利用LED照明的植物栽培系统及其方法、植物栽培用LED照明装置及其驱动方法

摘要

本发明的实施例涉及一种植物栽培用LED照明系统以及利用LED照明的植物栽培方法。根据本发明实施例的植物栽培用LED照明系统，包括：传感器模块，其包括用于感知在任意场所栽培的植物的栽培环境信息的传感器，将通过上述感知生成的数据传送到用于分析上述感知数据的管制装置，并利用基于上述感知数据的分析结果发出的调控数据而调节上述栽培环境；管理者用操作装置，按查找表形式在其内存中保存用于调节上述栽培环境的上述调控数据，并根据基于上述感知数据的分析结果由上述管制装置发出的要请，而输出上述调控数据；网关，从上述传感器模块接收上述感知数据并传送到上述管制装置，从上述管理者用操作装置接收上述调控数据并传送到上述传感器模块以及除上述传感器模块以外的模块；调控模块，从上述网关接收上述调控数据，并根据上述调控数据选择要照射到植物的LED光的颜色，再进行调光(Dimming)而变更所选择的上述LED光的波长。

权利要求

1.一种利用LED照明的植物栽培系统，其特征在于，包括：

传感器模块，其包括用于感知在任意场所栽培的植物的栽培环境信息的传感器，将通过上述感知生成的数据传送到用于分析上述感知数据的管制装置，并利用基于上述感知数据的分析结果发出的调控数据，而调节上述栽培环境；

管理者用操作装置，按查找表形式在其内存中保存用于调节上述栽培环境的上述调控数据，并根据基于上述感知数据的分析结果由上述管制装置发出的要请，而输出上述调控数据；

网关，从上述传感器模块接收上述感知数据并传送到上述管制装置，从上述管理者用操作装置接收上述调控数据并传送到上述传感器模块以及除上述传感器模块以外的模块；

以及

调控模块，从上述网关接收上述调控数据，并根据上述调控数据选择要照射到植物的LED光的颜色，再进行调光而变更所选择的上述LED光的波长。

2.根据权利要求1所述的利用LED照明的植物栽培系统，其特征在于，还包括发光模块，而上述发光模块包含照射LED光的多个单位模块，从而根据在任意场所栽培的植物种类维持不同的栽培环境，上述单位模块具备用于确认栽培着上述植物的场所的位置的识别信息，并且当上述植物的栽培面积的增加时进行相互结合。

3.根据权利要求2所述的利用LED照明的植物栽培系统，其特征在于，还包括：供电装置，其将交流电转换成直流电而传送到上述调控模块、上述传感器模块、上述发光模块中的至少一个模块；以及计量模块，其收取由上述供电装置发出的电压相关信息，并传送到上述管制装置，利用基于上述电压相关信息的分析结果发出的上述调控数据，而重新设定上述供电装置的电力状态。

4.根据权利要求3所述的利用LED照明的植物栽培系统，其特征在于，还包括摄影装置，上述摄影装置将在上述任意场所拍摄的拍摄图像传送到上述管制装置。

5.根据权利要求4所述的利用LED照明的植物栽培系统，其特征在于，还包括管制装置，上述管制装置分析从上述摄影装置、上述计量模块、上述传感器模块收到的数据，计算分析结果，并基于上述分析结果向上述管理者用操作装置发出要请而输出上述调控数据。

6.根据权利要求4所述的利用LED照明的植物栽培系统，其特征在于，还包括有线无线路由器，上述有线无线路由器根据上述管制装置的要请设定上述管理者用操作装置、上述网关、上述摄影装置的路径，而处理相关信息。

7.一种植物栽培用LED照明装置，其特征在于，包括：

发光模块，其包含照射LED光的多个单位模块，根据在任意场所栽培的植物种类维持不同的栽培环境，且上述单位模块具备用于确认上述场所的位置的识别信息，并且当上述植物的栽培面积的增加时进行相互结合；

传感器模块，其包含用于感知关于上述栽培环境的信息的传感器，将通过上述感知生成的数据传送到用于分析上述感知数据的管制装置，并利用基于上述感知数据的分析结果发出的调控数据，而调节上述栽培环境；

调控模块，接收基于上述感知数据的分析结果发出的上述调控数据以及上述识别信息，并进行调光以使上述单位模块根据上述识别信息照射不同的LED光；

供电装置，接收常用电源并将其转换成直流电，并将转换的上述直流电供到上述发光模块、上述传感器模块、上述调控模块中至少一个模块；

计量模块，其收取由上述供电装置提供的电压相关信息并将其传送到上述管制装置，利用基于上述电压相关信息的分析结果发出的上述调控数据，而重新设定上述供电装置的电力状态。

