基 于 光 質(zhì) 配 比 的 智 能 植 物 補(bǔ) 光 試 驗(yàn) 研 究 李 鑫 劉 健 張 博 蔡 喜 平 黑 龍 江 大 學(xué) 物 理 科 學(xué) 與 技 術(shù) 學(xué) 院 黑 龍 江 哈 爾 濱 1 0 0 0 8 0 摘要 基 于不同光質(zhì)配比對植物生長有不同的 生理意義 對 L E D 智能植 物 補(bǔ)光 燈進(jìn)行 研究 提出 了可 以 一 燈 多 用 的 光 質(zhì) 配 比 補(bǔ) 光 方 法 補(bǔ)光 燈以 F P G A 為控制器 選用 R G B L E D 燈珠為補(bǔ)光燈 源 通過光 強(qiáng) 傳感 器采 集光 強(qiáng)值 當(dāng) 與預(yù) 設(shè)值 不符 時(shí) 調(diào) 用補(bǔ) 光配 比方 案 庫 內(nèi) 與植物 種類對應(yīng)的補(bǔ)光信號 通過三路恒流驅(qū)動(dòng)電路 分別控 制 R G B 3 個(gè)發(fā) 光芯 片的 P W M 占 空比 以 實(shí) 現(xiàn) 光 譜 可 調(diào) 光 質(zhì) 配 比 可 調(diào) 的智能補(bǔ) 光 通過紅藍(lán)光 2 1 配 比光 照為生菜種 子補(bǔ) 光的萌發(fā) 試 驗(yàn) 發(fā)現(xiàn) 種子 萌發(fā) 數(shù)顯 著高 于對照 組 P 0 0 5 此 智能 補(bǔ)光燈 成 本低 設(shè)計(jì)簡單 調(diào)光比 例精確 基本可滿足植物對光 的需求 極具實(shí)用 價(jià) 值 關(guān)鍵詞 L E D 智能補(bǔ) 光 P W M 種 子 萌發(fā) 光質(zhì)配比方案庫 中圖分類 號 S 1 2 3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0 5 1 7 6 6 1 1 2 0 2 1 2 0 0 2 2 0 0 4 d o i 1 0 3 9 6 9 j i s s n 0 5 1 7 6 6 1 1 2 0 2 1 2 0 0 5 9 開 放科學(xué) 資源 服務(wù) 標(biāo)識 碼 O S I D I n t e l l i g e n t P l a n t L i g h t S u p p l e m e n t E x p e r i m e n t B a s e d o n L i g h t Q u a l i t y R a t i o L I X i n L I U J i a n Z H A N G B o e t a l S c h o o l o f P h y s i c s S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y H e i l o n g j i a n g U n i v e r s i t y H a r b i n H e i l o n g j i a n g 1 0 0 0 8 0 A b s t r a c t D u e t o d i f f e r e n t p h y s i o l o g i c a l s i g n i f i c a n c e o f d i f f e r e n t r a t i o o f l i g h t q u a l i t y o n p l a n t g r o w t h L E D i n t e l l i g e n t l i g h t s u p p l e m e n t l a m p w a s s t u d i e d A l i g h t q u a l i t y r a t i o l i g h t s u p p l e m e n t m e t h o d o f o n e l a m p w i t h m u l t i p l e f u n c t i o n s w a s p r o p o s e d F P G A w a s u s e d a s t h e c o n t r o l l e r o f l i g h t s u p p l e m e n t l a m p R G B L E D l a m p b e a d w a s u s e d a s t h e s u p p l e m e n t a r y l i g h t s o u r c e t o c o l l e c t t h e l i g h t i n t e n s i t y v a l u e t h r o u g h t h e l i g h t i n t e n s i t y s e n s o r I f t h e l i g h t i n t e n s i t y d i d n o t m a t c h t h e p r e s e t v a l u e w e a l l o c a t e d t h e s u p p l e m e n t a r y l i g h t s i g n a l c o r r e s p o n d i n g t o