Система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений Российский патент 2023 года по МПК A01G9/26 

Изобретение относится к растениеводству закрытого типа, а именно к системам освещения теплиц, фитотронов или гроубоксов, и может быть использовано для выращивания растительной продукции: зелени, овощей, цветов и т.п.

Известна система освещения растений [1 - Патент РФ №2734436, МПК: A01G 7/00 (2006.01), A01G 9/20 (2006.01) Системы и способы освещения растений], содержащая источник дальнего красного света, источник синего света и контроллер, выполненный с возможностью изменения выходного потока источника дальнего красного света и выходного потока источника синего света.

Недостаток указанной системы состоит в использовании для создания суммарного освещения излучений узких диапазонов (дальнего красного и синего), что ограничивает возможность регулирования других составляющих излучения (например, ультрафиолетового света или зеленого света), при том, что наличие такой возможности требуется на определенных стадиях онтогенеза растений.

Известна также система светодиодного освещения теплиц [2 - Патент РФ №2680590, МПК: A01G 9/20 (2006.01) Система светодиодного освещения теплиц], состоящая из светодиодного фитооблучателя и блока управления интенсивностью и спектральным составом излучения, при этом фитооблучатель выполнен из двух групп светодиодов с регулируемым спектром излучения каждой группы светодиодов, а блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения выполнен из компьютера, платформы сбора данных и управления, аналого-цифрового преобразователя, цифро-аналогового преобразователя, датчика освещенности и датчика спектра.

Недостатки указанной системы светодиодного освещения теплиц состоят в ограниченных фукциональных возможностях по формированию оптимального излучения. Это определяется тем, что спектр излучения в указанной системе светодиодного освещения теплиц формируется на основе спектра поглощения пигментов хлорофилла с пиками поглощения в диапазоне 400-500 нм и 650-700 нм. Однако на процессы роста растений также влияют вспомогательные пигменты из семейства светособирающих фикобилипротеинов, такие как фукоксантин, бета-каротин, фикоэритрин, фикоцианин, аллофикоцианин. Спектры поглощения данных пигментов отличаются от спектра поглощения хлорофилла, что вызывает необходимость внесения в спектр излучения фитооблучателя соответствующих спектральных составляющих, что является невозможным в известной системе.

Кроме того, фитооблучатель системы светодиодного освещения теплиц [2] содержит две группы светодиодов, в одной из которых присутствуют красные, синие и ультрафиолетовые светодиоды, а в другой - только красные светодиоды, что ограничивает возможность раздельного регулирования ультрафиолетовой и синей составляющих излучения, при том, что наличие такой возможности требуется на определенных стадиях онтогенеза растений. В фитооблучателе также не содержатся светодиоды зеленой части спектра. Все это также ограничивает функциональные возможности указанной системы по формированию оптимального излучения.

Из известных технических решений наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе, принятой за прототип, является система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений [3 - Патент РФ №2719773, МПК: A01G 9/20 (2006.01) Способ формирования оптимальной световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений и система светодиодного освещения, реализующая этот способ (варианты)], включающая М мультиспектральных фитооблучателей, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения мультиспектральных фитооблучателей, выполненный на основе компьютера с платформой сбора данных и управления и датчика спектра, каждый мультиспектральный фитооблучатель содержит L групп светодиодов и L реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов, выход датчика спектра соединен с первым входом платформы сбора данных и управления, первый выход которой подключен к входу компьютера, выход которого соединен со вторым входом платформы сбора данных и управления.

Недостатки известной системы-прототипа [3] светодиодного освещения состоят в следующем.

1. В указанной системе формирование световой среды для выращивания растений происходит путем сравнения текущего спектра, измеряемого датчиком спектра, с некоторым оптимальным спектром, хранящимся в компьютере. С целью наиболее полного соответствия текущего спектра оптимальному спектру, яркость свечения отдельных групп светодиодов регулируется с помощью реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов. При этом каждый мультиспектральный фитооблучатель содержит N групп светодиодов, где N соответствует количеству монохромных составляющих оптимального спектра.

