhì)和波長(zhǎng)在600-700nm紅光半導(dǎo)體光源的所發(fā)出的光質(zhì)調(diào)制成植物生長(zhǎng)所需光譜。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于植物生長(zhǎng)的智能半導(dǎo)體光源照明系統(tǒng)及其光譜調(diào)制方法?，F(xiàn)有用于植物生長(zhǎng)的光源在進(jìn)行補(bǔ)光時(shí)存在光譜過(guò)窄、缺少紅外和遠(yuǎn)紅外光、以及藍(lán)光過(guò)強(qiáng)效果易造成人眼的傷害等問(wèn)題。本發(fā)明包括參數(shù)設(shè)置軟件模塊、主控模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊、人體感應(yīng)模塊和至少一個(gè)半導(dǎo)體光源，所述的主控模塊分別與參數(shù)設(shè)置軟件模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊和人體感應(yīng)模塊連接，主控模塊上裝有數(shù)據(jù)分析軟件模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，光源驅(qū)動(dòng)模塊與半導(dǎo)體光源連接，所述的半導(dǎo)體光源由若干白光半導(dǎo)體光源和若干紅光半導(dǎo)體光源組成。本發(fā)明解決了紅外和遠(yuǎn)紅外光的缺失問(wèn)題、LED植物生長(zhǎng)照明的藍(lán)光傷害問(wèn)題及智能半導(dǎo)體光源照明系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102917493SQ20121037558
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者李許可, 周泓 申請(qǐng)人:杭州漢徽光電科技有限公司