RU2680590C1 - Led lighting system for greenhouses - Google Patents
Led lighting system for greenhouses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680590C1 RU2680590C1 RU2018119435A RU2018119435A RU2680590C1 RU 2680590 C1 RU2680590 C1 RU 2680590C1 RU 2018119435 A RU2018119435 A RU 2018119435A RU 2018119435 A RU2018119435 A RU 2018119435A RU 2680590 C1 RU2680590 C1 RU 2680590C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- leds
- input
- output
- phytoradiator
- analog
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 45
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000013480 data collection Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 9
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 235000008216 herbs Nutrition 0.000 abstract description 2
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 30
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 230000005868 ontogenesis Effects 0.000 description 6
- 230000000366 juvenile effect Effects 0.000 description 5
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 description 4
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 4
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 230000027874 photomorphogenesis Effects 0.000 description 4
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 4
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 4
- 241000894007 species Species 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008121 plant development Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
- A01G9/20—Forcing-frames; Lights, i.e. glass panels covering the forcing-frames
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Cultivation Of Plants (AREA)
- Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано в тепличных хозяйствах для электрического досвечивания растений в процессе выращивания овощей, цветов, фруктов, зелени и другой сельскохозяйственной продукции.The invention relates to lighting engineering and can be used in greenhouses for the electrical illumination of plants in the process of growing vegetables, flowers, fruits, herbs and other agricultural products.
Известна светодиодная система освещения растений на основе красных, синих, зеленых и ультрафиолетовых светодиодов, и блока управления с отдельными выходами регулирования уровня излучения светодиодов каждого спектра отдельно в зависимости от этапа развития и вида растений содержит светодиоды белого спектра. В другом варианте система освещения растений на основе светодиодов и блока управления уровнем освещенности и выдержки в зависимости от этапа развития и вида растений содержит светодиоды белого спектра и дополнительные ультрафиолетовые светодиоды, в котором мощность излучения ультрафиолетовых светодиодов составляет 5…15% от белых, при чем белые и ультрафиолетовые светодиоды работают или одновременно или поочередно, с разными промежутками времени. В другом варианте светодиодная система освещения растений на основе светодиодов и блока управления уровнем освещенности и выдержки в зависимости от этапа развития и вида растений система в качестве источника света содержит светодиоды белого спектра, [патент РФ №107020, МПК A01G 9/00, «Светодиодная система освещения растений (варианты)», опубл. 10.08.2011 г., Бюл. №22]Known LED plant lighting system based on red, blue, green and ultraviolet LEDs, and a control unit with separate outputs for regulating the radiation level of the LEDs of each spectrum separately, depending on the stage of development and type of plants, contains white spectrum LEDs. In another embodiment, the plant lighting system based on LEDs and a control unit for the level of illumination and exposure, depending on the stage of development and the type of plants, contains white spectrum LEDs and additional ultraviolet LEDs, in which the radiation power of ultraviolet LEDs is 5 ... 15% of white, and white and ultraviolet light-emitting diodes work either simultaneously or alternately, at different intervals. In another embodiment, an LED plant lighting system based on LEDs and a control unit for the level of illumination and exposure, depending on the stage of development and the type of plants, the system as a light source contains white spectrum LEDs, [RF patent No. 107020, IPC
Известно устройство светодиодного облучателя для растений защищенного грунта [патент РФ №2454066, МПК A01G 9/20, «Светодиодный фитооблучатель», опубл. 27.06.2012 г., бюл. №18], выбранное в качестве прототипа, в котором светодиодный фитооблучатель содержит платы со световыми элементами, состоящими из групп светодиодов с различными спектрами излучения, вентилятор и систему управления с коммутатором групп светодиодов, датчиком освещенности и датчиком-спектрометром. Платы со световыми элементами имеют форму полуцилиндров и изготовлены из гибкого материала. Ряды светодиодов находятся с наружной стороны плат, монтажные провода располагаются с внутренней стороны. Платы размещены в прозрачном цилиндрическом плафоне, для их охлаждения применяется вентилятор, который находится в верхней части плафона и направляет воздушный поток вдоль плат. Фитооблучатель подвешивается с помощью троса, длина которого регулируется электроприводом.A device for the LED irradiator for plants of protected soil [RF patent No. 2454066, IPC
Система управления фитооблучателем реализована на основе промышленного компьютера.The phytoradiator control system is implemented on the basis of an industrial computer.
Принцип действия фитооблучателя заключается в следующем. В промышленный компьютер поступает информация от датчика освещенности и датчика-спектрометра. Промышленный компьютер на основе полученных данных в соответствии с рабочей программой формирует управляющее воздействие, поступающее на коммутатор групп светодиодов.The principle of phytoradiator is as follows. The industrial computer receives information from a light sensor and a spectrometer sensor. An industrial computer, on the basis of the received data, in accordance with the work program generates a control action coming to the switch of the LED groups.
