卞智逸，肖德琴，殷建軍，歐周才，楊潤娜

(1 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 數(shù)學(xué)與信息學(xué)院, 廣東 廣州 510642；2 廣州國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新中心, 廣東 廣州 510520)

光是植物生長的必需資源之一，對植物的生長發(fā)育、果實(shí)品質(zhì)有重要的調(diào)節(jié)作用[1-3]。在自然條件下，光照隨著時間和空間發(fā)生改變，植物通過光受體感測光強(qiáng)、光質(zhì)和光周期的變化等影響植物的形態(tài)、生長，控制植物發(fā)育的因素[4]。李蔚等[5]、 張子鵬等[6]和祁娟霞等[7]研究指出，在不同光照時間、不同光源的補(bǔ)光條件下，作物的長勢、產(chǎn)量、品質(zhì)都會受到不同的影響，通過將專家經(jīng)驗(yàn)、種植經(jīng)驗(yàn)與作物長勢相結(jié)合，構(gòu)成作物不同生長時期合理的補(bǔ)光方案能有效提升作物產(chǎn)量、質(zhì)量?；瘕埞麑儆陉柹参?，光照時間充足的情況下能夠促進(jìn)火龍果成花，提高產(chǎn)量[8-9]。通過LED燈補(bǔ)足日照時長誘使火龍果花苞發(fā)育，能夠很大地提高火龍果反季節(jié)產(chǎn)量。

LED具有高光電轉(zhuǎn)換效率、使用直流電、體積小、壽命長、耗能低、波長固定與低發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)，與目前普遍使用的高壓鈉燈和熒光燈相比，LED燈具備低發(fā)熱量冷光源、可近距離照射的特點(diǎn)，使得空間利用率大大提高[10]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用LED燈代替太陽光為植物提供所需光照已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[11-13]，通過LED燈對作物進(jìn)行補(bǔ)光對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有較為明顯的促進(jìn)作用。例如，曲溪等[14]研究了熒光燈和LED燈的補(bǔ)光效果；李彥榮等[15]在自然光的基礎(chǔ)上對植物進(jìn)行人工補(bǔ)光，從補(bǔ)光光源、強(qiáng)度、時間等角度討論了光照時長、光質(zhì)和光照強(qiáng)度對作物生長發(fā)育以及反季節(jié)栽培的影響，證明了在適合光質(zhì)和光照強(qiáng)度下對植物進(jìn)行適量補(bǔ)光能有效促進(jìn)植物生長發(fā)育，在反季節(jié)植物栽培中，合理的補(bǔ)光措施能有效保障植物的生長發(fā)育；張建飛等[16]和周益民等[17]研究了LED補(bǔ)光系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對光質(zhì)、光強(qiáng)、光周期的動態(tài)調(diào)控；王瑞等[18]和李蔚等[5]通過對植物補(bǔ)光燈的定時調(diào)控以及對番茄補(bǔ)光時間的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了作物產(chǎn)量、品質(zhì)和生產(chǎn)效率的提升；這些研究表明LED燈在作物補(bǔ)光方面有著廣泛的應(yīng)用前景，合理的作物補(bǔ)光方案能有效提升生產(chǎn)效率[19-21]；Chiang等[22]研究了光照和溫度這2個環(huán)境變量，確定在適合植物生長的溫度條件下，充足的光照能有效促進(jìn)植物進(jìn)行光合作用，加快植物的生長發(fā)育。Olvera-gonzalez等[23]通過試驗(yàn)證明使用不同的LED光照時長和不同波長的LED光源，制定合理的調(diào)控方式，能有效提高作物產(chǎn)量。

目前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域使用的LED補(bǔ)光設(shè)備大多數(shù)是按照特定的需求設(shè)計(jì)完成的，無法根據(jù)不同季節(jié)、不同時間段、不同光照環(huán)境等條件因素對作物進(jìn)行智能補(bǔ)光。

針對以上問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于可編程控制器 (Programmable logic controller， PLC)的補(bǔ)光燈調(diào)控器，以實(shí)現(xiàn)對火龍果的夜間智能、精確、定量補(bǔ)光。下面將介紹調(diào)控器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，并結(jié)合田間應(yīng)用試驗(yàn)情況進(jìn)行其性能測試與分析。

1 調(diào)控器設(shè)計(jì)

