一种用滤光片培养植物的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用滤光片培养植物的方法，其特征在于，包括：将一组滤光片设置在一自动调节装置上，并将所要培养的植物放置在该自动调节装置下，通过该自动调节装置实时调节所述滤光片的位置，使太阳光垂直地照到所述滤光片上，且使太阳光经所述滤波片后能均匀地照到整个植物的叶片，以便从太阳光谱中采集出植物光合作用生长所需要的最敏感、最佳的自然光波段，以及从太阳光谱中过滤掉光合作用吸收率极少或对植物生长有害的光波段而采用其它波段的自然光来培养植物。本发明所提出的一种用滤光片培养植物的方法，使植物在光合作用的最佳波段下自然生长，特别适合于植物生长和植物光合特性的研究。
【专利说明】一种用滤光片培养植物的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及植物栽培领域，特别是一种用滤光片培养植物的方法。
【背景技术】
[0002]光照是植物生命活动的能量源泉，又是某些植物完成生命周期的重要因素。光合作用是绿色植物吸收太阳光的能量，通过C02和水，制造出有机物并释放氧的过程，是植物生长的基础。从光谱上看，太阳光谱是个连续光谱。现有研究表明，植物并不是对所有波长的太阳光都均匀吸收，而是有选择性的，植物的叶绿素在蓝光和红光部分有两个很强的吸收峰。而且，不同波长的光对植物生长的作用也不同，例如红光对光合器官的正常发育至关重要，它可通过抑制光合产物从叶中的输出来增加叶片的淀粉积累，蓝光则调控着叶绿素的形成、气孔的开启以及光合节律的调节等生理过程。同时，植物在不同的生长阶段所需的光照条件也不同。因此现有的研究多采用人工补光的方法来提高植物的光合作用效率已达到增产增收的目的。
[0003]早期的人工光源多是在生长室内使用大量荧光灯与少量白炽灯的组合，有时则根据不同的研究用途分别选择使用高压水银灯或氙气灯。后来又采用卤化金属灯。近年来新崛起的LED由于具有诸多优点如节能性、光谱可调性、良好的点光源性、冷光性以及良好的防潮性等，使其作为农业用灯而被看好。而且LED灯具可以对植物近距离照射和对空间的不同位置进行不同波长的逐点照射，进而实现耗能较少从而达到优于传统灯具及照射方式的补光效果。这样不仅可以实现对密集种植作物的低矮位置和对分层种植作物的按需补光，还可以实现对同一种植物的不同部位的不同种类光的补光。
[0004]目前大量的研究与应用表明现有人工补光的方法特别是LED植物生长灯在农作物栽培环境中的应用，能够显著促进农作物的发育，提高形态指标。然而在农作物补光技术的不断发展过程中，人们似乎忘记了植物进行光合作用最初依靠的还是太阳光的自然照射。目前的人工补光的技术中还没有一种针对从太阳光谱中有效地采集出植物光合作用最敏感、最佳的光波段，如400?520nm的蓝紫光以及610?720nm的红色光，来栽培植物的设计方案，以及从太阳光谱中过滤掉光合作用吸收极少并可能会抑制植物生长的黄绿光而用其它波段的光来栽培植物的技术方案。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种用滤光片培养植物的方法，通过采集植物光合作用所需要的最敏感、最佳的自然光波段、过滤掉光合作用吸收率极少的自然光波段来栽培植物，以克服现有技术中存在的不足。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种用滤光片培养植物的方法，其特征在于，包括:将一组滤光片设置在一自动调节装置上，并将所要培养的植物放置在该自动调节装置下，通过该自动调节装置实时调节所述滤光片的位置，使太阳光垂直地照到所述滤光片上，且使太阳光经所述滤波片后能均匀地照到整个植物的叶片，以便从太阳光谱中采集出植物光合作用生长所需要的最敏感、最佳的自然光波段，以及从太阳光谱中过滤掉光合作用吸收率极少或对植物生长有害的光波段而采用其它波段的自然光来培养植物。
[0007]在本发明一实施例中，所述滤光片包括:带通滤光片、长通滤光片和高反滤光片；所述带通滤光片用于从太阳光谱中采集出植物光合作用最敏感、最佳的光波段为400nm?520nm的蓝紫光；所述长通滤光片用于从太阳光谱中采集出植物光合作用最敏感、最佳的光波段为610?720nm的红色光；所述高反滤光片用于从太阳光谱中过滤掉在植物光合作用吸收极少且抑制植物生长的光波段为49(Γ590的黄绿光。
