基于ZigBee的植物生长柜均匀照度调节系统

（1.天津职业技术师范大学，天津 300222；2.天津市信息传感与智能控制重点实验室，天津 300222）

摘 要：本文通过ZigBee网络通信技术、传感器检测技术、控制技术以及相应的硬件结构，对LED灯板多个位置的LED灯进行实时检测和调节，使得植物生长柜每个栽培层不同位置的植物所受到LED灯板照射的强度相同，最终使得栽种出来的植物具有一致的生长长势和形态。

关键词：ZigBee技术；植物生长柜；多点检测；光照均匀性

中图分类号：S-3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230004

植物生L柜通过LED光源板来为植物提供光照， LED发光具有汇聚性，植物的生长具有向光性，这就使得植物生长柜每一栽培层的中间部位比四周光照强度大，导致不同位置植物的生长速度、形态和生长方向不一致，因此，采用一种可以使栽培层不同位置植物所受光照强度大小相同的调节系统是非常有必要的。

1 系统总体设计

1.1 硬件设计

每个光照度检测模块包括5个照度传感器和5个Getdate.ZigBee通信装置，两者通过RS485串口线相连，分别放置在栽培层四周和中间位置，多点同时检测这5个不同位置处的光照强度数据，并且将数据通过ZigBee无线方式发送给Transmit.ZigBee通信装置。控制器模块包括控制器和Transmit.ZigBee通信装置，控制器采用32位低功耗微控制器STM32C8T6芯片作为控制核心，控制器对Transmit.ZigBee通信装置接收的5个数据进行对比分析，得出控制信号，然后通过Transmit.ZigBee通信装置采用无线通信方式将控制命令发送到执行模块。执行模块包括Control.ZigBee通信装置、驱动器和LED光源板。LED灯用混连方式连接，采用恒压源进行驱动，采用PWM波形调光。Control.ZigBee装置接收的控制信号为LED灯板四周和中间5处区域的电流信号，不同电流对应不同的光照度，实现LED光源板的调光。

1.2 软件设计

ZigBee软件开发环境，IAREmbeddedWorkbench（简称EW）是目前世界上最容易使用且最完整的嵌入式应用开发工具，可为多种8/16位/32位ARM微处理器提供软件开发环境，针对不同微处理器，EW可提供相同开发环境界面便于用户使用[1]。本文以IAR软件为设计平台，对ZigBee2007协议栈开发移植，实现ZigBee协议优化及系统应用程序开发设计。

ZigBee通信协议，Getdate.ZigBee通信装置、Transmit.ZigBee通信装置和Control.ZigBee通信装置之间要进行数据传输依赖ZigBee协议，本文采用TI公司推出的符合ZigBee规范的Z-Stack为协议栈，在栽培层设计无线传感器网络节点时，不需要修改底层驱动程序，只需要调用API函数接口即可完成相应开发设计。在系统的设计中，控制模块主要完成网络结构、光强调控决策处理以及PWM信号下发等功能，其软件主要包括ZigBee协议移植、调光决策处理程序、时钟程序等子程序，其他2个模块软件设计过程类似。

2 系统测试

为了能够进一步评价本系统的光照均匀性，特选用国内领先的一种专门用于植物生长的灯板―厦门通士达荧光灯作为对照组，与本系统的ZigBee多点控制LED植物生长灯进行光照对比。用光量子流密度计测量的数据如表1所示。

从表1可知，对照组1和2的栽培层光照强度呈现中间最高，越往四周越低的趋势。由于本系统的LED植物生长灯是通过ZigBee无线通讯技术的多点控制。对于LED等板来说，中间区域的亮度低，四周亮度稍高，这样的控制弥补了栽培层中间区域所受到的光照强度大的不足，使栽培层不同位置的光照强度较均匀。本文设计的基于ZigBee的植物生长柜均匀照度调节系统，不仅可以使得植物生长柜每层不同区域植物所受到的光照强度相等，也可以减少植物生长柜中各模块之间的布线数量，使得植物生长柜所收获的植物产品具有一致的生长趋势和形态，达到既满足植物工厂需求又能够节能的目的，有很高的实用性。

参考文献

[1]江修波.ZigBee技术及其应用[J].低压电器，2007（8）：15-17.

作者简介：陈红豆（1992-），女，陕西渭南，研究生，主要研究方向：控制理论和控制工程。