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巨川電氣植物A1-MYD-1304照明智能控制技術(shù)分析 來源：http://www.qidj.cn/
在我國,，設(shè)施園藝栽培面積高達400萬公頃,，包括自然光栽培系統(tǒng)( 拱棚、塑料大棚,、日光溫室,、玻璃溫室等) 和人工光栽培系統(tǒng)( 植物工廠、組培室,、培養(yǎng)箱等) ,。溫室是最為重要的自然光栽培系統(tǒng)類型，截止2014年底,，溫室面積已有100萬公頃以上,，在反季節(jié)蔬菜、花卉,、果樹栽培方面起主導(dǎo)作用,。溫室主要包括日光溫室和連棟溫室，溫室補光是設(shè)施農(nóng)業(yè)半導(dǎo)體照明應(yīng)用主要場所,j樂清市巨川電氣有限公司是智能照明控制系統(tǒng)行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)品牌,，A1-MYD-1304智能照明控制器,，。國內(nèi)外研究表明,，溫室補光非常必要,，對保障作物健康生長發(fā)育具有重要作用。其一,，溫室補光是設(shè)施農(nóng)業(yè)的本質(zhì)需求,。設(shè)施農(nóng)業(yè)的本質(zhì)是促生生產(chǎn)方式，就是要通過環(huán)境控制促進或延遲農(nóng)業(yè)生物生長發(fā)育與繁殖過程,，獲得更高的產(chǎn)量和品質(zhì),。
光照最為重要環(huán)境因子，認為調(diào)控起著關(guān)鍵作用,，現(xiàn)代溫室生產(chǎn)必需實現(xiàn)光照條件的按需調(diào)節(jié),。其二，溫室補光是溫室生產(chǎn)的現(xiàn)實需求,。實際生產(chǎn)中,，連陰雨雪、霧霾,、灰塵污染等導(dǎo)致的弱光寡照脅迫時有發(fā)生,，危害嚴重，導(dǎo)致作物減產(chǎn)甚至絕收( 補光),；而且，高緯度地區(qū)日照短,，無法滿足長日照園藝作物的光周期需求,，需要人工光補充。最后,，LED補光裝備是溫室環(huán)控的必需執(zhí)行機構(gòu),。溫室內(nèi)光照環(huán)境隨外界自然光照的變化即時變化，加之墻體,、溫室橫梁支架結(jié)構(gòu),、以及保溫覆蓋遮陽機構(gòu)的遮擋，其內(nèi)部光照條件在光強和光周期上遭到縮減,，在光質(zhì)上也產(chǎn)生了變化,。這些改變在弱光寡照天氣條件下尤為嚴重，光環(huán)境脅迫已成為制約我國溫室園藝產(chǎn)業(yè)體質(zhì)增效的瓶頸障礙,，亟待解決,。按照因子綜合作用率理論，實施溫室光環(huán)境智能控制不僅可保障溫室作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn),，也能提高溫室生產(chǎn)資源的利用效率( 水肥,、CO2等) ，可提升溫室自動化水平,，節(jié)省人力資源,。荷蘭作為設(shè)施園藝強國，已將補光技術(shù)研究推上了較高水平,，取得了豐碩的成果,，在LED補光方面走在了世界前列，而我國溫室半導(dǎo)體照明則剛剛起步,。
1,、溫室植物半導(dǎo)體A1-MYD-1308照明智能控制的必要性
通常而言,，溫室工廠化生產(chǎn)需要環(huán)境要素甚至生產(chǎn)要素的智能控制，基于智能控制使溫室具有周年生產(chǎn)的能力,。溫室智能控制的實現(xiàn)難度與溫室類型有關(guān),，取決于外圍護結(jié)構(gòu)及其材料種類，其投入產(chǎn)出比存在溫室類型差別,。而且,，智能控制系統(tǒng)的性能隨著電力電子技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展而不斷優(yōu)化和提升。實際上,，我國塑料大棚,、日光溫室遠未實現(xiàn)智能控制管理，只有連棟溫室和玻璃溫室裝備水平較高?，F(xiàn)今,，世界范圍內(nèi)絕大多數(shù)溫室未真正意義上實現(xiàn)智能補光，多數(shù)連棟溫室僅采用HPS 實現(xiàn)了定時補光,。LED 光源的出現(xiàn)與技術(shù)發(fā)展從根本上解決了溫室智能補光缺乏執(zhí)行機構(gòu)的難題,，正在推進溫室光環(huán)境調(diào)控的智能化進程。實際上,，溫室補光因溫室類型而存在本質(zhì)上的不同,，也與栽培作物種類、季節(jié)因素有關(guān),，A1-MYD-1306/16這種補光需求的時空變異性導(dǎo)致溫室補光必需實施智能化管控,，才能節(jié)能、高效,。而且,，溫室人工補光是以自然光為主導(dǎo)的調(diào)控模式，需要智能化控制才能達到節(jié)能,、高產(chǎn),、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和提高資源利用效率的目標,。LED 照明系統(tǒng)的設(shè)計與研發(fā)是以最大化提高其光電
