基于ZigBee的植物LED補光控制系統(tǒng)

鮑建宇+張珊

摘 要：針對傳統(tǒng)植物補光控制器的功能不足，基于MSP430F149低功耗單片機，結合ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡技術設計了一種新型植物LED補光控制系統(tǒng)。采用DS1302實現(xiàn)了定時自動補光控制，利用UART通信實現(xiàn)了ZigBee和MSP430F149之間的互聯(lián)。該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)定時自動補光，還具有遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，為閉鎖空間內生長的植物提供一種低成本智能化的補光控制方式。

關鍵詞：LED；植物補光控制；單片機；ZigBee

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：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，其在植物照明上的應用也日趨廣泛。為了解決傳統(tǒng)植物補光控制系統(tǒng)功能不足等問題，本文引入MSP430F149單片機進行控制，并將LED補光系統(tǒng)與ZigBee技術相結合，設計了一種無線植物LED補光控制器。

1 系統(tǒng)構成

針對上述功能，整個控制系統(tǒng)由一臺可以遠程登錄服務器的PC機、1臺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)絡組成，如圖1所示。由于篇幅所限，本文重點闡述基于MSP430F149+DS1302定時控制模塊和基于ZigBee無線網(wǎng)絡終端控制器（即LED補光模塊）的實現(xiàn)。系統(tǒng)采用DS1302定時芯片，可以針對一天中的任何時段對補光量進行任意設定，設定值經由MSP430F149處理后通過串口發(fā)給中心節(jié)點的ZigBee模塊，再經由ZigBee無線網(wǎng)絡發(fā)送到各個LED補光模塊，從而實現(xiàn)無線控制的定時定量自動補光控制模式。

2 定時自動補光控制的實現(xiàn)

定時自動補光控制是根據(jù)預先設定的補光定值對閉鎖空間的植物補光，因此，需要對時間數(shù)據(jù)進行采集，硬件電路中設計了基于DS1302的定時電路，系統(tǒng)在緩存中設定對應時段的補光數(shù)據(jù)。在定時模式下，MSP430F149首先對DS1302進行初始化，讀寫地址和數(shù)據(jù)信息，并將讀取的時間信息存放在對應的緩存中，以便進實時判斷時間信息在哪個區(qū)間；將預設的補光數(shù)據(jù)值調用串口發(fā)送到函數(shù)中，并發(fā)送給ZigBee網(wǎng)絡中的節(jié)點進行數(shù)據(jù)處理，從而產生輸出給LED驅動電路的補光信號。程序流程圖如圖2所示。

3 測試結果

本文將系統(tǒng)補光時刻分為8個時段，每日6：00—20：00間每2 h設定一個補光區(qū)間（總計7個），從20：00到第二天6：00為一個區(qū)間。表1為部分區(qū)間所對應的補光占空比值。

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

通過對上述通信數(shù)據(jù)格式和幀格式的分析，系統(tǒng)表現(xiàn)穩(wěn)定，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的準確傳輸和植物定時定量補光控制。

4 結束語

本文基于MSP430F149和 DS1302實現(xiàn)了定時自動補光控制，基于TI公司的CC2530和MSP430F149實現(xiàn)了無線網(wǎng)絡控制。該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)定時定量自動補光控制，稍加改進后還可實現(xiàn)精確補光，同時，還具有遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，為閉鎖空間內生長的植物提供了一種低成本、智能化的LED補光控制方式。

參考文獻

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

〔編輯：張思楠〕