钱春花 强鹤群 薛亮 杨娟

摘 要：本文以苏州农业职业技术学院与太仓现代农业园的院区结对科技服务项目为例，基于物联网技术设计了一个无线智能植物LED光照系统，主要内容如下：1）基于LED的彩色光源设计；2）远程无线传输技术研究；3）远程控制软件开发。

关键词：无线控制；物联网；LED

一、研究背景

众所周知，植物的生长离不开光照。而目前我国大部分地区雾霾天气较多，光照时间和强度不断下降。光照不足导致的后果就是植物的光合作用受到抑制，在植物的育苗生长期导致植物根系生长弱，影响苗的移栽成活率，从而影响商品苗的质量和经济价值。

本项目所设计的无线植物LED光照系统能够在植物生长的不同周期给予植物所需的光照补充，提高植物育苗的质量和移栽成活率，提高植物的在开花结果阶段的生长和成熟速度，对于提高作物花卉等经济型植物的质量和经济效益具有重要的意义。

二、相关技术简介

本项目的研究主要采用了Zigbee技术，串口通信技术，Java Android技术，下面对这三项技术做简要介绍。

ZigBee 技术：IEEE.802.15.4无线协议下开发出的网络协议，频段免费，可靠性高，构成的网络拓扑结构强。选择 ZigBee 技术作为本项目的通信标准主要考虑了光照系统环境和主控机房之间通信的特点。

串口通讯技术：通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本。

Java Android技术：Java语言属于面向对象的高级语言，可移植性比其他高级语言强，更加方便 Android应用程序的开发。

三、基于LED的彩色光源设计

光照在作物生长中占据主导地位，尤其是植物在育苗、生长、开花结果的不同阶段，对于光照的要求是有差异的，主要体现在对光谱不同分量的配比要求上。

目前市场上植物光照系统所采用的材料主要是荧光灯，高压钠灯，日光色镝灯等，这些光源存在能耗高，效率低，热光源也会引起温度的升高，不利于作物的生长等缺陷。尤其最主要的是这些光照系统颜色单一，不能实现光谱的调节。

本项目所设计的无线智能光照系统，采用LED光源，电光转换效率高，能耗低，特别是能够实现光谱分量的不同比例调节，能够针对不同作物在不同生长阶段提供不同的光照，真正实现植物生长的精准控制。本项目所设计的LED彩色光源如图1所示。

四、远程无线传输技术研究

本项目所涉及的数据远程传输包括基于Zigbee的局部區域数据无线传输和基于4G网络的远程数据无线传输，能够实现所有数据及控制信号的可靠的无线传送。

本项目在实际研发中选择CC2530芯片作为研发的核心微处理器。CC2530提供了一个强大的ZigBee远程控制解决方案，因此，在CC2530上开发自己的应用更加方便。但是目前多数计算机都已经没有串口电路，而CC2530在进行信号传输时，需要串口通信。因此，本项目采用USB转RS232的方式来解决串口通信问题。远程数据传输集成模块如图2所示。

五、远程控制软件开发

本项目在控制软件方面开发了Windows和Android两个版本，应对不同的市场需要。

本项目所设计的无线智能植物LED光照系统已经在苏州农业职业技术学院，太仓市现代农业园区得到应用，取得了良好的效果，如图3和图4所示。

参考文献：

[1] 许伟.基于ZigBee和3G网络的茶园监测系统设计与实现.福建农林大学[D].2016.

[2] 彭志兵.基于ZigBee无线传感器网络的田间数据采集拥塞缓解方法研究[D].内蒙古大学，2016.

[3] 李道亮.农业物联网导论.科学出版社[M].2012.

[4] 徐圆圆，等.LED光源在植物工厂中的应用.现代农业科学[J].2016.

项目名称：

2016年苏州农业职业技术学院结对农业园区科技服务项目（基于物联网的光照自动控制技术应用与信息化平台建设服务）