t h e p l a n t s p e c i e s i n t h e s u p p l e m e n t a r y l i g h t r a t i o s c h e m e l i b r a r y a n d c o n t r o l l e d t h e P W M d u t y r a t i o s o f t h e t h r e e l i g h t e m i t t i n g c h i p s R G a n d B t h r o u g h t h e t h r e e c o n s t a n t c u r r e n t d r i v e c i r c u i t s s o a s t o r e a l i z e t h e i n t e l l i g e n t f i l l l i g h t w i t h a d j u s t a b l e s p e c t r u m a n d a d j u s t a b l e l i g h t q u a l i t y r a t i o T h r o u g h t h e g e r m i n a t i o n e x p e r i m e n t o n l e t t u c e s e e d s e x p o s e d a t t h e l i g h t w i t h t h e i n t e n s i t y r a t i o o f 2 1 f o r r e d t o b l u e i t w a s f o u n d t h a t t h e g e r m i n a t e d n u m b e r o f s e e d w a s s i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n t h a t o f c o n t r o l g r o u p P 0 0 5 T h i s i n t e l l i g e n t l i g h t l a m p h a d t h e a d v a n t a g e s o f l o w c o s t s i m p l e d e s i g n a n d a c c u r a t e d i m m i n g r a t i o T h e l i g h t l a m p c o u l d b a s i c a l l y m e e t t h e n e e d s o f p l a n t s f o r l i g h t a n d i t i s e x t r e m e l y u s e f u l K e y w o r d s I n t e l l i g e n t L E D l i g h t i n g P W M S e e d g e r m i n a t i o n L i g h t q u a l i t y r a t i o s c h e m e l i b r a r y 作 者 簡 介 李 鑫 1 9 9 5 女 黑 龍 江 雙 鴨 山 人 碩 士 研 究 生 研 究 方 向 家 居 智 能 相 關(guān) 方 面 的 技 術(shù) 研 發(fā) 通 信 作 者 教 授 博 士 從 事 光 電 信 息 技 術(shù) 研 究 收 稿 日 期 2 0 2 1 0 1 1 4 室內(nèi) 花 草 不 僅 可 以 美 化 環(huán) 境 而 且 可 以 凈 化 空 氣 但 是 如果 養(yǎng) 護(hù)不 當(dāng) 花草就 可 能 發(fā) 黃 枯 萎 甚 至 死 亡 部 分 原 因 在 于 人 們 工 作 繁 忙 無 暇 顧 及 對 花 草 的 養(yǎng) 護(hù) 但 更 重 要 的 原 因 是人們 對花草 的 生活 習(xí) 性 缺 乏 了 解 不 能 提 供 合 適 的 養(yǎng) 護(hù) 手 段 適 合在室 內(nèi) 種植 的 花 草 種 類 繁 多 每 一 種 植 物 都 有 自 己 獨(dú)特的 基 因 庫 它 們 的 生 長 對 土 質(zhì) 酸 堿 度 營 養(yǎng) 成 分 光 照 等要求 各不 相 同 即 使 人 們 對 某 種 植 物 的 生 活 習(xí) 性 有 足 夠 的 了 解 但 也 可 能 因 為 沒 有 足 夠 的 手 段 無 法 實(shí) 現(xiàn) 按 需 養(yǎng) 護(hù) 基于 人工智 能 的 智 能 植 物 養(yǎng) 護(hù) 技 術(shù) 是 解 決 上 述 問 題 的 有 效 途 徑 這 些 技 術(shù) 可 以 實(shí) 現(xiàn) 對 植 物 的 智 能 養(yǎng) 護(hù) 如 自 動(dòng) 補(bǔ) 水 智 能 補(bǔ)光 等 1 2 針 對不 同 植物 對光 照 的需 求 設(shè) 計(jì) 了 一 種 智 能 植 物 養(yǎng) 護(hù) 系 統(tǒng) 用 于 自 動(dòng) 調(diào) 控 光 譜 成 分 和 光 照 強(qiáng) 度 實(shí)現(xiàn) 任 