CN203775485U - 一种人工光植物工厂的led光源终端控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种人工光植物工厂的LED光源终端控制器，包括：处理器、RTC模块、EEPROM模块、温湿度传感器模块、照度传感器模块、摄像头模块和ZIGBEE模块；本实用新型能够为人工光植物工厂提供可智能化调控的LED光源，帮助植物工厂培育人员在植物不同的生长不同阶段提供其所需的光质、光强、光周期，大大加强了植物对光源的利用率。本实用新型终端控制器上集成了温湿度以及照度传感器，可以对植物的生长环境进行实时的监控，同时集成了摄像头模块，可以为服务器提供图像资料，用于分析植物组培的生长状况。

Description

一种人工光植物工厂的LED光源终端控制器

技术领域

本实用新型涉及植物工厂LED光源控制器，尤其涉及一种人工光植物工厂的LED光源终端控制器。

背景技术

植物工厂技术被认为是21世纪解决粮食安全、人口、资源、环境问题的重要途径。植物工厂技术的突破将会解决人类发展面临的诸多瓶颈，甚至可以实现在荒漠、戈壁、海岛、水面等非可耕地，以及在城市的摩天大楼里进行正常生产。利用取之不尽的太阳能和其它各种清洁能源，加上一定的种子、水源和矿质营养，就可源源不断地为人类生产所需要的农产品。

光是植物工厂最重要的环境因子之一，然而部分植物工厂采取封闭式培育环境，所以必须采用人工光源，这使得光能消耗约占植物工厂运行费用的20%-40%，能耗的问题一直是影响植物工厂推广普及的重要限制因数。因此研究一种有效的节能型光源对植物工厂的可持续发展是极为关键的。近年来，由于LED具有节能、环保、寿命长等特点为植物工厂尤其是人工光型植物工厂提供了良好的发展契机。

众所周知，不同的植物在不同的生长阶段，所需的光质、光强、光周期均为不同，所以人工光型植物工厂如何利用LED光源为植物提供各个生长阶段不同光质、光强、光周期成为了难题。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种人工光植物工厂的LED光源终端控制器。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种人工光植物工厂的LED光源终端控制器，包括处理器、RTC模块、EEPROM模块、温湿度传感器模块、照度传感器模块、摄像头模块和ZIGBEE模块；所述RTC模块、EEPROM模块、温湿度传感器模块、照度传感器模块、摄像头模块和ZIGBEE模块均与处理器相连；

所述RTC模块由4个电容C1-C4、电阻R1、晶振Y1、RTC芯片U1、2个二极管D1-D2、电池BAT1组成；电容C1的一端与晶振Y1的一端相连后接入RTC芯片U1的第一时钟输入管脚，电容C2的一端和晶振Y1的另一端相连后接入RTC芯片U1的第二时钟输入管脚，电容C3的一端、电容C4的一端、二极管D1的负极和二极管D2的负极均接RTC芯片U1的电源管脚，二极管D1的正极接+5V电源，二极管D2的正极接电池BAT1的正极；电阻R1的一端接+3.3V电源，另一端接RTC芯片U1的中断输出管脚，RTC芯片U1的接地管脚、电容C1-C4的另一端、电池BAT1的负极均接地；

所述EEPROM模块由2个电阻R2、R3，电容C5，存储芯片U2组成；电阻R2的一端和存储芯片U2的数据输出管脚相连，电阻R3的一端和存储芯片U2的时钟输出管脚相连；电阻R2、R3的另一端和+3.3V电源相连；电容C5的一端接地，另一端和+3.3V电源相连并接入存储芯片U2的电源管脚；存储芯片U2上的第一到第三片选管脚以及接地管脚接地；