Очевидно, что такое построение обуславливает низкую надежность каждого из мультиспектральных фитооблучателей и всей системы в целом, в смысле парирования возможных отказов групп светодиодов, поскольку в каждом из мультиспектральных фитооблучателей за каждую монохромную составляющую в спектре отвечает одна группа соответствующих светодиодов, без какого-либо ее дублирования. Таким образом, выход из строя одной группы светодиодов (например, красного цвета) приводит к пропаданию соответствующей монохромной составляющей в спектре мультиспектрального фитооблучателя (например, красной). Несмотря на возможное наличие естественного солнечного света, это может являться недопустимым, если в данную фазу онтогенеза растению требуется намеренное усиление в спектре именно этой монохромной составляющей (например, красной).

Кроме того, управление всеми драйверами управления интенсивностью излучения светодиодов только от единого компьютера также снижает надежность построения такой системы, поскольку любой сбой в работе этого компьютера приведет к выходу из оптимального режима (а возможно, и из строя) всех М мультиспектральных фитооблучателей, входящих в систему.

2. Указанная система-прототип обладает низкой точностью поддержания оптимального спектра в течение длительного времени. Это связано с тем, что при больших геометрических размерах теплиц, единственный датчик спектра может служить только для первоначальной настройки мультиспектральных фитооблучателей и не способен адекватно оценивать текущий спектр для растений, распределенных по теплице. Во время работы, в случае изменения яркости, например, одной из групп светодиодов в удаленном мультиспектральном фитооблучателе, такое изменение спектра не будет обнаружено датчиком спектра. В то же время, технические средства, позволяющие автоматически поддерживать спектр любого из мультиспектральных фитооблучателей в оптимальном режиме, в системе - прототипе отсутствуют.Во-первых, в системе-прототипе отсутствуют средства измерения тока, реально потребляемого группой светодиодов, который определяет их яркость свечения. Во-вторых, как уже было указано ранее, в прототипе каждый мультиспектральный фитооблучатель содержит N групп светодиодов, где N точно соответствует количеству монохромных составляющих оптимального спектра и, соответственно, не происходит резервирования хотя бы некоторых монохромных составляющих (например, даже наиболее значимых - красных, дальних красных, синих и др.).

3. Указанная система - прототип обладает ограниченной областью применения и не пригодна для теплиц, в которых одновременно выращиваются различные растения, требующие для своего развития различной световой среды. Это могут быть растения разных сортов, либо растения одного сорта, но на различных стадиях своего онтогенеза. Этот недостаток прототипа [3] связан со следующими факторами.

Во-первых, в системе-прототипе измерение текущего спектра происходит при помощи единственного датчика спектра, тогда как для каждой группы растений (разных сортов либо одного сорта, но на разных стадиях онтогенеза) требуется свой датчик текущего спектра, по информации которого осуществляется управление световой средой. Если предположить, что единственный датчик спектра в прототипе [3] является мобильным и измерение спектра для каждой группы растений производится с некоторой периодичностью, то такое решение является практически нереализуемым в силу нереально больших трудозатрат для постоянного перемещения датчика спектра по теплице и проведения измерений спектра в течение всего сезона в условиях постоянно меняющегося солнечного освещения.

Во-вторых, в системе - прототипе для всех М мультиспектральных фитооблучателей задается один и тот же спектр излучения, поскольку в системе - прототипе отсутствуют технические средства, позволяющие задавать для каждого из М мультиспектральных фитооблучателей индивидуальный режим работы, то есть, спектр излучения. При этом такая возможность является весьма актуальной для больших тепличных хозяйств, в которых важна возможность задания различных спектров излучения для различных мультиспектральных фитооблучателей (или, по меньшей мере, для некоторых территориально разнесенных групп мультиспектральных фитооблучателей) в силу требования различными растениями разных оптимальных спектров.

Кроме того, возможность задавать для каждого из М мультиспектральных фитооблучателей индивидуальный режим работы является важной для тех теплиц, где в силу особенностей архитектурных и инженерных решений имеется различный уровень естественного солнечного спектра. Невозможность применения прототипа для таких теплиц также ограничивает его область применения.

