全数字智能 LED 植物补光灯控制系统
徐秀知 1, 2
, 王淑凡 1, 王
巍 2, 3, 牛萍娟 2,
3
(1. 天津工业大学电子与信息工程学院, 天津 300387; 2. 天津工业大学大功率半导体照明应用系统教育部工程研
究中心, 天津
300387; 3. 天津工业大学电气工程与自动化学院, 天津
300387
摘要:提出了一种多参数可编程的全数字 LED 植物补光灯控制系统, 基于CPLD 设计了控制系统的控制盒、智能
驱动器及 LED 植物补光灯头;
根据实际情况设定了控制盒与智能驱动器之间的数据传输协议, 并进行了功能仿真 . 结果表明:该系统可以针对不同植物、或同一植物在不同生长阶段的光质需求, 有效地控制不同地址的 LED 植物灯红、蓝两基色达到预设的光照度灰度值, 并输出相应的 PWM 占空比, 满足植物按需补光的要求 .
关键词:CPLD ; 全数字; 智能控制; LED ; PWM 中图分类号:TN873
文献标志码:A
文章编号:1671-024X (2012 04-0057-04
All-digital intelligent control system of LED plant light supplement lamp
XU Xiu-zhi 1, 2, WANG Shu-fan 1, WANG Wei 2, 3, NIU Ping-juan 2,
3
(1. School of Electronics and Information Engineering , Tianjin Polytechnic University , Tianjin 300387, China ; 2. Engi -neering Research Center of High Power Solid State Lighting Application System of Ministry of Education , Tianjin Poly -technic University , Tianjin 300387, China ; 3. School of Electrical Engineering and Automation , Tianjin Polytechnic U -niversity , Tianjin 300387, China
Abstract :An all-digital multi-parameter programmable control system of LED plant light supplement lamp is proposed. In
the control system , the control box , the intelligent driver and LED lamp are designed based on CPLD. According to the actual situation , the data transfer protocol between the intelligent driver and the control box is set. Func -tional and timing simulation is done to the control system. The results show that the system can control red and blue color brightness of different address LED lamps to reach the preset light intensity gray value according to the light quality requirements of different plants , or of the same plants at different growth stages. Finally , the corre -sponding PWM control signal is output to meet the light supplement of plant.
Key words :CPLD ; all-digital ; intelligent control ; LED ; PWM
第 31卷第 4期 2012年 8月
天津工业大学学报
JOURNAL OF TIANJIN POLYTECHNIC UNIVERSITY
Vol.31No.4August 2012
收稿日期:2012-03-01
基金项目:天津市科技支撑计划重点项目 (10ZCGYGX18300
通信作者:徐秀知 (1978— , 女, 博士, 讲师 . E-mail :fxuxiuzhi@https://www.doczj.com/doc/2312502462.html,
光是植物生长发育的基础, 植物光合作用在可见
光光谱 (380~760nm 范围内, 所吸收的光能占其生理辐射光能的 60%~65%, 其中主要以波长 610~720nm 的红、橙光以及波长 400~510nm 的蓝、紫光为吸收峰值区域 [1-2]. LED 植物补光灯正是基于上述理论, 以红、蓝 LED 为光源,依照植物生长规律所需要的太阳光, 用灯光代替太阳光给植物补光的一种灯具 . LED 与传统光源相比具有光源纯、波长类型多、节能环保、使用寿命长、发热少和易于控制等优点, 同时随着半导体技术的发展, LED 已越来越广泛的应用于农业生产 [3-4].
现有 LED 植物补光装置一般通过采用红蓝灯珠固定
配比的方法实现定光照度、定光质的补光方式 [5-6], 未考虑植物环境光照条件、环境温度等因素, 因此不能满足不同植物或同一植物不同生长阶段的不同光质需求,从而造成植物补光不足或过度等现象 . 为了解决现有 LED 植物补光装置的不足, 本文基于 CPLD 设计了一种全数字智能 LED 植物补光灯控制系统, 可以针对植物在不同阶段不同环境下的需光量, 通过预设温度、红蓝光照度等补光信息, 实现多盏 LED 植物灯各自红、蓝二基色的预设值, 并输出相应的 PWM 占空
天津工业大学学报第 31卷
比信号, 即不需要改变红蓝灯珠的配比, 而是根据植物外界环境, 利用数字智能调控技术来实现不同的 R/B 比, 以满足对不同植物按需补光的要求 [7].
1总体设计方案
LED 植物补光灯全数字智能控制系统如图 1所示 . 该补光系统由控制盒、智能驱动器及 LED 植物补光灯头组成, 其中智能驱动器与 LED 植物补光灯头组装在一起,每个控制盒可以实现对 28个 LED 植物补光灯的控制 .
控制盒和智能驱动器之间通过 ZIGBEE 方式进行通信 . 控制盒内部都预存有
若干补光模式,可以对接入的补光灯灯具组进行预存补光模式的任意组合 . 每一个智能驱动器内部均集成温度传感器、红蓝亮度传感器, 可以方便地将检测到的植
物外界环境信息传递给控制盒 . 控制盒可以访问灯头内部状态参数,根据灯头外括的温度和照度由传感器综合调度接入灯头的红蓝亮度信息等参数, 以满足植物在不同阶段不同环境下的需光量 .
为了实现系统对植物按需补光的要求, 方便控制盒与智能驱动器之间的数据传输,采用 27位表示植物补光数据的传输代码,各位代码代表的意义如图 2所示 . 其中, T26~T19表示灯具地址,即每个控制盒可调控 256盏 LED 植物灯; T18表示读写信号, 该位为 1时进行读操作, 为 0时进行写操作; T17~T16表示温度预设信号, 将 8
位温度数字信号的输出值划分为 4个等级; T15~T8表示 8位蓝光亮度预置信号;
T7~T0表示 8位红光亮度预置信号 . 在实际应用中,可依据植物在不同生长阶段的光合作用的有效温度范围设置补光温度值, 在光补偿点和饱和点之间选择固定值作为红蓝光目标光照度参数, 相关传输协议的预设值可参考不同作物生理的相关研究成果进行设置 . 智能驱动器的内部结构如图 3所示, 电路上所有的控制逻辑全部集成到一片 Altera 公司出品的大容量
低成本 CPLD 芯片当中 . 控制逻辑的主要功能为接收
LED 控制盒的植物补光数据, 根据自定义数据传输代码的意义, 设计可编程逻辑功能模块, 使得不同地址 LED 植物灯的红、蓝两基色分别按照预定的亮度变化
速率达到数据传输协议所预设的光强二进制值, 并输出相应的 PWM 占空比,从而满足植物按需补光的要求, 并能根据要求返回植物补光灯具的状态, 以使其能提出更合适的控制方案 .
鉴于该系统植物灯内部智能驱动的功能要求和控制方法, 将系统分为 6个模块:通信模块 (接收、发送模块、温度处理模块、红蓝光比较模块、地址处理模块、执行模块以及 PWM 产生模块 . 系统框图如图 4所示 .
