一种适用于植物工厂的照明装置及方法

技术领域

本发明涉及新型农业生产技术领域，具体为动植物养殖照明技术领域，尤其涉及一种适用于植物工厂的照明装置及方法。

背景技术

光配方数据库能够用来优化植物产量，使得植物工厂一年中能够有20-25次采收，在节省了85％能源的同时，显著提升植物产量，降低运营成本。据联合国预测，到2050年，全球人口将增加大约25亿，80％的人口将居住在城市。与此同时，80％的可耕种土地已经被使用。不仅如此，世界各地的极端天气造成了农作物受灾，并导致食品价格的上涨。在这种情况下，光配方数据库具有十分重要的战略地位，完善且能够实时更新的光配方数据库能够有效地解决粮食紧缺的问题，以应对各种国际局势变化，比如战争爆发和国家之间农业进出口制裁等，还可以应对各种环境变化，例如全球暖化等，从而保障人民的充足粮食需求，进而扩大我国粮食储备量。目前，用于构建植物光配方数据库的手段仅限于预构建，而不能根据植物的实际生长情况和实际生存环境进行针对性地实时更新光配方数据库，进而使得现有的光配方数据库存在一定的局限性。

植物的生长发育受光质及其不同组成比例的影响十分显著，光配方主要包括光质配比、光照强度、光照时间等几个要素。由于不同植物对光的需求有所差异，而且在不同生长发育阶段对光的需求也会有所不同，因此需要对所栽培的作物进行最佳的光质、光照强度和补光时间组合。植物补光灯的显著优势是能根据不同植物的光合特性、形态建成、品质及产量的需求光谱进行智能组合调整。不同种类作物、同一作物的不同生长期皆对光质、光强及光周期的要求不同，这要求光配方研究进一步发展和完善，形成庞大的光配方数据库。

近年来我国人口、资源、环境问题日益突出，现代化农业的发展受到了前所未有的关注。我国是农业大国，但人均耕地面积却不到世界人均耕地面积的一半。为了增加农作物产量、提高果蔬品质、保证食品安全，植物工厂在全世界范围内迅速发展起来。植物工厂可以基本上摆脱甚至完全摆脱自然环境的制约，土地利用率成倍增加，单位面积上作物产量大幅度提高，产品质量安全也得到保障。植物工厂是解决资源紧缺、环境污染、粮食安全等问题的关键技术。“植物工厂的主要特征之一就是全人工光源并实现光环境的智能调控”已经成为业界的普遍共识。

关于动植物的农业生产照明应用，需要部署大量的光源及每日长时间的光照以满足调控动植物生长的需求，但数量众多的光源和长时间的光照耗电量巨大，导致动植物养殖面临高昂的运营成本，甚至耗电成本投入大于产出价值，如何降低能源消耗是解决制约农业照明应用、发展和推广的主要问题。因此需要提供一种能够在有限数量的光源下以更节能的方式满足动植物光照需求的照明装置。

现有技术如公开号为CN209762811U的专利文献公开了一种植物照明用LED灯具及植物工厂；植物照明用LED灯具包括灯体、基板和若干LED灯珠，若干LED灯珠包括用于植物进行补光的若干补光灯珠和用于发出红外光以对植物进行加热的若干红外灯珠，植物照明用LED灯具还包括用于将若干补光灯珠及若干红外灯珠区别控制的控制器，各补光灯珠与控制器电性相连，各红外灯珠与控制器电性相连。该实用新型植物照明用LED灯具可以通过控制器来控制补光灯珠工作，而对植物进行补光；并且还可以通过控制器来控制红外灯珠，以直接提供植物生长所需的温度，更为节能；而该植物照明用LED灯具应用于植物工厂时，可以节省工厂加热设备，降低成本，还可以为植物工厂中不同植物提供生长环境。

上述实用新型能够解决现有技术中存在的植物工厂中温度与光线分别控制时，成本高、能量浪费多的问题。但是该实用新型无法调节LED灯具的照明时间，也不能通过寻找照明平衡点以减小光照能源的损耗，同时，该LED灯具在照明的同时还能够发热，这种设置会缩短LED灯具的使用寿命，频繁更换LED灯具反而会增加工厂的成本。

公开号为CN110996427A的专利文献公开了一种植物工厂的照明调节方法及装置，所述方法用于照明系统中，包括：确定峰谷电价时段；根据所述植物工厂内目标植物的类别确定与所述类别相对应的照明装置的亮度范围和所述目标植物的需求光照强度；根据所述峰谷电价时段、所述需求光照强度和所述亮度范围确定预设周期内的所述照明装置的第一资源消耗区间和与所述第一资源对应的时间长度；根据所述第一资源消耗区间和所述时间长度确定所述照明装置预设周期内每个时间点的亮度值，以使得所述照明装置为所述目标植物提供与所述亮度值对应的光照强度。使光源在谷值时段和峰值时段不同的亮度值，这样在不影响植物生长的前提下，降低了峰值时段的用电资源，优化了为植物工厂的电力系统。

上述方法能够通过在市电的谷值时段和峰值时段调节驱动装置的输出电流或电压，使光源在谷值时段和峰值时段不同的亮度值，这样在不影响植物生长的前提下，降低了峰值时段的电能资源，优化了为植物工厂的电力系统。但是，该方法并未优化植物工厂的照明装置，也不能延长照明装置的使用寿命，该方法仅是为了在不影响植物生长的前提下，通过改变亮度来节省电能，以降低成本。