Таким образом, недостатками системы-прототипа являются ее низкая надежность, связанная с централизованным управлением от единого компьютера, а также использованием такого количества групп светодиодов, которое в точности соответствует оптимальному набору монохромных составляющих в оптимальном спектре, то есть без резервирования и избыточности в группах светодиодов, при том что именно светодиоды являются наиболее нагруженными элементами всей системы.

Система-прототип обладает также низкой точностью поддержания оптимального спектра в течение длительного периода, поскольку не способна автоматически отслеживать изменения яркости свечения групп светодиодов по изменению фактически потребляемого ими тока.

Наконец, указанная система - прототип обладает ограниченной областью применения и не пригодна для теплиц, в которых одновременно выращиваются различные растения, либо теплиц с различным уровнем солнечного освещения в разных зонах такой теплицы, поскольку не обладает возможностью измерять текущий спектр одновременно в разных зонах теплицы и задавать индивидуальный режим работы для каждого из М мультиспектральных фитооблучателей.

Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая система, является повышение надежности системы, повышение точности поддержания оптимального спектра в течение длительного периода и расширение области применения.

Для решения технической проблемы предлагается система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений, включающая мультиспектральные фитооблучатели, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения мультиспектральных фитооблучателей, выполненный на основе компьютера с платформой сбора данных и управления и датчика спектра, каждый мультиспектральный фитооблучатель содержит группы светодиодов и реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов, выход датчика спектра соединен с первым входом платформы сбора данных и управления, первый выход которой подключен к входу компьютера, выход которого соединен со вторым входом платформы сбора данных и управления.

Согласно изобретению, в систему введены первый и второй модули беспроводной передачи данных, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения мультиспектральных фитооблучателей содержит дополнительные датчики спектра, выход дополнительного датчика спектра соединен с входом платформы сбора данных и управления, каждый из мультиспектральных фитооблучателей содержит К=4 контроллеров порта, центральный контроллер, измерители тока и блок памяти, при этом третий выход платформы сбора данных и управления соединен со входом первого модуля беспроводной передачи данных, в каждом из мультиспектральных фитооблучателей выходы К контроллеров порта соединены с соответствующими входами центрального контроллера, вход которого соединен с выходом блока памяти, вход которого соединен с выходом центрального контроллера, первые выходы которого соединены со входами соответствующих драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов, выходы которых соединены со входами соответствующих измерителей тока, первые выходы которых соединены со входами соответствующих групп светодиодов, второй выход измерителя тока соединен с входом центрального контроллера, второй выход платформы сбора данных и управления соединен с входом любого из контроллеров порта любого из мультиспектральных фитооблучателей, выход второго модуля беспроводной передачи данных соединен с любым свободным входом любого из контроллеров порта любого из мультиспектральных фитооблучателей, оставшиеся входы контроллеров порта любого из мультиспектральных фитооблучателей соединяются между собой так, чтобы у любого из мультиспектральных фитооблучателей вход хотя бы одного любого контроллера порта был соединен с входом одного любого контроллера порта любого другого мультиспектрального фитооблучателя, входы и выходы всех контроллеров порта и первые K входов центральных контроллеров всех мультиспектральных фитооблучателей выполняются двунаправленными.

Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемой системы из литературы не известны, поэтому она соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

Техническим результатом изобретения является является повышение надежности системы за счет обеспечения возможности автономного управления любым мультиспектральным фитооблучателем от своего блока памяти при одновременном резервировании групп светодиодов; повышение точности поддержания оптимального спектра в течение длительного периода за счет автоматического измерения силы тока, фактически потребляемого каждой из групп светодиодов при одновременном резервировании этих групп светодиодов; расширение области применения для теплиц, в которых одновременно выращиваются различные растения, либо теплиц с различным уровнем солнечного освещения в разных зонах, за счет раздельного измерения спектра в различных зонах теплицы, а также возможности задания индивидуального режима работы для каждого мультиспектрального фитооблучателя.

Систему формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений иллюстрируют фиг. 1-3.

На фиг. 1 показана система формирования световой среды.

На фиг. 2 показан мультиспектральный фитооблучатель.

На фиг. 3 показан вариант соединения мультиспектральных фитооблучателей в теплице при одновременном выращивании нескольких сортов растений.

