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一种植物智能补光系统的制作方法

来源：花匠小妙招时间：2025-06-18 14:46

本实用新型涉及照明技术领域，尤其涉及一种植物智能补光系统。

背景技术：

光作为植物生长最重要的因素之一，影响着植物生长发育的各个阶段。日累积光量、光质比、光通量密度是光作用于植物的最为关键的三个因素。日累积光量指单位面积的植物在一天内接收到的400-700nm波段范围内的总光量子数，即光合有效(PAR)光通量密度在一天内的累积量，常以单位mol m-2d-1来表示，诸多研究表明只有当日累积光量达到一定的数值，植物才能正常地生长。光质比指植物接收到的光中各种波段的光的比例，植物照明中主要关注的指标是蓝光、红光和远红光的比例，即B:R:Fr，不同的植物和同种植物的不同时期对应的最优的光质比都不同。光通量密度决定着植物光合作用的速率，只有当光通量密度超过植物光合作用补偿点时生物量才能开始积累，对植物而言通常定义为单位面积单位时间内接收到的光量子数，单位为μmol m-2s-1。目前市售的植物补光灯对上述这些因素都没有充分的考虑，没有统一的标准，无法达到精准、高效、及时地补光。如果能够控制被补光的作物接收到的日累积光量、光质比和光通量密度，那么补光效率和效果都将大幅提升，同时通过自动化控制可以进一步节省电能、人力和成本，促进智慧农业的发展。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本实用新型提出了一种植物智能补光系统。

本实用新型提出的一种植物智能补光系统，包括：测量单元和补光灯单元；测量单元和补光灯单元都安装在待补光环境中；补光灯单元包括蓝光发光模块、红光发光模块、全光谱发光模块和白光发光模块；测量单元包括用于检测蓝光的第一光量子传感器、用于检测红光的第二光量子传感器、用于检测远红光的第三光量子传感器和用于检测可见光的第四光量子传感器；第一光量子传感器上安装有蓝光带通滤波片，且蓝光带通滤波片覆盖第一光量子传感器的受光面；第二光量子传感器上设有红光带通滤波片，且红光带通滤波片覆盖第二光量子传感器的受光面；第三光量子传感器上安装有远远红光带通滤波片，且远红光带通滤波片覆盖第三光量子传感器的受光面；第四光量子传感器上设有可见光带通滤波片，且可见光带通滤波片覆盖第四光量子传感器的受光面。

优选地，补光灯单元还包括固定基板，蓝光发光模块、红光发光模块、全光谱发光模块和白光发光模块均安装在固定基板上。

优选地，蓝光发光模块由多个蓝光LED芯片组成，红光发光模块由多个红光LED芯片组成，全光谱发光模块由多个全光谱LED芯片组成，白光发光模块由多个白光LED芯片组成。

优选地，蓝光发光模块中的多个蓝光LED芯片、红光发光模块中的多个红光LED芯片、全光谱发光模块中的多个全光谱LED芯片和白光发光模块中的多个白光LED芯片分别成排设置在固定基板上。

优选地，蓝光带通滤波片为波长450±nm的蓝光带通滤波片，红光带通滤波片为波长660±nm的红光带通滤波片，远红光带通滤波片为波长730±nm的远红光带通滤波片，可见光带通滤波片为波长400-700nm的可见光带通滤波片。

优选地，还包括控制单元，控制单元包括第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、第四驱动模块、MCU控制器和显示/操作面板；第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块和第四驱动模块分别连接蓝光发光模块、红光发光模块、全光谱发光模块和白光发光模块；MCU控制器分别连接第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、第四驱动模块、显示/操作面板、第一光量子传感器、第二光量子传感器、第三光量子传感器和第四光量子传感器。

本实用新型中，通过分设蓝光发光模块、红光发光模块、全光谱发光模块和白光发光模块，可针对性发射蓝光、红光、全光谱光好白光进行补光，从而对环境光中各种波长的光密度进行灵活调节，使得植物在任意时间段的光合有效光通量密度保持稳定。且本实施方式中，通过第一光量子传感器、第二光量子传感器、第三光量子传感器和第四光量子传感器分别检测蓝光光通量密度、红光光通量密度、远红光光通量密度和可见光光通量密度，实现对环境光的精确监测，从而为环境光线的实时调节奠定基础。且，本实用新型中，通过在第一光量子传感器、第二光量子传感器、第三光量子传感器和第四光量子传感器上分别设置蓝光带通滤波片、红光带通滤波片、远红光带通滤波片和可见光带通滤波片，实现了第一光量子传感器、第二光量子传感器、第三光量子传感器和第四光量子传感器在滤除其他光的情况下分别对蓝光、红光、远红光和可见光进行针对性检测，保证检测结果的精确。

本实用新型提出的一种植物智能补光系统，在植物日间的日累积光量较少的情况下，本实用新型能够在夜间进行补光，使达到植物所需要的最低日累计光量，以满足植物正常生产所需要的光照；本实用新型能够在日间根据天气情况灵活开启或关闭补光元件，使植物在日间的光合有效光通量密度保持稳定。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种植物智能补光系统结构图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型提出的一种植物智能补光系统，包括：测量单元和补光灯单元。