1.1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，由電源模塊、通信模塊、控制模塊、補(bǔ)光模塊以及用戶交互模塊這5個模塊共同組成火龍果智能補(bǔ)光調(diào)控器，系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 調(diào)控器組成架構(gòu)Fig.1 Controller composition architecture

其中，電源模塊采用380 V供電電壓供給補(bǔ)光模塊，以12 V供電電壓為系統(tǒng)供電；通信模塊采用USR-G781 4G DTU實(shí)現(xiàn)信號處理；補(bǔ)光模塊采用3相4線380 V的交流電進(jìn)行供電，利用模擬信號對2組LED補(bǔ)光燈進(jìn)行控制；用戶交互模塊采用遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場控制的方式實(shí)現(xiàn)對補(bǔ)光燈的遠(yuǎn)程操控包括閾值設(shè)置、補(bǔ)光時段等功能。

1.1.1 電源模塊 采用 380 V 交流電直接對整個調(diào)控器進(jìn)行供電，使用德力西DZ47s-C63斷路器進(jìn)行配電線路及設(shè)備的過載和短路保護(hù)。其中LED燈組采用380 V交流電供電，通信模塊和控制模塊使用12 V進(jìn)行供電。通過正泰NXB-63C40型斷路器降低調(diào)控器在調(diào)控過程中由于電壓、電流過大導(dǎo)致的調(diào)控器內(nèi)部電路燒毀的可能。且調(diào)控器配備急停按鈕，實(shí)現(xiàn)調(diào)控器以及LED燈組的急停斷電，保護(hù)設(shè)備安全。

1.1.2 通信模塊 采用 USR-G781 4G DTU 數(shù)據(jù)傳輸單元對調(diào)控器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及遠(yuǎn)程下發(fā)的指令進(jìn)行傳輸處理，這一數(shù)據(jù)傳輸單元的突出特點(diǎn)為有組網(wǎng)能力，穩(wěn)定性高。將這一數(shù)據(jù)傳輸單元與云平臺相結(jié)合作為遠(yuǎn)程設(shè)備與調(diào)控器通信的網(wǎng)絡(luò)傳輸層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測與接收處理。4G DTU數(shù)據(jù)傳輸單元集成了TCP/IP、MQTT、HTTP等多種協(xié)議，支持網(wǎng)絡(luò)透傳模式，且支持各運(yùn)營商的4G網(wǎng)絡(luò)。用戶采用SIM卡連接網(wǎng)絡(luò)，提高了采集數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)母咝院徒M網(wǎng)的靈活性。同時，4G DTU具備網(wǎng)絡(luò)心跳包設(shè)置、斷線重連等功能，保證了數(shù)據(jù)監(jiān)測信息的完整性和穩(wěn)定性。

1.1.3 控制模塊 根據(jù)火龍果農(nóng)場定時補(bǔ)光的需求，需要精準(zhǔn)定時控制、運(yùn)算速度快、遠(yuǎn)程物聯(lián)網(wǎng)控制、數(shù)據(jù)采集和后期智能控制等功能，因此系統(tǒng)核心控制器采用SUK2N-1412MR/MT型PLC，該P(yáng)LC內(nèi)部有26點(diǎn)I/O接口、指令執(zhí)行時間為1～10 μs、16 K EEPROM 程序容量，可采用 12 V 電壓進(jìn)行供電，其結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定，具有較高的性價比。調(diào)控器使用CJX2-6 511交流接觸器和CHNT的4P斷路器實(shí)現(xiàn)PLC對LED燈組的調(diào)控。

1.1.4 補(bǔ)光模塊 補(bǔ)光模塊選取黃光的LED燈，其額定功率為15 W，采用先進(jìn)的LED半導(dǎo)體照明，比傳統(tǒng)熒光燈節(jié)約50%耗電，且LED燈的工作壽命達(dá)到 30 000 h，是傳統(tǒng)熒光燈的 20 倍，能有效降低實(shí)施成本。保障LED燈長期穩(wěn)定地工作，是火龍果補(bǔ)光的必要條件。LED燈在2個田塊中安裝完成后，采用380 V交流電直接供電，為避免使用過程中由于電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致LED燈組燒毀，使用CHNT的4P斷路器進(jìn)行過載保護(hù)，LED燈組安裝示意如圖2所示。

