Садоводческое осветительное устройство
Садоводческое осветительное устройство для освещения растения содержит осветительный модуль с множеством осветительных элементов. Работа осветительного модуля ограничена множеством дискретных режимов, в которых свет излучается с различными дискретными спектральными составами, посредством испускания света из осветительных элементов в различных предварительно заданных комбинациях. Данные режимы включают режим роста, выполняемый со спектром, который способствует росту растения, и по меньшей мере один режим регулирования, выполняемый со спектром, который регулирует другой биологический процесс растения, при этом по меньшей мере один осветительный элемент выполнен с возможностью излучения как в режиме роста, так и в режиме регулирования. Устройство дополнительно содержит контроллер, выполненный с возможностью переключения осветительного модуля между множеством дискретных режимов. Контроллер выполнен с возможностью переключения осветительного модуля между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования в разных соответствующих фазах суточного цикла. Это позволит обеспечить уменьшенное потребление энергии и связанное с этим уменьшение стоимости, а также простоту использования. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Представленное раскрытие относится к садоводческому осветительному устройству для освещения одного или более растений, чтобы способствовать росту, а также, чтобы управлять одним или более другими биологическими процессами растений, такими как цветение или устойчивость к болезни.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Растения используют процесс фотосинтеза для преобразования света, CO2 и H2O в углеводы (сахара). Данные сахара используются для активизации метаболических процессов, а избыток сахаров используется для образования биомассы. Данное образование биомассы может включать удлинение стеблей, увеличение листовой площади, цветение и/или образование плодов. Фоторецептором, ответственным за фотосинтез, является хлорофилл.
Кроме фотосинтеза имеется по меньшей мере три других типа процесса, связанного с взаимодействием между излучением и растениями: фотопериодизм, фототропизм и фотоморфогенез. Фотопериодизм относится к возможности и необходимости определения и измерения растениями периодичности излучения (например, чтобы индуцировать цветение). Фототропизм относится к движению роста растения в направлении или в сторону от излучения. Фотоморфогенез относится к изменению формы в ответ на качество и/или количество излучения.
Искусственное освещение в теплицах в настоящее время используют для содействия росту растений, но также чтобы управлять некоторыми другими процессами во время развития растений, такими как индуцирование цветения. Требования к данным двум типам освещения являются различными, как в показателях интенсивности, так и спектра. Вследствие этого, искусственное освещение может иметь множество значений в садоводческом освещении, попадающих главным образом в две группы: рост и управление другими биологическими процессами, не являющимися ростом.
Источником света роста является источник света, который дополняет или заменяет естественный дневной свет, например, в теплицах или на растительных фабриках. Его используют для того, чтобы повысить производительность (например, томатов), чтобы обеспечить возможность роста сельскохозяйственной культуры без дневного света на фабриках растений, и/или чтобы распространить производство сельскохозяйственных культур в течение осеннего, зимнего и весеннего периода, когда цены на сельскохозяйственные культуры являются более высокими.
С другой стороны, источник регулирующего света используют, чтобы способствовать одному или более других биологических процессов растения или растений. Примерами является следующее.
Фотопериодическое освещение использует тот факт, что ежедневная продолжительность света является важной для многих растений. Чтобы увеличить продолжительность дня для регулирования цветения или чтобы индуцировать другие фотопериодические реакции, например, чтобы прервать зимний период покоя дыхания растений, наподобие хризантемы и клубники, могут использоваться, например, светодиодные лампы. Например, соотношение светлого и темного периода в 24-часовом цикле может влиять на реакцию цветения у ряда растений, а манипулирование данным соотношением посредством дополнительного освещения обеспечивает возможность регулирования времени цветения и морфологии цветка (например, толщины и длины).
Определенные дозы света также могут повышать устойчивость растений к болезни. Например, несколько исследований показали, что низкая интенсивность освещения в течение ночи может помочь растениям усилить их системную устойчивость к болезням. В данном случае также имеет значение спектр света.
Спектр света также может влиять на морфологическое развитие растения. Например, было доказано, что величина и/или процентное значение синего света по большей части ответственно за компактную организацию растений (короткие междоузловые расстояния и черешки), в то время, как дальний красный свет имеет противоположный эффект за счет индуцирования удлинения стеблей и больших листовых площадей.
Кроме того, свет может использоваться, чтобы управлять содержанием питательных веществ итогового продукта. Например, было показано, что для овощей, выращенных в отсутствии дневного света, предуборочный регулирующий свет будет стимулировать оптимальное для рынка наличие питательных веществ. Например: уменьшение содержания нитратов в листовых овощах может быть достигнуто за счет применения непрерывного освещения высокой интенсивности 48 часов перед уборкой; увеличение антоциана (красная окраска салата) может быть получено за счет применения интенсивного синего или УФ света; а кратковременная (3 дня) предуборочная обработка микрозелени интенсивным красным светом также увеличивает фитохимические соединения.
Что касается длины волны света, главная фотосинтетическая активность растения происходит в пределах диапазона длин волн 400-700 нм с пиками в красной (625-675 нм) и синей (425-475 нм) областях. Излучение в пределах диапазона 400-700 нм называется фотосинтетически активное излучение (PAR) и отвечает за рост растений. Синий свет управляет образованием листьев, тогда как красный и дальний красный способствуют росту стеблей и цветению (цветение также сильно зависит от синхронизации освещения, так что цветение может быть индуцировано посредством подходящей синхронизации освещения). Было доказано, что низкая плотность потока красного света увеличивает устойчивость растений к болезням.
В садоводстве, плотность светового потока измеряют в количестве фотонов в секунду на единицу площади (например, в микромоль/сек/м2, при этом моль соответствует 6×1023 фотонов). Например, при применении межрядного освещения для томатов, типичная используемая плотность потока составляет 110 мкмоль/сек/м2 с соотношением синий: красный, близким к 1:7.