Система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений (фиг. 1) включает мультиспектральные фитооблучатели 1, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения 2, выполненный на основе компьютера 3 с платформой сбора данных и управления 4 и датчика спектра 5. На фиг. 1 количество мультиспектральных облучателей составляет М.

Каждый мультиспектральный фитооблучатель 1 (фиг. 2) содержит группы светодиодов 6 и реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов 7. На фиг. 2 количество групп светодиодов 6 и, соответственно, реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов 7, составляет L.

Выход датчика спектра 5 (фиг. 1) соединен с первым входом платформы сбора данных и управления 4, первый выход которой подключен к входу компьютера 3, выход которого соединен со вторым входом платформы сбора данных и управления 4.

Кроме того, система (фиг. 1) содержит первый и второй модули беспроводной передачи данных 8 и 9, каждый из мультиспектральных фитооблучателей 1 (фиг. 2) содержит K контроллеров порта 10, центральный контроллер 11, измерители тока 12 и блок памяти 13, при этом третий выход платформы сбора данных и управления 4 (фиг. 1) соединен со входом первого модуля беспроводной передачи данных 8, в каждом из мультиспектральных фитооблучателей 1 (фиг. 1) выходы K контроллеров порта 10 соединены с соответствующими входами центрального контроллера 11, вход которого соединен с выходом блока памяти 13, вход которого соединен с выходом центрального контроллера 11, первые выходы которого соединены со входами соответствующих драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов 7, выходы которых соединены со входами соответствующих измерителей тока 12, первые выходы которых соединены со входами соответствующих групп светодиодов 6, второй выход измерителя тока 12 соединен с входом центрального контроллера 11. На фиг. 2 количество измерителей тока 12 составляет L.

Блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения 2 (фиг. 1) содержит дополнительные датчики спектра 14, выход дополнительного датчика спектра 14 соединен с входом платформы сбора данных и управления. На фиг. 1 количество дополнительных датчиков спектра 14 составляет R.

Второй выход платформы сбора данных и управления 4 (фиг. 1) соединен с входом любого из контроллеров порта 10 (фиг. 2) любого из мультиспектральных фитооблучателей 1, выход второго модуля беспроводной передачи данных 9 (фиг. 1) соединен с любым свободным входом любого из контроллеров порта 10 (фиг. 2) любого из мультиспектральных фитооблучателей 1, оставшиеся входы контроллеров порта 10 любого из мультиспектральных фитооблучателей 1 соединяются между собой так, чтобы у любого из мультиспектральных фитооблучателей 1 вход хотя бы одного любого контроллера порта 10 был соединен с входом одного любого контроллера порта 10 любого другого мультиспектрального фитооблучателя 1, входы и выходы всех контроллеров порта 10 и первые K входов центральных контроллеров 11 всех мультиспектральных фитооблучателей 1 выполняются двунаправленными.

Система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений работает следующим образом. Предварительно в компьютер 3 записывают спектр, являющийся оптимальным для растений, выращиваемых в теплице, фитотроне или гроубоксе (далее, без потери общности, будет использоваться термин теплица). Оптимальный спектр, записываемый в компьютер 3, по своему существу определяет формируемую световую среду на любое время суток, любой месяц и время года для всех выращиваемых растений в соответствии со стадией их онтогенеза. Оптимальный спектр, записываемый в компьютер 3, может быть определен различными способами. Для целей воспроизведения в теплице световой среды, максимально близкой к световой среде открытого грунта (нормативного спектра), можно рекомендовать в качестве такого спектра производить многодневную запись спектра солнечного излучения в непосредственной близости от растений того же сорта, выращиваемых в открытом грунте, причем в тех регионах, где обеспечивается естественным путем их высокая урожайность.

Текущий спектр измеряется датчиком спектра 5 и дополнительными датчиками спектра 14, и через платформу сбора данных и управления 4 вводится в компьютер 3, в котором вычисляется отклонение текущего спектра от оптимального. В соответствии с вычисленным отклонением, в каждый из мультиспектральных фитооблучателей 1 передается информация, позволяющая путем управления драйверами управления интенсивностью излучения светодиодов 7, максимально приблизить суммарный спектр световой среды (включающий в себя естественный свет и излучение мультиспектральных фитооблучателей 1) к оптимальному.