所述zigbee模块由9个电阻R4-R12、4个LED灯LED1-LED4，两个电容C6、C7和zigbee芯片U6组成；电阻R4-R7的一端与+3.3V电源相连，R4的另一端与LED灯LED1的一端相连，电阻R5的另一端与LED灯LED2的一端相连，电阻R6的另一端与LED灯LED3的一端相连，电阻R7的另一端与LED灯LED4的一端相连；LED灯LED1的另一端与zigbee芯片U6的第一输入管脚相连，LED灯LED2的另一端与zigbee芯片U6的第二输入管脚相连，LED灯LED3的另一端与zigbee芯片U6的第三输入管脚相连，LED灯LED4的另一端与zigbee芯片U6的第四输入管脚相连；电阻R8-R10的一端与地相连，电阻R8的另一端与zigbee芯片U6的接地管脚相连，电阻R9的另一端与zigbee芯片U6的接地管脚相连，电阻R10的另一端与zigbee芯片U6的接地管脚相连；电阻R11的一端与zigbee芯片U6的输出管脚相连，电阻R12的一端与zigbee芯片U6的输出管脚相连，电阻R11、R12的另一端分别与处理器的第一数据输出管脚和第十三数据输入管脚相连；电容C6、C7的一端和地相连并接入zigbee芯片U6的接地管脚；电容C6、C7的另一端和+3.3V电源相连并接入zigbee芯片U6的电源管脚；

所述的处理器模块和RTC模块、EEPROM模块、温湿度传感器模块、照度传感器模块、摄像头模块和ZIGBEE模块连接；RTC模块的时钟输出管脚接入处理器的第一时钟输入管脚；RTC模块的数据输出管脚接入处理器的第一数据输入管脚；RTC模块的中断输出管脚接入处理器的第一中断输入管脚；RTC模块的时钟输出管脚接入处理器的第二时钟输入管脚；RTC模块的数据输出管脚接入处理器的第二数据输入管脚；温湿度传感器模块的温度模拟数据输出管脚连接处理器的第一模数转换管脚；温湿度传感器模块的湿度模拟数据输出管脚连接处理器的第二模数转换管脚；照度传感器模块的照度模拟数据输出管脚连接处理器的第三模数转换管脚；摄像头模块的第一至第八数据输出管脚连接处理器的第三至第十数据输入管脚；摄像头模块的时钟输出管脚连接处理器的第三时钟输入管脚；摄像头模块的第十一数据输出管脚连接处理器的第十一数据输入管脚；摄像头模块的奇偶场输出管脚连接处理器的第十二数据输入管脚；摄像头模块的行同步输出管脚连接处理器的第二中断输入管脚；摄像头模块的场同步管脚连接处理器的第三中断输入管脚；摄像头模块的像素时钟输出管脚连接处理器的第四时钟输入管脚；摄像头模块的复位管脚连接处理器的第一输出管脚；zigbee模块的数据输入管脚通过电阻R11与处理器的第一数据输出管脚相连；zigbee模块的数据输出管脚通过电阻R12与处理器的第十三数据输入管脚相连；zigbee模块的中断输出管脚接入处理器的第四中断输入管脚。

本实用新型的有益效果是：本实用新型能够减少繁琐的人工操作，为植物工厂的培育人员提供对LED光源的智能化调控，使植物工厂内的植物能够在更加适合生长发育的光环境下进行培育，提高光源的利用率；并且可以实时的监控植物生长的温湿度以及照度情况，以及通过图像处理技术分析植物的生长状况。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意框图；

图2是本实用新型的RTC模块电路图；

图3是本实用新型的EEPROM模块电路图；

图4是本实用新型的温湿度传感器模块电路图；

图5是本实用新型的照度传感器模块电路图；

图6是本实用新型的摄像头模块电路图；

图7是本实用新型的ZIGBEE模块电路图；

图8是本实用新型的处理器模块电路图。

具体实施方式

以下参照附图，对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括处理器、RTC模块、EEPROM模块、温湿度传感器模块、照度传感器模块、摄像头模块和ZIGBEE模块。所述RTC模块、EEPROM模块、温湿度传感器模块、照度传感器模块、摄像头模块和ZIGBEE模块均与处理器相连。