Традиционные садоводческие осветительные системы основаны на натриевых лампах высокого давления (для роста) или на лампах накаливания (для цветения). Они имеют фиксированный спектр, а также являются в основном фиксированными в показателях интенсивности светоотдачи.
В последнее время появление твердотельного освещения, основанного на светодиодах, предлагает новые возможности для применения в садоводстве. Главные преимущества использования светодиодов обусловлены возможностью настройки спектрального состава света для точного соответствия фоторецепторам растений. Вместе с дополнительными выгодами, наподобие возможности уменьшения силы света, улучшенного теплового регулирования и свободы распределения светодиодов, это обеспечивает более оптимальный рост растений и урожай сельскохозяйственной культуры и обеспечивает возможность влияния на морфологию и состав растений. Светодиоды также обещают уменьшенное потребление энергии (и связанное уменьшение стоимости) по сравнению с более общепринятыми источниками света, такими как газоразрядные лампы или лампы накаливания. Например, наряду с их в действительности более высокой эффективностью, светодиоды также могут обеспечивать возможность распространения света ближе к цели, что может приводить к меньшей потере света через крышу и пол теплицы. Кроме того, может осуществляться более хорошее распространение света в сельскохозяйственной культуре. Это может быть полезно в ряде вариантов применения, например, для сельскохозяйственных культур на натянутой проволоке, наподобие томатов.
Светодиоды испускают излучение в пределах узкого спектра длин волн. Например, типичный светодиод может иметь пик излучения при 450 нм (синий), 660 нм (красный) или 730 нм (дальний красный). Также можно создать светодиод, который обеспечивает широкий белый спектр (400-750 нм) за счет покрытия светодиода одного цвета таким материалом, как фосфор. Комбинации подобных светодиодов могут использоваться для создания различных спектров.
Ряд садоводческих светодиодных ламп уже доступны на рынке для профессиональных коммерческих производителей. Для сохранения низкой стоимости они имеют фиксированный спектр света и светоотдачу, настроенные, чтобы соответствовать требованиям либо света роста, если лампа представляет собой лампу роста, либо регулирующего света, если лампа представляет собой регулирующую лампу.
Для целей исследования также предлагаются более гибкие системы, которые обладают возможностью ослабления светоотдачи отдельных цветов до любого требуемого уровня. В случае, когда световой модуль оборудован испускающими, например, красный и синий свет светодиодами; и затемнение может выполняться отдельно для каждого из цветов, обеспечивая исследователю возможность достижения любого требуемого состава света. Данные сложные системы предлагают высокую степень гибкости, но (в отличие от исследователя) являются сложными в использовании для производителя садоводческой продукции, а также добавляют дополнительную стоимость, делая их экономически непозволительными для плодоовощной индустрии.
US 2012/170264-A1 раскрывает лампу роста со светодиодом полного спектра. Признаки света могут включать в частности множество светодиодных элементов, включающих множество различных типов светодиодов, при этом светодиод каждого типа имеет светоотдачу с уникальной длиной волны. Светодиодные элементы могут быть распределены по всей поверхности света роста. Контроллер может быть выполнен с возможностью регулирования интенсивности света роста светодиода полного спектра по каждой из световых длин волн. Контроллер может обеспечивать множество установок, которые выполнены с возможностью автоматического регулирования множества интенсивностей до уровня, который является оптимальным для конкретного растения или фазы роста. Контроллер также может быть выполнен с возможностью обеспечения независимого регулирования интенсивности отдельных световых длин волн. Установки могут соответствовать фазе прорастания, фазе роста или фазе цветения во время роста растения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вследствие этого, на одном конце диапазона, существующие на рынке продукты предоставляют световой модуль с фиксированным соотношением, например, синего, красного и дальнего красного, где регулируется только общая интенсивность (или даже только включение/выключение). Преимуществами этого являются низкая стоимость и легкость использования, но недостаток состоит в том, что подобные лампы не много позволяют в области регулируемости. На другом конце диапазона имеются исследовательские модули для отдельного регулирования интенсивности, например, синего, красного и дальнего красного. Преимуществом этого является высокая степень регулируемости, но недостатком является высокая стоимость и сложность использования. Было бы желательно обеспечить более простой путь конструирования и регулирования садоводческой лампы, которая может использоваться для обеспечения как свате роста, так и регулирующего света, которая поддерживает степень регулируемости, сохраняя в то же время низкую стоимость и сложность регулирования света.
Согласно одному аспекту, раскрытому в настоящем документе, предоставлено садоводческое осветительное устройство для освещения растения. Устройство содержит: осветительный модуль, содержащий множество осветительных элементов (например, светодиодов), при этом работа осветительного модуля ограничена только множеством дискретных режимов, в которых свет излучается с различными дискретными спектральными составами посредством испускания света из осветительных элементов в различных предварительно заданных комбинациях. Данные режимы содержат режим роста, выполняемый со спектром, который способствует росту растения, и по меньшей мере один режим регулирования, выполняемый со спектром, который регулирует другой биологический процесс растения (например, фотопериодический процесс, фототропический процесс или фотоморфогенный процесс; например, цветение или устойчивость к болезни). Так как режимы представляют собой режимы данного осветительного модуля, а не свойства отдельных осветительных модулей, по меньшей мере один из осветительных элементов является общим для каждого режима, причем выполнен с возможностью излучения как в режиме роста, так и в режиме регулирования. Устройство дополнительно содержит контроллер, выполненный с возможностью переключения осветительного модуля между множеством дискретных режимов.
