基于LED的培養(yǎng)箱光控制系統(tǒng)設(shè)計

崔靖林+段鵬偉+楊延榮+單慧勇+王俊學(xué)

摘 要：隨著LED照明技術(shù)的迅速發(fā)展，對LED自適應(yīng)調(diào)光技術(shù)的需求越來越強(qiáng)烈。該文以AVR單片機(jī)中Atmega16作為控制器，利用基于（Inter Intergrate Circuit）總線的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路BH1750FVI采集室內(nèi)環(huán)境光照度，完成LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件編程，最終維持溫室箱內(nèi)植物光照強(qiáng)度在一個設(shè)定水平。

關(guān)鍵詞：LED BH1750FVI 自適應(yīng)調(diào)光 脈沖寬度調(diào)制

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0088-02

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，其成本很快降低，近期出現(xiàn)了LED在植物補(bǔ)光中的應(yīng)用研究。但已有的補(bǔ)光裝置通常采用定光質(zhì)、定光照度的補(bǔ)光方式，未考慮外界光照條件因素及植物不同生長階段需光量的差異性，從而造成過度或補(bǔ)光不足現(xiàn)象。根據(jù)以上問題，該文設(shè)計了一款調(diào)動的補(bǔ)光系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制對象是微型模型溫室，用于小學(xué)生觀察實驗、家庭陽臺種植等，充分考慮溫度對光合作用的影響，根據(jù)植物在不同階段不同環(huán)境下的實際需光量，對植物進(jìn)行按需分波長定量補(bǔ)光，從而提高能源利用效率。

1 整體方案設(shè)計

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，包括檢測模塊、控制模塊、補(bǔ)光模塊以及用戶交互模塊，系統(tǒng)原理如圖1所示。

其中，電源模塊采用12V供電模式；檢測模塊分波段檢測紅、藍(lán)光光照度，將檢測信號進(jìn)行處理后傳入單片機(jī)，實現(xiàn)光照信息的數(shù)據(jù)采集；控制模塊采用Atmega16單片機(jī)為核心，根據(jù)用戶所設(shè)閾值以及檢測模塊采集到的數(shù)據(jù)，計算對應(yīng)PWM控制信號的占空比，并輸出兩路PWM控制信號；補(bǔ)光模塊采用多組兩路恒流驅(qū)動電路，利用PWM控制技術(shù)，分別控制紅、藍(lán)光LED補(bǔ)光燈組的亮度，考慮到實際大規(guī)模應(yīng)用中LED燈組輸出耗電問題采用12V供電；用戶交互模塊分別采用液晶屏完成檢測結(jié)果顯示，鍵盤實現(xiàn)對閾值的處理等功能。

2 硬件設(shè)計

2.1 控制模塊

采用Atmega16作為核心處理器，該單片機(jī)是AVR系列中最具代表性的一款。它采用精簡指令集結(jié)構(gòu)、運(yùn)行速度快，并且包含PWM信號輸出、總線等多種功能[2-3]。

2.2 檢測模塊

本系統(tǒng)采用新型單片測光芯片BH1750，較好地解決了傳統(tǒng)測光系統(tǒng)的弊端。BH1750是半導(dǎo)體制造商ROHM為適應(yīng)以移動電話手機(jī)為首的便攜式機(jī)器和液晶電視等的

要求而開發(fā)出的具有優(yōu)良光譜靈敏度特性的產(chǎn)品，是數(shù)字輸出的環(huán)境亮度傳感器，內(nèi)部集成16位AD轉(zhuǎn)化器，可實現(xiàn)數(shù)字值的直接輸出。另外，BH1750與主控制器atmega16通過協(xié)議進(jìn)行通信，而atmega16本身具

有硬件接口容易的特點(diǎn)，在硬件上的運(yùn)行速率和穩(wěn)定性又得到提高[4]。

這種集成電路是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。這種集成電路可以根據(jù)收集的光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)來調(diào)整液晶或者鍵盤背景燈的亮度。利用它的高分辨率可以探測較大范圍（1lx-65535lx）的光強(qiáng)度變化[5]。由于植物光合作用主要吸收波長范圍在400～500nm的藍(lán)光，波長范圍600～700 nm的紅光，首先采用在透光波段400～500 nm、600～700 nm，透光率為90%的濾光片進(jìn)行光照檢測的預(yù)處理；而后應(yīng)用BH1750光照傳感器完對紅、藍(lán)光分別進(jìn)行檢測。

