CN114355763A - 一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统，包括控制系统、光照强度调节装置和光照角度调节装置，所述控制系统设置恒定光照强度值和光照角度值，所述光照强度调节装置包括LED光源、LED光源驱动器和光照强度传感器。本发明中，首先，控制系统通过采集实时的光照强度数据，与光照强度设定值进行对比分析，运用增量式PID控制算法进行运算分析，控制光源驱动器输出电流，实现光照强度精准闭环控制，其次，通过将LED光源安装在一个半圆弧形的轨道上，控制系统通过采集光照角度传感器数据与光照角度设定值进行对比分析，控制光源轨道上的伺服电机，实现精准定位，以此来实现光照角度的精准控制。
Description
技术领域
本发明涉及人工气候室技术领域，尤其涉及一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统。
背景技术
光是绿色植物正常生长所必须的条件，光对植物的生长发育具有特殊重要的地位，是植物生长发育重要的环境因子，它影响着植物几乎所有的生长阶段，光对植物的作用主要表现在两个方面：一是为植物光合作用提供辐射能；二是作为信号调节植物整个生命周期的许多生理过程。
人工气候室是一种能够采用人工的方式在室内模拟与生物或人类密切相关的各种自然界气象条件的实验设备，能根据不同的需求对其进行有效的调控，主要是对特定小环境内温度、湿度等参数，进行自动控制和调节，以满足特定环境需求的系统，在工业、农业、航空等领域都具有广泛的应用，在人工气候室的控制中，除了温度、湿度等控制参数外，光照强度以及光照角度的控制对于研究农作物的生长发育情况也起到了至关重要的作用。
目前在人工气候室当中，对于光照强度的控制一般有两种做法：第一种，也是最常见的，就是仅仅控制人工光源的启停，实现定时光照开启和关闭；第二种，人工光源可以实现开环调节功能，可根据使用人的需求定时设置光照强度，但不对光照强度实际值进行采集以及反馈控制，以上两种做法都不会对光照角度进行调节控制，光照角度永远都是保持不变，所以，为了能够更好更准确的模拟大自然的光照强度及角度，就需要研发一种气候室内光照强度及光照角度可调节的光照模拟控制系统。
发明内容
为了解决上述背景技术中所提到的技术问题，而提出的一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统，包括控制系统、光照强度调节装置和光照角度调节装置，所述控制系统设置恒定光照强度值和光照角度值，所述光照强度调节装置包括LED光源、LED光源驱动器和光照强度传感器，光照强度传感器实时采集光照强度数据，与恒定光照强度值进行对比分析，控制系统采用增量式PID算法进行逻辑运算，运算结果以模拟量的形式输出到LED光源驱动器控制接口，无极调节LED光源驱动器的输出电流，LED光源根据LED光源驱动器的输出电流无极调节光照强度输出，实现光照强度的闭环控制调节。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述光照角度调节装置包括半圆弧形轨道、伺服电机、伺服电机驱动器和光照角度传感器，光照角度传感器采集LED光源的角度数据，并与恒定光照角度值进行对比分析，控制系统将运算结果以脉冲的形式输出到伺服电机驱动器，伺服电机驱动器驱动伺服电机按照设定值进行定位，实现光照角度的控制目的。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述伺服电机与半圆弧形轨道传动连接，所述伺服电机外侧固定连接有支架一，所述LED光源和光照角度传感器安装在支架一上，通过伺服电机控制LED光源在半圆弧形轨道上运动。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述支架一上通过螺栓连接有支架二，所述支架二的自由端固定连接有光照强度传感器。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述支架二上具有多个螺纹孔，所述螺栓通过与不同的螺纹孔连接，以实现光照强度传感器与LED光源之间的距离调整。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述控制系统设置至多16组按照时间变化的光照强度设定值和光照角度设定值，每天循环执行，以实现LED光源的强度和角度的自动调整。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明研发的一种可调节气候室内光照强度及光照强度角度光照模拟控制系统，可以实现气候室内光照强度闭环调节控制，精准控制光照强度，也可以对光照角度进行调节控制，模拟大自然中每天太阳光的角度变化，首先，控制系统通过采集实时的光照强度数据，与光照强度设定值进行对比分析，运用增量式PID控制算法进行运算分析，控制光源驱动器输出电流，实现光照强度精准闭环控制，其次，通过将LED光源安装在一个半圆弧形的轨道上，控制系统通过采集光照角度传感器数据与光照角度设定值进行对比分析，控制光源轨道上的伺服电机，实现精准定位，以此来实现光照角度的精准控制。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统的光照角度调节装置的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例提供的一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统的控制系统原理图。
图例说明：
