植物补光灯的新型调控系统设计的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种植物补光灯的新型调控系统设计，包括光照检测部分和驱动控制部分，光照检测部分包括光照动态检测装置，装置由防护玻璃罩、凸透镜、颜色传感器、底座及塑料外壳组成；驱动控制部分包括稳压电源、晶振、单片机、显示屏、驱动电路及红、绿、蓝三种颜色的补光灯。光照动态检测装置动态检测环境光照，并将信息送入单片机，单片机根据输入的信息量化出环境光照的RGB分量，根据植物生长对不同光照条件的需求，通过软件计算，构建三路不同的PWM信号，控制输出三路不同的电压，经驱动电路驱动，自动调节三种不同颜色补光灯的照明情况。本实用新型设计思路简单，智能化程度高，能动态检测并改变环境光照情况，使光照符合植物生长需求。
【专利说明】植物补光灯的新型调控系统设计
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种补光灯的调控系统设计，尤其涉及一种植物补光灯的新型调控设计，属于智能控制领域的范畴。
【背景技术】
[0002]近年来，我国生态农业发展迅速，温室大棚在反季节瓜果、花卉的生产中起着重要的作用，然而目前温室大棚普遍存在严重光照不足的问题，由于光照不足，植物的光合作用受到了抑制，有机物的合成过程受阻，农作物产量难以有效提高。
[0003]研究表明，植物对光的吸收具有选择性，特定时刻对植物施以不同波长、不同强度的光进行补光照射可以促进植物的生长。
[0004]基于上述理论，人们发明了植物补光灯，但目前大多数植物补光灯都是长明式或者依靠人工控制的，且对于不同光照强度及光色的需求主要依靠特定灯具实现，难以达到因时因地、自适应、有效地控制光照，容易出现光照过强或者光照不足的情况。
[0005]以上情况，不仅不利于农作物产量的提高，而且也会造成能源的浪费。
【发明内容】
[0006]为了解决上述现有的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种植物补光灯的新型调控系统设计，以使植物的光照强度处于最佳范围，促进植物的生长，同时节约能源。其特点是设计思路简单，智能化程度高，能动态检测并改变环境光照情况。
[0007]本实用新型所采用的技术方案是:一种植物补光灯的新型调控系统设计，包括光照检测部分和驱动控制部分，光照检测部分整体包括光照动态检测装置，装置由防护玻璃罩、凸透镜、颜色传感器、底座以及塑料外壳组成；驱动控制部分包括稳压电源、晶振、单片机、显示屏、驱动电路、红色植物补光灯、绿色植物补光灯以及蓝色植物补光灯；光照检测部分与驱动控制部分相连，相互间进行信息指令传输；所述的防护玻璃罩位于光照动态检测装置最上方，通过螺纹嵌合固定在装置上，可拆卸；所述的凸透镜位于防护玻璃罩及颜色传感器之间，可将外界光线聚焦至颜色传感器；所述的颜色传感器位于凸透镜下方，安置在装置底座上；所述的光照动态检测装置整体置于外部检测环境中，与单片机相连，其通过内部感应机制准确反映外界光照情况；所述的单片机为系统主处理器，单片机与晶振、驱动电路以及显示屏相连，驱动电路之后连接有植物补光灯。
[0008]进一步的，所述的颜色传感器采用的是TAOS公司推出的型号为TCS230的传感器芯片，它具有高集成特性，即把硅光电二极管、电流频率转换器以及红绿蓝(RGB)三种滤光器集成在一个单一的CMOS电路上，且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度输出。
[0009]进一步的，所述的颜色传感器与凸透镜两者之间相隔的距离为凸透镜的焦距。
