鮑建宇+張珊

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)植物補(bǔ)光控制器的功能不足，基于MSP430F149低功耗單片機(jī)，結(jié)合ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型植物L(fēng)ED補(bǔ)光控制系統(tǒng)。采用DS1302實(shí)現(xiàn)了定時(shí)自動(dòng)補(bǔ)光控制，利用UART通信實(shí)現(xiàn)了ZigBee和MSP430F149之間的互聯(lián)。該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)定時(shí)自動(dòng)補(bǔ)光，還具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，為閉鎖空間內(nèi)生長的植物提供一種低成本智能化的補(bǔ)光控制方式。

關(guān)鍵詞：LED；植物補(bǔ)光控制；單片機(jī)；ZigBee

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.017

可見光是植物光合作用、生長過程中必不可缺的重要物理環(huán)境因素之一。其中，380～760 nm波段的光是光合作用的重要因素，以紅光、藍(lán)光為有效吸收波段。LED作為新一代光源，與傳統(tǒng)光源相比，具有體積小、壽命長、節(jié)能、光效高等優(yōu)勢(shì)，其在植物照明上的應(yīng)用也日趨廣泛。為了解決傳統(tǒng)植物補(bǔ)光控制系統(tǒng)功能不足等問題，本文引入MSP430F149單片機(jī)進(jìn)行控制，并將LED補(bǔ)光系統(tǒng)與ZigBee技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種無線植物L(fēng)ED補(bǔ)光控制器。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

針對(duì)上述功能，整個(gè)控制系統(tǒng)由一臺(tái)可以遠(yuǎn)程登錄服務(wù)器的PC機(jī)、1臺(tái)TP-Link路由器、1條以太網(wǎng)通信電路、MSP430F149控制器和ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)組成，如圖1所示。由于篇幅所限，本文重點(diǎn)闡述基于MSP430F149+DS1302定時(shí)控制模塊和基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)終端控制器（即LED補(bǔ)光模塊）的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用DS1302定時(shí)芯片，可以針對(duì)一天中的任何時(shí)段對(duì)補(bǔ)光量進(jìn)行任意設(shè)定，設(shè)定值經(jīng)由MSP430F149處理后通過串口發(fā)給中心節(jié)點(diǎn)的ZigBee模塊，再經(jīng)由ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到各個(gè)LED補(bǔ)光模塊，從而實(shí)現(xiàn)無線控制的定時(shí)定量自動(dòng)補(bǔ)光控制模式。

2 定時(shí)自動(dòng)補(bǔ)光控制的實(shí)現(xiàn)

定時(shí)自動(dòng)補(bǔ)光控制是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的補(bǔ)光定值對(duì)閉鎖空間的植物補(bǔ)光，因此，需要對(duì)時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，硬件電路中設(shè)計(jì)了基于DS1302的定時(shí)電路，系統(tǒng)在緩存中設(shè)定對(duì)應(yīng)時(shí)段的補(bǔ)光數(shù)據(jù)。在定時(shí)模式下，MSP430F149首先對(duì)DS1302進(jìn)行初始化，讀寫地址和數(shù)據(jù)信息，并將讀取的時(shí)間信息存放在對(duì)應(yīng)的緩存中，以便進(jìn)實(shí)時(shí)判斷時(shí)間信息在哪個(gè)區(qū)間；將預(yù)設(shè)的補(bǔ)光數(shù)據(jù)值調(diào)用串口發(fā)送到函數(shù)中，并發(fā)送給ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而產(chǎn)生輸出給LED驅(qū)動(dòng)電路的補(bǔ)光信號(hào)。程序流程圖如圖2所示。

3 測試結(jié)果

本文將系統(tǒng)補(bǔ)光時(shí)刻分為8個(gè)時(shí)段，每日6：00—20：00間每2 h設(shè)定一個(gè)補(bǔ)光區(qū)間（總計(jì)7個(gè)），從20：00到第二天6：00為一個(gè)區(qū)間。表1為部分區(qū)間所對(duì)應(yīng)的補(bǔ)光占空比值。

圖3為LED補(bǔ)光模塊所接收到的不同時(shí)段的PWM波形。其中，每幅波形圖上的“1”是藍(lán)光補(bǔ)光波形通道，“2”是紅光補(bǔ)光波形通道，“3”是白光補(bǔ)光波形通道。

通過對(duì)上述通信數(shù)據(jù)格式和幀格式的分析，系統(tǒng)表現(xiàn)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和植物定時(shí)定量補(bǔ)光控制。

4 結(jié)束語

本文基于MSP430F149和 DS1302實(shí)現(xiàn)了定時(shí)自動(dòng)補(bǔ)光控制，基于TI公司的CC2530和MSP430F149實(shí)現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)控制。該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)定時(shí)定量自動(dòng)補(bǔ)光控制，稍加改進(jìn)后還可實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)光，同時(shí)，還具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，為閉鎖空間內(nèi)生長的植物提供了一種低成本、智能化的LED補(bǔ)光控制方式。

參考文獻(xiàn)

[1]劉文科，楊其長.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)照明現(xiàn)狀與發(fā)展展望[J].照明工程學(xué)報(bào)，2014，25（03）.

〔編輯：張思楠〕