公开号为CN108317443A的中国专利文献公开一种旋转扫描式植物灯，该植物灯主体通过转轴可转动地安装在固定架上，驱动电机与植物灯连接，进而驱动植物灯主体围绕转轴转动，进而使得植物灯的矩形辐照范围旋转，从而满足灯具正下方以矩形边长为直径的区域内的补光需求，从而减少成本。公开号为CN111174153A的中国专利文献公开一种运动式动植物补光装置，该装置包括补光单元和导轨单元，补光单元上的植物补光灯能够沿导轨单元移动，通过驱动植物补光灯移动能够减少光源的数量、减少成本以及灵活且方便地调节光照。

但是，一方面现有的LED或者其他低能耗的光源，它们虽然相对荧光灯、金属卤化灯、高压钠灯等耗电低，但是在光源数量巨大且使用时间较长(6～14小时)的情况下，每日的电能消耗成本仍较大，特别是对于低经济价值农作物的种植，其产出价值可能小于总的耗电成本。另一方面，以上专利文献提出的通过移动光源和扫描增加照射范围的方式减少光源的数量，其更多的是针对作物需求的光照范围调整不灵活，例如高度变化造成的照射范围被遮挡、部分作物的照明需求补光时间及强度不同、照射区域无法动态调整、小区域内的照度均匀等，但是这种方法没有考虑到大范围农作物的光照强度和光照均匀要求，特别是应用于面积较大或两端边缘距离较长的种植/养殖场地的情况下，为了满足动植物的最低光照强度，需要其光源能够大范围地覆盖农作物，而以上专利文献公开的光源沿导轨或安装架移动，其光源移动范围对应的照射范围有限，无法全面覆盖农作物，而如果满足光照强度的需求，又需要增加光源的数量，因此以上专利文献公开的植物补光光源仅能够减少1到2个，光源减少数量有限。以上专利文献公开的植物补光方法不适用于植物工厂，不能减少一次投入成本和运营成本，并且在光源移动或扫描的过程中没有考虑到照明效果与节能的平衡点问题，无法同时兼顾适用于植物工厂和减少能耗、延长照明灯具使用寿命。

光照度(Illumination)，是指受照平面上接收的光通量面密度，单位为勒克斯(lx)。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于植物工厂的照明装置及方法，旨在解决现有技术中的一个或多个技术问题。

本发明针对现有植物工厂的日常运营需要较大的电能消耗、一次性投入成本高和运营成本高的问题，申请一种单光源或者少量光源以移动、扫描的方式为植物工厂中的植物提供照明的装置及照明方法。现阶段针对植物工厂照明装置的光源设置数量较多的问题，可以采用光源移动的方式来减少部署的光源的数量，并在移动光源的基础上采用扫描的方式补光。但是，现阶段的移动光源或者移动扫描式光源，其光源照射范围有限，并且距离光源较远区域的光照强度较低，而为了满足区域内的每个动植物的光照需求，需要设置多个光源以增加光照强度和范围，因此，即使通过移动补光的方式照明，光源数量的减少仍然有限，导致实际应用中光源的能源消耗巨大。

基于此，本发明申请一种适用于植物工厂的照明装置及方法，维持光源远端动植物的光照强度饱和，进而增加单个光源的照射范围和照射强度，能够在单个光源或者少量光源的情况下覆盖全部的动植物，从而能够大幅度减少光源的数量，降低日常运营的电能消耗量。

同时，现有的光配方数据库建立手段仅限于根据植物的生长周期及受光量进行预建立，而无法完成在植物生长过程中实时更新光配方数据库。基于此，本发明申请一种适用于植物工厂的照明装置及方法，通过移动扫描式光源在对植物进行补光的同时，基于仿真树状传感器组件统计植物各个部位的受光通量以实时更新植物的光配方数据库。

本发明申请一种适用于植物工厂的照明装置，包括：多个光源，配置为其照射范围内发光效果相同，其中，效果能够是发光强度、颜色和频闪中的一种或多种组合；移动机构，用于驱动光源移动和限定光源移动的路径；控制机构，光源和/或移动机构能够与控制机构信号连接以响应于控制机构发出的控制信号而相应完成光照和/或移动的启停，控制机构基于植物的第N生长周期所需的照射时长与光照强度建立并更新相应的光配方数据库，控制机构调节光源在移动机构驱动下的运动状态以实现满足第N植物在第N生长周期的光配方，以及在光源的移动过程中实现第N植物的受光通量匹配其生长周期对应的光配方，其中，N≧1，且N为整数。

本发明的优点在于，本发明能够针对第一植物、第二植物、第N植物进行第一生长周期、第二生长周期、第N生长周期的个性化光配方定制，且在光源的移动扫描式补光过程中不断更新植物的光配方数据库，并通过改变光源的运动状态以满足第N植物在第N生长周期的光配方。同时，本发明通过改变光源的运动状态、光源的发光参数、光源的数量、光源的照射范围及照射强度来实现对每一株植物、每一株植物各个部位、成排种植植物各个部位、植物相应生长周期对应的受光通量的均匀分布。其中，本发明的第一植物可以是油麦等植物，第N植物也可以是菊花等花卉。本发明的第N生长周期包括但不限于更新育苗期、品质形成期和品质积累期。

根据一种优选的实施方式，控制机构被配置为能够在维持光源远端植物的光照强度饱和的基础上，增加光源的照射范围和照射强度，以通过减小植物工厂配置光源的数量来达到照明效果与节能的动态平衡。

本发明的优点在于，本发明对植物远端和近端的光照均匀或近似均匀。本发明能够在保证植物各个部位受光通量分布均匀的前提下，通过改变光源的发光效果来减少植物工厂所需光源的数量，以减小植物工厂的能源消耗。

根据一种优选的实施方式，控制机构与仿真树状传感器组件通信连接，控制机构基于仿真树状传感器组件在光源照射下采集的光通量信息更新光配方数据库。仿真树状传感器组件配置为具有多个传感器，多个传感器能够在光源照射下分别统计仿真树状传感器组件各个部分的光通量。