意光 質(zhì) 配比 的補(bǔ)光 以 促 進(jìn)植 物 的健康 成 長 光對植 物的 生 長 有 著 不 可 替 代 的 作 用 太 陽 光 光 譜 范 圍 為 3 0 0 2 6 0 0 n m 其中 對植物 的光合 作用有 效的光 譜 范圍 為 4 0 0 7 0 0 n m 根 據(jù) 光 譜 成 分 的 不 同 可 將 光 分 為 不 同 光 質(zhì) 紅光是 植物光 合 作用 的 主 要 成 分 紅 光 照 射 下 可 以 促 進(jìn) 植 物 葉綠素 花 色 素苷 的生成 3 藍(lán) 光 有 利 于 植 物 葉 的 生 長 和 莖 的加粗 提 高 生 長 速 率 4 5 綠 光 可 以 深 入 植 物 的 下 冠 層 降低 葉 片枯 萎 速度 保 持 植 物 鮮 活 6 大 量 研 究 表 明 不 僅 單 光質(zhì)對 植物生 長 有積 極 作 用 將 光 質(zhì) 按 一 定 比 例 混 合 也 對 植 物生長 有著 重 要 意 義 適 當(dāng) 比 例 的 紅 綠 藍(lán) 光 混 合 可 以 促 進(jìn) 植物 生 長 并 且 效 果 較 好 7 1 4 比 如 光 質(zhì) R B G 8 1 1 對 黃 瓜幼 苗 的莖 粗 葉 面積 都 有積 極 影 響 R B 7 1 的 混 合 光 照對 蘆 薈的 各 項(xiàng)生 長 指標(biāo) 增 長量 的影響 最 大 R B 1 9 的 復(fù)合 光 對油 麥 菜的 生 長最 為 有利 R B G 7 2 1 可 以 顯 著 提 高 番茄 的 葉綠 素 含量 和 凈光 合 速率 R B 3 1 對 鐵 皮 石 斛 組 培苗 各 有效 成 分的 影 響最 為 顯 著 然 而 并 不 是 所 有 混 合 光 質(zhì) 都會 對 植物 生 長有 積 極作 用 比 如 對 紅 橘 幼 苗 的 研 究 中 發(fā) 現(xiàn) 光質(zhì) 比 例為 R B 4 1 時(shí) 紅 橘 幼 苗 各 部 分 的 物 質(zhì) 含 量 都 明 顯降 低 其 生 長 被 抑 制 1 5 由 此 可 見 不 同 植 物 的 生 長 所 需 最優(yōu) 光 質(zhì)是 不 同的 為 植 物補(bǔ) 充 適 宜 的 光 質(zhì) 可 以 促 進(jìn) 植 物 生 長 發(fā) 育 相 反 則 會 抑 制 植 物 生 長 因 此 為 植 物 提 供 最 優(yōu) 光 質(zhì) 配比 顯 得尤 為 重要 現(xiàn)有 的 控制 補(bǔ) 光 燈 的 光 質(zhì) 配 比 的 方 法 是 控 制 點(diǎn) 亮 的 燈 珠 配 比數(shù) 量 1 6 此 種 方 法 具 有 較 大 的 局 限 性 只 能 針 對 某 一 植物 應(yīng) 用 不具有 普遍 意 義 智 能 植 物 補(bǔ) 光 燈 是 解 決 上 述 問 題 的 有 效 途 徑 它 們 大 多 采 用 紅 色 和 藍(lán) 色 的 發(fā) 光 二 極 管 l i g h t e m i t t i n g d i o d e L E D 組合搭 配 通 過 P W M 脈 沖寬度 調(diào) 制 調(diào) 光 可 控 硅 調(diào) 光 模 擬 調(diào) 光 等 調(diào) 光 技 術(shù) 控 制 光 質(zhì) 比 例 1 7 但 是 此 種方 法 需 要 經(jīng) 過 合 理 布 局 鋪 設(shè) 不 同 顏 色 的 燈 珠 并 且 當(dāng) 植 物 所 需 光 質(zhì) 為 單 光 質(zhì) 時(shí) 其 他 光 質(zhì) 的 燈 珠 就 會 被 閑置 針 對 上 述 問 題 筆 者 選 用 R G B L E D 燈 珠 可 同 時(shí) 調(diào) 控 三 路 紅 綠 藍(lán) 芯 片 的 發(fā) 光 強(qiáng) 度 實(shí) 現(xiàn) 任 意 比 例 的 光 配 比 方案 不用 改變燈 珠布 局 此設(shè) 計(jì) 既 解 決 了 傳 統(tǒng) 單 光 質(zhì) 光 源 的 補(bǔ)光 的 局限 性 又 可精 確 調(diào)控 光 質(zhì)配 比 1 智 能補(bǔ)光 燈設(shè)計(jì) 1 1 系 統(tǒng)設(shè) 計(jì) 圖 1 為智 能補(bǔ)光 控制器 的系統(tǒng) 框圖 智能 補(bǔ) 安 徽 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) J A n h u i A g r i c S c i 2 0 2 1 4 9 2 0 2 2 0 2 2 3 2 4 2 光 控 制 器 利 用 光 強(qiáng) 傳 感 器 對 植 物 接 收 到 的 光 強(qiáng) 進(jìn) 行 采 集 將 采 集到的 光強(qiáng)值 與 預(yù)設(shè) 的 閾 值 進(jìn) 行 比 較 當(dāng) 與 預(yù) 設(shè) 閾 值 不 相 符 合時(shí) 發(fā) 送 需 要補(bǔ) 光的 信 號 至 信 息 采 集 控 制 板 該 控 制 板 以 現(xiàn) 