基于智能控制系统植物补光光源研究

发布时间：2020-07-30 16:16

【摘要】：LED光源具有低功耗长寿命高效率等优点,不仅在现代照明领域得到广泛应用而且作为植物补光光源成功的应用于现代农业工程中。目前,国内外已将LED光源应用于蔬菜种植并取得了显著效果。辣椒是川渝地区居民的重要食材且需求量较大,由于川渝地区太阳能资源相对匮乏,不能满足辣椒生长所需的光源条件。本文针对辣椒生长对光源光质环境要求,研究设计基于智能控制系统的高均匀度、高利用率和智能化的LED植物补光光源,以期为植物补光特别是辣椒类植物工厂应用探索出一条可行的技术途径。针对选择的实验对象,进行了平面LED光源设计和光照环境空间光谱实验研究,选用常规5050封装LED灯珠,优化设计了3组光质比例均为比例1:1的红白、黄白和蓝白LED平面光源;并使用层压封装技术对LED平面光源进行层压封装,将封装后的光源进行了耐候实验及水下实验。选用3组不同的LED平面光源进行混光构建不同空间光谱分布区域,实验研究了空间光谱分布差异对辣椒生长的影响。实验结果发现1.2:1红蓝光谱组合区域更有利于辣椒生长。为了进一步提高光源空间光强均匀度和光能利用率,设计研制了蓝光LED芯片集成COB光源,通过改变COB光源荧光粉厚度实现了不同比例红蓝光植物补光光源设计;采用直径为44mm、出光角度为60°的凸透镜和直径为35cm、焦距为22cm菲涅尔透镜构建了聚光光学系统。实验研究结果表明COB光源经过光学系统实现了准平行光光源,光斑外形接近圆形直径平均为21.2cm;在光照有效70cm垂直空间范围内光强不均匀度低于10%、聚光后的有效光照强度平均提高了10倍。选用TPS92691电源管理芯片设计了可以输入数字和模拟信号调节输出脉冲和连续电流且输出电流精度为±2mA的LED恒流驱动电源;研制出智能控制系统用于控制LED恒流源输出电流实现对光照强度和光周期的调节;开发出用于监控和精确测量植物生长状态的远程智能测量系统,减少了人为活动对植物生长的影响。基于智能控制系统植物补光光源研究主要开展了适于辣椒生长的平面光源与空间光谱、COB集成光源与光学系统、恒流驱动和智能控制三方面研究工作,并用研制的LED光源系统开展了辣椒种植实验。实验结果表明智能控制COB集成光源对辣椒的生长作用效果明显,研究结果不仅具有学术意义而且有一定的应用价值。
【学位授予单位】：重庆师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273.5;TN312.8;S641.3;S626
【图文】：

重庆师范大学硕士学位论文 绪论有可调控性，选择适宜的光谱、光照强度、供光方式、均匀光对植物的生长发育至关重要。光合作用就是将 CO2 与水合成为有机物的复杂物理化学过程，为地球上生物繁衍生息提供能量。不同波长的光照射下植物会造成其生理代谢、品质不同。叶绿素 a、b、c、d 和类胡萝卜素主要存在于高等植物，主要为植物进行光合作用输送能量。叶绿素的主要吸收光谱波段为 400-500nm 和 600-700nm，图 1.1 为叶绿素的吸收谱，对植物结构和发育影响最大主要表现为红蓝光主要被叶绿素吸收和类胡萝卜素影响蓝紫光的吸收，同时蓝光(420-450nm) 和红光(660nm) 能够提高植物体内叶绿素的含量。这些理论成果为人工进行植物补光的发展提供了理论依据[4-8]。

重庆师范大学硕士学位论文 绪论莫及。只有将多数有经济实力的企业联合在一起达成合作共赢的发展理念，充分发挥各行业的资源优势，将分散的资金、人员、技术等关键因素聚集在一起才能建设规模更大、性价比更高的植物工厂；通过在植物工厂中使用更多新能源、新材料、新装备，工厂建设成本才会降低，并且提高生产品质和效益；未来工厂将走向更加集约化、产业化、智能化、网络化、多功能化的发展，必将推动我国农业现代化进程。目前北美地区使用植物工厂用来种植经济价值高的特种植物获取更高的附加值，为我国在植物工厂中生产珍稀植物、濒危植物、名贵药材等植物提供了探索的方向。中国植物工厂也将迎来最佳发展机遇。

光照、气流等生长发育所需要的环境因素均需实现智能控的特征就是实现对生产要素的智能控制。现代化的植物工器技术、监测控制系统的融合[52-56]。当前，人工智能，深度多领域开始应用，实现了智能控制、储存分析和自动检测工厂的时机已经成熟[57-58]。研究内容我国西南地区人们日常生活必不可少的食材。图 1.3 和 1量分布和年日照时数，从图中可以看出西南地区是我国年射总量最少的地区。川渝地区人民喜爱吃辛辣食物，辣椒需含维生素 C、矿物质等是对人体健康有益的物质，并且其含用人工光源为辣椒提供光合作用所需的光能，研究辣椒在生长规律具有重要实用价值。鉴于上述原因，实验依托设能控制测量技术，以辣椒为实验对象，探究光源对辣椒生计出适合辣椒种植的智能光源解决方案。

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