8.根据权利要求7所述的植物栽培用LED照明装置，其特征在于，

还包括网关，上述网关接收上述调控数据，并通过近距离无线通信将其传送到上述传感器模块、上述调控模块、上述计量模块。

9.一种利用LED照明的植物栽培方法，其特征在于，包括：

通过调节传感器模块，感知在任意场所栽培的植物的栽培环境信息而生成感知数据，将所生成的感知数据传送到用于分析上述感知数据的管制装置，利用基于上述感知数据的分析结果发出的调控数据，而调节上述栽培环境的步骤；

按查找表形式在内存中保存用于调节上述栽培环境的上述调控数据，根据基于上述感知数据的分析结果而由上述管制装置发出的要请，而从管理者用操作装置输出上述调控数据的步骤；

通过网关从上述传感器模块接收上述感知数据，并将其传送到上述管制装置，并从上述管理者用操作装置接收上述调控数据，再将其传送到上述传感器模块以及除上述传感器模块以外的模块的步骤；

通过上述网关接收上述调控数据，调控模块基于上述调控数据选择要照射到上述植物的LED光的颜色，并进行调光而变更所选择的上述LED光的波长的步骤。

10.一种植物栽培用LED照明装置的驱动方法，其特征在于，包括：

由多个单位模块照射LED光的步骤，并且上述多个单位模块具备用于对栽培着不同种类植物的任意场所进行确认的识别信息；

感知上述植物栽培环境的信息而生成感知数据，并将所生成的上述感知数据传送到用于分析上述感知数据的管制装置，利用基于上述感知数据的分析结果发出的调控数据，而调节上述栽培环境的步骤；

接收基于上述感知数据的分析结果发出的上述调控数据以及上述识别信息，并进行调光以使上述单位模块根据上述识别信息照射不同LED光的步骤；

接收交流电并将其转换成直流电，并将转换的上述直流电供给用于照射上述LED光的发光模块、用于调节上述栽培环境的传感器模块以及用于进行上述调光的调控模块中的至少一个模块的步骤；

收取传送到上述发光模块、上述传感器模块以及上述调控模块的电压相关信息，并将其传送到上述管制装置，利用基于上述电压相关信息的分析结果发出的上述调控数据，重新设定供给上述发光模块、上述传感器模块以及上述调控模块的电力的步骤。

说明书

利用LED照明的植物栽培系统及其方法、植物栽培用LED照明

装置及其驱动方法

技术领域

[0001] 本发明的实施例涉及一种利用LED照明的植物栽培系统及其方法、植物栽培用LED照明装置及其驱动方法。尤其涉及一种采用远程监视植物工厂内部状态或栽培植物或者通过互联网或以太网直接控制及管理的方式，而顺利连接管理者用操作装置与生产者，从而提高稳定性与可信度的利用LED照明的植物栽培系统及其方法、植物栽培用LED照明装置及其驱动方法。

背景技术

[0002] 下面记述的内容仅用于提供关于本发明实施例的背景信息，并非现有技术。

[0003] 通常，栽培植物采用在土壤播种，然后施肥、浇水，并在阳光照射下在植物内产生光合作用的方式。然而这种栽培方法，其生产量不仅受到气候变化的影响，而且由于使用肥料或农药，从而既有经济费用问题，又引发环境问题。

[0004] 从而最近，着眼于植物通过光合作用生长，实现了利用人工光源即LED(Light Emitting diode)提供光合作用所需波长而促进植物生长，且不受气候的影响、无需施农药的植物栽培，这种方式不仅提高植物生产量，而且实现了不施农药的绿色植物栽培，从而颇受瞩目。

[0005] 图1是图示普通植物栽培温室的结构的图。

[0006] 如图1所示，普通植物栽培温室的结构是在温室内设有风机、用于安装灌溉设施的框架(F)。此时在框架(F)能够加设用于提供人工光源的LED模块(未图示)，并且可以另外具备用于调节温室内温度、湿度及LED发光量的管理者用电脑(未图示)。

[0007] 然而，这种结构由于植物工厂内部的管理者用电脑与远程地点的LED模块之间的网络连接及调控不精确，因此存在很难对每个植物分别进行调控的问题。例如，不能精确调节通过栽培植物的光合作用促进生长的LED模块的波长或脉冲调制、占空比(Duty Rate)、开/关时间(On/Off Time)、光强度(Intensity)。