本发明的优点在于，本发明设置仿真树状传感器组件以模拟植物工厂种植的植物生长状态，包括但不限于植物的顶部、中部、底部叶片；植物被遮挡叶片；植物生长高度；成排种植植物的阴影区等。每一个传感器可以充当植物的一个叶片，从而使得在光源对植物进行补光时，每一个传感器可以采集并统计其受到的光通量，进而将这些光通量数据反馈给控制机构以实时更新光配方数据库。

根据一种优选的实施方式，多个光源能够基于移动机构的移动而在至少部分照明范围光源叠加以增加照射强度，使得植物受光均匀。

根据一种优选的实施方式，光源的灯珠采用曲面排列的方式布设，以减小光线发射角度的方式增大补光面积，增大照射范围，以使植物受光均匀。

根据一种优选的实施方式，移动机构能够基于光源的发光效果的不同控制光源与植物的距离，并驱动光源完成包括转动、平移、上下移动和/或俯仰的运动过程，以增加光源的照射范围和/或改变光源的照射方向。

根据一种优选的实施方式，多个具有不同参数的光源能够在不同的时间段内基于其照射方向的改变以调节发光效果，其中，光源的参数至少包括光色。

根据一种优选的实施方式，控制机构配置为能够监测不同植物的生长周期，并将该生长周期与光配方数据库比对，从而调节光源的运动状态与发光周期。

根据一种优选的实施方式，控制机构通过电压调节来实现发光周期的规律性调节，通过改变光源的参数以实现针对植物的特征进行个性化的能够缩短植物的生长周期的频闪，其中，参数能够包括发光时长、发光强度、发光光谱和配光曲线中的一种或多种。

根据一种优选的实施方式，照明装置设置至少两组波长彼此不同的光源，以使控制机构能够针对植物的特征来选择性启用相应波长的光源。

根据一种优选的实施方式，控制机构能够提供多种照射策略，以基于不同波长光线的混合比列、光线混合方式和/或光源功率进行调节。

本发明还申请一种适用于植物工厂的照明方法，该方法通过控制机构完成至少对光源和/或移动机构的调控，以调节光源在移动机构驱动下的运动状态来实现满足不同植物在不同生长周期的光配方。该方法通过仿真树状传感器组件统计植物各个部位的光通量信息，以将该光通量信息反馈给控制机构，从而使得控制机构能够建立并更新光配方数据库。其中，控制机构被配置为能够基于植物的第N生长周期所需的照射时长与光照强度建立并更新相应的光配方数据库，控制机构调节光源在移动机构驱动下的运动状态以实现满足第N植物在第N生长周期的光配方，以及在光源的移动过程中实现第N植物的受光通量匹配其生长周期对应的光配方，其中，N≧1，且N为整数。

与现有技术相对照，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。本发明能够建立并更新光配方数据库，以提升植物产量。本发明的光源以曲面排列的方式设置多个灯珠，能够提高光源的补光强度，进而增大光源的照射强度，并对植物进行均匀照明。本发明的光源在移动机构的驱动下能够改变其运动状态以扩大光源的照射范围，在移动光源的基础上进行扫描式补光。本发明通过增大单个光源的照射强度和照射范围，来减小植物工厂配置光源的数量，从而在达到照明效果的同时节省电能，降低运营成本和一次性投入光源的成本。本发明的光源在控制机构的调控下能够根据不同植物在不同生长周期所需的光配方来改变其发光周期、频闪、颜色等发光效果，从而避免本发明的光源持续处于大功率的高强度工作状态，能够延长光源的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的一种优选的实施方式的照明装置的简化整体结构示意图；

图2是本发明的另一种优选的实施方式的照明装置的简化整体结构示意图；

图3是本发明的光源的简化整体结构示意图；

图4是本发明的仿真树状传感器组件的简化整体结构示意图；

图5是本发明的一种优选的实施方式的仿真树带与植物架排列图。

附图标记列表

10：光源；20：移动机构；30：控制机构；40：功能机构；50：监测机构；60：换热机构；21：第一移动臂；211：第一前端；22：第二移动臂；221：第二前端；23：连接件；24：基座；25：导轨；26：伸缩杆；27：滑槽；28：驱动件；11：灯珠；61：接管；62：通风口；7：仿真树状传感器组件；71：传感器；8：植物架；9：仿真树带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例提供一种适用于植物工厂的照明装置及方法。在不发生冲突/矛盾的情况下，其他实施例的部分或全部可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

如图1所示，本发明的一个目的是针对植物工厂的一次投入和运营成本大，日常运营需要较大的电能消耗，提供一种单光源10或者少量光源10以移动扫描的方式为植物照明的装置及方法。本发明的另一个目的是对现有的植物光配方数据库建立手段进行改进，以使得光配方数据库能够根据植物生长的实际情况实时更新，进而使得本发明提供的光配方更适合于各生长阶段的植物。

本发明申请一种适用于植物工厂的照明装置，包括：多个光源10，配置为其照射范围内发光效果相同，其中，效果能够是发光强度、颜色和频闪中的一种或多种组合；移动机构20，用于驱动光源10移动和限定光源10移动的路径；控制机构30，光源10和/或移动机构20能够与控制机构30信号连接以响应于控制机构30发出的控制信号而相应完成光照和/或移动的启停。控制机构30基于植物的第N生长周期所需的照射时长与光照强度建立并更新相应的光配方数据库，控制机构30调节光源10在移动机构20驱动下的运动状态以实现满足第N植物在第N生长周期的光配方，以及在光源10的移动过程中实现第N植物的受光通量匹配其生长周期对应的光配方，其中，N≧1，且N为整数。控制机构30被配置为能够在维持光源10远端植物的光照强度饱和的基础上，增加光源10的照射范围和照射强度，以通过减小植物工厂配置光源10的数量来达到照明效果与节能的动态平衡。

