在互聯網概(gai)念(nian)還處(chu)在世界(jie)主流地位時(shi),德國(guo)學術和產(chan)(chan)業(ye)界(jie)于2013年在漢諾威工(gong)業(ye)博覽會(hui)上第一(yi)次提(ti)(ti)出(chu)了“工(gong)業(ye)4.0研(yan)究項目”,此(ci)概(gai)念(nian)的(de)核(he)心是(shi)信(xin)息(xi)物理融合系統(Cyber-PhysicalSystems,CPS),整合各種數字信(xin)息(xi)、資源、產(chan)(chan)品和人,從(cong)而建立起高效快速(su)靈活的(de)信(xin)息(xi)化(hua),數字化(hua)的(de)產(chan)(chan)品與服務的(de)生產(chan)(chan)模式。此(ci)概(gai)念(nian)一(yi)經提(ti)(ti)出(chu)則(ze)從(cong)德國(guo)迅速(su)傳播(bo)到(dao)歐洲(zhou),并開始影響世界(jie)。
1、智能化(hua)LED照明的內(nei)涵
傳統的LED早在1962年就已經出現,一開始LED產品只能發出低光度的紅光,而現在能發出的光已經遍及可見光、紅外光以及紫外光;同時用途也從初的指示燈、顯示(shi)板(ban)發展到顯示(shi)器、采光(guang)(guang)裝飾(shi)和(he)(he)照明。近年來(lai),隨著(zhu)互聯(lian)網,云計算等新技術(shu)的(de)(de)出現,人們已經不滿足于LED照明高亮度、低能(neng)耗、壽命長(chang)、功率小的(de)(de)這些基本的(de)(de)功能(neng)和(he)(he)所帶來(lai)的(de)(de)經濟效益,而是更多(duo)的(de)(de)以LED與先(xian)進物聯(lian)網和(he)(he)云計算技術(shu)相(xiang)結合,從人體心理學、生理學和(he)(he)社會(hui)學出發,考慮個(ge)體舒適度,光(guang)(guang)生物安(an)全等改(gai)善(shan)學習、工作和(he)(he)生活的(de)(de)條件軟指標和(he)(he)減少(shao)空氣污染(ran)保護環境(jing)的(de)(de)社會(hui)效益,即LED的(de)(de)智能(neng)化。
而在工業4.0的(de)(de)(de)大背景下,結合近十幾年來傳統LED同質化(hua)低端化(hua)出(chu)現嚴重產能過剩(sheng)的(de)(de)(de)問題(ti),我們對于LED產品的(de)(de)(de)發展和需求已經(jing)不能僅僅的(de)(de)(de)停留在照明(ming)的(de)(de)(de)本身性能上(shang),而是努力的(de)(de)(de)與其(qi)他產業技術相結合,以期獲得具有(you)復(fu)合功能的(de)(de)(de)LED智能燈,從而對LED產業產能進(jin)行分流。就目前為止,有(you)兩(liang)個主要的(de)(de)(de)分流方向(xiang),第(di)一個是向(xiang)農業照明(ming)領(ling)域(yu)突破,第(di)二個就是向(xiang)光通訊領(ling)域(yu)發展。
2、LED農業智能化(hua)
在農業方面,我們知(zhi)道光(guang)是植(zhi)(zhi)物生長發(fa)育(yu)為重要的(de)(de)(de)(de)環(huan)境因(yin)素(su)(su)(su)(su)之一(yi),對于(yu)植(zhi)(zhi)物的(de)(de)(de)(de)光(guang)合(he)作用(yong)和(he)生長發(fa)育(yu)新陳代謝都(dou)有(you)著直(zhi)接的(de)(de)(de)(de)調節作用(yong)。目前已(yi)知(zhi)的(de)(de)(de)(de)環(huan)境因(yin)素(su)(su)(su)(su),比如相對的(de)(de)(de)(de)潮(chao)濕、溫度(du)、光(guang)強度(du)和(he)光(guang)質量都(dou)對植(zhi)(zhi)物的(de)(de)(de)(de)生長和(he)發(fa)展(zhan)有(you)著密切(qie)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。而(er)在這些因(yin)素(su)(su)(su)(su)中,光(guang)質量則(ze)直(zhi)接影(ying)響(xiang)植(zhi)(zhi)物干的(de)(de)(de)(de)生長,側分枝,葉擴(kuo)展(zhan)和(he)色素(su)(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)沉積(ji)等(deng)主要的(de)(de)(de)(de)生長指(zhi)標(biao)。而(er)這些光(guang)質量的(de)(de)(de)(de)集成,主要是通過持續強度(du)的(de)(de)(de)(de)紅光(guang),藍光(guang),同(tong)時荷(he)爾蒙信號(hao)的(de)(de)(de)(de)路徑對植(zhi)(zhi)物有(you)著深(shen)刻的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)觸發(fa)生理學反(fan)應從(cong)而(er)對植(zhi)(zhi)物的(de)(de)(de)(de)生長和(he)發(fa)展(zhan)起著控制(zhi)作用(yong)。
采用LED作為控制植物生長的人工光源的優勢在于具有高的能量轉換效率、使用的是直流電源、產品體(ti)積小(xiao),壽命長(chang)、波長(chang)確定(ding)、光(guang)(guang)強度/質量比可調和低的(de)熱能輸出。一(yi)些農作物(wu)已(yi)經在被LED光(guang)(guang)照(zhao)下進行培養了(le),比如蝸居(ju)、辣椒、小(xiao)麥、菠菜等。研究表明(ming),紅光(guang)(guang)對植物(wu)光(guang)(guang)合作用(yong)的(de)器官(guan)發(fa)展有著重要的(de)作用(yong),同(tong)時它還可以(yi)(yi)增(zeng)加植物(wu)上(shang)淀(dian)粉的(de)積累量。同(tong)時有報道,用(yong)遠紅外輻(fu)(fu)照(zhao)植物(wu)可以(yi)(yi)提高稻殼(ke)的(de)抗氧化性。這表明(ming)特定(ding)的(de)光(guang)(guang)照(zhao)輻(fu)(fu)射可以(yi)(yi)增(zeng)加食物(wu)中的(de)營養成分。
總的來說,從長遠的角度去看,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(shu)可以(yi)被廣泛的(de)(de)應(ying)(ying)用于植物(wu)(wu)或動物(wu)(wu)的(de)(de)生物(wu)(wu)研(yan)究中;同(tong)時這種智能系統還可以(yi)比較精確(que)的(de)(de)確(que)定(ding)特定(ding)植物(wu)(wu)生長所需要(yao)光(guang)照的(de)(de)強度和質量;另外智能系統還可以(yi)分析不同(tong)光(guang)脈沖條件下植物(wu)(wu)的(de)(de)生長情況影響(xiang)。可以(yi)預見基于LED的(de)(de)農業智能化系統將會(hui)是(shi)“工業4.0”在(zai)農業上(shang)應(ying)(ying)用的(de)(de)重(zhong)要(yao)體現。