場 可 編 程 門 陣 列 f i e l d p r o g r a m m a b l e g a t e a r r a y F P G A 為 核心 根據(jù) 植 物的 補(bǔ) 光 要 求 調(diào) 用 光 配 比 方 案 庫 輸 出 三 路 脈 沖 寬 度 調(diào) 制 p u l s e w i d t h m o d u l a t i o n P W M 信 號 后 接 三 路 恒 流 驅(qū) 動(dòng) 電 路 調(diào) 節(jié) 加 載 在 R G B 3 個(gè) 引腳上 電 流的 大 小 以 調(diào) 節(jié) 光 強(qiáng) 使 R G B L E D 發(fā) 出 植 物 需 要 光 質(zhì) 及 其 合 適 比 例 圖 1 智能補(bǔ) 光控制器框 圖 F i g 1 B l o c k d i a g r a m o f i n t e l l i g e n t l i g h t f i l l i n g c o n t r o l l e r 1 2 調(diào) 光 程序 設(shè)計(jì) 調(diào) 光 程 序 的 設(shè) 計(jì) 目 的 是 根 據(jù) 不 同 的 補(bǔ) 光 信 號 使 R G B 三 路信號 輸 出 對 應(yīng) 的 P W M 圖 2 為 調(diào) 光 程 序 的 流 程 圖 設(shè) 計(jì) 中 包 括 主 控 程 序 設(shè) 計(jì) 存 儲 器 設(shè) 計(jì) 選 擇 程 序 設(shè)計(jì) P W M 程 序 設(shè) 計(jì) 主 控 程 序 的 設(shè) 計(jì) 目 的 根 據(jù) 植 物 對 光 的需要 調(diào)用 存 儲 器 內(nèi) 相 應(yīng) 信 息 只 讀 存 儲 器 內(nèi) 存 儲 光 質(zhì) 配 比 方 案 對 植 物 所 需 的 光 質(zhì) 配 比 信 息 進(jìn) 行 編 碼 可 根 據(jù) 主 控 信 號 的 不 同 選 擇 對 應(yīng) 的 光 質(zhì) 配 比 信 息 信 號 選 擇 程 序 的 設(shè) 計(jì)目 的 是為 P W M 占 空 比 提 供 控 制 信 號 P W M 程 序 設(shè) 計(jì) 的 目的 是 根據(jù) 選 擇 程 序 的 信 號 輸 出 P W M 1 P W M 2 P W M 3 信 號 圖 2 調(diào) 光程序流程 F i g 2 F l o w o f d i m m i n g p r o g r a m 1 3 驅(qū)動(dòng) 電 路設(shè) 計(jì) L E D 驅(qū) 動(dòng) 電 路 分 為 恒 壓 驅(qū) 動(dòng) 電 路 和 恒 流 驅(qū) 動(dòng)電 路 因 為 L E D 伏 安 特 性 具 有 負(fù) 溫 度 系 數(shù) 的 特 點(diǎn) 當(dāng) 電 壓一 定 時(shí) 電流 會 隨溫 度 變 化 選 用 3 W 大 功 率 R G B L E D 對 溫度 的 影響 非常 嚴(yán) 重 溫度 過 高會 造 成 輻 射 光 強(qiáng) 大 幅 度 減弱 因此 選擇恒 流驅(qū) 動(dòng) 電路 恒 流 驅(qū) 動(dòng) 電 路 根 據(jù) 組 成 器 件 不 同 可 以 分 為 晶 體 管 恒 流 源 場 效 應(yīng) 管 恒 流 源 集 成 運(yùn) 放 恒 流 源 3 類 其 中 集 成 運(yùn)放 恒 流 源 的 主 要 器 件 為 運(yùn) 算 放 大 器 和 場 效 應(yīng) 管 采 用 運(yùn) 放 作 為 反 饋 因 為 溫 度 對 運(yùn) 放 參 數(shù) 的 影 響 較小 因 此 集 成 運(yùn) 放 恒 流 源 更 穩(wěn) 定 精 度 更 高 經(jīng) 過 綜 合 分 析 選 用 恒 流 源 驅(qū) 動(dòng) 方 式 設(shè) 計(jì) 了 恒 流 驅(qū) 動(dòng) 電 路 原 理 圖 如 圖 3 所 示 調(diào) 光 程序 輸 出 的 P W M 1 P W M 2 P W M 3 信 號 分 別 與 運(yùn)算 放 大器 的 同相 輸 入端 連 接 改 變 脈 沖 信 號 的 占 空 比 從 而 改變 了 電流 大 小 進(jìn)而 調(diào) 節(jié)光 強(qiáng) 度 圖 3 恒 流源驅(qū)動(dòng)電 路圖 F i g 3 T h e c o n s t a n t c u r r e n t d r i v e c i r c u i t d i a g r a m 1 2 2 4 9 卷 2 0 期 李 鑫 等 基 于 光 質(zhì) 配 比 的 智 能 植 物 補(bǔ) 光 試 驗(yàn) 研 究 2 智能 調(diào)光 方 案 設(shè)計(jì) 2 1 L E D 燈的 選 擇 選 擇 合 適 的 L E D 是 植 物 補(bǔ) 光 試 驗(yàn) 中 的 一 重要部 分 L E D 燈 有 節(jié) 