Недостатками известных систем светодиодного освещения теплиц являются:The disadvantages of the known systems of LED lighting of greenhouses are:
1. Спектр излучения фитооблучателя формируется из соображений обеспечения только оптимального фотосинтеза. В растениях протекают и другие важные процессы жизнедеятельности, например, синтез хлорофилла и фотоморфогенез. Данные процессы также необходимо учитывать при формировании спектрального состава и интенсивности излучения фитооблучателя.1. The radiation spectrum of phytoradiator is formed for reasons of ensuring only optimal photosynthesis. Other important vital processes, such as chlorophyll synthesis and photomorphogenesis, also occur in plants. These processes must also be taken into account when forming the spectral composition and radiation intensity of the phytoradiator.
2. Регулирование интенсивности и спектрального состава излучения облучателя осуществляется путем включения и выключения групп светодиодов с помощью коммутатора, который является элементом ненадежности.2. Regulation of the intensity and spectral composition of the irradiator radiation is carried out by turning on and off the groups of LEDs using a switch, which is an element of unreliability.
3. Применение коммутатора для переключения групп светодиодов позволяет регулировать интенсивность и спектральный состав излучения только ступенчато.3. The use of a switch for switching groups of LEDs allows you to adjust the intensity and spectral composition of the radiation only stepwise.
4. Вентилятор, применяемый для охлаждения светодиодов, является элементом ненадежности и существенно ограничивает срок эксплуатации фитооблучателя.4. The fan used to cool the LEDs is an unreliable element and significantly limits the life of the phytoradiator.
5. Необходимость применения вентилятора в облучателе обусловлена наличием неметаллического корпуса, выполненного из акрила, который затрудняет теплообмен между светодиодами и окружающей средой.5. The need to use a fan in the irradiator is due to the presence of a non-metallic case made of acrylic, which impedes the heat exchange between the LEDs and the environment.
6. Применение дорогостоящего датчика-спектрометра для контроля спектра излучения существенно повышает стоимость фитооблучателя.6. The use of an expensive sensor spectrometer to control the radiation spectrum significantly increases the cost of phytoradiator.
7. Вертикальное расположение фитооблучателя относительно грунта приводит к увеличению общего количества устройств, обеспечивающих освещение заданного участка площади теплицы.7. The vertical location of the phytoradiator relative to the ground leads to an increase in the total number of devices that provide illumination of a given section of the greenhouse area.
Технический результат заключается в обеспечении плавного регулирования интенсивности и спектрального состава излучения фитооблучателя и формировании оптимальной световой среды для тепличных растений с учетом их видовых особенностей, фазы онтогенеза и условий естественного освещения, что способствует повышению энергоэффективности и надежности системы освещения, росту урожайности и качества продукции, сокращению сроков ее получения.The technical result consists in providing smooth control of the intensity and spectral composition of phytoradiator radiation and the formation of an optimal light environment for greenhouse plants, taking into account their species characteristics, ontogenesis phase and natural lighting conditions, which helps to increase energy efficiency and reliability of the lighting system, increase yield and product quality, reduce the timing of its receipt.
Технический результат достигается тем, что в системе светодиодного освещения теплиц, состоящей из светодиодного фитооблучателя и блока управления интенсивностью и спектральным составом излучения, фитооблучатель выполнен из двух групп светодиодов с регулируемым спектром излучения каждой группы светодиодов, а блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения выполнен из компьютера, платформы сбора данных и управления, аналого-цифрового преобразователя, цифро-аналогового преобразователя, датчика освещенности и датчика спектра, при этом датчик освещенности, вход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход датчика спектра соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу платформы сбора данных и управления, соединенной первым выходом с входом компьютера, выход которого подключен ко второму входу платформы сбора данных и управления, соединенной вторым выходом с цифро-аналоговым преобразователем, первый выход которого соединен с входом первого управляемого драйвера, подключенного выходом к входу первой группы светодиодов, второй выход цифро-аналогового преобразователя соединен с входом второго управляемого драйвера, соединенного выходом со второй группой светодиодов, причем светодиодный фитооблучатель, выполненный из двух групп светодиодов, одна из которых выполнена из красных, синих и ультрафиолетовых светодиодов, другая - только из красных светодиодов, при этом каждая группа светодиодов фитооблучателя подключена, соответственно, к отдельному регулируемому драйверу, которые реализованы на базе управляемого источника тока.The technical result is achieved by the fact that in the system of LED lighting of greenhouses, consisting of LED phytoradiator and a control unit for the intensity and spectral composition of radiation, the phytoradiator is made of two groups of LEDs with an adjustable emission spectrum for each group of LEDs, and the control unit for the intensity and spectral composition of radiation is made from a computer , data acquisition and control platforms, analog-to-digital converter, digital-to-analog converter, light sensor and sensor and the spectrum, wherein the light sensor, the input of which is connected to the first input of the analog-to-digital converter, the output of the spectrum sensor is connected to the second input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the first input of the data acquisition and control platform, connected by the first output to the computer input, the output of which is connected to the second input of the data acquisition and control platform connected to the second output with a digital-to-analog converter, the first output of which is connected to the input of the first controlled driver, p connected by an output to the input of the first group of LEDs, the second output of the digital-to-analog converter is connected to the input of the second controlled driver, connected by the output to the second group of LEDs, the LED phyto-irradiator made of two groups of LEDs, one of which is made of red, blue and ultraviolet LEDs, the other is made up of only red LEDs, and each group of phytoradiator LEDs is connected, respectively, to a separate adjustable driver, which are implemented on the basis of controlled current source.
