基于植物专家系统的智能LED光照控制系统设计.pdf

p第39 卷 第４ 期 2018 年４ 月 自 动 化 仪 表 PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATION Vol．39 No．４ Apr．2018 收 稿 日 期 2017-08-01 作 者 简 介 范 玮1998， 女， 在 读 本 科 生， 主 要 从 事 测 控 技 术 与 仪 器 方 向 的 研 究，E-mail10152938mail．ecust．edu．cn; 刘 济 通 信 作 者， 女， 博 士， 副 教 授， 主 要 从 事 工 业 过 程 建 模 与 控 制、 测 控 技 术 及 系 统 的 研 究，E-mailjiliuecust．edu．cn 基 于 植 物 专 家 系 统 的 智 能ＬED 光 照 控 制 系 统 设 计 范 玮 , 程 予 任 , 孟 昭 阁 , 刘 济 华 东 理 工 大 学 信 息 科 学 与 工 程 学 院， 上 海201４2４ 摘 要 光 照 度 是 植 物 生 长 的 重 要 环 境 因 素。 目 前， 我 国 植 物 工 厂 的 光 照 控 制 大 多 使 用 基 于 传 统 光 源 的 简 单 控 制 模 式; 即 使 少 数 使 用 了ＬED 光 源 的 系 统， 也 只 是 采 用 了 定 波 长、 定 光 强 的ＬED 光 源。 为 提 供 适 合 植 物 生 长 的 光 环 境， 设 计 了 基 于 植 物 专 家 系 统 的 智 能 ＬED 光 照 控 制 系 统。 该 系 统 采 用 红、 蓝 和 远 红 外3 色 光ＬED 组 成 的 发 光 模 块 控 制 光 照。 植 物 专 家 依 据 不 同 生 长 期 植 物 对 光 谱 的 选 择 性 吸 收 特 点， 设 定 各 色 光 在 各 生 长 期 的 光 照 度; 以 单 片 机 为 核 心 的 控 制 系 统 实 时 检 测 环 境 光 照 度， 并 与 专 家 设 定 值 进 行 比 较， 计 算 实 际 调 光 量; 由 脉 宽 调 制PWM 信 号 控 制 发 光 模 块 各 色 光 光 照 度。 控 制 系 统 具 有 光 照 度 超 限 报 警 及 温 湿 度 自 动 控 制 的 功 能， 既 可 以 实 现 光 环 境 的 自 动 控 制， 也 可 以 根 据 用 户 需 要 灵 活 调 控， 具 有 操 作 简 便、 控 制 精 确、 能 源 利 用 率 高 的 特 点。 关 键 词 植 物 专 家 系 统; 单 片 机; 脉 宽 调 制; 光 波 长 配 比; 光 照 度 中 图 分 类 号 TＨ89;TP273．5 nbsp; nbsp;文 献 标 志 码 A nbsp; nbsp;DOI10．16086/j．cnki．issn1000-0380．2017070066 nbsp;DesignoftheIntelligentLEDIlluminationControlSystem BasedonPlantExpertSystem FANWei，CＨENGYuren，MENGZhaoge，ＬIUJi SchoolofInationScienceandEngineering，EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai201４2４，China AbstractIlluminationisanimportantenvironmentalfactorforplantgrowth．Atpresent，lightcontrolinplantfactoryinour countryisstillworkingwithasimplecontrolmode，whichisbasedonthetraditionallightsources，theＬEDlightsourceisonly usedbyasmallnumberofsystems，andtheＬEDlightsourceisfixedwavelengthandlightintensity．Inordertoprovidethe suitablelightenvironmentfortheplantgrowth，anintelligentＬEDilluminationcontrolsystembasedonplantexpertsystemis designed．