陳洪川

[摘? ? 要]我國作為一個農業(yè)大國，農業(yè)問題一直是我國的關注重點。然而，由于傳統(tǒng)照明技術的限制和成本，導致很多地方的農業(yè)無法實現現代化。LED照明系統(tǒng)的出現解決了這個問題，人們利用LED照明系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源，實現對溫室大棚的智能控制，從而達到提高農作物產量的目的，還可以節(jié)約資源，為國家的綠色可持續(xù)的發(fā)展做出了貢獻。

[關鍵詞]農業(yè);照明技術;LED照明系統(tǒng)

[中圖分類號]TP391.44 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）12–00–02

Application of Intelligent Control of LED Lighting

System in Agricultural Planting Technology

Chen Hong-chuan

[Abstract]As a large agricultural country， our country has always focused on agricultural issues. However， due to the limitations and costs of traditional lighting technology， agriculture in many places cannot be modernized. The emergence of LED lighting systems solves this problem. People use LED lighting systems to replace traditional light sources to achieve intelligent control of greenhouses， thereby achieving the purpose of increasing crop yields， saving resources， and contributing to the country’s green and sustainable development. Contribute.

[Keywords]agriculture; lighting technology; LED lighting system

在農業(yè)生產中，應考慮到光照的強度、溫度的變化等因素，將LED照明系統(tǒng)自動控制技術應用于農業(yè)種植的過程中，不僅能使農作物的生長環(huán)境得到有效改善，還能提高作物的產量和質量，減少人工成本的投入。

1 LED照明系統(tǒng)對農業(yè)種植技術的影響

1.1 現代農業(yè)照明光源的需求分析

農業(yè)是國民經濟的基礎，在農業(yè)生產中，照明起到了極為重要的作用。植物生產對人工照明的需求較大，俗話說“萬物生長靠太陽”，光照是地球上生物賴以生存與繁衍的基礎。因此，農作物的光合作用離不開光照，光照條件的好壞直接影響作物的產量和品質。自然界中，太陽的光照隨地理緯度、季節(jié)和天氣狀況的不同而變化，光照強度和光照時間不足的現象時有發(fā)生，因此，在現代植物生產系統(tǒng)中（如溫室大棚）人工補光已經成為高效生產的重要手段。

1.2 LED的特性

LED是一種半導體器件，其是由高功率電子管制成。LED的主要特點有：①亮度高，方向性強，光亮時的能量較大，色彩明暗程度一致，具有很好的觀賞價值。②光量子效率極高，在黑暗的空間中，其光的利用率可以達到80 %以上。③能耗低，對周圍環(huán)境影響較小，不會對周邊大氣產生影響。④節(jié)能環(huán)保，綠色照明，它可以無毒地將電能轉化為光能，使發(fā)光效率得到極大提升，而且具有的“自熄”的功能符合現代的審美要求。⑤安全可靠，方便實用，維護簡單，節(jié)約成本，便于更換及維修，可持續(xù)發(fā)展。

1.3 LED對農業(yè)種植技術的影響

傳統(tǒng)的日光燈一般是由光源、發(fā)光二極管和半導體三部分構成的光敏元件，而LED是由光敏電阻制成的一種光電器件。LED燈具有高亮度、大輻射角，在農業(yè)種植中廣泛應用。在農業(yè)上，當處于高溫環(huán)境中時，植物會出現萎蔫的現象;當處在低溫環(huán)境時，會使光合作用的效率大大下降。因此，需要LED照明系統(tǒng)創(chuàng)造出適宜植物生長的環(huán)境，通過調節(jié)光的強弱和時間的長短控制溫室內的各種影響植物生長的因素。

2 農業(yè)種植系統(tǒng)的智能控制需求分析

2.1 農業(yè)種植系統(tǒng)的功能

該系統(tǒng)的主要功能是實現對溫室大棚內的溫度、濕度等因素的自動檢測，并將數據傳送至PC端顯示。在農作物生長的過程中，當溫室內的溫度、濕度過高或過低時，系統(tǒng)就會啟動警報和聲光警示，提示值班工作人員，并在顯示屏上顯示溫室內的實時信息，以便于工作人員能夠第一時間了解到當前的情況并采取相應的措施，避免造成不必要的損失。

