基于物聯網技術的無線智能植物LED光照系統設計

錢春花 強鶴群 薛亮 楊娟

摘 要：本文以蘇州農業職業技術學院與太倉現代農業園的院區結對科技服務項目為例，基于物聯網技術設計了一個無線智能植物LED光照系統，主要內容如下：1）基于LED的彩色光源設計；2）遠程無線傳輸技術研究；3）遠程控制軟件開發。

關鍵詞：無線控制；物聯網；LED

一、研究背景

眾所周知，植物的生長離不開光照。而目前我國大部分地區霧霾天氣較多，光照時間和強度不斷下降。光照不足導致的后果就是植物的光合作用受到抑制，在植物的育苗生長期導致植物根系生長弱，影響苗的移栽成活率，從而影響商品苗的質量和經濟價值。

本項目所設計的無線植物LED光照系統能夠在植物生長的不同周期給予植物所需的光照補充，提高植物育苗的質量和移栽成活率，提高植物的在開花結果階段的生長和成熟速度，對于提高作物花卉等經濟型植物的質量和經濟效益具有重要的意義。

二、相關技術簡介

本項目的研究主要采用了Zigbee技術，串口通信技術，Java Android技術，下面對這三項技術做簡要介紹。

ZigBee 技術：IEEE.802.15.4無線協議下開發出的網絡協議，頻段免費，可靠性高，構成的網絡拓撲結構強。選擇 ZigBee 技術作為本項目的通信標準主要考慮了光照系統環境和主控機房之間通信的特點。

串口通訊技術：通過數據信號線、地線、控制線等，按位進行傳輸數據的一種通訊方式。這種通信方式使用的數據線少，在遠距離通信中可以節約通信成本。

Java Android技術：Java語言屬于面向對象的高級語言，可移植性比其他高級語言強，更加方便 Android應用程序的開發。

三、基于LED的彩色光源設計

光照在作物生長中占據主導地位，尤其是植物在育苗、生長、開花結果的不同階段，對于光照的要求是有差異的，主要體現在對光譜不同分量的配比要求上。

目前市場上植物光照系統所采用的材料主要是熒光燈，高壓鈉燈，日光色鏑燈等，這些光源存在能耗高，效率低，熱光源也會引起溫度的升高，不利于作物的生長等缺陷。尤其最主要的是這些光照系統顏色單一，不能實現光譜的調節。

本項目所設計的無線智能光照系統，采用LED光源，電光轉換效率高，能耗低，特別是能夠實現光譜分量的不同比例調節，能夠針對不同作物在不同生長階段提供不同的光照，真正實現植物生長的精準控制。本項目所設計的LED彩色光源如圖1所示。

四、遠程無線傳輸技術研究

本項目所涉及的數據遠程傳輸包括基于Zigbee的局部區域數據無線傳輸和基于4G網絡的遠程數據無線傳輸，能夠實現所有數據及控制信號的可靠的無線傳送。

本項目在實際研發中選擇CC2530芯片作為研發的核心微處理器。CC2530提供了一個強大的ZigBee遠程控制解決方案，因此，在CC2530上開發自己的應用更加方便。但是目前多數計算機都已經沒有串口電路，而CC2530在進行信號傳輸時，需要串口通信。因此，本項目采用USB轉RS232的方式來解決串口通信問題。遠程數據傳輸集成模塊如圖2所示。

五、遠程控制軟件開發

本項目在控制軟件方面開發了Windows和Android兩個版本，應對不同的市場需要。

本項目所設計的無線智能植物LED光照系統已經在蘇州農業職業技術學院，太倉市現代農業園區得到應用，取得了良好的效果，如圖3和圖4所示。

參考文獻：

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[3] 李道亮.農業物聯網導論.科學出版社[M].2012.

[4] 徐圓圓，等.LED光源在植物工廠中的應用.現代農業科學[J].2016.

項目名稱：

2016年蘇州農業職業技術學院結對農業園區科技服務項目（基于物聯網的光照自動控制技術應用與信息化平臺建設服務）