圖2 LED補(bǔ)光燈Fig.2 LED fill-in light

1.1.5 用戶交互模塊 用戶交互模塊主要包括調(diào)控器上的指示燈和按鈕以及云平臺，指示燈用于表明當(dāng)前補(bǔ)光燈的工作狀態(tài)，按鈕用于調(diào)控器的工作模式切換，避免指令沖突導(dǎo)致調(diào)控器停止工作，以及云平臺完成閾值設(shè)定和遠(yuǎn)程控制補(bǔ)光調(diào)控器等操作。

1.2 硬件電路設(shè)計(jì)

調(diào)控器電源采用380 V交流電進(jìn)行直接供電，其余內(nèi)部電路采用三相四線的方式接入電源，在引入電源處加4P空氣開關(guān)進(jìn)行電路保護(hù)，避免電壓波動導(dǎo)致設(shè)備燒毀、損壞。通過接線將電壓由380 V降為220 V，但電流仍然過大，無法使用普通空氣開關(guān)進(jìn)行控制，所以采用2個CJX2s-6511型接觸器對不同LED燈組進(jìn)行控制，并加入DZ47-63 C63型空氣開關(guān)斷路器用于保護(hù)電路，避免電路由于過載、過熱導(dǎo)致的短路。并使用變壓器將220 V電壓轉(zhuǎn)化為12 V電壓為通信模塊、PLC控制器供電，如圖3所示。

圖3 硬件電氣接線圖Fig.3 Hardware electrical diagram

1.3 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要包括數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、PLC控制程序和軟件控制程序，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸與調(diào)控器控制的功能，如圖4所示。

圖4 調(diào)控器上位機(jī)軟件功能架構(gòu)Fig.4 Function diagram of upper computer software of controller

其中調(diào)控器以SUK2N-1412MR/MT型PLC為核心控制元件，將空氣開關(guān)、交流接觸器等作為執(zhí)行器件，設(shè)計(jì)了LED燈的調(diào)控功能，用1個轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行手動模式、自動模式、遠(yuǎn)程模式的切換。

手動模式主要用于系統(tǒng)停機(jī)檢修和維護(hù)調(diào)試，也可用于農(nóng)戶按照經(jīng)驗(yàn)對火龍果進(jìn)行補(bǔ)光調(diào)控，當(dāng)系統(tǒng)處于手動模式時，農(nóng)戶按下LED燈組1或LED燈組2的開關(guān)，對應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，顯示元件啟動，提醒農(nóng)戶當(dāng)前系統(tǒng)正處于補(bǔ)光中。自動模式主要用于系統(tǒng)長時間自動運(yùn)行狀態(tài)下，依據(jù)提前設(shè)定好的閾值，調(diào)控器自動執(zhí)行對應(yīng)操作，并開啟對應(yīng)的LED燈組的指示燈，實(shí)現(xiàn)火龍果的自動補(bǔ)光。遠(yuǎn)程模式主要通過云平臺實(shí)現(xiàn)對補(bǔ)光燈調(diào)控器的遠(yuǎn)程操控，實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)光、無人值守。

1.3.1 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 LED 植物補(bǔ)光燈調(diào)控器對應(yīng)4G DTU數(shù)據(jù)傳輸單元的底層數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，共8位。數(shù)據(jù)傳輸單元在完成對PLC的數(shù)據(jù)讀取后，將PLC的串口數(shù)據(jù)或下發(fā)指令打包，通過無線網(wǎng)絡(luò)按照給定通信格式上傳至服務(wù)器或下發(fā)至PLC調(diào)控器。

數(shù)據(jù)傳輸單元除了具有網(wǎng)絡(luò)透傳功能外，還具有注冊包功能。注冊包的作用是為了讓服務(wù)器能夠正確識別數(shù)據(jù)的來源，注冊包功能示意圖如圖5所示，注冊包向服務(wù)器發(fā)送的形式分為2種：一是在USR-G780 與服務(wù)器建立連接時發(fā)送1次；二是作為數(shù)據(jù)包的包頭同數(shù)據(jù)包一同發(fā)送過去。

