多肉植物生长调节智能LED系统研究与实践

麻灵

摘要：结合LED光照对多肉植物的影响特性，提出一种LED系统，给出了植物生长调节智能LED系统的硬件设计与控制策略。通过实验数据证明，智能LED系统不仅能够产生更多的生理有效辐射能，更有效地促进植物生长，而且使用寿命更长、电费成本支出更低，具有更经济的效果。

关键词：多肉植物；生长调节；LED；智能控制

在多肉植物生長过程中，光照强度是影响其光合作用与生长状况的主要因素之一，因此，通过调节光照环境能够实现植物生长的调节。LED植物生长灯是植物灯的一种，它以LED（发光二极管）为光源，包含能够促进或抑制植物生长激素产生的红蓝光源，由于LED系统能够进行控制以改变光照强度、辐射范围、照射时间长度等参数，从而实现对植物生长过程的人为调节，促进植物在生长期加快枝、叶、根、茎的分蘖，调节植物结果或成熟期内的能量输送，以利于增加产量。本文采用单片机系统实现植物生长调节智能LED系统，为提高系统可靠性，设计了网络通信接口、数据转换模块、电源与时钟电路等硬件部分，并基于B/S架构通过WIFI实现LED光照系统的智能控制。

1LED光照对植物的影响特性

LED系统产生的光可以分为红绿蓝3种基色，并且可以由三基色组合成其它颜色的光源。植物生长过程中，对于光源的吸收主要用于光合作用，以促进自身的成长与结果。针对这一目的，对于LED光照系统的设计与控制，也是以控制LED光照的波长与频率为主要目的，以调节植物生长过程，缩短植物的生长周期。一般来说，冷白光的色温为4500～10000K，主波长为5500nm，典型光通量为1501m。暖白光的色温为2850～3800K，主波长为3300nm，典型光通量为1351m。蓝光的色温为20000K，主波长为470nm，典型光通量为4.971m。

对LED植物灯光线光谱与植物光合作用之间的关系进行分析，可以发现如下特性：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色素的吸收率不高；610～720nm（红）叶绿素吸收率低，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。

2植物生长调节智能LED系统设计

本文所设计的整个系统包括上位机PC实现监视与数据收集功能，单片机作为系统的控制中枢，完成光照、温度检测与自动调节控制，LED组合光源是受控光源，可以在单片机的调节下改变光照参数，传感器部分完成对植物生长参数的测量与采集，并且通过通信模块MINI-PAM完成与PC的数据交互与通讯。单片机工作原理主要包括检测、控制与预警，通过红光检测、蓝光检测与温度检测3个检测程序获得LED灯头的工作参数，并根据光照与植物生长之间的影响特性，进行红光补光、蓝光补光、以及工作报警。系统通过网络通信接口电路与Internet进行通信，它可以将嵌入式WEB服务器采集的视频信息传送到远程监控端或者把远程监控端传输的控制命令传送给嵌入式设备。在这个过程中，由网络控制器处理网络接口、接收数据的分析、发送数据的封装等问题。

3智能LED控制策略

本文提出一种基于植物生长特性的光环境控制策略。LED光源及光谱组成根据植物生长特性以及植物生长过程、阶段控制。初始阶段，控制智能LED系统发出远红光与UV光照射植物受光体，然后将光照调节为400～700nm波长的可见光，以促进植物光和色素的形成。可见光被植物受光体接收后，调控植物光形态的建成，以调控植物光合作用，促进叶茎植株的生长过程，提高光合器官的活性与效率，并改善碳氮代谢过程，提高植物果实的营养性与产量。

4植物生长调节智能LED系统的应用

将多肉植物生长调节智能LED系统应用到多叶类蔬菜温室大棚中，可以发现采用智能LED系统不仅能够产生更多的生理有效辐射能，更有效地促进植物生长，而且使用寿命更长、电费成本支出更低，具有更经济的效果。

（收稿：2017-03-22）