В светодиодном фитооблучателе светодиоды расположены по боковым сторонам фитооблучателя с горизонтальной ориентацией относительно поверхности грунта для эффективного использования световой энергии при организации межрядного досвечивания растений, при этом корпус фитооблучателя выполнен в виде металлического радиатора.In the LED phytoradiator, the LEDs are located on the lateral sides of the phytoradiator with a horizontal orientation relative to the soil surface for the efficient use of light energy when organizing inter-row illumination of plants, while the phytoradiator casing is made in the form of a metal radiator.
В светодиодном фитооблучателе внутри отдельной группы светодиоды могут быть соединены как последовательно-параллельно, так и последовательно.In an LED phytoradiator inside a separate group, LEDs can be connected both in series, in parallel, and in series.
Отличительным признаком предлагаемой системы светодиодного освещения теплиц является выполнение фитооблучателя из двух групп светодиодов с регулируемым спектром излучения каждой группы светодиодов, одна из которых выполнена из красных, синих и ультрафиолетовых светодиодов, другая - только из красных светодиодов, а также выполнение блока управления интенсивностью и спектральным составом излучения фитооблучателя.A distinctive feature of the proposed system of LED lighting in greenhouses is the implementation of phyto-irradiator from two groups of LEDs with an adjustable emission spectrum of each group of LEDs, one of which is made of red, blue and ultraviolet LEDs, the other only from red LEDs, as well as the implementation of the intensity and spectral composition control unit radiation phytoradiator.
Совокупность признаков заявляемой системы светодиодного освещения теплиц на основе светодиодных фитооблучателей с регулируемым спектром излучения не известна и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».The set of features of the claimed system of LED lighting of greenhouses based on LED phytoradiators with an adjustable emission spectrum is not known and does not follow explicitly from the prior art, which allows us to conclude that the technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step".
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на:The invention is illustrated by drawings, where:
- фиг. 1 - блок - схема системы светодиодного освещения теплиц:- FIG. 1 - block - diagram of a system of LED lighting of greenhouses:
- фиг. 2 - спектры излучения, обеспечивающие протекание различных процессов жизнедеятельности растений;- FIG. 2 - radiation spectra, ensuring the flow of various processes of plant life;
- фиг. 3а) - последовательно - параллельное соединение светодиодов в фитооблучателе;- FIG. 3a) - in series - parallel connection of LEDs in the phytoradiator;
- фит. 3б) - последовательное соединение светодиодов в фитооблучателе;- fit. 3b) - serial connection of LEDs in the phytoradiator;
- фиг. 4 - спектры излучения фитооблучателя на разных этапах развития растения;- FIG. 4 - emission spectra of phytoradiator at different stages of plant development;
- фиг. 5 -общий вид корпуса-радиатора фитооблучателя- FIG. 5 is a General view of the body-radiator of the phytoradiator
Система светодиодного освещения теплиц представлена на фиг. 1, которая состоит из светодиодного фитооблучателя с регулируемым спектром излучения 1 и системы управления интенсивностью и спектральным составом излучения 2.The greenhouse LED lighting system is shown in FIG. 1, which consists of an LED phytoradiator with an
Светодиодный фитооблучатель содержит две группы светодиодов 3, 4, в группе 3 присутствуют красные, синие и ультрафиолетовые светодиоды, а в группе 4 - только красные светодиоды.The LED phytoradiator contains two groups of
Каждая группа светодиодов 3, 4 фитооблучателя питается от отдельного регулируемого драйвера, соответственно, 5 и 6, реализованного на базе управляемого источника тока. Блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения 2 состоит из компьютера 7, платформы сбора данных и управления 8, цифро-аналогового преобразователя 9, аналого-цифрового преобразователя 10, датчика спектра 11 и датчика освещенности 12.Each group of