Inthissystem，thelightemittingmodulecomposingofred，blueandfarinfraredthree-colorＬEDisadopted，andthe illuminanceofeachcolorlightindifferentgrowingperiodsissetbyplantexpertsystembasedonthecharacteristicsofplant selectiveabsorptionspectrum．Withsinglechipasthekernel，thecontrolsystemmonitorstheambientilluminationinrealtime， compareswithexpertsetvalue，andcalculatestheactualdimmingamountandcontrolsthebrightnessoftheＬEDlightmodules throughpulse widthmodulationPWM signal．The system also providesthe functionsof illumination over-limit alarm and automaticcontrolfortemperatureandhumidity．Thesystemcancontrolthelightenvironmentautomatically，andregulateflexibly accordingtousers’needs．Itfeatureseaseoperation，accuratedetectionandhighusageofenergy． Keywords Plantexpertsystem;Singlechip;PulsewidthmodulationPWM;Ｌightwavelengthratio;Illuminance 0 引 言 光 照 是 植 物 生 长 至 关 重 要 的 条 件。 光 环 境 不 仅 影 响 植 物 的 光 合 速 率， 还 参 与 调 节 植 物 每 个 生 长 阶 段 的 生 理 过 程。 因 此， 光 照 控 制 系 统 的 创 新 尤 为 重 要。 当 前， 国 内 的 植 物 工 厂 普 遍 通 过 遮 盖 或 开 关 光 源 来 调 控 光 环 境。 这 些 方 法 不 仅 无 法 调 控 各 波 长 光 的 发 光 强 度 和 比 例， 还 存 在 部 分 光 谱 被 浪 费、 光 谱 匹 配 不 理 想、 光 能 利 用 率 低 等 缺 点。 此 外， 工 厂 大 多 使 用 的 是 高 压 钠 灯 等 传 统 光 源， 属 于 热 光 源。 其 大 量 产 热 使 环 境 温 度 升 高， 降 低 了 实 际 经 济 效 益。 ＬED 光 源 波 长 范 围 窄、光 谱 可 调 性 好， 可 以 组 合 出 更 适 宜 植 物 生 长 吸 收 的 波 长。 同 时， 冷 光 源ＬED 体 积 小， 可 以 实 时 使 用 不 同 波 长 组 合 的 光， 分 别 对 不 同 位 置 进 行 多 种 方 式 的 照 射， 如 点 照 射、 面 照 射、 大 面 积 补 光 等， 对 植 物 生 长 发 育 有 显 著 的 促 进 作 用。 第４ 期 基 于 植 物 专 家 系 统 的 智 能ＬED 光 照 控 制 系 统 设 计 范 玮 , 等 目 前， 仅 少 数 国 家 研 发 成 功 先 进 的 光 照 控 制 系 统， 例 如 基 于 嵌 入 式CPU 改 变 输 出 脉 宽 调 制pulsewidth modulation，PWM 占 空 比 来 调 节 补 光 灯 的 亮 度、 采 用 无 线 传 感 器 网 络 技 术 进 行 远 程 监 控 等 [1] 。 日 本 第 一 座 自 动 控 制 植 物 工 厂 于197４ 年 问 世， 至1998 年 其 已 有 该 类 型 的 植 物 工 厂 近４0 个。 美 国 以 垂 直 农 业 模 式 和 ＬED 创 新 应 用 推 动 该 技 术 [2] 。 