LED 照明对农业的好处
2023-10-6
LED（发光二极管）照明在农业领域越来越广受欢迎，特别是在畜牧业、温室和室内种植。与传统照明相比，LED有多项优势如免维护和更高的能源效率，它们消耗的电力有80% 以上都转为光，而在相同的照明强度下消耗的能源却少了 60%。然而 LED最大的优势是光谱控制：不同的农作物和动物需要不同波长的光才能得到最好的生长、产量和健康，而 LED 照明不但可以精确地提供所需的光谱，还可以实时调节。这种微调色温的能力使 LED 照明成为一种具有成本效益的解决方案，即使初始成本可能高于传统照明。
LED照明在畜牧业的重要性
LED 照明在畜牧业是用来改善动物福利、生长和生产力。适当和充足的照明对于动物的健康和成长至关重要，而 LED 照明可以精确地提供动物在不同的发育阶段所需的光谱。
以家禽养殖为例，紫外线和可见光 LED 照明用来调节鸡只的昼夜节律。适当的光量和光谱有助于提高产蛋量、减轻家禽压力并改善整体福祉。由于鸟类的视觉反应与人类不同（视网膜感受器为四色的而非三色），因此它们可以感知我们看不到的紫外线。它们利用这种能力来识别彼此以建立它们的啄食顺序，而母鸡则利用它来评估后代是否健康（更健康的小鸡有更密集的羽毛，反射出的紫外线会更强，因此母鸡可以快速辨别弱小和强壮的小鸡）。
紫外线较低时家禽无法使用这个感官因此会不舒服甚至具有攻击性。理想的情况是 80% 的空间的照明水平应为 30–50 勒克斯（家禽的视野 (300°) 也比人类 (180°) 更广，因此整个空间需要有充足的光线，不能有黑暗或阴影区域因为鸟类可能会认为这些地方是有威胁性的）。
在乳畜业 LED 照明可用来增加牛奶产量。奶牛每天需要特定数量的光以实现最佳产奶量（通常每天要有16 小时的 150 勒克斯照度），而 LED 照明可以精确地提供所需的光谱和强度。测试表明，与太暗或较短的光照时间相比，当光照最佳时产奶量可提高 5–16%。与家禽一样，奶牛的视野非常广，视野中的黑暗或阴影区域会使奶牛感到不安，因此需要宽阔且均匀的照明。同样重要的是要有一段时间的低光照（<50 勒克斯）让奶牛得到适当的休息。由于牛看不到红光，LED 照明也可以在这段时间切换到红色光谱，让农场工人在不唤醒奶牛的情况下检查奶牛。
「日间」照明可实现最佳产奶量
人类可以看到「夜间」照明，但牛看不到。
以家禽养殖为例，紫外线和可见光 LED 照明用来调节鸡只的昼夜节律。适当的光量和光谱有助于提高产蛋量、减轻家禽压力并改善整体福祉。由于鸟类的视觉反应与人类不同（视网膜感受器为四色的而非三色），因此它们可以感知我们看不到的紫外线。它们利用这种能力来识别彼此以建立它们的啄食顺序，而母鸡则利用它来评估后代是否健康（更健康的小鸡有更密集的羽毛，反射出的紫外线会更强，因此母鸡可以快速辨别弱小和强壮的小鸡）。
紫外线较低时家禽无法使用这个感官因此会不舒服甚至具有攻击性。理想的情况是 80% 的空间的照明水平应为 30–50 勒克斯（家禽的视野 (300°) 也比人类 (180°) 更广，因此整个空间需要有充足的光线，不能有黑暗或阴影区域因为鸟类可能会认为这些地方是有威胁性的）。
在乳畜业 LED 照明可用来增加牛奶产量。奶牛每天需要特定数量的光以实现最佳产奶量（通常每天要有16 小时的 150 勒克斯照度），而 LED 照明可以精确地提供所需的光谱和强度。测试表明，与太暗或较短的光照时间相比，当光照最佳时产奶量可提高 5–16%。与家禽一样，奶牛的视野非常广，视野中的黑暗或阴影区域会使奶牛感到不安，因此需要宽阔且均匀的照明。同样重要的是要有一段时间的低光照（<50 勒克斯）让奶牛得到适当的休息。由于牛看不到红光，LED 照明也可以在这段时间切换到红色光谱，让农场工人在不唤醒奶牛的情况下检查奶牛。
