项目名称： 诗经植物智能光控育苗室

Nursery room with intelligent light environment control system used for the plants in The Book of Songs

申报单位： 深圳信息职业技术学院

综合介绍或申报理由：

根据实际空间大小建造特定规格尺寸的箱体，通过结合全自动智能环境调控系统、无土栽培种植系统、全人工光辐照系统、物联网系统、根据实际空间大小建造特定规格尺寸的箱体，通过结合全自动智能环境调控系统、无土栽培种植系统、全人工光辐照系统、物联网系统、植物工厂技术及设施设备，营造稳定适宜的人工气候室，实现管控自动化、无人值守的智能化诗经植物育苗环境实验及自动实验数据采集和参数精准调节控制，实现周年连续多科目多品种诗经植物育苗实验。 育苗室可广泛应用于诗经国学传承教育基地建设，各高校及科研机构的科研实验，应用于中小学校进行农业科普教育。因其是全年不间断生产模式，具有占地集约（高效利用土地）、产量稳定、优质高产的特点，可提供诗经植物幼苗及为城市提供更新鲜、更健康的绿色、洁净、安全、高品质（无农药残留和重金属污染）蔬菜产品和特殊人群所需的功能蔬菜（高附加值）。

主要技术参数：

LED植物光照系统的光合有效光量子流密度（PPFD）可调范围：50-200μmol/㎡·s；育苗室温度通常控制在20-30℃，最适温度22-24℃；育苗室相对湿度一般设置在50-85%，最佳湿度65-75%；气肥（CO2）的最佳经济增施浓度700-1000ppm；营养液EC值控制在1200-3000μS/cm。植物照明光源要求富含400~500nm蓝紫光和600~700nm红橙光，可采用全光谱白光LED（由紫外LED芯片激发荧光粉制得），或适当的红（660nm）、蓝（450nm）光比例（R/B比），适当的红光、远红光（730nm）比例（R/FR比），以及具有其他特定要求的光谱成分（如补充紫外光不足等），作为植物照明的光源。这就涉及红、蓝、白、远红、紫、黄、绿、紫外等多种LED类型，具体涵盖峰值波长、半峰宽、PPFD、工作电流等特性。将不同波长的LED分别组成独立的恒流驱动电路回路，采用高精度数字调光接口和恒流驱动芯片，通过分别调节各路PWM（脉冲宽度调制，Pulse Width Modulation）输出波形的占空比，并通过后级的大功率电流驱动模块，实现不同颜色LED的驱动电流分别调节，从而实现光合光量子通量密度（PPFD）与光质（光谱）的调节，完成LED光环境调节控制。

与国内外同类产品或同类技术的比较情况：

植物工厂技术，在国内外都有一定的技术发展及示范应用。但专门针对诗经植物育苗并结合特定位置空间大小规划定制箱体，营造稳定适宜的人工气候室，深圳信息职业技术学院这次研究开发与设计制作的诗经植物育苗室，尙属首次（国内外之前未见有相关报道）。首先针对植物立体栽培，通过对多层栽培架结构进行优化设计和采用新型半导体照明LED光源，提高空间利用率和光空间分布均匀性；同时，借助于配置营养液循环系统、水肥一体化精准滴灌系统，实现营养液和水肥的精准供给与高效利用。摸索各自需光特性，掌握不同植物和同种植物不同生长发育期对光质（光谱及其分布）、光密度（光合光量子通量密度，PPFD）、光周期（光照时间）及不同功能目标对相关影响因子的需求规律。研制诗经植物多层立体育苗用LED光源及灯体，高效、稳定、可调光LED恒流驱动电源，光质和光密度在线检测与智能控制装置；构建智能无线传感通信网络（包含温度、湿度、光质、光密度、营养液/水肥EC值、CO2浓度等环境参数检测用传感器、集中服务器、终端控制器）。温度调控功能、湿度调控功能、LED光照及调控功能、CO2气肥自动检测与增施功能、营养液与水肥EC/pH值检测与控制功能、营养液与水肥液温控制和补液循环功能，能够实现全程自动化、智能化。

经济评价分析：

可根据实际空间大小建造特定规格尺寸的箱体，能够根据诗经植物的不同种类及其生育阶段，适时调整LED光照的（光谱及其分布）、光密度（光合光量子通量密度，PPFD，光强）和光照时长（光周期），提供适宜的诗经植物光照环境，促进其生长发育，尤其对于这些观赏性植物，具有显著的经济社会效益。完成LED光照的光源选型、配比的确定及其组合设计，高效率、可靠性好、可调光LED恒流驱动电源设计，LED灯具和多层立体栽培架及栽培床的结构优化设计，多层立体植物育苗环境参数在线检测与智能调控技术。项目成果技术产品的应用，相对于传统人工光源，可减少诗经植物育苗光照电能消耗50%；促进植物生长发育、缩短诗经植物育苗周期，提高诗经植物产出率和综合品质，提升空间利用率和单位面积生产效能。