В блоке управления интенсивностью и спектральным составом излучения 2 вход датчика освещенности 11 соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя 10, выход датчика спектра 12 соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя 10, выход которого подключен к первому входу платформы сбора данных и управления 8, соединенной первым выходом с входом компьютера 7, выход которого подключен ко второму входу платформы сбора данных и управления 8, соединенной вторым выходом с цифро-аналоговым преобразователем 9, первый выход которого соединен с входом первого управляемого драйвера 5, подключенного выходом ко входу первой группы светодиодов 3, второй выход цифро-аналогового преобразователя 9 соединен с входом второго управляемого драйвера 6, соединенного выходом с второй группой светодиодов 4, причем фитооблучатель содержит две группы светодиодов, в одной группе 3 присутствуют красные, синие и ультрафиолетовые светодиоды, в другой группе 4 только красные светодиоды.In the control unit for the intensity and spectral composition of radiation 2, the input of the
Регулируемые драйверы 5 и 6 питания светодиодов 3, 4 и блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения 2, в который входит компьютер 7, платформа сбора данных и управления 8, аналого-цифровой преобразователь 9, цифро-аналоговой преобразователь 10, датчик освещенности 11 и датчика спектра 12, в отличие от прототипа спектр излучения фитооблучателя формируется из соображений обеспечения оптимального протекания процессов фотосинтеза, синтеза хлорофилла и фотоморфогенеза.
Каждая группа светодиодов 3 и 4 питается от отдельного регулируемого драйвера 5 и 6, светодиоды расположены по боковым сторонам корпуса фитооблучателя, охлаждение светодиодов осуществляется с помощью металлического корпуса - радиатора (фиг. 5).Each group of
Блок управления может быть реализован как на базе промышленного компьютера, так и на базе персонального компьютера.The control unit can be implemented both on the basis of an industrial computer, and on the basis of a personal computer.
Для оценки соотношения интенсивности излучения в красной и синей областях спектра может быть применен как спектрометр, так и система двух фотодатчиков со светофильтрами, при этом фитооблучатель располагается горизонтально относительно поверхности грунта.To assess the ratio of radiation intensity in the red and blue spectral regions, both a spectrometer and a system of two photosensors with light filters can be used, while the phytoradiator is located horizontally relative to the soil surface.
Обеспечение оптимального протекания процессов фотосинтеза, синтеза хлорофилла и фотоморфогенеза позволяет повысить урожайность и качество продукции, сократить срок ее получения.Ensuring the optimal flow of photosynthesis, synthesis of chlorophyll and photomorphogenesis can increase productivity and product quality, reduce the time it takes to receive.
Разделение светодиодов на две группы 3 и 4, в одной из которых присутствуют красные, синие и ультрафиолетовые светодиоды, в другой - только красные светодиоды, и применение управляемых драйверов 5 и 6 для питания групп светодиодов обеспечивает плавное регулирование спектрального состава и интенсивности излучения фитооблучателя в пределах от 0 до 100%, что позволило повысить энергоэффективность и надежность системы освещения и формирования оптимальной световой среды для растений с учетом их видовых особенностей, фазы онтогенеза и создать условия естественного освещения.The division of the LEDs into two
Расположение светодиодов по боковым сторонам корпуса фитооблучателя и его горизонтальная ориентация относительно поверхности грунта способствуют наиболее эффективному использованию световой энергии при организации межрядного досвечивания растений.The location of the LEDs on the sides of the phytoradiator housing and its horizontal orientation relative to the soil surface contribute to the most efficient use of light energy when organizing inter-row illumination of plants.
Охлаждение фитооблучателя осуществляется с помощью металлического корпуса-радиатора, что обеспечивает оптимальный тепловой режим работы светодиодов, необходимую степень защиты и повышает надежность системы освещения.The phytoradiator is cooled using a metal casing-radiator, which ensures the optimal thermal mode of operation of the LEDs, the necessary degree of protection and increases the reliability of the lighting system.
Применение персонального компьютера для управления процессом освещения позволяет сделать систему освещения более многофункциональной, универсальной и ориентированной на пользователя.The use of a personal computer to control the lighting process allows us to make the lighting system more multifunctional, universal and user-oriented.