欧 洲 则 主 要 由 飞 利 浦、 PlantＬab 等 大 公 司 以 及Greenhouse Ｈorticulture Team 科 研 所 等 合 作 开 展ＬED 立 体 栽 培 和 温 室 补 光 的 示 范 试 验。 如 何 有 效 进 行 光 环 境 调 控 的 问 题 引 起 了 许 多 学 者 和 企 业 家 的 高 度 重 视， 已 成 为 研 究 热 点。 现 有 研 究 大 多 集 中 于 温 湿 度 环 境 参 数 调 控 和 周 期 补 光 [3] ， 如 集 装 箱 植 物 工 厂 自 动 控 制 系 统 采 用 顺 序 控 制 进 行 营 养 液 循 环 和ＬED 定 周 期 补 光 [４] ; 基 于 无 线 传 感 器 网 络 的 智 能 生 态 保 障 系 统 可 以 调 控 植 物 生 长 的 水 环 境 [5] ; 植 物 园 无 线 网 络 智 能 管 理 监 测 系 统 可 以 智 能 控 制 园 内 照 明 [6] 。 当 前， 该 领 域 大 部 分 光 环 境 调 控 研 发 方 案 和 产 品 仍 采 用 定 光 强、 定 光 波 长 比 的 光 照 方 式 [7] ， 很 容 易 造 成 光 照 不 足 和 光 照 过 度 的 现 象。 国 内 具 有 自 主 知 识 产 权 的 智 能ＬED 光 照 自 动 控 制 系 统 的 研 发 基 本 还 是 空 白。 1 植 物 光 照 控 制 专 家 知 识 光 是 植 物 生 长 发 育 所 需 要 的 主 要 环 境 因 素， 其 主 要 通 过3 个 参 数 影 响 植 物 生 长， 即 光 质、 光 照 度 和 光 周 期 [8] 。 1.1 光 质 对 植 物 生 长 的 影 响 光 质 即 光 的 波 长， 它 既 能 作 为 一 种 能 源 控 制 光 合 作 用， 又 能 作 为 一 种 触 发 信 号 影 响 植 物 的 生 长。 叶 绿 素 是 影 响 植 物 光 合 作 用 的 重 要 色 素， 植 物 的 叶 绿 素a、 b 在 红 橙 光 和 蓝 紫 光 波 段 有 两 个 吸 收 峰。 不 同 波 长 的 光 对 植 物 的 生 长 发 育、 种 子 萌 芽、 开 花 结 果 及 形 态 建 成 等 方 面 的 影 响 各 不 相 同。 光 谱 范 围 对 植 物 生 长 的 影 响 如 表1 所 示 [9] 。 表1 光 谱 范 围 对 植 物 生 长 的 影 响 Tab.1 Theeffectsofspectralrangeonplantgrowth 波 长/nm 影 响 [280，315] 对 植 物 生 长 过 程 以 及 形 态 建 成 的 影 响 很 小 315，４00] 叶 绿 素 吸 收 少， 阻 碍 茎 伸 长 ４00，520] 叶 绿 素 与 类 胡 萝 卜 素 吸 收 率 高， 有 利 于 长 叶 520，610] 色 素 的 吸 收 率 低 610，720] 叶 绿 素 吸 收 率 较 高， 有 利 于 开 花 及 结 果720，1000] 色 素 的 吸 收 率 低， 影 响 开 花 与 种 子 萌 芽自 然 光 辐 射 的 光 谱 不 能 被 植 物 全 部 吸 收。 植 物 主 要 吸 收 波 长 为595700nm 的 红 橙 光 和370４35nm 的 蓝 紫 光 [10] 。 研 究 表 明， 红 橙 光 对 叶 绿 素 的 形 成 及 碳 水 化 合 物 的 合 成 起 重 要 作 用; 蓝 紫 光 则 对 蛋 白 质 合 成 有 重 要 作 用， 且 紫 外 线 有 利 于 维 生 素C 的 合 成。 合 适 的 红 光 与 蓝 光 的 光 通 量 之 比 即R/B 是 确 保 培 育 出 形 态 健 全 植 株 的 必 要 条 件。 根 据 不 同 植 物 的 生 长 特 性 及 其 生 长 发 育 的 需 求， 可 以 选 择 不 同 的B/R。2007 年， 魏 灵 玲 等 进 行 了 黄 瓜 育 苗 试 验， 发 现 在B/R 为7∶1 时， 黄 瓜 苗 的 各 项 生 理 指 标 最 优 [11] 。2015 年， 杨 维 杰 等 进 行 了 铁 皮 石 斛 培 育 试 验， 发 现 在 红 蓝 比 为1∶1 时， 可 以 有 效 缩 短 铁 皮 石 斛 播 种 阶 段 的 生 长 时 间; 而 在 红 蓝 比 为４∶1 时， 铁 皮 石 斛 多 糖 含 量 较 高， 可 以 有 效 提 升 铁 皮 石 斛 的 品 质 [12] 。 