[0008] 并且在植物工厂使用的LED模块、包含电源系统与该LED模块的调控系统等没有标准规范，从而引发栽培植物的成本上升，而存在栽培植物的经济效率下降的问题。

发明内容

[0009] 本发明实施例的目的在于提供一种利用LED照明的植物栽培系统及其方法、植物栽培用LED照明装置及其驱动方法，考虑到根据栽培植物种类促进光合作用的波长、光亮、光强度及光亮度互不相同，按查找表形式在管理者用操作装置的内存中保存各种栽培植物、各生长期、各时间段/昼夜的逐步调节的数据，从而采用当使用者选择模式时分别调节网络的方式，而促进栽培植物的生长。

[0010] 并且，另一目的在于提供一种利用LED照明的植物栽培系统及其方法、植物栽培用LED照明装置及其驱动方法，其设计成当植物栽培用床(bed)的长度或面积扩大而植物栽培面积增加时，可提高设置LED模块的简便性，并且随着增加面积的LED模块的适用性较强，从而连接网络时用一个识别(Identification)信息即可对位于同一床的栽培植物同时进行脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)或电压电流调节。

[0011] 根据本发明实施例的利用LED照明的植物栽培系统，包括：传感器模块，其包括用于感知在任意场所栽培的植物的栽培环境信息的传感器，将通过上述感知生成的数据传送到用于分析上述感知数据的管制装置，并利用基于上述感知数据的分析结果发出的调控数据，而调节上述栽培环境；管理者用操作装置，按查找表形式在其内存中保存用于调节上述栽培环境的上述调控数据，并根据基于上述感知数据的分析结果由上述管制装置发出的要请，而输出上述调控数据；网关，从上述传感器模块接收上述感知数据并传送到上述管制装置，从上述管理者用操作装置接收上述调控数据并传送到上述传感器模块以及除上述传感器模块以外的模块；调控模块，从上述网关接收上述调控数据，并根据上述调控数据选择要照射到植物的LED光的颜色，再进行调光(Dimming)而变更所选择的上述LED光的波长。

[0012] 根据本发明实施例的植物栽培用LED照明装置，包括：发光模块，其包含照射LED光的多个单位模块，可根据在任意场所栽培的植物种类维持不同的栽培环境，且上述单位模块具备用于确认上述场所的位置的识别(Identification)信息，并且当上述植物的栽培面积的增加时可进行相互结合；传感器模块，其包含用于感知关于上述栽培环境的信息的传感器，将通过上述感知生成的数据传送到用于分析上述感知数据的管制装置，并利用基于上述感知数据的分析结果发出的调控数据，而调节上述栽培环境；调控模块，接收基于上述感知数据的分析结果发出的上述调控数据以及上述识别信息，而进行调光以使上述单位模块根据上述识别信息照射不同的LED光；供电装置，接收常用电源并将其转换成直流电，并将转换的上述直流电供到上述发光模块、上述传感器模块、上述调控模块中至少一个模块；计量模块，其收取由上述供电装置提供的电压相关信息并将其传送到上述管制装置，利用基于上述电压相关信息的分析结果发出的上述调控数据，而重新设定上述供电装置的电力状态。

[0013] 根据本发明实施例的利用LED照明的植物栽培方法，包括：通过调节传感器模块，感知在任意场所栽培的植物的栽培环境信息而生成感知数据，将所生成的感知数据传送到用于分析上述感知数据的管制装置，利用基于上述感知数据的分析结果发出的调控数据，而调节上述栽培环境的步骤；按查找表形式在内存中保存用于调节上述栽培环境的上述调控数据，根据基于上述感知数据的分析结果而由上述管制装置发出的要请，而从管理者用操作装置输出上述调控数据的步骤；通过网关(Gateway)从上述传感器模块接收上述感知数据，并将其传送到上述管制装置，并从上述管理者用操作装置接收上述调控数据，再将其传送到上述传感器模块以及除上述传感器模块以外的模块的步骤；通过上述网关接收上述调控数据，调控模块基于上述调控数据选择要照射到上述植物的LED光的颜色，并进行调光(Dimming)而变更所选择的上述LED光的波长的步骤。

