温室大棚LED智能补光自适应控制系统

为了促进温室大棚内作物在适宜和充足的光照环境下生长,采用LED技术设计了温室大棚智能补光自适应控制系统,系统主要由补光区控制节点、数据集中管理服务器和农户智能手机组成。补光区控制节点基于嵌入式处理LPC2129设计,利用光感器件采集红/蓝光强信息,并根据数据集中管理服务器上的农业专家系统的指导,输出不同占空比的PWM信号给LED,将光强自适应调整到合适状态。同时,农户可通过智能手机登陆数据集中管理服务器查看温室大棚内的光照和设备运行状态等信息,实现了对温室大棚的远程管理。通过番茄对比试验结果表明,设计的LED智能补光系统对温室内光照控制精准,比固定光强LED补光和未补光的产量分别提高了10.73%和38.47%,而消耗的电量则比固定LED补光方式降低了38.5%。     

LED补光系统对设施园艺作物的影响

光照是影响设施园艺作物生长发育的主要生态因子之一,设施栽培中光照不足会严重影响园艺作物的生长和发育,LED等人工补光系统可按照植物对光照的需求对作物生长环境进行调控,与传统光源相比,LED补光系统以其高效节能、方便可控等优点而被广泛应用,但是LED补光系统的实施存在一定的问题,限制了在中国发展。本文通过介绍LED补光系统的特点与国内外的发展现状,总结LED补光系统对设施园艺作物形态特征、光合特性、成花过程、果实品质及相应的分子调控机制的影响,阐述LED补光系统现有的不足,并展望未来的发展方向,旨在为LED补光系统在设施园艺上的应用提供借鉴与参考。     

LED植株间补光对温室番茄生长发育、产量、光照和水分利用率的影响

冬春季温室番茄生产经常伴随弱光环境,影响了作物生长和后期的产量形成.本研究通过在北京地区现代化连栋玻璃温室内设置LED植株间双行补光,以不补光区域为对照,研究LED植株间补光对温室番茄生长发育、产量、光照和水分利用率的影响.结果表明,补光区域可以设置更高的定植密度,相对于不补光区域,其最终密度也会更高.茎干长度、茎直径...     

基于并行粒子群算法的LED植物最优补光系统设计

针对发光二极管(light emitting diode,简称LED)植物光照分布不均匀的问题,设计基于并行粒子群算法的温室LED植物最优补光系统,系统提出利用STC89C51单片机与BH1750FVI光照度传感器模块的结合实现光照度数据的检测与采集;根据专家系统及并行粒子群算法推算出最优补光量及补光位置;采用PT4115降压恒流源驱动LED灯组工作的方法实现温室中植物光照度的实时监测及最优补光。结果表明,应用并行粒子群算法寻找LED补光最优位置方法是可行的,同时方便用户合理补光,减少补光不均匀对植物生长造成的不良影响。     

基于Android手机的温室环境监测与补光控制系统的设计、实现与应用

为实现冬春茬温室作物的自动、智能补光,设计开发并实现了一套基于Android手机的温室环境监测与补光控制系统,用户通过手机APP不仅能够实时获取温室内的环境数据,还能够远程控制补光灯的开启、关闭。并以"京藏香"草莓为试材,通过4个试验重复对比了应用该系统补光对冬春茬温室草莓的影响。结果表明,该系统能够有效完成数据的采集、传输、展示和分析以及补光灯的手动和自动控制,具有性能稳定、实时性好、使用方便、节省人力等特点,而且应用该系统补光可促进草莓增产和早上市,提高收益。     

基于WSN的坝上温室光照度控制系统设计

结合坝上气候特点及温室光照自动控制需求,设计了作物光照强度控制系统。首先构建温室环境模型,以自然光与人工补光进行温室光照建模,设计温室光照自动控制流程。在此基础上通过无线互联网和ZigBee设计并实现了温室光照度自动控制系统,阐述了系统构架设计、温度感知单元、数据传输单元、控制执行单元、监控后台单元、可调光源单元的设计,引入CodeWarriorIDE开发环境进行控制软件设计,最后通过测试证明其促进作物生长的效果。     

飞利浦园艺LED在温室生产中的应用实践

在现代设施园艺生产中,光照环境的控制对温室生产有着至关重要的作用。文章根据大量的商业应用实例,介绍了飞利浦园艺LED在温室生产中的应用,分为温室果菜生产补光、温室叶菜及育苗补光、温室花卉补光3个方面,从温室作物的生长、发育、产量、品质以及环境调控的能耗几个方面进行阐述,详细介绍了补光应用的背景以及应用后的效果,以期为中国设施园艺生产的补光应用提供参考。     

