CN201976520U - 大棚环境补光系统 - Google Patents

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赵斌
田威
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Abstract

大棚环境补光系统，包括电源模块，检测模块，控制模块，补光模块，预警模块和用户交互模块，以单片机STC12C5A60S2为核心的控制模块通过接收检测模块采集到光强值和温度判断并控制继电器开关状态，如果环境光强和温度均超出阈值，则切断电源置于非工作状态；否则将补光置于工作状态，根据需补光量，控制补光灯组的亮度，实现按需智能精确补光；本实用新型利用压控芯片PT4107作为驱动模块中PWM控制功能实现智能精确补光，充分考虑温度和不同波段线对光合作用的影响，根据各类植物在不同阶段不同环境下的实际需光量，对植物进行按需分波长定量补光，提高光能利用率，降低误差，同时具有响应速度快，维护简单，部署灵活的特点。

Description

大棚环境补光系统
技术领域
本实用新型属于现代化农业领域，涉及对温室环境的控制，具体涉及一种大棚环境补光系统。
背景技术
光强和光质对植物的光合作用，生长发育，物质代谢及结构形态等都具有重要意义，其中可见光只有波长在380-760nm之间的光被植物吸收后，能够引起化学变化。近年来，随着半导体技术的发展，LED因具有光源纯，波长类型多，节能环保，使用寿命长，体积小，发热少，易于控制等特点取代传统光源，而被广泛应用于植物补光技术。但由于目前国内市场上的补光设备仍采用定光强定光质的补光方式，未考虑植物生长环境其他因素影响以及植物不同生长阶段的差异性，造成补光不足和过度并存的现象，实质上未能解决植物补光过程中精准化低能耗的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种大棚环境补光系统，其基于现代电子信息技术，利用PWM控制技术，充分考虑温度对光合作用的影响，根据各类植物在不同阶段不同环境下的实际需光量，对植物进行按需分波长定量补光，从本质上提高光能利用率，降低误差，同时具有响应速度快，维护简单，部署灵活的特点。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
大棚环境补光系统，包括，
检测模块，检测大棚内的光照强度；
控制模块，接收检测模块采集到光强值和温度判断并控制继电器开关状态，如果环境光强和温度均超出阈值，则切断电源至于非工作状态；否则将补光至于工作状态，根据需补光量，控制补光灯组的亮度，实现按需智能精确补光；
补光模块，包括LED灯组和外部驱动电路，LED灯组由继电器和PWM信号控制，利用220V市电供电，驱动电路采用压控芯片PT4107；
预警模块，为蜂鸣器和预警灯，根据控制模块输出的预警信号，实现预警功能；
用户交互模块，由显示屏和输入键盘组成，由显示屏实现实时检测显示、由键盘实现用户对数据设定的输入，显示屏采用OCM12864-3液晶屏，键盘采用4*4键盘；
电源模块，LED灯组采用220V居民用电供电，其它模块均采用太阳能供电。
所述检测模块还通过采用温度传感器18B20实现大棚内温度检测，控制模块先将接收到的温度值与所设温度范围比较，如果大棚温度值在所设的温度范围外，则不再进行光照强度值的判断。
所述控制模块以单片机STC12C5A60S2为核心光强检测分为红光检测和蓝光检测，分别用光照传感器ISL29010及红蓝光滤光片实现。
所述每个LED灯组可包括至少一组30-50个额定功率1W，中心波长为660nm的窄带红光LED和10-20个额定功率1W，中心波长为450nm的窄带蓝光LED。
所述LED灯组内红蓝光LED灯数量比例为5∶1～10∶1。
所述电源模块中，利用MIC29302稳压变压模块MIC29302将蓄电池输出12V进行降压产生5V稳压电源信号，再通过线性稳压器TPS79533及其外围标准电路产生3.3V稳压电源信号。所述的预警模块采用反馈控制模式，引入连续补光不足预警机制。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
1)根据植物不同阶段生长的特点，实现对植物按需分波长定量补光。
2)加入温度检测，避免在不适宜的温度下盲目补光，有效节省了能源，系统相对传统补光设备节能15％左右。
3)采用PWM方式补光节能至少10％以上。
4)植物的光吸收率高，使用后产品产量提高5％。
5)光能利用率高，能耗低。
附图说明
图1是本实用新型的原理示意框图。
图2是本实用新型的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型为大棚环境补光系统，包括，
检测模块，分别用光照传感器ISL29010及红蓝光滤光片实现红光检测和蓝光检测，用温度传感器18B20实现大棚内温度检测；
控制模块，以单片机STC12C5A60S2为核心，其能够满足数据采集、阈值调整、智能管理等工作，同时具有高速、高可靠、宽电压、抗干扰强灯特点，为系统的功能实现提供了基础和保障；其中P0口与液晶屏的8路数据口连接；P1口与采样信号连接，P1.0口输出双路固态继电器信号，P1.1口输出预警信号，P1.5口接入温度检测信号、P1.6口、P1.7口应用I2C接入方式接入红蓝光光强检测信号，从而完成对传感器监测数据的采集；P2口与4*4矩阵键盘连接，P3.0口、P3.1口负责单片机与串口之间的数据读写，完成程序的烧写，P3.2口-P3.7口与液晶控制端连接，P4.2口、P4.3口为单片机2路PWM信号输出口，可根据植物的实际补光量计算出对应的PWM信号占空比，输出PWM信号控制LED灯组的亮度，实现精确补光；控制模块接收检测模块采集到光强值和温度判断并控制继电器开关状态，如果环境光强和温度均超出阈值，则切断电源至于非工作状态；否则将补光至于工作状态，根据需补光量，精确控制两路补光灯组的亮度，实现按需智能精确补光；
补光模块，包括LED灯组和外部驱动电路，所述每个LED灯组可包括多组30-50个额定功率1W，中心波长为660nm的窄带红光LED和10-20个额定功率1W，中心波长为450nm的窄带蓝光LED；LED灯组由继电器和PWM信号控制，利用220V市电供电，驱动电路采用压控芯片PT4107；
预警模块，为蜂鸣器和预警灯，根据控制模块输出的预警信号，实现预警功能；
用户交互模块，由显示屏和输入键盘组成，由显示屏实现实时检测显示、由键盘实现用户对数据设定的输入，显示屏采用OCM12864-3液晶屏，键盘采用4*4键盘；
电源模块，LED灯组采用220V居民用电供电，其它模块均采用太阳能供电，利用稳压变压模块MIC29302将蓄电池输出12V进行降压产生5V稳压电源信号，再通过线性稳压器TPS79533及其外围标准电路产生3.3V稳压电源信号。
本系统的工作流程如图2所示，系统工作首先检查系统是否初始化，如果没有就要进入系统设置温度光强范围值，之后根据采集的环境温度，判断温度是否在范围之内，超出范围则关断继电器使补光灯组停止补光；如果满足温度范围值内，光照传感器需检测红蓝光光强并判断各光光强是否大于等于所设定的范围值，大于则不需要补光，直接关断补光灯。根据本系统滤光片滤光率90％的特性，进而可得出红蓝光实际光强，计算出所需红蓝光补光量和LED输入电流根据输出电流对应PWM信号进行红蓝光补光。保持现有状态，T分钟之后再次检测红蓝光光强，如果检测当前光强没有达到目的，测系统自动报警并点亮指示灯。
如上所述，本系统利用按需分波长定量补光方式对植物进行补光，在满足植物生长所需光照前提下，最大程度的提高输出光能的利用率，实现了对不同植物在不同生长阶段、不同生长环境进行智能化、精确化的补光要求，大幅度提高了光能利用率，作物产品产量、品质。同时具有响应速度快、适应性强、部署灵活、易操作、误差小、维护简单、成本低廉等特点。