[0014] 根据本发明实施例的植物栽培用LED照明装置的驱动方法，包括：由多个单位模块照射LED光的步骤，并且上述多个单位模块具备用于对栽培着不同种类植物的任意场所进行确认的识别(Identification)信息；感知上述植物栽培环境的信息而生成感知数据，并将所生成的上述感知数据传送到用于分析上述感知数据的管制装置，利用基于上述感知数据的分析结果发出的调控数据，而调节上述栽培环境的步骤；接收基于上述感知数据的分析结果发出的上述调控数据以及上述识别信息，并进行调光以使上述单位模块根据上述识别信息照射不同LED光的步骤；接收交流电并将其转换成直流电，并将转换的上述直流电供给用于照射上述LED光的发光模块、用于调节上述栽培环境的传感器模块以及用于进行上述调光的调控模块中的至少一个模块的步骤；收取传送到上述发光模块、上述传感器模块以及上述调控模块的电压相关信息，并将其传送到上述管制装置，利用基于上述电压相关信息的分析结果发出的上述调控数据，重新设定供给上述发光模块、上述传感器模块以及上述调控模块的电力的步骤。

[0015] 根据本发明实施例，可对每个栽培植物分别精确进行从植物工厂内部的管理者用操作装置到远程地点的LED模块的网络连接及调控，而促进植物生长。

[0016] 并且，可将在植物工厂使用的LED模块、或包括田园系统与其LED模块的调控系统进行标准规范，从而能够减少提高植物栽培成本的因素，并提高栽培植物的经济效率。

附图说明

[0017] 图1是图示普通植物栽培温室的结构的图，

[0018] 图2是图示根据本发明实施例的利用LED照明的植物栽培系统的图，

[0019] 图3是在图2的管制装置中运行的远程调控程序的例示图，

[0020] 图4是图示图2的供电装置、调控模块、发光模块的电路图，

[0021] 图5是图示利用LED照明的植物栽培过程的图，

[0022] 图6是用于说明脉冲宽度调制的图。

[0023] 附图标记说明：

[0024] 200：管制装置         210：通信网

[0025] 221：有线无线路由器   223：管理者用操作装置

[0026] 225：网关             227：摄影装置

[0027] 229：供电装置         231：调控模块

[0028] 233：计量模块         235：传感器模块

[0029] 237：发光模块         300：变频器

[0030] 310：直流-直流转换器  320：LED控制器

[0031] 330：LED发光部

具体实施方式

[0032] 以下参照附图对本发明的实施例进行详细描述。标注附图标记时，即使相同技术特征在不同的附图中出现，也尽可能使用了相同的附图标记。同时还要注意，在通篇说明书中，如果认为对相关已知的技术特征和功能的具体说明可能会导致本发明主题不清楚，则省略其详细说明。

[0033] 而且，说明本发明时，可以使用第一、第二、A、B、(a)、(b)等用语。这些用语仅仅是为了区分相应技术特征与其他技术特征，并非限定其本质、次序或顺序等。如果说明书记载一技术特征与另一技术特征“连接”、“结合”或“接触”，可以理解为一技术特征与另一技术特征直接连接或接触，也可以理解为各技术特征之间有另一技术特征与之相“连接”、“结合”或“接触”。

[0034] 图2是图示根据本发明实施例的利用LED照明的植物栽培系统的图，图3是图2的管制装置中运行的远程调控程序的例示图。

[0035] 如图2所示，根据本发明实施例的利用LED照明的植物栽培系统，包括：设在植物工厂外部的管制装置200、通信网210以及构成植物工厂内部系统的有线无线路由器221、管理者用操作装置223、网关225、摄影装置227、供电装置229、调控模块231、计量模块233、传感器模块235、发光模块237中一部分或全部。

[0036] 在此，构成植物工厂内部系统的有线无线路由器221、管理者用操作装置223、网关225、摄影装置227、供电装置229、调控模块231、计量模块233、传感器模块235、发光模块237中一部分或全部，可称之为植物栽培用LED照明装置。

[0037] 管制装置200是例如设在特定公司或大学的电脑综合装置，例如，其可运行如图3(a)以及图3(b)中所示IFD处理程序及远程调控专用程序。据此可实时监视正在栽培植物的植物工厂内的环境，并设定在植物工厂内发光模块237中排列的发光元件、例如LED色温。并且可利用像TCP/IP一样的网络协议，远程调控摄影装置227等，而收集布置于植物工厂内的摄影装置227及传感器模块235发出的数据。

