LED農業(yè)智能化與光通訊智能化論文

LED農業(yè)智能化與光通訊智能化論文

　　引言。

　　在互聯(lián)網(wǎng)概念還處在世界主流地位時(shí)，德國學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界于2013 年在漢諾威工業(yè)博覽會(huì )上第一次提出了“工業(yè) 4.0 研究項目”,此概念的核心是信息物理融合系統（Cyber-Physical Systems,CPS），整合各種數字信息、資源、產(chǎn)品和人，從而建立起高效快速靈活的信息化，數字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。此概念一經(jīng)提出則從德國迅速傳播到歐洲，并開(kāi)始影響世界[1].

　　1 智能化 LED 照明的內涵。

　　傳統的 LED 早在 1962 年就已經(jīng)出現，一開(kāi)始 LED 產(chǎn)品只能發(fā)出低光度的紅光，而現在能發(fā)出的光已經(jīng)遍及可見(jiàn)光、紅外光以及紫外光；同時(shí)用途也從最初的指示燈、顯示板發(fā)展到顯示器、采光裝飾和照明[2].近年來(lái)，隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)，云計算等新技術(shù)的出現，人們已經(jīng)不滿(mǎn)足于 LED 照明高亮度、低能耗、壽命長(cháng)、功率小的這些基本的功能和所帶來(lái)的經(jīng)濟效益，而是更多的以 LED 與先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)相結合，從人體心理學(xué)、生理學(xué)和社會(huì )學(xué)出發(fā)，考慮個(gè)體舒適度，光生物安全等改善學(xué)習、工作和生活的條件軟指標和減少空氣污染保護環(huán)境的社會(huì )效益，即 LED 的智能化[3].

　　而在工業(yè) 4.0 的大背景下，結合近十幾年來(lái)傳統 LED 同質(zhì)化低端化出現嚴重產(chǎn)能過(guò)剩的問(wèn)題，我們對于 LED 產(chǎn)品的發(fā)展和需求已經(jīng)不能僅僅的停留在照明的本身性能上，而是努力的與其他產(chǎn)業(yè)技術(shù)相結合，以期獲得具有復合功能的 LED 智能燈，從而對 LED 產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能進(jìn)行分流。就目前為止，有兩個(gè)主要的分流方向，第一個(gè)是向農業(yè)照明領(lǐng)域突破，第二個(gè)就是向光通訊領(lǐng)域發(fā)展。

　　2 LED 農業(yè)智能化。

　　在農業(yè)方面，我們知道光是植物生長(cháng)發(fā)育最為重要的環(huán)境因素之一，對于植物的光合作用和生長(cháng)發(fā)育新陳代謝都有著(zhù)直接的調節作用[4].目前已知的環(huán)境因素，比如相對的潮濕、溫度、光強度和光質(zhì)量都對植物的生長(cháng)和發(fā)展有著(zhù)密切的影響。而在這些因素中，光質(zhì)量則直接影響植物干的生長(cháng)，側分枝，葉擴展和色素的沉積等主要的生長(cháng)指標。而這些光質(zhì)量的集成，主要是通過(guò)持續強度的紅光，藍光，同時(shí)荷爾蒙信號的路徑對植物有著(zhù)深刻的影響觸發(fā)生理學(xué)反應從而對植物的生長(cháng)和發(fā)展起著(zhù)控制作用。

　　采用 LED 作為控制植物生長(cháng)的人工光源的優(yōu)勢在于具有高的能量轉換效率、使用的是直流電源、產(chǎn)品體積小，壽命長(cháng)、波長(cháng)確定、光強度/質(zhì)量比可調和低的熱能輸出。一些農作物已經(jīng)在被 LED 光照下進(jìn)行培養了，比如蝸居、辣椒、小麥、菠菜等。研究表明，紅光對植物光合作用的器官發(fā)展有著(zhù)重要的作用，同時(shí)它還可以增加植物上淀粉的積累量。同時(shí)有報道，用遠紅外輻照植物可以提高稻殼的抗氧化性。這表明特定的光照輻射可以增加食物中的營(yíng)養成分[5].總的來(lái)說(shuō)，從長(cháng)遠的角度去看，LED 大有取代傳統照明光源的趨勢。