Таким образом, раскрытие предоставляет садоводческое осветительное устройство (например, светодиодную лампу), которое объединяет режим роста и режим регулирования освещения простым и экономически эффективным образом, вместе со способами регулирования светоотдачи подобной лампы на основании таких факторов, как цель производителя, стадия дня и/или состояние сельскохозяйственной культуры. Раскрытый садоводческий модуль попадает между существующими доступными продуктами, обеспечивая компромисс между гибкостью, стоимостью и простотой для пользователя; имея специализированную световую установку с целью оказания специализированного воздействия на растения в каждом из режимов. Преимущества могут включать уменьшение стоимости (меньше световых модулей и менее тяжелая установка) и/или более простую работу (ограниченное количество выбираемых, предварительно сконфигурированных режимов, не требующих предписаний системы управления).
В вариантах осуществления различные комбинации могут быть образованы за счет включения и выключения осветительных элементов в различных предварительно заданных схемах (например, см. Фиг.4 и 5). В качестве альтернативы или дополнительно, различные комбинации могут быть образованы за счет испускания света из осветительных элементов с различными предварительно заданными комбинациями интенсивности.
В вариантах осуществления контроллер может быть выполнен с возможностью переключения осветительного модуля между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования в различных соответствующих фазах ежедневного цикла. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью переключения осветительного модуля в режим роста в течение дневной фазы ежедневного цикла, и с возможностью переключения осветительного модуля в ночную фазу ежедневного цикла. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью определения фазы ежедневного цикла согласно предварительно заданному графику.
В качестве альтернативы или дополнительно, контроллер содержит один или более датчиков, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании одного или более датчиков и/или с возможностью регулирования продолжительности по меньшей мере одного режима регулирования на основании одного или более датчиков. Например, один или более датчиков могут содержать: датчик дневного света, выполненный с возможностью измерения уровня яркости дневного света, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании измеренного уровня яркости и/или с возможностью регулирования продолжительности по меньшей мере одного режима регулирования на основании измеренного уровня яркости; датчик дневного света, выполненный с возможностью измерения спектрального состава дневного света, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании измеренного спектрального состава дневного света и/или с возможностью регулирования продолжительности по меньшей мере одного режима регулирования на основании измеренного спектрального состава дневного света; датчик влажности, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании измеренной влажности и/или с возможностью регулирования продолжительности по меньшей мере одного режима регулирования на основании измеренной влажности; датчик температуры, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании измеренной температуры и/или с возможностью регулирования продолжительности по меньшей мере одного режима регулирования на основании измеренной температуры; датчик эффективности роста растений и/или другой вид датчика состояния растений, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании измеренного роста и/или состояния растения и/или с возможностью регулирования продолжительности по меньшей мере одного режима регулирования на основании измеренного роста и/или состояния растения; и/или датчик морфологии растений, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании измеренной морфологии растений и/или с возможностью регулирования продолжительности по меньшей мере одного режима регулирования на основании измеренной морфологии растений.
В вариантах осуществления одним или более датчиками может быть по меньшей мере одно из средств, посредством которых контроллер определяет фазу ежедневного цикла (либо единственное средство, либо используемое в дополнение к одному или более другим средствам, таким как предварительно заданный график, например, адаптирующее время переключения графика в пределах допустимых границ графика на основании входной сенсорной информации).
В других дополнительных вариантах осуществления контроллер может содержать пользовательский интерфейс (например, переключающий или компьютерный терминал), выполненный с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании ввода пользователя, получаемого через пользовательский интерфейс.
Осветительный модуль может быть ограничен наличием только единственного доступного режима регулирования, так что устройство ограничено только двумя режимами, роста или регулирования; или в качестве альтернативы осветительный модуль может допускать небольшое количество из множества дискретных режимов регулирования. В случае множества режимов регулирования контроллер может быть выполнен с возможностью применения каждого из множества режимов регулирования последовательно в разное соответствующее время в течение ночной фазы.
Согласно еще одному аспекту, раскрытому в настоящем документе, может быть предоставлена садоводческая лампа роста, имеющая корпус и содержащая устройство из любого из раскрытых вариантов осуществления (включая по меньшей мере осветительный модуль и контроллер), встроенное в указанный тот же самый корпус.
Согласно еще одному аспекту может быть предоставлено садоводческое растительное сооружение, содержащее: одно или более растений и осветительный модуль и контроллер в соответствии с любым из вариантов осуществления, раскрытых в настоящем документе, при этом осветительный модуль выполнен с возможностью освещения одного или более растений. Например, садоводческое растительное сооружение может принимать форму теплицы или фабрики по выращиванию растений, в которой помещены растения и осветительный модуль.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Чтобы способствовать пониманию представленного раскрытия и показать, как варианты осуществления могут быть приведены в исполнение, в качестве примера сделана ссылка на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой схематичную иллюстрацию садоводческого растительного сооружения,
Фиг.2 представляет собой схематичную блок-схему садоводческого осветительного устройства,
Фиг.3 представляет собой схематичное представление осветительного модуля,
Фиг.4 представляет собой схематичное представление осветительного модуля в режиме роста, а
Фиг.5 представляет собой схематичное представление осветительного модуля в режиме регулирования.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее описан световой модуль, содержащий контроллер для регулирования светового модуля по меньшей мере в двух (особых) рабочих режимах, из которых один режим предназначен для предоставления света роста в течение ʹдневногоʹ периода в 24-часовом цикле, а еще один режим предназначен для предоставления регулирующего света в течение ʹночногоʹ периода в 24-часовом цикле. Например, регулирующим светом может быть один из стимулирующего цветение света, уменьшающего болезни света и регулирующего морфологию света.
