植物生长智能综合光照系统.doc

植物生长智能综合光照系统背影技术：目前市场上用于植物生长的人工光源包括白炽灯、荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯和日光色镝灯等，这些传统人工光源普遍具有功率大、发光效率低、发热量大、耗电高等缺点，局限了其应用范围。随着 LED 光源的发展，利用 LED 光源进行植物生长照明的研究受到广泛。研究发现，红光促进碳水化合物的积累,而蓝有利于可溶性蛋白的合成,远红光提高植物体内赤霉素的含量,从而增加植株节间长度和高度,短波段光促进黄酮和内醋类物质的合成。目前市场上的LED植物生长灯只有红光或者蓝光亦或是一定比例的红蓝光的光源，且基本都是固定功率，无法对功率调节。这种红、蓝或者一定比例的红蓝光，只适合做植物的补光，配合太阳光照射使用。所以本方案给出模拟太阳光照，并根据叶绿素a分子和全部的叶绿素b分子吸收光能，对光波有两个最强的吸收区：红光部分（波长范围为 640660 nm）和蓝紫光部分（波长范围为430450 nm），在涵盖太阳光谱的长波长的红外光到短波长的紫外光，适度提高了红光和蓝光的比例，并能对红蓝光的功率比例实现2:1以上的任意比。本方案可实现对光能量、光质分布、光照周期进行控制。由主控单元、两个可调恒流源、白光LED阵列、红光LED阵列、紫外LED和红外LED阵列、WiFi通信单元。白光LED阵列可调恒流源1PWM1STM32主控MCU红光LED阵列可调恒流源2WIFI单元PWM1PWM2开关控制恒流电源紫外LED以及红外LED阵列本方案以白光LED和红光LED为主，外加紫外和红外LED，简洁、高效的模拟植物生长所需的太阳光。光照系统采用模拟夏天日光照射，以光合作用(Photosynthesis)最重要载体叶绿素a和叶绿素b所吸收的的蓝光（波长430nm到460nm）和红光（波长600nm到700nm）为主，并涵盖太阳光谱的波长长的红外光到短波长的紫外光，适度提高了红光的比例，并能对红蓝光的功率比实现2:1以上的任意比，且总功率可控。白色LED阵列、红色LED阵列、紫外LED和红外LED阵列组成统一的光板，对植物进行照射。其中白光LED的光谱如下图，涵盖400nm到750nm的光,以蓝光和红光这两个峰值为中心。光照系统中再补充650nm到660nm的红光，UV-A的紫外光（对人体无害的紫外光），以及红外光。 灯板由高亮白光LED、高亮红光LED、紫外LED、红外LED组成。采用1W白光LED为30个，1W红光LED为28个，0.5W紫外LED为4个，1W红外LED为6个。白、红、紫外、红外LED矩阵排列实现更均匀的光源。产生的光能量红蓝比例（其后称为比），可实现2:以上的任意比。白色LED采用串联形式，单个电压3.2V，6个一组，共5组。红光LED采用串联形式，单个电压为2V，7个串联，总共4组。白光LED采用6个一排，红光LED采用7个一排，白红交替排列并穿插红外以及紫外LED，排列形式如下图所示。可调恒流源1和可调恒流源2分别驱动白光LED组和红光LED组，其电流大小通过20KHz的PWM调节控制，PWM占空比为0到1，分辨率依托定时器的位数，其电流大小为0到500mA，软件限制控蓝光的PWM比例最大为60%（即300mA）。采用STM32（或者单片机以及其他MCU）生成20KHz的PWM控制信号，分别对红、白光LED组的驱动电源进行PWM控制，实现控制流过红、白光LED电流，进而控制蓝光和红光的能量以及红蓝光的能量比，达到适合不同植物各个生长期的最合理光照条件。白光LED本身的红蓝比决定了RB比的最小值，本品白光LED的RB比为2:1，则其RB比调节范围为2:1及其以上的连续比。紫外以及红外LED的光照强度控制，采用开关形式控制，可通过一定频率的开关时间以及占空比，控制光强。在控制可调恒流源1和可调恒流源2的电流时，需根据控制柜的温度，换算成对应光强。另光强与可调恒流源1的电流关系：WiFi单元通过IEEE802.11a/b/g协议，可以提供手机与光照系统通信，把控制信号通过手机APP（应用程序）传递给主控MCU，MCU主控单元建有部分植物的光照条件数据库，并可联接internet网更新，调光系统根据数据库中不同植物不同生长期以及其光敏不同，运行特定的的光照方案，通过STM32对光源的RB比以及红蓝光总能量进行控制，分别对植物幼苗期、生长期、成熟期（出菜期）进行有效光照。并辅以温度和CO2控