項目名稱： 詩經(jīng)植物智能光控育苗室
Nursery room with intelligent light environment control system used for the plants in The Book of Songs
申報單位： 深圳信息職業(yè)技術(shù)學院
綜合介紹或申報理由：
根據(jù)實際空間大小建造特定規(guī)格尺寸的箱體，通過結(jié)合全自動智能環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)、無土栽培種植系統(tǒng)、全人工光輻照系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、根據(jù)實際空間大小建造特定規(guī)格尺寸的箱體，通過結(jié)合全自動智能環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)、無土栽培種植系統(tǒng)、全人工光輻照系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、植物工廠技術(shù)及設(shè)施設(shè)備，營造穩(wěn)定適宜的人工氣候室，實現(xiàn)管控自動化、無人值守的智能化詩經(jīng)植物育苗環(huán)境實驗及自動實驗數(shù)據(jù)采集和參數(shù)精準調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)周年連續(xù)多科目多品種詩經(jīng)植物育苗實驗。
育苗室可廣泛應(yīng)用于詩經(jīng)國學傳承教育基地建設(shè)，各高校及科研機構(gòu)的科研實驗，應(yīng)用于中小學校進行農(nóng)業(yè)科普教育。因其是全年不間斷生產(chǎn)模式，具有占地集約（高效利用土地）、產(chǎn)量穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的特點，可提供詩經(jīng)植物幼苗及為城市提供更新鮮、更健康的綠色、潔凈、安全、高品質(zhì)（無農(nóng)藥殘留和重金屬污染）蔬菜產(chǎn)品和特殊人群所需的功能蔬菜（高附加值）。
主要技術(shù)參數(shù)：
LED植物光照系統(tǒng)的光合有效光量子流密度（PPFD）可調(diào)范圍：50-200μmol/㎡·s；育苗室溫度通?？刂圃?0-30℃，最適溫度22-24℃；育苗室相對濕度一般設(shè)置在50-85%，最佳濕度65-75%；氣肥（CO2）的最佳經(jīng)濟增施濃度700-1000ppm；營養(yǎng)液EC值控制在1200-3000μS/cm。植物照明光源要求富含400~500nm藍紫光和600~700nm紅橙光，可采用全光譜白光LED（由紫外LED芯片激發(fā)熒光粉制得），或適當?shù)募t（660nm）、藍（450nm）光比例（R/B比），適當?shù)募t光、遠紅光（730nm）比例（R/FR比），以及具有其他特定要求的光譜成分（如補充紫外光不足等），作為植物照明的光源。這就涉及紅、藍、白、遠紅、紫、黃、綠、紫外等多種LED類型，具體涵蓋峰值波長、半峰寬、PPFD、工作電流等特性。將不同波長的LED分別組成獨立的恒流驅(qū)動電路回路，采用高精度數(shù)字調(diào)光接口和恒流驅(qū)動芯片，通過分別調(diào)節(jié)各路PWM（脈沖寬度調(diào)制，Pulse Width Modulation）輸出波形的占空比，并通過后級的大功率電流驅(qū)動模塊，實現(xiàn)不同顏色LED的驅(qū)動電流分別調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)光合光量子通量密度（PPFD）與光質(zhì)（光譜）的調(diào)節(jié)，完成LED光環(huán)境調(diào)節(jié)控制。
與國內(nèi)外同類產(chǎn)品或同類技術(shù)的比較情況：