红 蓝 光 质 比 的 选 择 要 依 据 具 体 植 物 所 需 的 生 长 条 件， 如 生 菜 要 选 择 刺 激 提 高 茎 叶 质 量 及 产 量 的 补 光 方 案，可 以 适 当 增 加 蓝 光 比 例; 西 红 柿 要 选 择 刺 激 其 开 花 结 果 的 补 光 方 案， 可 以 适 当 增 加 红 光 比 例。 植 物 生 长 发 育 中 对 不 同 波 长 光 配 比 的 需 求 可 以 由 不 同 颜 色 的 ＬED 组 合 满 足。 1.2 光 照 度 对 植 物 生 长 的 影 响 光 照 度 对 植 物 生 长 发 育 的 影 响 程 度， 因 植 物 的 种 类 特 性 而 各 不 相 同。 植 物 可 根 据 光 照 度 影 响 效 果 分 为 阳 生 植 物、 阴 生 植 物 及 中 生 植 物。 植 物 的 光 响 应 曲 线 如 图1 所 示。 图1 植 物 光 响 应 曲 线 Fig．1 Ｌightresponsecurveofplant 由 图1 可 知， 光 合 速 率 随 着 光 照 度 的 增 大 将 不 断 上 升， 直 至 光 饱 和 点。 A 点 为 光 补 偿 点， 表 示 当 植 物 光 合 速 率 随 光 照 度 的 下 降 而 降 低 时， 植 物 光 合 作 用 制 造 和 呼 吸 作 用 吸 收 的 有 机 物 达 到 平 衡 状 态 的 光 照 度。 B 点 为 光 饱 和 点， 表 示 光 合 速 率 不 再 随 光 照 度 上 升 而 提 高 时 的 光 照 度。 通 常， 阳 生 植 物 的 光 补 偿 点 较 高， 阴 生 植 物 光 补 偿 点 较 低。 光 照 度 会 影 响 植 物 的 生 长 发 育、 结 构 特 征、 花 芽 分 化 以 及 果 实 产 量。 不 同 植 物 对 光 照 度 的 需 求 不 同， 只 有 选 择 合 适 的 光 照 度， 才 能 促 进 植 物 良 好 生 长。 7 2 自 动 化 仪 表 第39 卷 1.3 光 周 期 对 植 物 生 长 的 影 响 植 物 对 光 照 时 间 的 需 求 各 不 相 同， 可 以 分 为 短 日 照、 长 日 照 和 中 日 照 这3 类。 查 阅 相 关 资 料 发 现， 光 周 期 对 长 日 照 植 物 影 响 显 著。 若 光 照 时 间 不 足， 植 株 花 芽 的 形 成 会 受 到 抑 制; 而 长 日 照 条 件， 则 能 使 植 株 持 续 健 康 生 长。 不 同 植 物 对 光 照 时 间 的 不 同 需 求 可 以 通 过 ＬED 光 照 控 制 系 统 来 实 现。 2 控 制 系 统 总 体 设 计 目 前， 国 内 大 部 分 研 发 方 案 和 产 品 未 考 虑 到 一 个 重 要 因 素， 即 不 同 植 物 在 不 同 生 长 阶 段 的 需 光 量 及 光 辐 射 波 长 存 在 差 异。 因 此， 这 些 研 发 方 案 和 产 品 没 有 真 正 意 义 上 解 决 核 心 问 题， 即 采 用 自 动 控 制 技 术 来 实 现 低 能 耗、 精 准 化 的 补 光 问 题。 故 本 文 设 计 的 光 照 控 制 系 统 引 入 植 物 专 家 系 统， 根 据 植 物 专 家 已 有 的 研 究 结 果， 获 取 不 同 阶 段 的 最 适 光 照 经 验 数 据， 并 通 过 调 节 ＬED 光 源 的 三 色 光 波 长 配 比、 光 照 度 和 光 照 周 期， 实 现 植 物 的 最 适 光 环 境 调 控， 从 而 保 证 植 物 一 直 处 于 最 佳 生 长 状 态。 该 系 统 的 优 点 在 于 调 节 精 度 高， 适 应 性 强， 便 于 用 户 操 作。 当 栽 培 植 物 的 品 种 发 生 变 化 时， 系 统 可 以 通 过 人 机 界 面 或 控 制 器 按 键 灵 活 地 改 变 系 统 参 数， 将 植 物 生 长 环 境 调 节 到 最 适 光 环 境， 减 少 了 控 制 设 备 变 更 的 投 入， 节 省 时 间， 提 高 了 生 产 效 率。 