全人工光室內植物工廠光源控制系統
作者: 時間: 2025-06-22
全人工光室內植物工廠的光源控制系統是其實現高效、精準生產的核心技術支撐，通過智能化的光環境調控（光質、光強、光周期）最大化植物光合效率與生長品質。以下從核心技術、系統架構、應用場景及發展趨勢等方面綜合分析：
一、核心技術：LED光源與光配方
LED光源優勢
光譜定制化：采用RGB三基色LED（紅光640-660nm、藍光450-460nm、綠光530-540nm），輔以紫外/遠紅光補充光源，精準匹配植物光合吸收峰值（紅光660nm、藍光450nm）。
節能高效：LED光效達55%以上（高壓鈉燈僅30%），能耗降低40%-60%，壽命超5萬小時，冷光源特性避免葉片灼傷。
動態調控：支持分時光譜切換（如生菜育苗期高藍光促壯苗，采收期高紅光加速生長），提升光能利用率。
光配方技術
針對不同作物及生長階段定制光譜配比。例如：
葉菜類：育苗期藍光70%+紅光30%，采收期紅光80%+藍光20%，縮短周期至20天，硝酸鹽降低30%。
藥用植物：添加UV光（380nm）和遠紅光（730nm），鐵皮石斛多糖含量提升40%。
水果類：草莓結果期每日16小時紅光照射，糖度達15°以上。
二、系統架構與智能控制
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）實時監測環境參數。
執行層：
LED驅動模塊：采用PWM調光技術，通過恒流電源獨立控制RGB三基色亮度。
PLC控制器：聯動空調、加濕器等設備，形成閉環控制（如溫度超限時自動調光降溫）。
通信層：支持ZigBee、WiFi、5G等傳輸協議，實現多設備協同。
軟件層
智能決策：
基于PLC的本地控制：預設光周期曲線，按生長階段自動切換光配方。
AI深度學習：分析歷史生長數據與光照強度的相關性，動態優化光配方（如預測生菜最佳光強）。
人機交互：
組態王開發的上位機軟件支持遠程監控，用戶可通過手機APP調節光譜比例（0-100級）。
云平臺數據管理：記錄環境參數與生長數據，實現故障預警（如營養液EC/pH異常報警）。
三、節能優化策略
分時調控：夜間電價低谷期增加光照時長，降低能耗成本。
光-溫耦合：LED冷光源減少空調負荷（光源占工廠總電耗60%，空調占35%）。
立體種植適配：高層栽培架底部補光增強、頂部減光，保障32層系統光強均勻性。
能源整合：高原/海島場景結合光伏發電，實現離網運行（如阿聯酋沙漠項目）。
四、應用場景與效能
高原邊防：CO?補償至700ppm+高藍光光譜，生菜周期20天，年產600kg/30㎡集裝箱。
城市垂直農場：20層立體栽培+機器人管理，單位面積產量達傳統種植5倍。
藥用植物培育：UV光調控次生代謝，鐵皮石斛多糖含量提升40%。
五、技術演進方向
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：基于機器學習預測植物光需求，動態優化光配方（如生長期自動切換光譜）。
多因子協同控制：光照與CO?濃度（800-1000ppm）、營養液EC/pH聯動，提升光合效率30%。
模塊化擴展：支持藥用植物UV補光、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：LED光源與光配方
LED光源優勢
光譜定制化：采用RGB三基色LED（紅光640-660nm、藍光450-460nm、綠光530-540nm），輔以紫外/遠紅光補充光源，精準匹配植物光合吸收峰值（紅光660nm、藍光450nm）。
節能高效：LED光效達55%以上（高壓鈉燈僅30%），能耗降低40%-60%，壽命超5萬小時，冷光源特性避免葉片灼傷。
動態調控：支持分時光譜切換（如生菜育苗期高藍光促壯苗，采收期高紅光加速生長），提升光能利用率。
光配方技術
針對不同作物及生長階段定制光譜配比。例如：
葉菜類：育苗期藍光70%+紅光30%，采收期紅光80%+藍光20%，縮短周期至20天，硝酸鹽降低30%。
藥用植物：添加UV光（380nm）和遠紅光（730nm），鐵皮石斛多糖含量提升40%。
水果類：草莓結果期每日16小時紅光照射，糖度達15°以上。
二、系統架構與智能控制
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）實時監測環境參數。
執行層：
LED驅動模塊：采用PWM調光技術，通過恒流電源獨立控制RGB三基色亮度。
PLC控制器：聯動空調、加濕器等設備，形成閉環控制（如溫度超限時自動調光降溫）。
通信層：支持ZigBee、WiFi、5G等傳輸協議，實現多設備協同。
軟件層
智能決策：
基于PLC的本地控制：預設光周期曲線，按生長階段自動切換光配方。
AI深度學習：分析歷史生長數據與光照強度的相關性，動態優化光配方（如預測生菜最佳光強）。
人機交互：
組態王開發的上位機軟件支持遠程監控，用戶可通過手機APP調節光譜比例（0-100級）。
云平臺數據管理：記錄環境參數與生長數據，實現故障預警（如營養液EC/pH異常報警）。
三、節能優化策略
分時調控：夜間電價低谷期增加光照時長，降低能耗成本。
光-溫耦合：LED冷光源減少空調負荷（光源占工廠總電耗60%，空調占35%）。
立體種植適配：高層栽培架底部補光增強、頂部減光，保障32層系統光強均勻性。
能源整合：高原/海島場景結合光伏發電，實現離網運行（如阿聯酋沙漠項目）。
四、應用場景與效能
高原邊防：CO?補償至700ppm+高藍光光譜，生菜周期20天，年產600kg/30㎡集裝箱。
城市垂直農場：20層立體栽培+機器人管理，單位面積產量達傳統種植5倍。
藥用植物培育：UV光調控次生代謝，鐵皮石斛多糖含量提升40%。
五、技術演進方向
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：基于機器學習預測植物光需求，動態優化光配方（如生長期自動切換光譜）。
多因子協同控制：光照與CO?濃度（800-1000ppm）、營養液EC/pH聯動，提升光合效率30%。
模塊化擴展：支持藥用植物UV補光、果蔬增色光譜等插件式升級。
文章來源：葉菜俠科技