[0010]进一步的，所述的单片机采用的是AVR单片机系列中的ATMEGA8单片机，该单片机采用了先进的RICS精简指令集结构，具有足够快的运行速度，可达lMIPS/MHz，是普通CISC单片机的10倍。[0011]进一步的，所述的晶振采用的是12MHz石英晶振，具有足够快的响应能力。
[0012]进一步的，所述的红色植物补光灯、绿色植物补光灯以及蓝色植物补光灯均是采用LED，LED是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它不同于白炽灯钨丝发光以及节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光，具有光效高、无辐射与低功耗的特点。
[0013]进一步的，所述的显示屏采用的是液晶显示屏。
[0014]本实用新型的有益效果是:
[0015]1.采用高精度颜色传感器，可对环境光照情况进行精确分析；
[0016]2.采用高速单片机，运算速度快；
[0017]3.采用红、绿、蓝三种颜色LED作为补光灯，由单片机分别控制输出强度，得到的复色光可满足植物对不同光色及强度的光的补光需求；
[0018]4.采用液晶显示，由单片机控制，直接显示输出环境整体光成色及红、绿、蓝三原色光光照强度等信息。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0020]图1为本实用新型的系统结构示意图；
[0021]图2为本实用新型的系统工作流程图；
[0022]图3为本实用新型的光照动态检测装置结构示意图；
[0023]I为防护玻璃罩；2为凸透镜；3为颜色传感器；4为底座；5为塑料外壳。
【具体实施方式】
[0024]图1中，一种植物补光灯的新型调控系统设计系统结构示意图，包括光照检测部分和驱动控制部分，光照检测部分整体包括光照动态检测装置，装置结构如图3所示；驱动控制部分包括稳压电源、晶振、单片机、显示屏、驱动电路、红色植物补光灯、绿色植物补光灯以及蓝色植物补光灯；所述的光照动态检测装置整体置于外部检测环境中，与单片机相连，其通过内部感应机制准确反映外界光照情况；所述的单片机为系统主处理器，其接收光照动态检测装置返回的光照信息，通过逻辑分析判断获知外界光照红、绿、蓝三原色光的组成及其强度分布，单片机之后连接有晶振、驱动电路以及显示屏，驱动电路分别驱动三种不同颜色的植物补光灯进行补光照明。
[0025]上述光照动态检测装置结构如图3所示，包括有防护玻璃罩1、凸透镜2、颜色传感器3、底座4以及塑料外壳5。所述的防护玻璃罩I位于装置最上方，通过螺纹嵌合安装在装置上，用于防护凸透镜2及装置内光路免受外部损坏，可拆卸；所述的凸透镜2位于防护玻璃罩I及颜色传感器3之间，外界的平行光线通过凸透镜2聚焦至颜色传感器3 ;所述的颜色传感器3安装在装置底座4上，通过感知输入光线的R、G、B分量值获知环境光照情况，并将信息输入单片机供其处理。
[0026]所述的光照动态检测装置内置有颜色传感器，该传感器采用的是TAOS公司推出可编程彩色光到频率的转换器，即TCS230传感器芯片，它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在一个单一的CMOS电路上，同时在单一芯片上集成了红绿蓝(RGB)三种滤光器，其输出的是数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，其光照检测工作原理如下:
[0027]根据三原色理论可知，各种颜色的光都可以通过不同比例的三原色(红、绿、蓝)光混合而成。因此，如果测得构成环境光照的三原色光的强度值，即直观表现为RGB分量值的大小，就能够分析环境的光照情况，包括光照强度和整体光成色。当所述的颜色传感器识别光照情况时，根据与单片机之间的指令传输，依次选通三种颜色的滤波器，分别只允许红、绿、蓝三种颜色的光通过，不同强度的光使传感器输出唯一的不同频率的脉冲信号，因此通过对脉冲信号的计数便可获知环境光照三原色光的强度信息，即直观表现为R、G、B量值的大小，进而也便获得了环境整体光成色及光强信息。