[0038] 在此，发光元件的色温可按像素或像素块为单位进行设定，像素是组合R、G、B而成的单位，而像素块是组合多个像素的单位。

[0039] 管制装置200对例如从摄影装置227、计量模块233以及传感器模块235收集的数据进行分析，从而具体确认正在栽培的植物的生长条件。假如、若判断植物工厂内的温度、湿度、光强度、波长、电力、电流、电压等中的一部分或全部的结果，觉得内部环境并不适合时，就通知管理者用操作装置223，并根据该调控数据维持最佳环境。在此过程中，管制装置200可向管理植物工厂的使用者终端传送相关信息，在此所述终端包括手机等。

[0040] 通信网210用于连接设在植物工厂外部的管制装置200与植物工厂内的有线无线路由器221。通信网210包括有线无线通信网，并且优先为互联网，作为无线通信网可包含如CDMA网、WCDMA网、GSM网以及今后将会实现的下一代移动通信系统的网络等。

[0041] 有线无线路由器221为使管制装置200与管理者操作装置223、或管制装置200与摄影装置227之间进行有线无线通信，进行转换信号或信息的过程，并且可运行对植物工厂内的管理者用操作装置223以及摄影装置227等进行搜索的路径设定程序。例如、通过网络协议由管制装置200发出的信息，在有线无线路由器221转变成像蜂窝(Zigbee)、无线保真(Wifi)一样的无线协议，再传送到管理者用操作装置223或摄影装置227，相反情况也相同。

[0042] 管理者用操作装置223是例如设在进行植物栽培的温室或植物工厂内部的电脑，其包括查找表(Lookup Table)形式的内存。在内存中则保存调控数据即、关于光量、温度、湿度、光强度、波长以及二氧化碳浓度、电力、电流、电压等的信息，根据使用者的界面向调控模块231、计量模块233、传感器模块235传送各植物的不同调控信息。例如、若管制装置200向管理者用操作装置223发出任意要请时，管理者用操作装置223的使用者根据该要请，选择符合特定状况的调控数据并将其传送到网关225，网关225则将该数据传送到调控模块
231、计量模块233、传感器模块235。

[0043] 网关225包括LCD式网关，其接收由管理者用操作装置223发出的适合使用者界面的调控数据，并通过像蜂窝(Zigbee)一样的近距离通信网而对调控模块231、计量模块233、传感器模块235进行调控。即、网关225为了对发光模块237的发光元件进行脉冲宽度调制而向调控模块231传送关于波长等的调控数据，关于温度及湿度等的调控数据则传送到传感器模块235进行处理，关于电力等的调控数据则传送到计量模块233。此时网关225在计量模块233、传感器模块235中利用自发光模块237收取的识别信息，从而能够顺利控制网络。

[0044] 摄影装置227实时监视温室或植物工厂的状态，并检测植物的状态及发光模块237的异常与否。此时，摄影装置227例如在管制装置200的远程调控下实时监视植物工厂内部的状态后，再向管制装置200传送摄影的数据，从而确认植物工厂内的状态或发光模块237的异常与否，若发现异常就会采取适当的措施。假如若摄影装置227的监视结果发现在发光模块237发生异常时，管制装置200联系农场管理者的手机等，对该模块进行修理。若需要调控植物的状态时，向农场管理者的手机或管理者用操作装置223发出邀请，利用保存在管理者用操作装置223内存中的调控数据，处理该状况。

[0045] 供电装置229可分为多个第一、第二供电装置229_1、229_2。第一供电装置229_1将交流电转换为直流电并将其传送到调控模块231，第二供电装置229_2则将所转换的直流电传送到传感器模块235及发光模块237。各个供电装置229接收110V或220V常用电源并将其转换为24V左右的直流电，再转换为用于驱动调控模块231或发光模块237内集成电路(IC)的3.3V左右的直流电后输出。为此供电装置229可包括变频器与直流-直流转换器。

[0046] 调控模块231是通过网关225与近距离无线通信网进行调控的，其接收由第一供电装置229_1输出的直流电而被驱动。换句话说，根据发明实施例的调控模块231为了能够分别管理构成一列的发光模块237，可按一对一比例设置，可设计成根据网关225调控，第一列至第N列的发光模块237具备相同的发光条件，但是若栽培不同植物时可驱动适用于该农作物的发光条件。假如、调控模块231通过脉冲宽度调制等对发光模块237进行调光(Dimming)。进而、调控模块231可将红、绿、蓝的LED元件按各颜色进行统一调控，而提供全彩色的光。下面将继续说明相关内容。