控 制 系 统 总 体 结 构 如 图2 所 示。 图2 控 制 系 统 总 体 结 构 图 Fig．2 Theoverallstructureofcontrolsystem 控 制 系 统 采 用 模 块 化 设 计， 包 括 主 控 制 器 单 片 机、 人 机 交 互 模 块、 检 测 模 块、 异 步 串 行 通 信 模 块、 报 警 模 块、ＬED 发 光 模 块 以 及 电 源 模 块。 其 中， 检 测 模 块 包 括 光 照 度 测 量 电 路 和 温 湿 度 测 量 电 路。 异 步 串 行 通 信 模 块 包 括RS-232/４85 通 信 光 电 隔 离 模 块、MAＸ232 串 口 通 信 模 块 以 及 在 线 编 程 程 序 下 载 电 路。 ＬED 发 光 模 块 包 括 光 耦 合PWM 输 出 隔 离 电 路、PWM 驱 动 电 路 以 及ＬED 发 光 模 块。 控 制 系 统 软 件 包 括 单 片 机 系 统 软 件 和 上 位 机 系 统 软 件。 系 统 具 备 上 位 机、 主 控 制 器 联 机 控 制 和 下 位 机 自 动 控 制 这2 种 控 制 模 式。 此 外， 仅ＬED 光 源 通 过PWM 控 制 的 方 式 实 现 连 续 控 制， 其 他 设 备 均 通 过 电 磁 继 电 器 实 现 开 关 控 制。 2.1 人 机 交 互 模 块 上 位 机 实 现 基 于 植 物 专 家 系 统 的 光 照 度 和 各 色 光 波 长 配 比 的 设 置， 并 显 示 监 测 结 果， 采 用 键 盘 辅 助 设 备 进 行 参 数 调 整。 植 物 专 家 系 统 由 知 识 库、 推 理 机、 综 合 数 据 库、 知 识 获 取 这４ 个 部 分 构 成。 首 先， 将 植 物 专 家 试 验 分 析 得 到 的、 关 于 植 物 生 长 最 适 光 照 度 的 知 识 存 储 在 知 识 库。 然 后， 推 理 机 针 对 当 前 不 同 植 株 的 不 同 生 长 时 期， 利 用 系 统 已 有 的 专 业 知 识 获 取 相 应 数 据， 并 采 用 逆 向 推 理 反 复 匹 配 知 识 库 中 的 规 则， 得 到 光 照 的 最 适 值。 推 理 过 程 中 所 需 的 原 始 数 据、 中 间 结 果 和 最 终 结 论， 暂 时 存 储 于 综 合 数 据 库。 此 外， 通 过 知 识 获 取 扩 充、 修 改 知 识 库 中 的 内 容。 2.2 检 测 模 块 检 测 模 块 实 时 检 测 红、 蓝 和 红 外 光 的 光 照 度 及 环 境 温 湿 度， 对 检 测 信 号 进 行 处 理 后 将 其 传 入 单 片 机， 实 现 对 温 湿 度、 光 照 数 据 的 采 集。 光 照 度 检 测 要 求 光 照 度 传 感 器 瞬 时 检 测3 种 光 单 色 的 光 照 度， 可 采 用 两 种 检 测 方 案① 在 普 通 光 照 传 感 器 基 础 上 加 滤 镜， 分 别 用3 个 传 感 器 检 测3 种 光 的 光 照 度， 共 同 组 成 系 统 所 需 光 传 感 器;② 采 用1 个 传 感 器， 通 过 单 片 机 控 制 不 同ＬED 的 关 闭， 检 测 当 前 单 色 光 光 照 度。 此 外， 植 物 生 长 光 照 模 块 包 含 了 可 见 光 和 红 外 波 段 光 的 测 量 模 块。 在 红 外 频 段 测 量 时， 要 求 检 测 红 外 波 长 的 传 感 器 能 够 检 测４50700nm 波 段 的 光 谱， 从 而 保 证 检 测 模 块 测 量 值 的 准 确 性。 温 湿 度 检 测 采 用 可 以 同 时 检 测 温 度 和 湿 度 的 数 字 传 感 器， 要 求 可 检 测 温 度 范 围 为050℃ 精 确 度 为1℃、 湿 度 范 围 为2090 精 确 度 为４。 为 了 避 免 数 据 传 送 时 出 现 冲 突， 在 数 据 输 出 端 接 上 拉 电 阻。 2.3 报 警 模 块 报 警 模 块 包 括 声 音 报 警 和ＬED 灯 光 报 警。 