能 環(huán) 保 能 耗 低 的 優(yōu) 點(diǎn) 可 滿 足 日 常 家居長 時(shí)間為 植 物 補(bǔ) 光 的 需 要 1 8 L E D 發(fā) 出 的 光 是 冷 光 源 發(fā) 熱 少 即 使 近 距 離 為 植 物 補(bǔ) 光 照 射 也 不 會 對 植 物 造 成 傷 害 R G B L E D 不僅 有 普 通 L E D 的 優(yōu) 點(diǎn) 而 且 因 其 內(nèi) 部 封 裝 了 3 個(gè) 發(fā) 光 芯 片 可 以 同 時(shí) 發(fā) 出 3 個(gè) 波 段 的 光 通 過 P W M 信 號改 變 其占 空 比 從 而 調(diào) 節(jié) 發(fā) 光 光 強(qiáng) 和 合 成 光 譜 即 對 光 質(zhì)的 調(diào) 節(jié) 圖 4 為 R G B L E D 燈 珠 的 3 個(gè) L E D 光 源 的 光 譜圖 波長 范圍分 別為 4 4 0 4 8 0 4 9 0 5 8 0 6 0 0 6 8 0 n m 峰 值 分 別為 4 6 0 5 3 0 和 6 3 0 n m 可滿 足 植物 對 光的 需 要 圖 4 R G B L E D 3 個(gè)芯 片的發(fā)光光 譜 F i g 4 R G B L E D l u m i n e s c e n c e s p e c t r a w i t h t h r e e c h i p s 2 2 補(bǔ) 光 燈性 能測 試 為 了測 試 調(diào)光效 果 分別 測 試 紅 綠 藍(lán) 3 個(gè) 芯 片 發(fā) 光 強(qiáng) 度 與 P W M 占 空 比 的 關(guān) 系 如 圖 5 所 示 圖 5 紅 綠 藍(lán)芯片 發(fā)光強(qiáng)度 與 P W M 占空 比的關(guān)系 F i g 5 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n l i g h t i n t e n s i t y a n d P W M d u t y c y c l e o f r e d g r e e n a n d b l u e c h i p s 對 占 空 比 和 相 對 光 強(qiáng) 度 的 關(guān) 系 進(jìn) 行 線 性 擬 合 得 到 關(guān) 系 式 Y R 3 9 2 9 6 x 2 4 2 2 R 2 R 0 9 9 9 5 Y G 2 6 6 8 6 x 2 8 8 6 R 2 G 0 9 9 9 1 Y B 5 2 8 2 6 x 1 8 1 8 R 2 B 0 9 9 9 4 試驗(yàn) 表 明 擬合 優(yōu) 度值 接 近 1 回 歸 直線 對 觀測 值 的擬合 程 度 較好 當(dāng) 改 變 P W M 信 號 占 空 比 時(shí) 可 以 線 性 改 變 光 強(qiáng) 度 滿 足 調(diào)光 要 求 2 3 補(bǔ)光 燈 光配 比 方案 設(shè) 計(jì) 調(diào) 節(jié) 光 質(zhì) 配 比 的 方 法 是 通 過 P W M 調(diào) 節(jié)各 路 信號 占 空比 從 而 控 制 R G B 發(fā) 光 強(qiáng) 度 的 相 對 比 例 如圖 6 a 所 示 當(dāng) 電 流 為 1 1 1 時(shí) 紅 綠 藍(lán) 三 基 色 的 相 對光 強(qiáng) 度比 并 不是 1 1 1 并 且 相距 較 大 如果 按 照 傳 統(tǒng) 方 式 調(diào)節(jié) P W M 信 號 的 占 空 比 會 造 成 較 大 誤 差 針 對 此 問 題 解 決 思 路 是 調(diào) 節(jié) 各 路 信 號 占 空 比 使 其 相 對 光 強(qiáng) 度 為 1 1 1 然 后 以此 為 基 數(shù) 改 變 對 應(yīng) 份 數(shù) 占 空 比 以 此 得 到 不 同 的 光配 比 方案 根據(jù) 占 空比 與 相對 光 強(qiáng)度 比 例關(guān) 系 和 試 驗(yàn) 測 量 可 得 當(dāng) 調(diào) 節(jié) 占空 比 為 2 6 9 及其相 同倍數(shù) 時(shí) 相 對光 強(qiáng) 度比 為 1 1 1 如 圖 6 b 所示 將 占空比 為 2 6 9 確定 為 補(bǔ) 光 燈 的 初 始值 當(dāng) 改 變單 路 倍數(shù) 便 可 得 到 更 多 的 相 對 比 例 將 各 配 比 方 案 儲 存 在 存 儲 器 中 當(dāng) 不 同 信 號 到 來 時(shí) 調(diào) 用 光 配 方 庫 內(nèi) 對 應(yīng) 信 號 即 可 根 據(jù) 植 物 對 光 的 需 要 精 確 調(diào) 控 光 質(zhì) 配 比 注 a 比例為 1 1 1 b 比 例 為 2 6 9 N o t e a R a t i o o f 1 1 1 b R a t i o o f 2 6 9 圖 6 不同 比例 R G B L E D 