[0047] 计量模块233也是通过网关225与近距离无线通信网进行调控的，其收取从供电装置229传送到调控模块231、传感器模块235、发光模块237的电压、电力等的电压相关信息，根据协议经过网关225及有线无线路由器221传送到管制装置200。例如、计量模块233利用计量传感器等而测定供电装置229的各输入交流电与整体系统的输入交流电后，将测定值转换成数码而产生电压相关信息，并将生成的电压相关信息传送到管制装置200。然后计量模块233根据管制装置200的分析结果，基于供到管理者用操作装置223的调控数据，通过调控网关225而重新设定供电装置229的电力状态。如此计量模块233通过远程检测、供需管理，可最大限度减少能量消费，而且在供电方面可进行闲置电量确认并管理功能，例如维护、监视、计量、诊断等。

[0048] 当然计量模块233可根据基于管制装置200的分析结果由管理者用操作装置223传送的调控数据，通过调控网关225而掐断由供电装置229输出的电压，或者有选择地传送或掐断由特定电路输出的输出电压。并且计量模块233可根据由管理者用操作装置223提供的调控数据，调节从供电装置229供到调控模块231及发光模块237等的电压的大小。更新了调控模块231及发光模块237，而从供电装置229输出的以前的电压是24V直流电，就会导通电压转换电路以使其输出12V直流电。

[0049] 传感器模块235包括：光强度传感器、浓度传感器(例如、二氧化碳浓度传感器)、温度传感器、湿度传感器、波长传感器等，通过利用如此多样的传感器，可形成栽培植物的最佳环境。例如、传感器模块235向网关225传送通过各传感器收取的感知数据，网关225则向管制装置200提供该数据，通过管制装置200的调控，在温室或植物工厂内部形成最佳环境。在此过程中，管制装置200可根据感知数据的分析结果向管理者用操作装置223发出要请使其对植物工厂等的内部环境进行最佳调控。并且传感器235包括用于与网关225进行近距离无线通信的控制部，通过控制部的调控，可调节周围风机或灌溉设施、加热器或湿度调节阀等，从而形成最佳环境。

[0050] 发光模块237具备第一列至第N列，形成各个列的发光模块237，为了可随着植物工厂内植物栽培面积的增加而随便扩张设置，包括至少一个单位模块，并且各个单位模块为了确认栽培的植物位置而具备识别信息。例如，即使扩张发光模块237，构成各个列的单位模块相互并列进行驱动，从而每一单位模块可发光相同光亮度的光。只是、若在各个列栽培不同植物时，形成各个列的单位模块可根据识别信息准确确认其位置，并发出不同光亮度的光。

[0051] 各个单位模块是将发光元件例如、红、绿、蓝的LED或有机发光二极管(OLED)在印刷电路板(Printed Circuit Board)及金属基板上阵列(array)而成。这种发光元件根据调控模块231的调控进行调光，在此调光意味着调节发光元件的亮灯及灭灯的占空比，而驱动脉冲宽度调制，从而调节由单位模块发出的光的发光量。若亮灯时间短，发光量也相应减少，因此亮度有所暗。并且根据发光模块237如何驱动发光元件，可发出多样颜色与多样亮度的光。例如、若分别驱动红、绿、蓝的发光元件，就可发出单色的光，但是若同时驱动红、绿、蓝的发光元件，那么若具备相同光量时会发出白色光。通过这种驱动方式，发光模块237会显示全彩色。实际上不仅根据栽培植物的种类，还可根据栽培植物的生长状态调节波长及光量。

[0052] 图4是显示图2的供电装置、调控模块及发光模块中一部分的电路图。

[0053] 为了便于说明，在图4中省略了用于图2中调控模块231与网关225进行近距离无线通信的通信模块，并省略了供电装置229与计量模块233联动的结构。下面，说明了假如发光模块237的发光元件是LED时。

[0054] 参照图4与图2，变频器300与直流-直流转换器310构成供电装置229的一部分。在此变频器300将来自外部的110V或220V的常用电转换成24V的直流电，并将其传送到LED发光部330，相反直流-直流转换器310则将通过变频器300转变的24V直流电再转换成3.3V直流电，并将其传送到LED控制器320及LED发光部330的驱动电路。

[0055] LED控制器320构成调控模块231的一部分，根据网关225的调控对LED发光部330的LED元件进行脉冲宽度调制。如此进行脉冲宽度调制时LED控制器320向构成LED发光部330的驱动电路的串行时钟(SCLK1)端口输入同步信号，从而通过根据该同步信号在串行时钟(SCLK1)端口输入数据时钟的方式进行脉冲宽度调制。此时，LED控制器320与驱动电路之间的数据处理过程可采用有线无线方式，然而在本发明实施例中考虑到植物工厂内设施的简略等，采用无线方式为佳。