温室光环境及其在立柱栽培中的应用

光照状况是影响日光温室生产力的重要因素,温室光环境由光照度、光照时数、光照分布和光质四个方面内容构成.本文从温室结构、覆盖材料、光环境监控以及设施补光等几方面综述了温室光环境理论和温室光环境调控技术的研究进展.针对温室内光照度和光照分布状况提出了将立柱栽培引入到矮生叶菜、花卉类的温室生产中时会产生光照分布不均匀的问题,探讨了以光环境建模为基础,结合采光调控理论并借助补光措施来改善温室立柱栽培中作物光照条件的研究思路.     

育苗温室幼苗生长调节光照调控系统的设计

针对光照光质、光照强度以及光照时间对幼苗生长发育的影响,提出结合幼苗不同生长阶段、特定光质补光与定时长定量决策的精确补光方法,设计了依据作物生长阶段、生长状态以及培育目标自适应精确补光的光照调控算法。以单片机为控制器,设计了光质可调、可定时定量的LED精确光照调控系统,可根据幼苗生长阶段、生长状态,结合幼苗形态调整补光决策确定补光光质光量和时长,通过PWM调整LED输出光质光强。测试试验结果表明,该系统可满足作物不同生长阶段对不同光质光量的需求,并可根据不同培育目标、不同生长状态,及时调整补光策略。该系统的自适应光质光量时长可调的特点能够满足对幼苗形态调节补光的需求,相对传统光源改善了光照环境,提高了能源利用率。     

冬季温室补光对果菜类作物生长发育的影响（综述）

冬季和早春的季节性不良气候环境,常会造成光照强度和光照时间的明显不足,从而影响果菜类作物的生长发育。人工补光是冬季改善温室内光照条件的有效办法。从补光光质、光强和时间方面综述了近年来国内外冬季温室补光对果菜类蔬菜的生长发育、产品品质和生理生化的影响,展望了温室补光在我国的发展前景。     

基于LabVIEW的智能LED植物补光照明系统设计

基于植物对光和温湿度的需求,系统利用RRGB芯片配光设计开发了LED光源模块,若干个光源模块组成LED阵列平面光源模组,基于Lab VIEW的上位机与控制器相结合的系统实现对温室或园艺植物的智能补光照明。控制器实时检测红绿蓝三色波段的光量子通量密度(PFD)和温湿度值,并将检测信息显示在上位机界面,通过控制器对脉宽调制(PWM)信号进行动态调节,以保持照射到植物的红、绿、蓝PFD值随环境光照改变而保持恒定不变,实现照明系统结合环境光照的智能补光。同时,系统也实现了对温湿度阈值范围的智能调节。该智能补光照明系统根据不同植物或同一植物不同生长阶段对PFD、光质比例补光需求的不同,通过上位机设置红、绿、蓝三色波段光不同的PFD值和温湿度范围,下位机按照设置完成环境调控,既满足了植物对补光环境的要求,又大大节省了能源。     

温室人工补光技术及光源特性与应用研究

光照是影响作物生长的重要环境因素之一。温室栽培时，由于受覆盖物透光率的影响（如普通玻璃的透光率一般为９０％～９２％，塑料薄膜的透光率只有８５％～９０％），温室内的自然光照条件要比露地差。另外，在冬季和早春季节，日照时间短，温室的光照度较弱；南方地区在阴雨连绵的季节里，温室内的光照度仅为２０００Ｌｘ 左右。光照不足，影响作物的光合作用，导致作物生长受抑，从而严重影响作物的生长。人工补光是根据作物对光照的需求，采用人工光源改善温室的光照条件，调节对作物的光照。人工补光是提高温室生产水平的一项新技术，对温室产业的发展有着重要的意义     

微型植物工厂LED多光谱补光系统的设计与应用

不同的光谱、光强和光照周期对植物的影响不同。为了深入研究植物与光照的关系,设计一种微型植物工厂LED多光谱补光系统的可控光源。基于嵌入式系统,对微型植物工厂所需补光进行分析,通过控制不同波长的LED产生不同光强,使其接近所需光谱。该补光系统可从365～940 nm的25种不同波段的光谱自由选择,实现大功率LED光谱自由拟合、光照强度连续可调、光照周期自由设定的功能,同时可根据不同植物种类的适宜光环境需求进行"量身定做",进而实现精确补光。该系统成本低、效率高、精确性高、针对性强,更利于对光与植物关系的研究。     