Пользовательский интерфейс (либо переключатель, либо дистанционное управление компьютера управления параметрами) может обеспечивать ввод для выбора одного из по меньшей мере двух режимов. В качестве альтернативы или дополнительно, контроллеру осветительного модуля добавляют развитые логические возможности для выбора между режимами автоматическим или по меньшей мере частично автоматическим образом. Например, управление осветительного модуля также или в качестве альтернативы может быть основано на данных датчиков, связанных с окружающей средой (например, датчика дневного света, времени дня, стадии роста растения/сельскохозяйственной культуры, относительной влажности для оценки риска заболевания и т.д.), при этом контроллер переключает между различными рабочими режимами на основании измеренных данных окружающей среды. И/или в качестве еще одного примера, переключение может происходить на основании таймера согласно предварительно заданному графику предварительно сконфигурированному в контроллере.
В вариантах осуществления осветительный модуль может обеспечивать только режим роста и единственный режим регулирования. В качестве альтернативы в течение ненакладывающихся периодов может применяться множество режимов регулирования света. В любом из данных режимов световой модуль можно регулировать для обеспечения непрерывного света или импульсного включения/выключения света со световыми импульсами порядка, составляющего минуты.
Фиг.1 показывает садоводческое растительное сооружение 2, содержащее теплицу 6 или фабрику по выращиванию растений. Теплица или фабрика 6 содержит одно или более растений 4 (например, томатов), и один или более случаев садоводческого осветительного устройства 8, выполненного с возможностью освещения одного или более растений 4. Осветительное устройство 8 может использоваться для обеспечения дополнительного освещения в дополнение к дневному свету (например, в теплице) или даже для обеспечения единственного света вместо дневного света (например, в находящейся в помещении растительной фабрике). Например, в показанном примере, два растения 4 или ряда растений оба освещаются сверху посредством верхнего осветительного устройства 8t, в то время, как каждое растение 4 или группа растений в данном ряду в качестве альтернативы или дополнительно освещаются посредством межрядного осветительного устройства 8i, расположенного между растением или группой растений. Фиг.1 также показывает иллюстративную планировку для гидропонного выращивания томатов в теплицах с обслуживающим проходом между рядами томатов, но следует принимать во внимание, что она является иллюстративной и никоим образом не ограничивающей все сценарии, в которых могут применяться идеи настоящего документа.
Фиг.2 приводит блок-схему садоводческого устройства 8 роста в соответствии с вариантами осуществления, раскрытыми в настоящем документе, например, которые могут использоваться в случаях реализации верхнего освещения 8t или межрядного освещения 8i. Садоводческое осветительное устройство 8 содержит осветительный модуль 10, содержащий множество осветительных элементов 12 (например, светодиодов) и контроллер 14, выполненный с возможностью регулирования осветительного модуля 10 с возможностью переключения между режимами. Контроллер 14 содержит одно или более из: пользовательского интерфейса (UI) 16, одного или более датчиков 18 и/или таймера 20. В вариантах осуществления осветительный модуль 10 и контроллер 14 (содержащий свой UI 16, датчик (датчики) 18 и/или таймер 20) могут быть объединены вместе в корпус садоводческой лампы роста. В качестве альтернативы некоторая часть или весь контроллер 14 может быть воплощен в отдельном блоке, таком как компьютерный терминал, соединенный с осветительным модулем 10 посредством проводного или беспроводного соединения.
Фиг.3, 4 и 5 схематично иллюстрируют пример осветительного модуля 10, например, который может использоваться при верхнем освещении 8t или в другом садоводческом осветительном устройстве. Осветительный модуль содержит множество осветительных элементов 12, каждый из которых в предпочтительных вариантах осуществления представляет собой соответствующий светодиод (и как таковой будет описан в дальнейшем, хотя должно быть понятно, что в более общем смысле это могут быть другие типы осветительного элемента). Каждый светодиод 12 выполнен с возможностью излучения с заданным цветом, причем различные светодиоды 12 имеют по меньшей мере два различных цвета; т.е. некоторые из светодиодов 12 одного цвета, другие светодиоды 12 другого цвета, а (если используется более, чем два цвета светодиодов) третьи светодиоды 12 третьего цвета и так далее. Например, в показанном примере некоторые из светодиодов 12 являются синими светодиодами 12B (пик излучения при 400-500 нм, например, 450 нм); некоторые являются красными светодиодами 12R (пик излучения при 600-700 нм, например, 660 нм), а некоторые являются дальними красными светодиодами 12FR (пик излучения при 700-800 нм, например, 740 нм). Светодиоды 12 могут быть расположены в двухмерной матрице, например, в прямоугольной решетке, как в проиллюстрированном примере, или в каком-то другом порядке; при условии, что свет, излучаемый светодиодами 12 различных цветов, который является свойственным для одного или более растений, будет смешиваться по меньшей мере в некоторой степени. В одном варианте осуществления светодиоды могут быть расположены в решетке 7×6 с цветами, показанными на фигурах 3-5 (хотя не обязательно в масштабе), но следует принимать во внимание, что это пример, который не должен быть ограничением всех возможных вариантов осуществления.
Светодиоды 12 расположены в две группы для предоставления света в двух различных режимах: роста и регулирования. По меньшей мере один светодиод 12 или подгруппа светодиодов 12 с аналогичным спектром относится к обеим группам и используется в общем (в обоих режимах). Относительный вклад по меньшей мере одной группы светодиодов 12 в общий вывод является разным в двух режимах (различных по спектральному составу).