[0056] LED发光部330构成发光模块237的一部分，可分为LED元件与用于恒流驱动该LED元件的驱动电路。LED元件是将用于提供全彩色的红、绿、蓝的LED元件在印刷电路板或金属基板上阵列而成，单位基板可按多种多样的形状而成。例如可采用板(Plate)状或者像荧光灯一样的棒状而成。这种单位基板可简易拆装，从而可根据植物工厂内栽培面积的增加，将多个进行串联后再驱动。

[0057] 并且在LED元件一侧插入可变电阻(Rv)，可变电阻为了给每个红绿蓝的LED元件供应所定电压而发挥分电压的功能。例如、假设要驱动红色LED元件需要8V时，由于变频器300输出24V的电压，因此在红色LED元件一侧插入的可变电阻的两端电压应为16V，只有这样该LED元件才会稳定发光。

[0058] 可变电阻值可按如下数学式1进行计算。

[0059] 数学式1

[0060] VDS＝Vied-VF×N-VDROP

[0061] 在此，Vied是负荷电压、VF是LED驱动电压、N是串联的LED的数量。假设、在数学式1中，Vied＝24V、VF＝3.2V、N＝7、VDROP＝-0.6V时，那么VDS＝0.7～1.2V，此时由于IF＝28mA，因此按照欧姆定律计算的可变电阻是21.42Ω。按相同方式计算可变电阻(Rv)的电阻值后进行插入。

[0062] 驱动电路可包括全桥式的驱动电路，其与接地之间包括基准(REF)电阻。基准电阻可根据电阻值调节红、绿、蓝的各输出电流即、恒流。换句话说，驱动电路接收由直流-直流转换器310发出的3.3V直流电，根据基准电阻的电阻值，例如将28.66mA的恒流传送到各个LED元件。

[0063] 用于调节恒流的驱动电路的使用条件如下数学式2所示。

[0064] 数学式2

[0065] Iout[mA]＝(VRER[V]×900)/REF[Ω]

[0066] 参照数学式2，由于Iout＝28.66mA、VREF＝1.21V，因此基准电阻的电阻值是38KΩ。

[0067] 图5是图示利用LED照明的植物栽培过程的图，图6是用于说明脉冲宽度调制的图。

[0068] 参照图5与图1，首先管制装置200接收通过设在植物工厂内的摄影装置227的电荷耦合器件(CCD)摄像机拍摄的摄影数据-S501，并且通过网关225接受并收集由计量模块233发出的电压相关信息与设在传感器模块235的光传感器、湿度传感器等多样的传感器感知的感知数据-S503、S505、S507。此时网关225与计量模块233及传感器模块235通过像蜂窝一样的近距离无线通信网收发信息及数据，在网关225收到的信息及数据通过有线无线路由器221通过网络协议等转换信息，传送到管制装置200。

[0069] 接着管制装置200确认通过摄影装置227收到的图像，并确认发光模块237有无异常，且对电压相关数据及感知数据进行分析-S509。例如、管制装置200可分析栽培植物是否受到适当的光合波长，是否处于便于生长的波长范围。包含在阳光中的光的波长有很多种，但其中420～470nm与620～690nm的波长会促进光合作用已被证实，因此管制装置200分析是否保持在该波长范围，进而还判断绿色光是否在500-560nm范围。

[0070] 当确认图像的结果发现发光模块237发生异常时，就会联系植物工厂管理者的手机等，告知发生异常，但是若分析电压相关数据及感知数据的结果需要更换工厂内部环境时，将相关信息传送到管理者用操作装置223，要请其保持最佳状态-S511。当然管制装置200不仅提供相关信息，还可通知植物工厂管理者的手机等需要更换植物工厂内部环境。

[0071] 根据管制装置200的要请，管理者用操作装置223提取保存在内存中的调控数据，并将其传送到网关225-S513。在此在内存中选择的调控数据，可基于管制装置200发出的分析结果自动运行程序，而在内存中提取相关数据，并将其传送到网关225，也可由使用者界面发出。此时该调控数据优先通过近距离无线通信传送到网关225。

[0072] 接着网关225向调控模块231传送该调控数据-S515。当然在此过程中网关225也可向计量模块233或传感器模块235传送该数据，因此本发明实施例并不限于只向调控模块231传送。

