基于ZigBee的溫室大棚L(fēng)ED光環(huán)境智能監(jiān)控1

凌家良，魏曉慧

光環(huán)境是農(nóng)作物生長的關(guān)鍵因素之一.農(nóng)作物長期的弱光生長會(huì)導(dǎo)致植株不健壯、落花落果嚴(yán)重、果實(shí)發(fā)育緩慢、含糖量降低、產(chǎn)量下降等.比如南方地區(qū)春季陰雨連綿，致使大棚的光照強(qiáng)度較低，對(duì)農(nóng)作物的生長極為不利.適當(dāng)?shù)娜斯ぱa(bǔ)光可使瓜果的成熟期提前［1-2］，產(chǎn)量提高，果實(shí)品質(zhì)優(yōu)良，大小均勻，含糖量提高，同時(shí)，植物生長更加健壯.

農(nóng)作物補(bǔ)光燈的光源有很多種，如白熾燈、鈉燈、熒光燈等，近幾年來迅速發(fā)展起來的LED燈(light emitting diode)，因其顯著的節(jié)能、光譜光強(qiáng)可控可調(diào)、冷光性以及良好的點(diǎn)光源等優(yōu)點(diǎn)，逐漸代替其他光源成為農(nóng)作物補(bǔ)光燈的首選.

1 大棚農(nóng)作物L(fēng)ED補(bǔ)光模型

本文設(shè)計(jì)的大棚如圖1所示.

圖1 大棚補(bǔ)光LED燈及數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)示意圖

其中，LED補(bǔ)光燈L1～L24，光照采集控制節(jié)點(diǎn)D1～D6.設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)D1控制L～L4四盞燈，D2控制L5～L8四盞燈，以此類推.

農(nóng)作物在不同的生長時(shí)期對(duì)補(bǔ)光的要求也不一樣，如圖2所示，所以有必要對(duì)不同時(shí)期的作物采取不同的補(bǔ)光措施.

圖2 有不同生長期的大棚示意圖

在已知光源光強(qiáng)的情況下我們可以得到該光源在不同采光點(diǎn)的光照強(qiáng)度E（ 單位lx）［2］：

式（1）中I 為光源發(fā)光強(qiáng)度，R為光源到被照物表面的距離.在大棚中，不同光照采集控制節(jié)點(diǎn) Dj所接收到的光強(qiáng)應(yīng)該包括各補(bǔ)光燈 Li和太陽光的疊加.但補(bǔ)光燈 Li到節(jié)點(diǎn) Di往往不是垂直照射，如圖3所示，Li( xi, yi)，Dj( xj, yj)分別為補(bǔ)光燈 Li和節(jié)點(diǎn) Di坐標(biāo)［3-4］.

圖3 補(bǔ)光燈 L i到節(jié)點(diǎn) D i示意圖

由此可得補(bǔ)光燈 Li到節(jié)點(diǎn) Di的光照強(qiáng)度 Ei,j：

其中，hi為……