一种用于智慧农业的补光系统及补光设备

本技术涉及照明，具体而言，涉及一种用于智慧农业的补光系统及补光设备。

背景技术：

1、光是植物的生命之源，植物的育种、生长、开花和结果都离不开光的参与。通过光合作用，绿色植物将水和二氧化碳合成有机物为植物生长发育提供养分，并促成有机物在植物生长发育过程中所需的能量。光谱结构及光强都会对植物的生长发育产生较大的影响。不同作物适合的光质类型不同，但适合的光质类型都可以显著促进作物的生长发育。光谱能量分布对植物生长及光合作用发挥着显著的调节作用，植物在生长阶段对红光和蓝光利用较多，对绿光需求很小；光照不足或过剩都会抑制植物的生长发育。

2、随着社会的发展，依靠天时耕种难以满足人们对植物的需求，温室大棚耕种应运而生，并得到飞速的发展，但自然光照射强度依然制约着植物的生长速度。因此，在农作物不同的生长阶段，利用人工光源对植物进行补光是一种有效的人工干预手段。

3、就目前而言，业界对人工补光技术做出了一些有益的探索，但是对应的研究结果存在自身的缺陷：其补光方式或过于单一，或过于复杂、系统庞大、操控不够灵活、实时性差等。因此，设计一款结构简单、安装灵活、补光方式多样又兼容稳定、可靠的补光系统是有必要的。

4、目前，业界对植物补光的方案进行了有益的探索，典型的实例如图7所示。该方式采用8位单片机stc15w 410作为主控芯片，利用光敏电阻对所处环境光照进行实时的采集，光敏电阻前端设置红光蓝光滤波片实现对红光和蓝光进行检测，并将采集到的检测信息送至单片机，通过单片机对采集到的光照情况进行综合分析，分别启动恒流源驱动红光和蓝光发光二极管发光，实现补光操作。

5、该方案尽管采用了单片机技术对智能控制实现迈出了关键的一步，但是针对光谱结构的检测不够细致，尤其是在采用光敏电阻作为传感器进行光谱检测的方式降低了系统的灵敏度；滤光板的使用也会增加系统复杂程度，降低整个系统的效率；同时，在对led驱动电路实现补光的控制过程采用专用的恒流驱动模块(qx7138)，该模块需要24v直流电源，该电源配置方案增加了系统的构造复杂度，增加了系统的功耗和维护成本，在没有网络技术的支撑下，降低了系统操作的灵活性和工作效率。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种用于智慧农业的补光系统，采用数控恒流的方式分别控制三基色led发光，能够以较高精度实现测量农作物光合作用所需的红光及蓝光成分，精准对接农作物在不同阶段的光谱需求，以解决背景技术中所指出的问题。

2、本实用新型的实施例通过以下技术方案实现：一种用于智慧农业的补光系统，包括供电电路、光谱检测电路以及恒流补光电路，所述供电电路分别连接至光谱检测电路以及恒流补光电路以提供电源；

3、所述光谱检测电路由光敏二极管、跨阻放大器以及adc构成，其中，所述光谱检测电路的输出端连接至dac的输入端，所述光敏二极管的输出端连接至跨阻放大器的输入端，所述跨阻放大器的输出端连接至adc的输入端，所述adc的输出端连接至mcu的输入端；

4、所述恒流补光电路由dac、3路led电流驱动器及三基色发光led构成，其中，所述mcu的输出端连接至dac的输入端，所述dac的输出端连接至3路led电流驱动器的输入端，所述三基色发光led分别由三路独立的led电流驱动器控制。

5、根据一种优选实施方式，所述供电电路包括稳压子电路以及缓冲器，所述稳压子电路的输出端与缓冲器的输入端连接，所述缓冲器的第一输出端分别连接光谱检测电路以及恒流补光电路以提供电源，所述缓冲器的第二输出端连接至光谱检测电路以提供参考电压。

6、根据一种优选实施方式，所述稳压子电路由电容c6、电容c7、电容c8以及线性稳压器u3构成，所述缓冲器由两个采用运算放大器所构成的第一缓冲电路以及第二缓冲电路组成；

7、其中，所述第一缓冲电路由运算放大器u1b、电阻r2以及电容c1构成，输入电压经所述电容c6的第一端、电容c7的第一端连接至线性稳压器u3的1脚，所述线性稳压器u3的2脚接地，所述线性稳压器的3脚经电容c8的第一端连接至运算放大器u1b的5脚，所述电容c6的第二端经电容c7的第二端、电容c8的第二端连接至运算放大器u1b的4脚，所述运算放大器u1b的8脚接电压输入，所述运算放大器u1b的6脚经电阻r2的第一端、电容c1的第一端、电容c1的第二端连接至运算放大器u1b的7脚，所述电阻r2的第二端输出电压；

8、所述第二缓冲电路由运算放大器u1a、电阻r1、电阻r3、电阻r4、电容c2以及电容c5构成，所述电阻r3的第一端连接至电容c2的第二端，所述电阻r3的第二端经电阻r4的第一端连接至运算放大器u1a的3脚，所述运算放大器u1a的2脚经电阻r1的第一端、电容c2的第一端、电容c2的第二端、电阻r1的第二端连接至运算放大器u1a的1脚，所述电阻r4的第二端经电容c5的第一端、电容c5的第二端连接至运算放大器u1a的1脚，所述运算放大器u1a的4脚接地，所述运算放大器u1a的8脚接电压输入，所述运算放大器u1a的1脚输出电压。