В вариантах осуществления режим роста отличается относительно высокой плотностью светового потока (например, 100-200 мкмоль/м2/с) с большим его участием в красной части спектра (например, 70%-90%). С другой стороны, свет, излучаемый в режиме регулирования, выполнен с другим спектром, чем в режиме роста (а в вариантах осуществления также с другой интенсивностью) для того, чтобы способствовать другому биологическому процессу растения 4, не являющемуся ростом. В вариантах осуществления интенсивность регулирующего света может быть относительно низкой (например, 0-50 мкмоль/м2/с), а спектральный состав зависит от результата, который хочет достигнуть производитель, например, такого как один или более результатов, обсуждавшихся ранее. Спектр и/или интенсивность света в режиме роста и/или в режиме регулирования также может зависеть от типа сельскохозяйственной культуры или растения, для которого он разработан, т.е. выполняется для конкретного типа растения или сельскохозяйственной культуры. Для затемнения различных световых каналов (различных цветов) может использоваться широтно-импульсная модуляция (PWM). Кроме данной высокочастотной пульсации (>100 Гц) в вариантах осуществления регулирующий свет может предлагаться в непрерывном режиме или в импульсном режиме с импульсами с более большими временными интервалами (например, 1-60 минут) в зависимости от требуемого результата и лежащих в основе пусковых механизмов.
Фиг.3 показывает осветительный модуль 10 при выключении (ни один из его светодиодов 12 не включен, т.е. излучение отсутствует). Фиг.4 показывает осветительный модуль на примере режима роста, в котором первая группа светодиодов 12 включена (излучает), а остальные выключены (не излучают). В показанном примере режим роста выполнен таким образом, что все синие светодиоды 12B и красные светодиоды 12R включены, но все дальние красные светодиоды 12FR выключены. Фиг.5 показывает осветительный модуль на примере режима регулирования, в котором вторая группа светодиодов 12 включена (излучает), а остальные выключены (не излучают). В показанном примере режим регулирования выполнен таким образом, что все красные светодиоды 12R и дальние красные светодиоды 12FR включены, в то время, как все синие светодиоды 12B выключены. Следует заметить, что некоторые, но не все светодиоды первой группы (включенной в режиме роста) являются общими со второй группой (включенной в режиме регулирования).
Контроллер 14 выполнен с возможностью регулирования осветительного модуля 12 с возможностью переключения между режимом роста и режимом регулирования. Контроллер 14 может принимать ряд возможных форм. В вариантах осуществления контроллер 14 принимает форму цифрового модуля 15 управления, выполненного с возможностью регулирования режима осветительного модуля 10, плюс связанный UI 16, датчик (датчики) 18 и/или таймер 20, соединенные посредством проводного или беспроводного соединения для предоставления входных данных для регулирования модуля 15; при этом модуль 15 управления выполнен с возможностью регулирования осветительного модуля 10 с возможностью переключения между режимом роста и режимом регулирования на основании ввода или входных данных, которые он принимает от UI 16, датчика (датчиков) и/или таймера 20.
Цифровой модуль 15 управления может быть осуществлен в виде части кода программного обеспечения, хранящегося в памяти контроллера 14, и исполнен с возможностью выполнения на одном или более процессорах контроллера 14. Например, контроллер 14 может содержать компьютерный терминал, такой как настольный или портативный компьютер, планшет или смартфон, на котором установлен и выполняется модуль 15 управления; или контроллер может содержать память и микропроцессор специального применения специализированного блока управления, например, встроенный в садоводческую лампу роста. В качестве альтернативы, цифровой модуль управления может быть полностью или частично реализован в виде специализированной аппаратной электронной схемы и/или в виде конфигурируемой электронной схемы или электронной схемы с перестраиваемой конфигурацией, такой как программируемая вентильная матрица или программируемая пользователем вентильная матрица. Следует заметить, что, когда модуль 15 управления реализован в программном обеспечении, выполняемом на процессоре, таймер 20 (при использовании) может принимать форму часов общего назначения или другого таймера процессора плюс соответствующее программное обеспечение, или в качестве альтернативы может принимать форму отдельного периферийного таймера.
В вариантах осуществления модулем 15 управления является автоматический модуль управления, выполненный с возможностью автоматического переключения между режимом роста и режимом регулирования на основании одного или более из: времени дня, стадии роста сельскохозяйственной культуры (измеренной или предварительно установленной в качестве функции периода роста), продолжительности дня (выводимой из календарной даты или из показаний датчика), спектрального состава дневного света (например, показаний датчика соотношения красного/дальнего красного или значения PSS), и/или одного или более показаний датчика (например, относительной влажности и/или температуры для оценки риска заболевания). В вариантах осуществления модуль 15 управления автоматически включает регулирующий свет (с временной задержкой или без нее) после выключения света роста.
В некоторых вариантах осуществления осветительный модуль 10 имеет только два режима: режим роста и один режим регулирования. В качестве альтернативы осветительный модуль может допускать небольшое количество различных режимов регулирования (но в вариантах осуществления, однако, только единственный режим роста). Например, осветительный модуль 10 может переключаться между различными функциями для регулирующего света; например, режимами, имеющими различную интенсивность и/или спектры света для цветения, устойчивости к болезням и/или регулирования морфологии. В вариантах осуществления осветительный модуль 10 имеет только два или меньше режимов регулирования, только три или меньше режимов регулирования, только четыре или меньше режимов регулирования, только пять или меньше режимов регулирования или только десять или меньше режимов регулирования.