「日间」照明可实现最佳产奶量
人类可以看到「夜间」照明，但牛看不到。
LED 照明在园艺的优势
如前所述，LED 照明提供精确的光谱控制，这意味着可以根据植物的特定需求定制光源；一般常见的植物灯发出的光是洋红色和蓝色的。然而，植物在不同的生长阶段需要不同波长的光，而LED照明可以为每个阶段提供最适合的光谱。另一个优点是它产生的热量和红外辐射比传统照明更少，从而降低了植物在高光照水平下遭受热应力的风险。 这在温度控制至关重要的室内种植和温室栽培中尤为重要。
室内种植是在室内环境中使用纯人工照明给农作物以实现全年粮食生产。垂直农业是在垂直堆叠的层面上种植作物，使其成为城市地区节省空间的选择。LED 照明为每一层的植物提供必要的光照，减少能源消耗和热量输出。在水耕栽培中，植物在营养丰富的水溶液中生长，无需土壤，而 LED 照明可以提供合适的光谱促进光合作用使植物生长得更快、产量更高；它还可以定制以满足不同植物物种的特定光照需求。无土栽培的种类有气雾栽培法，植物在空气或雾气的环境中生长，以及鱼菜共生法，也就是植物在有鱼的水环境中生长。
LED 照明同样是用来为植物提供必要的光谱和支持水生生物的生长。室内种植越来越受欢迎，尤其是在空间有限的城市地区。LED 照明在此发挥着关键的作用，因为它为植物生长提供必要的光照，同时降低能源消耗和热输出。大规模的LED照明应用是在温室栽培，为植物生长提供必要的光照且不受天气条件的影响。人工照明也用来延长产季让农作物可以在正常产季以外的时间生长。
室内种植是在室内环境中使用纯人工照明给农作物以实现全年粮食生产。垂直农业是在垂直堆叠的层面上种植作物，使其成为城市地区节省空间的选择。LED 照明为每一层的植物提供必要的光照，减少能源消耗和热量输出。在水耕栽培中，植物在营养丰富的水溶液中生长，无需土壤，而 LED 照明可以提供合适的光谱促进光合作用使植物生长得更快、产量更高；它还可以定制以满足不同植物物种的特定光照需求。无土栽培的种类有气雾栽培法，植物在空气或雾气的环境中生长，以及鱼菜共生法，也就是植物在有鱼的水环境中生长。
LED 照明同样是用来为植物提供必要的光谱和支持水生生物的生长。室内种植越来越受欢迎，尤其是在空间有限的城市地区。LED 照明在此发挥着关键的作用，因为它为植物生长提供必要的光照，同时降低能源消耗和热输出。大规模的LED照明应用是在温室栽培，为植物生长提供必要的光照且不受天气条件的影响。人工照明也用来延长产季让农作物可以在正常产季以外的时间生长。
实用的农业 LED 照明解决方案
下图是非常有弹性且低成本的大面积室内农业 LED 照明概念。该系统的核心包括一台便宜的单板计算机 (SBC)，例如有 WiFi 通信模块和小型 LCD（可选触摸屏）的树莓派 Raspberry Pi 或 Arduino，以及一个提供 1000W 的密封、防尘、无风扇外壳的 RACM1200 数字电源。
简单的通用 LED 照明系统框图，可以针对需要不同动态色谱的牲畜和植物进行调整
LED 照明控制系统可以单独调整不同的 LED 组的亮度来操纵色彩光谱，而 SBC 控制电源以在预设的时间打开和关闭 LED 灯或者设定整体光强度。可以透过数字控制降低电源输出电压进行全局调光以降低功耗。
RACM1200 是这种应用的理想选择因为它有一个单独的「常开」5V 输出，即使在主输出完全关闭时也能继续为 SBC 供电。此外，部件还有一个单独的 12V 风扇输出，在此示例中将 SBC I/O 引脚的逻辑电平输出提升为更高的电压信号，更有效地以全功率切换功率 MOSFET。
