基于幼苗生长高度变化的光照强度控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于幼苗生长高度变化的光照强度控制方法及系统，该系统包括灯板模块、散热模块、温度传感器模块、光照传感器模块、3D结构光相机模块、HMI触摸屏模块和培养托盘模块，所述散热模块安装于灯板模块的背部，所述灯板模块的正面与背面的中心位置均设置有温度传感器模块，所述光照传感器模块、3D结构光相机模块、HMI触摸屏模块分别与灯板模块通过无线连接，所述培养托盘模块位于光照传感器模块的正下方。通过使用本发明专利技术，能够根据幼苗的实时高度信息进而调节对应幼苗高度所需的光照强度。本发明专利技术作为基于幼苗生长高度变化的光照强度控制方法及系统，可广泛应用于幼苗培育技术领域。技术领域。技术领域。

【技术实现步骤摘要】
基于幼苗生长高度变化的光照强度控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及幼苗培育
，尤其涉及基于幼苗生长高度变化的光照强度控制方法及系统。

技术介绍

[0002]传统的蔬菜幼苗培育方式，以及所采用的装置，主要是以传统的床土、营养钵育苗为主，且对于幼苗的培育阶段深受外界诸多条件的影响，传统的基于自然条件环境下的对幼苗进行培养，容易出现幼苗成活率低，且幼苗的质量、外观等都难以达到预想结果，其中光照对于幼苗的生长影响因素最大，现有的方法直接补偿一定比例的光照条件，但随着幼苗的高度的生长，所需的光照强度也会随之变化，若是光照强度不满足幼苗的生长需求，将会极大程度的影响幼苗的生长速度。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供基于幼苗生长高度变化的光照强度控制方法及系统，能够根据幼苗的实时高度信息进而调节对应幼苗高度所需的光照强度。
[0004]本专利技术所采用的第一技术方案是：基于幼苗生长高度变化的光照强度控制系统，包括灯板模块、散热模块、温度传感器模块、光照传感器模块、3D结构光相机模块、HMI触摸屏模块和培养托盘模块，所述散热模块安装于灯板模块的背部，所述灯板模块的正面与背面的中心位置均设置有温度传感器模块，所述光照传感器模块、3D结构光相机模块、HMI触摸屏模块分别与灯板模块通过无线连接，所述培养托盘模块位于光照传感器模块的正下方，其中：
[0005]所述灯板模块用于提供光照；
[0006]所述散热模块用于降低灯板模块在启动强光补光时产生的热能；
[0007]所述光照传感器模块用于收集幼苗表面的实际光照；
[0008]所述3D结构光相机模块用于采集最高幼苗的高度值；
[0009]所述HMI触摸屏模块用于选择不同的控制模式；
[0010]所述培养托盘模块用于放置待培育幼苗。
[0011]进一步，所述灯板模块包括12块灯板，所述灯板的排列方式为3*4分布排列，灯板尺寸规格为20*30mm，灯板的照射角度均为120
°
，其中：
[0012]所述灯板包括红色LED灯组、蓝色LED灯组和白色LED灯组，每个LED灯组均包括6个相同型号颜色灯珠，每个灯株的连接方式为串联连接，每个灯株的排列方式为一字等间距排列；
[0013]所述红色灯珠与蓝色灯珠的最大光照强度在距离培养托盘模块30cm高度处为200μmol
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‑1，所述白色灯珠的最大光照强度在距离培养托盘模块30cm高度处为300μmol
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‑1。
[0014]同时，本专利技术还提供一种基于幼苗生长高度变化的光照强度控制系统的方法，包
括以下步骤：
[0015]S1、将待培育的幼苗放置于培养托盘上，并栽种于培育室灯板下的预定区域位置；
[0016]S2、通过3D结构光相机获取幼苗的实际生长高度；
[0017]S3、根据幼苗的实际生长高度，调节幼苗表面接收到的光照强度达到适合幼苗生长高度的光照补给量；
[0018]S4、通过光照传感器获取幼苗的实际光照强度；
[0019]S5、根据幼苗的实际光照强度，进一步调节灯板的光照强度及高度；
[0020]S6、当幼苗的生长高度达到预设高度阈值时，转出培育室。
[0021]进一步，还包括通过散热模块降低灯板启动强光补光时产生的热能，其具体包括：
[0022]所述灯板背部设置有第一温度传感器，灯板表面中心处设置有第二温度传感器；
[0023]所述灯板背部设置有第一温度传感器，灯板表面中心处设置有第二温度传感器；
[0024]温度传感器实时采集灯板温度数据并将温度数据通过485反馈至上位机进行差值计算，得到计算结果；
[0025]通过内部温度场算法将计算结果反馈至控制中心；
[0026]控制中心根据计算结果决定是否启动散热装置；
[0027]判断到启动散热装置，通过上位机算法计算PWM脉冲值；
[0028]控制中心根据PWM脉冲值控制散热装置散热速率。
[0029]进一步，还包括通过HMI触摸屏选择对应的灯板工作模式，所述灯板的工作模式包括手动模式与自动模式，其中：
[0030]所述手动模式，通过按键阻断自动模式下的调控干扰，可在HMI触摸屏上选择不同灯株单元一一进行光强数值设定，也可通过设置所需总光强，通过所需光强与平台所处高度导入控制器内部提前设定的二元一次函数中，得出所需PWM数值进行光强输出；
