[发明专利]用于在受控耕作环境技术领域中优化植物生长的照明器系统、方法和设备

说明书

技术领域

本发明的实施例总体上涉及耕作技术，更具体地讲，涉及一种用于在非限制性地包括水栽培系统的受控耕作环境中优化植物生长的照明器系统、方法和设备。

背景技术

在过去的年代，农场主完全依赖大自然供给其农作物的需求。任何植物的主要需求是水和阳光。植物还需要某些养分，可经由植物根从土壤接收所述养分。农场主依赖雨水提供水，依赖太阳提供光，并且依赖土壤中的养分满足农作物的养分需求。尽管指望大自然提供这些资源的农场主节省了人工提供这些资源的成本，但这些农场主由于大自然的不可预测的禀性而每年面对巨大的不确定性。

随着耕作的进步，农场主已变得较少依赖大自然满足所有这些生物需求，因此已减少这种与大自然相关的不确定性对其生计的影响。随着人工灌溉的出现，农场主开始控制由其农作物接收的水的量，而非完全依赖雨水。利用肥料，农场主可以增加土壤中的养分的量。最后，利用人工光，农场主可以提供光合作用所需的光的量，而不管太阳的位置如何。

尽管这些人工措施为现代农场主提供了更大的可预测性，但这些人工措施中的每一个措施具有财务成本，该财务成本对农场主的账本底线具有影响。因此，当现代农场主指望增加这些受控耕作环境的效率时，资源的节约已变为最高优先级，以及利用最少量的资源在这些受控环境中使植物的生长最大化。因此，当耕作继续朝着完全人工环境前进时，在本领域需要一种在这些受控耕作环境中优化资源(例如，人工光)的使用的系统、方法和设备。

发明内容

为了解决上述需要和缺点，本发明的各种实施例提供用于在受控耕作环境中优化植物生长和人工光资源的高效使用的照明器系统和方法。每种类型的植物具有一定的光需求，其中，这些光需求包括特定光强、特定谱和光的持续时间，以使植物生长最大化。这些需求可能并不总是意味着“最快的”生长，因为光可以对植物生长具有心理影响。植物具有可以使用特定谱指定或避免的次级代谢物；例如，对于一些植物，植物的颜色可以基于对植物的UV光的曝光量而改变。这些光需求由光需求信息代表，并且可被存储在内部位置或外部位置(相对于照明器系统)中，例如耕作环境数据库或耕作环境网站。一旦照明器获得光需求信息，照明器就确定是否应该对受控耕作环境中的光源进行调整以对应于光需求信息。照明器驱动任何调整，并且在一个实施例中，更新存储器中的信息以反映在受控环境中提供给多个植物的当前光。

因此，本发明的一个实施例提供一种用于在受控环境中优化植物生长的照明器系统，所述照明器系统包括：控制器，其中所述控制器与因特网具有双向通信链路；照明器光源，其中照明器光源耦合到一个或多个照明器；和光源接口，提供与照明器光源和照明器控制器的通信链路。照明器控制器被配置为经由双向通信链路从耕作环境数据库、耕作环境网站或第三方网站(或数据库)接收光需求信息。光需求信息可包括谱信息或光量信息，光量信息可包括以摩尔为单位的具体光测量值或以特定时间度量为单位的提供给植物的光的量。

本发明的另一个实施例提供一种在受控环境中使用照明器系统优化多个植物的植物生长的方法，所述方法包括：确定一个或多个植物的光需求信息；确定受控环境中的当前光水平；以及基于光需求信息和当前光水平调整对受控环境的输入。确定光需求信息的步骤还可包括：经由双向通信链路访问耕作环境数据库、耕作环境网站或第三方网站(或第三方数据库)。确定光需求信息的步骤可包括：接收光量需求、光持续时间信息或谱信息。调整的步骤可包括：调度光源在一天的某些时间期间不工作或改变由照明器系统在受控耕作环境中提供的光的谱和/或强度。

本发明的又一个实施例提供一种用于在受控环境中优化植物生长的设备，所述设备包括：电源；至少一个处理器；和至少一个存储器，包括计算机程序代码，所述至少一个存储器和计算机程序代码被配置为利用所述至少一个处理器使得所述设备至少：确定一个或多个植物的光需求信息；确定受控环境中的当前光水平；以及基于光需求信息和当前光水平调整对受控环境的输入。

所述至少一个存储器和计算机程序代码还可被配置为利用所述至少一个处理器使得所述设备：i)经由双向通信链路访问耕作环境数据库、耕作环境网站或第三方网站(或数据库)；ii)在所述确定步骤中，接收光量需求或谱信息；或iii)在所述调整步骤中，调度光源在一天的某些时间期间不工作或改变由照明器光源在受控耕作环境中提供的光的谱。电源可包括一种或多种可再生能源，并且照明器光源可包括例如LED光源。