(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 202210966344.2 (22)申请日 2022.08.12 (71)申请人 湖北工业大 学 地址 430068 湖北省武汉市洪山区南李路 28号 (72)发明人 吕清花　凌卓毅　明振兴　白万江　 吕辉　曾炜　张杰　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 彭艳君 (51)Int.Cl. A01G 7/04(2006.01) A01G 9/24(2006.01) G01D 21/02(2006.01) H05B 45/30(2020.01)H05B 45/325(2020.01) H05B 45/50(2022.01) H05B 47/105(2020.01) (54)发明名称 一种高均匀度的智能植物补光方法 (57)摘要 本发明涉及植物补光技术， 具体涉及一种高 均匀度的智能植物补光方法， 利用LED光源模组 中红光LED灯珠和全光谱 LED灯珠的组合， 满足植 物的光需求； 根据植物光配方， S TM32F103ZET6单 片机产生两路PWM信号控制LED驱动模 块， 实现植 物工厂中光强、 光质、 光周期的调节； PWM信号首 先以实时时间作为判断依据来控制光强、 光谱、 光周期， 其次依据光强传感器所采集到的数据作 为依据， 设定LED光源模组在不同时间下的光照 强度以及光谱中红光蓝光波 段的比例。 该方法能 够及时检测到外界的光照干扰并做出调整， 当环 境数据超 过预设值时也能及时报警。 能够在光配 方设定之后立即反应， 为植物的生长发育提供良 好的光环境。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115299262 A 2022.11.08 CN 115299262 A 1.一种高均匀度的智能植物补光方法， 基于智能植物补光系统实现， 植物补光系统包 括STM32F103ZET6单片机、 LED光源模组、 LED驱动模块、 电源模块、 光强检测模块、 温度检测 模块、 湿度检测模块、 CO2检测模块、 实时时钟模块和OLED显示模块； STM32F103ZET6单片机 分别连接LED驱动模块、 电源模块、 光强检测模块、 温度检测模块、 湿度 检测模块、 CO2检测模 块、 实时时钟模块和OLED 显示模块， LED光源模组分别与LED驱动模块和电源模块连接； 其特 征在于： 该方法利用LED光源模组中红光LED灯珠和全光谱LED灯珠的组合， 满足植物的光需 求； 根据植物光配方， 光源光谱中红光与蓝光的光质比例最大能达到7:1， 且绿光占比不超 过25％， 单块LED平板光源在垂直距离为30cm的接收面处的最大光量子通量密度在100μ mol/m2·s； STM32F103ZET6单片机产生两路PWM信号控制LED驱动模块， 实现植物工厂中光 强、 光质、 光周期的调节； PWM信号首先以实时时间作为判断依据来控制光强、 光谱、 光周期， 其次依据光强传感器所采集到的数据作为依据， 设定LED光源模组在不同时间下的光照强 度以及光谱中红光蓝光波段的比例； 包括以下步骤： 步骤1、 根据植物的光配方设定LED光源模组在实时时间下的光强度以及光谱中红蓝光 波段的比例所对应的程序； 步骤2、 STM32F103ZET6单片机根据当前的实时时间发出不同的PWM信号， 按照相应的光 强、 光质、 光周期要求执 行命令； 步骤3、 STM32F103ZET6单片机实时接收来自光强检测模块的光强数据， 当检测到的光 强不在设定范围时， 系统会发出指令调节PWM信号将光强调整到合 适的数值； 步骤4、 STM32F103ZET6单片机实时接收温度检测模 块、 湿度检测模块、 CO2检测模块的环 境数据， 当其 他环境数据超出 预设范围时， 系统发出警报； 步骤5、 STM 32F103ZET6单片机驱动OLED模块显示所采集的各项数据和实时 时间信息 。 