[0028]单片机接收来自光照动态检测装置的光照信息，即环境光照的RGB分量脉冲信号，通过对不同频率脉冲信号的分析可判定环境光照红、绿、蓝三原色光光强，直观表现为RGB分量值大小，根据植物对光的不同需求及三种颜色补光灯的电压与光强的关系，通过软件计算，构建三路不同的PWM脉冲信号，从而控制输出三路不同的输出电压，经过驱动电路驱动，分别调节三种不同颜色植物补光灯的照明情况，使环境的光照符合要求。单片机内设定有定时器，每隔一定时间采集一次外界光照信息，因此便能达到动态检测并改变环境光照情况。
[0029]图2中，一种植物补光灯的新型调控系统设计系统工作流程图，软件系统初始化后开始判断是否进行环境光照的RGB分量检测，当系统允许检测，光照动态检测装置开始感应环境的光照情况，并通过R、G、B分量值的形式量化输出光信息，包括光强信息以及光色信息，在单片机内根据预先设定的植物生长所需的光照条件，计算出红、绿、蓝三种颜色LED补光灯所需的补充照射强度，并通过PWM波形的形式构建三路不同的输出电压分别用于驱动红、绿、蓝三种颜色的LED补光灯。环境光照情况以及红、绿、蓝三种颜色的LED补光灯所需的驱动电压通过液晶显示屏动态显示输出。
[0030]以上仅为本实用新型的较佳实施例。
【权利要求】
1.一种植物补光灯的新型调控系统设计，包括光照检测部分和驱动控制部分，其特征在于:光照检测部分整体包括光照动态检测装置，装置由防护玻璃罩、凸透镜、颜色传感器、底座以及塑料外壳组成；驱动控制部分包括稳压电源、晶振、单片机、显示屏、驱动电路、红色植物补光灯、绿色植物补光灯以及蓝色植物补光灯；光照检测部分与驱动控制部分相连，相互间进行信息指令传输；所述的防护玻璃罩位于光照动态检测装置最上方，通过螺纹嵌合固定在装置上，可拆卸；所述的凸透镜位于防护玻璃罩及颜色传感器之间，可将外界光线聚焦至颜色传感器；所述的颜色传感器位于凸透镜下方，安置在装置底座上；所述的光照动态检测装置整体置于外部检测环境中，与单片机相连，其通过内部感应机制准确反映外界光照情况；所述的单片机为系统主处理器，单片机之后连接有晶振、驱动电路以及显示屏，驱动电路之后连接有植物补光灯。
2.根据权利要求1所述的一种植物补光灯的新型调控系统设计，其特征在于:所述的光照动态检测装置内部安装有凸透镜，用于将外界光线聚焦至颜色传感器。
3.根据权利要求1所述的一种植物补光灯的新型调控系统设计，其特征在于:所述的光照动态检测装置安装有玻璃防护罩，用于保护凸透镜及内部光路免受外部损伤。
4.根据权利要求1所述的一种植物补光灯的新型调控系统设计，其特征在于:所述的颜色传感器采用的是TAOS公司推出的型号为TCS230的传感器芯片。
5.根据权利要求1所述的一种植物补光灯的新型调控系统设计，其特征在于:所述的颜色传感器与凸透镜两者之间的距离为凸透镜的焦距。
6.根据权利要求1所述的一种植物补光灯的新型调控系统设计，其特征在于:所述的红色植物补光灯、绿色植物补光灯以及蓝色植物补光灯均是采用LED。
7.根据权利要求1所述的一种植物补光灯的新型调控系统设计，其特征在于:所述的单片机采用的是AVR单片机系列中的ATMEGA8单片机。
8.根据权利要求1所述的一种植物补光灯的新型调控系统设计，其特征在于:所述的显示屏为液晶显示屏。
【文档编号】A01G9/20GK203399339SQ201320315288
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年5月30日 优先权日:2013年5月30日
【发明者】李子印, 朱明凌, 陈柱, 许斌, 陈立峰 申请人:中国计量学院