当 系 统 检 测 到 温 度、 湿 度 等 参 数 超 过 警 戒 值 或 发 生 错 误 时， 系 统 发 出 控 制 信 号 驱 动ＬED 灯 光 报 警 和 声 音 报 警， 提 醒 操 作 者 进 行 相 关 处 理， 直 到 系 统 复 位 键 被 按 下， 停 止 报 警。 在 打 开ＬED 紫 外 线 灯 进 行 灭 菌 操 作 时， 声 光 报 警 提 醒 人 员 离 开。 2.4 LED 发 光 模 块 ＬED 发 光 模 块 采 用 三 路 恒 流 驱 动 电 路。 该 模 块 利 用PWM 控 制 技术， 分 别控 制 红、 蓝、 红 外 三 色ＬED 光 源 的 发 光亮 度， 得 到 与 植 物 专 家 系 统 匹 配 的、 最 适 宜 植 物 生 长 的3 种光 的单 色 光 照度， 以 及最 适 配 比的 光 环 境。 本 光 照 控 制 系 统 的 软 件 包 括 单 片 机 系 统 软 件 和 上 8 2 第４ 期 基 于 植 物 专 家 系 统 的 智 能ＬED 光 照 控 制 系 统 设 计 范 玮 , 等 位 机 系 统 软 件。 单 片 机 软 件 采 用 循 环 扫 描 的 方 法 读 取 各 光 照 和 温 湿 度 传 感 器 采 集 的 数 据， 并 进 行 运 算。 在 联 机 模 式 下， 单 片 机 与 上 位 机 之 间 通 过 串 口 中 断 程 序 实 现 通 信， 单 片 机 打 包 传 感 器 数 据 上 传 至 上 位 机， 并 接 收 上 位 机 发 送 的 控 制 信 号， 输 出 给 光 照 驱 动 模 块 和 温 湿 度 控 制 设 备。 在 单 机 模 式 下， 单 片 机 根 据 传 感 器 检 测 数 据 和 内 置 设 定 值 的 偏 差， 进 行 控 制 运 算， 并 自 动 向 各 控 制 设 备 输 出 控 制 信 号。 上 位 机 软 件 系 统 主 要 实 现 植 物 专 家 系 统、 现 场 数 据 监 控 与 处 理、 人 机 交 互 操 作、 串 口 通 信 和 全 系 统 控 制 等 功 能。 其 中， 数 据 监 控 和 处 理 功 能 是 将 环 境 参 数 以 动 态 数 据、 曲 线、 表 格 等 各 种 方 式 实 时 显 示 并 存 储， 而 且 可 自 动 超 限 报 警。 3 光 环 境 和 温 湿 度 控 制 方 案 3.1 光 环 境 控 制 方 案 光环 境控 制 方 案 采 用 闭 环 自 动 控 制 系 统。 该 系 统 由 两 部分 组 成， 一 部分 是植 物 专 家 系 统 所 得 控 制 信 号 的 正 向 通路， 另 一部 分是 光照 传 感 器 所 得 检 测 信 号 的 反 馈 通路。 该 系 统 实 现 了 对3 种 光 单 色 光 照 度 及 配 比 的 实 时检 测和 控 制。 以 红光 光 照 度 控 制 为 例，光 照 度 控 制 方 案如 图3 所 示。 蓝 光 及远 红外 光 的 控制 方案 类 同。 图3 光 照 度 控 制 方 案 Fig．3 Controlschemeofillumination 在 主 控 制 器 自 动 控 制 模 式 下， 植 物 专 家 系 统 需 预 先 设 定 该 时 期 植 物 生 长 最 适 合 的3 种 光 的 单 色 光 光 照 度 值 以 及 比 例。 单 色 光 传 感 器 实 时 检 测 红、 蓝 和 红 外 光 的 单 色 光 光 照 度， 由 单 片 机 采 集 到 光 照 度 的 数 字 信 号 后， 将 当 前 的 采 样 值 通 过 串 行 通 信 传 送 给 上 位 机。 当 光 照 度 高 于 或 低 于 其 设 定 值 时， 根 据 设 定 值 与 实 际 值 偏 差， 计 算 出 控 制 量 并 下 传 到 单 片 机， 由 单 片 机 分 别 产 生 对 应 的PWM 控 制 信 号， 计 算 对 应PWM 控 制 信 号 的 占 空 比; 通 过 三 路ＬED 控 制 电 路， 调 整ＬED 发 光 模 块 中 各 单 色 光 输 出 的 光 照 度 及 三 色 光 比 例。 该 方 案 可 根 据 植 物 的 需 求， 调 节 光 波 长 配 比， 满 足 单 位 面 积 上 光 合 作 用 所 需 的 照 度 值。 