系统的工作过程为:接收模块接收控制盒的数据,传递给地址预处理模块 . 预处理模块首先根据地址信息判断信号是否发给指定的 LED 植物补光灯头, 即判断地址信号是否相符 . 若不符则终止操作,若符
图 1控制系统框图 Fig.1
Diagram of control system
图 2数据传输协议
Fig.2
Data transfer protocol
图 3智能驱动器内部结构
Fig.3
Internal structure of intelligent driver
图 4智能驱动器分模块框图 Fig.4
Block diagram of intelligent driver
温度处理模块
红蓝光比较模块
接收
模块发送模块
通信模块
地址处理模块
红蓝执行模块
红蓝 PWM 产生模块
读
写
控制盒
LED 植物补光灯 1LED 灯头 1智能驱动器 1LED 灯头 2智能驱动器 2 LED 植物补光灯 2LED
灯头 255
智能驱动器 255
LED 植物补光灯 255LED 灯头 256
智能驱动器 256
LED 植物补光灯 256
…
T15T14T13T12T11T10T9T8
T7T6T5T4T3T2T1T0
T26T25T24T23T22T21T20T19T18T17T16
地址信号
读写信号
温度预设
信号
蓝光亮度预置信号
红光亮度预置信号
电缆接口芯片供电
蓝基色 LED 模组
温度传感器
蓝光照度传感器
红光照度传感器
CPLD
芯片
红基色 LED 模组 58——
第 4期
合则继续判断是进行读操作还是进行写操作 . 若是读操作, 程序则转入发送模块, 将植物灯当前状态返回到用户交互模块; 若是写操作, 程序则将亮度变化的级别信号传递给执行模块进行处理 . 同时温度处理模块、红蓝二基色比较模块分别将检测到的数据信号与传输协议的预设值进行比较, 将比较结果输送到执行模块 . 执行模块根据亮度变化速率、红蓝二基色亮度值比较的结果、传输预设照度值等信息, 得到对应二基色的 PWM 控制信号, 再由各自的 PWM 发送模块产生不同
占空比的 PWM 信号来控制 LED 植物补光灯头, 从而实现在外界条件不满足预设值的情况下对植物按需补光的要求 .
2系统分模块功能设计
(1通信模块,主要接收植物补光数据和发送 LED 植物灯的当前状态 . 该模块由发送子模块和接收子模块组成 . 在该模块中, rxd_clk标记为模块的时钟信号;
txd_cs为模块的使能信号; sdata 为串行输入信号; sys_rst为系统复位信号; q[26..0]为并行指令输出信号 .
(2地址处理模块,对通信模块接收到的数据协议进行预处理, 使得控制模块能够正确地执行上级发送的命令 . 该模块的工作原理为由 10位比较器将补光数据的地址信号 adressin[7..0]与预设的地址 adress [7..0]进行比较, 相等则输出高电平, 与读写信号 rw 进行“ 与” 操作; 当 rw 为 1时进行写操作, 同时输出读写控制信号
rw_out.
(3温度处理模块、红蓝光比较模块, 分别将检测到的数据信号与传输协议的相应预设值进行比较 . 若符合预设值的要求,则将比较结果输送到执行模块; 若不符合则结束操作 . temp_in标记为检测到的温度二进制值输入信号; red_in标记为检测到的红光照度信号; blue_in标记为蓝光照度信号 .
(4执行模块, 主要执行预处理模块和温度、光照比较模块处理后得到的指令,根据亮度变化速率将红、蓝二基色亮度值比较结果、传输协议预设亮度值等信息转化为相应的 PWM 占空比信号,对输出的占空比信号标记为 pwmctrl ,并将其输入到对应的 PWM 模块实现对 LED 植物灯的调光控制 .
(5 PWM 模块, 主要实现 PWM 信号的输出, 由 8位计数器对 clk 信号进行
0~255循环计数,比较器将计数结果 q 与 PWM 控制信号 pwmctrl 进行比较,当 q 值小于 pwmctrl 时输出为 1, 反之则输出为 0. 3仿真结果
系统工作时钟 sys_clk信号周期设为1μs , rxd_clk为接收模块时钟信号,该信号27个周期并且与系统时钟周期相同 . cs 为接收片选信号, 该信号持续 27个周期的
高电平, 为接收模块提供使能信号, 接收结束后该信号变为低电平 . rxd_clk和 cs 同时存在时接收模块开始工作 . sdata 为传输过程中的串行信号,长度为 27个时钟周期,每个周期代表并行信号中的一位 . 根据场景数据协议的要求, 传输顺序从低位到高位 . q 为由接收模块将串行信号转换成的 27位并行信号 . 假定该智能补光控制系统当前的数据协议代码为 011110100100110000010001010,同时假定检测到外界环境的温度值分别为 01、 10;红光亮度值分别为 01011100、 01101010、 10001010、11110000; 蓝光亮度值分别为 00001100、 00100000、 01000000、 10000000, 要
求地址为 01111010的 LED 植物补光灯按照所设计的逻辑功能输出相应的 PWM
占空比, 实现对红、蓝二基色的补光 . 仿真结果如图 5所示 . 图 6为红、蓝光PWM 占空比信号的放大图 .
从图 5和图 6的仿真结果可以看出, sdata 输入数据与 q 所输出的数据是一致的,未出现任何偏差 . 根据所设计的系统工作原理及植物补光数据传输协议, 从仿真图可以明显看出:当外界温度值为 01时, 不满图 5系统总体仿真图
Fig.5Simulation diagram of system
图 6系统仿真放大图
Fig.6Amplification diagram of simulation
徐秀知, 等:全数字智能 LED 植物补光灯控制系统 59——
天津工业大学学报第 31卷
色 PWM 信号按照速度等级 001逐渐降低至所设置的各亮度值 (R 占空比
36/256、 G 占空比 108/256、 B 占空比 72/256 .
4结论
为了解决传统的 LED 景观灯调控技术简单、控制方式单一等问题, 本文设计了基于 CPLD 的 LED 景观灯的控制系统, 根据设定的功能对整个系统采用分层思想进行功能模块的划分, 并给出了仿真结果, 实现了对 256盏 LED 景观灯的智能控
制, 使其在 256级灰度调制范围内以不同的亮度变化速率达到灯具预设的亮度级
别 . 从仿真结果可以看出,该系统可将各个模块的功能有效地结合起来, 使得不同地址的 LED 景观灯实现柔和渐变的效果, 有效地改善了景观灯在多
彩变化时容易出现的跳跃问题 . 参考文献:
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张海辉, 杨
青, 胡
瑾, 等 . 可控 LED 亮度的植物自适应
精准补光系统 [J].农业工程学报, 2011, 27(9 :153-158.
足预设温度值 10, 此时不输出 PWM 信号; 当满足预设温度值 10时,若指定地
址的红蓝二基色检测到的外界环境光照亮度值小于预置的亮度值, 则输出预设置的红、蓝亮度值 (R 占空比 138/256、 B 占空比 96/256 , 若指定地址的红蓝二基色检测到的外界环境光照亮度值大于预置的亮度值, 则不输出 PWM 信号 .