植物工廠技術(shù)，在國內(nèi)外都有一定的技術(shù)發(fā)展及示范應(yīng)用。但專門針對詩經(jīng)植物育苗并結(jié)合特定位置空間大小規(guī)劃定制箱體，營造穩(wěn)定適宜的人工氣候室，深圳信息職業(yè)技術(shù)學院這次研究開發(fā)與設(shè)計制作的詩經(jīng)植物育苗室，尙屬首次（國內(nèi)外之前未見有相關(guān)報道）。首先針對植物立體栽培，通過對多層栽培架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計和采用新型半導(dǎo)體照明LED光源，提高空間利用率和光空間分布均勻性；同時，借助于配置營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)、水肥一體化精準滴灌系統(tǒng)，實現(xiàn)營養(yǎng)液和水肥的精準供給與高效利用。摸索各自需光特性，掌握不同植物和同種植物不同生長發(fā)育期對光質(zhì)（光譜及其分布）、光密度（光合光量子通量密度，PPFD）、光周期（光照時間）及不同功能目標對相關(guān)影響因子的需求規(guī)律。研制詩經(jīng)植物多層立體育苗用LED光源及燈體，高效、穩(wěn)定、可調(diào)光LED恒流驅(qū)動電源，光質(zhì)和光密度在線檢測與智能控制裝置；構(gòu)建智能無線傳感通信網(wǎng)絡(luò)（包含溫度、濕度、光質(zhì)、光密度、營養(yǎng)液/水肥EC值、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)檢測用傳感器、集中服務(wù)器、終端控制器）。溫度調(diào)控功能、濕度調(diào)控功能、LED光照及調(diào)控功能、CO2氣肥自動檢測與增施功能、營養(yǎng)液與水肥EC/pH值檢測與控制功能、營養(yǎng)液與水肥液溫控制和補液循環(huán)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)全程自動化、智能化。
經(jīng)濟評價分析：
可根據(jù)實際空間大小建造特定規(guī)格尺寸的箱體，能夠根據(jù)詩經(jīng)植物的不同種類及其生育階段，適時調(diào)整LED光照的（光譜及其分布）、光密度（光合光量子通量密度，PPFD，光強）和光照時長（光周期），提供適宜的詩經(jīng)植物光照環(huán)境，促進其生長發(fā)育，尤其對于這些觀賞性植物，具有顯著的經(jīng)濟社會效益。完成LED光照的光源選型、配比的確定及其組合設(shè)計，高效率、可靠性好、可調(diào)光LED恒流驅(qū)動電源設(shè)計，LED燈具和多層立體栽培架及栽培床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，多層立體植物育苗環(huán)境參數(shù)在線檢測與智能調(diào)控技術(shù)。項目成果技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用，相對于傳統(tǒng)人工光源，可減少詩經(jīng)植物育苗光照電能消耗50%；促進植物生長發(fā)育、縮短詩經(jīng)植物育苗周期，提高詩經(jīng)植物產(chǎn)出率和綜合品質(zhì)，提升空間利用率和單位面積生產(chǎn)效能。
技術(shù)及工藝創(chuàng)新要點：
技術(shù)及工藝創(chuàng)新要點：
① 用LED替代傳統(tǒng)人工電光源來進行詩經(jīng)植物育苗光照。
② 多層立體栽培層架和LED光照系統(tǒng)及驅(qū)動控制模塊化。
③ 水培營養(yǎng)液及基質(zhì)培水肥和環(huán)境在線檢測與智能調(diào)控。
④ 用無線傳感通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)實時監(jiān)測與智能遠程調(diào)節(jié)控制。
用光量子傳感器測量光合光量子通量密度，用光譜彩色照度計測量光譜、照度、輻射功率等技術(shù)指標，并借助于溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度傳感器、營養(yǎng)液酸堿度（pH值）傳感器、營養(yǎng)液濃度（EC值）傳感器、溶氧（DO）傳感器等在線實時監(jiān)測多層立體栽培光環(huán)境參數(shù)變化情況并根據(jù)實際需要進行及時智能控制。所有環(huán)境信息通過傳感器進入智能控制系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集單元、控制器和執(zhí)行機構(gòu)）進行儲存、顯示，并通過控制軟件進行分析、判斷，在指揮相關(guān)的執(zhí)行機構(gòu)完成對系統(tǒng)的控制。各傳感器對溫度、濕度、CO2、光照以及營養(yǎng)液等參數(shù)進行在線實時檢測，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機，完成數(shù)據(jù)采集；采用PLC為核心控制器，PC機與組態(tài)軟件作為監(jiān)控模塊，兩者通過串口進行通信來控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，從而實現(xiàn)整個過程的智能化控制。