2.3 補(bǔ)光模塊

根據(jù)溫室的實際面積確定LED燈個數(shù)，LED燈組內(nèi)紅、藍(lán)光LED燈比例根據(jù)種植植物不同而改變，紅光的閾值3000lux，藍(lán)光的閾值600lux[6]。補(bǔ)光系統(tǒng)全程維持在設(shè)定的較好的利用率范圍內(nèi)，滿足了不同植物在不同生長階段、不同生長環(huán)境中智能化、精確化的補(bǔ)光要求。采用單個功率為0.5W的高亮度LED，實際布置如圖2所示，外面一周為10個紅色LED，分成兩組，內(nèi)圈為四個藍(lán)色LED串聯(lián)，由系統(tǒng)選擇控制紅藍(lán)光比例為10∶4或者5∶4。

補(bǔ)光模塊采用兩路恒流驅(qū)動電路，利用PWM 控制技術(shù)，分別控制紅、藍(lán)光LED補(bǔ)光燈組的亮度，采用12V供電。補(bǔ)光模塊包括LED陣列和外部驅(qū)動電路，LED陣列由繼電器和PWM信號控制，驅(qū)動電路采用GS6300驅(qū)動模塊[7-9]，原理圖如圖3所示。

2.4 用戶交互模塊

用戶交互模塊主要包括液晶顯示屏和鍵盤，其中顯示屏采用LCD1602，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，鍵盤采用4×4矩陣鍵盤進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。

3 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件主要包括傳感器解析函數(shù)、數(shù)據(jù)管理與決策程序、PWM信號控制程序、參數(shù)設(shè)定程序和顯示程序，實現(xiàn)了環(huán)境因子采集與受控?zé)艚M的自動控制功能。系統(tǒng)啟動時，先檢測是否已完成初始化，若未初始化則進(jìn)入紅藍(lán)光目標(biāo)光照度閾值設(shè)置。由光照傳感器檢測當(dāng)前紅藍(lán)光光照度，根據(jù)濾光片濾光率90%的特性，可計算紅藍(lán)光實際光照度，進(jìn)而判斷是否在設(shè)定閾值范圍內(nèi)，根據(jù)目標(biāo)光照度計算出紅藍(lán)光補(bǔ)光量，并通過調(diào)節(jié)PWM信號占空比實現(xiàn)紅藍(lán)光精確補(bǔ)光。經(jīng)過周期T，再次檢測紅藍(lán)光光照度，軟件流程圖略。

4 結(jié)語

該文提出了一種基于Atmega16單片機(jī)的植物補(bǔ)光系統(tǒng)，實現(xiàn)了按需、分波長的定量補(bǔ)光方式。在滿足植物生長所需光照前提下，最大程度的提高輸出光能的利用率，滿足了不同植物在不同生長階段、不同生長環(huán)境中智能化、精確化的補(bǔ)光要求[10]。試驗結(jié)果表明，該設(shè)計采用的PWM補(bǔ)光控制模式中可在滿足作物需光量的前提下，提高光能利用率，同時具有反應(yīng)快，靈活性強(qiáng)的功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 艾朝霞，姬妍.LED照明光源前景展望[J].榆林學(xué)院學(xué)報，2006，16（4）：40-42.

[2] 馬潮.AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實踐[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2007：447-484.

[3] 宋適，劉廷章.基于AVR單片機(jī)的LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)[J].電氣自動化，2009（31）：33-35.

[4] ROMH公司.BH1750FVI手冊[EB/OL].http：//cnpdf.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/350139/ROHM/BH1750FVI.html.

[5] 何安科.基于STM32與光強(qiáng)傳感器BH1750的無線路燈控制系統(tǒng)[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2011（20）：15-17.

[6] 張海輝，楊青，胡瑾，等.可控LED亮度的植物自適應(yīng)精準(zhǔn)補(bǔ)光系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011（9）.

[7] 朱虹.LED照明驅(qū)動及自適應(yīng)調(diào)光研究[D].上海：上海大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.