根据图1，本发明包括至少一个光源10，该光源10可以使得其发出的光线在时间上和/或空间上聚拢，从而使其照射范围内的光线发光颜色一致、发光强度大致相同。本发明的光线不限于如图1所示的矩形，还可以是球形、梯形等多边体形状。

根据图3，图示为本发明光源10的剖视简化示意图，光源10的多个灯珠11可采用曲面排列的方式布设，多个灯珠11以间歇性排列的方式至少构成一组灯珠11，一组灯珠11的每一个灯珠11对应的水平面均不同，以此来形成一个曲面灯珠11组。灯珠11用于发射光线，在这种排布方式下，光源10的光发射角度更小，在使用相同数量灯珠11的情况下，这种排布方式下的照明装置可以获得更高的补光亮度，以覆盖更大的补光、照射范围。在相同的补光亮度、范围要求下，使用少数量的灯珠11即可达到补光效果，降低光源10的使用功率。光源10的灯珠11采用曲面排列的方式，有助于光源10发出的光线散射，以增大补光面积。通过这种设置方式，本发明可以给植物局部被遮挡的阴影区域给予曝光，使得植物受光均匀，避免植物局部受光不匀出现枯萎、病变和植株生长矮小等情况。具体地，本发明的各组灯珠11可以排列成不同的曲面角度，光源10的曲面角度不同，在光源10的功率相同的情况下，从光源10射出的光线反射率不同，使得光源10所在的植物工厂的亮度不同，且工作人员在曲面角度小的灯珠11下观察植物，不容易出现头晕。例如，本发明光源10位于植物架8上方时，光源10的曲面角度可以采用15-24度，这种曲面角度适用于局部重点照明；光源10在靠近植物工厂的墙体处、且多个光源10彼此间距1m以上时，光源10的曲面角度可以采用45-48度；当光源10在距离植物工厂墙体较远、且多个光源10彼此间距在1m以下时，光源10的曲面角度可以采用36-38度；当光源10在距离植物工厂墙体较远、且多个光源10彼此间距在1.2m以下时，光源10的曲面角度可以采用45-48度；当光源10在距离植物工厂墙体较远、且多个光源10彼此间距在1.2m以上时，光源10的曲面角度可以采用36-38度。通过这种设置方式，本发明可以在相同功率里，依据光源10所在的位置改变其曲面角度，从而改变光源10的照明亮度，进而避免使用大功率光源10以增加照明亮度导致植物工厂电能损耗大。

具体地，本发明依据光源10所在位置改变其曲面角度的方法如下：根据图3，本发明的光源10中还可以配置有若干个与灯珠11连接的功能机构40，以使得植物能够处于适宜的养殖环境中。优选地，功能机构40可以包括用于采集数据信息的检测机构50，例如，检测机构50可以是温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器、图像传感器和定位器等。具体地，若检测机构50为温度传感器，则检测机构50检测植物工厂的实时温度、各培养器中的植物温度及培养器中土壤温度；若检测机构50为湿度传感器，则检测机构50检测植物工厂的空气湿度、各培养器中的植物叶片、植物根茎、植物果实及培养器中土壤湿度；若检测机构50为空气质量传感器，则检测植物工厂空气中的氧气、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮和臭氧等植物能够吸收和释放的无机化合物含量；若检测机构50为图像传感器，则检测机构50采集植物生长图像、植物对植物工厂中的位置图像、植物被遮挡部图像、移动机构20的移动路径图像、移动机构20的移动路径上可能存在的障碍物图像；若检测机构50为定位器，则检测机构50检测植物在植物工厂的位置坐标、植物的阴影部位的位置坐标、光源的位置坐标、移动机构20的移动路径上可能存在的障碍物的位置坐标等。

本发明的光源10在控制机构30的控制信号下被移动机构20驱动，沿着本照明装置预先设定的路线移动时，检测机构50同时启动，实时监测光源10在植物工厂中的精准位置，并将获取的位置信息反馈给功能机构40，功能机构40预先设定光源10在植物工厂的不同位置时所需的照明亮度形成第一亮度调节配方。具体地，检测机构50检测光源10与植物工厂墙体的距离信息、多个光源10之间的间距长度信息以及光源10与植物相对位置信息，并将上述多种位置信息反馈给功能机构40，功能机构40接收到检测机构50反馈的位置信息时，将该位置信息与第一亮度调节配方比对，从而初步确定在该位置下光源10所需的曲面角度。

由于本发明的各个灯珠11相对于光源10外表面的高度设置为可调节，所以，功能机构40根据所需的曲面角度信息控制与其连接的各个灯珠11改变其高度，以达到该曲面角度，实现所需的第一亮度调节配方。

如图3所示，优选地，本发明的光源10内还可以配置换热机构60。换热机构60用于控制温度，将光源10在发光的同时产生的热量通过光源10外壳的多个分布在换热机构60两侧的通风口62排出光源10，避免大量热量积聚在光源10中，烧毁光源10内部各组件的电路，缩短光源10的使用寿命。本发明的换热机构60可以是风冷组件和/或水冷组件。根据图3，本发明采用多个风扇作为换热机构60，多个换热机构60以光源10中心轴为对称线分别布设在光源10内部靠近光源10壳壁处，换热机构60通过接管61稳固地连接在光源10外壳内壁。具体地，本发明的换热机构60为双向换热，即，光源10启动的同时，换热机构60启动，换热机构60将外界环境中的冷空气通过一部分通风口62抽进光源10中，又将光源10内部产生的热量通过另一部分通风口62排出光源10。外界冷空气与光源10内部热量在换热机构60处发生热量交换，从而使得光源10内部的温度降低。

