第 期中 國(guó) 照 明 電 器 年 月 研究與探討文章編號(hào) 煙草育苗大棚智慧補(bǔ)光系統(tǒng)研究 高 璇 楊 照 韓立江 朱 琳 李玉蔻 李新宇 劉 晨 陜西電子信息集團(tuán)光電科技有限公司 陜西西安 陜西省煙草公司咸陽(yáng)市公司 陜西咸陽(yáng) 摘要 本文研究的煙草育苗大棚智慧補(bǔ)光系統(tǒng)采用高效 環(huán)保的全光譜 光源 可滿(mǎn)足煙草在生長(zhǎng)階段對(duì)光線(xiàn)的 需求 促進(jìn)煙草的光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育 同時(shí) 采用 物聯(lián)網(wǎng) 移動(dòng)端智慧程序的智能光照控制系統(tǒng) 對(duì)用 電量 溫濕度 遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)和監(jiān)控等都可通過(guò)手機(jī)微信小程序?qū)崟r(shí)控制 不僅能夠增強(qiáng)煙草的成苗素質(zhì) 還可以解決 煙草冬季育苗低溫寡照的問(wèn)題 實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)補(bǔ)光 遠(yuǎn)程控制等功能 使用智慧補(bǔ)光系統(tǒng)后 棚內(nèi)溫度平均增加 煙苗葉長(zhǎng) 葉寬均有提高 壯苗率從 提高到了 該智能種植系統(tǒng)可推廣于其他農(nóng)作物種植場(chǎng)景 推動(dòng)農(nóng) 業(yè)產(chǎn)業(yè)的智能化升級(jí) 關(guān)鍵詞 煙草大棚 智慧照明 植物補(bǔ)光系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng) 遠(yuǎn)程控制 中圖分類(lèi)號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 作者簡(jiǎn)介 高 璇 高級(jí)工程師 碩士 主要研究半導(dǎo)體照明相關(guān)技術(shù) 引言 光是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育重要環(huán)境因素 是促進(jìn)植 物生長(zhǎng)不可或缺的影響因子 缺少光會(huì)使植物成苗素 質(zhì)差 影響植物成長(zhǎng) 進(jìn)而影響其產(chǎn)量等 研究表明 不同光質(zhì) 光強(qiáng)和光周期對(duì)植物的種子萌發(fā) 形態(tài)建 成 生長(zhǎng)發(fā)育的影響較大 煙草是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物 光照條件是其生長(zhǎng) 及品質(zhì)形成的重要生態(tài)因子 煙苗質(zhì)量的好壞直接關(guān) 系到煙株大田生長(zhǎng)情況 煙草屬于喜光作物 在低 溫 弱光條件下 容易造成煙苗徒長(zhǎng) 導(dǎo)致煙苗素質(zhì)偏 低 壯苗率不高 移栽后還苗期長(zhǎng) 成活率低 大田生 第 期高 璇等 煙草育苗大棚智慧補(bǔ)光系統(tǒng)研究 長(zhǎng)發(fā)育受到抑制 因此 光照條件不佳是制約煙苗素 質(zhì)提升的主要因素之一 煙葉育苗一般在每年光照 時(shí)數(shù)最少 寒潮侵襲頻繁的 月進(jìn)行 低溫寡照 是我國(guó)部分煙區(qū)早春季節(jié)典型的氣候特點(diǎn) 此時(shí)正值 烤煙育苗關(guān)鍵期 受該不良?xì)夂蛴绊?