技术及工艺创新要点：

技术及工艺创新要点： ① 用LED替代传统人工电光源来进行诗经植物育苗光照。 ② 多层立体栽培层架和LED光照系统及驱动控制模块化。 ③ 水培营养液及基质培水肥和环境在线检测与智能调控。 ④ 用无线传感通信网络实现实时监测与智能远程调节控制。 用光量子传感器测量光合光量子通量密度，用光谱彩色照度计测量光谱、照度、辐射功率等技术指标，并借助于温度传感器、湿度传感器、CO2浓度传感器、营养液酸碱度（pH值）传感器、营养液浓度（EC值）传感器、溶氧（DO）传感器等在线实时监测多层立体栽培光环境参数变化情况并根据实际需要进行及时智能控制。所有环境信息通过传感器进入智能控制系统（数据采集单元、控制器和执行机构）进行储存、显示，并通过控制软件进行分析、判断，在指挥相关的执行机构完成对系统的控制。各传感器对温度、湿度、CO2、光照以及营养液等参数进行在线实时检测，经A/D转换后送入单片机，完成数据采集；采用PLC为核心控制器，PC机与组态软件作为监控模块，两者通过串口进行通信来控制系统的执行部件，从而实现整个过程的智能化控制。

实际运用案例和用户评价意见：

项目技术产品具有占地集约、运行稳定、优质高产等系列突出优点，可适时调整LED诗经植物光照的光质、光强和光照时长，能够实现按需提供适宜的诗经植物光照环境，促进其生长发育。通过光环境和水培营养液/基质培水肥一体化管控的在线监测与智能远程控制，能够提高资源有效利用率、大幅增加单位土地面积上的有效使用面积及育苗密度。实现了管控的自动化、精准化、无人值守，智能化诗经植物育苗环境实验及自动实验数据采集和参数精准调节控制，有利于保障周年连续多科目多品种诗经植物育苗实验。

获奖、专利情况：

正在申请发明专利4件：

智能化植物工厂、多层立体植物栽培装置、一种水肥精准调控装置、一种基于多源信息融合的作物节水灌溉决策方法及测控系统；实用新型专利2件：水肥一体滴灌装置、调控基质/土壤湿度的装置。

已经申请与获授权实用新型专利8件,其中已获授权7件。

申请实用新型专利，吴启保，一种植物栽培装置，201921706246.5 授权实用新型专利，吴启保，一种电热水器及其保护装置，ZL201820677111.X 授权实用新型专利，吴启保，植物生长吊顶装置，ZL201520397816.2 授权实用新型专利，吴启保，植物生长茶几，ZL201520413061.0 授权实用新型专利，吴启保，LED模组，ZL201520399166.5 授权实用新型专利，吴启保，罩棚灯，ZL201520399045.0 授权实用新型专利，李金玉、吴启保，植物栽培设备，ZL201420244222.3 授权实用新型专利，李金玉、吴启保，植物组织培养架，ZL201520196958.2

是否有“智能设计”？

项目结合了自动化全人工光智能光环境调控系统、物联网系统、植物工厂技术及设施设备，营造稳定适宜的人工气候室，实现管控自动化、无人值守的智能化诗经植物育苗，植物育苗环境实验及自动实验数据采集和参数调节控制，实现周年连续多科目多品种诗经植物育苗实验。搭建1套适用于集装箱式智控型LED诗经植物光照立体育苗系统，开发1套智能高效节能诗经植物LED光照立体育苗环境调控软件。

申报单位介绍：

深圳信息职业技术学院是经广东省人民政府批准、教育部备案，深圳市人民政府举办的公办 全日制高等院校，是国家示范（骨干）高职院校建设单位、国家示范性软件职业技术学院、教育部“中德职教汽车机电合作项目”试点院校，深圳市人力资源与社会保障局同意批准我校设立博士后创新实践基地，学校“2188创客空间”被国家科技部认定为国家级众创空间，拥有3个国家级高等职业教育专业教学资源库。深圳信息职业技术学院，下设智能制造与装备学院、智慧植物工厂技术研究所、第三代半导体材料与器件研究所、交通与环境学院、电子与通信学院、信息技术研究所等二级学院和研究机构，设有智能控制技术专业、半导体照明工程专业、园林工程技术专业、应用电子技术专业、通信技术专业。

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