驅(qū)動(dòng)電 流的發(fā)光光譜 曲線 F i g 6 T h e e m i s s i o n s p e c t r u m c u r v e s o f R G B L E D d r i v i n g c u r r e n t w i t h d i f f e r e n t r a t i o s 2 2 2 安徽農(nóng)業(yè) 科學(xué) 2 0 2 1 年 3 試驗(yàn) 測試 與 結(jié) 果分 析 3 1 試 驗(yàn) 材料 3 1 1 植物 的 選 擇 選 擇 購 自 梅 州 市 吉 豐 種 業(yè) 發(fā) 展 有 限 公 司 的 品種 為 2 9 8 的 意 大 利 全 年 生 菜 王 I t a l y s k i n g o f l e t t u c e 種 子 該品種 生長周 期短 1 0 d 左右 便 可發(fā)芽 便 于 觀察 試 驗(yàn) 現(xiàn)象 在 1 5 3 3 下 都 可 存 活 實(shí) 驗(yàn) 室 條 件 下 可 滿 足 生 長 所 需溫度 3 1 2 光質(zhì) 配比的 選 擇 大 量 研 究 表 明 紅 藍(lán) 混 合 光 質(zhì) 下 更 適 合 生菜 的 生長 當(dāng) 紅 藍(lán)復(fù) 合 光中 紅 光為 藍(lán) 光的 1 4 倍 時(shí) 對 生 菜生 長 具有 積 極意 義 1 9 2 3 根據(jù)前 人 的研 究 結(jié) 果 試 驗(yàn) 利 用 R B 2 1 的 試 驗(yàn) 材 料 檢 驗(yàn) 智 能 補(bǔ) 光 燈 是 否 對 生 菜 種 子 的 萌發(fā) 有 作 用 根 據(jù) 光 質(zhì) 比 例 要 求 P W M 信 號 占 空 比 分 別 為 4 0 0 和 9 0 圖 7 為 紅 綠 藍(lán) 三 路 信 號 的 P W M 信 號 占 空 比仿 真 圖 圖 8 為 光譜 儀 測量 得 到 紅 光 與 藍(lán) 光 相 對 光 強(qiáng) 度 比 例 圖 7 調(diào)光 程 序仿真圖 F i g 7 S i m u l a t i o n d i a g r a m o f d i m m i n g p r o g r a m 圖 8 紅 藍(lán)光質(zhì)配 比 2 1 光譜圖 F i g 8 S p e c t r o g r a m o f r e d a n d b l u e l i g h t w i t h t h e r a t i o o f 2 1 3 2 試 驗(yàn)設(shè) 計(jì) 試 驗(yàn) 于 2 0 2 0 年 1 0 月 5 日 在 黑 龍 江 大 學(xué) 物 理 科 學(xué)與 技 術(shù)學(xué) 院 光 電 信 息 技 術(shù) 實(shí) 驗(yàn) 室 內(nèi) 進(jìn) 行 整 平 土 壤 后 選 取 健康 的 生菜 種 子 2 0 0 粒 隨 機(jī) 平 均 分 為 2 組 將 種 子 均 勻地 撒 在 2 個(gè) 花盆 內(nèi) 然后 表 面 覆 蓋 一 層 3 5 m m 厚 度 的 細(xì) 土 每 天 噴 灑 適 量 清 水 保 持 種子 成 長環(huán) 境 濕 潤 A 組 采 用 自 然 光 照 射 為 自 然 光 照 組 B 組 采 用 紅 光 與 藍(lán) 光 混 合 光 照 射 為 補(bǔ) 光 組 每 組 試 驗(yàn) 重 復(fù) 3 次 共 6 盆 種 子 每 隔 2 4 h 觀 察 并 記 錄 種 子 萌 發(fā) 情 況 當(dāng) A 組 種 子 不 再 萌 發(fā) 時(shí) 停 止 試 驗(yàn) 3 3 數(shù)據(jù) 處 理與 分 析 試 驗(yàn)期 共 1 2 d 1 0 月 5 日 開 始 1 0 月 1 6 日 A 組 的 3 盆 生 菜 種 子 都 不 再 有 新 增 發(fā) 芽 數(shù) 時(shí) 結(jié) 束 試 驗(yàn) 自 然 光與 補(bǔ) 光處 理 對種 子 萌發(fā) 數(shù) 量的 影響 見 表 1 表 1 自 然光與補(bǔ)光 處理對種子 萌發(fā)數(shù)量的影 響 T a b l e 1 E f f e c t s o f n a t u r a l l i g h t a n d s u p p l e m e n t a r y l i g h t o n t h e s e e d g e r m i n a t i o n q u a n t i t y 個(gè) 組別 G r o u p 編號 N o 日 期 D a t e 1 0 0 5 1 0 0 6 1 0 0 7 1 0 0 8 1 0 0 9 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 2 1 0 1 3 1 0 1 4 1 0 1 5 1 0 1 6 A 1 號 0 0 0 1 6 2 7 4 3 6 1 7 2 7 9 7 9 7 9 7 9 2 號 0 0 0 5 9 7 1 7 5 7 5 7 5 7 6 7 6 7 