4结束语
为了解决现有植物补光装置中存在的补光方式单一、控制技术简单以及只能通过改变红蓝灯珠的配比来实现不同的 R/B比等问题,本文设计了基于 CPLD 的全数字智能 LED 植物补光灯控制系统,设计了控制盒与智能驱动器之间的数据传输协议, 并设计了智能驱动器的功能模块, 给出了系统功能及时序仿真结果 . 从仿真结果可以看出,该系统可将各个模块的功能有效地结合起来, 实现了对不同地址的LED 植物灯以不同的亮度变化速率达到数据传输协议预设的光照度值, 满足了不同植物在不同生长阶段、不同生长环境中的智能化补光要求 .
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(上接第 56页
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解析LED植物灯对光合作用的补光应用 OFweek半导体照明网讯植物都需要阳光的照射才能生长的更加茂盛。光对植物生长的作用是促进植物叶绿素吸收二氧化碳和水等养份，合成碳水化合物。但现代科学可以让植物在没有太阳的地方更好地生长，人们掌握了植物对太阳需要的内在原理，就是叶片的光合作用，在叶片光合作用时需要外界光子的激发才可完成整个光合过程，太阳光线就是光子激发的一过供能过程。人为的创造光源也同样可以让植物完成光合过程，现代园艺或者植物工厂内都结合了补光技术或者完全的人工光技术。科学家发现蓝光区和红光区十分接近植物光合作用的效率曲线，是植物生长的最佳光源。 LED植物灯知识： 1.不同波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的，植物光合作用需要的光线，波长在400-700nm左右。400-500nm（蓝色）的光线以及610-720nm（红色）对于 光合作用贡献最大。 2. 蓝色(470nm)和红色(630nm)的LED，刚好可以提供植物所需的光线，因此，LED植物灯，比较理想的选择就是使用这两种颜色组合。在视觉效果上，红蓝组合的植 物灯呈现粉红色。 3. 蓝色光能促进绿叶生长；红色光有助于开花结果和延长花期。 4.LED植物灯的红蓝LED比例一般在4：1--9：1之间为宜，通常可选4-7：1。 5.用植物灯给植物补光时，一般距离叶片的高度为0.5米左右，每天持续照射 12-16小时可完全替代阳光。 采用LED半导体灯泡配置出最适合植物生长的光源 按比例设置的彩色灯光能让草莓、西红柿变得更甜，营养更丰富。用灯光照射冬青幼苗，就是模仿植物在室外的光合作用。光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。太阳光是由不同颜色的光线组成的，不同颜色的光对植物生长能产生不同的作用。 LED光源又称半导体光源，这种光源波长比较窄，能控制光的颜色。用它对植物进行单独照射，就能改良植物品种。 经试验在紫色光线下的冬青幼苗，长得最高，但叶片很小，根也浅，一副营养不良
项目五独立按键控制LED灯 1.掌握独立按键消抖原理 2.掌握独立按键接口电路设计 1.设计独立按键控制LED的硬件电路 2.编写程序分别实现按下按键1和按键2，LED灯闪烁方式不同 3.下载程序到单片机中，运行程序观察结果并进行软硬件的联合调试 键盘是常见的计算机输入设备，在单片机应用中，按键可以设置电子钟的时间；简易计算器中，按键可以输入数字；按键还可以实现单片机中两个不同功能程序切换。本项目要求两个按键分别实现LDE灯的不同闪烁方式，按键1按下时，8个LED灯从右向左依次点亮，按键2按下时，8个LED灯从左向右依次点亮。 本项目只需2个按键实现LED灯闪烁方式控制，因此按键接口电路设计成独立按键。独立按键即每个按键直接与单片机I/O端口连接，当按键按下和弹开时，单片机I/O端口呈现不同的电平。独立按键接口电路可以设计成当按键按下时，单片机I/O端口为高电平或者低电平，读者可以根据自己的需求自行设计。单片机应用中的独立按键多是机械弹性开关，在按键按下和弹开时，由于按键的机械特性，有抖动产生。消除抖动有硬件方式和软件方式，软件方式就是编程读取I/O端口电平时，产生一个5ms～10ms延时后，再次读取I/O端口电平，以确认按键是否按下或弹开。
1.独立按键与矩阵按键 键盘是实现人机交互的重要计算机输入设备,其中按键按照结构原理可分为两类,一类是触点式开关按键,如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。按键按照接口原理可分为编码键盘和非编码键盘，编码键盘是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘由软件来实现按键的识别。非编码键盘按连接方式可分为独立按键和矩阵按键。 独立按键特点是每个按键占用一条I/O线，当按键数量较多时，I/O口利用率不高，但程序编制简单，适合所需按键较少的场合。矩阵按键特点是电路连接复杂，软件编程较复杂，但I/O口利用率高，适合需要大量按键的场合。下图为常见独立按键和矩阵按键接口电路。 图独立按键接口电路与矩阵按键接口电路上图四个按键（常开触点开关）S1，S2，S3，S4分别与单片机的四个I/O端口连接。当按键没有按下时，四个I/O端口的电压为高电平；当按键按下
LED植物生长灯的发展现状及前景分析 2014-08-08 00:29:00来源：OFweek 半导体照明网 评论投稿订阅 导读：近年，完全人工光控制型植物工厂在全球范围内正逐步形成半导体产业的新显学，结合传统农业的技术优势、半导体产业的照明与自动化技术，加上网络信息的深厚产业基础，一时之间植物工厂似乎成为全球半导体产业发展的重要应用与发展方向。 OFweek半导体照明网讯我国是一个农业大国，现在农村家庭普遍使用的是白炽灯和节能灯，年销售10亿只白炽灯泡的市场就在三、四级市场。随着农村经济的快速发展，人民生活水平的提高，农民对照明品质的要求也在提高，尤其是国家推广节能照明的政策出台实施以来，进一步激发了巨大的农村市场需求。在这里，“农村市场”已不是地域上的意义，而代表了一种消费能力和层次。 而在农村市场最大的渠道就在于植物生长灯，在第23届“台北国际光电周”展览会上，植物工厂呼应绿能经济与气候变迁趋势，展出植物生长灯、水耕设施、检测和环控节能系统等设备，相当吸睛。 近年，完全人工光控制型植物工厂在全球范围内正逐步形成半导体产业的新显学，结合传统农业的技术优势、半导体产业的照明与自动化技术，加上网络信息的深厚产业基础，一时之间植物工厂似乎成为全球半导体产业发展的重要应用与发展方向。 LED植物灯市场发展现状 在日韩早已流行得一塌糊涂的植物照明近日在中国开始受到关注。LED植物灯的销售市场都集中在日本、韩国、中美、欧洲等从事农业人员较少的国家和地区。但随着LED植物生长灯渗透率的提升，中国市场进入爆发期。据调查，全球LED植物生长灯产值在2013年起开始呈现高速成长，产值虽仅千万美元规模，但预估2014年将逾3500万美元，2017年更可望挑战3亿美元。 拓墣产业研究所光电产业中心研究员林佩璇表示，2013年LED植物灯成本已较2010年大幅下滑，每一流明约当新台币0.38元，仅为2010年1.8元的1/5，进而带动Philips、Osram、Mitsubishi、