如图2所示，所述RTC模块由4个电容C1-C4、电阻R1、晶振Y1、RTC芯片U1、2个二极管D1-D2、电池BAT1组成。电容C1的一端与晶振Y1的一端相连后接入RTC芯片U1的第一时钟输入管脚（管脚1），电容C2的一端和晶振Y1的另一端相连后接入RTC芯片U1的第二时钟输入管脚（管脚2），电容C3的一端、电容C4的一端、二极管D1的负极和二极管D2的负极均接RTC芯片U1的电源管脚（管脚8），二极管D1的正极接+5V电源，二极管D2的正极接电池BAT1的正极；电阻R1的一端接+3.3V电源，另一端接RTC芯片U1的中断输出管脚（管脚7），RTC芯片U1的接地管脚（管脚4）、电容C1-C4的另一端、电池BAT1的负极均接地。RTC模块实现了实时时钟功能，可以为处理器提供实时时钟信号，并可以根据时间向处理器产生中断信号，可以采用PHILIPS 公司的PCF8563型号的产品来实现，但不限于此。

如图3所示，所述EEPROM模块由2个电阻R2、R3，电容C5，存储芯片U2组成。电阻R2的一端和存储芯片U2的数据输出管脚相连（管脚5），电阻R3的一端和存储芯片U2的时钟输出管脚相连（管脚6）。电阻R2、R3的另一端和+3.3V电源相连。电容C5的一端接地，另一端和+3.3V电源相连并接入存储芯片U2的电源管脚（管脚8）。存储芯片U2上的第一到第三片选管脚（管脚1-管脚3）以及接地管脚（管脚4）接地。EEPROM模块实现了数据存储功能，可以为处理器提供光照参数的信息，可以采用Fairchild公司的FM24C16型号的产品来实现，但不限于此。

如图4所示，所述温湿度采集模块实现了温湿度采集功能，为处理器提供温湿度信息，可以采用AHT2M1型号的产品来实现，但不限于此。

如图5所示，所述光照度采集模块实现了光强测量功能，为处理器提供光强信息，可以采用Rohm公司的BH1620型号的产品来实现，但不限于此。

如图6所示，所述摄像头模块实现了图像信息采集功能，为处理器提供图像信息，可以采用C3088型号的产品来实现，但不限于此。

如图7所示，所述zigbee模块由9个电阻R4-R12、4个LED灯LED1-LED4，两个电容C6、C7和zigbee芯片U6组成。电阻R4-R7的一端与+3.3V电源相连，R4的另一端与LED灯LED1的一端相连，电阻R5的另一端与LED灯LED2的一端相连，电阻R6的另一端与LED灯LED3的一端相连，电阻R7的另一端与LED灯LED4的一端相连。LED灯LED1的另一端与zigbee芯片U6的第一输入管脚（管脚1）相连，LED灯LED2的另一端与zigbee芯片U6的第二输入管脚（管脚2）相连，LED灯LED3的另一端与zigbee芯片U6的第三输入管脚（管脚3）相连，LED灯LED4的另一端与zigbee芯片U6的第四输入管脚（管脚4）相连。电阻R8-R10的一端与地相连，电阻R8的另一端与zigbee芯片U6的接地管脚相连（管脚7），电阻R9的另一端与zigbee芯片U6的接地管脚相连（管脚8），电阻R10的另一端与zigbee芯片U6的接地管脚相连（管脚9）。电阻R11的一端与zigbee芯片U6的输出管脚相连（管脚16），电阻R12的一端与zigbee芯片U6的输出管脚相连（管脚15），电阻R11、R12的另一端分别与处理器的第一数据输出管脚（管脚5）和第十三数据输入管脚（管脚6）相连。电容C6、C7的一端和地相连并接入zigbee芯片U6的接地管脚（管脚18）。电容C6、C7的另一端和+3.3V电源相连并接入zigbee芯片U6的电源管脚（管脚17）。zigbee模块实现了无线通讯功能，并且可以把信息传递给处理器以及向处理器产生中断信号，可以采用TI公司的CC2430型号的产品来实现，但不限于此。