1、半圆弧形轨道；2、螺栓；3、光照强度传感器；4、支架二；5、LED光源；6、伺服电机；7、支架一；8、光照角度传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统，包括控制系统、光照强度调节装置和光照角度调节装置，控制系统设置恒定光照强度值和光照角度值，光照强度调节装置包括LED光源5、LED光源驱动器和光照强度传感器3，光照强度传感器3实时采集光照强度数据，与恒定光照强度值进行对比分析，控制系统采用增量式PID算法进行逻辑运算，运算结果以模拟量的形式输出到LED光源驱动器控制接口，无极调节LED光源驱动器的输出电流，LED光源5根据LED光源驱动器的输出电流无极调节光照强度输出，实现光照强度的闭环控制调节；
具体的，控制系统包括PLC控制器、HMI人机操作系统和电气控制元件，PLC控制器与HMI人机操作系统通过通讯线进行连接，通过在HMI人机操作系统中输入控制指令，HMI人机操作系统通过通讯线将数据发送给PLC控制器，PLC控制器通过信号线采集检测装置中的光照强度传感器3的4-20ma数据信号与输入控制指令进行对比分析，根据分析运算结果动态控制光照强度调节装置中的LED光源驱动器输出电流，通过直流供电线路调节LED光源5的输出功率，从而对LED光源5的光照强度进行动态控制。
请参阅图1和图2，光照角度调节装置包括半圆弧形轨道1、伺服电机6、伺服电机驱动器和光照角度传感器8，伺服电机6与半圆弧形轨道1传动连接，伺服电机6外侧固定连接有支架一7，LED光源5和光照角度传感器8安装在支架一7上，通过伺服电机6控制LED光源5在半圆弧形轨道1上运动，光照角度传感器8采集LED光源5的角度数据，并与恒定光照角度值进行对比分析，控制系统将运算结果以脉冲的形式输出到伺服电机驱动器，伺服电机驱动器驱动伺服电机6按照设定值进行定位，实现光照角度的控制目的；
具体的，PLC控制器通过信号线采集检测装置中的光照角度传感器8的4-20ma数据信号与输入控制指令进行对比分析，根据分析运算结果动态控制光照角度调节装置中的伺服电机驱动器，通过供电线路控制伺服电机6的运动方向和运动行程，从而对LED光源5的光照角度进行动态控制。
请参阅图1，支架一7上通过螺栓2连接有支架二4，支架二4的自由端固定连接有光照强度传感器3，支架二4上具有多个螺纹孔，螺栓2通过与不同的螺纹孔连接，以实现光照强度传感器3与LED光源5之间的距离调整。
请参阅图1，控制系统设置至多16组按照时间变化的光照强度设定值和光照角度设定值，每天循环执行，以实现LED光源5的强度和角度的自动调整。
工作原理：使用时，首先，通过在HMI人机操作系统中输入控制指令，HMI人机操作系统通过通讯线将数据发送给PLC控制器，PLC控制器通过信号线采集检测装置中的光照强度传感器3的4-20ma数据信号与输入控制指令进行对比分析，根据分析运算结果动态控制光照强度调节装置中的LED光源驱动器输出电流，通过直流供电线路调节LED光源5的输出功率，从而对LED光源5的光照强度进行动态控制；
其次，PLC控制器通过信号线采集检测装置中的光照角度传感器8的4-20ma数据信号与输入控制指令进行对比分析，根据分析运算结果动态控制光照角度调节装置中的伺服电机驱动器，通过供电线路控制伺服电机6的运动方向和运动行程，从而对LED光源5的光照角度进行动态控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统，其特征在于，包括控制系统、光照强度调节装置和光照角度调节装置，所述控制系统设置恒定光照强度值和光照角度值，所述光照强度调节装置包括LED光源(5)、LED光源驱动器和光照强度传感器(3)，光照强度传感器(3)实时采集光照强度数据，与恒定光照强度值进行对比分析，控制系统采用增量式PID算法进行逻辑运算，运算结果以模拟量的形式输出到LED光源驱动器控制接口，无极调节LED光源驱动器的输出电流，LED光源(5)根据LED光源驱动器的输出电流无极调节光照强度输出，实现光照强度的闭环控制调节。
2.根据权利要求1所述的一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统，其特征在于，所述光照角度调节装置包括半圆弧形轨道(1)、伺服电机(6)、伺服电机驱动器和光照角度传感器(8)，光照角度传感器(8)采集LED光源(5)的角度数据，并与恒定光照角度值进行对比分析，控制系统将运算结果以脉冲的形式输出到伺服电机驱动器，伺服电机驱动器驱动伺服电机(6)按照设定值进行定位，实现光照角度的控制目的。
3.根据权利要求2所述的一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统，其特征在于，所述伺服电机(6)与半圆弧形轨道(1)传动连接，所述伺服电机(6)外侧固定连接有支架一(7)，所述LED光源(5)和光照角度传感器(8)安装在支架一(7)上，通过伺服电机(6)控制LED光源(5)在半圆弧形轨道(1)上运动。
4.根据权利要求3所述的一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统，其特征在于，所述支架一(7)上通过螺栓(2)连接有支架二(4)，所述支架二(4)的自由端固定连接有光照强度传感器(3)。
5.根据权利要求4所述的一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统，其特征在于，所述支架二(4)上具有多个螺纹孔，所述螺栓(2)通过与不同的螺纹孔连接，以实现光照强度传感器(3)与LED光源(5)之间的距离调整。
6.根据权利要求1所述的一种可调节气候室光照强度和光照角度的光照模拟系统，其特征在于，所述控制系统设置至多16组按照时间变化的光照强度设定值和光照角度设定值，每天循环执行，以实现LED光源(5)的强度和角度的自动调整。
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