全数字智能LED植物补光灯控制系统_徐秀知(精)

全数字智能 LED 植物补光灯控制系统

徐秀知 1, 2

, 王淑凡 1, 王

巍 2, 3, 牛萍娟 2,

3

(1. 天津工业大学电子与信息工程学院, 天津 300387; 2. 天津工业大学大功率半导体照明应用系统教育部工程研

究中心, 天津

300387; 3. 天津工业大学电气工程与自动化学院, 天津

300387

摘要:提出了一种多参数可编程的全数字 LED 植物补光灯控制系统, 基于CPLD 设计了控制系统的控制盒、智能

驱动器及 LED 植物补光灯头;

根据实际情况设定了控制盒与智能驱动器之间的数据传输协议, 并进行了功能仿真 . 结果表明:该系统可以针对不同植物、或同一植物在不同生长阶段的光质需求, 有效地控制不同地址的 LED 植物灯红、蓝两基色达到预设的光照度灰度值, 并输出相应的 PWM 占空比, 满足植物按需补光的要求 .

关键词:CPLD ; 全数字; 智能控制; LED ; PWM 中图分类号:TN873

文献标志码:A

文章编号:1671-024X (2012 04-0057-04

All-digital intelligent control system of LED plant light supplement lamp

XU Xiu-zhi 1, 2, WANG Shu-fan 1, WANG Wei 2, 3, NIU Ping-juan 2,

3

(1. School of Electronics and Information Engineering , Tianjin Polytechnic University , Tianjin 300387, China ; 2. Engi -neering Research Center of High Power Solid State Lighting Application System of Ministry of Education , Tianjin Poly -technic University , Tianjin 300387, China ; 3. School of Electrical Engineering and Automation , Tianjin Polytechnic U -niversity , Tianjin 300387, China

Abstract :An all-digital multi-parameter programmable control system of LED plant light supplement lamp is proposed. In

the control system , the control box , the intelligent driver and LED lamp are designed based on CPLD. According to the actual situation , the data transfer protocol between the intelligent driver and the control box is set. Func -tional and timing simulation is done to the control system. The results show that the system can control red and blue color brightness of different address LED lamps to reach the preset light intensity gray value according to the light quality requirements of different plants , or of the same plants at different growth stages. Finally , the corre -sponding PWM control signal is output to meet the light supplement of plant.

Key words :CPLD ; all-digital ; intelligent control ; LED ; PWM

第 31卷第 4期 2012年 8月

天津工业大学学报

JOURNAL OF TIANJIN POLYTECHNIC UNIVERSITY

Vol.31No.4August 2012

收稿日期:2012-03-01

基金项目:天津市科技支撑计划重点项目 (10ZCGYGX18300

通信作者:徐秀知 (1978— , 女, 博士, 讲师 . E-mail :fxuxiuzhi@

光是植物生长发育的基础, 植物光合作用在可见

光光谱 (380~760nm 范围内, 所吸收的光能占其生理辐射光能的 60%~65%, 其中主要以波长 610~720nm 的红、橙光以及波长 400~510nm 的蓝、紫光为吸收峰值区域 [1-2]. LED 植物补光灯正是基于上述理论, 以红、蓝 LED 为光源,依照植物生长规律所需要的太阳光, 用灯光代替太阳光给植物补光的一种灯具 . LED 与传统光源相比具有光源纯、波长类型多、节能环保、使用寿命长、发热少和易于控制等优点, 同时随着半导体技术的发展, LED 已越来越广泛的应用于农业生产 [3-4].

现有 LED 植物补光装置一般通过采用红蓝灯珠固定

配比的方法实现定光照度、定光质的补光方式 [5-6], 未考虑植物环境光照条件、环境温度等因素, 因此不能满足不同植物或同一植物不同生长阶段的不同光质需求,从而造成植物补光不足或过度等现象 . 为了解决现有 LED 植物补光装置的不足, 本文基于 CPLD 设计了一种全数字智能 LED 植物补光灯控制系统, 可以针对植物在不同阶段不同环境下的需光量, 通过预设温度、红蓝光照度等补光信息, 实现多盏 LED 植物灯各自红、蓝二基色的预设值, 并输出相应的 PWM 占空

天津工业大学学报第 31卷

比信号, 即不需要改变红蓝灯珠的配比, 而是根据植物外界环境, 利用数字智能调控技术来实现不同的 R/B 比, 以满足对不同植物按需补光的要求 [7].

1总体设计方案