專利名稱：使用光譜輸出進行植物新陳代謝控制的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明和輻射能量，更具體地涉及一種使用光譜輸出進行植物新陳代謝控制的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
長期以來眾所周知，適當(dāng)?shù)墓庹帐谴龠M健壯和健康的植物生長的關(guān)鍵因素。還已知的是可以實現(xiàn)優(yōu)化的光譜輸出以滿足各種植物階段期間的特定需求。已知的生長燈是非常能量密集的，并且適于遞送高的流明輸出。這些高強度弧光燈的瓦特范圍是400W至 IlOOff0在商用溶液栽培和園藝應(yīng)用中，可能需要許多這種燈。因此，容易看出，在商業(yè)經(jīng)營中這些類型燈的總能耗較大，并且因此比較昂貴。高強度燈所消耗的大量電能以熱的形式浪費掉。隨著能量成本的提高，需要降低生長燈的功耗而同時保持生長燈刺激所需植物生長的能力。還需要一種具有低能耗的設(shè)備，所述低能耗設(shè)備在植物可用的波長處產(chǎn)生光合有效輻射(PAR)。還需要一種能夠經(jīng)受住在溫室環(huán)境中常見的濕度和氣霧水滴的生長燈。 還需要一種需要很少維護或不需要維護的燈。還需要一種具有相當(dāng)長的折舊曲線和工作壽命的燈。已知例如發(fā)光二極管(LED)之類的其他光源能夠產(chǎn)生具有相對較小功耗的有用 PAR，實質(zhì)上不產(chǎn)生熱并且具有非常長的壽命。因此，例如LED之類的這些其他光源可以適于用作生長燈以為高強度燈的高功耗提供一種解決方案。當(dāng)前的高強度生長燈的另一個缺點是這些高強度生長燈通過以下方式來產(chǎn)生光 在陽極和陰極之間的開路電流進行電弧處理，以將高壓氣體加熱到受激黑體輻射的狀態(tài)。 這實質(zhì)上是與自電爐元件發(fā)熱的基本原理相同的基本原理，不同之處在于電流安全地位于加熱元件以內(nèi)。問題在于，在弧光燈中釋放的大多數(shù)功率是以方向雜亂的光子的形式發(fā)射的。另外，所釋放的能量大量地落在對于植物生長刺激無用的光譜波段內(nèi)。實際上，有證據(jù)表明這種系統(tǒng)發(fā)射的光功率對于常年收割中并沒有直接涉及的植物生長階段而言可能是有害的。在研究中發(fā)現(xiàn)，光合作用并非是植物對光的唯一用途。盡管植物確實從光合作用中得到了它們的主要工作能量源，然而應(yīng)清楚，光譜的許多部分用于多方面的環(huán)境訊號通知。例如，與其他生物的陽光競爭、恒星周期和季節(jié)周期的時間信號、大氣溫度、云層的存在與否只是植物或(其他形式的)生命所讀取和理解的光度測定環(huán)境信號的一部分。有此可以看出，LED對于為各種形式的已有天然植物模仿這些環(huán)境信號將是有用的，并且實際上對于向遺傳上改良的生命形式(包括但是不局限于植物)發(fā)送專門預(yù)編程的信號是有用的。實現(xiàn)這種原理的另一種有用示例是，能夠連續(xù)地改變向光性輻射的多個波段的功率輸出。將最大功率放置在提供光合作用的那些波段。這些波段是450nm-470nm和 640nm-670nm。然而，已經(jīng)增加了其他切口光譜波段用于諸如日/夜周期(@730nm)、季節(jié)周期(@600nm)和競爭信號(@525nm)之類的這些環(huán)境信號。在紫外范圍內(nèi)存在感興趣的其他切口光譜波段，紫外范圍是位于360nm-410nm之間的紫外環(huán)境信號。這些信號可以觸發(fā)植物生命中的苛刻條件準(zhǔn)備。本發(fā)明的一個優(yōu)點是，可以在自動裝配期間，改變在本發(fā)明的發(fā)光計算機(LEC) 的具體制造中設(shè)定的任意波長或所有波長，而無需暫停構(gòu)建過程。當(dāng)研究發(fā)現(xiàn)對于任意形式的生命、生物化學(xué)過程或者無機過程有影響的新的光譜功率波段時，可以將LEC制造為提供影響或者驅(qū)動多個(在本發(fā)明的一個實施例中最多達到6個)光譜專用向光性過程在時間和等級上所必需的功率，這些光譜專用向光性過程可以隨時間接續(xù)地進行或并行地進行。本發(fā)明的LEC設(shè)計用于向板上嵌入式計算機的用戶編程系統(tǒng)或圖形用戶界面 (⑶I)提供應(yīng)用程序接口(API)。這允許寫入多個程序以在LEC上執(zhí)行。