[发明专利]一种作用于温室植物生长的控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及LED灯具在农业上的应用领域，尤其涉及到一种作用于温室植物生长的控制系统。

背景技术

光、温、水、肥、气，是植物生长发育所需的主要环境因子，每个因子都是植物生长发育过程中所必须的。这个五个因子中，光居首位，其主要通过三方面影响植物生长，即光普分布、光强和光周期。光质即光辐射的波长，对植物的生长、光合作用、形态建成、物质代谢等诸多方面均有调控作用。近些年来，随着大气环境污染的日益加剧，北方雾霾天气的增多，致使地球表面接受到的太阳福射日趋减少，严重影响到了作物的生长。

温室植物培养技术为现代植物栽种提供了一种科学、稳定、可靠的种作技术，给人们日益增加的能量需求提供了一种合适的途径。相关研究表明，当温室日光照量小于100W/m²，或日照时间小于4.5h/天时，要进行人工补光。将人工光源代替太阳光，用于植物生长照明补光技术的发展，使得温室种植有了更为广阔的发展前景。而在利用人工光源补光的同时，能够充分利用太阳光照，两者结合达到稳定有效的照明状态，将是节能、高效的植物补光方案。

植物生长依赖于在叶绿体中的光合作用合成有机物。而研究表明，叶绿体中参与到光合作用中至关重要的叶绿素a和叶绿素b，其吸收光谱为单色光谱，吸收光谱的峰值波长分别为660nm和450nm，这与LED光源属于单色光源不谋而合。其中红橙光被植物吸收用于光合作用的比例最大，蓝紫光同化效率仅为红橙光的1/8左右。红橙光对叶绿素的形成及碳水化合物的合成，加速长日照植物的生长发育，延迟短日照植物的发育，促进种子萌发等方面起到重要作用；蓝紫对蛋白质合成，加速短日照植物的发育，延迟长日照植物的发育有重要作用，同时紫外线有利于维生素C的合成。因此，考虑将吻合叶绿素a和叶绿素b吸收光谱的LED光源，用作温室植物照明补光，是一种节能、高效的可行性办法。

根据M.Johkan.etal的研究表明：对于叶片类植物或蔬菜，对红、蓝光的需求比例应满足，红：蓝＜6.8:1，以促进叶片的生长；而对于花卉、果实类植物，对红、蓝光的需求比例应满足，红：蓝＞6.8:1，以促进花朵和果实的孕育。不匹配植物生长需求的红蓝光比例，不能达到最佳的促进植物生长的状态，甚至可能抑制植物的生长。因此，若能做到植物补光光源的红、蓝光比例可调，则可应对不同光照需求的植物，拓宽了温室照明补光的适用范围。

现代信息化社会为温室照明技术提供了一种新思路：智能传感和智能调控，实现植物生长的精细化管理，乃是温室种植发展方向的趋势所在。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种节能高效、用LED进行植物照明补光、辅以光质、温湿度、二氧化碳含量、养料等状态的智能采集传感及调控、保证温室种植植物处于最佳生长环境的控制系统。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：包括PLC控制器、分别与PLC控制器连接的环境传感系统、环境调控系统、数据存储单元以及用于人机交互和系统信息实时观测的HMI用户界面。

进一步地，环境传感系统包括测试温室外界温度的温度传感器、测试土壤温度和湿度的第一温湿度传感器、测试温室环境中温度和湿度的第二温湿度传感器、测试外界进入温室环境中光线强度的第一光敏二极管、测试外界进入温室环境中光线强度和用于植物照明LED补光强度总和的第二光敏二极管以及测试温室环境中二氧化碳含量水平的二氧化碳传感器。

进一步地，环境调控系统包括LED照明补光单元、通风设备单元、植物生长营养单元、滴灌系统、雾化系统以及热交换系统。

进一步地，LED照明补光单元包括PWM电流驱动单元和LED照明阵列单元，两者之间通过光电耦合器进行连接；其中，所述LED照明阵列单元包括红光光源模块、蓝光光源模块、绿光光源模块，各模块之间并联。

进一步地，红光光源模块、蓝光光源模块、绿光光源模块波长分别为650nm～670nm、440nm～460nm、510nm～530nm。

进一步地，LED照明阵列单元安装在植物上方1m～2m，其最大辐射照度为160W/m²，绿光光源模块辐射照度应为红、蓝光光源模块辐射照度总和的20％；红、蓝相对光谱分布比例为4:1～9:1。

进一步地，LED照明单元LED照明阵列单元通过PWM驱动，红、蓝、绿光源模块频率均设置为1kHz-5kHz，三者相位差为0°，占空比均为20％-50％。