尹一卓?申楚儀?李欽偉

摘要：目前，在北方地區(qū)的室內(nèi)種植蔬菜時，由于不能保證植物得到充足的陽光，需要用人工光源進行補光，而補光的時間和強度是靠工作人員去控制，所以無法達到精確控制。本設(shè)計以溫室大棚黃瓜幼苗為研究對象，根據(jù)其生長所需的光譜，通過單片機控制LED光源的開關(guān)。電路的設(shè)計部分主要是結(jié)合單片機的設(shè)計控制電路，能根據(jù)光照度和定時控制的要求對黃瓜幼苗進行補光，從而促進其達到最優(yōu)化生長。該系統(tǒng)既節(jié)能有環(huán)保、穩(wěn)定性好、安全性高等，在智能溫室大棚控制方面具有非常好的應(yīng)用和前景。

關(guān)鍵詞：LED植物生長燈；光合作用；光照強度；DS1302時鐘芯片

1.前言

光照是影響植物光合作要的重要因素，關(guān)乎到植物生長過程中的光合作用，而光合作用的強弱又與綠色植物的葉綠素所吸收的光譜有關(guān)。近幾年隨著農(nóng)業(yè)科技的不斷進步以及人們生活品質(zhì)的提高，LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，人們發(fā)現(xiàn)LED燈與傳統(tǒng)光源相比有著諸多的優(yōu)點，包括壽命、體積、質(zhì)量、能耗等方面，所以LED的使用率和適用范圍越來越廣。近年來，全球范圍內(nèi)在園藝、植物栽培等領(lǐng)域都內(nèi)開始得到廣泛的關(guān)注。本設(shè)計是以基于單片機的植物生長通過研究植物光合作用的光照信息，選定相應(yīng)光譜的LED燈實現(xiàn)對植物的補光的一種LED光控系統(tǒng)的，也就是我們常說的植物生長燈。目的是通過傳感器對植物的生長所需要的光照情況進行檢測，控制LED燈實現(xiàn)對進行補光。目前在植物種植領(lǐng)域有著很廣闊的前景，LED照明系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明也將是未來的一種趨勢。

2.系統(tǒng)設(shè)計框架

設(shè)計系統(tǒng)為六個模塊，分別是時鐘模塊、電源模塊、LED驅(qū)動模塊、LCD顯示、單片機控制和檢測光照度的光強檢測模塊部分。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在實驗?zāi)M條件下，電源部分是采用USB供電或5V外接電池供電，LED負載的控制開光用IRF9540場效應(yīng)管，光照傳感器部分是GY—30數(shù)字光模塊根據(jù)光強的變化控制紅色和藍色LED負載的開關(guān)。時鐘部分是用DS1302低功耗實時時鐘芯片，用來提供秒、分、時、日、星期、月、年和監(jiān)測時間的功能，再通過LCD1602顯示屏顯示時間信息?？偪刂撇糠值暮诵膭t是采用一種速度快、能耗低的STC89C52RC芯片，根據(jù)系統(tǒng)中光照度傳感器事實采集到的數(shù)據(jù)進行計算處理從而實現(xiàn)對植物精確補光。

3.硬件設(shè)計

系統(tǒng)的總體設(shè)計包括控制核心51 單片機芯片，顯示時間和光照度的LCD1602顯示屏，計時用的DS1302時鐘芯片和12MHz的晶振，檢測光強的GY—30數(shù)字光模塊控制LED開光的MOS管IRF9540及LED紅藍燈，外加一塊3V的備用電池防止斷電對計時的影響。為了使植物能夠在白天不在自然光的影響下每天保證9小時以上充足的光照時間，設(shè)計采用DS1302時鐘芯片設(shè)置好LED補光燈的開啟時間在早上7點到8點和15點到16點按時打開LED補光燈，配合光照度傳感器，傳感器采用GY—30數(shù)字光強傳感器，8點到15點之間根據(jù)天氣情況即光照強弱開關(guān)補光燈，設(shè)置光照度的閾值為2000lx，光線強不需要補光時即光照度大于2000lx時，自動關(guān)閉補光燈，光線弱時即光照度小于2000lx時，自動開啟補光燈，其余時間熄滅補光燈。因為采用了由兩個電源供電的DS1302時鐘芯片，同時加裝了LCD1602屏幕，可以實現(xiàn)精準計時（包括年月日等時間信息）并在液晶屏上顯示，所以當(dāng)突然斷電時能夠保證時鐘繼續(xù)計時，避免了由于斷電的原因影響其時鐘芯片的正常工作，從而使時間和控制更精確，既節(jié)約了電能又減少了人力。

4.軟件設(shè)計

本設(shè)計的植物補光控制系統(tǒng)分為自動補光模式和定時補光兩種工作模式，在自動補光模式下，STC芯片通過讀取外界光照強度信息，然后和用戶設(shè)置的光照度閾值進行對比分析控制補光燈的開關(guān)，即光照度小于設(shè)定的數(shù)值時補光燈不打開，反之則打開補光燈進行補光，并在液晶屏上顯示相關(guān)信息。定時模式則是在用戶設(shè)定好的時間內(nèi)開啟補光燈進行補光。利用C語言編寫程序，利用Keil C51開發(fā)軟件仿真與調(diào)試。

5.總結(jié)

本文是針對溫室大棚內(nèi)黃瓜幼苗的補光生長，通過查閱資料了解該品種的生長習(xí)性，對植物光合作用過程的理解和光合作用需要的光譜，確定其生長階段所必需的光譜范圍，開發(fā)了一款基于單片機的植物生長LED光控系統(tǒng)。采用DS1302定時芯片和GY—30數(shù)字光模塊實現(xiàn)實時監(jiān)測光照強度和時間信息，控制LED燈的開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)按需要精確補光，解決補光不足的問題，通過試驗調(diào)試，該系統(tǒng)可以按照要求正常運行，便于操作，可實現(xiàn)對植物進行自動補光，滿足設(shè)計要求。

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作者簡介：尹一卓（1998.03）男，河北省石家莊市元氏縣槐陽鎮(zhèn)，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科在讀。endprint