尹一卓?申楚仪?李钦伟

摘要：目前，在北方地区的室内种植蔬菜时，由于不能保证植物得到充足的阳光，需要用人工光源进行补光，而补光的时间和强度是靠工作人员去控制，所以无法达到精确控制。本设计以温室大棚黄瓜幼苗为研究对象，根据其生长所需的光谱，通过单片机控制LED光源的开关。电路的设计部分主要是结合单片机的设计控制电路，能根据光照度和定时控制的要求对黄瓜幼苗进行补光，从而促进其达到最优化生长。该系统既节能有环保、稳定性好、安全性高等，在智能温室大棚控制方面具有非常好的应用和前景。

关键词：LED植物生长灯；光合作用；光照强度；DS1302时钟芯片

1.前言

光照是影响植物光合作要的重要因素，关乎到植物生长过程中的光合作用，而光合作用的强弱又与绿色植物的叶绿素所吸收的光谱有关。近几年随着农业科技的不断进步以及人们生活品质的提高，LED产业发展迅速，人们发现LED灯与传统光源相比有着诸多的优点，包括寿命、体积、质量、能耗等方面，所以LED的使用率和适用范围越来越广。近年来，全球范围内在园艺、植物栽培等领域都内开始得到广泛的关注。本设计是以基于单片机的植物生长通过研究植物光合作用的光照信息，选定相应光谱的LED灯实现对植物的补光的一种LED光控系统的，也就是我们常说的植物生长灯。目的是通过传感器对植物的生长所需要的光照情况进行检测，控制LED灯实现对进行补光。目前在植物種植领域有着很广阔的前景，LED照明系统代替传统照明也将是未来的一种趋势。

2.系统设计框架

设计系统为六个模块，分别是时钟模块、电源模块、LED驱动模块、LCD显示、单片机控制和检测光照度的光强检测模块部分。

图1系统结构图

在实验模拟条件下，电源部分是采用USB供电或5V外接电池供电，LED负载的控制开光用IRF9540场效应管，光照传感器部分是GY—30数字光模块根据光强的变化控制红色和蓝色LED负载的开关。时钟部分是用DS1302低功耗实时时钟芯片，用来提供秒、分、时、日、星期、月、年和监测时间的功能，再通过LCD1602显示屏显示时间信息。总控制部分的核心则是采用一种速度快、能耗低的STC89C52RC芯片，根据系统中光照度传感器事实采集到的数据进行计算处理从而实现对植物精确补光。

3.硬件设计

系统的总体设计包括控制核心51 单片机芯片，显示时间和光照度的LCD1602显示屏，计时用的DS1302时钟芯片和12MHz的晶振，检测光强的GY—30数字光模块控制LED开光的MOS管IRF9540及LED红蓝灯，外加一块3V的备用电池防止断电对计时的影响。为了使植物能够在白天不在自然光的影响下每天保证9小时以上充足的光照时间，设计采用DS1302时钟芯片设置好LED补光灯的开启时间在早上7点到8点和15点到16点按时打开LED补光灯，配合光照度传感器，传感器采用GY—30数字光强传感器，8点到15点之间根据天气情况即光照强弱开关补光灯，设置光照度的阈值为2000lx，光线强不需要补光时即光照度大于2000lx时，自动关闭补光灯，光线弱时即光照度小于2000lx时，自动开启补光灯，其余时间熄灭补光灯。因为采用了由两个电源供电的DS1302时钟芯片，同时加装了LCD1602屏幕，可以实现精准计时（包括年月日等时间信息）并在液晶屏上显示，所以当突然断电时能够保证时钟继续计时，避免了由于断电的原因影响其时钟芯片的正常工作，从而使时间和控制更精确，既节约了电能又减少了人力。

4.软件设计

本设计的植物补光控制系统分为自动补光模式和定时补光两种工作模式，在自动补光模式下，STC芯片通过读取外界光照强度信息，然后和用户设置的光照度阈值进行对比分析控制补光灯的开关，即光照度小于设定的数值时补光灯不打开，反之则打开补光灯进行补光，并在液晶屏上显示相关信息。定时模式则是在用户设定好的时间内开启补光灯进行补光。利用C语言编写程序，利用Keil C51开发软件仿真与调试。

5.总结

本文是针对温室大棚内黄瓜幼苗的补光生长，通过查阅资料了解该品种的生长习性，对植物光合作用过程的理解和光合作用需要的光谱，确定其生长阶段所必需的光谱范围，开发了一款基于单片机的植物生长LED光控系统。采用DS1302定时芯片和GY—30数字光模块实现实时监测光照强度和时间信息，控制LED灯的开启和关闭，实现按需要精确补光，解决补光不足的问题，通过试验调试，该系统可以按照要求正常运行，便于操作，可实现对植物进行自动补光，满足设计要求。

参考文献：

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作者简介：尹一卓（1998.03）男，河北省石家庄市元氏县槐阳镇，黑龙江八一农垦大学本科在读。endprint