基于ZigBee的植物生長(zhǎng)柜均勻照度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

陳紅豆+劉昆+郭玉林+秦建華

（1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津 300222；2.天津市信息傳感與智能控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222）

摘 要：本文通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、控制技術(shù)以及相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)，對(duì)LED燈板多個(gè)位置的LED燈進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和調(diào)節(jié)，使得植物生長(zhǎng)柜每個(gè)栽培層不同位置的植物所受到LED燈板照射的強(qiáng)度相同，最終使得栽種出來(lái)的植物具有一致的生長(zhǎng)長(zhǎng)勢(shì)和形態(tài)。

關(guān)鍵詞：ZigBee技術(shù)；植物生長(zhǎng)柜；多點(diǎn)檢測(cè)；光照均勻性

中圖分類號(hào)：S-3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230004

植物生長(zhǎng)柜通過(guò)LED光源板來(lái)為植物提供光照， LED發(fā)光具有匯聚性，植物的生長(zhǎng)具有向光性，這就使得植物生長(zhǎng)柜每一栽培層的中間部位比四周光照強(qiáng)度大，導(dǎo)致不同位置植物的生長(zhǎng)速度、形態(tài)和生長(zhǎng)方向不一致，因此，采用一種可以使栽培層不同位置植物所受光照強(qiáng)度大小相同的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是非常有必要的。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 硬件設(shè)計(jì)

每個(gè)光照度檢測(cè)模塊包括5個(gè)照度傳感器和5個(gè)Getdate.ZigBee通信裝置，兩者通過(guò)RS485串口線相連，分別放置在栽培層四周和中間位置，多點(diǎn)同時(shí)檢測(cè)這5個(gè)不同位置處的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee無(wú)線方式發(fā)送給Transmit.ZigBee通信裝置?？刂破髂K包括控制器和Transmit.ZigBee通信裝置，控制器采用32位低功耗微控制器STM32C8T6芯片作為控制核心，控制器對(duì)Transmit.ZigBee通信裝置接收的5個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出控制信號(hào)，然后通過(guò)Transmit.ZigBee通信裝置采用無(wú)線通信方式將控制命令發(fā)送到執(zhí)行模塊。執(zhí)行模塊包括Control.ZigBee通信裝置、驅(qū)動(dòng)器和LED光源板。LED燈用混連方式連接，采用恒壓源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采用PWM波形調(diào)光。Control.ZigBee裝置接收的控制信號(hào)為L(zhǎng)ED燈板四周和中間5處區(qū)域的電流信號(hào)，不同電流對(duì)應(yīng)不同的光照度，實(shí)現(xiàn)LED光源板的調(diào)光。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

ZigBee軟件開發(fā)環(huán)境，IAREmbeddedWorkbench（簡(jiǎn)稱EW）是目前世界上最容易使用且最完整的嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具，可為多種8/16位/32位ARM微處理器提供軟件開發(fā)環(huán)境，針對(duì)不同微處理器，EW可提供相同開發(fā)環(huán)境界面便于用戶使用[1]。本文以IAR軟件為設(shè)計(jì)平臺(tái)，對(duì)ZigBee2007協(xié)議棧開發(fā)移植，實(shí)現(xiàn)ZigBee協(xié)議優(yōu)化及系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)設(shè)計(jì)。

ZigBee通信協(xié)議，Getdate.ZigBee通信裝置、Transmit.ZigBee通信裝置和Control.ZigBee通信裝置之間要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸依賴ZigBee協(xié)議，本文采用TI公司推出的符合ZigBee規(guī)范的Z-Stack為協(xié)議棧，在栽培層設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)，不需要修改底層驅(qū)動(dòng)程序，只需要調(diào)用API函數(shù)接口即可完成相應(yīng)開發(fā)設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，控制模塊主要完成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光強(qiáng)調(diào)控決策處理以及PWM信號(hào)下發(fā)等功能，其軟件主要包括ZigBee協(xié)議移植、調(diào)光決策處理程序、時(shí)鐘程序等子程序，其他2個(gè)模塊軟件設(shè)計(jì)過(guò)程類似。

2 系統(tǒng)測(cè)試

為了能夠進(jìn)一步評(píng)價(jià)本系統(tǒng)的光照均勻性，特選用國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的一種專門用于植物生長(zhǎng)的燈板—廈門通士達(dá)熒光燈作為對(duì)照組，與本系統(tǒng)的ZigBee多點(diǎn)控制LED植物生長(zhǎng)燈進(jìn)行光照對(duì)比。用光量子流密度計(jì)測(cè)量的數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可知，對(duì)照組1和2的栽培層光照強(qiáng)度呈現(xiàn)中間最高，越往四周越低的趨勢(shì)。由于本系統(tǒng)的LED植物生長(zhǎng)燈是通過(guò)ZigBee無(wú)線通訊技術(shù)的多點(diǎn)控制。對(duì)于LED等板來(lái)說(shuō)，中間區(qū)域的亮度低，四周亮度稍高，這樣的控制彌補(bǔ)了栽培層中間區(qū)域所受到的光照強(qiáng)度大的不足，使栽培層不同位置的光照強(qiáng)度較均勻。本文設(shè)計(jì)的基于ZigBee的植物生長(zhǎng)柜均勻照度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不僅可以使得植物生長(zhǎng)柜每層不同區(qū)域植物所受到的光照強(qiáng)度相等，也可以減少植物生長(zhǎng)柜中各模塊之間的布線數(shù)量，使得植物生長(zhǎng)柜所收獲的植物產(chǎn)品具有一致的生長(zhǎng)趨勢(shì)和形態(tài)，達(dá)到既滿足植物工廠需求又能夠節(jié)能的目的，有很高的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

[1]江修波.ZigBee技術(shù)及其應(yīng)用[J].低壓電器，2007（8）：15-17.

作者簡(jiǎn)介：陳紅豆（1992-），女，陜西渭南，研究生，主要研究方向：控制理論和控制工程。