[发明专利]用于植物生长的智能半导体光照系统及其光谱调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于植物生长的光照系统领域，特别是一种用于植物生长的智能半导体光源照明系统及其光谱调制方法。 

背景技术

植物生长发育需要的光照主常依赖太阳光，蔬菜、花卉、药用植物等经济作物的工厂化生产、组织培养等还需人工光源进行光照补充。近年来，人们一直在努力模拟植物的吸收光谱，以求研制出某种光源，使其发射光谱最大限度地接近植物的吸收光谱以产生共振吸收，促使光合作用高效地进行。 

实际上，光在植物生长发育过程中，有间接影响，主要通过光合作用，是一个高能反应；也有直接影响，主要通过光形态建成，控制植物生长、发育和分化的过程，是一个低能反应，光在此主要起信号作用，信号的性质与光的波长有关。光敏色素感受红光和远红光区域的光（600-740nm）。一些光形态建成反应所需红闪光的能量和一般光合作用补偿点的能量相差10个数量级，甚为微弱。近来研究发现远红光FR(波长为700-800nm 远红光)对植物的生育和形态的形成有很大影响，此外，还有许多受远红光照射后使植物的叶面积和叶干物重增加的实例。如1994 年日本村上克介提出用红色光(波长为600-700nm的红光〉与远红光FR的比率R/FR 作为评价园艺照明光环境的一个光参数。 

在光辐射波段中，紫外线及蓝光波段对人体的危害尤为明显。LED的光谱中有不同比例的紫外及蓝光谱段，其中可见光蓝光部分会对视网膜色素层产生损伤。目前已经发现的几种主要光辐射危害有：光致角膜炎和光致结膜炎、白内障、视网膜灼伤、视网膜蓝光损害、皮肤晒黑、紫外红斑、皮肤老化、皮肤癌等。多芯片集成及二次光学设计技术发展，令LED芯片功率及外量子效率日益提高，紫外和蓝光波段的短波LED芯片被广泛应用，技术与市场占有率的提高均使得LED的危害性更加显著。 

就以前LED的性能状况而言，由于亮度不高，应用受到限制，LED能对人眼造成的直接危害微乎其微，但是，在设施农业中的LED光源要求补光强度高（6000-10000 1ux的补光条件下），人们对LED出射光的安全性的关注逐渐增强。由于LED光谱的特殊性，既要考虑到LED作为光源的方面，又要考虑是否符合光安全的方面。 

设施农业生产中，实际需要补充多少光照量必须根据该类植物的光饱和点进行推算。例如果树类具有较高的光饱和点约为400001ux，需设定70001ux作为补充光照量。另外，在与日光并用的人工照明光源的设施生产中，蔬菜类的光饱和点约为200001ux，在阴雨天和梅雨季节需设定的补充光照量为6000-100001ux。在6000-100001ux的补光条件下，按照红蓝比8：1的比例，其蓝光强度也在人的视觉能接受的范围之外。 

目前，国内植物生长培养主要采用的人工光源是白炽灯、日光灯、钠灯、高压汞灯等，由于上述人工光源存在能耗高、寿命短、光质不可控等缺陷，LED作为植物生长补光的人工光源逐步受到关注，如中国专利申请号为201010103929.9 的《一种用于兰科植物组培的LED混光灯具》，申请号为200910042307.7的《利用LED光源调节植物生长的方法及其LED植物照明灯》，申请号为200410035485.4的《高效节能LED植物生态灯》，申请号为200710133284.1的《一种光谱柔性可调的LED光源系统》等；但是，一般的LED植物生长光源均采用红光与蓝光的组合。上述专利申请都是着眼于以一定比例红、蓝LED光源的混合，在进行补光时存在光谱过窄、缺少红外和远红外光、以及蓝光过强效果易造成人眼的伤害等问题。 

发明内容

本发明针对现有LED植物生长光源存在的窄光谱、高成本、蓝光伤害、缺乏红外和远红外光等不足，提供一种用于植物生长的智能半导体光照系统，其能够根据不同植物的光照需求，有效提高植物的光合作用所需连续光谱并突出所需的红、蓝光谱，同时解决设施生产中出现的高成本、窄光谱、蓝光伤害等问题，极大缩短植物生长培育周期，提高工人生产作业中的安全性。 

为此，本发明采用以下的技术方案：用于植物生长的智能半导体光照系统，包括参数设置软件模块、主控模块、数据存储模块、光源驱动模块、人体感应模块和至少一个半导体光源，其特征在于，所述的主控模块分别与参数设置软件模块、光源驱动模块和人体感应模块连接，主控模块上装有数据分析软件模块和数据存储模块，光源驱动模块与半导体光源连接，所述的半导体光源由若干白光半导体光源和若干红光半导体光源组成； 

所述的参数设置软件模块用于获取外部输入参数并将外部输入参数存储在数据存储模块中，所述的外部输入参数包括植物生长曲线参数；