[0031]所述自动模式，根据设定总灯板工作时段与所需光强模式(梯度变光或恒定光源)，屏幕将通过变成状态显示模式，首先设备通过采集当前种苗点云图像上传至上位机进行点云数据分析处理，得出当前种苗高度信息，通过目标光强值函数式带入PWM数值/灯板发射光强的功率损耗和散热片功率，得出在最低功率损耗情况下，所得到的较适宜温度、高度和PWM值，再通过上位机下达指令至下位机中执行当前灯板距离种苗高度和PWM占空比数值的调控操作。
[0032]进一步，所述目标光强值函数的表达式具体如下所示：
[0033]f1(x)＝ax1+bx2+cx3+d
[0034]上式中，f1(x)表示目标高度所需光强值，x1表示当前灯板距离种苗高度，x2表示PWM占空比数值，x3表示x1高度下的温度值，a、b、c和d分别表示x1、x2、x3和f1x的系数。
[0035]进一步，所述通过3D结构光相机获取幼苗的实际生长高度这一步骤，其具体包括：
[0036]将3D结构光相机设置于距离培养托盘16cm的右端；
[0037]通过3D结构光相机间隔预设时间比例采集幼苗生长点云信息；
[0038]基于python对幼苗生长点云信息进行分析计算，得到幼苗的实际生长高度信息；
[0039]将幼苗的实际生长高度信息上传至HMI触摸屏进行显示，获取幼苗的实际生长高度。
[0040]进一步，所述通过光照传感器获取幼苗的实际光照强度这一步骤，其具体包括：
[0041]在培养托盘底面16cm处设置第一光照传感器，同等高度左端设置第一光照传感器；
[0042]通过第一光照传感器获取幼苗的中心光照强度，通过第二光照传感器获取幼苗的边缘光照强度；
[0043]对幼苗的中心光照强度与幼苗的边缘光照强度进行极差计算处理，得到极差值；
[0044]对极差值进行判断，判断到所述极差值大于预设极差阈值，通过灯板的光照强度进行差值弥补；
[0045]判断到所述极差值小于预设极差阈值，对幼苗的中心光照强度与幼苗的边缘光照强度进行求平均处理，得到幼苗的实际光照强度。
[0046]本专利技术方法及系统的有益效果是：本专利技术通过3D结构光相机模块获取幼苗的点云图像上传至上位机进行点云数据分析处理，能够准确的计算出当前幼苗的高度信息，进而通过目标光强函数计算当前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于幼苗生长高度变化的光照强度控制系统，其特征在于，包括灯板模块、散热模块、温度传感器模块、光照传感器模块、3D结构光相机模块、HMI触摸屏模块和培养托盘模块，所述散热模块安装于灯板模块的背部，所述灯板模块的正面与背面的中心位置均设置有温度传感器模块，所述光照传感器模块、3D结构光相机模块、HMI触摸屏模块分别与灯板模块通过无线连接，所述培养托盘模块位于光照传感器模块的正下方，其中：所述灯板模块用于提供光照；所述散热模块用于降低灯板模块在启动强光补光时产生的热能；所述光照传感器模块用于收集幼苗表面的实际光照；所述3D结构光相机模块用于采集最高幼苗的高度值；所述HMI触摸屏模块用于选择不同的控制模式；所述培养托盘模块用于放置待培育幼苗。2.根据权利要求1所述基于幼苗生长高度变化的光照强度控制系统，其特征在于，所述灯板模块包括12块灯板，所述灯板的排列方式为3*4分布排列，灯板尺寸规格为20*30mm，灯板的照射角度均为120
°
，其中：所述灯板包括红色LED灯组、蓝色LED灯组和白色LED灯组，每个LED灯组均包括6个相同型号颜色灯珠，每个灯株的连接方式为串联连接，每个灯株的排列方式为一字等间距排列；所述红色灯珠与蓝色灯珠的最大光照强度在距离培养托盘模块30cm高度处为200μmol
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‑1，所述白色灯珠的最大光照强度在距离培养托盘模块30cm高度处为300μmol
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‑1。3.一种如权利要求1
‑
2中任一项所述的基于幼苗生长高度变化的光照强度控制系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将待培育的幼苗放置于培养托盘上，并栽种于培育室灯板下的预定区域位置；S2、通过3D结构光相机获取幼苗的实际生长高度；S3、根据幼苗的实际生长高度，调节幼苗表面接收到的光照强度达到适合幼苗生长高度的光照补给量；S4、通过光照传感器获取幼苗的实际光照强度；S5、根据幼苗的实际光照强度，进一步调节灯板的光照强度及高度；S6、当幼苗的生长高度达到预设高度阈值时，转出培育室。4.根据权利要求3所述基于幼苗生长高度变化的光照强度控制方法，其特征在于，还包括通过散热模块降低灯板启动强光补光时产生的热能，其具体包括：所述灯板背部设置有第一温度传感器，灯板表面中心处设置有第二温度传感器；温度传感器实时采集灯板温度数据并将温度数据通过485反馈至上位机进行差值计算，得到计算结果；通过内部温度场算法将计算结果反馈至控制中心；控制中心根据计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆华忠，陈夕，赵俊宏，李斌，魏鑫钰，罗毅智，周星星，骆浩文，姚兴智，易振峰，胡其骁，
申请(专利权)人：广东省农业科学院设施农业研究所，
类型：发明
国别省市：