植物工廠中模擬日光運動的led照明裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于LED燈領(lǐng)域，特別涉及一種植物工廠中模擬日光運動的LED照明裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]植物的生長受多種植物激素調(diào)節(jié)，其中生長素等與植物的形態(tài)建成有重要作用。生長素一般指吲哚乙酸，其普遍存在于各種植物組織之中，在低濃度時能促進(jìn)植物生長，特別是細(xì)胞的伸長。生長素均勻產(chǎn)生于植物頂端分生組織，并且在光照的作用下能產(chǎn)生橫向運輸，運輸方向為從向光側(cè)到背光側(cè)，使之不均勾分布。分布不均勾的生長素作用于植物伸長區(qū)，使背光側(cè)細(xì)胞加速伸長，植物發(fā)生向光性生長。這種光照影響植物生長發(fā)育的現(xiàn)象稱為植物的光形態(tài)建成。
[0003]在全封閉的植物工廠中，電費是生產(chǎn)的主要成本所在。舊時的植物補光常采用高壓鈉燈或熒光燈等，存在能耗高、光譜與植物需求相差大的缺陷，很難保證設(shè)施作物的高效生產(chǎn)的需求。而且這些光源在工作時產(chǎn)生大量的熱，若距離植物過近會使其“燙傷”。被稱作第四代光源的LED是一種固態(tài)光源，具有體積小、重量輕、節(jié)能環(huán)保、長壽命、光譜展寬小等優(yōu)點，較傳統(tǒng)光源具有無法比擬的優(yōu)勢，是替代傳統(tǒng)光源進(jìn)行高效補光的理想光源。更為重要的是，LED光源為冷光源，工作時隨光輻射出的熱較少，可貼近植物葉片表面照射，減少了照射距離，提高了光照效率。
[0004]在現(xiàn)今的封閉式植物工廠中，處于生長期的作物多數(shù)采用多層培育架進(jìn)行培育。在這種培育架中每一培育層的上部都配有固定的光源，用以提供植物生長發(fā)育所需的光。但是由于光源是固定的，光照方向不可改變，因此會使植物的光形態(tài)建成與自然界中的情況有所差異，這可能會導(dǎo)致植物的畸形生長，影響植物的經(jīng)濟(jì)價值。在培育過程中適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)光照方向會減小這種差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種植物工廠中模擬日光運動的LED照明裝置，該照明裝置能按照實際需求調(diào)節(jié)光照的方向和光照時間，從而達(dá)到調(diào)節(jié)植物光形態(tài)建成的效果。
[0006]本發(fā)明的第二目的在于提供一種基于上述裝置實現(xiàn)的植物工廠中模擬日光運動的LED照明控制方法。
[0007]本發(fā)明的第一目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種植物工廠中模擬日光運動的LED照明裝置，包括置于培育層頂部的底部燈板、置于培育層兩側(cè)的左側(cè)燈板和右側(cè)燈板、第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路以及植物工廠中控中心；
[0008]左側(cè)燈板和右側(cè)燈板均位于底部燈板下方且與底部燈板之間的傾斜角度超過90度；
[0009]底部燈板、左側(cè)燈板和右側(cè)燈板朝下一面分別對應(yīng)安裝有第一 LED光源、第二 LED光源和第三LED光源；
[0010]第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路和第三驅(qū)動電路的輸入端分別連接電源，第一驅(qū)動電路的輸出端通過第一繼電器連接第一 LED光源，第二驅(qū)動電路的輸出端通過第二繼電器連接第二 LED光源，第三驅(qū)動電路的輸出端通過第三繼電器連接第三LED光源；第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器分別連接植物工廠中控中心，通過植物工廠中控中心控制它們的工作狀態(tài)。
[0011]優(yōu)選的，所述左側(cè)燈板和右側(cè)燈板與底部燈板之間的傾斜角度為120度?150度；左側(cè)燈板和右側(cè)燈板為鏡像關(guān)系。