圖5 注冊包功能示意圖Fig.5 Schematic diagram of registration package function

圖6中的代碼表的解釋如下：T1～T4為數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸^；T5～T7為LED燈組代碼地址或其他控制功能代碼，T8為異或校驗(yàn)，用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容是否存在缺失，避免誤操作。其控制邏輯的主要功能為接收調(diào)控器的補(bǔ)光數(shù)據(jù)，通過自定義數(shù)據(jù)傳輸代碼的意義，各位代碼代表的意義如圖6所示，從而使得不同地址的LED燈組分別按照預(yù)定的閾值進(jìn)行變換，或依據(jù)實(shí)時下發(fā)的控制指令對相應(yīng)的LED燈組進(jìn)行控制，并返回相應(yīng)的控制結(jié)果。

圖6 通信協(xié)議設(shè)計(jì)Fig.6 Communication protocol design

上層通信協(xié)議用于服務(wù)器與客戶端之間的通信，上層數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)包由包頭和數(shù)據(jù)內(nèi)容構(gòu)成，如圖7所示。主要包含心跳包和客戶端下行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，心跳包的主要作用是為了使客戶端與服務(wù)器一直保持連接，防止客戶端因?yàn)殚L時間與服務(wù)器沒有數(shù)據(jù)交換發(fā)生掉線，心跳包設(shè)置發(fā)送間隔為每30 s 1次。服務(wù)器要處理多個客戶端發(fā)送過來的命令請求，因此需要對每個心跳包的數(shù)據(jù)來源加以區(qū)分。

圖7 心跳包通信協(xié)議格式Fig.7 The communication protocol format of the heartbeat packet

客戶端發(fā)送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)有以下2種，用戶登錄信息和通過服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)庫的指令。為了保證服務(wù)器的返回消息能準(zhǔn)確發(fā)送到目標(biāo)客戶端上，用戶發(fā)送到服務(wù)器的命令幀除了要有命令內(nèi)容外，還需要包含用戶 ID、客戶端 IP 地址和端口號等信息，客戶端下行數(shù)據(jù)總體通信協(xié)議如圖8所示。

圖8 客戶端下行數(shù)據(jù)總體通信協(xié)議格式Fig.8 The overall communication protocol format of the downlink data of client

1.3.2 PLC 調(diào)控策略設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)功能需要，綜合日后功能擴(kuò)展應(yīng)留有適當(dāng)余量，選擇SUK2N型PLC，確定2個數(shù)字量輸入、2個數(shù)字量輸出，實(shí)現(xiàn)對田間2組LED燈的手動/自動/遠(yuǎn)程的3種控制模式設(shè)計(jì)，PLC的資源分配如表1所示。

表1 PLC資源分配表Table 1 PLC resource allocation table

考慮到設(shè)備功能異常等特殊原因，手動控制時信號不再經(jīng)過PLC運(yùn)算，使用按鈕、繼電器等常規(guī)控制方法進(jìn)行手動控制。由于PLC輸出功率有限，而外部負(fù)載功率需要根據(jù)外部環(huán)境確定，且工作時長不確定，若用PLC直接驅(qū)動負(fù)載容易將對應(yīng)的輸出點(diǎn)擊穿，因此采用中間繼電器進(jìn)行逐級功率放大，進(jìn)行調(diào)控。

系統(tǒng)分為手動、自動、遠(yuǎn)程3種運(yùn)行模式。手動模式用于系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維護(hù)檢修及火龍果特定狀態(tài)下的補(bǔ)光操作。在手動模式下，工作人員先將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至手動模式，之后按下對應(yīng)燈組的啟動按鈕，開啟對應(yīng)LED燈組進(jìn)行火龍果補(bǔ)光，直至操作人員按下停止按鈕，調(diào)控器停止動作，補(bǔ)光停止。在自動模式中，工作人員只需將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)至自動模式，系統(tǒng)首先進(jìn)行初始化動作，將PLC內(nèi)部時鐘校對為標(biāo)準(zhǔn)時間，然后將設(shè)定的閾值與PLC內(nèi)部時鐘不斷進(jìn)行對比，若內(nèi)部時鐘達(dá)到設(shè)定值下限，則調(diào)控器調(diào)控對應(yīng)LED燈組對火龍果進(jìn)行補(bǔ)光，若內(nèi)部時鐘達(dá)到設(shè)定上限，補(bǔ)光停止。在遠(yuǎn)程模式下，操作人員通過軟件平臺對調(diào)控器進(jìn)行控制，通過軟件下發(fā)開啟指令，經(jīng)通信模塊傳輸至PLC，PLC將該信號轉(zhuǎn)換成電信號，對不同LED燈組開關(guān)進(jìn)行控制，控制程序如圖9所示。為了避免用戶使用時造成控制沖突，導(dǎo)致調(diào)控器損壞，需要進(jìn)行相應(yīng)的模式切換，調(diào)控器才能進(jìn)行正常工作。切換時需要將調(diào)控器上的工作模式切換按鈕轉(zhuǎn)換至對應(yīng)的工作模式下，才可對補(bǔ)光燈進(jìn)行相應(yīng)的操作。