С целью обеспечения заданного соотношения интенсивности излучения в красной и синей областях спектра с учетом видовых особенностей растений, фазы онтогенеза и условий естественного освещения в блоке управления предусмотрен датчик спектра 12. Поскольку требуется получить только информацию о соотношении значений интенсивности излучения в красной и синей областях спектра, и не требуется знать полный спектр излучения облучателя. В случаях, когда для тепличного хозяйства важно контролировать полный спектр излучения в теплице может быть использован спектрометр.In order to ensure a given ratio of radiation intensity in the red and blue regions of the spectrum, taking into account plant species, ontogenesis and natural light conditions, a
Компьютер задает алгоритм управления и обеспечивает процесс взаимодействия с пользователем. Платформа сбора данных и управления предназначена для обеспечения взаимодействия компьютера и реальных физических объектов: фитосветильников и датчиков.The computer sets the control algorithm and provides a user interaction process. The data collection and control platform is designed to ensure the interaction of a computer and real physical objects: phyto-lamps and sensors.
Поскольку компьютер может быть существенно удален от объекта управления, то платформа сбора данных и управления реализует организацию удаленной связи в соответствии с одной из применяемых в настоящее время технологий передачи данных (Ethernet, Wi-Fi и т.д.). Аналоговый сигнал с датчиков освещенности и спектра, содержащий информацию о величине освещенности в теплице, интенсивности и спектральном составе излучения, преобразуется с помощью аналого-цифрового преобразователя в цифровую форму и поступает на платформу сбора данных и управления, откуда передается на компьютер. Компьютер в соответствии с рабочей программой, реализующей заданный алгоритм управления, принимает решение о формировании управляющих воздействий для каждой группы светодиодов, с целью поддержания заданных значений освещенности в теплице, интенсивности и спектрального состава излучения. Управляющие воздействия в цифровом виде передается от компьютера на платформу сбора данных и управления, с которой сигналы поступают на входы цифро-аналогового преобразователя, где преобразуется в аналоговую форму.Since the computer can be significantly removed from the control object, the data acquisition and control platform implements the organization of remote communication in accordance with one of the currently used data transfer technologies (Ethernet, Wi-Fi, etc.). An analog signal from light and spectrum sensors, containing information about the amount of light in the greenhouse, the intensity and spectral composition of the radiation, is converted using an analog-to-digital converter into digital form and fed to the data acquisition and control platform, from where it is transmitted to a computer. The computer, in accordance with the work program that implements the specified control algorithm, makes a decision on the formation of control actions for each group of LEDs, in order to maintain the given values of illumination in the greenhouse, the intensity and spectral composition of the radiation. Control actions in digital form are transmitted from the computer to the data acquisition and control platform, from which the signals are fed to the inputs of the digital-to-analog converter, where it is converted into an analog form.
С выходов цифро-аналогового преобразователя аналоговые сигналы подается на управляющий вход регулируемых драйверов, которые изменяют значения тока, протекающего через светодиоды данной группы, что приводит к корректировке величин освещенности в теплице, интенсивности и спектрального состава излучения.From the outputs of the digital-to-analog converter, analog signals are fed to the control input of adjustable drivers, which change the values of the current flowing through the LEDs of this group, which leads to the correction of the illumination values in the greenhouse, the intensity and spectral composition of the radiation.
В фитооблучателе применяются красные, синие и ультрафиолетовые светодиоды, поскольку растения наиболее восприимчивы к синему, оранжевому и красному диапазонам светового спектра, так как при воздействии волн этой длины процессы фотосинтеза, синтеза хлорофилла и фотоморфогенеза происходят наиболее интенсивно (фиг. 2). Пики восприятия - 445 нм и 660 нм. Зеленую и желтую части спектра растения практически не поглощают.Подобные облучатели получили название «double реак», поскольку в спектре их излучения наблюдается два ярко выраженных пика спектральной плотности интенсивности излучения.Red, blue, and ultraviolet LEDs are used in the phytoradiator, since plants are most susceptible to the blue, orange, and red ranges of the light spectrum, since photosynthesis, chlorophyll synthesis, and photomorphogenesis occur most intensively when exposed to waves of this length (Fig. 2). Peaks of perception are 445 nm and 660 nm. The plants practically do not absorb the green and yellow parts of the spectrum. Such irradiators are called “double reagent,” since two distinct peaks of the spectral density of radiation intensity are observed in their emission spectrum.
Внутри отдельной группы светодиоды могут быть соединены как последовательно-параллельно (фиг. 3а), так и последовательно (фиг. 3б).Inside a separate group of LEDs can be connected both in series-in parallel (Fig. 3a), and in series (Fig. 3b).
Параллельное соединение используется для формирования режимов освещения отдельных видов растений, в которых требуется обеспечить высокие значения светового потока и интенсивности излучения фитооблучателя, поскольку в данном случае применяется более мощный драйвер питания и увеличивается количество светодиодов в группе.Parallel connection is used to form the lighting regimes of individual plant species, in which it is necessary to ensure high values of the light flux and the intensity of phytoradiator radiation, since in this case a more powerful power driver is used and the number of LEDs in the group increases.
