CN214070202U - 一种光环境调控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种光环境调控系统，包括：主控板、光合作用传感器、红蓝光LED驱动电路、调温模块、无线通信模块；主控板包含：处理器电路、第一总线接口电路、第二总线接口电路、第三总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路、无线通讯接口电路。采用本实用新型的技术方案，实现精确调控温室光环境，提高植物光合作用效能，同时还可以对植物生长环境中温度进行调控。
Description
技术领域
本实用新型属于现代温室农业领域，尤其涉及一种光环境调控系统。
背景技术
温室农业栽培是现代化农业重要的发展方向。近年来随着农业生产中温室大棚的大面积推广，市面上出现了许多专用农业补光系统以及基于促进温室植物生长、提高光合作用效能的系统。
对于提高光合作用效能的系统，多以温度和光照为主要影响因子，但少有将影响植物光合作用的所有外环境因子光照、CO2、温度、湿度综合考虑的系统，多数调控光源为白光LED，调控误差大，没有考虑光合作用只吸收特定波长的光而造成浪费。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种光环境调控系统，实现精确调控温室光环境，提高植物光合作用效能，同时还可以对植物生长环境中温度进行调控。
为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：
一种光环境调控系统，包括：主控板、光合作用传感器、红蓝光LED驱动电路、调温模块、无线通信模块；
其中，所述主控板包含：处理器电路、第一总线接口电路、第二总线接口电路、第三总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路、无线通讯接口电路，第一总线接口电路、第二总线接口电路、第三总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路、无线通讯接口电路分别连接处理器电路，无线通讯接口电路连接无线通信模块，第一总线接口电路连接光合作用传感器，第二总线接口电路连接红蓝光LED驱动电路，第三总线接口电路连接调温模块。
作为优选，所述光合作用传感器包括：总光强传感器、红光光强传感器、蓝光光强传感器、二氧化碳传感器、温度传感器和湿度传感器，所述总光强传感器、红光光强传感器、蓝光光强传感器、二氧化碳传感器、温度传感器和湿度传感器分别连接第一总线接口电路。
作为优选，所述调温模块，用于当所述温度传感器感测的当前温度超出预设的光合作用有效温度阈值范围时，根据获取的所述处理器电路发送调温控制信号，调整当前温度在预设的光合作用有效温度阈值范围之内。
作为优选，所述主控板还包括：与所述电源开关控制电路连接的电源电路。
作为优选，所述无线通信模块为4G模块。
作为优选，所述无线通信模块为5G模块。
作为优选，所述无线通信模块为蓝牙模块。
作为优选，所述二氧化碳传感器为非色散红外二氧化碳传感器。
本实用新型根据光合作用传感器采集光合作用环境因子数据，控制红蓝光LED驱动电路调节环境光强，以提高植物光合作用效能，不仅能实现精确调控温室光环境，提高植物光合作用效能，且成本低、耗能少，可大规模推广应用。同时通过调温模块根据获取的处理器电路发送调温控制信号，调整当前温度在设定的光合作用有效温度阈值范围之内，以完成大棚内温度的调控，从而保障作物在适宜温度范围内的光照累积时间，促进光合作用的有效进行，为作物有机物的积累提供较大帮助。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的系统结构原理框图。
具体实施方式
以下实施例会结合附图对本实用新型进行详述，在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的标号，并且在实际应用中，各部件的形状、厚度或高度可扩大或缩小。本实用新型所列举的各实施例仅用以说明本实用新型，并非用以限制本实用新型的范围。对本实用新型所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本实用新型的精神与范围。
如图1所示，本实用新型提供一种光环境调控系统，包括：主控板、光合作用传感器、红蓝光LED驱动电路、调温模块、无线通信模块；
其中，所述主控板包含：处理器电路、第一总线接口电路、第二总线接口电路、第三总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路、无线通讯接口电路，第一总线接口电路、第二总线接口电路、第三总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路、无线通讯接口电路分别连接处理器电路，无线通讯接口电路连接无线通信模块，第一总线接口电路连接光合作用传感器，第二总线接口电路连接红蓝光LED驱动电路，第三总线接口电路连接调温模块。优选地，所述处理器电路采用型号为MSP430F149的单片机，所述处理器电路包括：存储器，用于存储基于环境因子数据分析植物生长光合作用的固件程序。
进一步，所述光合作用传感器包括：总光强传感器、红光光强传感器、蓝光光强传感器、二氧化碳传感器、温度传感器和湿度传感器，所述总光强传感器、红光光强传感器、蓝光光强传感器、二氧化碳传感器、温度传感器和湿度传感器分别连接第一总线接口电路。所述总光强传感器用于测量环境总光强，所述红光光强传感器用于测量环境红光光强，所述蓝光光强传感器用于测量环境蓝光光强，所述二氧化碳传感器为非色散红外二氧化碳传感器并用于感测二氧化碳浓度，所述温度传感器用于感测环境温度，所述湿度传感器用于感测环境湿度。本实用新型根据植物光合作用对光的吸收原理，将红蓝光的光强值转化为相应的光量子通量密度，通过红、蓝光光强占环境总光强的比例，求出红、蓝光量子通量密度目标值，进而根据处理器电路输出PWM信号的占空比调控光环境。