2.根据权利要求1所述高均匀度的智能植物补光方法， 其特征在于： 步骤1所述程序设 计的方法包括： 基于粒子群算法PSO对现有LED阵列进行优化， 设定粒子群算法PSO的初始参 数， 用LED坐标的表达式来表示评价函数， 使用改进的粒子群算法对评价函数进行优化， 输 出最佳光照均匀度的光源阵列中LED的坐标。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115299262 A 2一种高均匀度的智能植物补 光方法 技术领域 [0001]本发明属于植物补光 技术领域， 特别涉及一种高均匀度的智能植物补光方法。 背景技术 [0002]在植物工厂中， 单个LED灯珠的功率有限， 满足不了植物的光照需求， 需要将多个 LED灯珠组合排列在一起。 但是单个LED灯珠的光强分布为朗伯分布， 接收面中间的光照强 度比较高， 周围的光照强度逐渐减小， 这就导致了照射面的光照分布及其不均匀， 植物的生 长状态出现参差不齐的情况， 所以必须通过优化植物光源中LED的排布方式来提高照明均 匀度。 不仅如此， 传统光源的补光模式较为单一、 能源利用率低， 一般采取简单的定时或者 手动控制的方式， 效率低且不够科学。 植物在生长的各个阶段所需要的光谱、 光强、 光周期 会有所不同， 只有采用LED作为植物光源， 同时配套精准的光环境自动控制 装置， 才能将光 能利用率 最大化， 让植物处于最佳的生长状态中。 [0003]虽然植物工厂虽然发展较快， 但是对于LED 植物补光的应用基础研究力度不够大， 所使用的植物光源大多缺 乏科学依据， 对植物生长的促进效果不够理想， 标准化和产业化 程度不高， 投入成本较高， 限制了LED光源在设施的推广和应用。 因此， 需要加大对植物工厂 光源系统的研发力度， 提高植物光源系统的科 学性与实用性， 以满足农业 生产的需求。 发明内容 [0004]针对背景技 术存在的问题， 本发明提供一种高均匀度的智能植物补光方法。 [0005]为解决上述技术问题， 本发明采用如下技术方案： 一种高均匀度的智能植物补光 方法， 基于智能植物补光系统实现， 植物补光系统包括STM32F103ZET6单片机、 LED光源模 组、 LED驱动模块、 电源模块、 光强检测模块、 温度检测模块、 湿度检测模块、 CO2检测模块、 实 时时钟模块和OLED显示模块； STM32F103ZET6单片机分别连接LED驱动模块、 电源模块、 光强 检测模块、 温度检测模块、 湿度检测模块、 CO2检测模块、 实时时钟模块和OLED显示模块， LED 光源模组分别与LED驱动模块和电源模块连接； 该方法利用LED光源模组中红光LED灯珠和 全光谱LED灯珠的组合， 满足植物的光需求； 根据植物光配方， 光源光谱中红光与蓝光的光 质比例最大能达到7:1， 且绿光占比不超过25％， 单块LED平板光源在垂直距离为30cm的接 收面处的最大光量子通量密度在100 μmol/m2 ·s； STM32F103ZET6单片机产生两路PWM信号 控制LED驱动模块， 实现植物工厂中光强、 光质、 光周期的调节； PWM信号首先以实时时间作 为判断依据来控制光强、 光谱、 光周期， 其次依据光强传感器所采集到的数据作为依据， 设 定LED光源 模组在不同时间下的光照强度以及光谱中红光蓝光波段的比例； 包括以下步骤： [0006]步骤1、 根据植物的光配方设定LED光源模组在实时时间下的光强度以及光谱中红 蓝光波段的比例所对应的程序； [0007]步骤2、 STM32F103ZET6单片机根据当前的实 时时间发出不同的PWM信号， 按照相应 的光强、 光质、 光周期要求执 行命令； [0008]步骤3、 STM32F103ZET6单片机实时接收来自光强检测模块的光强数据， 当检测到说　明　书 1/5 页 3 CN 115299262 A 3