轉(zhuǎn)化效率和時空生物光效為目標的,，以確保設(shè)施園藝光環(huán)境調(diào)控的效益。同時,，溫室內(nèi)溫度不僅受控于環(huán)境溫度,、溫室保溫性能，更受控于光照條件,，弱光寡照天氣導(dǎo)致的光脅迫常伴隨著低溫脅迫的發(fā)生,。此外，與溫室氣溫相比,，溫室作物根區(qū)溫度變化具有滯后性,，在補光時需要考慮,。溫室內(nèi)光環(huán)境的質(zhì)量和數(shù)量屬性瞬時間都在發(fā)生日變化和季節(jié)變化，如果采用恒定不變的補光系統(tǒng)進行光環(huán)境調(diào)控是不適合的,，難以取得很好的生物學效益,。所以，溫室補光系統(tǒng)必須采用智能控制,，充分考慮利用自然光條件,，減少人工光的能耗，按需補光,。溫室半導(dǎo)體照明可行性高,，在無電力地區(qū)可采納光伏發(fā)電技術(shù)供LED 照明使用。
A1-MLC-13212/10智能控制是指利用計算機,、無線通訊數(shù)據(jù)傳輸,、擴頻電力載波通訊技術(shù)、計算機智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術(shù)組成的分布式無線遙測,、遙控,、要尋控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)對照明設(shè)備的智能化控制,。智能控制方式可分為兩類，有線控制無線控制,。當前,，溫室補光應(yīng)該采納基于傳感器和PLC 系統(tǒng)構(gòu)成的智能控制系統(tǒng)，而非基于WiFi 通訊和Zigbee 組網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),，后者實際應(yīng)用的必要性尚遠,。智能控制除了光照配方智能控制外，更需要關(guān)注基于設(shè)施植物生產(chǎn)領(lǐng)域,、植物的各生長發(fā)育階段的形態(tài),、調(diào)控目標和自然光資源利用的照明技術(shù)差異，應(yīng)因地制宜,，因溫室類型而變,。
2、溫室植物半導(dǎo)體A1-MYD-13210照明智能控制的內(nèi)涵
現(xiàn)代設(shè)施園藝必需發(fā)展實現(xiàn)光環(huán)境智能控制,，營造作物適宜的生長條件,，保證高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn),、優(yōu)質(zhì),。溫室植物半導(dǎo)體照明智能控制是指按照生產(chǎn)季節(jié)、設(shè)施類型,、作物種類和生產(chǎn)優(yōu)先目標主導(dǎo)的設(shè)施光環(huán)境時空變化和需求規(guī)律,，以LED 光源為光源執(zhí)行機構(gòu),，按照節(jié)能、高效的原則實施的光源動作自動化管理的運行模式,。溫室植物半導(dǎo)體照明智能控制是具有多維,、多因素、多目標的管理模式,，具有豐富的內(nèi)涵,，其核心要建立光環(huán)境調(diào)控的模型，按照模型實施智能控制,。其內(nèi)涵之一,，溫室植物半導(dǎo)體照明智能控制的內(nèi)容包括光質(zhì)、光強和光周期及其耦合調(diào)節(jié),，對LED 光源性能有特殊的要求,； 其內(nèi)涵之二，溫室植物半導(dǎo)體照明智能控制是時間和空間的雙尺度的耦合調(diào)控,，既要考慮光環(huán)境的日變化,，也要考慮季節(jié)變化和作物生長變化，需要統(tǒng)籌安排,；其內(nèi)涵之三,，溫室植物半導(dǎo)體照明智能控制是與溫室其他環(huán)境要素、水肥要素耦合的控制過程,，要做必要的交互設(shè)計,； 其內(nèi)涵之四，溫室植物半導(dǎo)體照明智能控制是要充分利用自然光基礎(chǔ)上,，最大程度地發(fā)揮人工光的效用,，使自然光和人工光資源有機結(jié)合，發(fā)揮疊加效應(yīng)和互補效用,，而不是替代關(guān)系,。
總之，光環(huán)境智能控制是個復(fù)雜的系統(tǒng)工程,，而且它僅是溫室智能控制較小的必要組分,，如何將溫室補光智能控制合理、有機地嵌套到溫室智能控制系統(tǒng)中是發(fā)揮最大效能的關(guān)鍵,。
3,、溫室植物半導(dǎo)體照明A1-MYD-13218智能控制的技術(shù)策略