2.2 農業(yè)種植系統(tǒng)的智能控制必要性

我國農業(yè)種植的傳統(tǒng)模式導致了農民的勞動生產率較低。因此，在大規(guī)模農業(yè)種植的過程中，需要對農作物種植系統(tǒng)進行智能控制。在農業(yè)中，溫度和濕度是兩個重要因素，而這兩方面的數據都會影響作物的生長發(fā)育，如環(huán)境的溫濕度超過一定值時，就會造成種子發(fā)芽終止，甚至死亡。在當前的溫室中，運用LED的智能控制系統(tǒng)，能夠有效地實現對水、火、氣等因素的自動檢測，并根據不同的季節(jié)提供相應的灌溉方案，以保證溫室的正常運轉。對于水量的監(jiān)控是指用傳感器來采集并把這些信號轉換成電脈沖的形式傳送給單片機，再由單片機處理，進而驅動電機執(zhí)行命令的一種方法，這種技術的缺點在于價格高昂，不容易普及。

2.3 農業(yè)種植系統(tǒng)的智能控制必要性與可行性

在農業(yè)種植技術中，智能控制是一個非常重要的環(huán)節(jié)之一。其不僅能夠提高農作物的生產效率，而且還能減少人工的干預和工作量，從而降低成本。傳統(tǒng)的LED燈的亮度分布是均勻的，在光源的選擇上要考慮到光照的強度、顏色、距離等因素，還應充分利用自然條件，如太陽直射的角度和高度等，這樣才能達到更好的效果。在照明的設計方面，要根據不同的季節(jié)和氣候環(huán)境，合理地調整補光的強弱，有利于節(jié)約能源。

3 LED照明系統(tǒng)在農業(yè)種植中的應用

現代農業(yè)在發(fā)展的過程中，傳統(tǒng)農業(yè)的生產方式已經不能滿足現代化的農業(yè)需求，因此需要對農業(yè)的種植技術進行智能化的改進和創(chuàng)新。LED燈作為一個代表，是基于單片機的控制技術，以單片機為核心配合相應的軟件編程來實現的一種新型的智能化的控制系統(tǒng)設備。它可以根據農作物的生長情況，實時地檢測各種參數并將數據傳輸到計算機，從而達到智能控制的效果;同時，還能利用該系統(tǒng)，對溫室的溫度、濕度以及光照強度等環(huán)境因子的變化做出分析判斷，進而提高作物的產量及質量。隨著科技的不斷更新，越來越多的人開始使用這一先進的技術輔助自己的工作與生活。如我國應用于農業(yè)的專利申請占全球的26 %，圖1是我國應用于農業(yè)的LED專利數量，其中54 %應用在植物照明方面，（見圖2）。

3.1 農業(yè)種植技術智能控制的硬件平臺

智能遠程操控的硬件平臺主要由LED顯示屏、通信網絡、上位機和下位機三部分組成。其中，顯示模塊包括液晶屏和LED燈兩部分。顯示模塊的功能是通過在屏幕上的顯示的實時信息，將各個參數的數據發(fā)送給PC端，然后再由主機接收。當指令發(fā)送出去后，主控芯片會進行判斷是否需要對相應的指令作出響應，如果接受則繼續(xù)執(zhí)行命令;若不回應則返回。主控芯片要對串口的地址以及串口的類型做出選擇，主控單片機也應理解P3.2狀態(tài)。上位機的P3.4、P3.7的引腳輸出電壓一般較高，因此在連接時應采用低功耗的三相雙工方式，同時也可以使用兩塊相同的元器件來完成電路的搭建工作，為了方便后續(xù)的調試與修改，將所有的元件集成到同一塊板中。

