一种装备三维程控LED照明系统的植物培养箱.pdf

本发明公开了一种装备三维程控LED照明系统的植物培养箱，包括箱体及与箱体铰接的顶盖，所述箱体及顶盖采用不透光材料制成，所述箱体及顶盖内面喷有黑色哑光漆，箱体内侧五面及顶盖内侧面均固定有LED照明板，LED照明板朝向箱体中心侧设置多排LED卡槽，另一侧设置有程控电路板，箱体内设置有以透明材料制成的培养皿支架，LED照明板经程控电路板与电源及上位机连接。通过连接电脑的程序控制板来调节培养装置内照明单元的LED灯开关个数和开关时间，可实现对照明方向、光质、强度以及时间进行快捷方便的实时控制，该发明装置对观察对比和研究植物在光照和黑暗条件下的极性生长方面尤为适用。

1.  一种装备三维程控LED照明系统的植物培养箱，其特征在于，包括箱体及与箱体铰接的顶盖，所述箱体及顶盖采用不透光材料制成，所述箱体及顶盖内面喷有黑色哑光漆，箱体内侧五面及顶盖内侧面均固定有LED照明板，LED照明板朝向箱体中心侧设置多排LED卡槽，另一侧设置有程控电路板，箱体内设置有以透明材料制成的培养皿支架，LED照明板经程控电路板与电源及上位机连接。

2.  根据权利要求1所述的培养箱，其特征在于，所述顶盖上设置有把手。

3.  根据权利要求1所述的培养箱，其特征在于，所述程控电路板与其所在面箱体的间隙中，留有通风口，通风口以黑色纱网覆盖，以避免环境光照影响。

4.  根据权利要求1所述的培养箱，其特征在于，所述LED照明板采用并联方式设置有9列LED卡槽，每一列LED卡槽上串联有至少三个LED灯，其上的LED灯能根据实际需要采用不同波长与强度的设置或设置组合。