全数字智能 LED 植物补光灯控制系统 徐秀知 1, 2 , 王淑凡 1, 王 巍 2, 3, 牛萍娟 2, 3 (1. 天津工业大学电子与信息工程学院, 天津 300387; 2. 天津工业大学大功率半导体照明应用系统教育部工程研 究中心, 天津 300387; 3. 天津工业大学电气工程与自动化学院, 天津 300387 摘要:提出了一种多参数可编程的全数字 LED 植物补光灯控制系统, 基于CPLD 设计了控制系统的控制盒、智能 驱动器及 LED 植物补光灯头; 根据实际情况设定了控制盒与智能驱动器之间的数据传输协议, 并进行了功能仿真 . 结果表明:该系统可以针对不同植物、或同一植物在不同生长阶段的光质需求, 有效地控制不同地址的 LED 植物灯红、蓝两基色达到预设的光照度灰度值, 并输出相应的 PWM 占空比, 满足植物按需补光的要求 . 关键词:CPLD ; 全数字; 智能控制; LED ; PWM 中图分类号:TN873 文献标志码:A 文章编号:1671-024X (2012 04-0057-04
All-digital intelligent control system of LED plant light supplement lamp XU Xiu-zhi 1, 2, WANG Shu-fan 1, WANG Wei 2, 3, NIU Ping-juan 2, 3 (1. School of Electronics and Information Engineering , Tianjin Polytechnic University , Tianjin 300387, China ; 2. Engi -neering Research Center of High Power Solid State Lighting Application System of Ministry of Education , Tianjin Poly -technic University , Tianjin 300387, China ; 3. School of Electrical Engineering and Automation , Tianjin Polytechnic U -niversity , Tianjin 300387, China Abstract :An all-digital multi-parameter programmable control system of LED plant light supplement lamp is proposed. In the control system , the control box , the intelligent driver and LED lamp are designed based on CPLD. According to the actual situation , the data transfer protocol between the intelligent driver and the control box is set. Func -tional and timing simulation is done to the control system. The results show that the system can control red and blue color brightness of different address LED lamps to reach the preset light intensity gray value according to the light quality requirements of different plants , or of the same plants at different growth stages. Finally , the corre -sponding PWM control signal is output to meet the light supplement of plant. Key words :CPLD ; all-digital ; intelligent control ; LED ; PWM 第 31卷第 4期 2012年 8月 天津工业大学学报 JOURNAL OF TIANJIN POLYTECHNIC UNIVERSITY Vol.31No.4August 2012
SHENZHEN KAREUITE ELECTRONICS CO.,LTD LED Grow Panel 1.Based on the 90W led grow light, we developed more watts for customer choice. 2.This is a middle ground between 90W and 200W, very moderate one. It's very suitable for public use. Such as flower exhibition, home garden, horticulture. It's a special one. https://www.doczj.com/doc/2312502462.html,e high efficient 2w LED as the light source, Based on 55x 2W high power LEDs. 4.Wide beam angle: 120 degree (larger lighting area). 5.Unique heat dissipation device: thermostatically controlled fans to keep LED light cool. 6.Can be combined with fluorescent lighting. 7.Environment-friendly: have no mercury and other harmful heavy metal, emit no light harmful to plant. 8.High Efficiency: 90% emitting lights can be absorbed by plants. But for traditional HPS or MH, only 8-10% is used. 9.Blue is good for vegetative and red is good for flowering and budding, you can choose the wavelength and color ratio which is most suitable for your plant growth. 10.The lighting area and height above the plant can be changed according to different plants and environment, and also technical parameters are changed. 11.Newest Technology: Each protection tubes for every LEDs diodes that could absorb the impulse caused by abnormal high input voltage. If any one LED diodes dead, the others and whole lamp can still work. It is also very convenient to replace of new LED diodes. CTG-12 62 The 120W led grow light can replace Traditional HPS,MH directly and very suitable for green house.
