植物工厂LED照明控制系统设计与研究

植物工厂LED照明控制系统涉及到多路LED独立控制、大功率白光LED的恒流驱动、ECU单元和系统控制的设计,以及监测电路与单元通信等技术问题.本文分别对大功率LED驱动和光谱特性、不同波长LED分控点亮和系统控制、现场通信技术进行了研究.在设计过程中完成了大功率LED驱动电路亮度可调、LED光色调整以及散热检测调试和验证,并以此构成了植物工厂LED照明控制系统的基本单元.在单元的通信接口和优先权限设定之后,组成了较为理想的现场可控光照系统.结果表明,经过系统控制设计的LED光源不仅节能、环保.而且由于LED的亮度、色温、光谱的可控制性满足了植物工厂的需要.     

LED在叶菜植物工厂中的应用

植物工厂作为一种资源集约型生产模式,可以大幅提高单位土地的利用率、产出率和经济效益,同时它受自然条件影响小,植物生产计划性强,生产周期短,自动化程度高,可以在极端的环境条件下保障食物供给和食品安全,有利于农业摆脱资源与环境的限制,实现农业的可持续发展。因此,对植物工厂的研究与应用已经成为众多设施园艺发达国家的重要课题之一,     

LED光源在植物工厂中的应用

LED光源作为第四代新型半导体固态冷光源,具有光质纯、光效高、波长类型丰富、光强与光质可调控及节能、环保、寿命长等优点,在人工光植物工厂光环境调控和太阳光植物工厂人工补光方面具有广泛的应用前景。文章阐述了植物工厂和LED光源的特性及优点,介绍了LED光源在植物工厂补光、光环境调控中的应用,并对LED光源在植物工厂中的应用前景进行了展望。     

植物工厂补光照明方法现状与趋势

植物工厂的主要特征之一就是利用全人工光源实现光环境的智能控制。基于植物生长发育合理需求的电光源产品及其智能光控设备的研发与应用是今后植物工厂及栽培方法革新的核心内容。本文阐述了植物工厂中常见的补光照明方法的特性与优点,介绍了典型作物补光系统的设计思路,并对LED光源在植物工厂中的应用发展前景进行趋势分析。     

基于LED的微藻植物工厂光源系统设计

文章提出并实现了基于LED的微藻植物工厂光源系统,对能源微藻培养光需特性及其随生长阶段变化规律的全新认知,研究所针对的能源微藻植物工厂的LED光环境优化机理及调控方法在提示能源微藻光能转化、光合固碳及油脂高效合成的机制,并提高微藻培养速率及提高油脂产量具有很好的理论与实际意义。     

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。     

植物工厂的发展历程

最原始的农业到如今的植物工厂,在短短几十年里,植物工厂已被公认是农业发展的最高阶段。通过对植物工厂的历史发展进行一个简单描述,我们能更全面深入地了解植物工厂的结构、特点和优势,以及目前的发展现状和未来的发展趋势。虽然植物工厂的造价和管理技术要求均高,限制了其在生产上的广泛应用,但是在解决人类未来即将面临的粮食安全、人口、资源、环境问题是一个重要的途径,具有非常重要的研究意义。     

植物工厂LED灯无土栽培生菜适宜品种筛选试验

在植物工厂LED灯无土栽培条件下,进行6个生菜品种比较试验,结果表明:以四季生菜产量最高,其次分别是农友三元生菜、紫叶生菜、意大利生菜,这4个品种都是在植物工厂LED灯无土栽培环境下栽培的适宜品种。     

基于OpenCV的低能耗植物工厂照明系统设计与试验

为解决植物工厂照明系统能耗大的问题,设计了基于OpenCV的低能耗植物工厂照明系统,通过对LED光源进行二次光学设计,将发散的LED光线聚集成圆形光斑对植物进行补光,减少植物未栽种区域的光能浪费。同时,对照明系统的机械结构与控制系统进行设计,基于树莓派上的OpenCV设计图像识别算法,实现光斑大小随植物生长的动态变化,提高系统的自动化程度。以奶油生菜为供试品种,以普通照明系统为对照进行栽种试验。结果表明:设计的照明系统较普通照明系统的能耗降低了55.8%,电能利用效率提高了72.7%,可见设计的照明系统具有较好的节能效果与较高的电能利用率。     

LED在植物工厂中的研究现状与应用前景

随着光电技术的发展,LED发光效率不断提高,LED光源在植物栽培领域的研究逐渐受到世界各国的广泛重视。该文综述了LED在植物工厂中的研究现状,重点介绍了LED光源特性、光源系统的开发以及LED在植物栽培领域的应用研究,并对LED在植物工厂中的应用前景和发展趋势进行了分析。     

基于植物工厂条件下LED灯源热环境分析

为研究人工光型植物工厂中发光二极管(light emitting diode,简称LED)灯源系统对周围温度环境的影响,基于植物工厂实验室现有组合灯板相关参数,通过专业热环境分析软件Icepak对LED灯源周围温度场和流场进行仿真研究。研究结果表明,LED灯源周围的温度场在点位距离为0～5 cm范围内呈现较大的变化,大于5 cm时随点位距离增加温度场对周围的热环境影响则趋于稳定。由于原有灯板由不同色光源组成,且排列组合呈不对称现象,导致温度场呈现向右上端偏移现象。通过模拟分析得出的一系列现象,可为种植方位选择提供合理的参考意见。     