优选地，本发明的多个光源10能够基于移动机构20的移动而在至少部分照明范围通过光源10的叠加以增加照射强度，并对植物进行均匀照明。若光源10是单色LED灯，则其光转换效率更高，因此，在同等能耗下，单色LED灯可以发出更多的光子。进一步地，在同等能耗的情况下，与多个光源10平均分布相比，将多个光源10叠加设置于同一照明区域所带来的促进植物生长效果更好。由于光源10的各个灯珠11发光过程是随机的，各个灯珠11发出的波列频率和振动方向不一定相同，特别是它们之间的相位差不可能保持恒定。因此，多个光源10发出的光不满足相干叠加条件，在光波重叠区，多个光源10合成光强等于分光强之和，没有干涉现象产生，本发明的多个光源10叠加为非相干叠加。

优选地，本发明可以设置至少两组波长彼此不同的光源10，以使得控制机构30针对相应植物来选择性启用相应波长的光源10，其中，光源10可配置红色光源10、蓝色光源10、绿色光源10、紫外光源10等。

根据图1，本发明的光源10可以配置为运动式或固定式。运动式的光源10可以通过移动机构20完成包括但不限于转动、平移、上下移动和/或俯仰的运动过程，以使得通过光源10的移动避免光源10的复杂出光结构设计，从而降低成本。

如图1所示，本发明的移动机构20包括第一移动臂21和第二移动臂22。第二移动臂22通过旋转轴连接于第一移动臂21的第一前端211，并设置为能够以旋转轴为转动中心绕第一前端211进行至少180度的转动。第二移动臂22通过其自身的第二前端221稳固地连接于光源10，且能够以第二前端221为旋转中心带动光源10进行至少180度的转动。本发明通过第一移动臂21和第二移动臂22对光源10在植物工厂的位置进行精确调节，以准确实现对不同植物所需的光配方。移动机构20可转动地连接于控制机构30的一端，移动机构20能够以控制机构30为旋转轴进行360度转动。通过这种设置方式，本发明的移动机构20能够驱动光源10在三维空间中沿多种不同路径到达各个照明区域，并在三维空间中不受限制地实现全向移动/转动，从而本发明能够对植物工厂中的每一株植物进行补光以促进植物生长。同时，本发明的光源10能够以不同的旋转中心进行旋转以获得更大范围的照明区域，其中，当光源10以控制机构30为转轴转动时可以实现对植物工厂的圆形扫描。移动机构20可以基于控制机构30的控制信号将光源10发出的光线偏转至指定位置，以使得照明区域可以基于移动机构20的运行而变化。

优选地，本发明通过连接件23将控制机构30稳固地安装在基座24上，基座24用于承载控制机构30及移动机构20。针对大型的养殖或种植场所，例如植物工厂等，由于面积较大，需要部署更多的光源10实现植物的照明需求。由于植物工厂取支撑结构，对于其种植区域并不是开阔的无障碍的空间，本发明可以利用现有支撑结构设置移动机构20。本发明通过基座24可移动地穿设在该支撑结构上。本实施例的移动机构20利用现有的支撑结构实现动态扫描，可以在现有的支撑柱体上移动光源10，光源10沿柱体上下移动，然后自身可以调整俯仰、左右倾斜等角度，从而调整覆盖范围，其动态扫描过程包括两部分。一部分是围绕柱体转动，呈环形扫描的照射区域；另一部分，可以改变其光源10与柱体的距离。

优选地，在植物工厂具有开阔无障碍的空间的情况下，需要重新设立新的支撑结构以方便架设移动机构20。

优选地，新的支撑结构的设立需要考虑光源10的设置位置，例如，光源10距离地面的高度，处于空中的位置、移动的参照物、导轨25的铺设形式等。

优选地，新的支撑结构的设立需要考虑移动机构20的扫描移动方式，例如，对于做圆周运动的移动机构20可铺设圆环形导轨25，对于做回字形运动的移动机构20可铺设回字形导轨25。

优选地，新的支撑结构的设立需要考虑移动机构20的移动方向，例如，对于单向移动和往复移动的移动机构20，导轨25可具有不同的铺设方式。

优选地，新的支撑结构的设立还能够基于光源10的设置数量、光源10的转动自由度、多个光源10的对扫方式等参数进行导轨25的合理布设。

优选地，光源10能够基于移动机构20在导轨25上的移动而完成光照区域的切换。进一步地，光源10还能够通过上下升降调节与地面之间的距离。

优选地，新的支撑结构的设立还可考虑与光源10和/或移动机构20连接的导线布设方式，以避免光源10在移动机构20的移动过程中出现导线的缠绕。

优选地，本发明通过基座24可移动地穿设在导轨25上。

优选地，本发明还可在植物工厂外利用光波导进行太阳光或者外界其他光源10的收集并传导至室内，以实现光照的补充，从而减少植物工厂电能的消耗。

优选地，本发明的控制机构30配置为可以基于照明区域内不同植物在不同生长阶段的光饱和点和光补偿点对光源10和移动机构20进行系统性控制，以使得照明装置的光源10能够在预设的位置向照明区域发射满足光配方配比的光线，从而保证照明区域中的植物可以基于光配方的光照条件进行生长。

优选地，光源10照射在植物表面时，部分光线能够从植物的间隙中透过而向底部逸散，以通过光源10监测逸散光线的量来推算动植物在对应生长阶段的生长状态情况。本发明根据推算的植物生长情况、更新育苗期、品质形成期和品质积累期的照射时长与光照强度可以构建光配方数据库，以科学精准地完成植物工厂生长区域的管理。具体地，本发明通过光源10中检测机构50实施监测植物的生长情况，并将监测的植物生长信息反馈给控制机构30，控制机构30将植物生长信息与构建的光配方数据库比对，选择当前植物所需的光配方，并将光配方信息分别传输给移动机构20和光源10，以实现该光配方。