6 7 6 3 號 0 0 0 4 2 4 8 5 3 6 0 6 8 7 5 7 9 8 3 8 3 B 4 號 0 0 0 1 1 1 2 1 6 7 0 9 1 9 6 9 6 9 6 9 6 5 號 0 0 0 5 7 7 2 7 8 8 6 8 6 8 7 8 7 8 7 8 7 6 號 0 0 0 7 7 8 5 8 9 8 9 8 9 8 9 9 0 9 0 9 0 數(shù)據(jù)處 理運(yùn)用 方 差分 析 的 基 本 思 想 如 下 通 過 分 析 補(bǔ) 光 組 對 自然光 組的貢 獻(xiàn) 大小 確 定補(bǔ)光 組 對 種 子 萌 發(fā) 數(shù) 量 的 影 響 力 大小 通過方 差 分 析 發(fā) 現(xiàn) 補(bǔ) 光 組 是 否 對 種 子 萌 發(fā) 數(shù) 量 產(chǎn) 生 了顯著 影響 如 果 補(bǔ) 光 對 種 子 萌 發(fā) 數(shù) 量 產(chǎn) 生 了 顯 著 影 響 那 么 它 與 自 然 光 照 組 共 同 作 用 其 結(jié) 果 也 必 然 有 顯 著 變 化 如果補(bǔ) 光組對 種 子萌 發(fā) 數(shù) 量 沒 有 顯 著 影 響 那 么 結(jié) 果 主 要 由 自然光 照 組 決 定 與 補(bǔ) 光 組 的 關(guān) 系 不 大 在 統(tǒng) 計(jì) 學(xué) 中 用 顯 著性 差 異 s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e 評 價(jià) 數(shù) 據(jù) 的 差 異 性 P 0 0 5 表示試 驗(yàn) 結(jié) 果 存 在 顯 著 差 異 利 用 S P S S 2 3 統(tǒng) 計(jì) 軟 件 對 試 驗(yàn)數(shù)據(jù) 進(jìn)行 差 異 顯 著 性 分 析 試 驗(yàn) 采 用 單 因 素 方 差 分 析 A N O V A 檢 驗(yàn) 方 法 分 析 數(shù) 據(jù) 差 異 顯 著 性 試 驗(yàn) 表 明 補(bǔ) 光 組 的種 子 萌發(fā) 數(shù) 量 與 自 然 光 照 組 的 種 子 萌 發(fā) 數(shù) 量 有 顯 著 差 異 P 0 0 5 因 此 補(bǔ) 光燈 的 紅 藍(lán) 光 質(zhì) 比 例 為 2 1 時(shí) 可 以 促 進(jìn) 生菜 種 子的 萌 發(fā) 4 結(jié) 論 根據(jù) 不 同光 質(zhì) 配比 對 植物 有 不同 的 影 響 設(shè) 計(jì) 了 可 智 能 調(diào) 控 光照 強(qiáng) 度 和 光 譜 成 分 的 補(bǔ) 光 燈 該 補(bǔ) 光 燈 采 用 R G B L E D 為 補(bǔ)光 燈 源 可 實(shí) 現(xiàn) 一 燈 多 用 智 能 調(diào) 節(jié) 光 譜 避 免 了 單 色 燈源 的 閑置 而 造成 浪 費(fèi) 同時(shí) 針 對 三基 色初 始 光強(qiáng) 不 下 轉(zhuǎn) 第 2 4 2 頁 3 2 2 4 9 卷 2 0 期 李 鑫 等 基 于 光 質(zhì) 配 比 的 智 能 植 物 補(bǔ) 光 試 驗(yàn) 研 究 識 別 準(zhǔn)確率 以及模 型 穩(wěn) 定 性 結(jié) 果 表 明 X c e p t i o n 模 型 在 這 2 個(gè) 方 面的表 現(xiàn)均最 優(yōu) 表 2 各模型遷移 學(xué)習(xí)的最高 準(zhǔn)確率 T a b l e 2 T h e h i g h e s t p r e c i s i o n r a t e o f t h e t r a n s f e r l e a r n i n g o f m o d e l s 序號 C o d e 模型 M o d e l 準(zhǔn)確率 P r e c i s i o n r a t e 1 V G G 1 6 9 3 4 9 2 V G G 1 9 9 0 1 8 3 R e s N e t 5 0 9 6 0 9 4 R e s N e t 1 0 1 7 7 0 5 5 D e n s e N e t 1 2 1 9 8 4 4 6 I n c e p t i o n N e t V 2 9 7 6 9 7 X c e p t i o n 9 8 5 0 參 考 文 獻(xiàn) 1 周 立 陽 高 增 祥 李 典 謨 害 蟲 預(yù) 測 預(yù) 報(bào)的生態(tài)學(xué) 基礎(chǔ)和應(yīng)用 技術(shù)研究 進(jìn) 展 J 生 態(tài) 學(xué) 報(bào) 2 0 0 1 2 1 6 1 0 1 3 1 0 1 9 2 劉 杰 姜 玉 英 黃 沖 等 2 0 2 1 年 全 國 糧 食 作 物 重 大 病 蟲 害 發(fā) 生 趨 勢 預(yù) 報(bào) J 中 國 植 保 導(dǎo) 刊 2 0 2 1 4 1 1 3 7 3 9 4 2 3 S A S A K I Y O K A M O T O