基于ZigBee的植物LED補光控制系統

鮑建宇+張珊

摘 要：針對傳統植物補光控制器的功能不足，基于MSP430F149低功耗單片機，結合ZigBee無線傳感器網絡技術設計了一種新型植物LED補光控制系統。采用DS1302實現了定時自動補光控制，利用UART通信實現了ZigBee和MSP430F149之間的互聯。該系統不僅能實現定時自動補光，還具有遠程數據監測功能，為閉鎖空間內生長的植物提供一種低成本智能化的補光控制方式。

關鍵詞：LED；植物補光控制；單片機；ZigBee

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.017

可見光是植物光合作用、生長過程中必不可缺的重要物理環境因素之一。其中，380～760 nm波段的光是光合作用的重要因素，以紅光、藍光為有效吸收波段。LED作為新一代光源，與傳統光源相比，具有體積小、壽命長、節能、光效高等優勢，其在植物照明上的應用也日趨廣泛。為了解決傳統植物補光控制系統功能不足等問題，本文引入MSP430F149單片機進行控制，并將LED補光系統與ZigBee技術相結合，設計了一種無線植物LED補光控制器。

1 系統構成

針對上述功能，整個控制系統由一臺可以遠程登錄服務器的PC機、1臺TP-Link路由器、1條以太網通信電路、MSP430F149控制器和ZigBee無線網絡組成，如圖1所示。由于篇幅所限，本文重點闡述基于MSP430F149+DS1302定時控制模塊和基于ZigBee無線網絡終端控制器（即LED補光模塊）的實現。系統采用DS1302定時芯片，可以針對一天中的任何時段對補光量進行任意設定，設定值經由MSP430F149處理后通過串口發給中心節點的ZigBee模塊，再經由ZigBee無線網絡發送到各個LED補光模塊，從而實現無線控制的定時定量自動補光控制模式。

2 定時自動補光控制的實現

定時自動補光控制是根據預先設定的補光定值對閉鎖空間的植物補光，因此，需要對時間數據進行采集，硬件電路中設計了基于DS1302的定時電路，系統在緩存中設定對應時段的補光數據。在定時模式下，MSP430F149首先對DS1302進行初始化，讀寫地址和數據信息，并將讀取的時間信息存放在對應的緩存中，以便進實時判斷時間信息在哪個區間；將預設的補光數據值調用串口發送到函數中，并發送給ZigBee網絡中的節點進行數據處理，從而產生輸出給LED驅動電路的補光信號。程序流程圖如圖2所示。

3 測試結果

本文將系統補光時刻分為8個時段，每日6：00—20：00間每2 h設定一個補光區間（總計7個），從20：00到第二天6：00為一個區間。表1為部分區間所對應的補光占空比值。

圖3為LED補光模塊所接收到的不同時段的PWM波形。其中，每幅波形圖上的“1”是藍光補光波形通道，“2”是紅光補光波形通道，“3”是白光補光波形通道。

通過對上述通信數據格式和幀格式的分析，系統表現穩定，實現了數據的準確傳輸和植物定時定量補光控制。

4 結束語

本文基于MSP430F149和 DS1302實現了定時自動補光控制，基于TI公司的CC2530和MSP430F149實現了無線網絡控制。該系統不僅能實現定時定量自動補光控制，稍加改進后還可實現精確補光，同時，還具有遠程數據監測功能，為閉鎖空間內生長的植物提供了一種低成本、智能化的LED補光控制方式。

參考文獻

[1]劉文科，楊其長.現代農業照明現狀與發展展望[J].照明工程學報，2014，25（03）.

〔編輯：張思楠〕