[0008]在本发明一实施例中，在选择对应的滤波片时，既能单独选择一种滤波片，也能选择多个滤波片搭配使用，以满足植物培育的要求。
[0009]在本发明一实施例中，所述自动调节装置包括一矩形框架、一用于夹持该矩形框架的夹持器、一可调节高度的支架和一底座；所述矩形框架的外侧边框悬挂黑色幕布用以遮光；所述支架一端固定在所述底座上，另一端通过第一电机的转动轴与所述夹持器连接；所述第一电机用于旋转所述夹持器；所述夹持器通过两个夹持端夹持所述矩形框架，其中一夹持端通过第二电机的转动轴与所述矩形框架一外侧边框对应连接，另一夹持端铰接在所述矩形框架对应的另一外侧边框；所述第二电机用于旋转所述矩形框架；所述滤光片通过所述矩形框架的内侧边框设置在所述矩形框架上。
[0010]在本发明一实施例中，还包括一控制电路；所述控制电路包括微功耗处理器、电源电路、第一驱动电路和第二驱动电路；且所述第一驱动电路一端与所述微功耗处理器相连，另一端与所述第一电机相连；所述第二驱动电路一端与所述微功耗处理器相连，另一端与所述第二电机相连；通过所述控制电路对所述第一电机和所述第二电机的驱动参数进行预设，所述控制电路根据预设的驱动参数分别经所述第一驱动电路和所述第二驱动电路驱动所述第一电机和所述第二电机，实时的调整所述滤光片的位置；所述电源电路分别与所述微功耗处理器、所述第一驱动电路和所述第二驱动电路相连，用于给所述微功耗处理器、所述第一驱动电路和所述第二驱动电路供电。
[0011]在本发明一实施例中，所述第一电机的驱动参数包括:预设旋转时刻和旋转角度。
[0012]在本发明一实施例中，所述第二电机的驱动参数包括:预设初始时刻、旋转速度和旋转周期。
[0013]在本发明一实施例中，所述微功耗处理器电路通过实时采样所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的电压和电流信号，以检测第一电机和第二电机的工作状态，判断夹持器和矩形框架是否被障碍物卡住；若经采样的电压和电流不处于预设电压和电流的范围内，所述微功耗处理电路通过控制所述第一驱动电路和所述第二驱动电路及时停止所述第一电机和所述第二电机，以保证整个自动调节装置的安全性和稳定性。
[0014]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:本发明所提出的一种用滤光片培养植物的方法，根据植物培育具体需求，通过设置不同类型的滤光片，从太阳光谱中采集出植物光合作用生长所需要的最敏感、最佳的自然光波段，以及从太阳光谱中过滤掉光合作用吸收率极少或对植物生长有害的自然光波段而用其它波段的光来栽培植物，通过滤光片采集到最有利于植物生长自然光波段，使植物在光合作用吸收率高的自然光照下生长，能较精确地研究植物的生长特性，特别适合于植物生长和植物光合特性的研究。此外，本发明所提出的一种对滤光片进行调节用于培育植物的装置还实现了实时的调整滤光片的位置，使太阳光垂直的照射到滤光片上，以保证太阳光能较均匀地照到整个植物的叶片上，使植物具有足够的光照面积。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明中自动调节装置的结构示意图。
[0016]图2是本发明中440nm带通滤光片透过率曲线图。
[0017]图3是本发明中610nm长通滤光片透过率曲线图。
[0018]图4是本发明中530nm高反滤光片透过率曲线图。
[0019]图5是本发明中控制电路的电路原理图。
[0020]图6是本发明一实施例示意图。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0022]本发明提供一种用滤光片培养植物的方法，其特征在于，包括:将一组滤光片设置在一自动调节装置上，并将所要培养的植物放置在该自动调节装置下，通过该自动调节装置实时调节所述滤光片的位置，使太阳光垂直地照到所述滤光片上，且使太阳光经所述滤波片后能均匀地照到整个植物的叶片，以便从太阳光谱中采集出植物光合作用生长所需要的最敏感、最佳的自然光波段，以及从太阳光谱中过滤掉光合作用吸收率极少或对植物生长有害的光波段而采用其它波段的自然光来培养植物。