优选地，如图4所示，本发明的控制机构30与仿真树状传感器组件7通信连接，控制机构30基于仿真树状传感器组件7在光源10照射下采集的光通量信息更新光配方数据库。仿真树状传感器组件7配置为具有多个传感器71，多个传感器71能够在光源照射下分别统计仿真树状传感器组件7各个部分的光通量。

根据图4，本发明通过仿真树状传感器组件7模拟植物工厂的种植植株，每一个仿真树状传感器组件7都配置有多个不同尺寸的叶片状的传感器71，仿真树状传感器组件7以模拟植物生长时各个部位的相互遮挡程度、叶片大小、叶片受光面积、植物顶部和中部的叶片阴影区域的方式来布设多个传感器71在仿真树状传感器组件7上的位置及尺寸。

如图5所示，图示出了一种可选的仿真树带9与植物架8在植物工厂中的排列方式。仿真树带9包括多个仿真树状传感器组件7，多个植物架8中至少间隔设置一个仿真树带9以采集植物受光通量。具体地，多个仿真树状传感器组件7在仿真树带9中的排列方式可以与多种植株在植物架8中的排列方式相同，比如，成排放置。每一个仿真树状传感器组件7可以对应与其相邻的一株植物。通过这种设置方式，光源10在移动过程中照射在植物各个部位上的光通量能够被与植物相邻的多个传感器71采集并统计植物各个被照射部位上的光通量。仿真树状传感器组件7分别统计好植物各个部位上的光通量后反馈给控制机构30，控制机构30基于检测机构50检测的植物相应生长周期和植物受到光通量实时更新其预先建立的光配方数据库。此外，本发明能够根据多个传感器71采集的植物叶片相互遮蔽的阴影区域的受光通量来调整控制机构30提供的光配方，以使更新后的光配方数据更符合植物生长。本发明能够根据多个传感器71采集的植物顶部、中部和底部叶片受光通量来调节控制机构30提供的光配方，以使光源10能够依据更新后的光配方对植物各个部位的叶片提供其生长周期对应的受光通量。

优选地，本发明的控制机构30还可以提供多种照射策略以基于不同波长光线的混合比例、光线混合方式和/或光源10功率进行调节。进一步地，控制机构30还能够根据环境光线、植物品种、植物生长阶段中的一种或多种参数对汇总安设策略进行自适应调节。

优选地，光照强弱与植物或者动物的生长密切相关。以植物举例说明，光照的均匀度不同，必然会导致植物的产量、收获期不同。一方面，虽然光源10的移动和扫描补光便于灵活调节光照区域、光照强度、光照时间等，但光源10移动或者扫描的速度会影响同区域的作物光照的均匀性；另一方面，由于大功率的光源10能够满足远端动植物的照射强度需求，可能会导致近端动植物的光照强度较大。基于以上问题，本实施例的一个目的是远端和近端光照均匀或近似均匀。

优选地，照明设备可配置有窄带高光强的运动式光源10以减少照射死角，不仅宏观上使植物中的多数叶片得到光线，而且微观上植物叶片表面的纤毛也减少了遮挡，同时叶面以及叶背侧的光线感受器官本身也能得到更多发育机会，其中，呈窄带的光源10的一边长度远大于与其相邻的另一边长度，以使得窄带光源10在沿垂直于支撑结构长边方向进行扫描运动时，能够对应地形成范围不断变化的窄带状照明区域，基于照明区域窄带状结构使得光源10的运动对同区域的作物光照的均匀性影响较小。同时，对于接收到同等能量光子的植物而言，短时高光强给植物带来的促生长效果优于长时低光强给植物带来的促生长效果。

本实施例还提供一种适用于植物工厂的照明方法，该方法通过控制机构30完成至少对光源10和/或移动机构20的调控，以调节光源10在移动机构20驱动下的运动状态来实现满足不同植物在不同生长周期的光配方。该方法通过仿真树状传感器组件7统计植物各个部位的光通量信息，以将该光通量信息反馈给控制机构30，从而使得控制机构30能够建立并更新光配方数据库。其中，控制机构30被配置为能够基于植物的第N生长周期所需的照射时长与光照强度建立并更新相应的光配方数据库，控制机构30调节光源在移动机构驱动下的运动状态以实现满足第N植物在第N生长周期的光配方，以及在光源10的移动过程中实现第N植物的受光均匀，其中，N≧1，且N为整数。

具体地，本发明在控制机构30的控制信号下沿导轨25按照预设的移动路径进行光源10的移动式扫描。本发明在导轨25上移动进行光源10位置的第一次调节，通过移动机构20的第一移动臂21的转动进行光源10位置的第二次调节，通过移动机构20的第二移动臂22的转动进行光源10位置的第三次调节，多次位置调节使得本发明能够对需要补光的植物进行精准补光。当到达需要补光位置后，光源10中的检测机构50监测植物在植物工厂的相对位置及植物的生长状态，本发明根据检测机构50的监测信息调节光源10的曲面角度和选择所需的光配方，以调节光源10的发光效果，使得光源10发出的光线更适合植物的生长，同时发出的光线有利于工作人员观察植物生长情况。

优选地，本发明通过移动扫描式光源10实现对各株植物的均匀照明。

具体如下：

本发明通过多个光源10叠加，以及光源10的灯珠11采用曲面排列的方式布设使得本发明的光源10在几何结构上能够对植物进行均匀照明。

本发明的移动机构20能够驱动光源10在三维空间中沿多种不同路径到达各个照明区域，并在三维空间中不受限制地实现全向移动/转动，从而使得本发明能够对植物工厂中的每一株植物进行均匀照明。