LED植物生长灯知识 生物光源的色温与流明 人工光源的色温与流明是以生物的眼睛所看到的，而植物对光的需求是 行光合作用，这是不看色温与流明的是以辐射值论定的。 光谱范围对植物生理的影响 280 ~ 315nm ––> 此种波长已属紫外线光线，对于各类动、植物甚至于 菌类生长，均有直接压制性生长的功能，对形态与生理过程的影响极小。 315 ~ 400nm ––> 此种光波亦属远紫外线光虽无紫外线伤害植物，为对 植物生长并无直接作用，叶绿素吸收少，影响光周期效应，阻止茎伸长。 400 ~ 520nm（蓝）–> 此类波长可直接处使植物根、茎部位发展，对于 叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大。 520 ~ 610nm（绿）–> 绿色性植物排斥性推挤，绿色素的吸收率不高。 610 ~ 720nm（红）–> 植物的叶绿素吸收率不高，唯此波长对于光合作 用与植物生长速度有显著影响。 720 ~ 1000nm ––> 此类波长泛属红外线波长，对于植物的吸收率低，可 直接刺激细胞延长，会影响开花与种子发芽。 ＞1000nm ––> 已接近雷射光波长已转换成为热量。 以上的植物与光谱资料来看，每种波长的光线对于植物光合作用的影响 是不同的，植物对于光合作用需要的光线中，400 ~ 520nm（蓝色）光线，以及610 ~ 720nm（红色）对于光合作用贡献最大，而520 ~ 610nm（绿色）光线，对于植物行使生长作用的功效比率很低。 若按照以上原理植物只对于400 ~ 520nm（蓝色）及610 ~ 720nm（红色），的光谱有直接帮助生长的效果，所以学术概念下的植物灯都是做成红蓝组合、
LED植物生长照明的 创新技术与方案
陈文成 博士 SSL 应用技术专家 欧司朗光电半导体
议程
植物生长照明的理论背景 理论背景 植物生长照明的 植物照明专用LED及解决方案 实际应用案例分析及应用前景
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LH W5AM| March 2009 | OS SSL M | CG
植物生长照明的应用 植物生长照明的应用
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光合作用的机理
光反应] 12H2O + 阳光 → 12H2 + O2 ?[暗反应] 12H2 + 6CO2 → C6H12O6 + 6H2O
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光是植物生长发育的基本因素之一。 光是植物生长发育的基本因素之一。 光质对植物的生长、 光质对植物的生长、形态建成、 形态建成、光合作用 、物质代谢以及基因表达均有调控作用。 物质代谢以及基因表达均有调控作用。
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人眼光谱灵敏度曲线与叶绿素吸收光谱的比较 人眼光谱灵敏度曲线与叶绿素吸收光谱的比较
植物叶绿素吸收光谱
人眼光谱灵敏度曲线
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传统植物设施栽培中使用的光源一般是荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯和白炽灯。 这些光源是依据人眼对光的适应性所选择的，其光谱有很多不必要的波长，对植物生 长的促进作用少，其效率不能采用照明中的光效概念来评价。
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LED植物照明产业的发展现状与趋势光是植物生长发育的基本环境因素。光照不仅通过光合作用供应植物生长所需的能量，还是植物生长发育的重要调控因子。通过人工光补充或全人工光照射植物，可以促进植物生长，提高产量，改善产品形态、色泽，提升功能成分等，还可以减少病虫害的发生。今天老师加油将和大家一起分享植物照明产业的发展现状与趋势。 人工光源技术在植物照明领域的应用越来越广泛，LED以其光效高、发热低、体积小、寿命长等诸多优点，在植物照明领域应用的优势明显，植物照明灯也将逐渐以LED照明灯具为主。 一、LED植物照明产业的发展现状 1.植物照明封装 在植物照明封装领域，封装器件种类繁多而无统一测量评判标准体系，国外大厂主要在大功率、COB和模组方向，兼顾植物照明白光系列，结合植物生长特性和人性化照明环境，较国内产品在可靠性、光效、不同植物不同生长周期光合辐照特性研究等方面有较大的技术优势，包括了各式不同尺寸的高功率、中功率及低功率产品，以满足各种植物在不同生长环境的需求，期望达到植物成长最大化及节能的目标。 芯片外延片大量的核心专利仍掌握在日本日亚、美国科锐等早期领跑企业手中，国内芯片厂商仍缺乏具有市场竞争力的专利产品。同时很多公司在植物照明封装芯片领域也在开发新的技术，如欧司朗薄膜芯片技术令芯片紧密地封装在一起，创造出大面积照明表面，基于该技术的波长为660nm的高效LED灯具系统可降低栽培区内40%的能耗。
2.植物照明光谱与器件 植物照明的光谱比较复杂，多样化，不同植物不同的生长周期甚至在不同的生长环境下，所需的光谱都存在较大的差异。为了满足这些差异化的需求，目前业界内有以下几种方案:①多种单色光组合方案，以对植物光合作用最有效的峰值为450nm、660nm的光谱和对植物开花诱导的730nm波段这三段光谱为主，再加525nm的绿光以及低于380nm的紫外波段，这几种光谱依照植物的不同需求而组合出最适宜的光谱。②全光谱方案，实现植物需求光谱全覆盖，以首尔半导体、三星为代表的SUNLIKE，此类光谱未必是最高效的，但适用于所有植物，而且成本较单色光组合方案低很多。③以全光谱白光为主，加上660nm的红光组合方案，来提高光谱的有效性。这种方案比较经济实用。 植物照明单色光（主要波长为450nm、660nm、730nm）封装器件，国内外多家公司均涵盖，而国内产品种类较为繁杂，规格较多，国外厂家产品较为标准化，同时在光合光子通量、光效等上国内与国外封装大厂仍存在较大差距。植物照明单色光封装器件除了主要波段为450nm、660nm、730nm的产品，很多厂家也在开发其他波段的新产品，实现产品完整的光合有效辐射（photo-syntheticallyactiveradiation，PAR）波长涵盖（450-730nm）。 单色光LED植物生长灯并非适用于任何植物的生长，全光谱LED的优势因此而凸显，全光谱首先要达到可见光全光谱（400-700nm）全覆盖，另外要提高蓝绿光（470-510nm）、深红光（660-700nm）两波段的表现。用普通蓝光LED或者紫外LED芯片搭配荧光粉做到“全”光谱，
