基于物聯(lián)網技術的無線智能植物LED光照系統(tǒng)設計

錢春花 強鶴群 薛亮 楊娟

摘 要：本文以蘇州農業(yè)職業(yè)技術學院與太倉現(xiàn)代農業(yè)園的院區(qū)結對科技服務項目為例，基于物聯(lián)網技術設計了一個無線智能植物LED光照系統(tǒng)，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(fā)。

關鍵詞：無線控制；物聯(lián)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(qū)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(tǒng)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(xié)議下開發(fā)出的網絡協(xié)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(tǒng)環(huán)境和主控機房之間通信的特點。

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

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(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)顏色單一，不能實現(xiàn)光譜的調節(jié)。

本項目所設計的無線智能光照系統(tǒng)，采用LED光源，電光轉換效率高，能耗低，特別是能夠實現(xiàn)光譜分量的不同比例調節(jié)，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(xiàn)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(shù)據遠程傳輸包括基于Zigbee的局部區(qū)域數(shù)據無線傳輸和基于4G網絡的遠程數(shù)據無線傳輸，能夠實現(xiàn)所有數(shù)據及控制信號的可靠的無線傳送。

本項目在實際研發(fā)中選擇CC2530芯片作為研發(fā)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(fā)自己的應用更加方便。但是目前多數(shù)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(shù)據傳輸集成模塊如圖2所示。

五、遠程控制軟件開發(fā)

本項目在控制軟件方面開發(fā)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(tǒng)已經在蘇州農業(yè)職業(yè)技術學院，太倉市現(xiàn)代農業(yè)園區(qū)得到應用，取得了良好的效果，如圖3和圖4所示。

參考文獻：

[1] 許偉.基于ZigBee和3G網絡的茶園監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn).福建農林大學[D].2016.

[2] 彭志兵.基于ZigBee無線傳感器網絡的田間數(shù)據采集擁塞緩解方法研究[D].內蒙古大學，2016.

[3] 李道亮.農業(yè)物聯(lián)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(xiàn)代農業(yè)科學[J].2016.

項目名稱：

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