В любом случае, допускается ли один или несколько режимов регулирования, следует заметить, что режимы представляют собой дискретные режимы осветительного модуля 10 в том плане, что работа осветительного модуля 10 ограничена только небольшим количеством режимов (соответствующих небольшому количеству соответствующих комбинаций светодиодов 12), которых существенно меньше, чем если бы спектр и/или интенсивность света можно было бы устанавливать на любое произвольное значение (на основании любых возможных установок включения-выключения и/или яркости светодиодов 12). Поэтому количество режимов существенно меньше, чем количество возможных комбинаций, в которых светодиоды 12 осветительного модуля можно включать и выключать, например, по меньшей мере в десять раз меньше, по меньшей мере в сто раз меньше, по меньшей мере в тысячу раз меньше или по меньшей мере в десять тысяч раз меньше и т.д. (в зависимости от количества светодиодов 12 и, вследствие этого, от количества теоретических комбинаций); а предпочтительно допускается только небольшая группа режимов (например, меньше или равно двум, меньше или равно трем, меньше или равно четырем, меньше или равно пяти или меньше или равно десяти режимам регулирования; а в вариантах осуществления только один режим роста).
Предпочтительно для того, чтобы уменьшить сложность управления, данное ограничение небольшим количеством дискретных режимов является внутренним, аппаратным свойством самого осветительного модуля 10. Например, осветительный модуль 10 может содержать два провода управления, посредством которых контроллер 14 подсоединяют для переключения модуля 10 между светом роста и регулирующим светом на основании приложенного управляющего напряжения, например, разницы напряжений между двумя проводами (и из двух данных проводов управления, один провод может быть общим с проводами, обеспечивающими энергию). Однако, в качестве альтернативы, ограничение может накладываться контроллером 14.
Также необходимо заметить, что в случае цифрового контроллера 15 дискретное средство, ограниченное существенно меньшим количеством режимов, чем лимит на количество комбинаций уровней, неизбежно обусловленных цифровым представлением значения. Т.е. для цели представленного раскрытия считается, что переменная в цифровой форме является эффективно непрерывной переменной (и, вследствие этого, не является дискретной), если единственным ограничением количества возможных значений, которое она может принять, является квантование вследствие цифровой природы контроллера.
Далее некоторые возможности для регулирования переключения между режимами обсуждаются более подробно.
В первом варианте осуществления контроллер 14 содержит цифровой модуль 15 управления и таймер 20, и выполнен с возможностью регулирования переключения между режимом роста и одним или более режимами регулирования согласно предварительно заданному графику (посредством синхронизации текущего времени с использованием таймера и сравнения текущего времени с графиком). В вариантах осуществления контроллер 14 также содержит пользовательский интерфейс (UI) 16, а график может быть запрограммирован пользователем посредством UI 16. Например, контроллер 14 может принимать форму компьютерного терминала, на котором реализован модуль 15 управления, а UI 16 может содержать дисплей и средство ввода (например, мышь, клавиатуру и/или сенсорный экран) данного компьютерного терминала. В качестве альтернативы график может быть предварительно запрограммирован в модуле 15 управления изготовителем, поставщиком или техником ввода в эксплуатацию.
Согласно первому варианту осуществления график может содержать ежедневный график и/или график, варьирующий в течение более долгого периода, например, еженедельный, ежемесячный и/или ежегодный календарь (например, поэтому ежедневный график варьирует на протяжении ряда дней, недель, месяцев или лет).
Предпочтительно график представляет собой по меньшей мере ежедневный график, по которому модуль 15 управления переключает осветительное устройство 10 между различными режимами в разное время 24-часового ежедневного цикла. Согласно данному графику режим роста предпочтительно используется для дополнения дневного света (в течение дня и/или ночью); в то время, как режим регулирования главным образом может использоваться в течение ночи или в конце дня, когда вклад дневного света становится очень ограниченным. Таким образом, осветительный модуль используют, чтобы способствовать росту в течение дня, и способствовать одному или более другим биологическим процессам, таким как цветение или устойчивость к болезням в течение ночи. Если имеется множество различных режимов регулирования, ежедневный график может включать в себя переключение между различными режимами регулирования в разное время ночи; например, переключение из режима цветения в режим устойчивости к болезням часть продолжительности ночи или чередование между двумя режимами в течение ночи.
В качестве альтернативы или дополнительно, график может варьировать параметры переключения на протяжении периода дольше, чем один день. Например, изменение продолжительности времени, в течение которого режим роста применяется в течение дня, и/или продолжительности времени, в течение которого режим (режимы) регулирования применяется (или применяются) в течение ночи, может быть запланировано каждый день, каждую неделю или каждый месяц в зависимости от стадии роста сельскохозяйственной культуры, текущей продолжительности дня и/или сезона, который предполагается из текущей календарной даты.
Во втором варианте осуществления контроллер 14 содержит цифровой модуль 15 управления и один или более датчиков 18 и выполнен с возможностью регулирования переключения между режимом роста и одним или более режимами регулирования на основании соответствующего ввода или входных данных от одного или более датчиков 18. Например, датчик (датчики) 18 может представлять собой датчик дневного света, выполненный с возможностью измерения текущей величины дневного света, демонстрируемой в сооружении 2, датчик дневного света, выполненный с возможностью измерения текущего спектрального состава дневного света, демонстрируемого в сооружении 2 (в нем может использоваться такой же или другой фотоэлемент), датчик влажности, выполненный с возможностью измерения текущей влажности в сооружении 2, и/или датчик температуры, выполненный с возможностью измерения текущей температуры в сооружении 2. Предпочтительно один или более датчиков помещают в подходящей близости от рассматриваемого растения или растений 4 для того, чтобы сблизить условия (например, свет и/или влажность), которым подвергаются данные одно или более растений 4.
