CN108124337A - 一种基于单片机的led植物补光系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于单片机的LED植物补光系统，适用于单片机控制领域。LED植物补光系统整体分为5个模块，分别是电源模块、检测模块、控制模块、补光模块、用户模块。该系统采用单片机开发系统，能达到系统要求且降低了成本，保证LED植物补光系统实时、准确、智能化工作，提高了生物能效、提高植物栽培密度、节能效果显著。

Description

一种基于单片机的LED植物补光系统
技术领域
本发明涉及一种基于单片机的LED植物补光系统，适用于单片机控制领域。
背景技术
光照影响植物生长发育的整个生命阶段，是影响光合作用的重要因素之一。新型I,ED光源具有能效高、显色性优良、更换周期长、体积小、发热低等诸多优点。I,ED光源在植物栽培领域将逐渐代替传统植物灯。LED与目前农业领域常用的荧光灯或高压钠灯等人工光源相比较，具有生物能效高、提高植物栽培密度、节能效果显著。对环境相对封闭的农业生产区域，如温室、大棚等是一种非常适合的人工光源。但现有的植物照明研发产品采用的光配比多为恒定模式，光谱单一，与植物的光合作用吸收光谱不匹配，且多采用连续照射方式，未能对光质、光周期和光密度进行精确地按需调整。由于现有产品没有考虑不同植物在不同生长阶段所需要补光光量具有差异的问题，造成补光不足和补光过度并存的现，能耗大、光源浪费的问题仍未能真正解决。
不同波段的光照对农作物的生长发育影响不同，植物实际所需的光强和光配比在不同生长时期是不同的，光质与光强恒定的补光模式不能满足植物各个生长时期的需求。在补光环境中，光补偿点与光饱和点是影响植物生长的重要因素，不同阶段农作物的光补偿点和光饱和点不同，光强低于或超过光饱和点，会造成补光不足或补光过量，并且造成无效消耗和光胁迫。
发明内容
本发明提供一种基于单片机的LED植物补光系统，该系统采用单片机开发系统，能达到系统要求且降低了成本，保证LED植物补光系统实时、准确、智能化工作，提高了生物能效、提高植物栽培密度、节能效果显著。
本发明所采用的技术方案是：
基于单片机的LED植物补光系统整体分为5个模块，分别是电源模块、检测模块、控制模块、补光模块、用户模块。
所述控制模块中电源模块采用蓄电池供电模式，红光检测模块与蓝光检测模块采用3V供电，蓄电池将5V电压供给温度检测、蜂鸣器、指示灯、显示模块四个部分。控制模块的核心为STC单片机，根据系统中传感器实时采集到的数据以及预设极限值，由此计算得出PWM信号实际输出的占空比，检测模块的工作模式，首先红蓝光光强传感器和温度传感器分别检测植物生长环境中的红、蓝光强和实时温度，并将检测结果以电信号形式进行滤波、放大后输入控制器，实现植物生长环境中各项环境因子的监测，补光模块采用LED补光灯组，补光灯组由两路具有电流控制功能的PWM恒流驱动电路控制，PWM电信号控制LED灯组的光强即灯的亮度，从而实现对农作物的按需精确补光。
所述检测模块包括两个部分，光照传感器与温度传感器。光照传感器进行光强检测，光照检测包括红光和蓝光光强检测，采用滤光范围在400～500和600～700 nm的滤光片对补光灯组光质进行处理，然后用ISI,29010光照传感器对经过处理的红蓝光进行检测，传感器检测完成后将信号发送到单片机。光照传感器连接单片机的P1.6，P1.7口，完成两个波段的光照检测，并将传感器采集到的数据反馈给单片机。
所述驱动电路为了LED补光灯组有恒定的颜色输出，LED补光灯组采用降压恒流驱动方式。所选用芯片为PT4115， PT4115是降压恒流源，工作时连续电感电流导通，电压范围是6～30 V，输出电流可调，最大可达1.2 A，可同时满足多颗LED串并联的电路。DIM引脚的作用是实现范围较宽的PWM调光，此引脚也可实现模拟调光。限流电阻R决定LED的最大平均电流，连接在VIN和CSN两端。通过在DIM引脚加入占空比可调的PWM信号来调节通过I,ED的输出电流以达到调光目的。
所述系统软件中，由于农作物在不同生长阶段，光合作用的有效温度是不同的，用户可自行设置补光温度范围，系统以恒定的时间间隔进行温度采集。系统进行初始化后，首先进行温度采集，若植物生长环境中的温度超出上述补光温度范围，则不可进行补光操作，在光补偿点和饱和。选择合适的值作为红蓝光目标光照度预设值范围，系统工作过程中判断采集到的光照数据是否在预设值范围内，若超出范围则关闭补光灯组。如果植物生长环境中温度适宜，则由光照传感器分别检测红蓝光光照度，通过滤光片进行滤光，可得到红蓝光照度，判断该照度值是否在预设值范围内，如果检测到的光照度大于预设光照度，则关闭补光灯，停比补光。
本发明的有益效果是：该系统采用单片机开发系统，能达到系统要求且降低了成本，保证LED植物补光系统实时、准确、智能化工作，提高了生物能效、提高植物栽培密度、节能效果显著。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的控制系统结构设计。
图2是本发明的检测模块。
图3是本发明的驱动电路。
图4是本发明的主程序。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，控制模块中电源模块采用蓄电池供电模式，红光检测模块与蓝光检测模块采用3V供电，蓄电池将5V电压供给温度检测、蜂鸣器、指示灯、显示模块四个部分。控制模块的核心为STC单片机，根据系统中传感器实时采集到的数据以及预设极限值，由此计算得出PWM信号实际输出的占空比，检测模块的工作模式，首先红蓝光光强传感器和温度传感器分别检测植物生长环境中的红、蓝光强和实时温度，并将检测结果以电信号形式进行滤波、放大后输入控制器，实现植物生长环境中各项环境因子的监测，补光模块采用LED补光灯组，补光灯组由两路具有电流控制功能的PWM恒流驱动电路控制，PWM电信号控制LED灯组的光强即灯的亮度，从而实现对农作物的按需精确补光。
如图2, 检测模块包括两个部分，光照传感器与温度传感器。光照传感器进行光强检测，光照检测包括红光和蓝光光强检测，采用滤光范围在400～500和600～700 nm的滤光片对补光灯组光质进行处理，然后用ISI,29010光照传感器对经过处理的红蓝光进行检测，传感器检测完成后将信号发送到单片机。光照传感器连接单片机的P1.6，P1.7口，完成两个波段的光照检测，并将传感器采集到的数据反馈给单片机。
如图3，驱动电路为了LED补光灯组有恒定的颜色输出，LED补光灯组采用降压恒流驱动方式。所选用芯片为PT4115， PT4115是降压恒流源，工作时连续电感电流导通，电压范围是6～30 V，输出电流可调，最大可达1.2 A，可同时满足多颗LED串并联的电路。DIM引脚的作用是实现范围较宽的PWM调光，此引脚也可实现模拟调光。限流电阻R决定LED的最大平均电流，连接在VIN和CSN两端。通过在DIM引脚加入占空比可调的PWM信号来调节通过I,ED的输出电流以达到调光目的。
如图4，系统软件中，由于农作物在不同生长阶段，光合作用的有效温度是不同的，用户可自行设置补光温度范围，系统以恒定的时间间隔进行温度采集。系统进行初始化后，首先进行温度采集，若植物生长环境中的温度超出上述补光温度范围，则不可进行补光操作，在光补偿点和饱和。选择合适的值作为红蓝光目标光照度预设值范围，系统工作过程中判断采集到的光照数据是否在预设值范围内，若超出范围则关闭补光灯组。如果植物生长环境中温度适宜，则由光照传感器分别检测红蓝光光照度，通过滤光片进行滤光，可得到红蓝光照度，判断该照度值是否在预设值范围内，如果检测到的光照度大于预设光照度，则关闭补光灯，停比补光。