本发明通过多个传感器71采集植物的顶部、中部等位置的光通量来更新植物受到的光配方，以对每一株植物的顶部、中部等位置进行均匀照明。

本发明的光源10能够沿植物架铺设的导轨25进行移动，进而对植物架上的每株植物进行均匀照明。本发明的仿真树带9与植物架8的排列方式相同，使得本发明能够基于多个仿真树状传感器组件7统计的成排种植的植物顶部、中部等位置的受光通量，来调节光源10的照明效果，从而对成排种植的植物顶部、中部等位置进行均匀照明。

本发明通过检测机构50检测各株植物相应的生长周期，并与控制机构30建立的光配方数据库比对，进而通过控制机构30调节光源10的运动状态及发光效果，以对各株植物进行相应的生长周期的均匀照明。

优选地，本发明的照明效果与节能的平衡是指在减少光源的使用功率的情况下，仍能保证光源的照射亮度、照射范围适应于植物工厂的植株。即光源的功率与照明效果的平衡，本发明的平衡为动态平衡。本发明采用多个灯珠11曲面排列和多个光源10叠加的方式来减小光源的使用功率，采用改变光源10的曲面角度的方式来调节在光源的使用功率相同的情况下，光源10的照明亮度，以确保光源10始终满足植物生长所需光配方。

具体地，本发明通过检测机构50检测植物被照射面亮度，基于所检测植物对应的表面反射比通过L＝RE/π，计算出植物照明实际所需的照度，其中，L代表植物被照射面亮度，R代表植物表面反射比，E代表照度。本发明通过检测机构50检测植物表面面积，再根据光源10照射植物表面面积的不同，得出植物被照面积所需的光通量Φ＝E*S，其中，Φ代表光通量，E代表照度，S代表植物表面面积。之后，根据本发明所选的光源10的灯珠11的利用系数、维护系数、灯珠的个数来计算植物被照射面所需总光通量Φ

实施例2

在不发生冲突/矛盾的情况下，其他实施例的部分或全部可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

本实施例的照明装置能够通过调节不同光源10的运动状态以实现不同植物在不同生长周期的光配方，从而提高光源10的能量利用率。光源10的运动过程可以是绕控制机构30的转动，以使得光源10在转动过程中实现主动散热，从而将光源10发光过程中产生的热量通过转动而逸散与外界环境中。

优选地，光源10还可以通过连接于光源10外部的换热机构60来实现更高效率的被动散热，从而控制光源10的温度始终处于适宜的工作条件，在避免光源10因一场的工厂温度而发生故障的同时，还可以避免照明区域内温度过高而影响植物生长。可选地，换热机构60可以采用风冷方式和/或水冷方式。

优选地，本实施例的照明装置能够配置有两种不同的光源10以满足植物生长全周期的照明需要，其中，第一种光源10可以是由紫光、蓝光及蓝绿光的LED与红光荧光粉发出的光以2比1的光功率比值形成的紫光灯，第二种光源10可以是由紫光、蓝光及蓝绿光的LED与红光荧光粉发出的光以1比6的光功率比值形成的粉光灯。由于减少了LED器件的种类与使用个数，所以可以大大降低照明光源10的成本；而且这种设置方式也简化了对LED驱动的设计和减少了LED驱动的成本；由于选用高效适合的紫光、蓝光波长芯片和适合的荧光粉，照明装置的光电转化效率高，帮助植物生长的效果好。

优选地，控制机构30能够通过电压调节使光源10实现发光周期的有规律的调节，改变光源10的发光时长、发光强度、发光光谱和配光曲线中的一种或几种参数，从而实现针对植物的特征进行定制的频闪，缩短植物的生长周期，创造植物的最大效益。其中，配光曲线包括轴向对称、对称和非对称，还包括窄光束、宽光束和中等光束灯。本实施例在光源10内部设置用于驱动电路的光源10网络，在控制机构30内设置电路调节，电路调节与光源10电路连接。

进一步地，光源10的频闪可通过如下方式实现：设置驱动电路的光源10网络与用于接收控制机构30输出的恒定电压的一组输入端子连接以接收周期性的脉冲电压，驱动电路调节输入的脉冲电压并且将一个脉冲周期切分为至少两个阶段，至少一个阶段为电压值从设定值变化至零伏电压的变压阶段，一个阶段为无电压阶段，光源10响应于变压阶段的电压和/或电流变化调整发光时长、发光强度、发光光谱和/或配光曲线的变化规律以发出可控光，光源10响应于无电压阶段的无电压状态而产生发光强度/亮度接近或等于零坎德拉的可控光，通过光源10中的监测建构来探测植物工厂内的植物的空间位置、生长阶段特征和/或生长元素特征，从而选择光源10网络中与植物的光需求位置对应的光配方，使得光源10的周期性光变化与植物的生长需求匹配。

优选地，光源10可以是白炽灯、荧光灯、金属卤化物灯、钠灯、发光二极管(LED)中的一种或几种的组合。控制机构30通过驱动移动机构20带动光源10进行移动，以解决采用固定位置补光的弊端问题，例如，若光源10布置过少容易造成因光照不均而引起的植物生长不均匀、叶面积指数低；而光源10布置过多，容易造成资源利用率降低和温度上升，从而引起能耗和成本的增加。

优选地，针对利用垂直空间进行多层种植的情况，例如垂直植物工厂，其主要存在能耗大的问题。能耗包括人工光源10的耗电以及高密度植物、封闭环境带来的降温降湿的需求。

优选地，移动机构20可使光源10远离植物工厂的顶板，例如光源10与顶板的距离在1m以上，从而能够留出顶层空间用来存储热空气，此外，该空间尽量避免设置线缆、镇流器、驱动器等电气设备。

优选地，移动机构20能够基于光源10种类等参数的不同控制光源10与植物的距离，例如，高压钠灯，其光照强度足够并且其发热温度较高，因此需要距离植物较远；例如，LED其光照强度随距离增加衰减严重，并且其功率较低，因此需要距离植物较近，但是距离植物较近严重限制了其照射范围，进而需要布置更多的LED光源10。