Claims (9)

1.大棚环境补光系统，其特征在于，包括，
检测模块，检测大棚内的光照强度；
控制模块，接收检测模块采集到光强值和温度判断并控制继电器开关状态，如果环境光强和温度均超出阈值，则切断电源至于非工作状态；否则将补光至于工作状态，根据需补光量，控制补光灯组的亮度，实现按需智能精确补光；
补光模块，包括LED灯组和外部驱动电路，LED灯组由继电器和PWM信号控制，利用220V市电供电，驱动电路采用压控芯片PT4107；
预警模块，为蜂鸣器和预警灯，根据控制模块输出的预警信号，实现预警功能；
用户交互模块，由显示屏和输入键盘组成，由显示屏实现实时检测显示、由键盘实现用户对数据设定的输入；
电源模块，LED灯组采用220V居民用电供电，其它模块均采用太阳能供电。
2.根据权利要求1所述的大棚环境补光系统，其特征在于，所述控制模块先将接收到的温度值与所设温度范围比较，如果大棚温度值在所设的温度范围外，则不再进行光照强度值的判断。
3.根据权利要求1所述的大棚环境补光系统，其特征在于，所述光强检测分为红光检测和蓝光检测，分别用光照传感器ISL29010及红蓝光滤光片实现。
4.根据权利要求1所述的大棚环境补光系统，其特征在于，所述控制模块以单片机STC12C5A60S2为核心。
5.根据权利要求1所述的大棚环境补光系统，其特征在于，所述每个LED灯组可包括一组以上的30-50个额定功率1W，中心波长为660nm的窄带红光LED和10-20个额定功率1W，中心波长为450nm的窄带蓝光LED。
6.根据权利要求1所述的大棚环境补光系统，其特征在于，所述LED灯组内红蓝光LED灯数量比例为5∶1～10∶1。
7.根据权利要求1所述的大棚环境补光系统，其特征在于，所述电源模块中，利用稳压变压模块MIC29302将蓄电池输出12V进行降压产生5V稳压电源信号，再通过线性稳压器TPS79533及其外围标准电路产生3.3V稳压电源信号。
8.根据权利要求1所述的大棚环境补光系统，其特征在于，所述的显示屏采用OCM12864-3液晶屏。
9.根据权利要求1所述的大棚环境补光系统，其特征在于，所述的预警模块采用反馈控制模式，引入连续补光不足预警机制。
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