[0073] 在此过程中，例如网关225从管理者用操作装置223接收调控数据，并分析该数据的特征或性质。在此所谓特征或性质分析，是指由于网关225具备用于传送该调控数据的模块的识别信息，可对正在栽培特定植物的地方的发光模块237进行调节，并进一步调控如、调节波长、调节电压、或调节像湿度一样的栽培环境。据此可调控位于特定栽培场所的调控模块231、计量模块233以及传感器模块235。

[0074] 当调控模块231基于收到的调控数据判断其需要调节波长等时，就会对发光模块237的发光元件、如LED元件进行调光-S517。换句话说，调控模块231打开位于驱动电路内的开关元件，而点亮LED元件，若假设此时LED的亮度是100％，为了将LED亮度调到50％，加设可变电阻而实现50％，或者将输入电压调低50％而调节亮度。本发明实施例如图6所示，通过将输入电压调低到50％的方法，在产生一定脉冲时，调节占空比而调节LED发出光的波长。如此调节占空比而提供一定的脉冲，LED就会把脉冲的接通时间视为平均值，从而获得如同施加50％电压一样的效果。在此过程中LED元件实际上每秒钟开关数万次，但肉眼看不到瞬间的点亮。这种脉冲宽度调制方式能够有效使用光的光反应、碳反应，光反应是在光照射时产生光合反应，碳反应是没有光照射时产生碳水化合物。重复这种光反应与碳反应对植物的生长及促进很有效。

[0075] 如上所述，植物生长需要促进光合作用，并且形态发生也是十分重要的因素。在此形态发生是指种子发芽、花瓣打开、开花、幼叶展开、叶绿素合成、季节间生长等质量变化。为此用于促进光合作用的红色光的波长是620～690nm，用于促进形态发生的蓝色光的波长是420～470nm。可见根据植物的生长状态所需波长不同，并且主要使用红色光及蓝色。考虑到这一点本发明实施例中，在形成波长范围时，为了形成全彩色，进行发光模块237的脉冲宽度调制，而自由调节所需波长范围。通过脉冲宽度调制，可将红色调成100％、蓝色调成
20％而调节所需波长与光量。其结果，设定LED的红色光在620～690nm、蓝色光在420～
470nm、绿色光在500～560nm。

[0076] 利用全彩色LED的脉冲宽度调制而进行的波长调节，可根据植物只提供所需红、绿、蓝的波长，而除去多余的波长，从而能够给植物提供最佳光量。通过提供特定波长可抑制霉菌、害虫。表1显示了光色及波长、农作物、效果的整理结果。

[0077] 表1

[0078]

[0079] 另外，根据本发明实施例的植物栽培用LED照明装置的驱动方法，与图1中系统及图5中植物栽培方法中所说明的网关225、供电装置229、调控模块231、计量模块233、传感器模块235以及发光模块237的功能并无不同，因此省略重复说明。

[0080] 上述说明只是本发明技术思想的举例说明，具备本发明所属技术领域通常知识的人，可在不超出本发明实质特征的范围内进行多种多样的修改及变形。因此，本发明中公开的实施例，并非用于限定本发明的技术思想，而只是用于进行说明，从而本发明技术思想的范围并不限于这些实施例。本发明的保护范围应根据权利要求书进行解释，并应解释为与其等同范围内的所有技术思想均应包含在本发明的权利范围内。

[0081] 并且，说明书中记载的“包括”、“构成”或“具备”等词汇，在没有特别相反的记载的情况下，意味着内装有该构件，应解释为不排除其他构件还可包含其他构件。包括技术或科学词汇的所有词汇，在没有不同定义的情况下，解释为具备本发明所述技术领域通常知识的人通常所理解的内容相同的意思。在词典有定义的词汇等通常使用的词汇，应解释为与相关技术的脉络上意思相一致的意思，在本发明中没有明确定义的情况下，不应解释为不现实或夸张的意思。

[0082] 本发明的实施例涉及一种利用LED照明的植物栽培系统及方法、植物栽培用LED照明装置及其驱动方法。根据本发明实施例，通过从植物工厂内部的管理者用操作装置到远距离地点的LED模块的网络连接及调控，可针对每个栽培植物分别准确进行，而促进植物生长。并且可将在植物工厂使用的LED模块、或包括田园系统与其LED模块的调控系统进行标准规范，从而能够减少提高植物栽培成本的因素，并提高栽培植物的经济效率。