LED灯补光对作物生长发育的影响

为了探讨LED人工补光对作物生长发育的影响。根据人工补光的理论依据,从红光、蓝光、复合光三种光质对作物生长发育的影响,综述了LED作为温室人工补光光源的理论基础,为LED全面普及提供理论依据。     

有限二氧化碳资源条件下的温室光气耦合优化调控模型

针对当前温室环境调控成本较高的问题,为了在满足作物生长需求的条件下降低调控成本,拟研究1种在有限二氧化碳(CO2)资源条件下的温室光气耦合优化调控模型.首先,以温度、CO2浓度、光照度作为输入,以净光合速率作为输出,构建基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的光合速率预测模型;然后,基于提出的光合速率预测模型,构建在有限CO2资源条件下温室CO2优化调控模型数据库,可根据用户输入的CO2资源总量,自动寻优获取最佳补气时间与单位补气量;最后,提出以光照度增长相对价值为评价指标的经济性相对最优的补光策略,在确定的补气时间段内进行补光,最终实现了有限CO2资源条件下的温室光气耦合优化调控,进一步提高了设施温室环境因子调控的精准度与智能化水平.     

温室设施的使用与维护系列之温室补光

前两期中,我们已经对温室光照以及弱光对温室作物的影响进行了阐述.如何更好地改善温室光照环境,科研工作者和生产者提出了人工补光的途径.     

LED补光对温室罗勒生长和品质的影响

采用适宜的补光调控策略对于温室培育高产优质的罗勒（Ocimun basilicum）植株至关重要。试验在补充相同日累积光照量的条件下,使用白色（W）、蓝色（B）和红蓝（RB）LED对温室罗勒进行补光,以未补光为对照（CK）,探究不同光质对罗勒植株生长和品质的影响并进行综合评价。结果表明,与CK相比,RB处理中罗勒叶片的总叶绿素含量、地上部干质量和地上部鲜质量分别提高了45.1%、274.3%和232.7%,罗勒叶片的可溶性糖含量和维生素C含量分别提高了357.1%和52.9%;B处理中罗勒叶片的叶绿素a含量和维生素C含量分别提高了51.2%和76.5%。采用主成分分析及综合评价,得出RB处理的罗勒植株综合得分最高,排名第1。综上,补光处理的罗勒植株在生长和品质方面均优于未补光处理,且补充红蓝LED光源有利于罗勒植株的生长,确定红蓝LED光源为秋冬和早春等弱光季节温室内罗勒栽培的适宜补光策略。     

LED在设施园艺中的应用系列(五) LED在温室补光中的应用

“万物生长靠太阳”。光照是作物进行光合作用的必备要素之一,光照条件的好坏直接影响作物的产量和品质。自然界中,太阳的光照度随地理纬度、季节和天气状况的不同而变化。温室内的光照度除与上述因素有关外,还与温室结构、管理措施及材料的透光性能等密切相关。由于温室覆盖材料、灰尘以及结构遮光等因素的影响,温室内的光照状况要比露地差得多,一般仅为露地的30％～70％,尤其是在冬季和早春季节,太阳高度角低,日照时间短,温室内光照度往往不能满足作物生长的需求,人工补光成为众多可控环境温室管理的必然选择。     

不同CO_2浓度与LED补光组合对番茄果实品质的影响

冬春和晚秋季节光照时间短,棚室内严重缺光,影响作物的正常生长。本试验以番茄“金鹏一号”为研究对象,在大棚内设置LED灯组,同时施加不同浓度CO_2,旨在探求不同LED补光及CO_2浓度组合对番茄品质的提升。研究表明,LED补光及增施CO_2显著提升可溶性固形物含量、含酸量、单果重量、可溶性蛋白含量和番茄红素含量。     

基于单片机的温室环境控制系统设计

针对一般农户和中、小设施农业企业温室环境控制的需求,以单片机为智能控制核心,研究开发了手动控制和自动控制相结合的温室环境控制系统。该系统能够根据温室作物生长需要,实现滴灌、喷灌、通风、LED补光、加温等调控方式的智能化操作。以番茄幼苗为测试样本,为期20 d的应用性能测试结果表明,该控制系统实时性强、可靠性高、控制性能好,能有效促进番茄幼苗的生长。