基于LED光源优势的植物工厂光照策略探讨

LED是半导体固态电光源,具有节能、光效高、寿命长、响应快、环保、体积小和坚固耐用等众多传统光源无法比拟的光电优势,更兼具按需调制光谱、智能控制和冷光源等在植物工厂应用中的独特优势,被誉为人工光植物工厂的理想光源。LED光源所提供的光环境(光质和光强及其持续时长)及其时间转换智能可控的特性赋予了LED在植物工厂中应用的诱人潜力和广阔前景。因此,LED光源植物工厂具备调控智慧生产光环境的能力,通常可以在纳米波长光质、PPFD基本单位光强和分钟尺度时长等方面对光环境进行管控,也可实现内涵丰富的连续光照、间歇光照和交替光照等特殊光照模式及其集成应用。对植物工厂光照策略的制定,应针对各种植物种类及品种构建出集成了多种光照模式的光照策略,实现提高植物生产力和植物工厂生产效率的光调控目标。因此,应加强对各种光照模式植物生理效应和能耗的研究和评价,筛选出基于植物种类或品种的适宜集成机制,以获得高效节能的植物工厂光照策略。     

LED植物工厂光质生物学研究与应用现状

植物工厂是设施园艺发展的必然趋势和高级阶段,其本质优势在于包括人工光照明在内所有生产要素可实现智能控制。LED光源是植物工厂应用的优选光源,可提供植物生理有效辐射范围内所有波长的光质,丰富了光生物学内涵,LED光源研发与应用催生了光生物学的分支即光质生物学学科。LED植物工厂是植物光质生物学研究与应用的理想场所和设施类型,植物光质生物学研究及LED光环境调控具有提高植物工厂植物产品产量与品质的重大应用价值,LED植物工厂产业的可持续发展有待于植物光质生物学的深入揭示。总结了LED植物工厂光质生物学的定义、内涵,并着重阐明了红蓝光替代全光谱的充要性、红蓝光质比优化、红蓝光连续光照、UV-LED光质生物学和昼夜节律等重点方向国内外研究与应用新动态,指出了未来LED植物工厂植物光质生物学研发与应用重点。     

植物工厂

“植物工厂”大都指其生产方式是“工厂化生产”,包括对作物生育环境的控制能够达到周年计划生产、实用并产品定额化,而且从播种至收获等作业工序达到一定的自动化水平。早在1957年,“植物工厂”首先在丹麦克里斯蒂森农场,就以现今的形式经营生产水芹。如图1所示,在全长90米的温室内,设置了六条链式运输带,在其上连续进行从播种至收获作业,是当今工业性设施园艺的代表实例。栽培工程分六个阶段,每阶段需用一天,全过程共需六天。使用全自动播种机播种,发芽后,为使根系发育良好,用机械进行镇压,并逐渐降低气温。冬季因得不到充分的自然光照,在第4、6阶段用高压钠光灯进行补光。在第5阶段用风扇强制通风搅拌,使作物具有独特的苦味。     

植物工厂

正核心提示本刊上期专题报道了"植物工厂",引起了业内人士的广泛关注,为满足广大读者的需求,本期仍以"植物工厂"为策划主题,邀请业内资深专家,阐述植物工厂的技术进展、商业模式、面临问题、解决思路等,供读者学习和参考。     

植物工厂

正核心提示植物工厂作为设施农业工程技术高度集成的典型代表之一,近年来,持续得到世界的高度关注。植物工厂对推动设施农业工程技术的科技进步和跨越式发展起到了重要作用。但是,植物工厂的定义、盈利模式在业界同样也引起了广泛争论。欧美学者定义的植物工厂与亚洲学者定义的植物工厂究竟有何差异?是植物工厂还是植物工场?植     

农业照明将成为LED发展的新领域

<正>万物生长靠太阳,光照是农业生物生长发育、优质高产不可或缺的环境要素。日前,多位来自半导体照明产业专家、农业专家表示,智能化照明与光环节精准调控是现代设施农业科技发展的必然趋势,LED农业照明或将成为现代设施农业的新一代人工光源。目前,在我国设施农业中,传统人     

国内植物工厂发展的思考

正植物工厂被认为是真正的农业4.0技术,很多企业期待通过植物工厂技术解决中国的农产品安全问题,通过高投入和高产出来达到企业转型的目标。然而,只有少数企业能清醒地认识到投资植物工厂的高风险。中国植物工厂之路该何去何从,笔者希望从专业和产业的角度与读者分享观点。人工光型植物工厂发展的思考中国到现在为止还没有真正意义上的商业化人工光型植物工厂,这是必须要清醒地认识到的现实。日本有200多所商业化人工光型植物工厂,     

植物工厂现状与发展战略

正近年来,植物工厂在东亚、欧美,尤其在日本、中国、韩国、美国、新加坡等国家和地区发展迅速,一些国际知名企业(如飞利浦、GE、三菱等)也纷纷介入植物工厂的技术研发与产业推广,全球植物工厂呈现极为活跃的发展势头。植物工厂通常被定义为一种通过设施内高精度环境控制,实现作物周年连续生产的高效农业系统,是由计算机对作物生长过程的温度、