室內植物補光系統及方法
【專利摘要】本發明提供一種室內植物補光系統及方法，用于對室內植物進行補光，包括檢測模塊、控制模塊、電源模塊、補光模塊、用戶交互模塊和降溫模塊，所述電源模塊通過電源線分別連接至所述檢測模塊、控制模塊、補光模塊、用戶交互模塊和降溫模塊的電源接口，所述控制模塊通過總線分別連接至所述檢測模塊、補光模塊、用戶交互模塊和降溫模塊。本發明室內植物補光系統，穩定性好、自動化程度高、精確度好，大大提高了室內植物的產量及品質，且耗能低。
【專利說明】室內植物補光系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種室內植物補光領域，特別涉及一種室內植物補光系統及方法。
【背景技術】
[0002]在農作物生長過程中，光照條件對農作物的生產速度、產量及品質都具有重要影響。現階段我國大部分設施農業仍然依靠白熾燈、鹵鎢燈、高壓水銀燈、高壓鈉燈等作為光源對植物進行補光，這些傳統的補光技術存在光譜匹配不合理、光能利用率低、未考慮溫度等其他因素的影響，其耗能過高導致難以在實際生產中投入。且傳統的補光技術未考慮不同植物及植物不同生產階段需光量的差異，造成不光不足或補光過度，能源浪費嚴重。

【發明內容】

[0003](一)要解決的技術問題
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種可對不同植物和植物不同的生產階段有針對性地進行紅藍補光的室內植物補光系統及方法。
[0005](二)技術方案
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供一種室內植物補光系統，用于對室內植物進行補光，包括檢測模塊、控制模塊、電源模塊、補光模塊、用戶交互模塊和降溫模塊，所述電源模塊通過電源線分別連接至所述檢測模塊、控制模塊、補光模塊、用戶交互模塊和降溫模塊的電源接口，所述控制模塊通過總線分別連接至所述檢測模塊、補光模塊、用戶交互模塊和降溫模塊。
[0007]進一步的，還包括報警模塊，所述報警模塊通過電源線與所述電源模塊連接，并通過總線連接至所述控制模塊。
[0008]進一步的，所述檢測模塊包括紅光檢測器、藍光檢測器和溫度檢測器，所述紅光檢測器和藍光檢測器均為ISL29010光照傳感器，所述溫度傳感器為18B20溫度傳感器，所述ISL29010光照傳感器通過電源線連接所述電源模塊，并通過總線連接至所述控制模塊，所述溫度傳感器通過電源線連接至所述電源模塊，并通過總線連接至所述控制模塊。
[0009]進一步的，所述報警模塊包括報警燈和蜂鳴器，所述報警器和蜂鳴器分別通過電源線連接至所述電源模塊，并通過總線連接至所述控制模塊。
[0010]進一步的,所述補光模塊包括紅光補光燈組和藍光補光燈組,所述紅光補光燈組為多組包括至少10個中心波長為660nm的窄帶紅光LED陣列和外部驅動電路，所述藍光補光燈組為多組包括至少10個中心波長為450nm的窄帶藍光LED陣列和外部驅動電路。
[0011]進一步的，所述電池模塊包括市電、蓄電池及與所述蓄電池電連接的太陽能電池。
[0012]進一步的，所述控制模塊為STC12C5A60S2單片機，所述降溫模塊為抽風機。
[0013]一種室內植物補光方法，包括以下步驟:
[0014]a、設定閥值:根據不同植物種類及植物的不同生長階段設定紅、藍光閥值，溫度閥值及檢測時間間隔值；[0015]b、檢測室內溫度:通過溫度檢測器檢測室內溫度并判斷其是否在預置范圍內，如溫度高于預置溫度，則啟動報警模塊，同時啟動抽風機進行抽風降溫，并切斷補光模塊電源；如溫度低于預置溫度，則進入下一步驟；
[0016]C、紅藍光光照強度檢測:通過光照傳感器檢測當前紅藍光光照度，并判斷是否在設定閥值范圍內，如大于設定閥值，則切斷補光模塊電源；如低于設定閥值，則進入下一步驟；
[0017]d、進行補光:判斷補光類型并計算補光量，補光量為紅、藍光的設定閥值光照度與紅、藍光實時檢測光照度的差值，并通過調節PWM信號占空比實現紅、藍的精確補光；
[0018]e、重復步驟 b、c、d。
[0019](三)有益效果
