LED照明系統(tǒng)的智能控制在農(nóng)業(yè)種植技術(shù)中的應(yīng)用

陳洪川

[摘? ? 要]我國作為一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)問題一直是我國的關(guān)注重點。然而，由于傳統(tǒng)照明技術(shù)的限制和成本，導(dǎo)致很多地方的農(nóng)業(yè)無法實現(xiàn)現(xiàn)代化。LED照明系統(tǒng)的出現(xiàn)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(xiàn)對溫室大棚的智能控制，從而達到提高農(nóng)作物產(chǎn)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(guān)鍵詞]農(nóng)業(yè);照明技術(shù);LED照明系統(tǒng)

[中圖分類號]TP391.44 [文獻標(biāo)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)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(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植的過程中，不僅能使農(nóng)作物的生長環(huán)境得到有效改善，還能提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，減少人工成本的投入。

1 LED照明系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)種植技術(shù)的影響

1.1 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)照明光源的需求分析

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，照明起到了極為重要的作用。植物生產(chǎn)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(chǔ)。因此，農(nóng)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(chǎn)量和品質(zhì)。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(xiàn)象時有發(fā)生，因此，在現(xiàn)代植物生產(chǎn)系統(tǒng)中（如溫室大棚）人工補光已經(jīng)成為高效生產(chǎn)的重要手段。

1.2 LED的特性

LED是一種半導(dǎo)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?xí)r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(chǎn)生影響。④節(jié)能環(huán)保，綠色照明，它可以無毒地將電能轉(zhuǎn)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(xiàn)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(nóng)業(yè)種植技術(shù)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(dǎo)體三部分構(gòu)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(nóng)業(yè)種植中廣泛應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)上，當(dāng)處于高溫環(huán)境中時，植物會出現(xiàn)萎蔫的現(xiàn)象;當(dāng)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(diào)節(jié)光的強弱和時間的長短控制溫室內(nèi)的各種影響植物生長的因素。

2 農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)的智能控制需求分析

2.1 農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)的功能

該系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)對溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度等因素的自動檢測，并將數(shù)據(jù)傳送至PC端顯示。在農(nóng)作物生長的過程中，當(dāng)溫室內(nèi)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(nèi)的實時信息，以便于工作人員能夠第一時間了解到當(dāng)前的情況并采取相應(yīng)的措施，避免造成不必要的損失。

2.2 農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)的智能控制必要性

我國農(nóng)業(yè)種植的傳統(tǒng)模式導(dǎo)致了農(nóng)民的勞動生產(chǎn)率較低。因此，在大規(guī)模農(nóng)業(yè)種植的過程中，需要對農(nóng)作物種植系統(tǒng)進行智能控制。在農(nóng)業(yè)中，溫度和濕度是兩個重要因素，而這兩方面的數(shù)據(jù)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(dāng)前的溫室中，運用LED的智能控制系統(tǒng)，能夠有效地實現(xiàn)對水、火、氣等因素的自動檢測，并根據(jù)不同的季節(jié)提供相應(yīng)的灌溉方案，以保證溫室的正常運轉(zhuǎn)。對于水量的監(jiān)控是指用傳感器來采集并把這些信號轉(zhuǎn)換成電脈沖的形式傳送給單片機，再由單片機處理，進而驅(qū)動電機執(zhí)行命令的一種方法，這種技術(shù)的缺點在于價格高昂，不容易普及。

2.3 農(nóng)業(yè)種植系統(tǒng)的智能控制必要性與可行性

在農(nóng)業(yè)種植技術(shù)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(nóng)作物的生產(chǎn)效率，而且還能減少人工的干預(yù)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(yīng)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(shè)計方面，要根據(jù)不同的季節(jié)和氣候環(huán)境，合理地調(diào)整補光的強弱，有利于節(jié)約能源。

3 LED照明系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)在發(fā)展的過程中，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)需求，因此需要對農(nóng)業(yè)的種植技術(shù)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(shù)，以單片機為核心配合相應(yīng)的軟件編程來實現(xiàn)的一種新型的智能化的控制系統(tǒng)設(shè)備。它可以根據(jù)農(nóng)作物的生長情況，實時地檢測各種參數(shù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，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(chǎn)量及質(zhì)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(shù)輔助自己的工作與生活。如我國應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的專利申請占全球的26 %，圖1是我國應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的LED專利數(shù)量，其中54 %應(yīng)用在植物照明方面，（見圖2）。

3.1 農(nóng)業(yè)種植技術(shù)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(wǎng)絡(luò)、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(shù)的數(shù)據(jù)發(fā)送給PC端，然后再由主機接收。當(dāng)指令發(fā)送出去后，主控芯片會進行判斷是否需要對相應(yīng)的指令作出響應(yīng)，如果接受則繼續(xù)執(zhí)行命令;若不回應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(diào)試與修改，將所有的元件集成到同一塊板中。

3.2 農(nóng)業(yè)種植技術(shù)智能控制程序框圖

智能控制的過程是一個具有多任務(wù)的復(fù)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(chǎn)生活中，需要將各個部分的功能進行協(xié)調(diào)，才能實現(xiàn)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(dāng)無人體的移動時，其位置信息采集器將被傳送到現(xiàn)場的顯示板上，并且根據(jù)不同的情況實時調(diào)整相應(yīng)的發(fā)光參數(shù)。同時也可以對指定的目標(biāo)點的狀態(tài)做出判斷，并可發(fā)出警告;當(dāng)人的行為發(fā)生變化時，指示燈也會隨之變化，從而達到預(yù)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(shù)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(wù)是實現(xiàn)LED的顯示和數(shù)據(jù)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(jù)需要進行不同的擴展和調(diào)用。為了使系統(tǒng)的操作更加方便，這里將設(shè)置兩個按鈕。當(dāng)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(nèi)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(yīng)的指令;反之，若不按要求接通后，再從主機的外部設(shè)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(shù)值也隨之而變化。當(dāng)實際的數(shù)字值大于所設(shè)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(qū)動情況做出判斷，即電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止等。同時由于它的壽命長，強度大，所以對環(huán)境的適應(yīng)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(jié)束語

隨著社會的發(fā)展以及科技的普及化，LED燈的應(yīng)用已經(jīng)成為一種必然的趨勢且具有廣闊的前景。但是通過對國內(nèi)外的相關(guān)研究成果和實際工作經(jīng)驗的了解和分析，發(fā)現(xiàn)了目前我國在LED燈的應(yīng)用上還存在著很多的問題：①在國內(nèi)由于缺乏對LED燈的理論知識的理解以及缺少實踐導(dǎo)致了大量的資源浪費。②沒有形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，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(jīng)濟效益，從而忽略了對環(huán)境的保護力度。④中國的LED產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)水平比較低，生產(chǎn)規(guī)模也相對較小，無法與國外的技術(shù)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(yīng)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(chǔ)?？傊?，LED照明的技術(shù)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(nóng)業(yè)種植注入新鮮的血液與活力。

參考文獻

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