Последовательное соединение светодиодов возможно в случаях досвечивания менее светолюбивых растений, когда к значениям светового потока и интенсивности излучения фитооблучателя не предъявляется высоких требований.A series connection of LEDs is possible in cases of additional illumination of less photophilous plants, when high requirements are not imposed on the values of the light flux and the radiation intensity of the phytoradiator.
Применение управляемых драйверов для питания групп светодиодов обеспечивает плавное регулирование спектрального состава и интенсивности излучения фитооблучателя в пределах от 0 до 100%. Управление работой драйвера осуществляется с помощью аналогового сигнала, поступающего из блока управления.The use of controlled drivers for powering groups of LEDs provides smooth control of the spectral composition and radiation intensity of the phytoradiator in the range from 0 to 100%. The driver is controlled by an analog signal from the control unit.
Разделение светодиодов на две группы с раздельным питанием предложено с целью формирования оптимальной световой среды для тепличных растений, с учетом их видовых особенностей, фазы онтогенеза и условий естественного освещения, повышения энергоэффективности и надежности системы освещения. На фиг. 4 изображены спектры излучения, обеспечивающие наиболее благоприятные условия для развития растений на ювенильном этапе и этапе размножения. Из фиг. 4 видно, что на ювенильном этапе для полноценного развития растению требуется освещение, содержащее в своем составе излучение в красной и синей областях спектра с одинаковой интенсивностью.Separation of LEDs into two groups with separate power supply was proposed with the aim of forming an optimal light environment for greenhouse plants, taking into account their species features, ontogenesis phase and natural lighting conditions, increasing energy efficiency and reliability of the lighting system. In FIG. Figure 4 shows the emission spectra that provide the most favorable conditions for the development of plants at the juvenile stage and the reproduction stage. From FIG. Figure 4 shows that at the juvenile stage, for a plant to develop fully, it requires lighting that contains radiation in the red and blue spectral regions with the same intensity.
На этапе размножения интенсивность излучения в красной области спектра существенно превышает интенсивность излучения в синей области. Количественное соотношение значений интенсивности в красной и синей областях спектра зависит от вида растения.At the propagation stage, the radiation intensity in the red region of the spectrum is significantly higher than the radiation intensity in the blue region. The quantitative ratio of intensity values in the red and blue regions of the spectrum depends on the type of plant.
Таким образом, на ювенильном этапе будет задействована только первая группа светодиодов фитооблучателя, в которой присутствуют красные, синие и ультрафиолетовые светодиоды, а на этапе размножения будет включаться вторая группа светодиодов, содержащая только красные светодиоды, и далее две группы будут работать совместно.Thus, at the juvenile stage, only the first group of phytoradiator LEDs will be involved, in which red, blue and ultraviolet LEDs are present, and at the breeding stage, the second group of LEDs containing only red LEDs will be turned on, and then the two groups will work together.
Регулирование интенсивности излучения светодиодов каждой группы на ювенильном этапе и этапе размножения осуществляется с помощью изменения величины питающего тока регулируемого драйвера. Отключение второй группы светодиодов на ювенильном этапе онтогенеза растений позволяет повысить энергоэффективность и надежность системы освещения.The regulation of the radiation intensity of the LEDs of each group at the juvenile stage and the propagation stage is carried out by changing the supply current of the adjustable driver. Disabling the second group of LEDs at the juvenile stage of plant ontogenesis can improve the energy efficiency and reliability of the lighting system.
В качестве устройства, задающего алгоритм управления и обеспечивающего процесс взаимодействия с пользователем, может применяться как персональный, так и промышленный компьютер. При реализации упрощенных алгоритмов управления и отсутствии высоких требований к организации пользовательского интерфейса система управления реализуется на базе промышленного компьютера. В тех случаях, когда требуется реализовать сложный алгоритм регулирования интенсивности и спектрального состава излучения с визуализацией процессов, протекающих в объекте управления, и когда предъявляются высокие требования к организации пользовательского интерфейса, в основе системы управления предполагается применять персональный компьютер.As a device that sets the control algorithm and provides the process of interaction with the user, both a personal and an industrial computer can be used. When implementing simplified control algorithms and the absence of high requirements for the organization of the user interface, the control system is implemented on the basis of an industrial computer. In those cases when it is required to implement a complex algorithm for controlling the intensity and spectral composition of radiation with visualization of the processes occurring in the control object, and when high requirements are placed on the organization of the user interface, it is proposed to use a personal computer as the basis of the control system.
