动态目标光谱LED植物照明系统的研究
Research on LED Plant Lighting System with Dynamic Target Spectrum
阳光是自然界中植物生长光合作用的必要条件,它是由波长范围在300~2600 nm的光谱所构成.但是植物主要吸收400~750nm范围的光谱促进生长发育,而且不同种类的植物在进行光合作用时需要不同范围的光谱.因此精确地提供植物生长发育过程中所需的光谱,科学地进行照明是促进植物生长、影响其营养合成的关键因素之一.本文针对目前植物补光照明系统研究方面所存在的问题,根据植物所需的光源特点,设计出了一种动态目标光谱LED植物照明系统.将遗传算法作为光谱匹配算法,得出与植物生长所需的吸收光谱相似度较高的拟合光谱,可以根据不同植物的生长需求对目标光谱进行动态的调节,有效的提高了植物照明光源系统的利用效率,精确地匹配植物的吸收光谱.主要研究内容如下:首先,针对目前植物照明领域的理论成果与经验进行了介绍,归纳和总结了植物照明光源的现状,分析了目前植物照明光源所存在的优缺点,以及需要改进的问题.本文中动态目标光谱匹配算法将采用遗传算法来实现,通过对超定方程组的非负最小二乘解进行求解,对遗传算法在光谱匹配中各个参数的变化趋势进行分析,选取相关指数取值最优的参数组合进行动态光谱匹配实验.其次,本系统设计出了光谱可进行动态调节的LED植物照明系统.由单色LED单元组成系统照明模块,采用单片机对该植物照明系统的控制,通过PWM恒流驱动芯片调光控制LED光源照明阵列亮度,以满足植物工厂中植物在不同阶段对补光量的需求.然后,基于物联网思想通过WIFI传输通信模块与手机终端的APP软件进行互联,实现对该植物照明系统的智能控制,构成具有无线传输功能、电源管理功能、智能数据处理以及LED光谱调控功能的动态目标光谱LED植物照明系统.最后,通过对本系统进行运行测试,观察了本系统的运行稳定性,得出了较好的系统控制测试结果.实验验证了系统原理的可行性,为实际应用奠定了一定的基础.
- 作者：
- 王际同
- 学位授予单位：
- 大连工业大学
- 专业名称：
- 光学工程(专业学位)
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 邹念育；曹帆；孙立国
- 中图分类号：
- TM923.34
- 关键词：
- LED光源；光谱匹配；植物照明；遗传算法；智能控制
- LED lighting source; spectral matching; plant lighting; genetic algorithm; intelligent control;