5.  根据权利要求4所述的培养箱，其特征在于，所述LED灯为远红光，红光，绿光或蓝光LED。

6.  根据权利要求1所述的培养箱，其特征在于，所述箱体中，程控电路板与箱壁间还设置有用于散热的风扇。

7.  根据权利要求1所述的培养箱，其特征在于，所述箱体为60cm×60cm×60cm的正立面体，所述培养皿支架距箱体左、前、下面各30cm。

一种装备三维程控LED照明系统的植物培养箱
技术领域
本发明涉及光照对植物生长研究器械领域，特别涉及一种装备三维程控LED照明系统的植物培养箱。
背景技术
光照对植物的生长、生理生化和形态建成等方面有重要的作用，不同的光照强度、时间和光的组成等都会对植物的生长产生影响，因此，研究光照对植物形态建成及生长发育的影响具有重大理论意义。光本身不仅是植物光合作用所需的能量源泉,也是植物生长的重要环境型号。光照可对植物的生长产生重大影响，主要表现在：光照强度、光照时间(光周期)和光的组成(光质)三个方面。植物吸收的光以可见光为主，即同化太阳光谱380-710nm区间的能量，植物接受光照不良会影响其形态建成过程，会导致花芽形成和发育不良。光照与暗期长短的周期性变化与植物花芽分化密切相关，是诱导植物由营养生长向生殖生长转化的关键因素。不同光质的光照也能影响植物发育，例如红光能加速长日植物和延迟短日植物发育，蓝紫光能加速短日植物和延迟长日植物发育。
在植物光受体及向光性研究方面，可以通过对植物施与不同波长和方向的光照，观察其向光性生长和光形态建成过程。而目前的光照培养装置多为固定式LED灯照明模式，只能简单的设置光照时间与 单向的光照波长及强度对植物进行培养，并观察其生长形态的变化。这样的照明方式与植物在自然界中的生长形态大不相同。在自然界中，大气中的颗粒物对阳光的散射作用，以及生长周边环境物体对阳光的反射，使得植物能从多个方向获取弥散的光照。因此，在基础实验中，模拟这样的均衡和多维的光照条件尤为重要。然而，能同时能从多方向提供可调节控制改变光照方向、光波长和光照强度等因素的光照培养箱目前尚无相关技术报道。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种装备三维程控LED照明系统的植物培养箱，在培养箱中设置六处LED照明单位，分别在x轴(左、右),y轴(前、后)和z轴(上、下)提供三维的均衡照明。并通过连接电脑的程序控制板来调节培养装置内照明单元的LED灯开关个数和开关时间，可实现对照明方向、光质、强度以及时间进行快捷方便的实时控制，该发明装置对观察对比和研究植物在光照和黑暗条件下的极性生长方面尤为适用。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种装备三维程控LED照明系统的植物培养箱，包括箱体及与箱体铰接的顶盖，所述箱体及顶盖采用不透光材料制成，所述箱体及顶盖内面喷有黑色哑光漆，箱体内侧五面及顶盖内侧面均固定有LED照明板，LED照明板朝向箱体中心侧设置多排LED卡槽，另一侧设置有程控电路板，箱体内设置有以透明材料制成的培养皿支架，LED照明板经程控电路板与电源及上位机连接。
进一步的，所述顶盖上设置有把手。
进一步的，所述程控电路板与其所在面箱体的间隙中，留有通风口，通风口以黑色纱网覆盖，以避免环境光照影响。
进一步的，所述LED照明板采用并联方式设置有9列LED卡槽，每一列LED卡槽上串联有至少三个LED灯，其上的LED灯能根据实际需要采用不同波长与强度的设置或设置组合。
进一步的，所述LED灯为远红光，红光，绿光或蓝光LED。
进一步的，所述箱体中，程控电路板与箱壁间还设置有用于散热的风扇。
进一步的，所述箱体为60cm×60cm×60cm的正立面体，所述培养皿支架距箱体左、前、下面各30cm。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明装置，在培养箱中设置六处LED照明单位，分别在x轴(左、右),y轴(前、后)和z轴(上、下)提供三维的均衡照明。并通过连接电脑的程序控制板来调节培养装置内照明单元的LED灯开关个数和开关时间，可实现对照明方向、光质、强度以及时间进行快捷方便的实时控制，该发明装置对观察对比和研究植物在光照和黑暗条件下的极性生长方面尤为适用。本发明包括培养箱箱体、插入式多色LED照明板、程控电路板、通过USB链接的电脑控制程序、植物幼苗放置托架、以及温控装置等几部分。可以实现对光照方向、波长等的实时调控，在实验过程中，还可在外接的计算设备上，通过USB传输数据线对封闭箱体内的光照强度进行实时调整，最大程度减小对实验进程的干扰。另外，本系统的一个重要的功能是能预设光照强度和光照时间，在没有电脑和实验人员干涉的情况下使实验自动 进行。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2为本发明一种装备三维程控LED照明系统的植物培养箱的内部俯视图。
图3为箱体单面的剖面图。
其中，1-箱体，2-顶盖，3-LED照明板，4-LED卡槽，5-程控电路板，6-培养皿支架，7-电源，8-上位机，9-把手，10-通风口，11-黑色纱网，12-LED灯，13-风扇。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细阐述：