這些程序?qū)⒃谝欢ǖ南蚬庑圆ㄩL范圍上，對特定的發(fā)射器提供連續(xù)可變的功率控制，以為植物生命提供能量并且影響來自植物生命的特定響應(yīng)。在本發(fā)明的一個實施例中，所述設(shè)備用于利用更大的農(nóng)業(yè)社區(qū)來實現(xiàn)向光性形態(tài)形成管理系統(tǒng)(PMMS)方法，以為無限種類的植物生長結(jié)構(gòu)開拓所有形式的向光性信令和光合作用控制。將PMMS與本發(fā)明一起使用將使得擴大在作為人類最大和最古老的農(nóng)業(yè)社區(qū)之一的農(nóng)業(yè)社區(qū)中的知識范圍。因此，本發(fā)明非常適于建立開源社區(qū)，在所述開源社區(qū)內(nèi)，可以以PMMS程序的形式來實現(xiàn)、共享和交換對植物和其他形式生命的向光性影響和優(yōu)化的新的認(rèn)知，其中PMMS程序被創(chuàng)建為適用于本發(fā)明的各個實施例。這樣產(chǎn)生了在LEC的結(jié)構(gòu)內(nèi)運行用戶的PMMS軟件的知識產(chǎn)權(quán)的整個范圍，所述用戶可以以新的獨立且高度專用的方式來實現(xiàn)PMMS軟件的新示例，以影響具體的植物按照具體的方式生長，所述用戶然后可以使用群落在更大LED的范圍之內(nèi)交易或者共享新的 PMMS程序。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括以下主要組件前端⑶I、上述PMMS和LEC。所述GUI允許使用所有當(dāng)前使用的操作系統(tǒng)來對本發(fā)明進行編程。GUI也適用于手持?jǐn)?shù)字設(shè)備。所述PMMS( “向光性形態(tài)形成管理系統(tǒng)”)是用于驅(qū)動本發(fā)明的應(yīng)用程序軟件。LEC是“發(fā)光計算機”，所述LEC發(fā)射合適類型、強度和頻率的光合作用光。所述設(shè)備是一種智能設(shè)備，所述智能設(shè)備可以聯(lián)網(wǎng)成更大的串行或并行陣列，所述陣列具有單獨的主控制器。其他設(shè)備而可以設(shè)計為放置到所述網(wǎng)絡(luò)中或者與所述網(wǎng)絡(luò)交，例如環(huán)境傳感器、控制器或者安全設(shè)備。這樣，LEC網(wǎng)絡(luò)和客戶側(cè)計算機可以配置用于自動化和維持大型設(shè)備?？梢允褂帽銛y手持設(shè)備遠程地實現(xiàn)客戶端控制。本發(fā)明的兩種非常適用的應(yīng)用包括Aquaponics以及高風(fēng)險耕作(High Rise Farming)，Aquaponics是一種組合的內(nèi)陸式魚和水栽培農(nóng)場，高風(fēng)險耕作包括現(xiàn)有摩天大樓的城市轉(zhuǎn)化和基于高密度垂直農(nóng)場實現(xiàn)方式的新架構(gòu)。
接下來是本發(fā)明的一些可能配制的示例在本發(fā)明的一個實施例中，發(fā)射150瓦特的光合活性輻射。該實施例包括微光恒星周期光敏色素控制器和光合作用促進系統(tǒng)。在本發(fā)明的另一個實施例中，發(fā)射385瓦特的光合活性輻射。該實施例包括聯(lián)網(wǎng)裝置，所述聯(lián)網(wǎng)裝置用于最多達到31X31個單元的網(wǎng)格。在本發(fā)明的另一個實施例中，存在單獨的4瓦特單個植物照明器，所述4瓦特單個植物照明器在以下四個光譜功率波段內(nèi)具有全光譜控制和連續(xù)功率變化470nm、525nm、 668nm和730nm，所述4瓦特單個植物照明器使用并實現(xiàn)PPF-RGB-LED，其中，在最多達到 31 X 31單元的陣列中，實現(xiàn)板上物理控制和串行API。在本發(fā)明的另一個實施例中，存在更大的12瓦特單個植物照明器，所述12瓦特單個植物照明器在以下四個光譜功率波段內(nèi)具有全光譜控制和連續(xù)功率變化470nm、525nm、 668nm和730nm，其中，在最多達到31X31單元的陣列中，實現(xiàn)板上物理控制和串行API。在本發(fā)明的另一個實施例中，存在13瓦特單個植物照明器，所述13瓦特單個植物照明器在以下四個光譜功率波段內(nèi)具有全光譜控制和連續(xù)功率變化470nm、525nm、668nm 和730nm，所述13瓦特單個植物照明器使用并再次實現(xiàn)PPF-RGB-LED，其中，在最多達到 31 X 31單元的陣列中，實現(xiàn)板上物理控制和串行API。