LED農(nóng)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，德國學術和產(chǎn)業(yè)界于2013 年在漢諾威工業(yè)博覽會上第一次提出了“工業(yè) 4.0 研究項目”,此概念的核心是信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems,CPS），整合各種數(shù)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(shù)字化的產(chǎn)品與服務的生產(chǎn)模式。此概念一經(jīng)提出則從德國迅速傳播到歐洲，并開始影響世界[1].

　　1 智能化 LED 照明的內涵。

　　傳統(tǒng)的 LED 早在 1962 年就已經(jīng)出現(xiàn)，一開始 LED 產(chǎn)品只能發(fā)出低光度的紅光，而現(xiàn)在能發(fā)出的光已經(jīng)遍及可見光、紅外光以及紫外光；同時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，隨著互聯(lián)網(wǎng)，云計算等新技術的出現(xiàn)，人們已經(jīng)不滿足于 LED 照明高亮度、低能耗、壽命長、功率小的這些基本的功能和所帶來的經(jīng)濟效益，而是更多的以 LED 與先進物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術相結合，從人體心理學、生理學和社會學出發(fā)，考慮個體舒適度，光生物安全等改善學習、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，結合近十幾年來傳統(tǒng) LED 同質化低端化出現(xiàn)嚴重產(chǎn)能過剩的問題，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)能進行分流。就目前為止，有兩個主要的分流方向，第一個是向農(nóng)業(yè)照明領域突破，第二個就是向光通訊領域發(fā)展。

　　2 LED 農(nóng)業(yè)智能化。

　　在農(nóng)業(yè)方面，我們知道光是植物生長發(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發(fā)育新陳代謝都有著直接的調節(jié)作用[4].目前已知的環(huán)境因素，比如相對的潮濕、溫度、光強度和光質量都對植物的生長和發(fā)展有著密切的影響。而在這些因素中，光質量則直接影響植物干的生長，側分枝，葉擴展和色素的沉積等主要的生長指標。而這些光質量的集成，主要是通過持續(xù)強度的紅光，藍光，同時荷爾蒙信號的路徑對植物有著深刻的影響觸發(fā)生理學反應從而對植物的生長和發(fā)展起著控制作用。

　　采用 LED 作為控制植物生長的人工光源的優(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、波長確定、光強度/質量比可調和低的熱能輸出。一些農(nóng)作物已經(jīng)在被 LED 光照下進行培養(yǎng)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)展有著重要的作用，同時它還可以增加植物上淀粉的積累量。同時有報道，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養(yǎng)成分[5].總的來說，從長遠的角度去看，LED 大有取代傳統(tǒng)照明光源的趨勢。

　　基于 LED 的智能照明系統(tǒng)技術可以被廣泛的應用于植物或動物的生物研究中；同時這種智能系統(tǒng)還可以比較精確的確定特定植物生長所需要光照的強度和質量；另外智能系統(tǒng)還可以分析不同光脈沖條件下植物的生長情況影響。可以預見基于 LED 的農(nóng)業(yè)智能化系統(tǒng)將會是“工業(yè) 4.0”在農(nóng)業(yè)上應用的重要體現(xiàn)。

　　3 LED 光通訊智能化（lifi）。

　　Lifi 被認為是一種在 21 世紀出現(xiàn)的新的光設備。設計這種設備的基本思想是可以通過 LED 的燈光對數(shù)據(jù)進行傳輸。但通過 LED光能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)量還是相對較少的。目前，Lifi 被稱為 Wi-Fi 的一個優(yōu)化的版本，它的優(yōu)勢在于可以通過無線通訊大量的降低成本。

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

　　4 結束語。

　　在工業(yè) 4.0 概念的影響下，LED 傳統(tǒng)行業(yè)必然要向智能化的趨勢進行轉變，其發(fā)展方向也必然是工業(yè)化和信息化的高度融合。21世紀被稱為“光的世紀”,而植物所具有的光合作用也是萬物生命的基礎，憑借著 LED 人工照明系統(tǒng)高光效低能耗，同時兼顧信息化可調控的優(yōu)勢，LED 農(nóng)業(yè)智能化將會推動農(nóng)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 的概念開始漸漸受到人們關注，這不僅僅是因為其相比于無線電磁波更高效，更廣泛的應用。當越來越多的人和設備接入無線網(wǎng)中，在空氣中傳播的電磁波就會越來越阻塞，這使得人們獲得一個持續(xù)的高速的信號變得很困難。所以基于 LED 的 lifi 技術的出現(xiàn)可以克服目前無線網(wǎng)絡中的諸多限制，從而提供一個安全、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(xiàn)代建筑電氣中的智能照明問題[J].赤子，2013,6.

　　[4]戰(zhàn)吉 ,黃衛(wèi)東，王利軍。植物弱光逆境生理研究綜述[J].植物學通報。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.