补光灯单元包括蓝光发光模块11、红光发光模块12、全光谱发光模块13和白光发光模块14，蓝光发光模块11、红光发光模块12、全光谱发光模块13和白光发光模块14均安装待补光环境中。

具体的，本实施方式中，蓝光发光模块11由多个蓝光LED芯片组成，红光发光模块12由多个红光LED芯片组成，全光谱发光模块13由多个全光谱LED芯片组成，白光发光模块14由多个白光LED芯片组成。如此，通过调节各蓝光LED芯片的工作功率以及开启数量等便可多档位调节蓝光发光模块11的亮度，通过调节各红光LED芯片的工作功率以及开启数量等便可多档位调节红光发光模块12的亮度，通过调节各远红光LED芯片的工作功率以及开启数量等便可多档位调节远红光发光模块12的亮度。

本实施方式中，为了方便补光灯单元的安装，补光灯单元还包括固定基板15，蓝光发光模块11、红光发光模块12、全光谱发光模块13和白光发光模块14均安装在固定基板15上，以便通过固定基板15对补光灯单元进行整体安装，简化安装步骤。本实施方式中，蓝光发光模块11中的多个蓝光LED芯片、红光发光模块12中的多个红光LED芯片、全光谱发光模块13中的多个全光谱LED芯片和白光发光模块14中的多个白光LED芯片分别成排设置在固定基板15上。

测量单元安装在待补光环境中，具体安装在补光灯单元的照明环境中。测量单元用于检测环境中各种波长光线的密度，以便调整补光灯单元中各发光模块的工作功率，从而进行针对性的补光。

本实施方式中，测量单元包括用于检测蓝光的第一光量子传感器21、用于检测红光的第二光量子传感器22、用于检测远红光的第三光量子传感器23和用于检测可见光的第四光量子传感器24。第一光量子传感器21上安装有蓝光带通滤波片25，且蓝光带通滤波片25覆盖第一光量子传感器21的受光面，以便通过蓝光带通滤波片25滤光后，使得第一光量子传感器21可避免其他光线的干扰，从而精确的检测环境光线中蓝光的光线密度。同理，第二光量子传感器22上设有红光带通滤波片26，且红光带通滤波片26覆盖第二光量子传感器22的受光面。第三光量子传感器23上安装有远远红光带通滤波片27，且远红光带通滤波片27覆盖第三光量子传感器23的受光面。第四光量子传感器24上设有可见光带通滤波片28，且可见光带通滤波片28覆盖第四光量子传感器24的受光面。

本实施方式中，蓝光带通滤波片25为波长450±nm的蓝光带通滤波片，红光带通滤波片26为波长660±nm的红光带通滤波片，远红光带通滤波片26为波长730±nm的远红光带通滤波片，可见光带通滤波片为波长400-700nm的可见光带通滤波片。

具体实施时，当第一光量子传感器21检测到的蓝光光线密度低，则可通过增加蓝光发光模块11中的蓝光LED芯片的工作功率和工作数量来提高蓝光光线密度；同理，根据第二光量子传感器22、第三光量子传感器23和第四光量子传感器24的检测结果，可通过调节蓝光发光模块11、红光发光模块12、全光谱发光模块13和白光发光模块14的工作档位，对环境光线进行调节，从而保证植物生长环境的光线适应。

具体实施时，该植物智能补光系统可根据第一光量子传感器21、第二光量子传感器22、第三光量子传感器23和第四光量子传感器24对各蓝光发光模块11、红光发光模块12、全光谱发光模块13和白光发光模块14的工作状态进行手动调节。

具体实施时，该植物智能补光系统还可结合现有技术中的智能控制方法通过设置控制单元根据测量单元的检测结果对补光灯单元中的各LED芯片的工作进行智能调节。

具体的，本实施例中，控制单元包括第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、第四驱动模块、MCU控制器和显示/操作面板。第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块和第四驱动模块分别连接蓝光发光模块11、红光发光模块12、全光谱发光模块13和白光发光模块14。

MCU控制器分别连接第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块、第四驱动模块、显示/操作面板、第一光量子传感器21、第二光量子传感器22、第三光量子传感器23和第四光量子传感器24。

第一驱动模块分别连接蓝光发光模块11中各蓝光LED芯片，以控制各蓝光LED芯片工作；第二驱动模块分别连接红光发光模块12中各红光LED芯片，以控制各红光LED芯片工作；第三驱动模块分别连接全光谱发光模块13中各全光谱LED芯片，以控制各全光谱LED芯片工作；第四驱动模块分别连接白光发光模块14中各白光LED芯片，以控制各白光LED芯片工作。

如此，MCU控制器可根据第一光量子传感器21、第二光量子传感器22、第三光量子传感器23和第四光量子传感器24的检测结果通过第一驱动模块、第二驱动模块、第三驱动模块和第四驱动模块智能控制蓝光发光模块11、红光发光模块12、全光谱发光模块13和白光发光模块14工作，以调节环境光线达到预设的光线比例。

预设的光线比例可通过显示/操作面板输入，显示/操作面板还可对第一光量子传感器21、第二光量子传感器22、第三光量子传感器23和第四光量子传感器24的检测结果进行显示。本实施例中，控制单元中的各组成部件即工作原理均为现有技术。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。