Управляющая информация может передаваться в каждый из мультиспектральных фитооблучателей 1 либо по беспроводному протоколу между первым и вторым модулями беспроводной передачи данных 8 и 9, либо с второго выхода платформы сбора данных и управления 4 на вход контроллера порта 10 одного из мультиспектральных фитооблучателей 1. В качестве беспроводного протокола может использоваться любой используемый в настоящее время протокол, в частности, Wi-Fi, Bluetooth, LoRa и др. Применение в каждом из мультиспектральных фитооблучателей 1 центрального контроллера 11 и K контроллеров порта 10, позволяет соединять между собой мультиспектральные фитооблучатели 1 в сеть произвольной топологии, при этом, например, при K=4 возможно соединение между собой мультиспектральных фитооблучателей 1 максимально короткими связями по типу: «южный» контроллер порта 10 одного мультиспектрального фитооблучателя 1 соединяется с «северным» контроллером порта 10 другого мультиспектрального фитооблучателя 1; «восточный» контроллер порта 10 одного мультиспектрального фитооблучателя 1 соединяется с «западным» контроллером порта 10 другого мультиспектрального фитооблучателя 1 (термины «южный», «северный», «восточный» и «западный» здесь носят достаточно условный характер и служат для указания ориентации мультиспектральных фитооблучателей 1 внутри теплицы). В любом случае, при любом значении числа K контроллеров портов 10 в каждом из мультиспектральных фитооблучателей 1, использование связей между контроллерами порта 10 разных мультиспектральных фитооблучателей 1 позволяет компьютеру 3 обращаться к любому из мультиспектральных фитооблучателей 1 и задавать его индивидуальный режим работы, то есть спектр его излучения.

Важно подчеркнуть, что в отличие от прототипа, в заявляемой системе измерение спектра происходит не единственным датчиком спектра 5, а еще и дополнительными датчиками спектра 14, что дает возможность организовать формирование оптимальной световой среды для нескольких зон в теплице, при этом такие зоны могут отличаться друг от друга различным уровнем солнечного освещения в силу архитектурных или инженерных особенностей конкретной теплицы.

Возможность раздельного измерения спектра одновременно с возможностью задания индивидуального режима работы для каждого из мультиспектральных фитооблучателей 1 позволяет также, в отличие от прототипа, обеспечить формирование оптимальной световой среды для различных групп растений. В этом случае целесообразно датчик спектра 5 использовать как датчик общей освещенности типа день/ночь, а дополнительные датчики спектра 14 использовать для измерения текущего спектра световой среды для нескольких групп растений.

Излучение каждого из мультиспектральных фитооблучателей 1 воспроизводится с помощью групп светодиодов 6 в виде суммы их монохромных излучений с регулируемыми величинами амплитуды интенсивности излучения. Величины амплитуд монохромных составляющих подбираются путем регулирования тока драйверами управления интенсивностью излучения светодиодов 7 так, чтобы суммарный спектр световой среды максимально близко соответствовал оптимальному спектру, записанному в компьютере 3.

Спектр излучения мультиспектральных фитооблучателей 1 формируется в виде суммы монохромных излучений групп светодиодов 6 с пиками парциальных излучений, соответствующих различным значениям длины волны. Каждое монохромное излучение формируется с помощью одинаковых групп светодиодов 6, при этом максимум амплитуды интенсивности излучения приходится на соответствующую этим светодиодам длину волны. Диапазоны длин волн, в каждом из которых должно присутствовать хотя бы одно монохромное излучение светодиодов, выбираются из общепринятого ряда: ультрафиолет; фиолетовый свет; синий свет; голубой свет; зеленый свет; желтый свет; оранжевый свет; красный свет; дальний красный свет.

Принятое в отечественной науке деление ультрафиолетового излучения на поддиапазоны и границы этих поддиапазонов соответствуют международному стандарту ISO/DIS 21348 [4 - ISO/DIS 21348. Space environment (natural and artificial). Process for determining solar irradiances, 2007]: ультрафиолет С (100-280 нм); ультрафиолет В (280-315 нм) и ультрафиолет А (315-400 нм).

