植物工廠人工光源光環(huán)境參數(shù)感知裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光環(huán)境檢測技術領域，尤其涉及一種植物工廠人工光源光環(huán)境參數(shù)感 知裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 光是植物生理、生態(tài)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個重要環(huán)境因素。人類在利用自然光源 和發(fā)明人工光源的實踐中，需要對光環(huán)境進行準確度量，當前光環(huán)境感測大都采用適當濾 光片的硒光電池、硅光電池或者熱電堆，使之符合要求的光譜響應特性，進而測量所需的數(shù) 值。很多傳感器集中于光照度、全輻射、日照時間等方面，現(xiàn)有技術中是采用光電感應芯片 獲得單個參數(shù)的方法。
[0003] 光環(huán)境測量很多采用分立方式，三個參數(shù)測量一般需要三個傳感器，體積大，價格 高，為現(xiàn)場測量尤其室內(nèi)植物工廠測量帶來不便。
[0004] 鑒于此，如何獲得植物工廠人工光源光環(huán)境參數(shù)成為當前需要解決的技術問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明提供一種植物工廠人工光源光環(huán)境參數(shù)感知裝置 及方法，可以獲得植物工廠人工光源光環(huán)境參數(shù)（包括：光合有效輻射、光照時間參數(shù)和光 質(zhì)比率等），以及實現(xiàn)在光強不夠的情況下提供穩(wěn)定的微功率電源供給，成本低、體積小，使 用方便。
[0006] 第一方面，本發(fā)明提供一種植物工廠人工光源光環(huán)境參數(shù)感知裝置，其特征在于， 包括：八塊串聯(lián)的太陽能板、八個帶通濾光片、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器、升壓芯片和通訊模 塊；
[0007] 所述八塊串聯(lián)的太陽能板，用于接收人工光源發(fā)射的光，每塊太陽能板上方對應 覆蓋有1個帶通濾光片，所述八塊太陽能板上方對應覆蓋的八個帶通濾光片使得所述八塊 太陽能板分別接收八個不同固定波長的光，所述八塊串聯(lián)的太陽能板與八個帶通濾光片通 過封裝盒封裝在一起，所述八塊太陽能板均與模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，所述八塊太陽能板串聯(lián)之 后通過所述升壓芯片直接或者再通過蓄電電池與所述微控制器連接，為所述感知裝置供 電；
[0008] 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，與微控制器連接，用于分別測量每塊太陽能板的輸出電壓，并將 每塊太陽能板的輸出電壓發(fā)送至所述微控制器；
[0009] 所述微控制器，用于根據(jù)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送的每塊太陽能板的輸出電壓，獲得 每塊太陽能板接收的光對應波長的光譜輻射照度，根據(jù)所述每塊太陽能板接收的光對應波 長的光譜輻射照度，通過第一公式計算得到植物工廠人工光源光環(huán)境的光合有效輻射；以 及在所述光合有效輻射的增加有突變時通過內(nèi)部定時器開始計時，得到光照時間參數(shù)；以 及通過計算各塊太陽能板接收的光對應波長之間光譜輻射照度的比率，得到光質(zhì)比率及光 譜分布；
[0010] 所述通訊模塊，用于將所述微控制器得到的光合有效輻射、光照時間參數(shù)、光質(zhì)比 率及光譜分布發(fā)送至上位機。
[0011] 可選地，所述八個帶通濾光片分別為400-440nm、440-470nm、470-500nm、 500-560nm、570-620nm、620-640nm、640-700nm、700-760nm帶通濾光片。
[0012] 可選地，所述第一公式為：
[0014] 其中，E1為植物工廠人工光源光環(huán)境的光合有效輻射，EX為波長A處的光譜輻照 度，單位：W/(m2*nm)，A= 420nm、455nm、485nm、530nm、595nm、630nmS670nm。
[0015] 可選地，所述植物工廠人工光源光環(huán)境參數(shù)感知裝置還包括：與所述微控制器連 接的蓄電電池；
[0016] 所述八塊太陽能板串聯(lián)之后通過升壓芯片與所述蓄電電池連接，用為所述蓄電電 池充電。
[0017] 可選地，所述裝置還包括：與所述微控制器連接的其他傳感器；
[0018] 相應地，在所述裝置不包括蓄電電池時，所述八塊太陽能板串聯(lián)之后通過升壓芯 片與所述其他傳感器連接，為所述其他傳感器供電；
[0019] 在所述裝置包括蓄電電池時，所述蓄電電池與所述其他傳感器連接，為所述其他 傳感器供電。
[0020] 可選地，所述太陽能板為柔性太陽能板，所述太陽能板的額定功率為0. 1W，最大輸 出電壓為〇. 5V;