[0020]本發明室內植物補光系統，根據溫度及光照傳感器的檢測結果，通過單片機利用PWM信號，控制特定波長的紅藍光兩路LED燈組驅動電流，從而控制光量度，解決傳統技術中補光不足或補光過量的不足，提高了能源利用率，減少了能源浪費，且智能化程度高、補光精確。本發明室內植物補光系統，穩定性好、自動化程度高、精確度好，大大提高了室內植物的產量及品質，且耗能低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發明室內植物補光系統原理示意圖；
[0022]圖2為本發明室內植物補光系統工作流程圖；
[0023]圖3為本發明室內植物補光系統控制模塊接線圖。
【具體實施方式】
[0024]參閱圖1~圖3，本發明提供一種室內植物補光系統，用于對室內植物進行補光，包括檢測模塊、控制模塊、電源模塊、補光模塊、用戶交互模塊和降溫模塊，電源模塊通過電源線分別連接至檢測模塊、控制模塊、補光模塊、用戶交互模塊和降溫模塊的電源接口，控制模塊通過總線分別連接至檢測模塊、補光模塊、用戶交互模塊和降溫模塊；進一步的，本發明還包括報警模塊，該報警模塊通過電源線與所述電源模塊連接，并通過總線連接至控制模塊檢測模塊包括紅光檢測器、藍光檢測器和溫度檢測器，紅光檢測器和藍光檢測器均為ISL29010光照傳感器，溫度傳感器為18B20溫度傳感器，ISL29010光照傳感器通過電源線連接電源模塊，并通過總線連接至控制模塊，溫度傳感器通過電源線連接至電源模塊，并通過總線連接至控制模塊。報警模塊包括報警燈和蜂鳴器，報警器和蜂鳴器分別通過電源線連接至電源模塊，并通過總線連接至控制模塊。補光模塊包括紅光補光燈組和藍光補光燈組，紅光補光燈組為多組包括至少10個中心波長為660nm的窄帶紅光LED陣列和外部驅動電路，藍光補光燈組為多組包括至少10個中心波長為450nm的窄帶藍光LED陣列和外部驅動電路。而電池模塊包括市電、蓄電池及與蓄電池電連接的太陽能電池。控制模塊為STC12C5A60S2單片機，所述降溫模塊為抽風機。
[0025]以下對各個模塊進行詳細說明:
[0026]電源模塊:
[0027]電源模塊采用太陽能電池、220V的市電及蓄電池，提高了太陽能利用率，避免因為市區停電而造成本發明無法工作，其中LED燈組采用市電供電，市電或太陽能電池對蓄電池進行充電；控制電路的輸入端與太陽能電池，利用穩壓變壓模塊對12V蓄電池進行充電，穩壓電源再通過變壓模塊及其他外圍電路產生3V穩壓電源，從而可提供12V和3V穩壓電源，其中，單片機、溫度檢測器、報警模塊和用戶交互模塊為5V供電，紅光檢測和藍光檢測由3V電源供電。
[0028]控制模塊:
[0029]該控制模塊為采用5V供電的STC12C5A60S2單片機，具有8路10位A/D接口、2路PWM輸出口、4個16位定時器、56KFlash存儲空間、靜態存儲內存為1280B，能滿足數據采集、閥值設定、數據存儲等工作。其中PO接口連接用戶交互模塊中的液晶屏的8路數據接口 ；P1 口連接采集信號；P1.0連接繼電器信號；P1.1輸出報警信號；P1.5接溫度檢測信號；P1.4、Pl.3分別接紅、藍光檢測信號，從而完成對傳感器的數據采集；P2 口連接用戶交互模塊中的鍵盤；P3.0、P3.1負責單片機與串口之間的數據讀寫，P3.2-P3.7與液晶控制端連接；P4.2與P4.3為PWM信號輸出端。
[0030]檢測模塊:
[0031]檢測模塊能實時檢測溫度及紅藍光的光照度，并將采集的洗好進行處理后傳送至單片機。本實施例中，溫度傳感器為18B20溫度傳感器，紅光檢測器和藍光檢測器均為ISL29010光照傳感器。由于植物的光合作用主要吸收波長范圍在400-500nm的藍光及波長范圍在600-700nm的紅光，因此對上述波段光照度的檢測可評價光合作用的有效光照度。溫度傳感器與單片機的Pl.5 口連接，光照傳感器連接至單片機的Pl.3 口和Pl.4 口。
[0032]補光模塊:
[0033]補光模塊包括多組LED燈組及驅動電路，該LED燈組包括多組中心波長為660nm的窄帶紅光LED陣列和中心波長為450nm的窄帶藍光LED陣列，紅光LED陣列和藍光LED陣列獨立工作，其分別由單片機的2路PWM信號實現控制。由于PWM占空比成正比輸出電流，而輸出電流正比LED輸出能量，即兩者成正比，故可通過PWM占空比有效控制輸出亮度。
[0034]報警模塊:
[0035]報警模塊包括報警燈和蜂鳴器，當檢測超出閥值時，由單片機的Pl.1 口輸出報警信號，控制蜂鳴器和報警燈。
[0036]降溫模塊:
[0037]該降溫模塊包括抽風機，當檢測溫度過高時，啟動抽風機進行抽風實現室內降溫，從而達到更好的光合作用效果；由單片機Pl.2 口輸出信號。
