基于叶绿素荧光参数的LED动态补光方法的研究

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1、2015年3月农机化研究第3期基于叶绿素荧光参数的LED动态补光方法的研究李征明，李钦夫，纪建伟(沈阳农业大学信息与电气工程学院，沈阳110866)摘要:通过分析现有的自动调光方式，研究一种新的补光方法—双线间接调光法，并以完成此方法为基础设计了动态补光系统。该系统分上下两个控制系统:下级以单片机为核心，PWM为控制方法，通过传感器测量光照强度直接调节LED输出光强;上级以上位机为控制核心，通过MINI－PAM测量植物的叶绿素荧光参数来调节下级单片机中的光照阈值，从而间接控制LED输出光强。应用该系统对番茄苗期的生长状态进行测试和对照实验，取得了良好的效果。关键词:MINIPAM;叶绿素

2、荧光参数;动态补光;LED;双线间接调光法中图分类号:S123文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)03－0030－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.03.007绿素荧光现象以来，人们就发现叶绿素荧光的产量与0引言光合作用有很强的负相关性;正因这种负相关性，所光照条件在各个生长期都是影响作物的生长的主以叶绿素荧光又被称为活体作光合作用的研究探针，要因素，当光照不能达到作物生长的最佳的光照要求是用来研究光合作用现象的最佳选择。叶绿素荧光时，就需要对作物的各个生长期进行补光。国际上补参数多种多样，能够反应的植物的生长信息也是多种光光源通常选择红色

3、和蓝色LED光源，可以做到高效多样的，在诸多叶绿素荧光参数当中比较直接地反应节能，有些地区甚至完全用人工光源代替自然光源培植物的光合作用能力的是ΦPSII。养作物。在自动补光系统中，通常以外界光照强度为研究表明，植物对光能的吸收峰集中在波长为标准进行补光，该方法设计简单、参数调整方便，但不400～500nm(主要是蓝光)和600～700nm(主要是红能从作物的内在因素分析其生长状态。本文以叶绿光)这两个波段。虽然现在很多还是采用全波段对植素荧光参数为补光参数调整基础，能够反映出作物的物进行补光，但是红蓝光组合补光更高效，在国外应光合作用效率，可以从作物生长的角度来调整光照条用也比全波段补

4、光更广泛。所以，本设计依然采用了件。为此，设计了一种双线间接调光法，并在此基础红蓝光组合的方法来对植物进行补光。上提出了一种新的自动控制动态补光系统。在检测环境因子方面，传感器至关重要。普通的光照传感器虽然可以对红蓝光组合进行检测，但是无1叶绿素荧光参数与补光方法分析法区分红光和蓝光在补光中单独能起到的作用。本光合作用的本质是一个植物转化太阳能为淀粉和设计采用单色光照传感器分别独立测量光照环境中多糖等其他形式的能量并储存的反应。光合作用主的红光和蓝光强度。该传感器实际上就是正常的光要由两阶段组成，分别是光反应和碳反应。其中，光照传感器加载滤光镜片，而滤光镜片可通过光的波长反应由光照引起，

5、并把光能转化成电能，叶绿素荧光范围，就是该光照传感器可测量的光照范围。现象发生在光反应阶段。叶绿素在光反应中的作用2补光决策与算法是用来捕捉光子能量并最终把光能转化成化学能、热能和荧光。自1931年由Kautsky和Hirsch发现的叶本设计采用双线间接调光法，是由于该方法分两级调节光照强度，可使能够反应植物光合作用能力的收稿日期:2014－06－06ΦPSII和能够反应光照条件的光照传感器反馈结果同基金项目:国家自然科学基金项目(60974113);辽宁省自然科学基金项目(201102191);辽宁省教育厅科研项目(L2011112)时参与最终的调光决策。其原理如图1所示。作者简介:李

6、征明(1977－)，男，河北玉田人，讲师，硕士，(E－mail)首先，该系统会输设定一个单色光光照强度的大bwclzm@163．com。小作为阈值，这个值是一个略低于饱和光照强度的经通讯作者:纪建伟(1963－)，男，辽宁锦州人，教授，博士生导师，(E－mail)jianweiji7879@hotmail．com。验值。以单片机为核心的PWM会把LED灯光照强度·30·2015年3月农机化研究第3期逐渐地调节到设定的阈值附近，这是下级直接调节;谱范围400～700nm(可见光)，误差±7%，工作电压MINI－PAM系统会检测植物叶片的叶绿素荧光参数，12～24V，输出信号0～2V。蓝色滤

7、光镜片透光光谱并把该值返回到上位机储存分析。当作物的荧光参范围为400～540nm，红色滤光镜片透光光谱范围为数偏离上位机内记录的正常光照下的参数值时，上位590～720nm，滤光镜片可以吸收可透光以外所有的光机会发出指令通过ＲS232串行口通信连接单片机。波。这样，即使在红蓝光混合区或者自然光中，仍然单片机接收到调节指令后重新调节内置阈值，进一步可以测得红光和蓝光单色光的光照强度。互相独立会调节LED的光照强度，最终使得光照回归到