Что касается диапазонов видимой части спектра, то в отечественной литературе встречается несколько вариантов обозначения границ цветовых диапазонов. В частности, на стр. 18 табл. 1.2 работы [5 - Цветоведение и основы колориметрии: учебник и практикум для академического бакалавриата / В.П. Лютов, П.А. Четверкин, Г.Ю. Головастиков. - 3-е изд., перераб. и доп. - М: Издательство Юрайт, 2018. - 222 с] приведены четыре различных варианта (по А.В. Перышкину, С.С. Алексееву, К.Л. Мертцу и Н.Ф. Ефремову) определения границ цветовых диапазонов. Авторы заявляемого способа ориентировались на вариант определения границ цветовых диапазонов по С.С. Алексееву [5, стр. 18, табл. 1.2]. В принципе, границы диапазонов видимой части спектра могут быть определены с некоторыми допущениями. Для заявляемой системы более принципиальным является количество монохромных излучений, которые можно воспроизвести в формируемом спектре.

Таким образом, в предлагаемой системе диапазоны длин волн, в каждом из которых должно присутствовать хотя бы одно монохромное излучение светодиодов, выбираются из следующего ряда: ультрафиолет В (280-315 нм); ультрафиолет А (315-400 нм); фиолетовый свет (400-430 нм); синий свет (430-480 нм); голубой свет (480-500 нм); зеленый свет (500-570 нм); желтый свет (570-590 нм); оранжевый свет (590-630 нм); красный (630-800 нм); дальний красный (800-1000 нм). Можно отметить, что по отношеню к системе-прототипу [3], в суммарное излучение мультиспектральных фитооблучателей 1 дополнительно добавлен фиолетовый свет, голубой свет, желтый свет. Увеличение количества диапазонов света с семи до десяти (на 42%) позволяет более точно формировать суммарный спектр излучения мультиспектральных фитооблучателей 1.

В настоящее время на рынке доступна широкая номенклатура монохромных светодиодов различных диапазонов света. При этом следует рекомендовать использовать максимальное количество разнотипных светодиодов (отличающихся значениями спектральных максимумов), даже если они попадают в один и тот же спектральный цветовой диапазон, что позволяет более точно формировать требуемый суммарный спектр. Авторы настоящей заявки для реализации заявляемой системы использовали в различных диапазонах следующие светодиоды фирмы LCFocus (Китай): в диапазоне ультрафиолет В светодиод 280-285 нм; в диапазоне ультрафиолет А светодиоды 365 нм, 370 нм, 375 нм, 380 нм, 385 нм, 390 нм, 395 нм; в диапазоне фиолетового света светодиоды 400 нм, 405 нм, 410 нм, 415 нм, 425 нм; в диапазоне синего света светодиоды 440-450 нм и 460-465 нм; в диапазоне голубого света светодиоды 490-495 нм; в диапазоне зеленого света светодиоды 520-525 нм; в диапазоне желтого света светодиоды 580-590 нм; в диапазоне оранжевого света 590-600 и 600-605 нм; в диапазоне красного света светодиоды 660-665 нм, 670-675 нм, 730 нм, 760 нм и 800 нм; в диапазоне дальнего красного светодиоды 850 нм, 880 нм, 940 нм, 980 нм, 1000 нм.

Кроме монохромных групп светодиодов 6, в мультиспектральных фитооблучателях 1 используются группы светодиодов 6 на основе полноспектральных белых светодиодов. Таким образом, в оптическом излучении мультиспектрального фитооблучателя 1 дополнительно к монохромным составляющим присутствует излучение полноспектральных белых светодиодов, обладающих широким спектральным составом. Для практической реализации можно рекомендовать использование полноспектральных белых светодиодов фирмы LCFocus (Китай) с цветовой температурой 2800-3200К. Регулирование спектра белых светодиодов путем изменения интенсивности этого спектра блоком управления интенсивностью и спектральным составом излучения 2 мультиспектральных фитооблучателей 1, позволяет равномерно изменять спектр излучения мультиспектральных фитооблучателей 1 во всех второстепенных диапазонах.

