Светодиодный облучатель для растениеводства

Устройство относится к светотехнике, а именно к облучательным установкам для теплиц, вегетационных установок, и позволяет повысить эффективность использования фотосинтезного потока фотонов облучателя, снизить затраты энергии на облучение и расширить функциональные возможности облучательной установки.
Известен фитосветильник для улучшенного роста растений (Патент РФ №168490, кл. F21V 33/00, 2016 - аналог), содержащий светодиод, рефлектор, линзу, радиатор, вентилятор, блок питания, ручку, поворотный механизм, терморегулятор.
Недостатком известного технического решения является низкая эффективность использования фотосинтезного потока фотонов облучателя, так как излучатель представляет из себя один светодиод без возможности плавного регулирования его характеристик, а при нарушении охлаждения происходит аварийное отключение облучателя от сети, что приведет к недооблучению растений.
Из уровня техники известно, что существующие требования к спектральному составу таковы, что различные виды растений и одни и те же виды на разных возрастных этапах развития могут иметь контрастные требования к спектру фотосинтетически активной радиации для максимизации продукционной деятельности (Тихомиров А.А., Лисовский Г.М., Сидько Ф.Я. Спектральный состав света и продуктивность растений. - Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1991. - 168 с.).
Известен светодиодный фитопрожектор (Патент РФ №2369086, кл. A01G 9/24, 2009 - аналог), содержащий корпус, световые элементы с группами светодиодов с различными спектрами излучения, блок электрического питания, микропроцессорную систему управления с коммутатором групп светодиодов, датчик освещенности, датчик - спектрометр.
Недостатком данной конструкции являются высокие затраты энергии на облучение, так как управление энергетическим потоком устройства при помощи датчиков или дистанционно с поста оператора влечет за собой погрешности, связанные с чувствительностью датчика и ошибки, связанные с функциями оператора.
Из уровня техники известно, что такая характеристика, как фотосинтезный поток фотонов, зависит от величины прямого тока, проходящего через светодиод. С величиной тока также связано энергопотребление. (Baran, K.; ; Wachta, H.;  Modeling of Selected Lighting Parameters of LED Panel. Energies 2020, 13, 3583.).
Наиболее близким аналогом к заявляемому светодиодному многоканальному фитоизлучателю является установка осветительная светодиодная с изменяемой светоцветовой средой (Патент РФ №159034, кл. F21K 99/00, 2016 - прототип), состоящая из корпуса с основными светодиодными модулями, драйвера питания, блока управления, дополнительных светодиодных модулей, рассеивателя, блока синхронизации, датчика цветовой температуры и освещенности, датчика движения, блока дистанционного управления.
Недостатком известной установки является узкие функциональные возможности, так как отсутствует возможность управления облучателем с цифрового устройства в реальном режиме времени.
Известно, что на основе экспериментов под каждый вид растений разрабатываются специфичные рецепты досветки, переведенные в программный продукт, удобный для использования в управляемом растениеводстве с помощью современных средств цифровой компьютерной техники. (Nicole C.C.S., Charalambous F., Martinakos S., S. van de Voort, Li Z., Verhoog M., Krijn M. Lettuce growth and quality optimization in a plant factory // Acta Horticulturae. 2016. 1134. P. 231-238.).
Задача полезной модели - повысить эффективность использования фотосинтезного потока фотонов светодиодного облучателя для растениеводства, снизить затраты энергии на облучение и расширить функциональные возможности облучательной установки.
Технический результат в отличие от прототипа достигается тем, что в верхней части корпуса закреплен блок питания и управления, содержащий драйвер питания и многоканальный блок управления, каждый светодиодный модуль содержит светодиоды фиолетового, синего, красного, темно-красного и дальнего красного излучений, разделенные при помощи рассеивателя на сектора, по четыре светодиода в каждом секторе, а также светодиоды теплого белого света и холодного белого света, каждые из которых поделены на группы, расположенные по краю светодиодного модуля в шахматном порядке, притом многоканальный блок управления соединен проводами с драйвером питания, посредством кабеля - с каждым светодиодным модулем, а через проводной интерфейс связи подключен к человеко-машинному интерфейсу, приклеенному сверху на блок питания и управления.
На фиг. 1 представлен светодиодный облучатель для растениеводства, вид сверху; на фиг. 2 - светодиодный облучатель для растениеводства, вид снизу, на фиг. 3 - светодиодный облучатель для растениеводства, схема конструктивных взаимосвязей.
