溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)及補光方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)及補光方法，可以在線對農(nóng)作物周圍的光譜進行采集和分析，能根據(jù)農(nóng)作物生長所需要的最佳光譜信息在線補償農(nóng)作物所需要的光譜強度，使得農(nóng)作物生長在最佳光照條件下，實現(xiàn)智能補光措施。本發(fā)明由于使用了高精度數(shù)字化開關(guān)電源恒流控制LED光源，使得光譜調(diào)節(jié)精度更高，補償效果更好。本發(fā)明使得農(nóng)作物的實際光照光譜能很好跟蹤專家給出的最佳光譜信息，并能設(shè)計好運行程序，進行無人工干預(yù)的智能精確補光，大大提高了農(nóng)業(yè)的智能化控制，并能大幅度提高農(nóng)作物的質(zhì)量。
【專利說明】溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)及補光方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于溫室大棚智能控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及采用上述系統(tǒng)進行補光的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光照是影響植物生長的重要因子，傳統(tǒng)的溫室大棚補光設(shè)備具有盲目性，不能實現(xiàn)對溫室大棚內(nèi)部光照光譜的在線分析，也不能通過對比農(nóng)作物生長所需要的最佳光譜信息庫對大棚內(nèi)部光照實行在線補償。溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)能夠為農(nóng)業(yè)科學化、精細化提供支撐，以達到最小的成本獲取最大的生產(chǎn)效益的目的。
[0003]開關(guān)電源技術(shù)在近幾年得到了很快的發(fā)展，其在LED控制方面也開始應(yīng)用。利用開關(guān)電源技術(shù)可以對溫室大棚內(nèi)部的LED補光控制模塊進行精確控制，進而控制LED補光陣列的光照強度和光照頻譜，給農(nóng)作物生長提供最佳環(huán)境，是一個發(fā)展方向。開關(guān)電源的耗電量小、控制精度高，能夠?qū)庾V起到很好的調(diào)節(jié)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中不能根據(jù)農(nóng)作物生長最佳光譜進行光照在線補償?shù)膯栴}。
[0005]本發(fā)明的另一目的是提供采用上述系統(tǒng)進行補光的方法。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)，包括依次連接的光照強度采集裝置、光照采集及補光控制器及可控LED補光設(shè)備，光照采集及補光控制器通過無線通信設(shè)備與管理員及溫室大棚智能補光系統(tǒng)控制平臺通信連接，光照采集及補光控制器上還連接有液晶屏；
[0007]可控LED補光設(shè)備，包括前級整流濾波電路，前級整流濾波電路上連接有四路高頻逆變電路，每路高頻逆變電路依次與高頻變壓器、同步整流電路及LED陣列相連接，LED陣列包括LED紅燈陣列、LED綠燈陣列、LED藍燈陣列、LED紫燈陣列，高頻逆變電路及同步整流電路還分別與光照采集及補光控制器相連接。
[0008]本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)的補光方法，具體按照以下步驟實施:
[0009]步驟1:通過液晶屏設(shè)置光譜信息，設(shè)置要補光農(nóng)作物信息并無線傳輸?shù)綔厥掖笈镏悄苎a光系統(tǒng)控制平臺，通過控制平臺的專家?guī)觳樵冊撧r(nóng)作物的光照頻譜信息，并把其轉(zhuǎn)化為各色補光電流值無線傳輸給光照采集及補光控制器；
[0010]步驟3:光照強度采集裝置采集農(nóng)作物的實際光照頻譜信息到光照采集及補光控制器，該信息轉(zhuǎn)化為各色補光電流值與專家?guī)旖o出的各色補光電流值相減，給可控LED補光設(shè)備一個補償控制指令，當光照強度采集裝置采集的光照信息超過專家給出的該農(nóng)作物補光限值時，光照采集及補光控制器通過無線通信設(shè)備給管理員發(fā)送報警信息；