Например, модуль 15 управления может быть выполнен с возможностью прогнозирования текущей продолжительности дня и/или стадии роста сельскохозяйственной культуры на основании измеренных дневного уровня яркости и/или спектра, и/или измеренной влажности, и на основании этого может переключаться между режимами. Например, модуль 15 управления может прогнозировать продолжительность дня на основании одного или более датчиков 8, и инициировать режим роста, который должен применяться в течение прогнозируемого времени дня, и один или более режимов регулирования, которые должны применяться в течение прогнозируемого времени ночи. И/или модуль 15 управления может прогнозировать текущую стадию роста сельскохозяйственной культуры или сезон на основании одного или более датчиков 18, и может варьировать продолжительность времени режима роста и/или режима (режимов) регулирования, который применяется (применяются) в зависимости от прогнозируемой стадии роста или сезона.
В еще одном примере текущий риск заболевания может коррелировать с влажностью и/или температурой, испытываемой растением (растениями) 4, и модуль 15 управления может быть выполнен с возможностью активации регулирующего устойчивость к болезням режима (или изменения продолжительности данного режима) в ответ на измерение определенного уровня влажности или температуры или определенных комбинаций влажности или температуры.
В еще одном примере специализированный датчик состояния растений может использоваться для измерения одного или более аспектов состояние растений, например, для обеспечения ранней индикации болезни. Датчик состояния растений может представлять собой датчик эффективности роста растений для проведения измерений фотосинтеза (роста), такой как датчик флюоресценции хлорофилла, например, камера Allied Vision AVT). Например, измерения роста (флюоресценции хлорофилла) могут использоваться в качестве ранней, непрямой индикации болезней. Однако, обычно также могут иметься и другие измерения роста растений или состояния растений. Например, рост также может ингибироваться другими факторами (например, недостатком воды).
В еще одном примере датчики морфологии растений (например, Phenospex PlantEye) могут использоваться для измерения одного или более аспектов морфологии растений, таких как стадия роста сельскохозяйственной культуры.
Выбор и/или продолжительность конкретного режима регулирования могут быть основаны на одном или более измеренных значений от любого одного или более датчиков, описанных выше, или других. Например, датчик дневного света может быть выполнен с возможностью определения включения/выключения режима роста, в то время, как другой один или более датчиков, например, датчик влажности и/или датчик температуры, может быть выполнен с возможностью определения выбора и/или продолжительности противогрибкового режима регулирования из множества режимов регулирования. Конкретный режим регулирования не может быть выбран, если на основании измеренного значения (значений) он не является релевантным.
Кроме того, во втором варианте осуществления переключение между режимами может быть основано исключительно на входном сигнале (сигналах) от датчика или может быть объединено с первым вариантом осуществления для адаптирования графика на основании эмпирических данных от датчика (датчиков). Например, модуль 15 управления может определять текущую продолжительность дня на основании календаря, так что в течение дня применяется режим роста, а в течение ночи применяется по меньшей мере один режим регулирования, но также может адаптировать точное время переключения в пределах предварительно заданного диапазона запланированного времени на основании измеренной влажности и/или дневного спектра света.
Согласно третьему варианту осуществления контроллер 14 содержит пользовательский интерфейс (UI) 16 и выполнен с возможностью переключения между режимом роста и режимом (режимами) регулирования на основании ручного выбора пользователя, получаемого через UI 16. Например, UI может содержать дистанционное управление, способное управлять переключением посредством модуля 15 управления; или пользовательский интерфейс может содержать устройство ввода, такое как клавиатура, мышь и/или сенсорный экран компьютерного терминала, в котором реализован модуль 15 управления. В качестве альтернативы, UI 16 может содержать только специальный переключатель (например, механический переключатель) для переключения между режимами. В данном случае модуль 15 управления не требуется в обязательном порядке, и контроллер 14 может состоять только из переключателя 16, соединенного непосредственно с кабелями управления осветительного модуля 10.
В одном конкретном варианте третьего варианта осуществления пользователь использует UI 16 только для включения и выключения режима роста, а модуль 15 управления выполнен с возможностью автоматического включения режима регулирования (или последовательности режимов регулирования) в течение предварительно заданного времени после выключения пользователем режима роста. Например, модуль 15 управления может включать режим красного освещения для устойчивости к болезни в течение периода, например, 2 часа после выключения пользователем режима роста.
Следует заметить, что в любом из вариантов осуществления режим роста и режим (режимы) регулирования не должны в обязательном порядке быть непрерывными. Например, может быть период отсутствия освещения (по меньшей мере не от осветительного модуля 10) между окончанием режима роста и началом режима (режимов) регулирования, и/или между окончанием режима (режимов) регулирования и началом следующего применения режима роста, и/или между различными режимами регулирования.
Следует принимать во внимание, что варианты осуществления выше были описаны в качестве примера. При изучении чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения с целью практической реализации заявленного изобретения квалифицированные специалисты в данной области могут понять и воплотить другие разновидности раскрытых вариантов осуществления. В формуле изобретения, слово «содержащий» не исключает других элементов или стадий, а единственное число не исключает множество. Единственный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких пунктов, перечисленных в формуле изобретения. Сам по себе тот факт, что некоторые меры перечислены в различных взаимно зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация данных мер не может использоваться для получения преимущества. Компьютерная программа может храниться/распространяться на подходящем носителе, таком как оптический информационный носитель или твердотельный носитель, поставляемый вместе или в виде части другого аппаратного обеспечения, но также может распространяться в других формах, например, через интернет или через другие проводное или беспроводное телекоммуникационные системы. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения должно не следует истолковывать, как ограничение объема правовых притязаний.