如图8所示，所述的处理器模块和RTC模块、EEPROM模块、温湿度传感器模块、照度传感器模块、摄像头模块和ZIGBEE模块连接。RTC模块的时钟输出管脚（管脚6）接入处理器的第一时钟输入管脚（管脚1）；RTC模块的数据输出管脚（管脚5）接入处理器的第一数据输入管脚（管脚2）；RTC模块的中断输出管脚（管脚7）接入处理器的第一中断输入管脚（管脚3）。RTC模块的时钟输出管脚（管脚6）接入处理器的第二时钟输入管脚（管脚4）；RTC模块的数据输出管脚（管脚5）接入处理器的第二数据输入管脚（管脚5）。温湿度传感器模块的温度模拟数据输出管脚（管脚3）连接处理器的第一模数转换管脚（管脚6）；温湿度传感器模块的湿度模拟数据输出管脚（管脚2）连接处理器的第二模数转换管脚（管脚7）。照度传感器模块的照度模拟数据输出管脚（管脚3）连接处理器的第三模数转换管脚（管脚8）。摄像头模块的第一至第八数据输出管脚（管脚1-管脚8）连接处理器的第三至第十数据输入管脚（管脚9-管脚16）。摄像头模块的时钟输出管脚（管脚11）连接处理器的第三时钟输入管脚（管脚17）；摄像头模块的第十一数据输出管脚（管脚13）连接处理器的第十一数据输入管脚（管脚18）；摄像头模块的奇偶场输出管脚（管脚12）连接处理器的第十二数据输入管脚（管脚19）；摄像头模块的行同步输出管脚（管脚14）连接处理器的第二中断输入管脚（管脚20）；摄像头模块的场同步管脚（管脚16）连接处理器的第三中断输入管脚（管脚21）；摄像头模块的像素时钟输出管脚（管脚18）连接处理器的第四时钟输入管脚（管脚22）；摄像头模块的复位管脚（管脚10）连接处理器的第一输出管脚（管脚23）。zigbee模块的数据输入管脚（管脚16）通过电阻R11与处理器的第一数据输出管脚（管脚5）相连。zigbee模块的数据输出管脚（管脚15）通过电阻R12与处理器的第十三数据输入管脚（管脚6）相连。zigbee模块的中断输出管脚（管脚10）接入处理器的第四中断输入管脚（管脚26）。处理器模块实现信号的收发、良好的人机交互以及数据处理的功能，可以采用PHILIPS 公司的LPC2292型号的产品来实现，但不限于此。

本实用新型的工作过程如下：处理器根据RTC模块提供的时间信息，定期通过温湿度传感器模块以及照度传感器模块采集温湿度及照度信息，然后根据EEPROM模块内存储的信息修改控制终端的参数。摄像头模块采集到的植物生长图像通过处理器控制zigbee模块，最终将信息传递给服务器，用于分析植物的生长状况。

Claims (1)

1.一种人工光植物工厂的LED光源终端控制器，其特征在于，包括处理器、RTC模块、EEPROM模块、温湿度传感器模块、照度传感器模块、摄像头模块和ZIGBEE模块；所述RTC模块、EEPROM模块、温湿度传感器模块、照度传感器模块、摄像头模块和ZIGBEE模块均与处理器相连；

所述RTC模块由4个电容C1-C4、电阻R1、晶振Y1、RTC芯片U1、2个二极管D1-D2、电池BAT1组成；电容C1的一端与晶振Y1的一端相连后接入RTC芯片U1的第一时钟输入管脚，电容C2的一端和晶振Y1的另一端相连后接入RTC芯片U1的第二时钟输入管脚，电容C3的一端、电容C4的一端、二极管D1的负极和二极管D2的负极均接RTC芯片U1的电源管脚，二极管D1的正极接+5V电源，二极管D2的正极接电池BAT1的正极；电阻R1的一端接+3.3V电源，另一端接RTC芯片U1的中断输出管脚，RTC芯片U1的接地管脚、电容C1-C4的另一端、电池BAT1的负极均接地；