[0011]步驟4:可控LED補光設(shè)備根據(jù)補償控制指令控制四路開關(guān)電源，進而控制紅、綠、藍、紫四種LED陣列的光照強度，從而控制農(nóng)作物的實際光照頻譜；
[0012]步驟5:由可控LED補光設(shè)備、光照強度采集裝置、光照采集及補光控制器形成一個反饋控制器，根據(jù)溫室大棚智能補光系統(tǒng)控制平臺給出的專家建議補償信息智能控制。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明方法和現(xiàn)有使用方法相比優(yōu)點在于，LED補光模塊采用開關(guān)電源技術(shù)，能夠精確的控制LED陣列的電流，進而控制LED陣列的光照強度和光譜分布。LED補光控制模塊由市電進行供電，該模塊包括前級整流濾波模塊、高頻逆變模塊、高頻變壓器、同步整流模塊。中央智能控制模塊使LED補光陣列發(fā)出的光譜信息能夠自動跟蹤農(nóng)作物生長所需要的最佳光譜曲線，最終實現(xiàn)光譜定量智能化補充。LED補光陣列只有對農(nóng)作物生長其關(guān)鍵作用的紅、綠、藍、紫四種LED燈，中央智能控制模塊通過對比已知農(nóng)作物生長所需要的最佳光譜信息庫，在線控制其光譜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0015]圖2是可控LED補光設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。
[0016]圖中，1.光照采集及補光控制器，2.光照強度采集裝置，3.可控LED補光設(shè)備，
4.無線通信設(shè)備，5.管理員，6.溫室大棚智能補光系統(tǒng)控制平臺，7.前級整流濾波電路，
8.高頻逆變電路，9.高頻變壓器，10.同步整流電路，11.LED陣列，12.液晶屏。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0018]本發(fā)明溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括依次連接的光照強度采集裝置2、光照采集及補光控制器I及可控LED補光設(shè)備3，光照采集及補光控制器I通過無線通信設(shè)備4與管理員5及溫室大棚智能補光系統(tǒng)控制平臺6通信連接。
[0019]光照采集及補光控制器I和無線通信設(shè)備4之間通過串口連接，無線通信設(shè)備4與管理員5、溫室大棚智能補光系統(tǒng)控制平臺6之間通過3G網(wǎng)絡(luò)無線通信。光照采集及補光控制器I通過控制線發(fā)送模擬控制信號給可控LED補光設(shè)備3，光照強度采集裝置2采集光照信息有線傳輸給光照采集及補光控制器I。
[0020]光照強度采集裝置2，利用光照強度采集儀采集溫室大棚內(nèi)部光照信息，并把采集的模擬信號傳輸給光照采集及補光控制器I ;光照采集及補光控制器1，該補光控制器的控制芯片采用16位單片機，采集到的光照強度與給定光照強度相減，給出補光差值，轉(zhuǎn)化為控制指令傳送給可控LED補光設(shè)備3。其中給定光照強度是由溫室大棚智能補光系統(tǒng)控制平臺6的專家?guī)觳樵兒蠼?jīng)無線通信設(shè)備4無線傳輸?shù)玫健厥掖笈镏悄苎a光系統(tǒng)控制平臺6，該平臺由工業(yè)控制計算機搭建，系統(tǒng)內(nèi)嵌每種農(nóng)作物生長所需要的光照曲線，該曲線給出某種農(nóng)作物生長過程中所需的隨生長周期變化的光照強度，當用于補光某種農(nóng)作物的智能補光系統(tǒng)無線連接到該平臺時，需要預(yù)先檢索該裝置補光的農(nóng)作物在智能專家?guī)熘械难a光強度信息。然后該信息會無線傳輸給光照采集及反饋補光控制器作為該系統(tǒng)的給定補光強度。這里的管理員5，主要指版本為Android4.2的手機平臺，支持3G無線傳輸。由光照采集及補光控制器I采集到的光照信息超過某種農(nóng)作物所能承受的最大光照強度值后，光照采集及補光控制器I就會通過無線通信設(shè)備4無線傳輸給管理員5 —個報警信息，信息包含現(xiàn)在光照值、光照強度限制等信息。可控LED補光設(shè)備3，該設(shè)備由四路恒流開關(guān)電源組成，分別控制紅、綠、藍、紫四種LED補光陣列的關(guān)照強度，從而改變光照頻譜。
