全人工光室內(nèi)植物工廠光源控制系統(tǒng)
作者: 時(shí)間: 2025-06-22
全人工光室內(nèi)植物工廠的光源控制系統(tǒng)是其實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)生產(chǎn)的核心技術(shù)支撐，通過智能化的光環(huán)境調(diào)控（光質(zhì)、光強(qiáng)、光周期）最大化植物光合效率與生長品質(zhì)。以下從核心技術(shù)、系統(tǒng)架構(gòu)、應(yīng)用場景及發(fā)展趨勢等方面綜合分析：
一、核心技術(shù)：LED光源與光配方
LED光源優(yōu)勢
光譜定制化：采用RGB三基色LED（紅光640-660nm、藍(lán)光450-460nm、綠光530-540nm），輔以紫外/遠(yuǎn)紅光補(bǔ)充光源，精準(zhǔn)匹配植物光合吸收峰值（紅光660nm、藍(lán)光450nm）。
節(jié)能高效：LED光效達(dá)55%以上（高壓鈉燈僅30%），能耗降低40%-60%，壽命超5萬小時(shí)，冷光源特性避免葉片灼傷。
動(dòng)態(tài)調(diào)控：支持分時(shí)光譜切換（如生菜育苗期高藍(lán)光促壯苗，采收期高紅光加速生長），提升光能利用率。
光配方技術(shù)
針對不同作物及生長階段定制光譜配比。例如：
葉菜類：育苗期藍(lán)光70%+紅光30%，采收期紅光80%+藍(lán)光20%，縮短周期至20天，硝酸鹽降低30%。
藥用植物：添加UV光（380nm）和遠(yuǎn)紅光（730nm），鐵皮石斛多糖含量提升40%。
水果類：草莓結(jié)果期每日16小時(shí)紅光照射，糖度達(dá)15°以上。
二、系統(tǒng)架構(gòu)與智能控制
硬件層
感知層：光照度傳感器、溫濕度傳感器、CO?濃度傳感器（±20nm精度）實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境參數(shù)。
執(zhí)行層：
LED驅(qū)動(dòng)模塊：采用PWM調(diào)光技術(shù)，通過恒流電源獨(dú)立控制RGB三基色亮度。
PLC控制器：聯(lián)動(dòng)空調(diào)、加濕器等設(shè)備，形成閉環(huán)控制（如溫度超限時(shí)自動(dòng)調(diào)光降溫）。
通信層：支持ZigBee、WiFi、5G等傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備協(xié)同。
軟件層
智能決策：
基于PLC的本地控制：預(yù)設(shè)光周期曲線，按生長階段自動(dòng)切換光配方。
AI深度學(xué)習(xí)：分析歷史生長數(shù)據(jù)與光照強(qiáng)度的相關(guān)性，動(dòng)態(tài)優(yōu)化光配方（如預(yù)測生菜最佳光強(qiáng)）。
人機(jī)交互：
組態(tài)王開發(fā)的上位機(jī)軟件支持遠(yuǎn)程監(jiān)控，用戶可通過手機(jī)APP調(diào)節(jié)光譜比例（0-100級）。
云平臺數(shù)據(jù)管理：記錄環(huán)境參數(shù)與生長數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警（如營養(yǎng)液EC/pH異常報(bào)警）。
三、節(jié)能優(yōu)化策略
分時(shí)調(diào)控：夜間電價(jià)低谷期增加光照時(shí)長，降低能耗成本。
光-溫耦合：LED冷光源減少空調(diào)負(fù)荷（光源占工廠總電耗60%，空調(diào)占35%）。
立體種植適配：高層栽培架底部補(bǔ)光增強(qiáng)、頂部減光，保障32層系統(tǒng)光強(qiáng)均勻性。
能源整合：高原/海島場景結(jié)合光伏發(fā)電，實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)運(yùn)行（如阿聯(lián)酋沙漠項(xiàng)目）。
四、應(yīng)用場景與效能
高原邊防：CO?補(bǔ)償至700ppm+高藍(lán)光光譜，生菜周期20天，年產(chǎn)600kg/30㎡集裝箱。
城市垂直農(nóng)場：20層立體栽培+機(jī)器人管理，單位面積產(chǎn)量達(dá)傳統(tǒng)種植5倍。
藥用植物培育：UV光調(diào)控次生代謝，鐵皮石斛多糖含量提升40%。
五、技術(shù)演進(jìn)方向
激光光源替代：能耗僅為LED的1/3-1/5，解決電能占比52%的成本瓶頸。
AI決策系統(tǒng)：基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測植物光需求，動(dòng)態(tài)優(yōu)化光配方（如生長期自動(dòng)切換光譜）。