[8] 胡永光，李萍萍，鄧慶安，等.溫室人工補(bǔ)光效果的研究及補(bǔ)光光源配置設(shè)計[J].江蘇理工大學(xué)學(xué)報，2001，22（3）：37-40.

[9] 王聲學(xué)，吳廣寧，蔣偉，等.LED原理及其照明應(yīng)用[J].燈與照明，2006，30（4）：32-35.

[10] 王曉明，郭偉玲，高國，等.LED-新一代照明光源[J].現(xiàn)代顯示，2005，53（7）：15-19.endprint

摘 要：隨著LED照明技術(shù)的迅速發(fā)展，對LED自適應(yīng)調(diào)光技術(shù)的需求越來越強(qiáng)烈。該文以AVR單片機(jī)中Atmega16作為控制器，利用基于（Inter Intergrate Circuit）總線的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路BH1750FVI采集室內(nèi)環(huán)境光照度，完成LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件編程，最終維持溫室箱內(nèi)植物光照強(qiáng)度在一個設(shè)定水平。

關(guān)鍵詞：LED BH1750FVI 自適應(yīng)調(diào)光 脈沖寬度調(diào)制

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0088-02

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，其成本很快降低，近期出現(xiàn)了LED在植物補(bǔ)光中的應(yīng)用研究。但已有的補(bǔ)光裝置通常采用定光質(zhì)、定光照度的補(bǔ)光方式，未考慮外界光照條件因素及植物不同生長階段需光量的差異性，從而造成過度或補(bǔ)光不足現(xiàn)象。根據(jù)以上問題，該文設(shè)計了一款調(diào)動的補(bǔ)光系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制對象是微型模型溫室，用于小學(xué)生觀察實驗、家庭陽臺種植等，充分考慮溫度對光合作用的影響，根據(jù)植物在不同階段不同環(huán)境下的實際需光量，對植物進(jìn)行按需分波長定量補(bǔ)光，從而提高能源利用效率。

1 整體方案設(shè)計

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，包括檢測模塊、控制模塊、補(bǔ)光模塊以及用戶交互模塊，系統(tǒng)原理如圖1所示。

其中，電源模塊采用12V供電模式；檢測模塊分波段檢測紅、藍(lán)光光照度，將檢測信號進(jìn)行處理后傳入單片機(jī)，實現(xiàn)光照信息的數(shù)據(jù)采集；控制模塊采用Atmega16單片機(jī)為核心，根據(jù)用戶所設(shè)閾值以及檢測模塊采集到的數(shù)據(jù)，計算對應(yīng)PWM控制信號的占空比，并輸出兩路PWM控制信號；補(bǔ)光模塊采用多組兩路恒流驅(qū)動電路，利用PWM控制技術(shù)，分別控制紅、藍(lán)光LED補(bǔ)光燈組的亮度，考慮到實際大規(guī)模應(yīng)用中LED燈組輸出耗電問題采用12V供電；用戶交互模塊分別采用液晶屏完成檢測結(jié)果顯示，鍵盤實現(xiàn)對閾值的處理等功能。

2 硬件設(shè)計

2.1 控制模塊

采用Atmega16作為核心處理器，該單片機(jī)是AVR系列中最具代表性的一款。它采用精簡指令集結(jié)構(gòu)、運(yùn)行速度快，并且包含PWM信號輸出、總線等多種功能[2-3]。

2.2 檢測模塊

本系統(tǒng)采用新型單片測光芯片BH1750，較好地解決了傳統(tǒng)測光系統(tǒng)的弊端。BH1750是半導(dǎo)體制造商ROHM為適應(yīng)以移動電話手機(jī)為首的便攜式機(jī)器和液晶電視等的

要求而開發(fā)出的具有優(yōu)良光譜靈敏度特性的產(chǎn)品，是數(shù)字輸出的環(huán)境亮度傳感器，內(nèi)部集成16位AD轉(zhuǎn)化器，可實現(xiàn)數(shù)字值的直接輸出。另外，BH1750與主控制器atmega16通過協(xié)議進(jìn)行通信，而atmega16本身具