В качестве датчика спектра, предназначенного для получения информации о спектральном составе и интенсивности излучения в теплице, может быть применен как спектрометр, так и система двух фотодатчиков со светофильтрами. В случаях, когда реализуются сложные алгоритмы управления спектральным составом и интенсивностью излучения отдельных спектральных составляющих, и возникает необходимость постоянного контроля спектра излучения с целью периодической его корректировки в процессе функционирования системы освещения, датчиком спектра будет являться спектрометр. Основным преимуществом применения спектрометра следует считать его универсальность и расширенные функциональные возможности.As a spectrum sensor, designed to obtain information on the spectral composition and radiation intensity in a greenhouse, both a spectrometer and a system of two photosensors with light filters can be used. In cases where complex algorithms for controlling the spectral composition and radiation intensity of individual spectral components are implemented, and there is a need for constant monitoring of the radiation spectrum in order to periodically adjust it during the operation of the lighting system, the spectrometer will be the spectrum sensor. The main advantage of using the spectrometer should be considered its versatility and advanced functionality.
При осуществлении электрического досвечивания тепличных растений, когда алгоритм работы системы освещения задан строго, не требуется периодическая корректировка спектра излучения в процессе работы, и функции датчика спектра сводятся только к оценке соотношения интенсивности излучения в красной и синей областях спектра, предполагается использование системы двух фотодатчиков со светофильтрами. Поскольку оценивается интенсивность излучения в красной и синей областях спектра, применяются красный и синий светофильтры, соответственно. Датчики предварительно проходят калибровку с целью обеспечения необходимой точности измерения. Основным преимуществом данной системы оценки спектра излучения является ее простота и низкая себестоимость.When electric illumination of greenhouse plants is carried out when the lighting system operation algorithm is strictly specified, periodic adjustment of the radiation spectrum is not required during operation, and the spectrum sensor functions are reduced only to assessing the ratio of radiation intensity in the red and blue spectral regions, it is assumed to use a system of two photosensors with light filters . Since the radiation intensity in the red and blue regions of the spectrum is estimated, red and blue filters are used, respectively. The sensors are pre-calibrated to ensure the necessary measurement accuracy. The main advantage of this radiation spectrum estimation system is its simplicity and low cost.
Светодиоды расположены с боковых сторон металлического корпуса-радиатора фитооблучателя для обеспечения наибольшей эффективности системы освещения при осуществлении межрядного электрического досвечивания растений (фиг. 5). Охлаждение светодиодов осуществляется с помощью металлического корпуса-радиатора, что позволяет поддерживать наиболее благоприятный тепловой режим их работы. Применение металлической конструкции позволяет существенно повысить надежность и прочность фитооблучателя.LEDs are located on the sides of the metal case-radiator of the phytoradiator to ensure the greatest efficiency of the lighting system when inter-row electrical illumination of plants is carried out (Fig. 5). The LEDs are cooled using a metal casing-radiator, which allows you to maintain the most favorable thermal mode of operation. The use of a metal structure can significantly increase the reliability and strength of phytoradiator.
Облучатель располагается горизонтально относительно поверхности грунта, поскольку в данном случае удается добиться оптимального количества осветительных приборов на единицу площади теплицы с учетом возможного межрядного расстояния и расстояния между растениями в одном ряду.The irradiator is located horizontally relative to the soil surface, since in this case it is possible to achieve the optimal number of lighting devices per unit area of the greenhouse, taking into account the possible row spacing and the distance between plants in the same row.
Высота подвеса фитооблучателя относительно грунта может изменяться на стадии проектирования или монтажа системы освещения теплицы с целью формирования наиболее благоприятной световой среды для растений и оптимизации работы технического оборудования.The height of the phytoradiator suspension relative to the soil can vary at the stage of designing or installing the greenhouse lighting system in order to form the most favorable light environment for plants and optimize the operation of technical equipment.
