CN105934041A - 一种植物照明控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物照明控制系统，包括MCU控制器、以太网网络模块、路由模块、ZigBee控制器与实时检测电路，路由模块与以太网网络模块连接，以太网网络模块与MCU控制器连接，ZigBee控制器与MCU控制器连接，实时检测电路与ZigBee控制器连接，MCU控制器采用型号为MSP430F149的第一芯片，ZigBee控制器中采用型号为CC2530的第五芯片，实时检测电路中包括多个传感器，多个传感器检测到周围环境的数据并发送到ZigBee控制器，ZigBee控制器采集传感器上的数据并将接收的数据传送给MCU控制器进行数据算法处理，MCU控制器将数据处理后发送控制指令给ZigBee控制器，ZigBee控制器根据接收到的指令调节LED灯的亮度实现定量补光，MCU控制器接收到的数据发送至服务器，通过访问服务器实现手机或PC机的人机交互。

Description

一种植物照明控制系统
技术领域
本发明涉及一种照明技术领域，尤其是涉及一种植物照明控制系统。
背景技术
随着农业经济的快速发展，蔬菜大棚的种植面积逐年扩大，而我国大棚种植依旧沿袭传统的种子方式，自动化程度偏低，寻求不到成本和收益之间的最优点，而制约其经济增长的因素主要在于农作物的产量和品质。
雨露滋润禾苗壮，万物生长靠太阳，可见光是植物的光合作用、生长生理过程中比不可缺的重要环境因素之一。其中波段380～760nm是决定植物光合作用的最重要的波段，以红光、蓝光为有效吸收波段，可以直接影响植物的产量和品质。随着LED照明的快速发展，其在农业领域上的应用日趋广泛，与传统光源相比，LED具有体积小、寿命长、节能、光效高等优势。
现阶段国内外植物补光控制策略研究的基础上，结合无线传感器网络技术，促使两者优势互补，设计了一种新型植物LED补光控制系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电能损耗小、远程可控的植物照明控制系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种植物照明控制系统，包括MCU控制器、以太网网络模块、路由模块、ZigBee控制器与实时检测电路，所述的路由模块与以太网网络模块连接，所述的以太网网络模块与MCU控制器连接，所述的ZigBee控制器与MCU控制器连接，所述的实时检测电路与ZigBee控制器连接，所述的MCU控制器采用型号为MSP430F149的第一芯片，所述的ZigBee控制器中采用型号为CC2530的第五芯片，实时检测电路中包括多个传感器，多个传感器检测到周围环境的数据并发送到ZigBee控制器，ZigBee控制器采集传感器上的数据并将接收的数据传送给MCU控制器进行数据算法处理，MCU控制器将数据处理后发送控制指令给ZigBee控制器，ZigBee控制器根据接收到MCU控制器发送的指令调节LED灯的亮度实现定量补光，MCU控制器接收到的数据通过以太网网络模块、路由模块发送至服务器，通过访问服务器实现手机或PC机的人机交互。
还包括供电电路与电源适配器电路，所述的电源适配器电路通过LDO稳压电路与供电电路连接，供电电路输出3.3V供电电压，所述的供电电路为MCU控制器、ZigBee控制器供电，所述的MCU控制器外接LCD显示线路、按键调光电路。
所述的实时检测电路包括与MCU控制器连接的实时时钟电路、温湿度检测电路、光照度检测电路与一氧化碳检测电路，所述的一氧化碳检测电路、温湿度检测电路、光照度检测电路分别与ZigBee控制器连接。
所述的第五芯片的第一管脚接地，第五芯片的第二管脚连接3.3V供电电压，所述的第五芯片的第一管脚与第二管脚之间连接第二十一电容，所述的第五芯片的第十一管脚通过第三发光二极管、第八电阻后接地，第五芯片的第三管脚通过第十电阻与3.3V供电电压连接，第五芯片的第二十四管脚、第十五管脚、第十四管脚分别通过第九电阻、第二十电阻、第二十一电阻与3.3V供电电压连接，所述的第五芯片的第二十四管脚、第十五管脚、第十四管脚分别通过第八按键、第四发光二极管、第五发光二极管后接地。