如图1、2所示，一种装备三维程控LED照明系统的植物培养箱，包括箱体1及与箱体1铰接的顶盖2，所述箱体1及顶盖2采用不透光材料制成，所述箱体1及顶盖2内面喷黑色亚光漆，箱体1及顶盖2内面固定有LED照明板3，LED照明板3朝向箱体中心侧设置多排LED卡槽4，另一侧设置有程控电路板5，箱体内设置有以透明材料制成的培养皿支架6，LED照明板3经程控电路板5与电源7及上位机8连接。
进一步的，所述顶盖上设置有把手9。
进一步的，所述程控电路板5与其所在面箱体的间隙中，留有通风口10，通风口10以黑色纱网11覆盖，以避免环境光照影响。
进一步的，所述LED照明板3采用并联方式设置有9列LED卡 槽4，每一列LED卡槽4上串联有至少三个LED灯12，其上的LED灯12能根据实际需要采用不同波长与强度的设置或设置组合。
进一步的，所述LED灯12为远红光，红光，绿光或蓝光LED。
进一步的，如图3所示，所述箱体1中，程控电路板5与箱壁间还设置有用于散热的风扇13。
进一步的，所述箱体1为60cm×60cm×60cm的正立面体，所述培养皿支架6距箱体1左、前、下面各30cm。
本发明的具体工作原理为：1)培养箱箱体：箱体1采用不透光材料制成，保留其中一面箱体1为活页连接，可用于取放样品；避免LED灯12光因折射和散射影响样品生长；箱体1底端两侧留通风口10，便于散热及内外部线连接；程控电路板5与培养箱的间隙中，留通风口10，通风口10以黑色纱网11覆盖，以避免环境光照影响。并设置有风扇13，保证通风或降温处理。
2)在箱,1内空间正中位置放置以透明材料制成的培养皿支架6，用于放置培养植物。支架采用透明的材料，避免托架遮挡对光强的影响；支架放置在箱内空间中部，分别距左、前、下面30cm处，保证照明均一性。
3)插入式多色LED照明板：在培养箱内部左侧1cm处预留一个凹槽，用于放置LED照明板3，可根据实验需要设计不同数量的LED卡槽4以及LED灯12，本样品采用并联方式连接9列LED卡槽4，并采用串联方式连接3个LED灯12，可根据研究需要，更换不同颜色的LED灯12，通过LED灯12数量及样品与LED的距离来控制光强。例如本样品安装远红光LED灯(λp＝720nm)，红色LED灯(λp＝650nm)、蓝色LED灯(λp＝465nm)作为实验光源，绿色LED 灯(λp＝555nm)作为对照光源。
4)程控电路板模块：在LED照明板3背后附有程控电路板5，本样品采用市售的电路板模块，利用USB接口将程控电路板5与LED照明板3、电源7连接在一起。
5)通过USB链接的电脑控制程序：接通电源7，通过USB链接到上位机，选择需要的LED灯波长及光强，分别开启LED灯12及风扇13。
6)通风温控装置：培养箱程控电路板5对面安装有两个10cm直径的风扇13，通过导线连接到程序控制板5上。
利用本发明的实验举例：
实验一：模拟阴影生长环境下的植物蓝光向光性生长和形态建
成。
1)按照远红光：红光＝3：1比例在本发明所设计培养箱的左右，前后内侧，以及顶盖内侧面板中安置相同功率的LED灯数量。底部LED灯保持关闭。
2)用光能量计在本发明所设计培养箱中部测量各向灯光照射强度，确认所获取强度确为远红光：红光＝3：1，红光光强在1mW·s^-1m^-2-10mW·s^-1·m^-2之间，且各向光强相等。以此，可模拟阴影环境中对植物的光照模式。
3)在其中一侧面，再添加蓝色LED光源，并通过光能量计测量，确认蓝光光强与上述红光光强相等。
4)通过电脑，设置远红光、红光及蓝光光照周期均为每日16小 时照明+8小时黑暗。
5)将拟南芥种子经过表面消毒后成排点种于1/2MS植物凝胶培养皿中。并置于本发明中部设置样品架上。
6)4天后，将样品取出照相，并计算向光性弯曲角度。
7)在设置并改变蓝光光强之后，保持其它设置不变，并重复以上步骤。
8)统计并总结蓝光在模拟阴影环境中拟南芥的向光性弯曲程度。该阴影光照条件能最好地模拟自然条件中的光照，这是当前所有培养装置无法提供的。
实验二：研究在模拟均衡光照环境下的植物向地性性弯曲程度。
1)将本发明所设计培养箱的左右，前后及下方底部内侧，以及顶盖内侧面板中安置相同数量，相同功率，相同波长的LED灯。
2)如所有位置均安置红光LED灯，将光强保持在1mW·s^-1m^-2-10mW·s^-1·m^-2之间，且各向光强相等。通过光能量计确认。
3)将拟南芥种子经过表面消毒后成排点种于1/2MS植物凝胶培养皿中。并置于普通顶部照明的植物培养箱中，令其生长。
4)拟南芥直立生长4天以后，90度旋转，并放置如上述设置好的，本发明所诉的培养装置中部样品架上。
5)利用电脑打开LED灯以获取对样品的三维均衡照明。
6)每隔一小时取出样品，测量其向地性弯曲角度，并统计计算。
7)可将上述LED换为蓝光，绿光或组合光LED照明。
8)这样，可获取植物在接受照明，且不产生向光性弯曲的干扰的情况下，向地性弯曲角度的变化。这也是目前的植物培养装置无法做到的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。