有硬件接口容易的特點(diǎn)，在硬件上的運(yùn)行速率和穩(wěn)定性又得到提高[4]。

這種集成電路是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。這種集成電路可以根據(jù)收集的光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)來調(diào)整液晶或者鍵盤背景燈的亮度。利用它的高分辨率可以探測較大范圍（1lx-65535lx）的光強(qiáng)度變化[5]。由于植物光合作用主要吸收波長范圍在400～500nm的藍(lán)光，波長范圍600～700 nm的紅光，首先采用在透光波段400～500 nm、600～700 nm，透光率為90%的濾光片進(jìn)行光照檢測的預(yù)處理；而后應(yīng)用BH1750光照傳感器完對紅、藍(lán)光分別進(jìn)行檢測。

2.3 補(bǔ)光模塊

根據(jù)溫室的實際面積確定LED燈個數(shù)，LED燈組內(nèi)紅、藍(lán)光LED燈比例根據(jù)種植植物不同而改變，紅光的閾值3000lux，藍(lán)光的閾值600lux[6]。補(bǔ)光系統(tǒng)全程維持在設(shè)定的較好的利用率范圍內(nèi)，滿足了不同植物在不同生長階段、不同生長環(huán)境中智能化、精確化的補(bǔ)光要求。采用單個功率為0.5W的高亮度LED，實際布置如圖2所示，外面一周為10個紅色LED，分成兩組，內(nèi)圈為四個藍(lán)色LED串聯(lián)，由系統(tǒng)選擇控制紅藍(lán)光比例為10∶4或者5∶4。

補(bǔ)光模塊采用兩路恒流驅(qū)動電路，利用PWM 控制技術(shù)，分別控制紅、藍(lán)光LED補(bǔ)光燈組的亮度，采用12V供電。補(bǔ)光模塊包括LED陣列和外部驅(qū)動電路，LED陣列由繼電器和PWM信號控制，驅(qū)動電路采用GS6300驅(qū)動模塊[7-9]，原理圖如圖3所示。

2.4 用戶交互模塊

用戶交互模塊主要包括液晶顯示屏和鍵盤，其中顯示屏采用LCD1602，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，鍵盤采用4×4矩陣鍵盤進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。

3 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件主要包括傳感器解析函數(shù)、數(shù)據(jù)管理與決策程序、PWM信號控制程序、參數(shù)設(shè)定程序和顯示程序，實現(xiàn)了環(huán)境因子采集與受控?zé)艚M的自動控制功能。系統(tǒng)啟動時，先檢測是否已完成初始化，若未初始化則進(jìn)入紅藍(lán)光目標(biāo)光照度閾值設(shè)置。由光照傳感器檢測當(dāng)前紅藍(lán)光光照度，根據(jù)濾光片濾光率90%的特性，可計算紅藍(lán)光實際光照度，進(jìn)而判斷是否在設(shè)定閾值范圍內(nèi)，根據(jù)目標(biāo)光照度計算出紅藍(lán)光補(bǔ)光量，并通過調(diào)節(jié)PWM信號占空比實現(xiàn)紅藍(lán)光精確補(bǔ)光。經(jīng)過周期T，再次檢測紅藍(lán)光光照度，軟件流程圖略。

4 結(jié)語

該文提出了一種基于Atmega16單片機(jī)的植物補(bǔ)光系統(tǒng)，實現(xiàn)了按需、分波長的定量補(bǔ)光方式。在滿足植物生長所需光照前提下，最大程度的提高輸出光能的利用率，滿足了不同植物在不同生長階段、不同生長環(huán)境中智能化、精確化的補(bǔ)光要求[10]。試驗結(jié)果表明，該設(shè)計采用的PWM補(bǔ)光控制模式中可在滿足作物需光量的前提下，提高光能利用率，同時具有反應(yīng)快，靈活性強(qiáng)的功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 艾朝霞，姬妍.LED照明光源前景展望[J].榆林學(xué)院學(xué)報，2006，16（4）：40-42.

[2] 馬潮.AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實踐[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2007：447-484.

[3] 宋適，劉廷章.基于AVR單片機(jī)的LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)[J].電氣自動化，2009（31）：33-35.

[4] ROMH公司.BH1750FVI手冊[EB/OL].http：//cnpdf.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/350139/ROHM/BH1750FVI.html.