所述的第一芯片的第一管脚连接3.3V供电电压与第四电容，所述的第四电容的一端与第一芯片的第一管脚连接，第四电容的另一端依次通过并联的第三电容、第七按键以及第一电阻后与3.3V供电电压连接，所述的第四电容的另一端接地，所述的第一芯片的第八管脚通过第六电容后接地，第一芯片的第九管脚通过第七电容后接地，第一芯片的第八管脚与第九管脚之间通过第一晶振连接，所述的第一芯片的第五十二管脚通过第九电容后接地，第一芯片的第五十三管脚通过第八电容后接地，第一芯片的第五十二管脚与第五十三管脚之间通过第二晶振连接。
所述的第一芯片的第十二管脚、第十三管脚、第十四管脚、第十五管脚分别通过第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻后与3.3V供电电压连接，所述的第一芯片的第十二管脚通过并联第二十五电容、第一按键后接地，所述的第一芯片的第十三管脚通过并联第二十六电容、第二按键后接地，所述的第一芯片的第十四管脚通过并联第二十七电容、第三按键后接地，所述的第一芯片的第十五管脚通过并联第二十八电容、第四按键后接地。
所述的以太网网络模块包括型号为ENC28J60D的第二芯片，所述的第二芯片与第一芯片连接，所述的第二芯片的第十管脚通过第三电阻后与3.3V供电电压连接，所述的第二芯片的第十五管脚、第十九管脚、第二十管脚、第二十八管脚均与3.3V供电电压连接，所述的第二芯片的第十五管脚、第十九管脚、第二十管脚、第二十八管脚分别通过第四十电容、第十三电容、第十四电容、第十五电容后接地。
所述的供电电路包括型号为ASM117的线性稳压器与第四电感，所述的线性稳压器的输入端外接5V电压源，线性稳压器的输出端通过并联的第三十二电容、第三十三电容后接地，所述的第四电感的一端与线性稳压器的输入端连接，第四电感的另一端通过并联的第三十四电容、第三十五电容、第三十六电容后接地，所述的第四电感的一端输出3.3V供电电压。
与现有技术相比，本发明的优点在于根据系统功能需求，选用CC2530和MSP430F149作为ZigBee控制器和MCU控制器，并设计了系统硬件电路。通过对CC2530和MSP430F149之间通信方式的分析，确定了UART通信方式，并采用内嵌以太网协议控制器的ENC28J60D芯片设计了以太网通信电路。系统软件则根据ZigBee无线网络设计，依据BP神经网络算法框架进行设计MCU控制器软件部分，可以针对MCU控制器与ZigBee控制器间通信速率、寻址方式不同的问题，进行制定数据通信协议并设计了地址映射表。系统不但能实现定时定量补光、精确补光两种模式，还具有远程数据监测功能，为闭锁空间内生长的植物提供一种低成本智能化的补光控制方式。
系统具有无需布线、控制方式灵活、易于扩充和节能等特点。稍加改造，即可实现对闭锁空间内其它参数的监测，或增加其它类型的传感器便可实现多节点多参数的监测功能。测试结果表明：课题设计的软硬件运行正常，数据传输可靠，扩展性强，通过采集相关参数可实现对闭锁空间内植物进行补光控制和远程监测功能。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的部分电路图一；
图3为本发明的部分电路图二；
图4为本发明的部分电路图二。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1至图4所示：一种植物照明控制系统，包括MCU控制器1、以太网网络模块2、路由模块3、ZigBee控制器4与实时检测电路5，路由模块3与以太网网络模块2连接，以太网网络模块2与MCU控制器1连接，ZigBee控制器4与MCU控制器1连接，实时检测电路5与ZigBee控制器4连接，MCU控制器1采用型号为MSP430F149的第一芯片U1，ZigBee控制器4中采用型号为CC2530的第五芯片U5，实时检测电路5中包括多个传感器，多个传感器检测到周围环境的数据并发送到ZigBee控制器4，ZigBee控制器4采集传感器上的数据并将接收的数据传送给MCU控制器1进行数据算法处理，MCU控制器1将数据处理后发送控制指令给ZigBee控制器4，ZigBee控制器4根据接收到MCU控制器1发送的指令调节LED灯的亮度实现定量补光，MCU控制器1接收到的数据通过以太网网络模块2、路由模块3发送至服务器，通过访问服务器实现手机或PC机的人机交互。