[0023]在本实施例中，如图1所示，所述自动调节装置包括一矩形框架1、一用于夹持该矩形框架的夹持器2、一可调节高度的支架3和一底座4 ;所述矩形框架I的外侧边框悬挂黑色幕布用以遮光；所述支架3 —端固定在所述底座4上，另一端通过第一电机5的转动轴与所述夹持器2连接；所述第一电机5用于旋转所述夹持器2 ;所述夹持器2通过两个夹持端夹持所述矩形框架1，其中一夹持端通过第二电机6的转动轴与所述矩形框架I 一外侧边框对应连接，另一夹持端铰接在所述矩形框架I对应的另一外侧边框；所述第二电机6用于旋转所述矩形框架；所述滤光片7通过所述矩形框架I的内侧边框设置在所述矩形框架I上。
[0024]在本实施例中，所述滤光片7包括:带通滤光片、长通滤光片和高反滤光片；所述带通滤光片用于从太阳光谱中采集出植物光合作用最敏感、最佳的光波段为400nm?520nm的蓝紫光；如图2所示，在本实施例中，采用440nm带通滤光片，该滤光片根据使用要求，在厚度为4mm的K9玻璃基片上镀制光学薄膜；其相关技术指标:通带区400_480nm，通带平均透过率>90%，其余波段截止，截止带平均透过率〈0.1%。
[0025]所述长通滤光片用于从太阳光谱中采集出植物光合作用最敏感、最佳的光波段为610?720nm的红色光；如图3所示，在本实施例中，采用610nm长通滤光片，该滤光片根据使用要求，在厚度为4mm的K9玻璃基片上镀制光学薄膜；其相关技术指标:通带区625nm-1100nm，通带平均透过率>90%，其余波段截止，截止带平均透过率〈0.1%。
[0026]所述高反滤光片用于从太阳光谱中过滤掉在植物光合作用吸收极少且抑制植物生长的光波段为49(Γ590的黄绿光。如图4所示，在本实施例中，采用530nm高反滤光片，该滤光片根据使用要求，在厚度为4mm的K9玻璃基片上镀制光学薄膜；其相关技术指标:截止带490-590nm，截止带平均透过率〈0.1% ；400nn-460nm波段高透，平均透过率>90% ；630nm-800nm波段高透，平均透过率>90%。
[0027]此外，在本实施例中，为了使滤光片采集到对应所需光照射植物的同时，能够使太阳光较均匀地照到整个植物的叶片上，在受到滤光片制作工艺限制的同时，又保证植物具有足够的光照面积，单个滤光片的大小可定为20*20cm,厚度为4.0mm。
[0028]在选择对应的滤波片时，既能单独选择一种滤波片，也能选择多个滤波片搭配使用，以满足植物培育的要求。如可以依据植物培育的要求，同时选择4至8个滤光片搭配使用，以便为植物提供更大的生长空间。
[0029]为了让本领域技术人员更加了解本发明所提出的一种用滤光片培养植物的方法，下面结合自动调节装置的使用方法做进一步说明。
[0030]在该自动调节装置中，如图5所示，包括一控制电路；所述控制电路包括微功耗处理器、电源电路、第一驱动电路和第二驱动电路；且所述第一驱动电路一端与所述微功耗处理器相连，另一端与所述第一电机相连；所述第二驱动电路一端与所述微功耗处理器相连，另一端与所述第二电机相连；所述电源电路分别与所述微功耗处理器、所述第一驱动电路和所述第二驱动电路相连，用于给所述微功耗处理器、所述第一驱动电路和所述第二驱动电路供电。
[0031]在使用时，依据植物培育的要求，选择对应的滤光片；将对应选择的滤光片安装在矩形框架上，手动调整支架的高度、矩形框架和夹持器的初始相对位置以及角度，使太阳光均匀地照到整个植物的叶片上；并通过控制电路对第一电机和第二电机的驱动参数进行预设；在本实施例中，所述第一电机的驱动参数包括:预设旋转时刻和旋转角度；所述第二电机的驱动参数包括:预设初始时刻、旋转速度和旋转周期。
[0032]当到达预设的初始时刻时，控制电路根据预设的驱动参数分别通过第一驱动电路和第二驱动电路驱动第一电机和第二电机；具体的，在本实施例中，将早上6点设置为预设初始时刻，并将矩形框架I和夹持器2长边角度设置为60°左右，如图6所示。从早上6点开始，通过夹持器2上的第二电机6，每间隔lh，矩形框架I逆时针旋转10°，持续旋转12h到晚上6点后停止旋转，矩形框架I所夹持器2长边角度和初始位置相差120°，为反向60°，即第二电机的旋转速度为:10° /h，旋转周期为:12h ;等待2h后，通过支架3上的第一电机5将夹持器2旋转180°，恢复到初始位置，即第一电机的预设旋转时刻为20点，旋转角度为180°。通过实时的调整滤光片的位置，使太阳光经滤波片后能较均匀地照到整个植物的叶片，以便从太阳光谱中采集出植物光合作用所需要的最敏感、最佳的自然光波段，以及从太阳光谱中过滤掉光合作用吸收率极少或对植物生长有害的光波段而用其它波段的自然光来栽培植物。