多因子協(xié)同控制：光照與CO?濃度（800-1000ppm）、營養(yǎng)液EC/pH聯(lián)動(dòng)，提升光合效率30%。
模塊化擴(kuò)展：支持藥用植物UV補(bǔ)光、果蔬增色光譜等插件式升級。
文章來源：葉菜俠科技
一、核心技術(shù)：LED光源與光配方
LED光源優(yōu)勢
光譜定制化：采用RGB三基色LED（紅光640-660nm、藍(lán)光450-460nm、綠光530-540nm），輔以紫外/遠(yuǎn)紅光補(bǔ)充光源，精準(zhǔn)匹配植物光合吸收峰值（紅光660nm、藍(lán)光450nm）。
節(jié)能高效：LED光效達(dá)55%以上（高壓鈉燈僅30%），能耗降低40%-60%，壽命超5萬小時(shí)，冷光源特性避免葉片灼傷。
動(dòng)態(tài)調(diào)控：支持分時(shí)光譜切換（如生菜育苗期高藍(lán)光促壯苗，采收期高紅光加速生長），提升光能利用率。
光配方技術(shù)
針對不同作物及生長階段定制光譜配比。例如：
葉菜類：育苗期藍(lán)光70%+紅光30%，采收期紅光80%+藍(lán)光20%，縮短周期至20天，硝酸鹽降低30%。
藥用植物：添加UV光（380nm）和遠(yuǎn)紅光（730nm），鐵皮石斛多糖含量提升40%。
水果類：草莓結(jié)果期每日16小時(shí)紅光照射，糖度達(dá)15°以上。
二、系統(tǒng)架構(gòu)與智能控制
硬件層
感知層：光照度傳感器、溫濕度傳感器、CO?濃度傳感器（±20nm精度）實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境參數(shù)。
執(zhí)行層：
LED驅(qū)動(dòng)模塊：采用PWM調(diào)光技術(shù)，通過恒流電源獨(dú)立控制RGB三基色亮度。
PLC控制器：聯(lián)動(dòng)空調(diào)、加濕器等設(shè)備，形成閉環(huán)控制（如溫度超限時(shí)自動(dòng)調(diào)光降溫）。
通信層：支持ZigBee、WiFi、5G等傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備協(xié)同。
軟件層
智能決策：
基于PLC的本地控制：預(yù)設(shè)光周期曲線，按生長階段自動(dòng)切換光配方。
AI深度學(xué)習(xí)：分析歷史生長數(shù)據(jù)與光照強(qiáng)度的相關(guān)性，動(dòng)態(tài)優(yōu)化光配方（如預(yù)測生菜最佳光強(qiáng)）。
人機(jī)交互：
組態(tài)王開發(fā)的上位機(jī)軟件支持遠(yuǎn)程監(jiān)控，用戶可通過手機(jī)APP調(diào)節(jié)光譜比例（0-100級）。
云平臺數(shù)據(jù)管理：記錄環(huán)境參數(shù)與生長數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警（如營養(yǎng)液EC/pH異常報(bào)警）。
三、節(jié)能優(yōu)化策略
分時(shí)調(diào)控：夜間電價(jià)低谷期增加光照時(shí)長，降低能耗成本。
光-溫耦合：LED冷光源減少空調(diào)負(fù)荷（光源占工廠總電耗60%，空調(diào)占35%）。
立體種植適配：高層栽培架底部補(bǔ)光增強(qiáng)、頂部減光，保障32層系統(tǒng)光強(qiáng)均勻性。
能源整合：高原/海島場景結(jié)合光伏發(fā)電，實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)運(yùn)行（如阿聯(lián)酋沙漠項(xiàng)目）。
四、應(yīng)用場景與效能
高原邊防：CO?補(bǔ)償至700ppm+高藍(lán)光光譜，生菜周期20天，年產(chǎn)600kg/30㎡集裝箱。
城市垂直農(nóng)場：20層立體栽培+機(jī)器人管理，單位面積產(chǎn)量達(dá)傳統(tǒng)種植5倍。
藥用植物培育：UV光調(diào)控次生代謝，鐵皮石斛多糖含量提升40%。
五、技術(shù)演進(jìn)方向
激光光源替代：能耗僅為LED的1/3-1/5，解決電能占比52%的成本瓶頸。
AI決策系統(tǒng)：基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測植物光需求，動(dòng)態(tài)優(yōu)化光配方（如生長期自動(dòng)切換光譜）。
多因子協(xié)同控制：光照與CO?濃度（800-1000ppm）、營養(yǎng)液EC/pH聯(lián)動(dòng)，提升光合效率30%。
模塊化擴(kuò)展：支持藥用植物UV補(bǔ)光、果蔬增色光譜等插件式升級。
文章來源：葉菜俠科技