在本發(fā)明的另一個實施例中，存在585瓦特的發(fā)射器設(shè)計，所述發(fā)射器是完全可編程的，并且在6個光譜功率波段上具有完全可變的功率輸出。該實施例可以是完全網(wǎng)絡(luò)化的。在本發(fā)明的另一個實施例中，發(fā)射器可以被選擇為抑制植物生長。抑制植物生長的波長在600nm和eiOnm之間。存在可以應(yīng)用這種植物生長抑制LED陣列的多種應(yīng)用，例如使街道燈光抑制其周圍的植物生長，同時發(fā)射可見的黃色-橙色光。用于更大規(guī)模氣栽法應(yīng)用的最高達到10，000瓦特的模塊化實施例是可能的。因此，本發(fā)明解決了上述傳統(tǒng)技術(shù)的缺點和不足通過，本發(fā)明是一種使用光譜輸出來進行植物新城代謝控制的設(shè)備，包括具有促進光合作用的光譜發(fā)射的光源陣列；用于按照可編程方式控制光譜發(fā)射的裝置，該裝置與所述陣列操作地相連；以及電源，與所述陣列以及用于控制光譜發(fā)射的所述裝置操作地相連。為了促進植物生長，陣列不包含已知對植物生長有害的任何光譜發(fā)射源，例如 uv-b和UV-C。所述陣列不具有超出設(shè)計范圍的任何已知電磁發(fā)射。然而在本發(fā)明的其他實施例中，例如對于諸如雜草控制應(yīng)用之類的不希望植物生長的控制的應(yīng)用，陣列可以具有包含抑制植物生長的光譜發(fā)射的光源。這種應(yīng)用的一個較好的示例是，在高速公路上安裝發(fā)光陣列，所述發(fā)光陣列具有阻止路肩上植物生長而同時提供適當(dāng)水平的交通用光的光譜發(fā)射。在本發(fā)明的其他實施例中，發(fā)光陣列具有適于特定工業(yè)用途的光譜發(fā)射，例如固化涂料、墨水或粘合劑。其他實施例可以具有對所制造的零件的非破壞性測試起到輔助作用的光譜發(fā)射。在本發(fā)明的一個實施例中，光源陣列包括由多個相同的光源組成的第一光源組， 具有第一光譜發(fā)射；由多個相同的光源組成的第二光源組，具有第二光譜發(fā)射；以及由多個相同的光源組成的第三光源組，具有第三光譜發(fā)射。
在本發(fā)明的其他實施例中，可以存在附加的光源組，所述附加的光源組具有其他的光譜發(fā)射特性，以適應(yīng)上述應(yīng)用中的一些應(yīng)用。任意植物的光合作用特性可以用于設(shè)計具有光源陣列的生長燈，所述光源陣列具有促進光合作用的特性并且缺乏抑制生長的光譜發(fā)射。在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一光源組、第二光源組和第三光源組分布在所述陣列的相應(yīng)的第一表面區(qū)域、第二表面區(qū)域和第三表面區(qū)域，其中第一表面區(qū)域、第二表面區(qū)域和第三表面區(qū)域互不相同。在本發(fā)明的另一個實施例中，實施例第一光源組、第二光源組和第三光源組被混合為分布在陣列的整個表面。再次地，利用感興趣植物的光合作用特性來確定陣列上光源的布置，以實現(xiàn)光合作用以及所需的其他向光性新陳代謝功能的優(yōu)化仿真或抑制。在本發(fā)明的一個實施例中，將光源陣列固定到電路板。在本發(fā)明的另一個實施例中，所述第一光譜發(fā)射、第二光譜發(fā)射和第三光譜發(fā)射處于相應(yīng)的第一光合作用促進波長、 第二光合作用促進波長和第三光合作用促進波長。在本發(fā)明的其他實施例中，可以存在促進特定植物生長但是抑制其他植物生長的光源的組合。所述控制裝置包括可編程微控制器(具有內(nèi)部電池備用時鐘)，所述可編程微控制器適于向所述光源陣列發(fā)送命令。對于每個特定的光源組，所述命令包括最高達到36kHz 的開啟命令和關(guān)斷命令，提供了功能強度控制以及“開啟”和“關(guān)斷”控制信號。這些陣列可以被編程為適應(yīng)對感興趣的植物中的光合作用和其他向光性新陳代謝功能進行優(yōu)化所需的任意發(fā)光條件。所述命令也可以包括前輝命令和余輝命令以仿真黎明和日落。在其他實施例中， 所述命令可以包括在不期望的植物的生長周期的特定和脆弱狀態(tài)下抑制這些植物的生長的命令。