【摘 要】
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光是植物光合作用的直接能量源和关键信息源。自然界中,光照不足的问题时有发生,人工补光成为植物栽培的必然需求。LED作为新型植物光源,相比传统人工光源具有更好的光照性能,但还存在光谱单一、光照效果差和不均匀的问题。因此,本文以LED光源为研究对象,分别从红蓝组合光源和红蓝白全光谱光源的优化设计以及不同LED光源对樱桃小萝卜生长发育的影响三方面进行研究,研发一款高效节能型LED植物生长光源,从而为开发
【基金项目】
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农业生产用智慧型LED组合光源控制系统关键技术研究与推广/2014A020208
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光是植物光合作用的直接能量源和关键信息源。自然界中,光照不足的问题时有发生,人工补光成为植物栽培的必然需求。LED作为新型植物光源,相比传统人工光源具有更好的光照性能,但还存在光谱单一、光照效果差和不均匀的问题。因此,本文以LED光源为研究对象,分别从红蓝组合光源和红蓝白全光谱光源的优化设计以及不同LED光源对樱桃小萝卜生长发育的影响三方面进行研究,研发一款高效节能型LED植物生长光源,从而为开发植物光源提供科学的理论依据。首先,对红蓝组合LED光源进行优化设计,通过实验研究LED灯珠类型、光源模组结构对LED光源的光强和均匀性的影响,以及比较了两种LED灯珠的发热效果。结果表明,增加侧板特别是30°倾角反光板有利于提高光照强度和光照均匀性;大功率型相比3030贴片型LED具有光照强度大和发热量低的优点。基于实验结果,设计LED排列组合方案并利用Trace Pro对各排列进行建模和仿真,研究灯珠不同排列对光照均匀性的影响。仿真表明,灯珠不同排列方式对光源的辐射照度均匀性有一定影响,对称双重等差数列的非均匀排布优于等间距均匀排布,特别是数列首项值为30mm时光源的均匀性最好。其次,对红蓝白全光谱光源的LED灯珠设计了多种排列组合方案,利用Trace Pro对各排列进行建模和仿真,研究不同排列对光照均匀性的影响。仿真表明,不同排列对辐射照度及其均匀性有一定影响,在双线SA40和单线CK30处理下光源均匀性分别为79.36%和77.78%,高于其它处理。然后,利用Altium Designer设计PCB电路,制作双线SA40和单线CK30光源实物并进行验证实验,以传统LED白灯为对照组,研究不同光源的光照均匀性优劣。结果表明,非均匀排布的双线SA40光源均匀度（88.93%）高于均匀排布的单线CK30光源均匀度（84.80%）,并优于传统LED白灯均匀度（78.44%）,有利于提高光源的光照效果,与仿真结果相符。为了验证光源对植物生长的光照效果和性能,基于前面研究结果,在150mm受光距离和215μmol/（m~2·s）光强条件下,研究不同LED光源对樱桃小萝卜生长发育的影响。结果表明,与传统LED白灯光照均匀度达到69.55%相比,双线和单线排布的红蓝白全光谱LED光源均匀度均达到86%以上,且光能利用率LUE和电能利用率EUE均得到提高,有利于促进特别是樱桃萝卜地下部生物量的积累,提高光合速率。本文研究表明,经过灯珠排列优化和光质组合优化的双线和单线红蓝白全光谱LED植物生长光源相比传统LED白灯具有更好的光照效果,光能和电能利用效率较高,有利于提高植物生长速率,实现高效节能。
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