基于ZigBee的植物生長柜均勻照度調節系統

陳紅豆+劉昆+郭玉林+秦建華

（1.天津職業技術師范大學，天津 300222；2.天津市信息傳感與智能控制重點實驗室，天津 300222）

摘 要：本文通過ZigBee網絡通信技術、傳感器檢測技術、控制技術以及相應的硬件結構，對LED燈板多個位置的LED燈進行實時檢測和調節，使得植物生長柜每個栽培層不同位置的植物所受到LED燈板照射的強度相同，最終使得栽種出來的植物具有一致的生長長勢和形態。

關鍵詞：ZigBee技術；植物生長柜；多點檢測；光照均勻性

中圖分類號：S-3 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230004

植物生長柜通過LED光源板來為植物提供光照， LED發光具有匯聚性，植物的生長具有向光性，這就使得植物生長柜每一栽培層的中間部位比四周光照強度大，導致不同位置植物的生長速度、形態和生長方向不一致，因此，采用一種可以使栽培層不同位置植物所受光照強度大小相同的調節系統是非常有必要的。

1 系統總體設計

1.1 硬件設計

每個光照度檢測模塊包括5個照度傳感器和5個Getdate.ZigBee通信裝置，兩者通過RS485串口線相連，分別放置在栽培層四周和中間位置，多點同時檢測這5個不同位置處的光照強度數據，并且將數據通過ZigBee無線方式發送給Transmit.ZigBee通信裝置。控制器模塊包括控制器和Transmit.ZigBee通信裝置，控制器采用32位低功耗微控制器STM32C8T6芯片作為控制核心，控制器對Transmit.ZigBee通信裝置接收的5個數據進行對比分析，得出控制信號，然后通過Transmit.ZigBee通信裝置采用無線通信方式將控制命令發送到執行模塊。執行模塊包括Control.ZigBee通信裝置、驅動器和LED光源板。LED燈用混連方式連接，采用恒壓源進行驅動，采用PWM波形調光。Control.ZigBee裝置接收的控制信號為LED燈板四周和中間5處區域的電流信號，不同電流對應不同的光照度，實現LED光源板的調光。

1.2 軟件設計

ZigBee軟件開發環境，IAREmbeddedWorkbench（簡稱EW）是目前世界上最容易使用且最完整的嵌入式應用開發工具，可為多種8/16位/32位ARM微處理器提供軟件開發環境，針對不同微處理器，EW可提供相同開發環境界面便于用戶使用[1]。本文以IAR軟件為設計平臺，對ZigBee2007協議棧開發移植，實現ZigBee協議優化及系統應用程序開發設計。

ZigBee通信協議，Getdate.ZigBee通信裝置、Transmit.ZigBee通信裝置和Control.ZigBee通信裝置之間要進行數據傳輸依賴ZigBee協議，本文采用TI公司推出的符合ZigBee規范的Z-Stack為協議棧，在栽培層設計無線傳感器網絡節點時，不需要修改底層驅動程序，只需要調用API函數接口即可完成相應開發設計。在系統的設計中，控制模塊主要完成網絡結構、光強調控決策處理以及PWM信號下發等功能，其軟件主要包括ZigBee協議移植、調光決策處理程序、時鐘程序等子程序，其他2個模塊軟件設計過程類似。

2 系統測試

為了能夠進一步評價本系統的光照均勻性，特選用國內領先的一種專門用于植物生長的燈板—廈門通士達熒光燈作為對照組，與本系統的ZigBee多點控制LED植物生長燈進行光照對比。用光量子流密度計測量的數據如表1所示。

從表1可知，對照組1和2的栽培層光照強度呈現中間最高，越往四周越低的趨勢。由于本系統的LED植物生長燈是通過ZigBee無線通訊技術的多點控制。對于LED等板來說，中間區域的亮度低，四周亮度稍高，這樣的控制彌補了栽培層中間區域所受到的光照強度大的不足，使栽培層不同位置的光照強度較均勻。本文設計的基于ZigBee的植物生長柜均勻照度調節系統，不僅可以使得植物生長柜每層不同區域植物所受到的光照強度相等，也可以減少植物生長柜中各模塊之間的布線數量，使得植物生長柜所收獲的植物產品具有一致的生長趨勢和形態，達到既滿足植物工廠需求又能夠節能的目的，有很高的實用性。

參考文獻

[1]江修波.ZigBee技術及其應用[J].低壓電器，2007（8）：15-17.

作者簡介：陳紅豆（1992-），女，陜西渭南，研究生，主要研究方向：控制理論和控制工程。