9、根据一种优选实施方式，所述跨阻放大器由运算放大器u5、电阻r5、电容c10、电容c14、电容c15、电阻r6、电阻r7、电容c16、电容c17、电容c18以及电容c19构成；

10、输入电压经电容c18的第一端连接至运算放大器u5的3脚，所述电容c18的第二端经接地端连接至运算放大器u5的2脚，所述运算放大器u5的4脚经电阻r5的第一端、电容c10的第一端、电容c10的第二端、电阻r5的第二端连接至运算放大器u5的1脚，所述光敏二极管d1的第一端接电压输入，所述光敏二极管d1的第二端经电阻r5的第一端连接至运算放大器u5的4脚，所述运算放大器u5的5脚接电压输入，且所述运算放大器u5的5脚连接至电容c15以及电容c14的第一端，同时连接u1b的7脚；所述电容c15以及电容c14的第二端接地，所述运算放大器u5的1脚经电阻r5的第二端连接至电阻r6的第一端，所述电阻r6的第二端连接至电容c16以及电容c17的第一端，所述电容c16的第二端接地，所述电容c17的第二端连接至电容c19的第一端以及电阻r7的第一端，所述电阻r7的第二端接电压输入，所述电容c19的第二端接地。

11、根据一种优选实施方式，所述adc(u4)的1脚连接u1b的7脚作为电压输入，且所述adc(u4)的1脚连接至电容c9和电容c12的第一端，所述电容c9的第二端连接至电容c12的第二端，所述电容c12的第二端接地；

12、所述adc(u4)的20脚接电压输入，且所述adc(u4)的20脚连接至电容c11和电容c13的第一端，所述adc(u4)的19脚接地，所述电容c11的第二端经电容c13的第二端连接至adc(u4)的19脚；

13、所述adc(u4)的4脚接u1b的7脚作为电压输入，且所述adc(u4)的4脚连接至电容c20的第一端，所述adc(u4)的3脚连接至adc(u4)的2脚，所述adc(u4)的2脚接地，所述电容c20连接至adc(u4)的2脚。

14、根据一种优选实施方式，所述led电流驱动器由运算放大器u6、电容c23、电阻r8、nmos管、电阻r9、电阻r10、电容c21以及电容c22构成；

15、所述运算放大器u6的3脚接dac(u10)的2脚，所述运算放大器u6的4脚经电容c23的第一端、电容c23的第二端连接至运算放大器u6的1脚，所述电阻r8的第一端连接至电容c23的第二端，所述电阻r8的第二端连接至nmos管的栅极，所述nmos管的源极连接至电阻r9、电阻r10的第一端，所述电阻r9的第二端连接至运算放大器u6的4脚；所述电阻r10的第二端接地，所述nmos管的漏极连接至三基色发光led的第一端，所述三基色发光led的第二端经电容c22、电容c21的第一端接电源电压输入，所述电容c21的第二端经接地端连接至电容c22的第二端。

16、根据一种优选实施方式，所述dac(u10)的4脚接电压输入，且所述dac(u10)的4脚连接至u1b的7脚作为电压输入。

17、根据一种优选实施方式，所述参考电压电路由电容c28、电容c29、电容c30、电压基准芯片u8、电容c31、电容c32以及运算放大器u9构成；

18、电容c28的第一端连接至dac(u10)的4脚，所述电容c28的第二端经电容c32的第一端、接地端连接至电压基准芯片u8的4脚，所述电容c32的第二端经电压基准芯片u8的5脚、1脚、7脚、8脚连接至电容c31的第一端，所述电容c31的第二端连接至电压基准芯片u8的6脚，3.3v电压经电容c29的第一端、电容c30的第一端连接至电压基准芯片u8的2脚，所述电容c29的第二端经电容c30的第二端连接至电压基准芯片u8的4脚，所述电压基准芯片u8的6脚连接至运算放大器u9的3脚，所述运算放大器u9的4脚连接至运算放大器u9的1脚，所述运算放大器u9的1脚输出参考电压。

19、根据一种优选实施方式，所述恒流补光电路还包括供电电源，所述供电电源由接口j1、保险丝fu1、二极管d2、电容c24、线性稳压器u7以及电容c25构成；

20、所述接口j1的1脚经保险丝fu1的第一端、保险丝fu1的第二端、电容c24的第一端连接至线性稳压器u7的1脚，所述接口j1的2脚连接至二极管d2的第一端，所述二极管d2的第二端连接至保险丝fu1的第二端，所述线性稳压器u7的3脚连接至线性稳压器u7的1脚，所述线性稳压器u7的4脚连接至线性稳压器u7的5脚，所述线性稳压器u7的5脚经电容c25的第一端输出电压，所述电容c25的第二端连接至线性稳压器u7的2脚，所述线性稳压器u7的2脚接地。

21、本实用新型还提供一种补光设备，包括设备主体及上述所述的补光系统。

22、本实用新型实施例一种用于智慧农业的补光系统及补光设备的技术方案至少具有如下优点和有益效果：本实用新型针对性选择三基色光电二极管配合光谱检测电路，采用数控恒流的方式分别控制三基色led发光，能够以较高精度实现测量农作物光合作用所需的红光及蓝光成分，精准对接农作物在不同阶段的光谱需求，助农作物增产。