[0021]可控LED補光設(shè)備3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，該設(shè)備包括前級整流濾波電路7，前級整流濾波電路7上連接有四路高頻逆變電路8，每路高頻逆變電路8依次與高頻變壓器9、同步整流電路10及LED陣列11相連接，LED陣列11包括LED紅燈陣列、LED綠燈陣列、LED藍燈陣列、LED紫燈陣列。高頻逆變電路8及同步整流電路10分別與光照采集及補光控制器I相連接。光照采集及補光控制器I上還連接有液晶屏12。
[0022]前級整流濾波電路7，該電路由220V/50HZ市電供電，把交流電轉(zhuǎn)化為直流電供四路開關(guān)電源以直流方式取電，該電路采用單相橋式不控整流電路和電感濾波電路組成。電感濾波電路用于平整電壓波形，采用電感濾波延長了整流管的導(dǎo)電角，從而避免了過大的沖擊電流。高頻逆變電路8，該電路采用全橋逆變拓撲，開關(guān)管采用驅(qū)動頻率較高的MOSFET管，開關(guān)驅(qū)動電路采用電流驅(qū)動方式。高頻變壓器9，該高頻變壓器采用原邊線繞，副邊銅皮面繞結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)繞制的變壓器漏感較小，變壓器磁芯取超微晶材質(zhì)，該材質(zhì)的導(dǎo)磁率高，磁通密度大，所以繞制的變壓器體積較小，使得整體電源體積變小。同步整流電路10，該電路采用通態(tài)電阻非常小的MOSFET管代替一般的二極管，有效的降低了通態(tài)壓降，適合用于恒流控制的LED電源后級整流場合。LED紅燈陣列，該LED陣列由8個相同的紅色LED串聯(lián)而成，給系統(tǒng)提供紅光。LED綠燈陣列，該LED陣列由8個相同的綠色LED串聯(lián)而成，給系統(tǒng)提供綠光。LED藍燈陣列，該LED陣列由8個相同的LED串聯(lián)而成，給系統(tǒng)提供藍光。一個LED紫燈陣列，該LED陣列由8個相同的LED串聯(lián)而成，給系統(tǒng)提供紫光?？梢瞥|控式液晶屏12，該液晶屏用于設(shè)置光譜信息，設(shè)置要補光農(nóng)作物信息并無線傳輸?shù)綔厥掖笈镏悄苎a光系統(tǒng)控制平臺，供查詢該農(nóng)作物所需的專家推薦補光光譜信息。
[0023]本發(fā)明溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)的補光方法，具體按照以下步驟實施:
[0024]步驟1:通過液晶屏12設(shè)置光譜信息，設(shè)置要補光農(nóng)作物信息并無線傳輸?shù)綔厥掖笈镏悄苎a光系統(tǒng)控制平臺6，通過控制平臺的專家?guī)觳樵冊撧r(nóng)作物的光照頻譜信息，并把其轉(zhuǎn)化為各色補光電流值無線傳輸給光照采集及補光控制器I。
[0025]步驟3:光照強度采集裝置2采集農(nóng)作物的實際光照頻譜信息到光照采集及補光控制器I，該信息轉(zhuǎn)化為各色補光電流值與專家?guī)旖o出的各色補光電流值相減，給可控LED補光設(shè)備3 —個補償控制指令。當光照強度采集裝置2采集的光照信息超過專家給出的該農(nóng)作物補光限值時，光照采集及補光控制器I就會通過無線通信設(shè)備4給管理員5發(fā)送報
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[0026]步驟4:可控LED補光設(shè)備3根據(jù)補償控制指令控制四路開關(guān)電源，進而控制紅、綠、藍、紫四種LED陣列10的光照強度，從而控制農(nóng)作物的實際光照頻譜。
[0027]步驟5:由可控LED補光設(shè)備3、光照強度采集裝置2、光照采集及補光控制器I形成一個反饋控制器，根據(jù)溫室大棚智能補光系統(tǒng)控制平臺6給出的專家建議補償信息智能控制。