在操作時，所述可編程控制器適于命令光源陣列在預(yù)定的時間段在促進光合作用的能量范圍之內(nèi)發(fā)射預(yù)定波長的能量。在本發(fā)明的一個實施例中所述電源是AC電源，而在本發(fā)明的另一個實施例中所述電源是DC電源。本發(fā)明也包括使用光譜輸出的植物新陳代謝控制方法，包括以下步驟a.確定感興趣植物的光合作用性質(zhì)；b.制造光源陣列，所述光源陣列包括所需的光源組，所述光源組具有6個所需的光譜發(fā)射，這些光譜發(fā)射具有不同的最大功率可能，并且與感興趣植物的光合作用特性和其他向光性特性兼容；c.將所述感興趣的植物放置在靠近所述光源陣列的所需位置；以及d.將可編程微控制器與所述光源陣列操作地相連，其中所述可編程微控制器適于向所需的光源組發(fā)送命令，使得所述所需的光源組在所需的時間段內(nèi)在所需的時刻以所需的強度發(fā)射所需的光譜發(fā)射。該方法還可以包括對黎明前輝光進行仿真的步驟。該方法還可以包括對日落后輝光進行仿真的步驟。該方法還可以包括以所需的強度按照所需的時間間隔選通特定的光源組以在植物或其他光敏系統(tǒng)上實現(xiàn)不同向光性效果的步驟。


圖1是本發(fā)明第一實施例的示意圖。圖2是第一實施例的紅光LED陣列的示意圖。圖3是第一實施例的藍光LED陣列的示意圖。圖4是第一實施例的綠光LED陣列的示意圖。圖5是第一實施例的黃光LED陣列的示意圖。圖6是第一實施例的深紅色#1LED陣列的示意圖。圖7是第一實施例的深紅色#2LED陣列的示意圖。圖8是第一實施例的深紅色#3LED陣列的示意圖。圖9是第一實施例的深紅色#4LED陣列的示意圖。圖10是第一實施例的可選陣列的示意圖。圖11是本發(fā)明第二實施例的示意圖。圖12是第二實施例的730nm陣列的示意圖。圖13是第二實施例的660nm陣列的示意圖。圖14是第二實施例的6IOnm陣列的示意圖。圖15是第二實施例的530nm陣列的示意圖。圖16是第二實施例的450nm陣列的示意圖。圖17是第二實施例的430nm陣列的示意圖。圖18是本發(fā)明的第三實施例的示意圖。圖19是用于第三實施例的通信選項的示意圖。圖20是用于第三實施例的開關(guān)選項的示意圖。圖21是本發(fā)明的第四實施例的示意圖。圖22是用于第四實施例的通信選項的示意圖。圖23是用于本發(fā)明的第四實施例的開關(guān)選項的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的目的是在植物中的光敏生化活動的層面上，具體地在光形態(tài)發(fā)生作用和光合作用的層面上，改進農(nóng)業(yè)技術(shù)，但是本發(fā)明不局限于這些正面應(yīng)用。具體地，本發(fā)明適于以可編程且受控的方式發(fā)射電磁光譜的向光活性部分，其中，通過幅度和時域調(diào)制，該向光活性部分將與相關(guān)新城代謝過程同步且一致，以控制目標(biāo)植物。本發(fā)明包括使用諸如LED之類光源的光譜輸出來進行植物新陳代謝控制的設(shè)備和方法。除了低功耗、低熱量輸出以及極長使用壽命這些在LED照明工業(yè)中常見的優(yōu)點之外，使用數(shù)控量子機械光源(例如LED)而不是高強度生長燈還提供了以下優(yōu)點通過利用諸如選擇性光譜波長輸出之類的LED光譜特性，尤其是通過無限小地控制植物暴露到特定光譜波長下的特定級別能量的不同時間范圍，進一步改進了現(xiàn)有技術(shù)。可以以所需波長的任意組合來配置光源發(fā)射器，以適應(yīng)在繁殖、生長以及結(jié)果/ 開花階段所需要的特定植物光合作用和其他向光性新陳代謝功能?？蛇x地，所述光源發(fā)射器可以配置用于抑制不需要的植物的植物生長，以及諸如固化顏料或粘合劑之類的其他工業(yè)應(yīng)用。同樣，所述發(fā)射器可以朝向任意方向并且靠近所述植物，但不會通過廢熱灼傷植物。本發(fā)明的發(fā)射器是計算機控制的。同樣，本發(fā)明發(fā)射器與生長燈現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的進步?，F(xiàn)有技術(shù)的生長燈不能夠精確地仿真植物隨日出和日落而在黎明(前輝)或黃昏(余輝)接收到的光類型。在生長燈中對這種類型的光進行仿真的能力對于植物生長具有正面效果，并且提高了控制植物新陳代謝的能力。本發(fā)明的計算機控制光譜發(fā)射的其他優(yōu)點包括強制開花、控制節(jié)間距離、發(fā)起生長衰退和促使生根的能力。