3.2 農業(yè)種植技術智能控制程序框圖

智能控制的過程是一個具有多任務的復雜系統(tǒng)，其由多個子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)都有自己的功能作用。在實際的生產生活中，需要將各個部分的功能進行協(xié)調，才能實現整體的最優(yōu)效果。在這個系統(tǒng)中，控制器、溫度傳感器、光照強度檢測器和LED燈分別作為其重要的組成部分存在，它們之間通過通信通道連接到遠程計算機，并與上位機的通信協(xié)議相連接。當無人體的移動時，其位置信息采集器將被傳送到現場的顯示板上，并且根據不同的情況實時調整相應的發(fā)光參數。同時也可以對指定的目標點的狀態(tài)做出判斷，并可發(fā)出警告;當人的行為發(fā)生變化時，指示燈也會隨之變化，從而達到預期的節(jié)能目的。

3.3 系統(tǒng)運行界面

上位機軟件的運行界面是由主函數和子程序組成的一個循環(huán)。子程序的功能是完成對遠程控制的命令執(zhí)行。在子程序中，主控模塊的主要任務是實現LED的顯示和數據的發(fā)送接收。在文章中，我們使用的屏幕大小為10個，每個窗口的分辨率為1 mm，可以根據需要進行不同的擴展和調用。為了使系統(tǒng)的操作更加方便，這里將設置兩個按鈕。當按下按鍵時，發(fā)光二極管的狀態(tài)發(fā)生改變。如果沒有按下則先從單片機的內部電路進入工作，單片機的外部中斷口開始，然后通過串口向PC端口發(fā)出相應的指令;反之，若不按要求接通后，再從主機的外部設備輸入信號，單片機上的I/00就會被激活并立即返回高電平。此時液晶顯示屏上的數值也隨之而變化。當實際的數字值大于所設定的值時，就會啟動聲光報警，并通知工作人員及時作出處理。同時也可對LED燈的驅動情況做出判斷，即電機正轉、反轉、停止等。同時由于它的壽命長，強度大，所以對環(huán)境的適應能力強，容易控制。穩(wěn)定性好LED的價格便宜，且功耗低，因此其穩(wěn)定性能較好，并且節(jié)能環(huán)保，易于維護管理。

4 結束語

隨著社會的發(fā)展以及科技的普及化，LED燈的應用已經成為一種必然的趨勢且具有廣闊的前景。但是通過對國內外的相關研究成果和實際工作經驗的了解和分析，發(fā)現了目前我國在LED燈的應用上還存在著很多的問題：①在國內由于缺乏對LED燈的理論知識的理解以及缺少實踐導致了大量的資源浪費。②沒有形成統(tǒng)一的行業(yè)標準，造成了許多的不必要的損耗成本。③市場的競爭壓力越來越大，使得一些廠商盲目的追求經濟效益，從而忽略了對環(huán)境的保護力度。④中國的LED產業(yè)的整體技術水平比較低，生產規(guī)模也相對較小，無法與國外的技術相抗衡。因此，需要政府加大的資金投入，促進其快速發(fā)展。同時，還應該建立健全的法律法規(guī)為LED的推廣提供一個良好的法制基礎。總之，LED照明的技術將成為人類生活的必需品。其會給我們的日常生活帶來更多的便利之處，也會給農業(yè)種植注入新鮮的血液與活力。

參考文獻

[1] 于海業(yè)，王永志，張蕾.LED在設施農業(yè)中的應用刀[J].農機化研究，2009（5）：190-192.

[2] 宋國華，宋建新，繆建文，等.白光LED能量轉換效率的研究[J].半導體技術，2008，33（7）：592-595，634.

[3] 魏靈玲，楊其長，劉水麗.LED在植物工廠中的研究現狀與應用前景[J].中國農學通報，2007，23（11）：408-411.

[4] 楊其長.LED在農業(yè)領域的應用現狀與發(fā)展戰(zhàn)略[J].中國科技財富，2011（1）：52-57.