[0033]进一步的，所述微功耗处理器电路通过实时采样所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的电压和电流信号，以检测第一电机和第二电机的工作状态，判断夹持器和矩形框架是否被障碍物卡住；若经采样的电压和电流不处于预设电压和电流的范围内，所述微功耗处理电路通过控制所述第一驱动电路和所述第二驱动电路及时停止所述第一电机和所述第二电机，以保证整个自动调节装置的安全性和稳定性。
[0034]以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种用滤光片培养植物的方法，其特征在于，包括:将一组滤光片设置在一自动调节装置上，并将所要培养的植物放置在该自动调节装置下，通过该自动调节装置实时调节所述滤光片的位置，使太阳光垂直地照到所述滤光片上，且使太阳光经所述滤波片后能均匀地照到整个植物的叶片，以便从太阳光谱中采集出植物光合作用生长所需要的最敏感、最佳的自然光波段，以及从太阳光谱中过滤掉光合作用吸收率极少或对植物生长有害的光波段而采用其它波段的自然光来培养植物。
2.根据权利要求1所述的一种用滤光片培养植物的方法，其特征在于:所述滤光片包括:带通滤光片、长通滤光片和高反滤光片；所述带通滤光片用于从太阳光谱中采集出植物光合作用最敏感、最佳的光波段为400nm?520nm的蓝紫光；所述长通滤光片用于从太阳光谱中采集出植物光合作用最敏感、最佳的光波段为610?720nm的红色光；所述高反滤光片用于从太阳光谱中过滤掉在植物光合作用吸收极少且抑制植物生长的光波段为490?590的黄绿光。
3.根据权利要求2所述的一种用滤光片培养植物的方法，其特征在于:在选择对应的滤波片时，既能单独选择一种滤波片，也能选择多个滤波片搭配使用，以满足植物培育的要求。
4.根据权利要求1所述的一种用滤光片培养植物的方法，其特征在于:所述自动调节装置包括一矩形框架、一用于夹持该矩形框架的夹持器、一可调节高度的支架和一底座；所述矩形框架的外侧边框悬挂黑色幕布用以遮光；所述支架一端固定在所述底座上，另一端通过第一电机的转动轴与所述夹持器连接；所述第一电机用于旋转所述夹持器；所述夹持器通过两个夹持端夹持所述矩形框架，其中一夹持端通过第二电机的转动轴与所述矩形框架一外侧边框对应连接，另一夹持端铰接在所述矩形框架对应的另一外侧边框；所述第二电机用于旋转所述矩形框架；所述滤光片通过所述矩形框架的内侧边框设置在所述矩形框架上。
5.根据权利要求4所述的一种用滤光片培养植物的方法，其特征在于:还包括一控制电路；所述控制电路包括微功耗处理器、电源电路、第一驱动电路和第二驱动电路；且所述第一驱动电路一端与所述微功耗处理器相连，另一端与所述第一电机相连；所述第二驱动电路一端与所述微功耗处理器相连，另一端与所述第二电机相连；通过所述控制电路对所述第一电机和所述第二电机的驱动参数进行预设，所述控制电路根据预设的驱动参数分别经所述第一驱动电路和所述第二驱动电路驱动所述第一电机和所述第二电机，实时的调整所述滤光片的位置；所述电源电路分别与所述微功耗处理器、所述第一驱动电路和所述第二驱动电路相连，用于给所述微功耗处理器、所述第一驱动电路和所述第二驱动电路供电。
6.根据权利要求5所述的一种用滤光片培养植物的方法,其特征在于:所述第一电机的驱动参数包括:预设旋转时刻和旋转角度。
7.根据权利要求5所述的一种用滤光片培养植物的方法,其特征在于:所述第二电机的驱动参数包括:预设初始时刻、旋转速度和旋转周期。
8.根据权利要求5所述的一种用滤光片培养植物的方法，其特征在于:所述微功耗处理器电路通过实时采样所述第一驱动电路和所述第二驱动电路的电压和电流信号，以检测第一电机和第二电机的工作状态，判断夹持器和矩形框架是否被障碍物卡住；若经采样的电压和电流不处于预设电压和电流的范围内，所述微功耗处理电路通过控制所述第一驱动电路和所述第二驱动电路及时停止所述第一电机和所述第二电机，以保证整个自动调节装置的安全性和稳定性。
【文档编号】A01G7/04GK104365393SQ201410702380
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月29日 优先权日:2014年11月29日
【发明者】冯利, 徐永 申请人:福建农林大学