T I M O U K e t a l A u t o m a t i c d i a g n o s i s o f p l a n t d i s e a s e S p e c t r a l r e f l e c t a n c e o f h e a l t h y a n d d i s e a s e d l e a v e s J I F A C P r o c e e d i n g s V o l u m e s 1 9 9 8 3 1 5 1 4 5 1 5 0 4 R U M P F T M A H L E I N A K S T E I N E R U e t a l E a r l y d e t e c t i o n a n d c l a s s i f i c a t i o n o f p l a n t d i s e a s e s w i t h S u p p o r t V e c t o r M a c h i n e s b a s e d o n h y p e r s p e c t r a l r e f l e c t a n c e J C o m p u t e r s a n d e l e c t r o n i c s i n a g r i c u l t u r e 2 0 1 0 7 4 1 9 1 9 9 5 Z H A N G S W W A N G H X H U A N G W Z e t a l P l a n t d i s e a s e d l e a f s e g m e n t a t i o n a n d r e c o g n i t i o n b y f u s i o n o f s u p e r p i x e l K m e a n s a n d P H O G J O p t i k 2 0 1 8 1 5 7 8 6 6 8 7 2 6 H I N T O N G E O S I N D E R O S T E H Y W A f a s t l e a r n i n g a l g o r i t h m f o r d e e p b e l i e f n e t s J N e u r a l c o m p u t a t i o n 2 0 0 6 1 8 7 1 5 2 7 1 5 5 4 7 M O H A N T Y S P H U G H E S D P S A L A T H M U s i n g d e e p l e a r n i n g f o r i m a g e b a s e d p l a n t d i s e a s e d e t e c t i o n J F r o n t i e r s i n p l a n t s c i e n c e 2 0 1 6 7 1 1 0 8 徐 貴 力 毛 罕 平 李 萍 萍 缺素葉片 彩色圖像顏色 特征提取的 研究 J 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) 2 0 0 2 1 8 4 1 5 0 1 5 4 9 趙 玉 霞 王 克 如 白 中 英 等 貝 葉 斯 方 法 在 玉 米 葉 部 病 害 圖 像 識 別 中 的 應(yīng) 用 J 計(jì) 算 機(jī) 工 程 與 應(yīng) 用 2 0 0 7 4 3 5 1 9 3 1 9 5 1 0 李 敬 基 于 卷 積 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 的 煙 草 病 害 自 動(dòng) 識 別 研 究 D 泰安 山 東 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 2 0 1 6 1 1 K R I Z H E V S K Y A S U T S K E V E R I H I N T O N G E I m a g e N e t c l a s s i f i c a t i o n w i t h d e e p c o n v o l u t i o n a l n e u r a l n e t w o r k s J A d v a n c e s i n n e u r a l i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g s y s t e m s 2 0 1 2 2 5 2 1 1 0 6 1 1 1 4 1 2 S I M O N Y A N K Z I S S E R M A N A V e r y d e e p c o n v o l u t i o n a l n e t w o r k s f o r l a r g e s c a l e i m a g e r e c o g n i t i o n R 2 0 1 5 1 3 H E K M Z H A N G X Y R E N S Q e t a l D e e p r e s i d u a l l e a r n i n g f o r i m a g e r e c o g n i t i o n C 2 0 1 6 I E