圖9 PLC控制策略Fig.9 PLC control strategy

1.3.3 遠(yuǎn)程控制軟件設(shè)計(jì) 遠(yuǎn)程控制軟件主要實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置、發(fā)送、接收并對補(bǔ)光參數(shù)進(jìn)行顯示等相關(guān)操作。系統(tǒng)通電后，調(diào)控器進(jìn)行初始化，并將PLC調(diào)控器的內(nèi)部時鐘與標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行校對，根據(jù)相應(yīng)的工作模式進(jìn)入下一步工作，在遠(yuǎn)程控制模式下，可對不同的LED燈組進(jìn)行控制，并將控制結(jié)果以及燈組的工作狀態(tài)返回到遠(yuǎn)程操作平臺上；在自動工作模式下，先進(jìn)入閾值設(shè)置界面，用戶可根據(jù)火龍果不同生長時期進(jìn)行補(bǔ)光時間設(shè)置，然后系統(tǒng)將閾值時間與PLC內(nèi)部時鐘進(jìn)行對比，判斷是否處于閾值時間內(nèi)，處于閾值時間則開啟接觸器使補(bǔ)光燈保持工作；若超出閾值時間則斷開接觸器使補(bǔ)光燈停止工作，并將補(bǔ)光燈的實(shí)時工作狀態(tài)每30 min進(jìn)行更新并上傳至軟件平臺。

圖10展示了PC端調(diào)控和移動端調(diào)控界面。軟件工作流程如圖11所示。

圖10 PC端和移動端補(bǔ)光調(diào)控界面Fig.10 Fill light control interface of PC end and mobile end

圖11 控制軟件流程圖Fig.11 Flow chart of control software

2 生產(chǎn)試驗(yàn)與結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

為了檢驗(yàn)火龍果智能調(diào)控器在實(shí)際生產(chǎn)過程中的應(yīng)用效果和實(shí)際生產(chǎn)價值，于2020年8月在廣東省云浮市新興縣火龍果種植園內(nèi)，開展控制柜的布署，進(jìn)行設(shè)備性能測試。并于2020年9—11月在火龍果果園進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)。

2.2 設(shè)備安裝

該設(shè)備整體結(jié)構(gòu)具有輕巧、簡易、易攜帶以及安裝方便等特點(diǎn)。設(shè)備實(shí)物圖如圖12所示，控制系統(tǒng)固定在絕緣防水箱體外殼內(nèi)部，箱體外殼通過復(fù)雜支架安裝于墻體之上。安裝使用時將380 V電源經(jīng)箱體下方防雨口引端子相連接即可。該火龍果補(bǔ)光燈調(diào)控器已在廣東省云浮市新興火龍基地進(jìn)行運(yùn)行測試，設(shè)備運(yùn)行情況如圖13所示。

圖12 補(bǔ)光燈調(diào)控器Fig.12 Fill light controller

圖13 補(bǔ)光調(diào)控效果Fig.13 Fill light control effect

2.3 設(shè)備性能測試

對調(diào)控器在不同工作模式下補(bǔ)光燈的響應(yīng)時間和穩(wěn)定性進(jìn)行測試，并記錄不同模式下的響應(yīng)時間和穩(wěn)定程度。

2.3.1 響應(yīng)時間測試 在調(diào)控器安裝完成，并接入380 V電壓以及LED燈組的電源線路后，對調(diào)控器的不同工作模式進(jìn)行現(xiàn)場測試，測試其從指令下發(fā)到燈組響應(yīng)耗時記錄如表2所示。經(jīng)多次測試后，得出調(diào)控器在手動、自動和遠(yuǎn)程工作模式下的響應(yīng)時間基本均不超過3 s。在長時間使用過程中發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)程模式通過調(diào)控器對火龍果補(bǔ)光燈進(jìn)行操作受到其他因素影響，如信號不佳、雷雨天氣等，干擾導(dǎo)致燈組響應(yīng)時間超過3 s。