[5] 何安科.基于STM32與光強(qiáng)傳感器BH1750的無線路燈控制系統(tǒng)[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2011（20）：15-17.

[6] 張海輝，楊青，胡瑾，等.可控LED亮度的植物自適應(yīng)精準(zhǔn)補(bǔ)光系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011（9）.

[7] 朱虹.LED照明驅(qū)動及自適應(yīng)調(diào)光研究[D].上海：上海大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.

[8] 胡永光，李萍萍，鄧慶安，等.溫室人工補(bǔ)光效果的研究及補(bǔ)光光源配置設(shè)計[J].江蘇理工大學(xué)學(xué)報，2001，22（3）：37-40.

[9] 王聲學(xué)，吳廣寧，蔣偉，等.LED原理及其照明應(yīng)用[J].燈與照明，2006，30（4）：32-35.

[10] 王曉明，郭偉玲，高國，等.LED-新一代照明光源[J].現(xiàn)代顯示，2005，53（7）：15-19.endprint

摘 要：隨著LED照明技術(shù)的迅速發(fā)展，對LED自適應(yīng)調(diào)光技術(shù)的需求越來越強(qiáng)烈。該文以AVR單片機(jī)中Atmega16作為控制器，利用基于（Inter Intergrate Circuit）總線的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路BH1750FVI采集室內(nèi)環(huán)境光照度，完成LED自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件編程，最終維持溫室箱內(nèi)植物光照強(qiáng)度在一個設(shè)定水平。

關(guān)鍵詞：LED BH1750FVI 自適應(yīng)調(diào)光 脈沖寬度調(diào)制

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（b）-0088-02

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，其成本很快降低，近期出現(xiàn)了LED在植物補(bǔ)光中的應(yīng)用研究。但已有的補(bǔ)光裝置通常采用定光質(zhì)、定光照度的補(bǔ)光方式，未考慮外界光照條件因素及植物不同生長階段需光量的差異性，從而造成過度或補(bǔ)光不足現(xiàn)象。根據(jù)以上問題，該文設(shè)計了一款調(diào)動的補(bǔ)光系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制對象是微型模型溫室，用于小學(xué)生觀察實驗、家庭陽臺種植等，充分考慮溫度對光合作用的影響，根據(jù)植物在不同階段不同環(huán)境下的實際需光量，對植物進(jìn)行按需分波長定量補(bǔ)光，從而提高能源利用效率。

1 整體方案設(shè)計

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，包括檢測模塊、控制模塊、補(bǔ)光模塊以及用戶交互模塊，系統(tǒng)原理如圖1所示。

其中，電源模塊采用12V供電模式；檢測模塊分波段檢測紅、藍(lán)光光照度，將檢測信號進(jìn)行處理后傳入單片機(jī)，實現(xiàn)光照信息的數(shù)據(jù)采集；控制模塊采用Atmega16單片機(jī)為核心，根據(jù)用戶所設(shè)閾值以及檢測模塊采集到的數(shù)據(jù)，計算對應(yīng)PWM控制信號的占空比，并輸出兩路PWM控制信號；補(bǔ)光模塊采用多組兩路恒流驅(qū)動電路，利用PWM控制技術(shù)，分別控制紅、藍(lán)光LED補(bǔ)光燈組的亮度，考慮到實際大規(guī)模應(yīng)用中LED燈組輸出耗電問題采用12V供電；用戶交互模塊分別采用液晶屏完成檢測結(jié)果顯示，鍵盤實現(xiàn)對閾值的處理等功能。

2 硬件設(shè)計

2.1 控制模塊

采用Atmega16作為核心處理器，該單片機(jī)是AVR系列中最具代表性的一款。它采用精簡指令集結(jié)構(gòu)、運(yùn)行速度快，并且包含PWM信號輸出、總線等多種功能[2-3]。

2.2 檢測模塊

本系統(tǒng)采用新型單片測光芯片BH1750，較好地解決了傳統(tǒng)測光系統(tǒng)的弊端。BH1750是半導(dǎo)體制造商ROHM為適應(yīng)以移動電話手機(jī)為首的便攜式機(jī)器和液晶電視等的