с
с
Светодиодный облучатель для растениеводства содержит корпус 1, представляющий собой алюминиевый профиль с радиатором 2 в верхней части, на котором с помощью винтов 3 закреплен блок питания и управления 4 (фиг. 1). В нижней части корпуса 1 на клепках 5 закреплены два светодиодных модуля 6 (фиг. 2), каждый из которых содержит впаянные светодиоды фиолетового излучения 7 (λ=380 нм), светодиоды синего излучения 8 (λ=440, 465 нм), светодиоды красного излучения 9 (λ=630 нм), светодиоды темно-красного излучения 10 (λ=660 нм), светодиоды дальнего красного излучения 11 (λ=730 нм), объединенные при помощи рассеивателя 12 в тринадцать секторов по четыре светодиода в каждом секторе. Имеются также светодиоды теплого белого света 13 (Т=2700 К), расположенные семью группами по краю светодиодного модуля 6 по двенадцать светодиодов в каждой группе в шахматном порядке, светодиоды холодного белого света 14 (Т=6500 К), расположенные семью группами по краю светодиодного модуля 6 по шесть светодиодов в каждой группе в шахматном порядке. Блок питания и управления 4 содержит драйвер питания 15, соединенный проводами 16 способом пайки с многоканальным блоком управления 17, который снабжен беспроводным Wi-Fi модулем 18 и проводным интерфейсом связи (например, RS-485) 19 и соединятся посредством кабеля 20 болтовым соединением с каждым светодиодным модулем 6. Человеко-машинный интерфейс 21 приклеен сверху на блок питания и управления 4 (фиг. 1) и соединен проводным интерфейсом связи 19 с многоканальным блоком управления 17.
с
с
Светодиодный облучатель для растениеводства работает следующим образом. При включении светодиодного облучателя для растениеводства в сеть напряжение подается на драйвер питания 15 и далее по проводам 16 через многоканальный блок управления 17 ток поступает по кабелю 20 на светодиодные модули 6. Оператор посредством человеко-машинного интерфейса 21 через проводной интерфейс связи 19, устанавливает максимальный уровень излучения оптического спектра, регулируя силу тока до предельного значения для каждого типа светодиодов посредством многоканального блока управления 17. Светодиодный облучатель для растениеводства начинает излучать фотосинтезный поток фотонов, благодаря светодиодам теплого белого света 13 со цветовой температурой Т=2700 К и светодиодам холодного белого света 14 со цветовой температурой Т=6500 К. Притом выраженные энергетические пики излучения на длине волны λ=380 нм создаются светодиодами фиолетового излучения 7, на длине волны λ=440, 465 нм - светодиодами синего излучения 8, на длине волны λ=630 нм - светодиодами красного излучения 9, на длине волны λ=660 нм - светодиодами темно-красного излучения 10 и на длине волны λ=730 нм - светодиодами дальнего красного излучения 11, для усиления эффекта излучения которых они объединены при помощи рассеивателя 12 в тринадцать секторов по четыре светодиода в каждом секторе (фиг. 2). Полученный график спектра при этом отображается на человеко-машинном интерфейсе 21 (фиг. 1), подсоединенным посредством проводного интерфейса связи 19 к многоканальному блоку управления 17.
Далее в процессе настройки технологического процесса выращивания, например, при проведении экспериментов по определению оптимальных параметров и режимов облучения (спектра, интенсивности и дозы) для той или иной культуры растений, оператор, посредством человеко-машинного интерфейса 21 через проводной интерфейс связи 19, регулирует силу тока от нуля до предельного значения для каждого типа светодиодов посредством многоканального блока управления 17, имеющего связь по кабелю 20 со светодиодными модулями 6, тем самым уменьшая или увеличивая интенсивность излучения фотосинтезного потока фотонов в целом, так и интенсивность излучения каждого пика излучения по отдельности.
Представленное техническое решение имеет ряд преимуществ перед известной конструкцией:
повышается эффективность использования фотосинтезного потока фотонов за счет разделения цветных светодиодов по секторам, а светодиодов белого света по группам, способом, указанном в описании;
снижаются затраты энергии на облучение путем раздельной регулировки тока в пределах от 0 до 100%, тем самым уменьшая или увеличивая интенсивность излучения фотосинтезного потока фотонов в целом, так и интенсивность излучения каждого пика излучения по отдельности, в зависимости от требований технологии выращивания растений;
расширяется функциональная возможности облучательной установки за счет управления специфичными режимами досветки светодиодного облучателя для растениеводства за счет взаимосвязи каналов блока управления через проводной интерфейс связи с человеко-машинным интерфейсом.
Светодиодный облучатель для растениеводства прост по конструкции, надежен в эксплуатации и может быть легко реализован в сельскохозяйственном производстве в тепличных технологиях.