还包括供电电路6与电源适配器电路8，电源适配器电路8通过LDO稳压电路7与供电电路6连接，供电电路6输出3.3V供电电压，供电电路6为MCU控制器1、ZigBee控制器4供电，MCU控制器1外接LCD显示线路9、按键调光电路10。
实时检测电路5包括与MCU控制器1连接的实时时钟电路11、温湿度检测电路、光照度检测电路与一氧化碳检测电路，一氧化碳检测电路、温湿度检测电路、光照度检测电路分别与ZigBee控制器4连接。
第五芯片U5的第一管脚接地，第五芯片U5的第二管脚连接3.3V供电电压，第五芯片U5的第一管脚与第二管脚之间连接第二十一电容C21，第五芯片U5的第十一管脚通过第三发光二极管D3、第八电阻R8后接地，第五芯片U5的第三管脚通过第十电阻R10与3.3V供电电压连接，第五芯片U5的第二十四管脚、第十五管脚、第十四管脚分别通过第九电阻R9、第二十电阻R20、第二十一电阻R21与3.3V供电电压连接，第五芯片U5的第二十四管脚、第十五管脚、第十四管脚分别通过第八按键S8、第四发光二极管D4、第五发光二极管D5后接地。
第一芯片U1的第一管脚连接3.3V供电电压与第四电容C4，第四电容C4的一端与第一芯片U1的第一管脚连接，第四电容C4的另一端依次通过并联的第三电容C3、第七按键S7以及第一电阻R1后与3.3V供电电压连接，第四电容C4的另一端接地，第一芯片U1的第八管脚通过第六电容C6后接地，第一芯片U1的第九管脚通过第七电容C7后接地，第一芯片U1的第八管脚与第九管脚之间通过第一晶振JZ1连接，第一芯片U1的第五十二管脚通过第九电容C9后接地，第一芯片U1的第五十三管脚通过第八电容C8后接地，第一芯片U1的第五十二管脚与第五十三管脚之间通过第二晶振JZ2连接。
第一芯片U1的第十二管脚、第十三管脚、第十四管脚、第十五管脚分别通过第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18后与3.3V供电电压连接，第一芯片U1的第十二管脚通过并联第二十五电容C25、第一按键KEY1后接地，第一芯片U1的第十三管脚通过并联第二十六电容C26、第二按键KEY2后接地，第一芯片U1的第十四管脚通过并联第二十七电容C27、第三按键KEY3后接地，第一芯片U1的第十五管脚通过并联第二十八电容C28、第四按键KEY4后接地。
以太网网络模块2包括型号为ENC28J60D的第二芯片U2，第二芯片U2与第一芯片U1连接，第二芯片U2的第十管脚通过第三电阻后与3.3V供电电压连接，第二芯片U2的第十五管脚、第十九管脚、第二十管脚、第二十八管脚均与3.3V供电电压连接，第二芯片U2的第十五管脚、第十九管脚、第二十管脚、第二十八管脚分别通过第四十电容C40、第十三电容C13、第十四电容C14、第十五电容C15后接地。
供电电路6包括型号为ASM117的线性稳压器Q1与第四电感L4，线性稳压器Q1的输入端外接5V电压源，线性稳压器Q1的输出端通过并联的第三十二电容C32、第三十三电容C33后接地，第四电感L4的一端与线性稳压器Q1的输入端连接，第四电感L4的另一端通过并联的第三十四电容C34、第三十五电容C35、第三十六电容C36后接地，第四电感L4的一端输出3.3V供电电压。

Claims (8)

