基于MSP430的智能自適應(yīng)間斷光控系統(tǒng)

摘 要： 為了克服現(xiàn)有補(bǔ)光系統(tǒng)補(bǔ)光時(shí)間、補(bǔ)光程度不能調(diào)節(jié)，全光譜不能被光合作用充分利用的缺點(diǎn)，系統(tǒng)基于MSP430單片機(jī)，利用光合作用光反應(yīng)速率大于暗反應(yīng)的原理，將持續(xù)補(bǔ)光改進(jìn)為間斷補(bǔ)光，避免浪費(fèi)光反應(yīng)產(chǎn)物，抑制暗反映；由光敏傳感電路檢測當(dāng)前環(huán)境光強(qiáng)，以設(shè)定占空比進(jìn)行間斷補(bǔ)光至最適宜該植物生長的光強(qiáng)；采用紅色∶藍(lán)色為5∶1的高亮LED燈組代替普通補(bǔ)光燈，光譜吸收率高。該系統(tǒng)創(chuàng)新、高效、節(jié)能，適合溫室、大棚、家庭等廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 間斷； 補(bǔ)光； MSP430； 光反應(yīng)； 暗反應(yīng)； 節(jié)能

中圖分類號(hào)： TN911.74?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）03?0162?03

0 引 言

傳統(tǒng)的溫室大棚光照系統(tǒng)，在光照強(qiáng)度不夠的情況下就進(jìn)行補(bǔ)光，補(bǔ)光的時(shí)間不能調(diào)節(jié)，是一直亮著的，而且補(bǔ)光的程度都一致，不能調(diào)節(jié)。這樣在有些情況下，不僅會(huì)浪費(fèi)多余的光照，浪費(fèi)了寶貴的電能，不利于節(jié)能減排，而且如果外界環(huán)境中的光照強(qiáng)度加上補(bǔ)光產(chǎn)生的光照強(qiáng)度的總和超過了植物的光飽和點(diǎn)，這樣對(duì)于植物的生長不但沒有幫助，還會(huì)由于光照強(qiáng)度過強(qiáng)對(duì)植物的光合作用產(chǎn)生抑制作用[1]。傳統(tǒng)補(bǔ)光燈通常為白光，白光中大部分光譜能量都不能被光合作用利用。傳統(tǒng)補(bǔ)光燈的成本，以滿足1 m×1 m×1 m空間補(bǔ)光，電費(fèi)以0.6元/度，一個(gè)月以30天計(jì)算，一盞普通功率40 W，持續(xù)照射1個(gè)月耗能28.8度，需要5盞，合計(jì)電費(fèi)86元，5盞燈售價(jià)約400元，支架、電線約30元，總計(jì)516元，超出大部分農(nóng)戶及家庭的承受能力。因此傳統(tǒng)補(bǔ)光燈不但浪費(fèi)能源，而且價(jià)格高昂，適用性較差。

本光控裝置，可以依據(jù)當(dāng)前環(huán)境光強(qiáng)變化進(jìn)行間斷補(bǔ)光，將光強(qiáng)補(bǔ)至最適宜該植物生長的光飽和點(diǎn)，以可調(diào)占空比間斷補(bǔ)光，光飽和點(diǎn)可通過編程設(shè)定。采用紅色∶藍(lán)色為5∶1的高亮LED燈組進(jìn)行補(bǔ)光，光合作用利用率最佳。操作簡單，高效節(jié)能，價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

項(xiàng)目系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

系統(tǒng)采用了美國TI公司的低功耗MSP430系列芯片作為主控模塊[2]。通過由光敏電阻為核心的采光模塊對(duì)目前的環(huán)境中的光照強(qiáng)度進(jìn)行采樣，再利用了MSP430系列單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行分析處理，從而對(duì)具有明顯補(bǔ)光效果的LED陣列補(bǔ)光模塊進(jìn)行控制。

圖1中，將裝置接入220 V交流電，經(jīng)過適配器將220 V交流電轉(zhuǎn)化為14 V直流電，為光敏電阻及LED燈組供電。光敏電阻將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)ACD模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)MSP430系列單片機(jī)每隔1 s采樣，與單片機(jī)程序預(yù)設(shè)值進(jìn)行比對(duì)（設(shè)光飽和點(diǎn)為18 kLux，一組LED燈組在距離1 m處光強(qiáng)為6 kLux）。當(dāng)外界光照強(qiáng)度大于18 kLux時(shí)不點(diǎn)燈，當(dāng)12 kLux<光強(qiáng)<18 kLux，⑥單片機(jī)給⑦功率放大器點(diǎn)燈控制信號(hào)，點(diǎn)一盞⑩燈；當(dāng)6 kLux<光強(qiáng)<12 kLux，⑥單片機(jī)給⑦⑧功率放大器點(diǎn)燈控制信號(hào)，點(diǎn)兩盞⑩11燈；當(dāng)光強(qiáng)<6 kLux，⑥單片機(jī)給⑦⑧⑨功率放大器點(diǎn)燈控制信號(hào)，點(diǎn)三盞⑩1112燈。