要求而開發(fā)出的具有優(yōu)良光譜靈敏度特性的產(chǎn)品，是數(shù)字輸出的環(huán)境亮度傳感器，內(nèi)部集成16位AD轉(zhuǎn)化器，可實現(xiàn)數(shù)字值的直接輸出。另外，BH1750與主控制器atmega16通過協(xié)議進(jìn)行通信，而atmega16本身具

有硬件接口容易的特點(diǎn)，在硬件上的運(yùn)行速率和穩(wěn)定性又得到提高[4]。

這種集成電路是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。這種集成電路可以根據(jù)收集的光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)來調(diào)整液晶或者鍵盤背景燈的亮度。利用它的高分辨率可以探測較大范圍（1lx-65535lx）的光強(qiáng)度變化[5]。由于植物光合作用主要吸收波長范圍在400～500nm的藍(lán)光，波長范圍600～700 nm的紅光，首先采用在透光波段400～500 nm、600～700 nm，透光率為90%的濾光片進(jìn)行光照檢測的預(yù)處理；而后應(yīng)用BH1750光照傳感器完對紅、藍(lán)光分別進(jìn)行檢測。

2.3 補(bǔ)光模塊

根據(jù)溫室的實際面積確定LED燈個數(shù)，LED燈組內(nèi)紅、藍(lán)光LED燈比例根據(jù)種植植物不同而改變，紅光的閾值3000lux，藍(lán)光的閾值600lux[6]。補(bǔ)光系統(tǒng)全程維持在設(shè)定的較好的利用率范圍內(nèi)，滿足了不同植物在不同生長階段、不同生長環(huán)境中智能化、精確化的補(bǔ)光要求。采用單個功率為0.5W的高亮度LED，實際布置如圖2所示，外面一周為10個紅色LED，分成兩組，內(nèi)圈為四個藍(lán)色LED串聯(lián)，由系統(tǒng)選擇控制紅藍(lán)光比例為10∶4或者5∶4。

補(bǔ)光模塊采用兩路恒流驅(qū)動電路，利用PWM 控制技術(shù)，分別控制紅、藍(lán)光LED補(bǔ)光燈組的亮度，采用12V供電。補(bǔ)光模塊包括LED陣列和外部驅(qū)動電路，LED陣列由繼電器和PWM信號控制，驅(qū)動電路采用GS6300驅(qū)動模塊[7-9]，原理圖如圖3所示。

2.4 用戶交互模塊

用戶交互模塊主要包括液晶顯示屏和鍵盤，其中顯示屏采用LCD1602，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，鍵盤采用4×4矩陣鍵盤進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。

3 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件主要包括傳感器解析函數(shù)、數(shù)據(jù)管理與決策程序、PWM信號控制程序、參數(shù)設(shè)定程序和顯示程序，實現(xiàn)了環(huán)境因子采集與受控?zé)艚M的自動控制功能。系統(tǒng)啟動時，先檢測是否已完成初始化，若未初始化則進(jìn)入紅藍(lán)光目標(biāo)光照度閾值設(shè)置。由光照傳感器檢測當(dāng)前紅藍(lán)光光照度，根據(jù)濾光片濾光率90%的特性，可計算紅藍(lán)光實際光照度，進(jìn)而判斷是否在設(shè)定閾值范圍內(nèi)，根據(jù)目標(biāo)光照度計算出紅藍(lán)光補(bǔ)光量，并通過調(diào)節(jié)PWM信號占空比實現(xiàn)紅藍(lán)光精確補(bǔ)光。經(jīng)過周期T，再次檢測紅藍(lán)光光照度，軟件流程圖略。

4 結(jié)語

該文提出了一種基于Atmega16單片機(jī)的植物補(bǔ)光系統(tǒng)，實現(xiàn)了按需、分波長的定量補(bǔ)光方式。在滿足植物生長所需光照前提下，最大程度的提高輸出光能的利用率，滿足了不同植物在不同生長階段、不同生長環(huán)境中智能化、精確化的補(bǔ)光要求[10]。試驗結(jié)果表明，該設(shè)計采用的PWM補(bǔ)光控制模式中可在滿足作物需光量的前提下，提高光能利用率，同時具有反應(yīng)快，靈活性強(qiáng)的功能。

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