基于STC單片機的LED自動補光系統設計

□毛勇鵬 張海輝

（西北農林科技大學機械與電子工程學院 陜西 咸陽 712100）

基于STC單片機的LED自動補光系統設計

□毛勇鵬 張海輝

（西北農林科技大學機械與電子工程學院 陜西 咸陽 712100）

針對現有LED補光系統在溫室大棚應用時補光不足和補光過度的問題，本文設計了一種LED植物補光測試系統，實現溫室大棚植物的定量補光，以滿足不同植物在不同階段的光照需求。研究結果表明，該系統結合專用的光照設施，可實現自動化補光和光照調節，非常適用于菌類作物的栽培補光，具有良好的實用性和較強的推廣性。

單片機曰LED曰脈寬調制曰補光系統

1 系統總體設計

系統包括主控設備、LED光源驅動模塊以及光照強度檢測模塊三部分組成，設備采用STC12C5A60S2作為系統中心處理芯片，各個模塊之間通過有線互聯方式進行信息通信。主控設備根據反饋信息量進行修正補光強度；LED驅動模塊主要完成光環境開啟與關閉的功能，實現單片機微弱信號至大電流轉變的過程，進而實現光強信息動態調控過程，支持光強信息的無極變化，可根據需光量，動態周期性調節光強信息；光照強度檢測模塊主要對特定波段光源強度進行檢測，并通過IIC通信接口與單片機進行數據交互。如圖1所示為本系統的總體設計結構框圖。

圖1 系統總體設計框圖

2 系統硬件設計

2.1 LED光源驅動模塊

本LED光源驅動電路從AC220V交流電接入，首先是由熱敏電阻NTC和保險絲F1組成的涌浪保護電路，由電感L1、L2和電容CX1組成的EMC濾波電路，由四個二極管組成的模塊DB1是全橋整流電路，然后是由二極管D1、D2、D3，電阻R1和電容C1、C2組成的上位機F電路，由電阻R2-R4，電容C4-C6，二極管D4和晶體管T1組成的降壓穩壓電路，由主驅動芯片PT4107、滑動變阻器RT、線性微調電阻R5、開關頻率設計電阻R6、采樣電阻R7-R10和MOSFET管Q1組成的PWM控制電路，最后是由續流二極管D5、鎮流電感L3和電容C3組成的擴流恒流電路。如圖2所示為該電路的電路原理圖。

圖2 LED驅動電路原理圖

2.2 光照度檢測模塊

應用ISL29010光照傳感器對完成對預處理的多色光進行監測分析。采用I2C總線方式對檢測信號進行接入，本系統的一個主要特點是應用分時復用原理，有效的減少了總線空間的占用，同時減少芯片管腳的數量。光照度檢測模塊采用電壓為4.5V的直流電源供電，信號數據接入單片機的P1.6口線路，時鐘模塊接入P1.7口線路，該檢測模塊可測定系統的分波段光照強度。

2.3 主控設備

采用STC12C5A60S2作為核心處理器。采用5V電源供電，電源電路模塊將外接的12V電壓轉換為5V電壓，外接的5V電壓轉換為3.3V電壓，為系統提供電源。INPUT端接入12V電壓，OUTPUT端輸出的電壓即為5V與3.3V。OUTPUT電壓輸出端設置了一個LED，可提示整個系統供電情況。主控設備人機交互模塊主要為液晶顯示屏和鍵盤兩部分，數據存儲通過SD卡實現，系統選用SPI形式讀寫SD卡。通過RS232接口電路實現單片機與上位機間的數據通信。

3 系統軟件設計

圖3 系統軟件流程圖

本文采用模塊化設計的軟件系統，程序對系統初始化后，首先調用光照度檢測模塊函數獲取特定波段的分波段光強度數據，并傳到單片機模塊上，通過邏輯運算，單片機根據預先設定的參考值范圍與實際值之差得出植物實際所需的光照強度，進而計算得出實際需光量，并產生對應的PWM信號，相應設備接受控制信號執行補光動作，從而實現LED燈的照度自動控制，對植物進行精確補光。圖3為該系統的程序流程圖。

4 結論

本文研發了一種基于STC12C5A60S2單片機的設施菌類補光系統，選用紅、黃、藍、綠四種顏色濾光片，實現在一定的波段范圍內對特定波長的光信號進行檢測的效果，根據光照傳感器的檢測結果，通過單片機核心控制模塊發出的PWM信號，系統可實現LED燈組的光波控制，從而控制溫室大棚光源的照度，從根本上解決溫室大棚內補光難、補光效果欠佳的問題，實現溫室大棚內植物補光的自動化控制。系統試驗證明其具有良好的穩定性，實現了設施菌類的高效定量的調控目的。

1004-7026（2017）1-0065-02

TM923.02

A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.01.042