解析LED植物灯对光合作用的补光应用 植物都需要阳光的照射才能生长的更加茂盛。光对植物生长的作用是促进植物叶绿素吸收二氧化碳和水等养份，合成碳水化合物。但现代科学可以让植物在没有太阳的地方更好地生长，人们掌握了植物对太阳需要的内在原理，就是叶片的光合作用，在叶片光合作用时需要外界光子的激发才可完成整个光合过程，太阳光线就是光子激发的一过供能过程。人为的创造光源也同样可以让植物完成光合过程，现代园艺或者植物工厂内都结合了补光技术或者完全的人工光技术。科学家发现蓝光区和红光区十分接近植物光合作用的效率曲线，是植物生长的最佳光源。 LED植物灯知识： 1.不同波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的，植物光合作用需要的光线，波长在400-700nm左右。400-500nm（蓝色）的光线以及610-720nm（红色）对于光合作用贡献最大。 2. 蓝色(470nm)和红色(630nm)的LED，刚好可以提供植物所需的光线，因此，LED 植物灯，比较理想的选择就是使用这两种颜色组合。在视觉效果上，红蓝组合的植物灯呈现粉红色。 3. 蓝色光能促进绿叶生长；红色光有助于开花结果和延长花期。 4.LED植物灯的红蓝LED比例一般在4：1--9：1之间为宜，通常可选4-7：1。 5.用植物灯给植物补光时，一般距离叶片的高度为0.5米左右，每天持续照射12-16小时可完全替代阳光。 采用LED半导体灯泡配置出最适合植物生长的光源 按比例设置的彩色灯光能让草莓、西红柿变得更甜，营养更丰富。用灯光照射冬青幼苗，就是模仿植物在室外的光合作用。光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。太阳光是由不同颜色的光线组成的，不同颜色的光对植物生长能产生不同的作用。 LED光源又称半导体光源，这种光源波长比较窄，能控制光的颜色。用它对植物进行单独照射，就能改良植物品种。 经试验在紫色光线下的冬青幼苗，长得最高，但叶片很小，根也浅，一副营养不良的样子。偏黄色灯光下的幼苗不仅矮小，叶片看起来也毫无生机。而在红色、蓝色混合光下生长的冬青长势最好，不仅强壮，根系也非常发达。这种LED光源的红色灯泡和蓝色灯泡是按照9：1的比例配置的。 结果证明，9：1的红蓝光对植物生长最有利，经过这种光源照射，草莓和西红柿果实饱满，糖分和维生素C的含量明显增加，而且不会出现空心的现象。每天持续照射12—16小时，生长在这样光源下的草莓、西红柿，会比普通的大棚水果更好吃。 LED植物生长灯还能用于冬季阴雨天气给植物补充光源 灯头：国际通用标准E27/E26结构 电压：交流AC120V~240V 尺寸：外径:62mm 高度：95mm LED个数：54颗红色配6颗蓝色或6颗大功率1W红色配1颗大功率1W蓝色 颜色：红色蓝色粉色 发光角度：60-120度 适用范围：蔬菜大棚，农林园艺， 耗能：3-7W（相对普通灯泡，可省掉95%以上电费） 寿命：30000-50000小时
LED植物灯照明的特点及优势 LED植物灯特点： 1、不同波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的，植物光合作用需要的光线，波长在400-700nm左右。400-500nm（蓝色）的光线以及610-720nm（红色）对于光合作用贡献最大。 2、蓝色(470nm)和红色(630nm)的LED，刚好可以提供植物所需的光线，因此比较理想的选择就是使用这两种颜色组合。在视觉效果上，红蓝组合的植物灯呈现粉红色。 3、蓝色光有助于植物光合作用能促进绿叶生长，蛋白质合成，果实形成；红色光能促进植物根茎生长，有助于开花结果和延长花期，起到增加产量作用！ 4、LED植物灯的红蓝LED比例一般在4：1--9：1之间为宜，通常可选6-9：1。 5、用植物灯给植物补光时，一般距离叶片的高度为0.5-1米左右，每天持续照射12-16小时可完全替代阳光。 6、效果十分显着，成长速度比一般自然生长之植物快了近乎3倍。 7、解决大棚冬季缺乏阳光的困恼，促进植物光合作用中所需要的叶绿素、花青素及胡萝卜素，使蔬果提早20%时间采收，增加3至5成的产量，更提高蔬果的甜度且减少病虫害。 8、LED光源又称半导体光源，这种光源波长比较窄，能发出特定波长的光，所以能控制光的颜色。用它对植物进行单独照射，就能改良植物品种。 9、LED植物生长灯功率小，但是效率极高，因为其他灯光发出的是全光谱，就是说有7种颜色，而植物所需要的却只有红光和蓝光，因此传统灯大部分光能都浪费了，所以效率极低。而LED植物生长灯可以发出植物需要的特定红光和蓝光，因此效率极高，这就是为什么LED植物生长灯几瓦的功率比几十瓦甚至几百瓦功率的灯效果还好的原因。 另一个原因就是传统的钠灯光谱里面缺少蓝光，而汞灯和节能灯光谱里面又缺少红光，所以传统灯补光效果都比LED灯差很多，而且对比传统灯要节约电能90%以上，运行成本大大降低。 LED植物灯的优势： 1、不需要驱动器或冷却风扇标准的电源插座接头。 2、植物生长时需红蓝光波长之环境。 3、与其它普通照明设备相比LED植物灯灯线温和，不会使幼苗植物烧焦。 4、与其他植物照明灯相比可以节省10%~20%的电费。 5、蓝光可促进植物长高，红光则使植物开花结果。
如何选择高质量的led 植物补光灯对植物进行补光 LED 补光灯已经在市场上存在了几年，第一代的led 并没有足够的优点在植物补光方面与hid 竞争，但是最新设计的高质量的led 足可以提到mh 和hps 补光系统。下面介绍如何帮助精明的你选择高质量的led 植物补光产品： 1.要选择高功率的led 种植户应该选择高功率的led 产品，低功率的led 不足以支持植物的整个生长过程。高功率的led 应该大于1w。3w 系列的led 产品包括：CreeXR-Lamp, Luxeon Rebel, 和Luxeon K2。5w系列的led 产品包括：LuxeonIII 和the Osram Platinum Dragon 系列。高功率的LED 在底部通常都会集成一个大的金属片用来散热。 2.选择大品牌超长寿命的led 产品 hps 的寿命通常在20000小时，实际使用一般在5000到10000小时，这是因为长时间钠灯的照度将会下降。高质量的led 产品的寿命一般都再50000-100000小 时之间，并且生产商在出厂前的输出照度都设置在70%。但是高温环境下，如果散热做的不好，寿命将会急剧下降。所以led 的散热设计非常重要，所以在使用过程中一定要对led 的影响寿命的因素进行评估，选择一款好的led 产品 3.led 要有良好的散热 就像你电脑的cpu 需要风扇散热一样，led也需要良好的散热。好的led 补光系统应该具备一个大的散热片，并且散热面积尽可能的大，如果有风扇是最好的，这样才能提高led 的寿命 4.要有一个好的dc 电源-恒流输出电路 电子电路的供电是影响LED 寿命一个重要的考虑因素。进行评估时，LED 灯。LED “驱动”电路，就像是一个金卤灯电子镇流器，AC 输入电源转换成直流电源，在适当的电压和LED 的电流水平。其最重要的工作是提供一个恒定的直流电流，甚至随着时间的推移和温度来控制LED 电压的变化，早期失效的led 产品基