[0021] 所述八塊太陽能板串聯(lián)之后在人工光源照射下的輸出電壓為直流0-4V，最大電流 為 200mA。
[0022] 可選地，所述太陽能板采用三復合層非晶硅太陽能光電技術，使用分層方式，將光 照不同波長光譜有效吸收。
[0023] 可選地，所述三復合層非晶娃包括：一層非晶娃、一層非晶娃+15%鍺合金和一層 非晶硅+40 %鍺合金。
[0024] 第二方面，本發(fā)明提供一種使用上述裝置的植物工廠人工光源光環(huán)境參數(shù)感知方 法，包括：
[0025] 獲取所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送的每塊太陽能板的輸出電壓；
[0026] 根據(jù)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器發(fā)送的每塊太陽能板的輸出電壓，獲得每塊太陽能板接收的 光對應波長的光譜福射照度；
[0027] 根據(jù)所述每塊太陽能板接收的光對應波長的光譜輻射照度，通過第一公式計算得 到植物工廠人工光源光環(huán)境的光合有效輻射；
[0028] 在所述光合有效輻射的增加有突變時通過內(nèi)部定時器開始計時，得到光照時間參 數(shù)；
[0029] 通過計算各塊太陽能板接收的光對應波長之間光譜輻射照度的比率，得到光質(zhì)比 率及光譜分布。
[0030] 可選地，八個帶通濾光片分別為 400-440nm、440-470nm、470-500nm、500-560nm、 570-620nm、620-640nm、640-700nm、700-760nm帶通濾光片；
[0031] 所述第一公式為：
[0033] 其中，E1為植物工廠人工光源光環(huán)境的光合有效輻射，EX為波長A處的光譜輻照 度，單位：W/(m2*nm)，A= 420nm、455nm、485nm、530nm、595nm、630nmS670nm;W&
[0034] 各塊太陽能板接收的光對應波長之間光譜輻射照度的比率的計算公式為：
[0036] 由上述技術方案可知，本發(fā)明的植物工廠人工光源光環(huán)境參數(shù)感知裝置及方法， 可以感知植物工廠人工光源光環(huán)境參數(shù)（包括：光合有效輻射、光照時間參數(shù)、光質(zhì)比率及 光譜分布等），以及實現(xiàn)在光強不夠的情況下提供穩(wěn)定的微功率電源供給，成本低、體積小， 使用方便。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明一實施例提供的一種植物工廠人工光源光環(huán)境參數(shù)感知裝置的結(jié) 構示意圖；
[0038] 圖2為圖1所示實施例提供的太陽能板的光譜響應示意圖；
[0039] 圖3為圖1所示實施例提供的帶通濾光片的窄帶濾波響應示意圖；
[0040] 圖4為圖1所示實施例提供的太陽能板的光伏響應示意圖；
[0041] 圖5為圖1所示實施例提供的所述裝置的一種檢測結(jié)果擬合出的光譜曲線；
[0042] 圖6為本發(fā)明一實施例提供的一種使用圖1所示裝置的植物工廠人工光源光環(huán)境 參數(shù)感知方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0043] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅 僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領域普通技術人 員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他的實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0044] 在現(xiàn)有技術中，在植物工廠人工光源補光系統(tǒng)中需要調(diào)整光照時間、光照強度、光 質(zhì)，為了提供準確的光譜質(zhì)量，需要對光譜在線監(jiān)測?，F(xiàn)有技術中采用了衍射光柵出來譜 光以獲得準確的光譜強度信號，消除了在光譜測量儀中產(chǎn)生的漫射光和反射及衍射無用的 光。現(xiàn)有技術中采用了類似的方案主要發(fā)明用在光柵光路改進上。"在現(xiàn)有技術中還采用 了不同中心波長的發(fā)光二極管獲得光譜測量所需要的單色光，采用具有相同光譜響應特性 的寬光譜光敏期間構成測量和參比光強的測量裝置，通過不同時間段驅(qū)動不同發(fā)光二極管 分別監(jiān)測，進一步獲得光譜響應曲線?，F(xiàn)有技術中還可通過測量對電光效應晶體施加不同 電壓利用光探測器監(jiān)測光功率。
[0045] 在實際生產(chǎn)過程中，植物工廠人工光源主要用于作物補光，其光照時間、光強、光 質(zhì)是光的重要參數(shù)，通過光源開閉調(diào)節(jié)光照時間，利用PWM調(diào)節(jié)光源供電電流改變光強，通 過開閉不同波段的光源來調(diào)整光質(zhì)。目前在光強及光照時間方面由于具有成熟傳感器能夠 較好的控制，而在光質(zhì)方面很多采用固定光譜，難以再現(xiàn)調(diào)整，需要光譜監(jiān)測傳感器支撐。 目前已有傳感器和方