[0028]本發(fā)明方法的實現(xiàn)關(guān)鍵在于三點:一是可以在線對農(nóng)作物周圍的光譜進行采集和分析；二是能根據(jù)農(nóng)作物生長所需要的最佳光譜信息在線補償農(nóng)作物所需要的光譜，使得農(nóng)作物生長在最佳光照條件下，實現(xiàn)智能補光措施；三是由于使用了高精度數(shù)字化開關(guān)電源恒流控制LED光源，使得光譜調(diào)節(jié)精度更高，光譜控制效果更好。本發(fā)明使得農(nóng)作物的實際光照光譜能很好跟蹤專家給出的最佳光譜信息，并能設(shè)計好運行程序，進行無人工干預(yù)的智能精確補光，大大提高了農(nóng)業(yè)的智能化控制，并能大幅度提高農(nóng)作物的質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1.溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的光照強度采集裝置(2)、光照采集及補光控制器(I)及可控LED補光設(shè)備(3)，光照采集及補光控制器(I)通過無線通信設(shè)備(4 )與管理員(5 )及溫室大棚智能補光系統(tǒng)控制平臺(6 )通信連接，所述的光照采集及補光控制器(I)上還連接有液晶屏(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)，其特征在于，所述的可控LED補光設(shè)備(3)，包括前級整流濾波電路(7)，前級整流濾波電路(7)上連接有四路高頻逆變電路(8 )，每路高頻逆變電路(8 )依次與高頻變壓器(9 )、同步整流電路(10 )及LED陣列(11)相連接，LED陣列(11)包括LED紅燈陣列、LED綠燈陣列、LED藍燈陣列、LED紫燈陣列，所述的高頻逆變電路(8)及同步整流電路(10)還分別與光照采集及補光控制器(O相連接。
3.溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)的補光方法，其特征在于，采用溫室大棚光譜在線分析及智能補光系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為:包括依次連接的光照強度采集裝置(2)、光照采集及補光控制器(I)及可控LED補光設(shè)備(3 )，光照采集及補光控制器(I)通過無線通信設(shè)備(4)與管理員(5)及溫室大棚智能補光系統(tǒng)控制平臺(6)通信連接，所述的光照采集及補光控制器(I)上還連接有液晶屏(12); 所述的可控LED補光設(shè)備(3 )，包括前級整流濾波電路(7 )，前級整流濾波電路(7 )上連接有四路高頻逆變電路(8)，每路高頻逆變電路(8)依次與高頻變壓器(9)、同步整流電路(10)及LED陣列(11)相連接，LED陣列(11)包括LED紅燈陣列、LED綠燈陣列、LED藍燈陣列、LED紫燈陣列，所述的高頻逆變電路(8)及同步整流電路(10)還分別與光照采集及補光控制器(I)相連接； 具體按照以下步驟實施: 步驟1:通過液晶屏(12)設(shè)置光譜信息，設(shè)置要補光農(nóng)作物信息并無線傳輸?shù)綔厥掖笈镏悄苎a光系統(tǒng)控制平臺(6)，通過控制平臺的專家?guī)觳樵冊撧r(nóng)作物的光照頻譜信息，并把其轉(zhuǎn)化為各色補光電流值無線傳輸給光照采集及補光控制器(I); 步驟3:光照強度采集裝置(2)采集農(nóng)作物的實際光照頻譜信息到光照采集及補光控制器(I )，該信息轉(zhuǎn)化為各色補光電流值與專家?guī)旖o出的各色補光電流值相減，給可控LED補光設(shè)備(3) —個補償控制指令，當光照強度采集裝置(2)采集的光照信息超過專家給出的該農(nóng)作物補光限值時，光照采集及補光控制器(I)通過無線通信設(shè)備(4 )給管理員(5 )發(fā)送報警信息； 步驟4:可控LED補光設(shè)備(3)根據(jù)補償控制指令控制四路開關(guān)電源，進而控制紅、綠、藍、紫四種LED陣列(11)的光照強度，從而控制農(nóng)作物的實際光照頻譜； 步驟5:由可控LED補光設(shè)備(3)、光照強度采集裝置(2)、光照采集及補光控制器(I)形成一個反饋控制器，根據(jù)溫室大棚智能補光系統(tǒng)控制平臺(6)給出的專家建議補償信息智能控制。
【文檔編號】A01G9/20GK103582255SQ201310511625
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】姬軍鵬, 華志廣, 羅磊, 申明, 牛麒森, 荔筱, 張小影, 薛釗 申請人:西安理工大學