　　基于 LED 的智能照明系統技術(shù)可以被廣泛的應用于植物或動(dòng)物的生物研究中；同時(shí)這種智能系統還可以比較精確的確定特定植物生長(cháng)所需要光照的強度和質(zhì)量；另外智能系統還可以分析不同光脈沖條件下植物的生長(cháng)情況影響�？梢灶A見(jiàn)基于 LED 的農業(yè)智能化系統將會(huì )是“工業(yè) 4.0”在農業(yè)上應用的重要體現。

　　3 LED 光通訊智能化（lifi）。

　　Lifi 被認為是一種在 21 世紀出現的新的光設備。設計這種設備的基本思想是可以通過(guò) LED 的燈光對數據進(jìn)行傳輸。但通過(guò) LED光能傳輸的數據數量還是相對較少的。目前，Lifi 被稱(chēng)為 Wi-Fi 的一個(gè)優(yōu)化的版本，它的優(yōu)勢在于可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊大量的降低成本。

　　被譽(yù)為“Li-Fi 之父”的英國愛(ài)丁堡大學(xué)教授 Harald Hass（哈拉爾德-哈斯）認為 Lifi 技術(shù)的核心在于發(fā)光二極管的強度和潛力[6].他同時(shí)認為這種技術(shù)可以改變我們上網(wǎng)，視頻，收發(fā)郵件等等。由于社會(huì )發(fā)展對數據的傳輸是有廣泛的需求，所以 lifi 技術(shù)的應用可以擴展到那些 Wifi 技術(shù)覆蓋不到的領(lǐng)域，比如醫學(xué)技術(shù)，發(fā)動(dòng)機等各種其它的行業(yè)。由于 lifi 被認為是有著(zhù)最快速的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，所以這項技術(shù)就很有可能取代目前研究所和公司中廣泛應用的 wifi,同時(shí)人們可以用 lifi 技術(shù)擴展更多的特殊領(lǐng)域[7].

　　4 結束語(yǔ)。

　　在工業(yè) 4.0 概念的影響下，LED 傳統行業(yè)必然要向智能化的趨勢進(jìn)行轉變，其發(fā)展方向也必然是工業(yè)化和信息化的高度融合。21世紀被稱(chēng)為“光的世紀”,而植物所具有的光合作用也是萬(wàn)物生命的基礎，憑借著(zhù) LED 人工照明系統高光效低能耗，同時(shí)兼顧信息化可調控的優(yōu)勢，LED 農業(yè)智能化將會(huì )推動(dòng)農業(yè)和生物行業(yè)的高速大發(fā)展。另一方面，在光通訊行業(yè)，Lifi 的概念開(kāi)始漸漸受到人們關(guān)注，這不僅僅是因為其相比于無(wú)線(xiàn)電磁波更高效，更廣泛的應用。當越來(lái)越多的人和設備接入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)中，在空氣中傳播的電磁波就會(huì )越來(lái)越阻塞，這使得人們獲得一個(gè)持續的高速的信號變得很困難。所以基于 LED 的 lifi 技術(shù)的出現可以克服目前無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的諸多限制，從而提供一個(gè)安全、高效、高速的光通訊環(huán)境。

　　參考文獻。

　　[1]左沈怡。工業(yè) 4.0 有多遠？[J].上海國資，2015,1:52-54.

　　[2]王公龍。LED 照明燈的推廣使用[J].城市建設理論研究（電子版），2015,5:2248-2249.

　　[3]曹勇。探討現代建筑電氣中的智能照明問(wèn)題[J].赤子，2013,6.

　　[4]戰吉 ,黃衛東，王利軍。植物弱光逆境生理研究綜述[J].植物學(xué)通報。2003,1:43-50.

　　[5]Jeong Wook Heo,Chun Woo Lee,Kee Yoeup Paek.Influence ofMixed LED Radiation on the Growth of Annual Plants [J].Journal ofPlant Biology.2006,49:286-290.

　　[6]Kanchan Gupta.Lifi -Light Fidelity Technology -A Review [J].Inter-national Journal of Research,2014,11:135-139.

　　[7]N.Navyatha,T.M.Prathyusha,V.Roja,M.Mounika.Li-Fi（Light fidelity）-LED Based [J].International Jounal of Scientific&Engineering Re-search,2013,5:1039-1042.