基于单片机的植物组培专用LED光源的设计研究论文 - 图文

基于单片机的植物组培专用LED光源的设计研究

（河北大学物理科学与技术学院，河北 保定 071002）

摘要：通过对植物需光原理和LED光源对植物生长影响的研究，及由单片机调控，利用GSM网络实现远程控制的LED阵列平面光源的讨论，论述了“基于单片机的植物组培专用LED光源”的设计方法，并试验理论研究获得了关于该项目的关键技术参数。

关键词： 需光原理；单片机；GSM；LED阵列；平面光源 中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：

Plant tissue culture based on single chip design of specific LEDlight

source

(Physical Science and Technology, Hebei University, HebeiBaoding 071002)

Abstract: Plants need light LED light on the principles and effects of plant growth and control by the MCU using the GSM network for remote control of the LED light source array plane discussion, discusses the "plant tissue culture based on single chip dedicated LED light source" design methods, and test theory on the project obtained the key parameters.

Keywords: need light principle; SCM; GSM; LED array; flat light source...

美国、日本和我国的多个研究机构已开始进行LED在植物组培领域的试验研究。但已有的研究多为实验性研究，没有获取关键应用技术参数；仅研究小功率的红、蓝及其红蓝光组合等对植物的作用，只能获得2或3种组合光谱，与植物的选择性吸收谱欠匹配，且多采用连续照射方式，不能自动调控光源，不能对光密度、光周期和照射方式实施定量调制；至今未见植物组培专用LED光源产品及其在组培中的应用。我们通过对调光调色、大功率LED的散热设计等技术难题的解决, 研制出基于单片机的植物组培专用LED光源，并通过其对植物生长的影响获得了关于该项目的关键技术参数。

1 设计原理

1.1 确定植物组培专用LED光源光谱主辐射区[1-3]

基于光合作用、光周期调节、光形态建成反应对组培苗的选择性吸收，查阅了国内外文献资料，掌握了植物组培对光源光质的需求原理和相关技术参数，确定了光源基元模块由大功率的红色、蓝色、白光和小功率的紫外LED近红外LED组合而成。

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10080相对强度

60 A B C D EA 叶绿素的吸收光谱 B 光合效率光谱 C 向光性光谱 D 光形态建成的红光诱导 E 光形态建成的长波红光诱导 4020

0350400450500550600650700750800波长(nm)图1 五个主要的植物光生化反应作用光

2 设计方法

2.1植物组培专用LED光源组合灯具的设计[4-5]

突破传统的点、线光源技术缺陷，阵列LED光源植物组培灯具采用模块化阵列式的设计理念，选取大功率单个LED，组成单元LED模块，每个模块的各个通道可以独立设置、工作与控制，总和起来实现不同光质、光强和工作方式之间的组合以满足不同情况下的需求。若干个单元LED模块组成LED阵列的平面光源，实现均匀照射；LED阵列与LED恒流驱动电路链接，在阵列基板上不同光质与数量的LED可以被任意组合, 达到快速安装、更换和拓展之目的，得到具有相应光密度和符合波长的光源。

我们分别设计了方形和圆形两种组件光源，由于LED发光管体积很小，所以单开任何一种发光管都能到均匀稳定的光。

方形组件选用的是16cmx16cm正方形电板，圆型白、红、蓝，红外和紫外发光管（铝基板直径18mm）在电板上的分布如图所示，组件由三十只红色、八只蓝色、六只白色，两只红外和两只紫外LED组成。

圆形组件选用的是直径为7.5cm的圆形电板，圆型白、红、蓝发光管（铝基板直径18mm）在电板上的分布如图所示，八只红色LED，两只蓝色LED和两只白色LED均匀分布在电板上。

红色大功率 蓝色大功率 白色大功率 紫色大功率

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植物组培专用LED光源组合灯具

2.2阵列LED光源驱动模块和调控方法设计[6-8]

电流的稳定性直接影响LED的使用寿命，所以本项目的驱动电路采用降压恒流驱动方式，利用SN3352芯片完成LED阵列驱动电路的设计，具有1200：1调光比，5%的输出电流精确度，两种方式（直流/PWM）实现芯片开关和调光功能，高达1MHz的开关频率，并且具有固有LED开路保护功能，过热保护功能，温度补偿功能等特点。

一个基元的电路原理图见图，芯片的输入电压范围为6V至40V，通过改变Rs的阻值，可使输出电流为（IOUT =0.1/RS ）330mA—750mA之间的任一值，输出功率高达30W。

通过在ADJI引脚加脉宽调制(PWM)信号，来调整输出电流，使其小于通过电阻RS设置电流值 (输入信号幅值从0V-5V),PWM信号强度必须能驱动ADJ引脚内部500 k?上拉电阻。

通过调整TH、TL实现频率(1/(TH+TL))可调，工作比(TH/(TH+TL)*100%)可调，实现连续、间断和闪烁给光模式，用于植物组培补光研究，为LED植物组培光源的设计提供技术支持。

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LED驱动电路，光强和给光模式调整电路

2.3 单片机控制器的设计

主控制器以宏晶单片机STC89C54RD+为核心，外加按键电路，LCD显示电路，系统参数存储器件及LED驱动控制电路,分为手动操作控制和GSM系统远程控制两种工作模式。

单片机中固化系统软件，完成所需的：色质，光强，频闪，间隔，定时等各种需要。单片机写有程序，用于调控并设定LED的驱动电流，工作频率和脉冲宽度，以满足对光强、光质和工作方式调节的需求。单片机电路通过I/O接口驱动电路和串行数据接口连接LED恒流驱动电路，按键电路，显示接口电路和数据存储电路均与单片机连接。控制器示意图如下：

调控方法 存储芯片（系统软件） 控 键 盘 LCD显示 实时时钟 单片机 制 器 PWM方波可定时调节占空比（光强） 驱动电路 LED 组合 光源 GSM控制系统 LED组培光源的结构框图

2.4系统软件设计

系统软件写在在控制器的单片机内，在KELL软件开发语言环境中用C语言编程，系统软件采用流行的模块法编程，主要包括人机接口(键盘驱动模块，LCD驱动模块)，LED控制模块，设定参数存储模块，各司所能，有主程序统筹协调各模块依存关系，以期达到操作界面友好，控制效果理想，系统高度稳定的目标。

在程序流程图中，按照逻辑功能设置编写程序，系统初次上电默认进入设置状态，然后进行功能的设置，通过菜单键确认，通过返回键（菜单键）返回功能菜单,程序流程图如图3-5所示。各模块程序写入单片机中，通过各个模块程序的执行控制LED驱动电路，进而控制LED阵列使整个光源系统按照已经设定的各种参数协调工作来满足组培中的特定需求。

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