略談補光系統的設計及應用論文

時間：2021-04-21 11:11:35 論文我要投稿

略談補光系統的設計及應用論文

　　1系統硬件設計

略談補光系統的設計及應用論文

　　系統硬件以STC12C5A60S2單片機為處理核心，采用標準接口電路5V電源供電;時鐘模塊的主體芯片DS1302可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能;液晶顯示模塊采用OCM12864－3128×64點陣型液晶，可顯示各種字符及圖形;按鍵則用4×4排列原理，直接購買了按鍵貼膜，通過8根排線直接與主板連接。單片機基本外圍電路中晶振頻率為12MHz，兩路紅綠指示燈方便程序的調試。系統通過紅藍光濾光片和ISL29010光傳感器監測環境中紅藍光光照強度。

　　1．1控制模塊

　　控制模塊以51單片機為處理核心，外圍連接鍵盤、LCD和傳感器等外設，采用標準接口電路5V電源供電，其中:P0口連接液晶屏的8路數據口;P2口連接4*4矩陣鍵盤;P3．0和P3．1用于單片機與串口連接的數據讀寫線，完成程序的下載;P3．2～P3．7為液晶控制端;P4．2和P4．3為單片機PWM控制端輸出口。采用內部分頻技術實現對PWM信號頻率的控制，將輸出頻率降至300Hz，實現植物補光的溫室精確控制。

　　1．2檢測模塊

　　檢測模塊利用紅藍光濾光片和ISL29010光照傳感器實時檢測設施內部紅藍光光照強度，并將采集數據提供給單片機進行處理。濾光片采用高通濾光片和低通濾光片兩種，分別將自然光中600～700nm和400～500nm的紅藍光提取出來，通過ISL29010光照傳感器檢測出紅藍光強，上傳給單片機進行相應處理，從而實現環境中紅藍光強檢測。

　　1．3補光模塊

　　補光模塊包括LED補光燈陣列和驅動電路，LED補光燈陣列由波600～700nm的窄帶紅光和波長400～500nm的窄帶藍光組成。驅動電路采用PT4107為核心控制芯片，利用繼電器來控制外接市電電源為核心控制芯片供電，當滿足外部調光條件繼電器導通時，其接收單片機發送PWM控制信號實現對調節燈組亮度的調節。

　　2系統軟件設計

　　系統采用模塊化和多控制模式的設計思路，以IAR為軟件開發平臺，采用C語言完成系統軟件開發，分別設計了數據采集程序、專家指導程序、定量控制程序、按鍵程序、顯示程序和計時程序，實現各模塊對應功能及數據傳輸。其專家指導程序以櫻桃生長各生境參數為標準進行設定，設計了基于專家規則的溫室光環境調控方法，實現了手動和自動兩種階段轉換方式，可根據當前階段信息自行計算紅藍光PWM值和需補光量，完成不同階段的按需智能補光。以番茄為例，其每個階段的生長累積時間和適宜光強各不相同。如在番茄的初花期、盛花期和末花期3個階段，其階段累積時間和適宜光強系統可以根據番茄這一階段特性進行專家規則的修定，對番茄在不同階段進行生長時間的`模擬累積和光強檢測，通過專家規則實現階段參數的智能調控和不同階段的按需定量補光。系統針對當前生長階段信息，基于專家系統，根據不同階段需光量的差異性，設定該階段需補光量和當前累積補光時間，通過對外界光強的監測，采用PWM技術控制LED補光燈陣列工作電流，同時統計該階段尚需工作時間，實現對植物的分階段按需定量補光。由于同類植物生長的微弱差異，系統提供手動參數修改與階段強制調整功能，從而提高了系統的通用性。

　　3系統功能實現

　　本系統以櫻桃為目標作物，分為休眠期、萌芽期、開花期、幼果期、落果期和收獲期，每個時期所需時間和補光量各不相同。基于各階段生長時間和補光量信息的專家規則，完成相應階段時間累積后跳入下個階段，自動調用下階段相關參數，實現定量補光。為了驗證設備的性能，于西北農林科技大學櫻桃實驗基地對系統進行了調試驗證。系統運行到開花期時的實時信息，包括開花期的需補光量和距離下階段的時間。當手動強制進入下階段(即進入幼果期)后，由于前后兩階段需光量的不同，對應的PWM值也會不同，系統所輸出PWM占空比也會隨之變化。開花期和幼果期兩階段的PWM值輸出占空比信號。以上說明系統可完成各項功能要求，證明了系統的可實現性和正確性。

　　4結論

　　1)系統研究實現了基于專家規則的動態智能補光系統，其結合時下熱門的專家系統，對植物各生境參數進行設定，通過系統監測到的實時光照信息，完成不同階段植物需光量計算，實現了對植物的分階段按需精確補光。

　　2)與其他補光系統相比，運用DS1302時鐘芯片對植物生長累積時間進行模擬，采用專家系統對櫻桃生長各生境參數進行設定，根據植物生長特性自動進行階段轉換，實現了分階段按需定量補光。

　　3)經驗證表明，該系統具有良好的穩定性，可以滿足在不同階段對不同植物進行按需精確補光的要求，促進了植物的生長，極大地提高了溫室作物的產量和效益，帶動了相關農業又好又快發展。

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