烤煙易出現(xiàn)出 苗緩慢 苗齡長(zhǎng) 苗羸弱 移栽后還苗期長(zhǎng) 幼苗抗逆 性弱等問(wèn)題 光照條件是煙草漂浮育苗過(guò)程中 對(duì)種子出苗效果影響最大的外部因素 不僅影響植株 生長(zhǎng)發(fā)育 還調(diào)控著植株的基因表達(dá) 生長(zhǎng)發(fā)育及新 陳代謝等 煙草出苗過(guò)程中所必需的溫度 水 分 空氣以及基質(zhì)的理化性狀都會(huì)受到光照的作用而 發(fā)生改變 進(jìn)而影響煙草育苗的效果 根據(jù)研究 煙 苗在破土之后 葉片的光合作用開(kāi)始進(jìn)行 葉片內(nèi)部 的有機(jī)物合成速度會(huì)有一定程度的加快 同時(shí) 如果 煙苗受到的光照不夠充足 則會(huì)導(dǎo)致煙苗內(nèi)的組織變 得過(guò)于柔嫩 出現(xiàn)不符合壯苗要求的 高腳苗 在移 栽過(guò)程中還苗期長(zhǎng) 不易存活 影響了煙葉的品質(zhì)和 質(zhì)量 根系的生長(zhǎng)也會(huì)受到影響 對(duì)煙苗的生長(zhǎng)發(fā)育 會(huì)產(chǎn)生一定的抑制作用 大量研究表明 發(fā)光二 極管光源對(duì)幼苗生長(zhǎng)具有顯著的調(diào)控作用 童德文 等 研究表明 較強(qiáng)的光照強(qiáng)度能夠提高煙苗的出 苗率 縮短育苗期 在大十字期及成苗期 補(bǔ)充光照處 理的煙苗莖高 莖粗 葉長(zhǎng) 葉寬 和干物質(zhì)總量 均有提高 孟霖等 研究了紅藍(lán)單色光對(duì)水培煙草 幼苗生長(zhǎng)發(fā)育及生理特性的影響 研究表明與白光相 比 紅光明顯促進(jìn)煙苗葉面積 鮮重和側(cè)根數(shù)量的增 加 但抑制了莖稈的伸長(zhǎng) 藍(lán)光雖然抑制了煙苗葉片 及根系的發(fā)育 但是能促進(jìn)莖稈的伸長(zhǎng) 盡管有一些 研究基礎(chǔ) 但在煙草育苗中增設(shè)智能 補(bǔ)光系統(tǒng) 來(lái)提高煙苗素質(zhì)的研究目前比較少 本文通過(guò)定制化設(shè)計(jì)適用于煙苗生長(zhǎng)的智慧照 明補(bǔ)光系統(tǒng) 根據(jù)大棚的形狀和大小進(jìn)行光學(xué)方案設(shè) 計(jì) 合理布局光源 制定針對(duì)性的光譜方案 為煙苗提 供最佳的波長(zhǎng)光線(xiàn) 確保光線(xiàn)均勻照射到每個(gè)育苗 盤(pán) 促進(jìn)煙苗的光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育 同時(shí) 搭載 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 通過(guò)微信小程序遠(yuǎn)程控制 根據(jù)天 氣情況和煙苗的生長(zhǎng)階段自動(dòng)調(diào)整光照參數(shù) 實(shí)現(xiàn)精 準(zhǔn)補(bǔ)光 植物補(bǔ)光燈燈具設(shè)計(jì) 補(bǔ)光光譜 全光譜能夠模擬太陽(yáng)光 包括紅光 藍(lán)光 白光 綠光 紫外光等各種波長(zhǎng)的光線(xiàn) 這樣能夠滿(mǎn)足植物 在不同生長(zhǎng)階段對(duì)不同波長(zhǎng)光線(xiàn)的需求 促進(jìn)植物的 光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育 因此本方案采用全光譜燈具 進(jìn)行補(bǔ)光 全光譜燈具光譜圖 如圖 所示 圖 全光譜燈具光譜圖 補(bǔ)光燈具 采用自主研發(fā)的 植物補(bǔ)光燈 如圖 所示 技術(shù)參數(shù) 見(jiàn)表 該款燈具具有以下特點(diǎn) 私有模具 拉伸鋁成型 高端品質(zhì) 專(zhuān)業(yè)的蝙蝠翼配光 提高有效照射面積 照度 均勻度 能效 減小浪費(fèi) 符合戶(hù)外照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 可靠性高 壽命長(zhǎng) 符合 認(rèn)證 防護(hù)等級(jí) 防雨防蟲(chóng) 施工安裝方便 圖 植物補(bǔ)光燈 表 全光譜 植物補(bǔ)光燈技術(shù)參數(shù) 輸入電壓輸入功率功率因數(shù) 等級(jí)光源類(lèi)型 煙草種植苗照明光學(xué)設(shè)計(jì) 采用專(zhuān)業(yè)的蝙蝠翼配光曲線(xiàn) 將燈具的安裝間距 設(shè)置為 可提高有效照射面積 照度均勻度和能效 中國(guó)照明電器 年 針對(duì)煙草育苗大棚的使用特點(diǎn)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的光學(xué) 模擬 模擬結(jié)果顯示 