Следует особо подчеркнуть, что в отличие от системы-прототипа [3], в заявляемой системе для воспроизведения N монохромных излучений используется М групп светодиодов, где M>N. Таким образом, по меньшей мере в наиболее важных спектральных диапазонах (например, красном, дальнем красном, синем и др.) монохромное излучение воспроизводится не одной, а несколькими однотипными группами светодиодов 6, что повышает надежность заявляемой системы, поскольку позволяет избежать явления полного пропадания в формируемом спектре какого-то монохромного излучения в случае отказа соответствующей группы светодиодов 6 за счет резервирования некоторых (либо всех) групп светодиодов 6.

Очевидно, что такое построение обуславливает более высокую надежность каждого из мультиспектральных фитооблучателей 1 и всей системы в целом по сравнению с прототипом [3] за счет обеспечения парирования возможных отказов светодиодов, поскольку выход из строя одной группы светодиодов 6 (например, красного цвета), может быть компенсировано соответствующим увеличением тока аналогичных групп светодиодов 6 того же цвета (красного цвета). Для обнаружения факта отказа каждой из групп светодиодов 6, между драйверами управления интенсивностью излучения светодиодов 7 и соответствующими группами светодиодов 6 включены измерители тока 12, передающие результаты измерения силы протекающего тока (в случае отказа группы светодиодов 6 - близкие к нулевому значению) по цифровому интерфейсу в центральный контроллер 11. В случае отказа одной из групп светодиодов 6 (например, красного цвета), соответствующее увеличение силы тока в оставшихся группах светодиодов 6 того же цвета (красного цвета), может происходить по управляющим воздействиям центрального контроллера 11 без участия компьютера 3, что повышает надежность и живучесть системы в целом.

Повышение надежности системы по сравнению с прототипом обеспечивается также за счет применения блока памяти 13, в который записываются управляющие воздействия от компьютера 3, что позволяет мультиспектральным фитооблучателям 1 работать автономно и определенное время обходиться без связи с компьютером 3. Такая возможность является актуальной, поскольку позволяет не только парировать отказы (зависания) компьютера 3, но также обеспечивает возможности перезагрузки программ компьютера 3 без нарушения работы мультиспектральных фитооблучателей 1.

На фиг. 3 показано возможное расположение и связи датчика спектра 5, дополнительных датчиков спектра 14 и мультиспектральных фитооблучателей 1 в теплице для случая одновременного выращивания трех различных сортов растений. При этом датчик спектра 5 используется как индикатор общей освещенности, а три дополнительных датчика спектра 14 измеряют спектр световой среды в трех зонах теплицы, соответствующих трем различным сортам растений, требующим для своего онтогенеза различных оптимальных спектров. Управление от платформы сбора данных и управления 4 работой всех мультиспектральных фитооблучателей 1 происходит через контроллеры порта 10 как по проводному интерфейсу, так и через второй модуль беспроводной передачи данных 9, что повышает надежность системы.

Таким образом, заявляемая система, по сравнению с прототипом, обладает более высокой надежностью, что обеспечивается как введением в каждый из мультиспектральных облучателей 1 блока памяти 13, так и использованием в каждом из мультиспектральных облучателей 1 такого количества групп светодиодов, которое превышает количество монохромных составляющих в оптимальном спектре, что обеспечивает резервирование и избыточность в группах светодиодов 6, так как именно светодиоды являются наиболее нагруженными элементами всей системы.

Заявляемая система по сравнению с прототипом обладает также более высокой точностью поддержания оптимального спектра в течение длительного периода, поскольку способна автоматически отслеживать изменения яркости свечения групп светодиодов 6 по изменению фактически потребляемого ими тока за счет использования измерителей тока 12.

Наконец, заявляемая система обладает более широкой областью применения, поскольку может быть пригодна для теплиц, в которых одновременно выращиваются различные растения, либо теплиц с различным уровнем солнечного освещения в разных зонах такой теплицы, что достигается возможностью измерять текущий спектр одновременно и независимо в разных зонах теплицы и задавать индивидуальный режим работы для каждого из мультиспектральных фитооблучателей 1.