在本發(fā)明的僅是示意性的一個實施例中，存在包括LED陣列的光源，所述LED陣列包括100 個 735nm、120mff 的 5mm 通孔 LED，900 個 660nm、IOOmff 的 5mm 通孔 LED，1 個 MCPCB 星形安裝的IW 660nmLED，;35個MCPCB-星形安裝的IW 640nmLED，4個MCPCB-星形安裝的IW 610nmLED，4 個 MCPCB 星形安裝的 3W 530nmLED，以及 6 個 MCPCB-星形安裝的 3W 450nmLED。 這些LED都是計算機控制的，并且安裝到電路板上。在本發(fā)明的另一個實施例中，存在一種電路板，該組裝有多個LED，以形成具有 207X730nm 180mff SMD-PICC2 LED、2880 X 660nm 60mff SMD-0603 LED、3X610nm 3ff SMD-Luxeon LED、3X530nm 3ff SMD luxeon LED和 390 X 430nm 150mff SMD0805 LED 的生長燈。根據(jù)這些LED的光譜頻率和電學(xué)性質(zhì)將這些LED分成組。所述LED是計算機控制的， 并且因此可以關(guān)斷或者開啟不同的組，即不同的光譜頻率(或者頻率范圍)。將微控制器放置到燈板上，所述燈板用于根據(jù)軟件實現(xiàn)的調(diào)度方案來開啟/關(guān)斷不同的組，用戶利用板上的跳線或者通過與其他設(shè)備的通信信道來控制所述軟件，其中所述其他設(shè)備發(fā)送供板上計算機執(zhí)行的命令。在本發(fā)明的另一個實施例中，可以通過改變流過任意子組的電流來改變每一個不同頻率組的輸出功率。目前使用板外的并且通過纜線與所述燈陣列相連的MV 500+W電源。那么針對安置在所述電路板上的每一個子組，具有限流電路，以控制通過不同光源組的電流。所述微控制器通過對提供給所述模塊的功率進行開關(guān)控制，來在不同的時刻開啟和關(guān)斷不同的組。繼電器用于開關(guān)。在本發(fā)明的另一個實施例中，存在具有內(nèi)置開關(guān)功能的可變輸出電流控制。所述光源陣列可以被編程用于植物學(xué)研究和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的多種用途。所述光源陣列可以包括多種波長和強度的“混合”。例如，一個陣列可以包括730nm 的 5W660nm 的 30W645nm 的 IOW530nm 的 IOW470nm 的 20W光源陣列可以被編程為以不同的頻率、強度和周期選通。在本發(fā)明的另一個示例中，可以使用如下比例的LED 19% 430nm17% 450nm2% 530nm2% 6IOnm50% 660nm10% 730nm
這種LED陣列可以由恒定功率供電，并且可編程用于多種光通/斷周期，例如 6/18、12/12和18/6。對于每個周期，在關(guān)斷光之后的大約一小時內(nèi)，還存在730nm的余輝。本發(fā)明的另一個實施例使用光源陣列，所述光源陣列包括在360nm至410nm、 450nm 至 470nm、520nm 至 530nm、590nm 至 615nm、640nm 至 670nm 和 720nm 至 890nm 范圍內(nèi)的發(fā)射，使用專用控制器操作每一個波長。然后將微處理器用于調(diào)節(jié)所暴露的成熟植物所需要的發(fā)射光的量。因為將所述光源放置到大尺寸陣列上，例如40cmX 40cm，需要確保所暴露的植物接收正確波長處的適當(dāng)量的能量。為此目的，所述光源可以配備全息薄膜菲涅耳透鏡，所述全息薄膜菲涅耳透鏡將光折射到植物。發(fā)射器越靠近植物，折射角越大。在本發(fā)明的一個實施例中，使用具有全息薄膜菲涅耳透鏡的發(fā)射器，在140°的范圍內(nèi)產(chǎn)生輻射弧。本發(fā)明的第一實施例?，F(xiàn)在參考圖1至圖10來說明本發(fā)明的第一示例。在圖1中示出了對于本發(fā)明一個實施例示意性頂視圖。本發(fā)明包括控制器10，與多個LED陣列電連接，所述LED陣列包括紅色14、藍色16、綠色18、黃色20、深紅色1 22、深紅色2 24、深紅色3 26和深紅色4 28。 所述電路允許添加可選的陣列30?？