太阳能的LED食用菌补光控制系统的制作方法

本实用新型涉及食用菌种植技术领域，具体为一种太阳能的led食用菌补光控制系统。

背景技术：

食用菌是一种大型真菌，食用菌子实体不仅含有人体必需的营养成分，还含具有抗癌、抗菌抗病毒、促进消化、降血糖、通便利尿和提高人体免疫力的生物活性物质。随着人们生活质量的提高，食用菌不仅是重要绿色食物，还成为重要的保健品，食用菌越来越来受到广大消费者的青睐。研究表明，光照影响食用菌菌丝生长、出菇、产量、菇形态特征及色泽变化，但不同品种食用菌对不同波长可见光的反应各异，因此针对不同食用菌品种进行补光处理，对于提高食用菌的产量和品质具有重要的现实意义。

然而，目前对食用菌补光控制系统的研究报到很少，因此，本专利利用太阳能led节能技术，设计食用菌智能补光控制系统，有利于提高工厂化栽培食用菌产量和品质，使工厂化栽培食用菌提质增效。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种太阳能的led食用菌补光控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种太阳能的led食用菌补光控制系统，包括控制系统总成，所述控制系统总成包括太阳能充电管理模块、锂电池、led恒流驱动电源模块、led补光灯、单片机控制器、定时器模块、键盘、lcd显示器和光照传感器模块，所述太阳能充电管理模块一端连接锂电池，所述锂电池一端依次连接led恒流驱动电源模块、单片机控制器，所述键盘、定时器模块一端均连接单片机控制器，所述光照传感器一端连接单片机控制器，所述单片机控制器一端连接led恒流驱动电源模块，所述lcd显示器一端连接单片机控制器。太阳能电池板组件把光能转换成电能，通过太阳能充电管理模块管理，储存在锂电池中。led恒流驱动电源模块，把锂电池中的电能转换成恒定输出电流，供给led补光灯使用，满足led补光灯的恒流驱动要求。定时器模块给本补光系统提供定时时钟，定时参数由键盘设置。光照传感器用于测量食用菌大棚或者出菇房中led补光灯发出的光线强度。lcd显示器是本系统显示设备，用于实时显示定时时间、光照强度的值和其它值。

作为本技术方案的进一步优化，所述控制系统总成还包括太阳能电池板组件。

作为本技术方案的进一步优化，所述光照传感器为bh1750光传感集成电路。

作为本技术方案的进一步优化，所述led恒流驱动电源模块，为一片升压型恒流驱动芯片xl6006。

作为本技术方案的进一步优化，所述定时器模块为时钟芯片ds1302定时器。

作为本技术方案的进一步优化，所述太阳能充电管理模块，型号为cn3722降压型充电管理集成电路。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：由于食用菌的生长分为菌丝发育阶段和子实体发育阶段，光是食用菌生长的重要的环境因子。在菌丝生长阶段是不要光照的，但食用菌原基形成则需要一定的散射光照。实现在工厂化生产食用菌生产过程中，对长食用菌进行合理的补光处理，也是提高产品产量的重要的措施，解决了目前对食用菌补光系统研究较少的问题，本系统利用太阳能和led绿色节能技术，设计食用菌智能补光控制系统，测量表明，本系统工作稳定，有利于提高工厂化栽培食用菌产量和品质，使工厂化栽培食用菌提质增效，本设计有一定推广和实用价值。

附图说明

图1为本实用新型食用菌补光控制系统总框图结构示意图；

图2为本实用新型cn3722典型应用电路结构示意图；

图3为本实用新型定时器模块设计图结构示意图；

图4为本实用新型光照传感器模块电路图结构示意图；

图5为本实用新型led恒流驱动电源模块电路结构示意图；

图6为本实用新型主程序算法流程图结构示意图；

图7为本实用新型系统补光测试结果结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或部件必须具有的特定方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1-7，本实用新型提供一种技术方案：一种太阳能的led食用菌补光控制系统，包括控制系统总成，所述控制系统总成包括太阳能充电管理模块、锂电池、led恒流驱动电源模块、led补光灯、单片机控制器、定时器模块、键盘、lcd显示器和光照传感器模块，所述太阳能充电管理模块一端连接锂电池，所述锂电池一端依次连接led恒流驱动电源模块、单片机控制器，所述键盘、定时器模块一端均连接单片机控制器，所述光照传感器一端连接单片机控制器，所述单片机控制器一端连接led恒流驱动电源模块，所述lcd显示器一端连接单片机控制器。

具体的，所述控制系统总成还包括太阳能电池板组件。

具体的，所述光照传感器为bh1750光传感集成电路。光照传感器模块采用bh1750进行设计。bh1750是一款集光信号采集、放大，模数转换于一体的光传感集成电路。芯片内置16位的模数转换器，用户可通过指令设置，可以设置为高、中、低三种分辨率测量模式，这三种测量模式的分辨率为0.5lux,1lux,和4lux。bh1750内部，还集成了i2c通信接口，芯片通过i2c数据总路线与外部的cpu进行通信，scl为输入时钟信号，sda为数据信号。电路设计如图4所示，单片机通过p1.3和p1.4口通过scl和sda与bh1750r进行通信，c1为滤波电容，c1复位电容，r1和r2为上接电阻。

具体的，所述led恒流驱动电源模块，为一片升压型恒流驱动芯片xl6006。随着led生产工艺水平的提高和制造成本下降，led半导体发光器件，在各领域中得到广泛地应用。工程实践中一般采用恒流驱动电源来供电，以便延长led灯使用寿命。