劉文科和楊其長( 2014)提出了人工光植物工廠光環(huán)境智能控制的策略，強調(diào)基于植物光環(huán)境需求特性,，建立光照配方( Lighting recipe,，LR) ，制定光環(huán)境控制策略( Light environment control strategy,，LECS) ,，是保證優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)前提下實現(xiàn)光能最大利用效率,，削減光源能耗的有效方法。實際上,，溫室光環(huán)境調(diào)控智能控制需要考慮的因素比人工光植物工廠光環(huán)境智能控制更復(fù)雜,，控制模型與策略更復(fù)雜( 具體技術(shù)體系見圖1) 。首先,，溫室植物半導(dǎo)體照明智能控制技術(shù)需要充分利用設(shè)施內(nèi)太陽光能量與資源,，實時調(diào)整光照配方中自然光貢獻部分，調(diào)整光照策略,，削減能耗,。其次，溫室植物半導(dǎo)體照明智能控制技術(shù)需要遵循設(shè)施內(nèi)園藝作物生長的時空規(guī)律,，按照植物生長發(fā)育階段,，考慮作物冠層分布、果實分布與葉片角度等要素,，注重照射面積與作物冠層的匹配關(guān)系,，調(diào)整光源懸掛位置、照射角度等控制參數(shù),。最后,，溫室植物半導(dǎo)體照明智能控制技術(shù)需要大功率紅藍LED 光源裝置作為執(zhí)行機構(gòu)，該光源裝置具有較寬的光強控制范圍,，較大的照射面積,，較好的散熱性能，并具有可調(diào)節(jié)的懸掛能力,。從節(jié)能角度而言，劉文科( 2015)論述了LED 照明系統(tǒng)裝備的構(gòu)成( LED 光源及LED 燈,、LED 燈懸掛裝置及調(diào)控系統(tǒng),、光環(huán)境智能控制系統(tǒng)) 及其光效提升途徑，重點闡明LED 芯片光質(zhì)構(gòu)建,、LED 燈珠發(fā)光角度,、LED 陣列排布方式、發(fā)光面性狀設(shè)計,、散熱系統(tǒng)設(shè)計,、光環(huán)境智能控制、懸掛裝置及調(diào)控系統(tǒng),、栽培平臺創(chuàng)新與調(diào)控等環(huán)節(jié)的技術(shù)途徑,。具體而言，溫室植物半導(dǎo)體照明智能控制技術(shù)要充分檢測,、利用自然光基礎(chǔ)上進行人工補光,，基于溫室作物光環(huán)境需求( 光強和光周期) 分階段分強度進行動態(tài)實時補光,。
通常，葉片的光能利用率僅有5%,，補光照射方向與葉片間的夾角度大小很重要,。目前，溫室補光已有冠層內(nèi)補光,、冠層上補光,、行間補光和立體補光等技術(shù)模式，能夠最大程度地擴大冠層和葉片的受光的比例和強度,，盡量讓補覆蓋光面積無法覆蓋整個冠層,，在不能完全覆蓋的情況下，補光應(yīng)集中于生理活性最高,、葉面積指數(shù)最大部位進行補光,，而且要以果實著生部位周邊作為補光重點，才能達到最佳的補光效果,。
4,、溫室植物補光響應(yīng)的生物學方式
光作為溫室作物生產(chǎn)的重要環(huán)境要素，是植物光合作用的唯一能量來源,，也是調(diào)節(jié)作物光形態(tài)建成的關(guān)鍵環(huán)境信號,。一方面，人們可通過改變光質(zhì),，調(diào)節(jié)其質(zhì)量屬性控制植物生長發(fā)育,； 另一方面，通過改變光強和光周期,，調(diào)控其數(shù)量屬性來控制植物生長發(fā)育及其速率,。光對植物的調(diào)節(jié)作用是通過葉片中的光合色素和光受體作用來進行的，進而影響植物碳氮代謝等生物學過程來實現(xiàn)的,。不同的植物種類甚至品種對光環(huán)境的要求都存在一定差別,，因此需要系統(tǒng)研究建立植物LR和LECS。植物工廠特定植物的LR確定要以植物生長發(fā)育階段為中心,，以優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)為目的,，通過研究確定不同階段植物所需要的最佳光環(huán)境參數(shù)來獲得的。LR是光源和光環(huán)境智能控制的基礎(chǔ),，建立LR及LR庫是植物工廠節(jié)能高效生產(chǎn)的前提,。從光質(zhì)角度而言，400nm～700nm 可見光通過植物光合色素調(diào)節(jié)光合機構(gòu)活性與效率,，是光合有效輻射,，300nm～800nm 是生理有效輻射。紅藍光為植物葉片光合需求最多的光譜類型，是人工補光的主體,。其次,，遠紅光與UV光通過植物光受體調(diào)節(jié)葉、莖與植株形態(tài),。從植物生物學角度,，植物從不同尺度響應(yīng)光環(huán)境的變化，包括形態(tài)學響應(yīng),、生理學響應(yīng)(初級代謝和次生代謝,，可食部位產(chǎn)量和品質(zhì)指標) 和分子生物學響應(yīng)( 基因表達)，各種響應(yīng)相輔相成,、相互影響,。
5、結(jié)語
溫室半導(dǎo)體照明實現(xiàn)了溫室內(nèi)光照及光環(huán)境的智能化控制,，在溫室環(huán)境管控技術(shù)發(fā)展史上具有里程碑式的意義,。基于LR及LEMS 技術(shù)建立起的人工光植物工廠智能控制系統(tǒng)是溫室補光智能控制的基礎(chǔ),。溫室半導(dǎo)體照明智能控制將對溫室優(yōu)質(zhì)高產(chǎn),、節(jié)能、穩(wěn)產(chǎn)起到關(guān)鍵作用,，亟待實現(xiàn)和推廣應(yīng)用,。