1.一种植物照明控制系统，其特征在于包括MCU控制器、以太网网络模块、路由模块、ZigBee控制器与实时检测电路，所述的路由模块与以太网网络模块连接，所述的以太网网络模块与MCU控制器连接，所述的ZigBee控制器与MCU控制器连接，所述的实时检测电路与ZigBee控制器连接，所述的MCU控制器采用型号为MSP430F149的第一芯片，所述的ZigBee控制器中采用型号为CC2530的第五芯片，实时检测电路中包括多个传感器，多个传感器检测到周围环境的数据并发送到ZigBee控制器，ZigBee控制器采集传感器上的数据并将接收的数据传送给MCU控制器进行数据算法处理，MCU控制器将数据处理后发送控制指令给ZigBee控制器，ZigBee控制器根据接收到MCU控制器发送的指令调节LED灯的亮度实现定量补光，MCU控制器接收到的数据通过以太网网络模块、路由模块发送至服务器，通过访问服务器实现手机或PC机的人机交互。
2.根据权利要求1所述的一种植物照明控制系统，其特征在于还包括供电电路与电源适配器电路，所述的电源适配器电路通过LDO稳压电路与供电电路连接，供电电路输出3.3V供电电压，所述的供电电路为MCU控制器、ZigBee控制器供电，所述的MCU控制器外接LCD显示线路、按键调光电路。
3.根据权利要求1所述的一种植物照明控制系统，其特征在于所述的实时检测电路包括与MCU控制器连接的实时时钟电路、温湿度检测电路、光照度检测电路与一氧化碳检测电路，所述的一氧化碳检测电路、温湿度检测电路、光照度检测电路分别与ZigBee控制器连接。
4.根据权利要求2所述的一种植物照明控制系统，其特征在于所述的第五芯片的第一管脚接地，第五芯片的第二管脚连接3.3V供电电压，所述的第五芯片的第一管脚与第二管脚之间连接第二十一电容，所述的第五芯片的第十一管脚通过第三发光二极管、第八电阻后接地，第五芯片的第三管脚通过第十电阻与3.3V供电电压连接，第五芯片的第二十四管脚、第十五管脚、第十四管脚分别通过第九电阻、第二十电阻、第二十一电阻与3.3V供电电压连接，所述的第五芯片的第二十四管脚、第十五管脚、第十四管脚分别通过第八按键、第四发光二极管、第五发光二极管后接地。
5.根据权利要求2所述的一种植物照明控制系统，其特征在于所述的第一芯片的第一管脚连接3.3V供电电压与第四电容，所述的第四电容的一端与第一芯片的第一管脚连接，第四电容的另一端依次通过并联的第三电容、第七按键以及第一电阻后与3.3V供电电压连接，所述的第四电容的另一端接地，所述的第一芯片的第八管脚通过第六电容后接地，第一芯片的第九管脚通过第七电容后接地，第一芯片的第八管脚与第九管脚之间通过第一晶振连接，所述的第一芯片的第五十二管脚通过第九电容后接地，第一芯片的第五十三管脚通过第八电容后接地，第一芯片的第五十二管脚与第五十三管脚之间通过第二晶振连接。
6.根据权利要求2所述的一种植物照明控制系统，其特征在于所述的第一芯片的第十二管脚、第十三管脚、第十四管脚、第十五管脚分别通过第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻后与3.3V供电电压连接，所述的第一芯片的第十二管脚通过并联第二十五电容、第一按键后接地，所述的第一芯片的第十三管脚通过并联第二十六电容、第二按键后接地，所述的第一芯片的第十四管脚通过并联第二十七电容、第三按键后接地，所述的第一芯片的第十五管脚通过并联第二十八电容、第四按键后接地。
7.根据权利要求2所述的一种植物照明控制系统，其特征在于所述的以太网网络模块包括型号为ENC28J60D的第二芯片，所述的第二芯片与第一芯片连接，所述的第二芯片的第十管脚通过第三电阻后与3.3V供电电压连接，所述的第二芯片的第十五管脚、第十九管脚、第二十管脚、第二十八管脚均与3.3V供电电压连接，所述的第二芯片的第十五管脚、第十九管脚、第二十管脚、第二十八管脚分别通过第四十电容、第十三电容、第十四电容、第十五电容后接地。
8.根据权利要求2所述的一种植物照明控制系统，其特征在于所述的供电电路包括型号为ASM117的线性稳压器与第四电感，所述的线性稳压器的输入端外接5V电压源，线性稳压器的输出端通过并联的第三十二电容、第三十三电容后接地，所述的第四电感的一端与线性稳压器的输入端连接，第四电感的另一端通过并联的第三十四电容、第三十五电容、第三十六电容后接地，所述的第四电感的一端输出3.3V供电电压。
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