梢允沟盟鯨ED陣列最高可以選通至39KHz的頻率。圖2示出了包括功率連接32禾Π 9X8 LED陣列34的紅光電路14。圖3示出了包括功率連接32和9X 12 LED陣列38的藍光電路16。圖4示出了包括功率連接40和6X3 LED陣列42的綠光電路18。圖5示出了包括功率連接46和2X8 LED陣列48的黃光電路20。圖6示出了包括功率連接50和11X6 LED陣列52的深紅光電路#122。圖7示出了包括功率連接M和11 X 6 LED陣列56的深紅光電路#224。圖8示出了包括功率連接58和11 X 6 LED陣列60的深紅光電路#幻6。圖9示出了包括功率連接62和11X6 LED陣列64的深紅光電路#428。圖10示出了包括功率連接66和1X9 LED陣列68的可選電路30。本發(fā)明的第二實施例現(xiàn)在參考圖11至圖12示出了本發(fā)明的第二實施例。圖11示出了本發(fā)明一個實施例的控制示意圖。圖12示出了包括9X10波長730nm LED的網(wǎng)格陣列的電路。圖13示出了包括9X10波長660nm LED的網(wǎng)格陣列的電路。圖14示出了包括1X3波長610nm LED的網(wǎng)格陣列的電路。圖15示出了包括1X3波長530nm LED的網(wǎng)格陣列的電路。圖16示出了包括5X4波長450nm LED的網(wǎng)格陣列的電路。圖17示出了包括5X10波長430nm LED的網(wǎng)格陣列的電路。本發(fā)明的第三實施例現(xiàn)在參考圖18示出了本發(fā)明的第三實施例。該實施例包括控制器，用于控制4X3 波長740nm LED的兩個網(wǎng)格陣列。圖19示出了用于該示例的通信選項，從而可以遙控所述LED陣列。圖20示出了用于本發(fā)明該示例的電路圖。圖21示出了本發(fā)明第四示例的電路圖，包括8個730nmLED的陣列。圖22示出了用于圖21所示實施例的通信選項。
圖23示出了用于圖21所示實施例的開關(guān)選項。
權(quán)利要求
1.一種使用光譜輸出對生命形態(tài)進行新陳代謝控制的設(shè)備，包括至少一個光源陣列，所述光源陣列具有促進新陳代謝的光譜發(fā)射；遠程可編程微控制器，用于按照所需方式控制所述光譜發(fā)射，與所述陣列操作地相連；軟件，用于驅(qū)動所述微控制器；存儲器，用于存儲所述軟件；電源，與所述陣列操作地相連；以及圖形用戶界面，用于操作者向所述設(shè)備進行輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述生命形態(tài)是植物，所述至少一個光源陣列具有促進光合作用的光譜發(fā)射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述生命形態(tài)是單細胞動物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述生命形態(tài)是多細胞動物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述至少一個光源陣列包括由多個相同的光源組成的第一光源組，具有第一光譜發(fā)射；由多個相同的光源組成的第二光源組，具有第二光譜發(fā)射；以及由多個相同的光源組成的第三光源組，具有第三光譜發(fā)射，其中所述第一光源組、第二光源組和第三光源組分別均由微控制器來控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個光源陣列包括分別由相同光源組成的預(yù)定個數(shù)的多個光源組，所述預(yù)定個數(shù)的多個光源組具有相應(yīng)的預(yù)定個數(shù)的促進光合作用的光譜發(fā)射，使得所述相應(yīng)的預(yù)定個數(shù)的促進光合作用的光譜發(fā)射與感興趣植物的光合作用特性兼容，并且足以促進所述植物的生長。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述第一光源組、第二光源組和第三光源組分布在所述至少一個陣列的相應(yīng)的第一表面區(qū)域、第二表面區(qū)域和第三表面區(qū)域，其中第一表面區(qū)域、第二表面區(qū)域和第三表面區(qū)域互不相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述第一光源組、第二光源組和第三光源組被混合為分布在所述陣列的整個表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述至少一個陣列和所述微控制器被固定到單個電路板。