LED 灯具在安全的 48 VDC 上运行，这意味着如果有动物误咬裸露的电线不会有触电的风险，并确保灯具可以从天花板悬挂在最佳高度让照明均匀，即使它们是在农场工人触手可及的位置。在垂直农业中，每个迭层在潮湿的薄雾环境中近距离单独点亮，需要这种安全的超低电压布线以保护工人。RACM1200有连续短路保护，因此即使输出短路也不会损坏。
改变每组 LED 的 PWM 信号会改变外表面照明（色温）
照明的色温是通过调整SBC 通道的 PWM 信号来设置的，根据需求调高红、蓝、白色或更多的紫外线光。LED 是由 200Hz 以上的 PWM 信号进行切换所以家禽不会受到闪烁的干扰（人类无法看到 100Hz 以上的频率闪烁，因此许多经济的 LED 电源在 50Hz 或 60Hz 的两倍电源频率下出现非常高的输出闪烁，但对于可以感知高达 190Hz 闪烁的鸟类来说这可能是个问题。RACM1200 的输出无闪烁问题因为PWM 调光的频率高于动物能看到的频率。）
虽然整个系统的尺寸不超过一个鞋盒的大小，RACM1200 的功率大到足以单独点亮整个谷仓农场或温室（输出功率 1000W，无需风扇冷却）。该部件的另一个优势是 80-264VAC 的宽输入电压范围，因此即使偏远的谷仓或外屋的主电源较不稳定时也不会造成问题。
简单的通用 LED 照明系统框图，可以针对需要不同动态色谱的牲畜和植物进行调整
LED 照明控制系统可以单独调整不同的 LED 组的亮度来操纵色彩光谱，而 SBC 控制电源以在预设的时间打开和关闭 LED 灯或者设定整体光强度。可以透过数字控制降低电源输出电压进行全局调光以降低功耗。
RACM1200 是这种应用的理想选择因为它有一个单独的「常开」5V 输出，即使在主输出完全关闭时也能继续为 SBC 供电。此外，部件还有一个单独的 12V 风扇输出，在此示例中将 SBC I/O 引脚的逻辑电平输出提升为更高的电压信号，更有效地以全功率切换功率 MOSFET。
LED 灯具在安全的 48 VDC 上运行，这意味着如果有动物误咬裸露的电线不会有触电的风险，并确保灯具可以从天花板悬挂在最佳高度让照明均匀，即使它们是在农场工人触手可及的位置。在垂直农业中，每个迭层在潮湿的薄雾环境中近距离单独点亮，需要这种安全的超低电压布线以保护工人。RACM1200有连续短路保护，因此即使输出短路也不会损坏。
改变每组 LED 的 PWM 信号会改变外表面照明（色温）
照明的色温是通过调整SBC 通道的 PWM 信号来设置的，根据需求调高红、蓝、白色或更多的紫外线光。LED 是由 200Hz 以上的 PWM 信号进行切换所以家禽不会受到闪烁的干扰（人类无法看到 100Hz 以上的频率闪烁，因此许多经济的 LED 电源在 50Hz 或 60Hz 的两倍电源频率下出现非常高的输出闪烁，但对于可以感知高达 190Hz 闪烁的鸟类来说这可能是个问题。RACM1200 的输出无闪烁问题因为PWM 调光的频率高于动物能看到的频率。）
虽然整个系统的尺寸不超过一个鞋盒的大小，RACM1200 的功率大到足以单独点亮整个谷仓农场或温室（输出功率 1000W，无需风扇冷却）。该部件的另一个优势是 80-264VAC 的宽输入电压范围，因此即使偏远的谷仓或外屋的主电源较不稳定时也不会造成问题。
应用
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| 1 |
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RACM1200-V
重点
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