优选地，为光源10供能的线缆，需要部署整齐与合理，避免因移动机构20的移动产生缠绕，而且要避免刮碰以及要远离热源。

优选地，移动机构20本身可以考虑为光源10提供散热功能，例如，移动机构20可连接有风扇。

优选地，移动机构20可以连接传感器、监控等装置，用于安全监测。

优选的，移动机构20可以具备防火等功能，以避免光源10在运行时温度过高而引发火灾等事故。

优选地，移动机构20或者控制机构30可以考虑防水功能，避免水滴到镇流器上，在时间积累下流入镇流器内部导致短路。

优选的，移动机构20的设置需要使得光源10满足PPFD要求，而目前使用LED成本和电费更高的原因在于LED的光照度不高，需要贴近植物，而贴近植物其照射范围有限，进而其需要设置更多的LED灯才能满足覆盖范围的要求，LED的部署数量并没有减少，使得电费增加。

优选地，光源10出光的形状需要能够完整覆盖植物或动物所在区域，以避免因小部分区域未覆盖而增设光源10，例如，圆形的出光区域，可能存在未覆盖的区域。因此，需要合理布设移动机构20的行进路线以降低植物工厂需求的光源10的数量，从而降低植物工厂的光源10布设及光源10移动成本。移动机构20驱动光源10对植物进行移动补光，移动补光使得植物受光更加稳定，或者构建更稳定的光环境。

优选地，移动机构20能够与控温控湿机构连接，以使得控温控湿机构能够基于移动机构20的移动实现对大范围养殖或种植场所内环境的控温和/或控湿。由于植物在不同生长阶段需要不同的温度及湿度以促进其生长，而植物在长时间受光源10照射的情况下，会出现植物自身水分的不同程度的蒸发，因此，本发明在移动机构20外部连接一控温控湿机构以维持植物所需的水分及调节温度以满足植物不同时间和不同生长阶段的需要。

具体地，本发明的控温控湿机构与控制机构30信号连接，控温控湿机构监测植物当前的生长周期和生长状态等生长信息，将该生长信息传输给控制机构30，控制机构30将该生长信息与光配方数据库比对，控制机构30将比对出的光配方反馈给控温控湿机构，控温控湿机构依据光配方调节对植物的培养温度及湿度。

优选地，在空间有限的情况下，可以充分利用垂直空间实现超高空间扩展，进而提高产量和种植面积。然而，在垂直方向叠加种植区域会带来光照不均匀和光照范围被阻挡限制的问题。优选地，照明装置可采用气动式以避免导轨25的束缚并减少成本，从而使光照能够达到全覆盖。

如图2所示，本实施例的照明装置可以采用气动式移动，控制机构30和移动机构20通过基座24与伸缩杆26的一端连接，伸缩杆26的另一端可滑动地安装于驱动件28的滑槽27中。驱动件28与地面接触一面对称布设有多个滑轮以在其内部气缸的驱动下，在植物工厂中自由移动。伸缩杆26中设有信号接收器用于接收控制机构30发出的移动信号，控制机构30控制伸缩杆26发生伸缩运动以调节光源10与植物的相对高度，控制机构30控制伸缩杆26在滑槽27中滑动，以调节光源10与植物的相对偏距。在植物工厂中的植物需要日光补光时，若照明装置安装在植物工厂的支撑结构上，则可能会在阳光下产生阴影，从而影响植物的日照。因此，选用气动式的照明装置可以能够隐藏或收缩至支撑结构附近的建筑结构中，从而避免照明装置对植物的遮挡。

实施例3

在不发生冲突/矛盾的情况下，其他实施例的部分或全部可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

优选地，移动机构20能够完成植物工厂空间的三维移动。

进一步地，移动机构20能够覆盖直线扫描运动的多种运动方式，其中，运动方式可包括水平移动、升降移动或者两者结合等。

优选地，控制机构30能够基于植物培养器中微生物生长参数和/或植物生长参数调整移动机构20和/或光源10的移动参数和/或光照参数。

实施例4

在不发生冲突/矛盾的情况下，其他实施例的部分或全部可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

优选地，光源10能够连接有具备通信和采集功能的镇流器，能够远程通过用户终端实时监控和调光。

优选地，光源10可配置有用于漫反射的灯罩，以使得光照均匀。

优选地，光源10能够基于移动机构20的运行完成在三维空间的扫描运动。

实施例5

在不发生冲突/矛盾的情况下，其他实施例的部分或全部可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

优选地，光源10能够配置于以无人机形式构成的移动机构20，以使得移动机构20能够不受限于导轨25的布设而带动光源10在多种自由度下移动。

优选地，光源10和移动机构20能够通过电缆传输和/或太阳能转换进行供电。

优选地，作为无人机的移动机构20在移动过程中依靠螺旋桨的旋转在其一侧产生气流，并可基于不同螺旋桨的旋转差异使得移动机构20能够完成上升、下降、平移、转向、俯仰等多自由度的运动。

实施例6

在不发生冲突/矛盾的情况下，其他实施例的部分或全部可以作为本实施例的补充，重复的内容不再赘述。

优选地，光源10可配置为环状光源10，环状光源10基于其高密度LED阵列，紧凑的结构设计、独特的散热结构和可搭配的漫射板使得光源10具有高亮度、占用空间小、光源10稳定性高、光线均匀扩散等特点。

优选地，照明装置可通过配光设计和机械设计实现照明区域动植物的全覆盖。

优选地，控制机构30可基于预设程序和/或用户手动控制至少实现对光源10和/或移动机构20的调控，从而实现对养殖区域内的动植物科学智能地照明。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。