Claims (9)

1.一种基于单片机的LED植物补光系统，其特征是：所述的基于单片机的LED植物补光系统整体分为5个模块，分别是电源模块、检测模块、控制模块、补光模块、用户模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的LED植物补光系统，其特征是：所述控制模块中电源模块采用蓄电池供电模式，红光检测模块与蓝光检测模块采用3V供电，蓄电池将5V电压供给温度检测、蜂鸣器、指示灯、显示模块四个部分。
3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的LED植物补光系统，其特征是：所述的控制模块的核心为STC单片机，根据系统中传感器实时采集到的数据以及预设极限值，由此计算得出PWM信号实际输出的占空比。
4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的LED植物补光系统，其特征是：所述的检测模块的工作中，首先红蓝光光强传感器和温度传感器分别检测植物生长环境中的红、蓝光强和实时温度，并将检测结果以电信号形式进行滤波、放大后输入控制器，实现植物生长环境中各项环境因子的监测。
5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的LED植物补光系统，其特征是：所述检测模块包括两个部分，光照传感器与温度传感器；光照传感器进行光强检测，光照检测包括红光和蓝光光强检测。
6.根据权利要求1所述的一种基于单片机的LED植物补光系统，其特征是：所述传感器数据处理部分，采用了降低控制系统的设计，在项目中以间接加热形式，采用55L104G场效应。
7.根据权利要求1所述的一种基于单片机的LED植物补光系统，其特征是：所述驱动电路为了LED补光灯组有恒定的颜色输出，LED补光灯组采用降压恒流驱动方式；所选用芯片为PT4115。
8.根据权利要求1所述的一种基于单片机的LED植物补光系统，其特征是：所述PT4115是降压恒流源，工作时连续电感电流导通，电压范围是6～30 V，输出电流可调，最大可达1.2 A，可同时满足多颗LED串并联的电路。
9.根据权利要求1所述的一种基于单片机的LED植物补光系统，其特征是：所述系统软件中，由于农作物在不同生长阶段，光合作用的有效温度是不同的，用户可自行设置补光温度范围，系统以恒定的时间间隔进行温度采集。
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