表2 燈組1和燈組2不同工作模式下響應(yīng)時間Table 2 Response time of lamp group 1 and lamp group 2 in different working modes s

2.3.2 工作穩(wěn)定性測試 現(xiàn)場進(jìn)行為期 30 d，每次補(bǔ)光4 h，預(yù)計(jì)補(bǔ)光120 h的調(diào)控器試驗(yàn)。在自動模式下，對LED燈的開啟成功和關(guān)閉成功的4條控制指令，和8條補(bǔ)光狀態(tài)的查詢指令，共12條指令進(jìn)行記錄。系統(tǒng)后臺查詢發(fā)送包總次數(shù)為360次，接收回應(yīng)總次數(shù)為348次，根據(jù)公式丟包率=(發(fā)送包總次數(shù)-接收回應(yīng)總次數(shù))/ 發(fā)送包總次數(shù)×100%，計(jì)算得出，丟包率約為3%，滿足實(shí)際應(yīng)用情況。且經(jīng)過后期自2020年9月該設(shè)備布署后至今，設(shè)備故障次數(shù)為10次。設(shè)備故障率低，滿足調(diào)控器長期使用的需求。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)火龍果生長特點(diǎn)，火龍果果園現(xiàn)場種植戶、火龍果領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)以及陳丹等[24-26]、卓福昌等[27]針對火龍果補(bǔ)光光源、補(bǔ)光時長的研究結(jié)果，設(shè)計(jì)以下試驗(yàn)方案。在相同的種植條件下劃分甲乙2組，種植面積均為10 666 m2。在甲組種植區(qū)域內(nèi)，選取LED燈作為光源，LED燈采用懸吊安裝方式，懸掛位置距離結(jié)果枝條80～100 cm，安裝開口直徑為13.5 cm的LED燈共2 210盞，對火龍果進(jìn)行夜間補(bǔ)光，每次補(bǔ)光設(shè)定為4 h，與處于自然生長狀態(tài)的乙組進(jìn)行對照試驗(yàn)，并記錄火龍果補(bǔ)光時長及產(chǎn)量。由試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表3)可知，補(bǔ)光生長的火龍果與自然生長的火龍果相比，補(bǔ)光條件下掛果時間提前2～4 d，總產(chǎn)量提升約16.7%，具備良好的經(jīng)濟(jì)效益。且通過火龍果補(bǔ)光系統(tǒng)補(bǔ)充光照可有效地促進(jìn)火龍果植株抽花、結(jié)果，進(jìn)一步完善補(bǔ)光措施及其配套技術(shù)，可為火龍果冬春季果實(shí)反季節(jié)生產(chǎn)提供技術(shù)應(yīng)用參考。

表3 補(bǔ)光與自然條件下的火龍果產(chǎn)量指標(biāo)Table 3 Pitaya yield index under supplemental light and natural conditions

3 結(jié)論

本文研發(fā)了一種基于PLC技術(shù)的火龍果補(bǔ)光智能調(diào)控器，針對火龍果生長發(fā)育的補(bǔ)光需求進(jìn)行補(bǔ)光，通過核心處理器的模擬信號，控制指定LED燈組，實(shí)現(xiàn)光照時長的自動調(diào)控。調(diào)控器擁有多種工作方式(手動、自動和遠(yuǎn)程) ，通過將LED燈組的發(fā)射光譜與作物的選擇性吸收光譜相匹配，用于田間火龍果補(bǔ)光，實(shí)現(xiàn)不同階段不同環(huán)境下火龍果的智能、精確、定量補(bǔ)光。試驗(yàn)證明，火龍果智能補(bǔ)光調(diào)控器能滿足火龍果補(bǔ)光需求，補(bǔ)光后火龍果產(chǎn)量提升約16.7%，有助于增加15%～20%的經(jīng)濟(jì)效益，且設(shè)備具有穩(wěn)定性良好、響應(yīng)速度快、維護(hù)簡單和布署靈活等特點(diǎn)，具有良好的推廣應(yīng)用前景。