補(bǔ)光燈具可為煙草育苗大棚提 供除太陽(yáng)光外最大光照度 促進(jìn)煙苗的快速生 長(zhǎng) 如圖 圖 所示 圖 光學(xué)模擬偽色圖 圖 大棚內(nèi)光補(bǔ)償?shù)牡日斩葓D 智能照明控制方案 智能種植系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容主要包括智能感知 數(shù) 據(jù)分析與決策支持等模塊 使用 物聯(lián)網(wǎng) 的 設(shè)計(jì)理念 項(xiàng)目系統(tǒng)前端感知設(shè)備有 植物補(bǔ)光 燈具 網(wǎng)絡(luò)繼電器 智能電表 智能溫濕度傳感器 監(jiān) 控?cái)z像頭 網(wǎng)絡(luò)層采用 路由器 客戶(hù)端為 或手 機(jī)小程序 實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚生長(zhǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 數(shù)據(jù)采 集和智能控制 提高植物種植的精細(xì)化管理水平 系 統(tǒng)基本架構(gòu)和相關(guān)設(shè)備 如圖 所示 本方案可實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的智能化管理和控制 具備 以下功能 環(huán)境監(jiān)測(cè) 使用溫度傳感器 濕度傳感器等 實(shí) 時(shí)搜集大棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù) 保證大棚內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量 數(shù)據(jù)顯示 大棚內(nèi)移動(dòng)終端顯示環(huán)境數(shù)據(jù) 可 以實(shí)時(shí)查看大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù) 方便管理者做出 決策 遠(yuǎn)程監(jiān)控 利用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)搭建物聯(lián)網(wǎng)平 臺(tái) 實(shí)現(xiàn)大棚內(nèi)設(shè)備與云端服務(wù)器的實(shí)時(shí)通信 可通 過(guò)云服務(wù)器平臺(tái)實(shí)現(xiàn)手機(jī)端的開(kāi)發(fā)及數(shù)據(jù)點(diǎn)的接入 與設(shè)置 種植者可以通過(guò)手機(jī)遠(yuǎn)程發(fā)送指令使各系統(tǒng) 進(jìn)行工作 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程人機(jī)交換 隨時(shí)隨地監(jiān)控查看大 棚內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)和植物生長(zhǎng)情況 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管 理 不僅提高了管理的便捷性 還使種植者能夠及時(shí) 發(fā)現(xiàn)和處理問(wèn)題 提高種植效率 圖 系統(tǒng)基本架構(gòu)和相關(guān)設(shè)備 實(shí)施案例 在某煙草育苗工場(chǎng)布署該植物生長(zhǎng)智慧照明補(bǔ) 光系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn) 通過(guò)植物照明燈具 遠(yuǎn)程通訊 和智慧云平臺(tái) 用微信小程序?qū)熋绲纳L(zhǎng)進(jìn)行智能 化監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制 用戶(hù)界面與交互系統(tǒng)通過(guò)移動(dòng) 圖 煙草育苗大棚智慧補(bǔ)光 系統(tǒng)手機(jī)端控制界面 端微信小程序進(jìn)行控制 可提供方便的用戶(hù)操作界 面 用于實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理 