全球农业用LED照明现状及未来发展态势 关键字：LED照明；农业照明；LED光源 目录：一、国内外LED农业应用的发展现状 二、LED农业照明灯具产品的开发与推广 三、LED核心厂商纷纷进军农业照明应用领域 我国是农业大国，农业的地位不言而喻。当前农业技术发展的同时，农业发展面临的挑战也在不断增加，比如气候变化对农业生产的影响日益加大等，高技术、低耗、高效的现代化农业成为农业发展的重要方向，在我国农业发展中具有重要的战略地位，备受重视。2010年国务院一号文件《中共中央国务院关于加大统筹城乡发展力度进一步夯实农业农村发展基础的若干意见》也明确表明，要积极支持农业发展方式的转变，提高农业科技创新和推广能力等。 应该看到，随着现代化农业的不断发展，农业照明的需求和能耗在不断扩大，对传统农业照明灯具技术也提出了新的挑战。LED作为新一代光源，除了环保节能的特点外，相较于目前农业领域常用荧光灯或高压钠灯等人工光源，具有光量可调整、光质可调整、冷却负荷低与允许提高单位面积栽培量等优点，对封闭有环控的农业生产环境，如植物组织培养室等是一种非常适合的人工光源。同时在养殖，微藻培养等方面也拥有巨大的应用潜力。 可以预见，LED的应用将会给农业带来一场全新的“革命”，比如植物工厂被认为是设施农业高级发展阶段，集现代生物技术、信息技术、人工环境控制等多种高技术于一体，不仅产量高于露地栽培多倍，而且还可以在非可耕地上如戈壁、荒漠、海岛、水面甚至城市大楼里进行生产，也被认为是未来解决人口、资源、环境等问题有效技术手段。 无论是从促进现代化农业发展的角度，还是实现节能环保的角度，LED应用于农业都具有非常重要的意义，而农业的地位及发展需求也为LED提供了发展机遇。 目前，国内农业照明中已开始采用LED，比如陕西杨凌农业示范区建立太阳能光伏LED植物工厂等。除了一些应用外，LED在农业领域应用的相关技术研发也日渐受到关注。2010年12月“植物工厂创新成果发布会”在中国农业科学院举办，中国农业科学院所属高科技企业——北京中环易达设施园艺科技有限公司推出了家庭版植物工厂以及家庭园艺系列产品，并分别与荷兰飞利浦照明、日本三菱化学、松下(中国)电工、台湾亿光、扬子电器、欧琳集团等数十家国际知名企业签署战略合作协议，就LED植物照明光源、工业控制、空调环境控制、营养液制剂等领域的技术创新、
植物灯简介 植物灯，也称植物生长灯，目前植物主要是用LED灯珠制作，也称LED 植物灯，LED植物生长灯，LED植物补光灯。 植物生长灯是种特殊的灯具，依照植物生长规律必须需要太阳光，而植物生长灯就是利用太阳光的原理，灯光代替太阳光给植物生长发育环境的一种灯具。 用途： 经过应用测试,植物灯的波长非常适合植物的生长,开花,结果.一般室内植物花卉，会随着时间而长势越来越差，主要原因就是缺少光的照射，通过适合植物所需光谱的LED灯照射，不仅可以促进其生长，而且还可以延长花期，提高花的品质。而把这种高效光源系统应用到大棚、温室等设施等农业生产上，一方面可以解决日照不足导致番茄、黄瓜等大棚蔬菜口感下降的弊端，另一方面还可以使冬季大棚茄果类蔬菜提前到春节前后上市，从而达到反季节培植的目的。 1，作为补充光照，在一天的任何时间都可以增强光照，可以延长有效照明时间。 2，无论在黄昏或是夜晚，可以有效延长和科学控制植物所需要的光照。 3，在温室或植物实验室，可完全替代自然光，促进植物生长。 工作原理： 光环境是植物生长发育不可缺少的重要物理环境因素之一，通过光质调节，控制植株形态建成是设施栽培领域的一项重要技术。 注意事项 因为是电器产品，需注意安全用电。 led植物灯的特征：波长类型丰富、正好与植物光合成和光形态建成的光谱范围吻合；频谱波宽度半宽窄，可按照需要组合获得纯正单色光与复合光谱，；可以集中特定波长的光均衡地照射作物；不仅可以调节作物开花与结实，而且还能控制株高和植物的营养成分；系统发热少，占用空间小，可用于多层栽培立体组合系统，实现了低热负荷和生产空间小型化； LED在植物栽培中的应用
LED植物灯光谱技术和参数 光的研究基础是光谱，光的应用品质需要光谱分析，LED植物灯的光谱尤为重要，制造商对植物灯光谱的设计能力决定其市场竞地位，LED植物灯光谱需要根据种植工艺专门设计而不能去仿制。 植物工厂是跨界产品，好亮固体光源研究所把植物工厂技术分为种植设备技术与种植工艺技术，植物灯光谱技术是种植设备与种植工艺的重要关联点，需要明确的一点是种植工艺决定光谱设计，对植物灯的设计与制造是保证种植工艺所要求的光质能达到最佳效率，植物灯的这些特点决定了植物光谱设计具有复杂性和多样性。 1、光的应用分类 视觉应用：应用于照明，物理单位是以平均人眼的视效函数对光谱辐射功率加权得到的光通量为主要参数。 非视觉应用：以动物、植物、医疗、微生物、识别、数据传送等应用，物理单位是辐射功率或者光量子数。 2、光子的能量 LED发光是能量的转换现象，电子与空穴复合时多余的能量会发光，产生光子，波长越短，产生光子的能量越高，光子是光传递能量过程中的最小单位，植物光合作用吸收的是这种带能量的光子，光合作用是在光子能量包驱动进行，而不是一般的光能量作用，这就是植物光合作用需要光子去表达的原因。
单个光子的能量在波长400nm与波长700nm的能量比是1.75，也就是说，蓝光比红光能量大1.75倍。
图：相同辐射功率下，产生光子的数量随着波长的增大而增加。 光合作用是由光子通量产生，是携带能量的光子在酶的作用下分解CO2与H2O后产生新的分子的过程，但不是所有被植物吸收的光子产生相同的光合作用，需要用能量传递的角度理解光合作用，用“光餐”来理解光子与植物的关系。 光合有效辐射的光子数量采用两种度量单位：光合光子通量（PPF），其波长范围从400到700nm，二是产生的光子通量（YPF），其波长范围可以根据植物的光合响应下确定波长范围。 3、植物灯的参数与单位 摩尔量（mol） 在描述物质构成的基本单位如分子、离子、光量子等的时候，通常采用摩尔量表示，摩尔量是由6.022EXP(23)个物质的基本粒子构成一个基本量，单位是：摩尔（mol），在植物光合作用里光子的数量也是采用摩尔量表示，一个光子摩尔（mol）里包含有6.022EXP(23)个光子，由于在植物光合里摩尔的单位大，许多参数采用微摩尔表示。 1摩尔（mol）=1000000微摩尔（umol）。 1微摩尔（umol）包含有6千万个亿的光子。 PAR 光合有效辐射（Photosynthetic Active Radiation） 植物用于光合作用的特定波长范围（400-700nm）的辐射称作光合有效辐射，标注单位有两种：
led植物生长灯 LED植物生长灯是种植物灯的一种，它以LED（发光二极管）为光源，依照植物生长规律必须需要太阳光，用灯光代替太阳光给植物生长发育环境的一种灯具。 原理： 光环境是植物生长发育不可缺少的重要物理环境因素之一，通过光质调节，控制植株形态建成是设施栽培领域的一项重要技术。 特征： 波长类型丰富、正好与植物光合成和光形态建成的光谱范围吻合；频谱波宽度半宽窄，可按照需要组合获得纯正单色光与复合光谱，；可以集中特定波长的光均衡地照射作物；不仅可以调节作物开花与结实，而且还能控制株高和植物的营养成分；系统发热少，占用空间小，可用于多层栽培立体组合系统，实现了低热负荷和生产空间小型化；LED在植物栽培中的应用： 光环境是植物生长发育不可缺少的重要物理环境因素之一，通过光质调节，控制植株形态建成是设施栽培领域的一项重要技术。 作为第四代新型照明光源，LED具有许多不同于其他电光源的特点（表1），这也使其成为节能环保光源的首选。应用于植物培养领域的LED还表现以下特征：波长类型丰富、正好与植物光合成和光形态建成的光谱范围吻合；频谱波宽度半宽窄，可按照需要组合获得纯正单色光与复合光谱，；可以集中特定波长的光均衡地照射作物；不仅可以调节作物开花与结实，而且还能控制株高和植物的营养成分；系统发热少，占用空间小，可用于多层栽培立体组合系统，实现了低热负荷和生产空间小型化；此外，其特强的耐用性也降低了运行成本。