實際運用案例和用戶評價意見：
項目技術(shù)產(chǎn)品具有占地集約、運行穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)等系列突出優(yōu)點，可適時調(diào)整LED詩經(jīng)植物光照的光質(zhì)、光強和光照時長，能夠?qū)崿F(xiàn)按需提供適宜的詩經(jīng)植物光照環(huán)境，促進其生長發(fā)育。通過光環(huán)境和水培營養(yǎng)液/基質(zhì)培水肥一體化管控的在線監(jiān)測與智能遠程控制，能夠提高資源有效利用率、大幅增加單位土地面積上的有效使用面積及育苗密度。實現(xiàn)了管控的自動化、精準化、無人值守，智能化詩經(jīng)植物育苗環(huán)境實驗及自動實驗數(shù)據(jù)采集和參數(shù)精準調(diào)節(jié)控制，有利于保障周年連續(xù)多科目多品種詩經(jīng)植物育苗實驗。
獲獎、專利情況：
正在申請發(fā)明專利4件：
智能化植物工廠、多層立體植物栽培裝置、一種水肥精準調(diào)控裝置、一種基于多源信息融合的作物節(jié)水灌溉決策方法及測控系統(tǒng)；實用新型專利2件：水肥一體滴灌裝置、調(diào)控基質(zhì)/土壤濕度的裝置。
已經(jīng)申請與獲授權(quán)實用新型專利8件,其中已獲授權(quán)7件。
申請實用新型專利，吳啟保，一種植物栽培裝置，201921706246.5
授權(quán)實用新型專利，吳啟保，一種電熱水器及其保護裝置，ZL201820677111.X
授權(quán)實用新型專利，吳啟保，植物生長吊頂裝置，ZL201520397816.2
授權(quán)實用新型專利，吳啟保，植物生長茶幾，ZL201520413061.0
授權(quán)實用新型專利，吳啟保，LED模組，ZL201520399166.5
授權(quán)實用新型專利，吳啟保，罩棚燈，ZL201520399045.0
授權(quán)實用新型專利，李金玉、吳啟保，植物栽培設(shè)備，ZL201420244222.3
授權(quán)實用新型專利，李金玉、吳啟保，植物組織培養(yǎng)架，ZL201520196958.2
是否有“智能設(shè)計”？
項目結(jié)合了自動化全人工光智能光環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、植物工廠技術(shù)及設(shè)施設(shè)備，營造穩(wěn)定適宜的人工氣候室，實現(xiàn)管控自動化、無人值守的智能化詩經(jīng)植物育苗，植物育苗環(huán)境實驗及自動實驗數(shù)據(jù)采集和參數(shù)調(diào)節(jié)控制，實現(xiàn)周年連續(xù)多科目多品種詩經(jīng)植物育苗實驗。搭建1套適用于集裝箱式智控型LED詩經(jīng)植物光照立體育苗系統(tǒng)，開發(fā)1套智能高效節(jié)能詩經(jīng)植物LED光照立體育苗環(huán)境調(diào)控軟件。
申報單位介紹：
深圳信息職業(yè)技術(shù)學院是經(jīng)廣東省人民政府批準、教育部備案，深圳市人民政府舉辦的公辦
全日制高等院校，是國家示范（骨干）高職院校建設(shè)單位、國家示范性軟件職業(yè)技術(shù)學院、教育部“中德職教汽車機電合作項目”試點院校，深圳市人力資源與社會保障局同意批準我校設(shè)立博士后創(chuàng)新實踐基地，學校“2188創(chuàng)客空間”被國家科技部認定為國家級眾創(chuàng)空間，擁有3個國家級高等職業(yè)教育專業(yè)教學資源庫。深圳信息職業(yè)技術(shù)學院，下設(shè)智能制造與裝備學院、智慧植物工廠技術(shù)研究所、第三代半導(dǎo)體材料與器件研究所、交通與環(huán)境學院、電子與通信學院、信息技術(shù)研究所等二級學院和研究機構(gòu)，設(shè)有智能控制技術(shù)專業(yè)、半導(dǎo)體照明工程專業(yè)、園林工程技術(shù)專業(yè)、應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)、通信技術(shù)專業(yè)。
產(chǎn)品圖片：
粵公網(wǎng)安備 44010602001351號