[00114732]石斛大棚中温室照明闭环控制系统级对比分析系统设计

①课题来源与背景; 本课题来源于高校青年人才支持计划项目。光照是作物进行光合作用的必备要素之一,光照强度的强弱直接影响作物的产量和品质,从而也决定了农产品质量的高低、收益的好坏,小温室幼苗对光照强度更为敏感。在日常的生活中,LED作为新型的节能光源被广泛的使用,选取 LED作为小温室的照明器材,其优点在于LED灯照射的光谱具有很好的可调性,良好的点光源性可以单独作为植物光源使用,在小室温内控制植物的生长状况。一些对光照强度不是很敏感的植物,普通的LED提供的光照已经可以满足植物在小温室的培育工作,但是针对那些对光照强度非常敏感的植物,由于温室中人工控制光照的精度不高,光照强度的调整不能达到实时性的要求,不能满足温室培育中植物对光照强度的要求[。针对目前小温室内光照强度调节存在的缺陷,为了解决小温室中光照强度调节灵活性差的问题,提出一种闭环反馈控制系统,该系统对光照强度的精度进行有效的调控,促使小温室的光照环境满足作物生长的要求。 ②技术原理及性能指标; 本系统采用闭环反馈调节系统对光照强度进行控制,根据作物的实际生长情况来分析,该系统主要考虑两个方面的问题,包括培育作物在不同时期需要光照强度的差异和同一时期不同温室需要光照强度的差异。通过上述两个方面对光照强度值进行设定,LED灯实际的光照强度值与设定值通过信息采集传送至核心控制单元。核心控制单元对比分析,增大或减小PWM驱动脉冲,通过脉冲放大单元将增强或减弱LED的光照强度值,通过光强检测反馈模块,形成闭环反馈控制,使得光照强度值满足当前作物幼苗生长期的需要。本课题所设计的硬件模块主要由核心控制单元、24V电源电路模块、反馈电路模块、室温LED模块、红外遥控设定阈值模块五个部分组成。本课题的整体硬件架构系统中核心控制单元采用ATmega16单片机,对采集的光信号信息及事先设定数据进行比较与处理、控制PWM占空比的输出、对采集的数据动态的显示,从而完成对系统数据进行分析、处理的核心功能。24V电源电路模块由两个部分组成,一部分是基于DC-DC电路的LED驱动模块,另一部分是提供电能充当核心控制单元的LM2596降压电路。反馈电路模块是基于BH1750FVI传感器采集电路,可以直接将照度模拟量转换成数字量输入到单片机当中,进行实时的光照强度采集,并将光照强度的数值实时显示在液晶显示屏上。小温室LED模块采用24对LED灯珠焊接而成。红外遥控设定模块采用市场上成熟的红外遥控模块实现。在本设计系统中,核心控制模块采用ATmega16单片机来实现智能控制,用单片机的内部定时器完成PWM波形输出控制。本系统共设计两个定时器T0、T1,其中定时器T0对频率进行控制,定时器T1对占空比进行控制,定时器T0中断让一个I/0口输出高电平,在定时器T0的中断过程中,启动定时器T1,启动定时器T1的目的是为了让I/O口输出低电平,通过改变定时器T0的初值从而完成频率的改变,改变定时器T1的初值实现占空比的改变。在本设计系统中,LED驱动模块所能控制的频率范围是100-300HZ。因为本设计是产生周期为10ms（100HZ）的PWM,所以在系统的设置中,当中断的时间间隔为0.1ms时,通过中断100次的方式达到周期10ms。利用Proteus仿真软件进行电路仿真,将程序烧录至单片机,模拟得到示波器的PWM波形实验结果,并证明了核心控制单元可以产生需要频率的波形,光照误差在±0.36特斯拉。 ③技术的创造性与先进性; 根据系统模块与系统硬件分析,光强反馈模块采用光采集BH1750FVI芯片,控制单元为ATmega16单片机,LED驱动模块为放大电路。 LED灯是由24对灯珠焊接而成,其中12对为红色,12对为蓝色,混色使用能够更精确调整照度值。通过光强检测单元采集实际光照强度,与设定值进行比较,根据比较结果改变PWM脉冲占空比,驱动LED放大模块,进而改变LED灯的照度,形成反馈控制系统,控制精度灵敏。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性 产品研发完毕,仍然在测试试用中,安全性高。 ⑤应用情况及存在的问题 无不良问题存在 ⑥历年获奖情况 发表科研论文1篇,结项横向课题1项。 ⑦成果简介要向社会公开 此产品具有较高的实用价值,试用完毕后欢迎相关领域洽谈合作。