所述EEPROM模块由2个电阻R2、R3，电容C5，存储芯片U2组成；电阻R2的一端和存储芯片U2的数据输出管脚相连，电阻R3的一端和存储芯片U2的时钟输出管脚相连；电阻R2、R3的另一端和+3.3V电源相连；电容C5的一端接地，另一端和+3.3V电源相连并接入存储芯片U2的电源管脚；存储芯片U2上的第一到第三片选管脚以及接地管脚接地；

所述zigbee模块由9个电阻R4-R12、4个LED灯LED1-LED4，两个电容C6、C7和zigbee芯片U6组成；电阻R4-R7的一端与+3.3V电源相连，R4的另一端与LED灯LED1的一端相连，电阻R5的另一端与LED灯LED2的一端相连，电阻R6的另一端与LED灯LED3的一端相连，电阻R7的另一端与LED灯LED4的一端相连；LED灯LED1的另一端与zigbee芯片U6的第一输入管脚相连，LED灯LED2的另一端与zigbee芯片U6的第二输入管脚相连，LED灯LED3的另一端与zigbee芯片U6的第三输入管脚相连，LED灯LED4的另一端与zigbee芯片U6的第四输入管脚相连；电阻R8-R10的一端与地相连，电阻R8的另一端与zigbee芯片U6的接地管脚相连，电阻R9的另一端与zigbee芯片U6的接地管脚相连，电阻R10的另一端与zigbee芯片U6的接地管脚相连；电阻R11的一端与zigbee芯片U6的输出管脚相连，电阻R12的一端与zigbee芯片U6的输出管脚相连，电阻R11、R12的另一端分别与处理器的第一数据输出管脚和第十三数据输入管脚相连；电容C6、C7的一端和地相连并接入zigbee芯片U6的接地管脚；电容C6、C7的另一端和+3.3V电源相连并接入zigbee芯片U6的电源管脚；

所述的处理器模块和RTC模块、EEPROM模块、温湿度传感器模块、照度传感器模块、摄像头模块和ZIGBEE模块连接；RTC模块的时钟输出管脚接入处理器的第一时钟输入管脚；RTC模块的数据输出管脚接入处理器的第一数据输入管脚；RTC模块的中断输出管脚接入处理器的第一中断输入管脚；RTC模块的时钟输出管脚接入处理器的第二时钟输入管脚；RTC模块的数据输出管脚接入处理器的第二数据输入管脚；温湿度传感器模块的温度模拟数据输出管脚连接处理器的第一模数转换管脚；温湿度传感器模块的湿度模拟数据输出管脚连接处理器的第二模数转换管脚；照度传感器模块的照度模拟数据输出管脚连接处理器的第三模数转换管脚；摄像头模块的第一至第八数据输出管脚连接处理器的第三至第十数据输入管脚；摄像头模块的时钟输出管脚连接处理器的第三时钟输入管脚；摄像头模块的第十一数据输出管脚连接处理器的第十一数据输入管脚；摄像头模块的奇偶场输出管脚连接处理器的第十二数据输入管脚；摄像头模块的行同步输出管脚连接处理器的第二中断输入管脚；摄像头模块的场同步管脚连接处理器的第三中断输入管脚；摄像头模块的像素时钟输出管脚连接处理器的第四时钟输入管脚；摄像头模块的复位管脚连接处理器的第一输出管脚；zigbee模块的数据输入管脚通过电阻R11与处理器的第一数据输出管脚相连；zigbee模块的数据输出管脚通过电阻R12与处理器的第十三数据输入管脚相连；zigbee模块的中断输出管脚接入处理器的第四中断输入管脚。