由于这些显著的特征，LED十分适合应用于可控设施环境中的植物栽培，如植物组织培养、设施园艺与工厂化育苗和航天生态生保系统等。 LED应用于植物设施栽培的研究： 近十年来，我国设施园艺面积发展迅速，植物生长的光环境控制照明技术已经引起重视。设施园艺照明技术主要应用于两个方面：一、在日照量少或日照时间短的时候作为植物光合作用的补充照明；二、作为植物光周期、光形态建成的诱导照明。 1、LED作为植物光合作用补充照明的研究传统人工光源产生太多热量，如采用LED补充照明和水培系统，空气能够被循环使用，过多的热量和水份可以被移除，电能能够被高效地转变为有效光合辐射，最终转化为植物物质。研究表明：采用LED照明，生菜的生长速率、光合速率都提高20%以上，将LED用于植物工厂是可行的。 研究发现，与荧光灯相比，混合波长的LED光源能够显著促进菠菜、萝卜和生菜的生长发育，提高形态指标；能够使甜菜生物积累量最大，毛根中甜菜素积累最显著，并在毛根中产生最高的糖分和淀粉积累。 与金属卤化灯相比，生长在符合波长LED下的胡椒、紫苏植株，其茎、叶的解剖学形态发生显著的变化，并且随着光密度提高，植株的光合速率提高。复合波长的LED 可引起万寿菊和鼠尾草两种植物的气孔数目增多。 2、LED作为植物光周期、光形态建成的诱导照明
LED植物照明的一些概念误区以及半导体照明的设计方案 引言 光照在植物生长的过程中起关键的作用，它是促进植物叶绿素的吸收和胡萝卜等多种植物生长质素吸收的最好肥料。然而，决定植物生长好坏的决定因素是一个综合因素，不仅与光有关，而且与水土肥料的配置、生长环境条件和综合技术管控都有着密不可分的关系。最近两三年，有关半导体照明技术在立体式植物工厂或植物生长方面的应用报道层出不穷。但仔细读下来，总有一些不安的感觉。总体上说是没有能够真正认识到光应用到植物生长上应该起到什么作用的问题. 首先来认识一下太阳的光谱，如图1所示。可以看到，太阳光谱是一个连续谱，其中蓝色与绿色光谱相对于红色光谱而言要强，其可见光光谱范围在380~780 nm左右。自然界的生物的生长是与光谱的强度有关的，比如在赤道附近区域大多数植物的生长速度是非常快的，同时生长的尺寸也比较大。但太阳的照射强度不是越高越好，对于动植物的生长是有一定选择性的。 图1 太阳光谱及其可见光光谱的特性 其次，第2个关于植物生长的几个关键吸收要素的光谱简图，如图2所示。 图2 植物生长几种生长素吸收光谱简图 从图2可以看到，影响植物生长的几个关键生长素对于光的吸收光谱是有显著区别的。因此，LED 植物生长灯的应用不是件简单的事，而是非常有针对性的。在这里有必要介绍两个最主要的光合作用植物生长要素的概念。 叶绿素 叶绿素（chlorophyll）是一类与光合作用（photosynthesis）有关的最重要的色素，存在于所有能营造光合作用的生物体，包括绿色植物、原核的蓝绿藻（蓝菌）和真核的藻类。叶绿素从光中吸收能量，然后能量被用来将二氧化碳转变为碳水化合物。
项目五独立按键控制LED灯 1. 掌握独立按键消抖原理 2. 掌握独立按键接口电路设计 3. 掌握独立按键控制 LED灯的程序编写 项目任务 1. 设计独立按键控制 LED的硬件电路 2. 编写程序分别实现按下按键1和按键2， LED灯闪烁方式不同 3. 下载程序到单片机中，运行程序观察结果并进行软硬件的联合调试 键盘是常见的计算机输入设备，在单片机应用中，按键可以设置电子钟的时间；简易 计算器中，按键可以输入数字；按键还可以实现单片机中两个不同功能程序切换。本项目要求两个按键分别实现 LDE灯的不同闪烁方式，按键1按下时，8个LED灯从右向左依次点亮，按键2按下时，8个LED灯从左向右依次点亮。 本项目只需2个按键实现LED灯闪烁方式控制，因此按键接口电路设计成独立按键。 独立按键即每个按键直接与单片机I/O端口连接，当按键按下和弹开时，单片机I/O端口呈 现不同的电平。独立按键接口电路可以设计成当按键按下时，单片机I/O端口为高电平或者 低电平，读者可以根据自己的需求自行设计。单片机应用中的独立按键多是机械弹性开关，在按键按下和弹开时，由于按键的机械特性，有抖动产生。消除抖动有硬件方式和软件方式，软件方式就是编程读取I/O端口电平时，产生一个5ms- 10ms延时后，再次读取I/O端口电平，以确认按键是否按下或弹开。
1. 独立按键与矩阵按键 键盘是实现人机交互的重要计算机输入设备，其中按键按照结构原理可分为两类,一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电气式按键，磁感应按键等。按键按照接口原理可分为编码键盘和非编码键盘，编码键盘是用硬件来实现对键的识别，非编码键盘由软件来实现按键的识别。非编码键盘按连接方式可分为独立按键和矩阵按键。 独立按键特点是每个按键占用一条I/O线，当按键数量较多时，I/O 口利用率不高，但程序编制简单，适合所需按键较少的场合。矩阵按键特点是电路连接复杂，软件编程较复杂，但I/O 口利用率高，适合需要大量按键的场合。下图为常见独立按键和矩阵按键接口电路。 图独立按键接口电路与矩阵按键接口电路 上图四个按键（常开触点开关）S1，S2, S3, S4分别与单片机的四个 I/O端口连接。当按键没有按下时，四个I/O端口的电压为高电平；当按键按下
LED波长的相对效果（某公司公布的实验数据） 1、植物灯的色温与流明 植物灯的色温与流明是从人的眼睛所看到的，而植物对光的光合作用是不看色温与流明的。 2、光谱范围对植物生理的影响 280 ~ 315nm——> 对形态与生理过程的影响极小 315 ~ 400nm ——>叶绿素吸收少，影响光周期效应，阻止茎伸长 400 ~ 520nm（蓝）—>叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大，对光合作用影响最大 520 ~ 610nm（绿）—>色素的吸收率不高 610 ~ 720nm（红）—>叶绿素吸收率高，对光合作用与光周期效应有显著影响 720 ~ 1000nm ——>吸收率低，刺激细胞延长，影响开花与种子发芽 ＞1000nm ——> 转换成为热量 从上面的数据来看，不同波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的，植物光合作用需要的光线，波长在400 ~ 720nm左右。400 ~ 520nm（蓝色）的光线以及610 ~ 720nm （红色）对于光合作用贡献最大。520 ~ 610nm（绿色）的光线，被植物色素吸收的比率很低。 3、按照以上原理，植物灯都是做成红蓝组合、全蓝、全红三种形式，以提供红蓝两种波长的光线，覆盖光合作用所需的波长范围。在视觉效果上，红蓝组合的植物灯呈现粉红色。 而白光LED灯，最普遍的是使用蓝色核心，激发黄色荧光粉，由此复合产生视觉上的白光效果。能量分布上，在445nm的蓝色区和550nm的黄绿色区存在两个峰值。而植物所需的610 ~ 720nm红光，则非常缺乏。这就解释了为什么在白光LED照射下，植物生长不利。 4、植物灯的红蓝灯色谱比例一般在5：1 ~ 10：1之间为宜，通常可选7~ 9：1的比例。 5、用植物灯给植物补光时，一般距离叶片的高度为0.5米左右。 【转载】 **农业大学的专家通过克隆技术培育出一批冬青幼苗，根据它们在不同颜色光源下的生长状