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ZigBee網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、控制技術(shù)以及相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)，對LED燈板多個位置的LED燈進(jìn)行實(shí)時檢測和調(diào)節(jié)，使得植物生長柜每個栽培層不同位置的植物所受到LED燈板照射的強(qiáng)度相同，最終使得栽種出來的植物具有一致的生長長勢和形態(tài)。

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

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

植物生長柜通過LED光源板來為植物提供光照， LED發(fā)光具有匯聚性，植物的生長具有向光性，這就使得植物生長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速度、形態(tài)和生長方向不一致，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

1.1 硬件設(shè)計

每個光照度檢測模塊包括5個照度傳感器和5個Getdate.ZigBee通信裝置，兩者通過RS485串口線相連，分別放置在栽培層四周和中間位置，多點(diǎn)同時檢測這5個不同位置處的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)通過ZigBee無線方式發(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Transmit.ZigBee通信裝置接收的5個數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得出控制信號，然后通過Transmit.ZigBee通信裝置采用無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，采用PWM波形調(diào)光。Control.ZigBee裝置接收的控制信號為LED燈板四周和中間5處區(qū)域的電流信號，不同電流對應(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

ZigBee軟件開發(fā)環(huán)境，IAREmbeddedWorkbench（簡稱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)計平臺，對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。

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)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時，不需要修改底層驅(qū)動程序，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。在系統(tǒng)的設(shè)計中，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、時鐘程序等子程序，其他2個模塊軟件設(shè)計過程類似。

2 系統(tǒng)測試

為了能夠進(jìn)一步評價本系統(tǒng)的光照均勻性，特選用國內(nèi)領(lǐng)先的一種專門用于植物生長的燈板—廈門通士達(dá)熒光燈作為對照組，與本系統(tǒng)的ZigBee多點(diǎn)控制LED植物生長燈進(jìn)行光照對比。用光量子流密度計測量的數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可知，對照組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。由于本系統(tǒng)的LED植物生長燈是通過ZigBee無線通訊技術(shù)的多點(diǎn)控制。對于LED等板來說，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)計的基于ZigBee的植物生長柜均勻照度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不僅可以使得植物生長柜每層不同區(qū)域植物所受到的光照強(qiáng)度相等，也可以減少植物生長柜中各模塊之間的布線數(shù)量，使得植物生長柜所收獲的植物產(chǎn)品具有一致的生長趨勢和形態(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。