1. Садоводческое осветительное устройство (8) для освещения растения (4), при этом устройство содержит:
осветительный модуль (10), содержащий множество осветительных элементов (12), причем работа осветительного модуля ограничена множеством дискретных режимов, в которых свет излучается с различными дискретными спектральными составами посредством излучения света из осветительных элементов в различных предварительно заданных комбинациях, при этом режимы включают режим роста, выполняемый со спектром, который способствует росту растения, и по меньшей мере один режим регулирования, выполняемый со спектром, который регулирует другой биологический процесс растения, причем по меньшей мере один из осветительных элементов выполнен с возможностью излучения как в режиме роста, так и в режиме регулирования; и
контроллер (14), выполненный с возможностью переключения осветительного модуля между множеством дискретных режимов, при этом контроллер (14) выполнен с возможностью переключения осветительного модуля (10) между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования в разных соответствующих фазах суточного цикла.
2. Устройство по п.1, в котором контроллер (14) выполнен с возможностью переключения осветительного модуля (10) в режим роста во время дневной фазы суточного цикла и с возможностью переключения осветительного модуля в указанный по меньшей мере один режим регулирования во время ночной фазы суточного цикла.
3. Устройство по п.1 или 2, при этом устройство выполнено с возможностью определения фазы суточного цикла согласно предварительно заданному графику.
4. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором указанные различные комбинации образованы за счет включения и выключения осветительных элементов (12) в различных предварительно заданных схемах.
5. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором указанные различные комбинации образованы посредством испускания света из осветительных элементов (12) с различными предварительно заданными комбинациями интенсивности.
6. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором контроллер (14) содержит один или более датчиков (18) и выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании указанного одного или более датчиков и/или с возможностью регулирования продолжительности указанного по меньшей мере одного режима регулирования на основании указанного одного или более датчиков.
7. Устройство по п.6, в котором указанный один или более датчиков (18) содержит одно или более из:
датчика дневного света, выполненного с возможностью измерения уровня яркости дневного света, при этом контроллер (14) выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании измеренного уровня яркости и/или с возможностью регулирования продолжительности указанного по меньшей мере одного режима регулирования на основании измеренного уровня яркости;
датчика дневного света, выполненного с возможностью измерения спектрального состава дневного света, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании измеренного спектрального состава дневного света и/или с возможностью регулирования продолжительности указанного по меньшей мере одного режима регулирования на основании измеренного спектрального состава дневного света;
датчика влажности, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании измеренной влажности и/или с возможностью регулирования продолжительности указанного по меньшей мере одного режима регулирования на основании измеренной влажности;
датчика температуры, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании измеренной температуры и/или с возможностью регулирования продолжительности указанного по меньшей мере одного режима регулирования на основании измеренной температуры;
датчика эффективности роста растений и/или другого датчика состояния растений, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании измеренной эффективности роста и/или состояния растения и/или с возможностью регулирования продолжительности указанного по меньшей мере одного режима регулирования на основании измеренных эффективности роста и/или состояния растения; и/или
датчика морфологии растений, при этом контроллер выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании измеренной морфологии растений и/или с возможностью регулирования продолжительности указанного по меньшей мере одного режима регулирования на основании измеренной морфологии растений.
8. Устройство по п.6 или 7, зависимым от п.5, в котором контроллер (14) выполнен с возможностью использования указанного одного или более датчиков (18) для определения фазы ежедневного цикла.
9. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором контроллер (14) содержит пользовательский интерфейс (16) и выполнен с возможностью переключения между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования на основании ввода данных пользователем, получаемых через пользовательский интерфейс.
10. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором по меньшей мере один режим регулирования содержит множество режимов регулирования.
11. Устройство по п.10, зависимому от п.5, в котором контроллер (14) выполнен с возможностью применения каждого из множества режимов регулирования в разное соответствующее время в течение ночной фазы.
12. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором биологический процесс, которым сконфигурирован управлять указанный по меньшей мере один режим регулирования, включает: фотопериодический процесс, фототропический процесс или фотоморфогенный процесс.
13. Устройство по любому предшествующему пункту, в котором биологический процесс, которым сконфигурирован управлять указанный по меньшей мере один режим регулирования, включает: цветение или устойчивость к болезни.
14. Способ обеспечения садоводческого освещения для освещения растения (4), включающий:
обеспечение осветительного модуля (10), содержащего множество осветительных элементов (12), при этом работа осветительного модуля (10) ограничена множеством дискретных режимов, в которых излучается свет с различными дискретными спектральными составами за счет излучения света из осветительных элементов в различных предварительно определенных комбинациях, причем режимы включают режим роста, выполняемый со спектром, который способствует росту растения, и по меньшей мере один режим регулирования, выполняемый со спектром, который регулирует другой биологический процесс растения, при этом по меньшей мере один из осветительных элементов выполнен с возможностью излучения как в режиме роста, так и в режиме регулирования; и
управление осветительным модулем (10) с переключением осветительного модуля (10) между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования в разных соответствующих фазах суточного цикла.
15. Садоводческое растительное сооружение (2), содержащее:
одно или более растений (4);
осветительный модуль (10), содержащий множество осветительных элементов (12), выполненных с возможностью освещения указанного одного или более растений, при этом работа осветительного модуля ограничена множеством дискретных режимов, в которых свет излучается с различными дискретными спектральными составами посредством излучения света из осветительных элементов в различных предварительно заданных комбинациях, при этом режимы включают режим роста, выполняемый со спектром, который способствует росту растения, и по меньшей мере один режим регулирования, выполняемый со спектром, который регулирует другой биологический процесс растения, причем по меньшей мере один из осветительных элементов выполнен с возможностью излучения как в режиме роста, так и в режиме регулирования; и
контроллер (14), выполненный с возможностью переключения осветительного модуля между множеством дискретных режимов, при этом контроллер (14) выполнен с возможностью переключения осветительного модуля (10) между режимом роста и указанным по меньшей мере одним режимом регулирования в разных соответствующих фазах суточного цикла.
