LED照明技术被认为是21世纪农业取得革命性突破的重要技术手段之一,将LED应用于植物工厂是设施园艺的最高级发展阶段。然而,在我国植物工厂蔬菜栽培领域中,缺乏具有自主知识产权的LED照明产品,因此,本文研制和设计符合植物工厂需求的高光照均匀度的LED植物光源产品和光环境调控系统。本文在LED植物生长灯设计标准和光照计算公式的基础上,运用TracePro软件建立不同LED阵列排布形式的光学模型并进行仿真分析,最后选择出了光照均匀度比较高的LED阵列排布形式—方形阵列。此外,为了进一步提高LED植物生长灯的光照均匀性,本文对方形阵列进行改进建模和仿真分析,结果表明,根据不同位置LED的斯派罗值来灵活排布LED能显著扩大被照射平面接受光照的均匀面积,提高LED植物生长灯的光照均匀性,增加植物产品的生长一致性。此外,本文选用STM32单片机作为控制芯片,采用PWM调光方式,结合外围电路完成了光环境控制系统的硬件和软件的设计,最后将其应用到植物工厂生菜的种植中,完成了对生菜的照明和光环境控制。通过系统测试可知,本文设计的LED植物生长灯的电学性能,光学性能和辐射性能较好,LED植物生长灯光照均匀度较高,均匀面积约占被照射面积的65.5%,红蓝光质配比为5:1,光照周期为12h,符合LED植物生长灯的设计要求,所设计的光环境控制系统的人机交互界面简约美观,操作简单。此外,应用本系统种植的生菜生长周期短,生长速度一致,产品一致性较好。因此,本文所设计的LED植物生长灯和光环境调控系统能够应用于植物生长照明领域。