进一步，当所述温度传感器感测的当前温度超出预设的光合作用有效温度阈值范围时，对当前温度进行调整使其在该范围内；具体地，若当前温度在预设的光合作用有效温度阈值范围外时，处理器电路向调温模块输出调温控制信号，所述调温模块根据获取的所述处理器电路发送调温控制信号，调整当前温度在预设的光合作用有效温度阈值范围之内，所述调温模块基于继电器工作原理，继电器连接加热电阻，通过控制所述加热电阻上的电流大小实现温度调控，以完成大棚内温度的调控，从而保障作物在适宜温度范围内的光照累积时间，促进光合作用的有效进行，为作物有机物的积累提供较大帮助。
进一步，所述红蓝光LED驱动电路采用PT4115为驱动芯片。PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，输入电压范围从6伏到30伏，输出电流可调，根据不同的输入电压和外部器件，PT4115可以驱动高达数十瓦的串联LED，可通过DIM引脚输入PWM脉冲信号实现PWM调光。所述红蓝光LED驱动电路模块，根据植物光合作用对红蓝光的吸收特性，以LED红蓝光为3：1的比例构成LED调光阵列，通过处理器电路输出不同占空比的PWM信号驱动，并使PWM信号频率高于150HZ，实现智能调光。
进一步，所述无线通信模块，用于将光合作用传感器采集的环境因子数据发送给移动终端(譬如，手机移动设备)，从而实现远程监测；优选地，所述无线通信模块为4G模块或5G模块或蓝牙模块。
进一步，所述主控板还包括：与所述电源开关控制电路连接的电源电路。所述电源电路用于给整个主控板供电，电源控制开关电路用于控制主控板上电。所述电源电路包括依次连接的短路保护电路、防反接电路和电源接口电路，其中，所述短路保护电路与所述电源控制开关电路连接。所述短路保护电路用于对整个主控板进行电路保护，优选地，能够将整个主控板电路的电流限制在3A以下，防止因主控板短路导致外部电源电流过大而发生危险。所述防反接电路使用金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOS管)防反接，该电路功耗小并且能够延长电源使用时间。防反接电路用于当电源接口电路的电源端和地端反接时，会自动断开电路连接，以防止后级电路的损坏。所述电源接口电路用于给整个主控板供电。
进一步，所述USB电路包括依次连接的USB转UART电路、USB口防护电路和USB接口电路，其中，所述USB转UART电路和所述处理器电路连接。所述USB口防护电路采用瞬态抑制二极管(TVS，TransientVoltageSuppressor)防护。该电路对静电泄放反应快，能够防止人体静电引起的接口部分电路损坏，同时限制了控制器从USB接口电路取电的电流，有效防止供电的USB设备的损坏。所述USB转UART电路，用于实现USB到UART接口协议的转换。所述USB接口电路，用于对所述处理器电路进行预存的固件程序(即，基于环境因子数据分析植物生长光合作用的固件程序)烧写。
本实用新型通过处理器电路控制光合作用传感器采集光合作用环境因子数据(环境总光强、环境红光光强、环境蓝光光强、二氧化碳浓度、环境温度、环境湿度)，经过预存的基于环境因子数据分析植物生长光合作用的固件程序(该软件技术为现有通用技术，现不予阐述)分析处理后，输出PWM信号控制红蓝光LED驱动电路调节环境光强，以提高植物光合作用效能，不仅能实现精确调控温室光环境，提高植物光合作用效能，且成本低、耗能少，可大规模推广应用。同时通过调温模块根据获取的处理器电路发送调温控制信号，调整当前温度在设定的光合作用有效温度阈值范围之内，以完成大棚内温度的调控，从而保障作物在适宜温度范围内的光照累积时间，促进光合作用的有效进行，为作物有机物的积累提供较大帮助。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种光环境调控系统，其特征在于，包括：主控板、光合作用传感器、红蓝光LED驱动电路、调温模块、无线通信模块；
其中，所述主控板包含：处理器电路、第一总线接口电路、第二总线接口电路、第三总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路、无线通讯接口电路，第一总线接口电路、第二总线接口电路、第三总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路、无线通讯接口电路分别连接处理器电路，无线通讯接口电路连接无线通信模块，第一总线接口电路连接光合作用传感器，第二总线接口电路连接红蓝光LED驱动电路，第三总线接口电路连接调温模块。
2.如权利要求1所述的光环境调控系统，其特征在于，所述光合作用传感器包括：总光强传感器、红光光强传感器、蓝光光强传感器、二氧化碳传感器、温度传感器和湿度传感器，所述总光强传感器、红光光强传感器、蓝光光强传感器、二氧化碳传感器、温度传感器和湿度传感器分别连接第一总线接口电路。
3.如权利要求2所述的光环境调控系统，其特征在于，所述调温模块，用于当所述温度传感器感测的当前温度超出预设的光合作用有效温度阈值范围时，根据获取的所述处理器电路发送调温控制信号，调整当前温度在预设的光合作用有效温度阈值范围之内。
4.如权利要求1或3所述的光环境调控系统，其特征在于，所述主控板还包括：与所述电源开关控制电路连接的电源电路。
5.如权利要求1或3所述的光环境调控系统，其特征在于，所述无线通信模块为4G模块。
6.如权利要求1或3所述的光环境调控系统，其特征在于，所述无线通信模块为5G模块。
7.如权利要求1或3所述的光环境调控系统，其特征在于，所述无线通信模块为蓝牙模块。
8.如权利要求2所述的光环境调控系统，其特征在于，所述二氧化碳传感器为非色散红外二氧化碳传感器。
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