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述第一光譜發(fā)射、第二光譜發(fā)射和第三光譜發(fā)射處于相應(yīng)的第一光合作用促進波長、第二光合作用促進波長和第三光合作用促進波長。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述微控制器適于向至少第一光源陣列發(fā)送照明命令。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中對于每一個特定的光源組，所述照明命令包括開啟命令、關(guān)斷命令、強度命令和選通命令。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述命令還包括前輝命令和余輝命令。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述微控制器被編程為命令所述陣列在第一預(yù)定時間段上發(fā)射預(yù)定波長的促進光合作用的光。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述微控制器被編程為命令所述陣列在第二預(yù)定時間段上發(fā)射預(yù)定波長的預(yù)定功率輸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個光源陣列與另外的至少一個光源陣列聯(lián)網(wǎng)，所聯(lián)網(wǎng)的陣列由所述控制裝置來控制。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中能夠通過因特網(wǎng)從手持設(shè)備遠程地對所述至少一個光源陣列編程。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述選通命令在36KHz的選通頻率下激活光。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述軟件是開源軟件。
20.一種使用光譜輸出的植物新陳代謝控制方法，包括以下步驟a.確定感興趣植物的光合作用性質(zhì)；b.制造光源陣列，所述光源陣列包括所需的組合在一起的多個光源組，所述光源組具有與所述感興趣植物的光合作用特性兼容的所需光譜發(fā)射；c.將所述感興趣的植物放置在靠近所述光源陣列的所需位置；以及d.將可編程微控制器與所述光源陣列操作地相連，其中所述可編程微控制器適于向所需的光源組發(fā)送命令，使得所述所需的光源組在所需的時間段內(nèi)在所需的時刻以所需的強度發(fā)射所需的光譜發(fā)射。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括對黎明前輝光進行仿真的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括對日落后輝光進行仿真的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括以所需的強度按照所需的時間間隔選通特定的光源組的步驟。
全文摘要
將高效LED的陣列或多個陣列配置在植物生命體附近，以按照多種促進光合作用的頻率和功率輸出來發(fā)射光能量。在分析感興趣的植物的光合作用性質(zhì)之后，選擇特定的發(fā)光頻率。所述LED是遠程控制的，并且可以通過使用適用于此目的的GUI的手持設(shè)備來遠程控制。將發(fā)射多種光合作用有用波長的多個LED陣列布置在一起?？梢钥刂扑鲫嚵邪l(fā)射黎明前和日落后的輝光。通過調(diào)節(jié)頻率，所述陣列也可以用于抑制植物生長。
文檔編號A01G9/20GK102164475SQ200980137949
公開日2011年8月24日 申請日期2009年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者大衛(wèi)·A·Ⅲ·希爾斯托姆, 杰弗里·布克弗 申請人:光農(nóng)算機有限公司