[0012]優(yōu)選的，所述第一 LED光源、第二 LED光源和第三LED光源分別垂直安裝在底部燈板、左側(cè)燈板和右側(cè)燈板朝下一面的面板上。
[0013]優(yōu)選的，所述第一 LED光源、第二 LED光源和第三LED光源分別有多個成矩形排布的LED燈組成，其中第一 LED光源中包括光色為紅外光、紅光和綠光的LED燈，第二 LED光源和第三LED光源中包括光色為藍(lán)色和紫色的LED燈。
[0014]更進(jìn)一步的，所述第一 LED光源中同色的LED燈經(jīng)過串聯(lián)和并聯(lián)連接后引出線頭，第一驅(qū)動電路輸出端通過第一繼電器與第一 LED光源的引出線頭連接；所述第二 LED光源中同色的LED燈經(jīng)過串聯(lián)和并聯(lián)連接后引出線頭，第二驅(qū)動電路輸出端通過第二繼電器與第二 LED光源的引出線頭連接；所述第三LED光源中同色的LED燈經(jīng)過串聯(lián)和并聯(lián)連接后引出線頭，第三驅(qū)動電路輸出端通過第三繼電器與第三LED光源的引出線頭連接。
[0015]優(yōu)選的，所述第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路和第三驅(qū)動電路均由整流電路、濾波電路和開關(guān)變化電路組成。
[0016]更進(jìn)一步的，第一繼電器的動觸點和常開觸點分別連接第一驅(qū)動電路輸出端和第一LED光源，第二繼電器的動觸點和常開觸點分別連接第二驅(qū)動電路輸出端和第二 LED光源，第三繼電器的動觸點和常開觸點分別連接第三驅(qū)動電路輸出端和第三LED光源，第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器的輸入端分別連接植物工廠中控中心，由植物工廠中控中心控制第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器的輸入端的通電狀態(tài)。
[0017]本發(fā)明的第二目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種基于上述裝置實現(xiàn)的植物工廠中模擬日光運動的LED照明控制方法，步驟如下:
[0018]S1、模擬光周期中的暗期:植物工廠中控中心通過第一繼電器、第二繼電器以及第三繼電器控制第一驅(qū)動電路與第一 LED電源之間、第二驅(qū)動電路與第二 LED電源之間以及第三驅(qū)動電路與第三LED電源之間斷開，第一 LED光源、第二 LED光源和第三LED光源均為處于關(guān)斷狀態(tài)；
[0019]S2、模擬光周期中的光期:植物工廠中控中心通過第一繼電器控制第一驅(qū)動電路與第一 LED電源之間接通，使得第一 LED光源處于常亮狀態(tài)，同時植物工廠中控中心通過第二繼電器和第三繼電器控制第二驅(qū)動電路和第二 LED電源之間以及第三驅(qū)動電路和第三LED電源之間輪流且循環(huán)接通，使得第二 LED電源和第三LED光源輪流且循環(huán)點亮，從而模擬日光的角度變化。
[0020]優(yōu)選的，所述步驟S2中植物工廠中控中心控制控制第二驅(qū)動電路和第二 LED電源之間每次接通的時間與第三驅(qū)動電路和第三LED電源之間每次接通的時間相同，即第二LED電源每次點亮的持續(xù)時間和第三LED電源每次點亮的持續(xù)時間相同。
[0021]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果:
[0022](I)本發(fā)明通過在培育層頂部設(shè)置帶有LED光源的底部燈板以及在培育層兩側(cè)設(shè)置帶有LED光源的左側(cè)燈板和右側(cè)燈板來為培育層上的植物提供光照，其中底部燈板、左側(cè)燈板和右側(cè)燈板上的LED光源分別通過一路驅(qū)動電路連接電源，在電源和三路驅(qū)動電路之間又分別設(shè)置了繼電器，通過植物工廠中控中心控制繼電器的工作狀態(tài)，以實現(xiàn)對底部燈板、左側(cè)燈板和右側(cè)燈板上的LED光源的控制，本發(fā)明植物工廠中控中心通過繼電器控制三個燈板上的LED光源全部熄滅時，能夠?qū)崿F(xiàn)光周期中暗期的模擬；而植物工廠中控中心通過繼電器控制底部燈板LED光源點亮且左側(cè)燈板和右側(cè)燈板上的LED光源輪流循環(huán)點亮?xí)r，能夠?qū)崿F(xiàn)光周期中光期的模擬，并且通過左側(cè)燈板和右側(cè)燈板上的LED光源輪流循環(huán)點亮模擬日光的角度變化。因此本發(fā)明能夠按照實際需求調(diào)節(jié)光照的方向和光照時間，相對于現(xiàn)有的固定光源，能給植物帶來更加接近于自然的環(huán)境，從而改善植物的光形態(tài)建成過程，使所種植植物外觀更接近于傳統(tǒng)種植方法所得的植物。
