(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210980581.4 (22)申请日 2022.08.16 (71)申请人 安徽农业大 学 地址 230036 安徽省合肥市长江西路13 0号 申请人 安徽皓天智能环境设备 科技有限公 司 (72)发明人 江朝晖　杨家辉　陈心嫣　任家旺　 沈春山　饶元　张武　曹东华　 (74)专利代理 机构 安徽省合肥新 安专利代理有 限责任公司 34101 专利代理师 陆丽莉　何梅生 (51)Int.Cl. A01G 7/04(2006.01) G06Q 10/04(2012.01) G06N 20/00(2019.01) (54)发明名称 一种设施种植补光系统 (57)摘要 本发明公开了一种设施种植补光系统， 是由 环境感知模块、 主控模块和补光执行模块组成， 其中， 环境感知模块采集温室、 大棚内四种环境 参数并输入到主控模块， 主控模块根据设施内环 境数据计算出补光控制的PWM占空比， 并输入到 补光执行模块中， 以控制补光灯实现对温室、 大 棚内光环 境的调控。 本发明能够根据植物特点和 环境参数科学合理、 自动高效地进行温室、 大棚 光环境调控， 有利于增产、 节能和 增收。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115191258 A 2022.10.18 CN 115191258 A 1.一种设施种植补光系统， 其特征在于， 包括： 环境感知模块、 主控模块以及补光执行 模块； 所述环境感知模块包括： 温度传感器、 湿度传感器、 CO2浓度传感器、 光合有效辐射强度 PAR传感器与第一 微处理器ESP32芯片； 所述温度传感器、 湿度传感器、 CO2浓度传感器、 光合有效辐射强度PAR传感器分别通过 485总线通信协议将所采集的环境数据传输给 所述第一 微处理器ESP32芯片； 所述第一 微处理器ESP32芯片采用W iFi将环境数据发送给 所述主控 模块； 所述主控模块包括一个微型电脑树莓派4B， 通过WiFi接收所述第一微处理器ESP32芯 片发送的环境数据， 并计算出PWM补光控制占空比后， 通过W iFi发送给补光执 行模块； 所述补光执行模块包括第二微处理器ESP32芯片、 多个恒流调光芯片SLM411A、 多个红/ 蓝色LED灯板； 所述补光执行模块 中的第二微处理器ESP32通过WiFi接收所述PWM补光控制占空比， 并 输入到恒流调光芯片 SLM411A中； 所述恒流调光芯片SLM411A根据PWM补光控制占空比来调节红/蓝色LED灯板 的平均电 流大小， 从而控制其所发出灯光的强度大小。 2.根据权利要求1所述的一种设施种植补光系统， 其特征在于， 所述微型电脑树莓派4B 中设置有基于光 合速率预测的补光控制程序， 并按如下步骤执 行： 步骤1： 在植物可适应的光合有效辐射强度PAR区间[PARmin， PARmax]内产生均匀分布 的m个随机光 合有效辐射强度 其中， PARi表示第i个随机光 合有效辐射强度； 步骤2： 将当前 温室、 大棚内实际测量的温度T、 湿度RH、 CO2浓度以及m个随机光合有效辐 射强度 输入到光合速率预测模型Pn～(T,RH,CO2,PAR)中， 并预测出m个光合速率 其中， Pni表示预测的第i个光 合速率； 步骤3： 计算 的二阶差分绝对值， 得到二阶差分绝对值集合 其中， Gi表示 第i个二阶差分绝对值； 步骤4： 取 最大值所对应的光 合有效辐射强度作为补光控制的目标值PARobj； 步骤5： 利用模糊控制PID算 法对当前 温室、 大棚内实际测量光合有效辐射强度 PARmeasure 与所述补光控制的目标值PARobj进行处理， 得出PWM补光控制占空比。 3.根据权利要求2所述的一种设施种植补光系统， 其特征在于， 所述光合速率预测模型 是针对不同植物品种和生长期， 通过实验测量和离线训练建立的。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115191258 A 2一种设施种植补 光系统 技术领域 [0001]本发明涉及智慧农业和自动控制领域， 具体涉及一种设施种植补光系统。 背景技术 [0002]温室、 大棚为植物/作物创造良好的生长环境， 满足了社会日益增长的对产量、 质 量、 品种、 季节和产地需求。 光合作用是种植业生产的物质基础， 而光合作用受多种环境因 素影响， 如温度、 湿度、 二氧化碳浓度、 光照等。 光环 境影响对于北半球中高纬度地区的设施 种植尤为重要， 特别是在冬春两季和部 分地区的梅雨季节， 低温、 寡照和高湿难以使作 物的 光合作用达到最佳， 导致作物生长周期延长、 产量降低、 遭遇病虫害概率增大等不利状况， 因此对设施作物进行补光， 提高其 光合效果， 需求十分 迫切。 [0003]设施种植补光系统分为两个部分。 一个是测控电路和补光设备， 为光环境调控提 供了物理基础； 另一个是补光控制方法， 是温室大棚补光系统的核心。 传统的植物补光技术 采用白炽灯或节能灯， 直接接入220V市电进行补光， 不具备无线通讯功能， 不能自动测量光 照， 不能自动调节补光灯。 现有的植物补光系统虽然采用了LED光源和无线通信技术， 但通 常只能手动控制或 固定阈值自动控制， 功 耗较大， 而且不能采用植物生长模型进 行控制。 在 补光控制方法方面， 目前一般根据经验补光， 或者基于给定阈值范围进 行调控， 难以取得较 高的性价比。 由于植物、 作 物生长状况可以通过其光合速率来判断， 因此基于光合速率监测 或预测的调控方法逐渐成为研究的主流， 例如T.Liu基于作物生长模型和用电成本研究了 一种分层优化光环境控制模型(T.Liu,et  al.Hierarchical  optimization  control  based on crop growth model for greenhouse  light environment,Computers  and  Electronics  inAgricu lture,2021)， P.Gao结合U弦曲率算 法计算作物光响应曲线拐点， 建 立一种光环境决策模型(P.Gao,et  al.A decision ‑making model for light  environment  control oftomato  seedlings  aiming at the knee point oflight ‑ response curves,Computers  and Electronics  inAgriculture,2022)， S.Mosharafian利 用天气预报数据对未来光照进行预测， 为本地温室的补光提供依据( S.Mosharafian,et   al.Optimal  lighting  control  in greenhouse  by incorporating  sunlight   prediction,Co mputers and Electronics  in Agriculture,2021)， 单慧勇以CO2资源条件 为限制对温室进行光气耦合优化调控(单慧勇， 等.有限二氧化碳资源条件下的温室光气耦 合优化调控模 型.江苏农业学报， 2021)等。 但是上述控制方法较为复杂， 与硬件结合不够紧 密， 离实际应用尚有距离 。 发明内容 [0004]为了解决现有技术存在的不足之处， 本发明提出一种设施种植补光系统， 以期根 据植物特点和环境参数科学合理、 自动高效地进 行温室、 大棚光环 境调控， 从而能有利于增 产、 节能和 增收。 [0005]本发明为 解决技术问题采取如下技 术方案：说　明　书 1/4 页 3 CN 115191258 A 3