Изобретение относится к области растениеводства закрытого типа, а именно к системам освещения теплиц, фитотронов или гроубоксов. Система включает мультиспектральные фитооблучатели, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения мультиспектральных фитооблучателей, выполненный на основе компьютера с платформой сбора данных и управления и датчика спектра. Каждый мультиспектральный фитооблучатель содержит группы светодиодов и реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов. Выход датчика спектра соединен с первым входом платформы сбора данных и управления, первый выход которой подключен к входу компьютера, выход которого соединен со вторым входом платформы сбора данных и управления. В систему введены первый и второй модули беспроводной передачи данных. Блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения мультиспектральных фитооблучателей содержит дополнительные датчики спектра. Выход дополнительного датчика спектра соединен с входом платформы сбора данных и управления. Каждый мультиспектральный фитооблучатель содержит K=4 контроллеров порта, центральный контроллер, измерители тока и блок памяти. Третий выход платформы сбора данных и управления соединен со входом первого модуля беспроводной передачи данных. В каждом мультиспектральном фитооблучателе выходы K контроллеров порта соединены с соответствующими входами центрального контроллера, вход которого соединен с выходом блока памяти, вход которого соединен с выходом центрального контроллера, первые выходы которого соединены со входами соответствующих драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов, выходы которых соединены со входами соответствующих измерителей тока, первые выходы которых соединены со входами соответствующих групп светодиодов. Второй выход измерителя тока соединен с входом центрального контроллера. Второй выход платформы сбора данных и управления соединен с входом любого из контроллеров порта любого из мультиспектральных фитооблучателей. Выход второго модуля беспроводной передачи данных соединен с любым свободным входом любого из контроллеров порта любого из мультиспектральных фитооблучателей. Оставшиеся входы контроллеров порта любого из мультиспектральных фитооблучателей соединяются между собой так, чтобы у любого из мультиспектральных фитооблучателей вход хотя бы одного любого контроллера порта был соединен с входом одного любого контроллера порта любого другого мультиспектрального фитооблучателя. Входы и выходы всех контроллеров порта и первые K входов центральных контроллеров всех мультиспектральных фитооблучателей выполняются двунаправленными. Система повышает надежность, точность поддержания оптимального спектра в течение длительного периода и обеспечивает расширение области применения. 3 ил.

Система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений, включающая мультиспектральные фитооблучатели, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения мультиспектральных фитооблучателей, выполненный на основе компьютера с платформой сбора данных и управления и датчика спектра, каждый мультиспектральный фитооблучатель содержит группы светодиодов и реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов, выход датчика спектра соединен с первым входом платформы сбора данных и управления, первый выход которой подключен к входу компьютера, выход которого соединен со вторым входом платформы сбора данных и управления, отличающаяся тем, что в нее введены первый и второй модули беспроводной передачи данных, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения мультиспектральных фитооблучателей содержит дополнительные датчики спектра, выход дополнительного датчика спектра соединен с входом платформы сбора данных и управления, каждый из мультиспектральных фитооблучателей содержит K=4 контроллеров порта, центральный контроллер, измерители тока и блок памяти, при этом третий выход платформы сбора данных и управления соединен со входом первого модуля беспроводной передачи данных, в каждом из мультиспектральных фитооблучателей выходы K контроллеров порта соединены с соответствующими входами центрального контроллера, вход которого соединен с выходом блока памяти, вход которого соединен с выходом центрального контроллера, первые выходы которого соединены со входами соответствующих драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов, выходы которых соединены со входами соответствующих измерителей тока, первые выходы которых соединены со входами соответствующих групп светодиодов, второй выход измерителя тока соединен с входом центрального контроллера, второй выход платформы сбора данных и управления соединен с входом любого из контроллеров порта любого из мультиспектральных фитооблучателей, выход второго модуля беспроводной передачи данных соединен с любым свободным входом любого из контроллеров порта любого из мультиспектральных фитооблучателей, оставшиеся входы контроллеров порта любого из мультиспектральных фитооблучателей соединяются между собой так, чтобы у любого из мультиспектральных фитооблучателей вход хотя бы одного любого контроллера порта был соединен с входом одного любого контроллера порта любого другого мультиспектрального фитооблучателя, входы и выходы всех контроллеров порта и первые К входов центральных контроллеров всех мультиспектральных фитооблучателей выполняются двунаправленными.