查看相關(guān)數(shù)據(jù)和接收通知 用戶(hù)可以通過(guò)該系統(tǒng)查看實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù) 用電量情 況 調(diào)整參數(shù)設(shè)置 遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān) 查看植物 生長(zhǎng)狀況等 通過(guò) 兩個(gè)月的應(yīng)用情況 跟蹤 用戶(hù)反饋使用 補(bǔ)光系統(tǒng)后 棚內(nèi)溫 度平均增加 溫 度控制在 左 右 適合煙苗出苗和 生長(zhǎng) 有助于培育出 壯 齊 適 足的煙 苗 打開(kāi)手機(jī)就能實(shí) 時(shí)了解棚里的溫度 濕度 非常方便 如 圖 至圖 所示 第 期高 璇等 煙草育苗大棚智慧補(bǔ)光系統(tǒng)研究 圖 微信小程序操作界面 圖 煙苗生長(zhǎng)情況照片 結(jié)論 本文研究的煙草育苗大棚智慧補(bǔ)光系統(tǒng)采用高 效 環(huán)保的全光譜 光源 可滿(mǎn)足煙草在生長(zhǎng)階段 對(duì)光線(xiàn)的需求 促進(jìn)煙草的光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育 專(zhuān) 業(yè)的蝙蝠翼配光曲線(xiàn) 可提高有效照射面積 照度均 勻度和能效 采用 物聯(lián)網(wǎng) 移動(dòng)端智慧程 序的智能光照控制系統(tǒng) 對(duì)用電量 溫濕度 遠(yuǎn)程開(kāi) 關(guān) 監(jiān)控等都可通過(guò)手機(jī)微信小程序?qū)崟r(shí)控制 不僅 能夠增強(qiáng)煙草的成苗素質(zhì) 還可以解決煙草冬季育苗 低溫寡照的問(wèn)題 實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)補(bǔ)光 遠(yuǎn)程控制等功能 使用智慧補(bǔ)光系統(tǒng)后 棚內(nèi)溫度平均增加 煙苗 葉長(zhǎng) 葉寬均有提高 壯苗率從 提高到了 該智能種植系統(tǒng)可推廣于其他農(nóng)作物種植場(chǎng)景 推動(dòng) 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的智能化升級(jí) 參考文獻(xiàn) 易建華 賈志紅 孫在軍 不同根系土壤溫度對(duì)烤煙生 理生態(tài)的影響 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 周木子 彭細(xì)橋 楊虹琦 等 湘南煙區(qū)不同增溫方式培 育烤煙壯苗研究 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué) 版 黃建 張義志 李宏光 等 增溫補(bǔ)光對(duì)郴州烤煙漂浮育 苗成苗素質(zhì)的影響 中國(guó)煙草科學(xué) 孫雨珍 陳輝 煙草種子發(fā)芽與光照的關(guān)系 中國(guó)煙 草 李鵬志 羅貞寶 胡瑋 等 調(diào)光膜對(duì)烤煙漂浮育苗煙 苗生長(zhǎng)及生理的影響 中國(guó)煙草科學(xué) 任曉春 高華軍 張本強(qiáng) 等 不同雪茄煙品種生長(zhǎng)發(fā) 育對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)差異 中國(guó)煙草科學(xué) 蓋淑杰 基于材料制備用于煙草補(bǔ)光育苗及改善煙草 生長(zhǎng)的措施研究 長(zhǎng)沙 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 童德文 沈平 石三三 等 補(bǔ)充光照對(duì)煙苗生長(zhǎng)的影響 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 孟霖 徐宜民 宋文靜 等 紅藍(lán)單色光對(duì)水培煙草幼苗 生長(zhǎng)發(fā)育及生理特性的影響 中國(guó)煙草學(xué)報(bào)