[0038]一種室內植物補光方法，包括以下步驟:
[0039]a、設定閥值:根據不同植物種類及植物的不同生長階段設定紅、藍光閥值，溫度閥值及檢測時間間隔值；
[0040]b、檢測室內溫度:通過溫度檢測器檢測室內溫度并判斷其是否在預置范圍內，如溫度高于預置溫度，則啟動報警模塊，同時啟動抽風機進行抽風降溫，并切斷補光模塊電源，其通過切斷補光燈組的繼電器實現切斷功能；如溫度低于預置溫度，則進入下一步驟；
[0041]C、紅藍光光照強度檢測:通過光照傳感器檢測當前紅藍光光照度，并判斷是否在設定閥值范圍內，如大于設定閥值，則切斷補光模塊電源；如低于設定閥值，則進入下一步驟；[0042]d、進行補光:判斷補光類型并計算補光量，補光量為紅、藍光的設定閥值光照度與紅、藍光實時檢測光照度的差值，并通過調節PWM信號占空比實現紅、藍的精確補光；
[0043]e、重復步驟 b、c、d。
[0044]本發明室內植物補光系統，根據溫度及光照傳感器的檢測結果，通過單片機利用PWM信號，控制特定波長的紅藍光兩路LED燈組驅動電流，從而控制光量度，解決傳統技術中補光不足或補光過量的不足，提高了能源利用率，減少了能源浪費，且智能化程度高、補光精確。本發明室內植物補光系統，穩定性好、自動化程度高、精確度好，大大提高了室內植物的產量及品質，且耗能低。
[0045]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種室內植物補光系統，用于對室內植物進行補光，其特征在于:包括檢測模塊、控制模塊、電源模塊、補光模塊、用戶交互模塊和降溫模塊，所述電源模塊通過電源線分別連接至所述檢測模塊、控制模塊、補光模塊、用戶交互模塊和降溫模塊的電源接口，所述控制模塊通過總線分別連接至所述檢測模塊、補光模塊、用戶交互模塊和降溫模塊。
2.如權利要求1所述的室內植物補光系統，其特征在于:還包括報警模塊，所述報警模塊通過電源線與所述電源模塊連接，并通過總線連接至所述控制模塊。
3.如權利要求1所述的室內植物補光系統，其特征在于:所述檢測模塊包括紅光檢測器、藍光檢測器和溫度檢測器，所述紅光檢測器和藍光檢測器均為ISL29010光照傳感器，所述溫度傳感器為18B20溫度傳感器，所述ISL29010光照傳感器通過電源線連接所述電源模塊，并通過總線連接至所述控制模塊，所述溫度傳感器通過電源線連接至所述電源模塊，并通過總線連接至所述控制模塊。
4.如權利要求2所述的室內植物補光系統，其特征在于:所述報警模塊包括報警燈和蜂鳴器，所述報警器和蜂鳴器分別通過電源線連接至所述電源模塊，并通過總線連接至所述控制模塊。
5.如權利要求1所述的室內植物補光系統，其特征在于:所述補光模塊包括紅光補光燈組和藍光補光燈組，所述紅光補光燈組為多組包括至少10個中心波長為660nm的窄帶紅光LED陣列和外部驅動電路，所述藍光補光燈組為多組包括至少10個中心波長為450nm的窄帶藍光LED陣列和外部驅動電路。
6.如權利要求1所述的室內植物補光系統，其特征在于:所述電池模塊包括市電、蓄電池及與所述蓄電池電連接的太陽能電池。
7.如權利要求1至6任一項所述的室內植物補光系統,其特征在于:所述控制模塊為STC12C5A60S2單片機，所述降溫模塊為抽風機。
8.—種室內植物補光方法，其特征在于，包括以下步驟: a、設定閥值:根據不同植物種類及植物的不同生長階段設定紅、藍光閥值，溫度閥值及檢測時間間隔值； b、檢測室內溫度:通過溫度檢測器檢測室內溫度并判斷其是否在預置范圍內，如溫度高于預置溫度，則啟動報警模塊，同時啟動抽風機進行抽風降溫，并切斷補光模塊電源；如溫度低于預置溫度，則進入下一步驟； C、紅藍光光照強度檢測:通過光照傳感器檢測當前紅藍光光照度，并判斷是否在設定閥值范圍內，如大于設定閥值，則切斷補光模塊電源；如低于設定閥值，則進入下一步驟； d、進行補光:判斷補光類型并計算補光量，補光量為紅、藍光的設定閥值光照度與紅、藍光實時檢測光照度的差值，并通過調節PWM信號占空比實現紅、藍的精確補光； e、重復步驟b、c、d。
【文檔編號】A01G9/20GK103461033SQ201310410244
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月10日 優先權日:2013年9月10日
【發明者】康瑛石 申請人:浙江工商職業技術學院