[0023](2)本發(fā)明中置于底板燈板兩側(cè)的燈板為鏡像對稱關(guān)系，因此LED燈的數(shù)量會翻倍，置于左側(cè)燈板和右側(cè)燈板的LED燈僅限于對植物光形態(tài)建成密切相關(guān)的藍(lán)紫光等，而紅外、紅、綠光等對植物光形態(tài)建成相關(guān)性較小的光源放置于培育層頂端，因此本發(fā)明減少了 LED數(shù)量，節(jié)省成本。
[0024](3)本發(fā)明底板燈板、左側(cè)燈板和右側(cè)燈板的光源中可以包括不同光色的LED燈，
更加適合植物生長發(fā)育的需要。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明裝置電路原理框圖。
[0027]圖3是本發(fā)明驅(qū)動電路原理圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0029]實施例
[0030]本實施例公開了一種植物工廠中模擬日光運動的LED照明裝置，如圖1所示，包括置于培育層4頂部的底部燈板2、置于培育層4兩側(cè)的左側(cè)燈板3和右側(cè)燈板1、第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、第三驅(qū)動電路以及植物工廠中控中心；
[0031]左側(cè)燈板和右側(cè)燈板均位于底部燈板下方且與底部燈板之間的傾斜角度超過90度，這個傾斜角度可以選用120度?150度，左側(cè)燈板3和右側(cè)燈板I為鏡像關(guān)系，即左側(cè)燈板3和底部燈板2之間的傾斜角度與右側(cè)燈板I和底板燈板2之間的傾斜角度相同。底部燈板2、左側(cè)燈板3和右側(cè)燈板I朝下一面分別對應(yīng)垂直安裝有第一 LED光源、第二 LED光源和第三LED光源。三個燈板上發(fā)出的光成30度?60度地照射在植物上。三個燈板中心到種植平臺中心的距離相等，其中燈板與種植平臺的距離可根據(jù)所種植的高度而決定，在本實施例中取500mm。三個燈板通過螺釘固定在培育架5上。
[0032]第一 LED光源、第二 LED光源和第三LED光源分別有多個成矩形排布的LED燈組成，其中第一 LED光源中包括光色為紅外光、紅光和綠光的LED燈，這些光色為與植物光形態(tài)建成作用不大的光色，第二 LED光源和第三LED光源中包括光色為藍(lán)色和紫色的LED燈，這些光色為與植物光形態(tài)建成密切相關(guān)的光色。本實施例裝置通過燈板上不同顏色的LED燈混合得到需要的光譜。各種光色的LED燈發(fā)光強度按照植物生長發(fā)育的需要選取。
[0033]如圖2所示，第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路和第三驅(qū)動電路的輸入端分別連接電源，第一驅(qū)動電路的輸出端通過第一繼電器連接第一 LED光源，第二驅(qū)動電路的輸出端通過第二繼電器連接第二 LED光源，第三驅(qū)動電路的輸出端通過第三繼電器連接第三LED光源；第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器分別連接植物工廠中控中心，通過植物工廠中控中心控制它們的工作狀態(tài)。植物工廠中控中心通過三路驅(qū)動電路分別控制底部燈板、左側(cè)燈板和右側(cè)燈板上的光源，三部分光源獨立的受各自驅(qū)動電路的控制，互不干擾。
[0034]如圖3所示，本實施例第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路和第三驅(qū)動電路均由依次連接的整流電路、濾波電路和開關(guān)變化電路組成；其中本實施例中第一繼電器的動觸點和常開觸點分別連接第一驅(qū)動電路輸出端和第一 LED光源，第一繼電器的輸入端連接植物工廠中控中心，當(dāng)植物工廠中控中心控制第一繼電器的輸入端接通電源時，第一繼電器的動觸點和常開觸點閉合，此時第一驅(qū)動電