3.2 温 湿 度 控 制 方 案 单 片 机 通 过 温 度 传 感 器 实 时 对 温 度 进 行 检 测， 根 据 控 制 要 求 打 开 或 关 闭 加 热 源。 若 温 度 过 高， 还 要 考 虑 开 启 冷 风 机， 从 而 实 现 温 度 自 动 控 制， 使 植 物 温 室 保 持 在 最 适 宜 的 温 度。 温 度 控 制 方 案 如 图４ 所 示。 湿 度 控 制 方 案 与 温 度 控 制 方 案 相 似， 但 执 行 器 为 电 加 湿 器 与 除 湿 机。 图４ 温 度 控 制 方 案 Fig．４ Controlschemeoftemperature 4 结 束 语 光环 境对 植 物 生 长 有 重 要 的 影 响。 由 于 目 前 国 内 的 光 环境 控 制 系 统 较 为 落 后， 所 以 在ＬED 飞 速 发 展 的 背 景 下研 究 光 环 境 控 制 系 统 有 着 重 要 的 意 义。 本 文 设 计 的、 基 于 植 物专 家 系 统 的 智 能ＬED 光 照 控 制 系 统， 选 择 红、 蓝 和 红 外 光 三 色ＬED 组 成 发 光 模 块 控 制 植 物 的 光 照 环境; 基 于 单 片 机， 运 用 植 物 专 家 系 统 实 时 设 定 最 适 宜 的各 色光 照 度 配 比， 采 用 闭 环 自 动 控 制 的 方 法， 可 实 现 光 环 境 的 低 能 耗、 高 精 准 自 动 调 节 以 及 环 境 温 湿 度 的 自 动 控 制， 从 而 达 到 在 恶 劣 条 件 下 自 动 控 制 植 株 形 态 建 成 和 生 长 发 育 的 目 的， 带 来 了 良 好 的 经 济 效 益。 经 软、 硬 件 联 合 调 试， 该 控 制 系 统 运 行 良 好。 参 考 文 献 [1] 时 志 立． 植 物 工 厂 设 计 与 光 环 境 控 制 的 研 究[D]． 镇 江 江 苏 大 学，201４． [2] STAATSJ．D-Rootasystemtocultivateplantswiththerootin darknessorunderdifferentlightconditions[J]．PlantJournalfor Cellamp;MolecularBiology，2015，8４12４４． [3] 唐 凯 涛， 贾 鹤 鸣， 黎 育 朋， 等． 基 于stm32 的 植 物 工 厂 环 境 控 制 示 教 系 统 设 计[J]． 科 教 文 汇 旬 刊，2016532-3４． [４] 赵 倩， 王 琨 琦， 聂 铭 君， 等． 集 装 箱 植 物 工 厂 自 动 控 制 系 统 建 立[J]． 农 机 化 研 究，201610217-222． [5] 许 东， 高 杰． 基 于 无 线 传 感 器 网 络 的 智 能 生 态 保 障 系 统[J]． 自 动 化 仪 表，2016，372４1-４４． [6] 张 俊 涛， 李 恒， 陈 晓 莉． 植 物 园 无 线 网 络 智 能 管 理 监 测 系 统 的 设 计[J]． 自 动 化 仪 表，201４，353４6-４7． [7] 杜 晓 峰． 探 究 单 色 光 对 植 物 光 合 作 用 影 响 的 实 验 装 置[J]． 中 国 科 技 教 育，2016128-29． [8] 丁 久 玲， 郑 凯， 俞 禄 生． 浅 析 光、 温、 水 对 室 内 植 物 生 长 发 育 的 影 响[J]． 浙 江 农 业 科 学，2012101４58-1４61． [9] 朱 雪 菘， 刘 木 清． 光 对 植 物 生 长 影 响 机 理 的 初 步 探 讨[J]． 灯 与 照 明，201611-４． [10] 朱 雪 菘， 刘 木 清．ＬED 补 充 照 明 系 统 用 于 促 进 铁 皮 石 斛 生 长 的 初 步 研 究[J]． 照 明 工 程 学 报，2016，272118-123． [11] 魏 灵 玲， 杨 其 长， 刘 水 丽． 密 闭 式 植 物 种 苗 工 厂 的 设 计 及 其 光 环 境 研 究[J]． 中 国 农 学 通 报，2007，2312４15-４19． [12] 杨 维 杰， 梁 君， 杨 林 林 不 同ＬED 光 质 对 铁 皮 石 斛 生 长 及 多 糖 含 量 的 影 响[J]． 浙 江 农 业 科 学，2015，5661188-1190． 9 2 /p