Применение системы освещения для теплиц на основе светодиодных фитооблучателей с регулируемым спектром излучения позволит создать оптимальные условия освещения для тепличных растений с учетом их видовых особенностей, фазы онтогенеза и условий естественного освещения, что повысит энергоэффективность и надежность системы освещения, приведет к росту урожайности и качества продукции, сокращению сроков ее получения.The use of a lighting system for greenhouses based on LED phytoradiators with an adjustable emission spectrum will allow creating optimal lighting conditions for greenhouse plants, taking into account their species features, ontogenesis phase and natural lighting conditions, which will increase the energy efficiency and reliability of the lighting system, leading to an increase in yield and product quality, reduce the time for its receipt.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018119435A RU2680590C1 (en) | 2018-05-25 | 2018-05-25 | Led lighting system for greenhouses |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018119435A RU2680590C1 (en) | 2018-05-25 | 2018-05-25 | Led lighting system for greenhouses |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2680590C1 true RU2680590C1 (en) | 2019-02-22 |
Family
ID=65479285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018119435A RU2680590C1 (en) | 2018-05-25 | 2018-05-25 | Led lighting system for greenhouses |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2680590C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2719773C1 (en) * | 2019-08-29 | 2020-04-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Агрофотоника РМ" | Method of forming an optimum light environment for plants grown in closed ground and a system of led lighting, which realizes this method (versions) |
| RU2744302C1 (en) * | 2020-07-03 | 2021-03-05 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Led universal phyto-irradiator |
| RU2780199C1 (en) * | 2021-07-06 | 2022-09-20 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | System for controlling a phytoemitter with feedback and application of gaseous hydrogen as a plant growth catalyst |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU107020U1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-08-10 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | LED PLANT LIGHTING SYSTEM (OPTIONS) |
| RU2454066C2 (en) * | 2010-03-16 | 2012-06-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" | Light diode phyto-irradiator |
-
2018
- 2018-05-25 RU RU2018119435A patent/RU2680590C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2454066C2 (en) * | 2010-03-16 | 2012-06-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" | Light diode phyto-irradiator |
| RU107020U1 (en) * | 2010-06-18 | 2011-08-10 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | LED PLANT LIGHTING SYSTEM (OPTIONS) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2719773C1 (en) * | 2019-08-29 | 2020-04-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Агрофотоника РМ" | Method of forming an optimum light environment for plants grown in closed ground and a system of led lighting, which realizes this method (versions) |
| RU2744302C1 (en) * | 2020-07-03 | 2021-03-05 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Led universal phyto-irradiator |
| RU2780199C1 (en) * | 2021-07-06 | 2022-09-20 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | System for controlling a phytoemitter with feedback and application of gaseous hydrogen as a plant growth catalyst |
| RU213976U1 (en) * | 2022-03-31 | 2022-10-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | LED phytolamp |
| RU2790314C1 (en) * | 2022-06-29 | 2023-02-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Led phytoinstallation |
| RU217433U1 (en) * | 2022-12-15 | 2023-03-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | LED phytolamp |
| RU2831187C1 (en) * | 2023-12-21 | 2024-12-02 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Multispectral phytoradiator |
| RU2851095C1 (en) * | 2024-10-14 | 2025-11-18 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | System for creating a light environment for plants grown in closed ground |
| RU2848224C1 (en) * | 2024-10-28 | 2025-10-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | System for formation of light medium for plants grown in protected ground |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11602102B2 (en) | Horticulture lighting system and horticulture production facility using such horticulture lighting system | |
| RU2369086C1 (en) | Led plant spotlight | |
| RU2504143C2 (en) | Method and device for using light-emitting diode in greenhouse | |
| US20110125296A1 (en) | Apparatus and method for plant metabolism manipulation using spectral output | |
| EP2761995B1 (en) | Plant cultivation lamp and plant cultivation method using the same | |
| US10398092B2 (en) | Modular indoor farm lighting system | |
| US9936649B2 (en) | Grow light systems and methods for controlling the same | |
| US20170245440A1 (en) | Array of led illumination modules optimized for initial plant growth stage and illumination device including the same for plant factory | |
| RU2680590C1 (en) | Led lighting system for greenhouses | |
| WO2020081828A1 (en) | Growth enhancement using scalar effects and light frequency manipulation | |
| RU2454066C2 (en) | Light diode phyto-irradiator | |
| Pinho | Usage and control of solid-state lighting for plant growth | |
| CN103841818A (en) | Illuminating device for plant cultivation, plant cultivation system and plant cultivation method | |
| WO2024102071A2 (en) | A system and method for controlling growth of plant | |
| RU186764U1 (en) | PHYTOR LED MODULE | |
| Nozue et al. | White LED light with wide wavelength spectrum promotes high-yielding and energy-saving indoor vegetable production | |
| CN105873274A (en) | Light supply system for plant growth | |
| ES2969610T3 (en) | Dynamic user interface | |
| RU2704104C2 (en) | Electromagnetic radiation spectrum forming method, agriculture lighting method and agriculture lighting system | |
| Almeida et al. | LED-based electronic system to support plant physiology experiments | |
| RU2719773C1 (en) | Method of forming an optimum light environment for plants grown in closed ground and a system of led lighting, which realizes this method (versions) | |
| TW201717743A (en) | Light formula verification platform for plant factory capable of providing a high-efficient operation to produce an illumination light with particular coloured lights | |
| RU206336U1 (en) | Plant irradiation device | |
| RU217383U1 (en) | Crop LED Illuminator | |
| KR101290801B1 (en) | A light source and apparatus for plant cultivation using it |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200526 |