本系统中的恒流驱动电源模块，采用一片升压型(boost)恒流驱动芯片xl6006进行设计。此芯片具有5v-32v直流输入电压能力。芯片的输出驱动能力高达60v5a和芯片转换效率最高可到90％以上。在xl6006内部集成高压功率mosfet开关管，不仅降低有效面积，还提高系统可靠性高，安全性。电路设计原理图如图5所示，其中l为大功率储能电感器，d1为开关电源的续流二极管。当xl6006内部的功率开关管闭合时，xl6006第3引脚接地，二极管d1反偏截止，电感器中的电流线性增大，电感器储能；当xl6006内部的功率开关管断开时，xl6006第3引脚悬空，二极管d1正偏导通，电感器中的电流流向负载led。c1为滤波电容，r1和r2为分压电阻，储电池的电压通过分压电路分压之后，输到单片机的第1脚进行模数转换，以便系统能实时监控电池的电压。单片机p2.0口是补光系统的控制口，当p2.0为低电压时，三极管t1导通，xl6006的第2脚为低电压，迫使xl6006内部电路停止工作。rs为电流取样电阻，取值大小决定输出电流大小。d3和rf为开关电源的功率控制路，控制太阳能路灯恒流驱动电源输出功率。

具体的，所述定时器模块为时钟芯片ds1302定时器。定时器模块电路原理图如图3所示，采用美国dallas公司高性能、低功耗的实时时钟芯片ds1302进行设计。本时钟芯片具有双电源供电模式，芯片第8脚接上可以能充电蓄电池，可作为备用电源使用。第1上的电压vcc2为主电源，当1引脚主电源vcc2的电压小于8引脚备用电源vcc1时，备用电源vcc1给芯片供电。2、3引脚外接的32.768khz晶振为本芯片提供计时数字脉冲。5、6和7引脚为芯片的串行通信引脚，5脚为片选控制端，在读写数据时，本引脚必需通高电压；6引脚为串行双向数据线，7引脚为串行时钟输入端。本实时芯片的读写时序，请参考本芯的芯片手册。

具体的，所述太阳能充电管理模块，型号为cn3722降压型充电管理集成电路。太阳能充电管理模块电路，采用如韵电子有限公司的锂电池充电管理芯片cn3722。cn3722是一片pwm降压型充电管理集成电路，具有太阳能电池最大功率跟踪功能(mppt)，充电效率高，非常适合用太阳能充电电路中，具有外围元件少等优点。cn3722具有恒流、恒压充电模式，非常适合锂电池充电，其典型应用电路图2所示。m1为p沟道mos场效应晶体管，其棚极受到cn3722的内部驱动电路驱动，m1是pwm电路的开关管，起到开关作用。m1,d1,d1和l构成降压型dc/dc开关电路，d2为续流二极管，输出电由mos管的占空比决定。rcs为充电电路的电流取样电阻，决定充电电流。电路中其它元件的作用请读者参考如韵电子有限公司的cn3722的芯片手册。

请参阅附图6，当单片机上电时，首先进行初始化操作，然后单片机从flash中读取补光时间数据和当前时间信息，并对二者时间数据进行分析，判断当前时间是否为补光时间，如果当前时间是补光时间，则单片机把p2.0设置高电压，开启xl6006恒流芯片的内部震荡电路，使xl6006输出恒定电流。当读到光照传感器模块的光数值，把补光设定光强强度与当前读到的光强强度进行比较，单片机根据比较的结果调节恒流电源的输出功率，使补光系统工作稳定。最后，lcd显示屏显示补光系统的当前状态值。

具体的，使用时，由图1可见，本设计由太阳能电池板组件、太阳能充电管理模块、锂电池、led补光灯、单片机控制器、定时器模块、键盘、lcd显示器和光照传感器组成。太阳能电池板组件把光能转换成电能，通过太阳能充电管理模块管理，储存在锂电池中。led恒流驱动电源模块，把锂电池中的电能转换成恒定输出电流，供给led补光灯使用，满足led补光灯的恒流驱动要求。定时器模块给本补光系统提供定时时钟，定时参数由键盘设置。光照传感器用于测量食用菌大棚或者出菇房中led补光灯发出的光线强度。lcd显示器是本系统显示设备，用于实时显示定时时间、光照强度的值和其它值。

请参阅说明书附图7，根据以上原理试制成样机，开始对样机进行测试。测试时，通过键盘输入补光时间段和不同的补光强度，然后启动系统，让单片机根据设定值自动调节led恒流电源模块的输出功率，等待系统工作稳定之后，记录每次测量结果，从测试结果看出，补光系统在光照强度较小时，误差较大，光照度较大时，误差较小，满足设计要求。

研究表明，光照影响食用菌菌丝生长、出菇、产量、菇形态特征及色泽变化，但不同品种食用菌对不同波长可见光的反应各异。散射光刺激平菇菌丝，会诱发子实体原基的形成，缩短生长发育周期。利用黄、绿光和自然白色散射光对凤尾菇子处理时，实体生长发育的反应各异，黄、绿光和自然白色散射光有利于子实体分化，而红、蓝光对子实体分化具有抑制作用。利用兰、紫、红橙光、白光对香菇进行刺激时，刺激所产生的效果不同，兰紫光有助于提高香菇出菇量。因此针对不同食用菌品种进行补光处理，对于提高食用菌的产量和品质具有重要的现实意义。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。