麻靈

摘要：結(jié)合LED光照對多肉植物的影響特性，提出一種LED系統(tǒng)，給出了植物生長調(diào)節(jié)智能LED系統(tǒng)的硬件設計與控制策略。通過實驗數(shù)據(jù)證明，智能LED系統(tǒng)不僅能夠產(chǎn)生更多的生理有效輻射能，更有效地促進植物生長，而且使用壽命更長、電費成本支出更低，具有更經(jīng)濟的效果。

關鍵詞：多肉植物；生長調(diào)節(jié)；LED；智能控制

在多肉植物生長過程中，光照強度是影響其光合作用與生長狀況的主要因素之一，因此，通過調(diào)節(jié)光照環(huán)境能夠?qū)崿F(xiàn)植物生長的調(diào)節(jié)。LED植物生長燈是植物燈的一種，它以LED（發(fā)光二極管）為光源，包含能夠促進或抑制植物生長激素產(chǎn)生的紅藍光源，由于LED系統(tǒng)能夠進行控制以改變光照強度、輻射范圍、照射時間長度等參數(shù)，從而實現(xiàn)對植物生長過程的人為調(diào)節(jié)，促進植物在生長期加快枝、葉、根、莖的分蘗，調(diào)節(jié)植物結(jié)果或成熟期內(nèi)的能量輸送，以利于增加產(chǎn)量。本文采用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)植物生長調(diào)節(jié)智能LED系統(tǒng)，為提高系統(tǒng)可靠性，設計了網(wǎng)絡通信接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、電源與時鐘電路等硬件部分，并基于B/S架構(gòu)通過WIFI實現(xiàn)LED光照系統(tǒng)的智能控制。

1LED光照對植物的影響特性

LED系統(tǒng)產(chǎn)生的光可以分為紅綠藍3種基色，并且可以由三基色組合成其它顏色的光源。植物生長過程中，對于光源的吸收主要用于光合作用，以促進自身的成長與結(jié)果。針對這一目的，對于LED光照系統(tǒng)的設計與控制，也是以控制LED光照的波長與頻率為主要目的，以調(diào)節(jié)植物生長過程，縮短植物的生長周期。一般來說，冷白光的色溫為4500～10000K，主波長為5500nm，典型光通量為1501m。暖白光的色溫為2850～3800K，主波長為3300nm，典型光通量為1351m。藍光的色溫為20000K，主波長為470nm，典型光通量為4.971m。

對LED植物燈光線光譜與植物光合作用之間的關系進行分析，可以發(fā)現(xiàn)如下特性：280～315nm對形態(tài)與生理過程的影響極??；315～400nm葉綠素吸收少，影響光周期效應，阻止莖伸長；400～520nm（藍）葉綠素與類胡蘿卜素吸收比例最大，對光合作用影響最大；520～610nm色素的吸收率不高；610～720nm（紅）葉綠素吸收率低，對光合作用與光周期效應有顯著影響；720～1000nm吸收率低，刺激細胞延長，影響開花與種子發(fā)芽；>1000nm轉(zhuǎn)換成為熱量。

2植物生長調(diào)節(jié)智能LED系統(tǒng)設計

本文所設計的整個系統(tǒng)包括上位機PC實現(xiàn)監(jiān)視與數(shù)據(jù)收集功能，單片機作為系統(tǒng)的控制中樞，完成光照、溫度檢測與自動調(diào)節(jié)控制，LED組合光源是受控光源，可以在單片機的調(diào)節(jié)下改變光照參數(shù)，傳感器部分完成對植物生長參數(shù)的測量與采集，并且通過通信模塊MINI-PAM完成與PC的數(shù)據(jù)交互與通訊。單片機工作原理主要包括檢測、控制與預警，通過紅光檢測、藍光檢測與溫度檢測3個檢測程序獲得LED燈頭的工作參數(shù)，并根據(jù)光照與植物生長之間的影響特性，進行紅光補光、藍光補光、以及工作報警。系統(tǒng)通過網(wǎng)絡通信接口電路與Internet進行通信，它可以將嵌入式WEB服務器采集的視頻信息傳送到遠程監(jiān)控端或者把遠程監(jiān)控端傳輸?shù)目刂泼顐魉徒o嵌入式設備。在這個過程中，由網(wǎng)絡控制器處理網(wǎng)絡接口、接收數(shù)據(jù)的分析、發(fā)送數(shù)據(jù)的封裝等問題。

3智能LED控制策略

本文提出一種基于植物生長特性的光環(huán)境控制策略。LED光源及光譜組成根據(jù)植物生長特性以及植物生長過程、階段控制。初始階段，控制智能LED系統(tǒng)發(fā)出遠紅光與UV光照射植物受光體，然后將光照調(diào)節(jié)為400～700nm波長的可見光，以促進植物光和色素的形成?？梢姽獗恢参锸芄怏w接收后，調(diào)控植物光形態(tài)的建成，以調(diào)控植物光合作用，促進葉莖植株的生長過程，提高光合器官的活性與效率，并改善碳氮代謝過程，提高植物果實的營養(yǎng)性與產(chǎn)量。

4植物生長調(diào)節(jié)智能LED系統(tǒng)的應用

將多肉植物生長調(diào)節(jié)智能LED系統(tǒng)應用到多葉類蔬菜溫室大棚中，可以發(fā)現(xiàn)采用智能LED系統(tǒng)不僅能夠產(chǎn)生更多的生理有效輻射能，更有效地促進植物生長，而且使用壽命更長、電費成本支出更低，具有更經(jīng)濟的效果。

（收稿：2017-03-22）