植物工厂中LED多波长光量子采集系统设计与实现

发布时间：2020-06-14 21:31

【摘要】：随着人们对食品品质要求的提高以及世界耕地面积的减小,自然环境的污染越来越严重,植物工厂技术得到了迅速的发展。而作为植物工厂内部植物生长的重要影响因素的光也渐渐地进入到研究者的眼中。又因为LED技术的日趋成熟,并且植物生长主要吸收太阳光中的红光、蓝光以及少量红外光,所以现在植物工厂多采用红光、蓝光以及少量的远红外光等单色LED光源作为植物工厂中补光源。然而现有的光合有效辐射(PAR)光量子的传感器只能测量400nm-700nm这整个波段的光量子通量密度。无法在同一时间对单一颜色光的光量子通量密度进行准确的测量,这对测量光质比以及对其他控制系统的产生反馈信号带来了很大的阻碍。从而无法实现植物工厂的智能化。因此本文提出了一种可以同时测量红光以及蓝光的光量子通量密度的探测采集系统以解决上述问题。伴着科学技术的蓬勃发展,并且各个领域对于数据采集方面的要求的逐渐提升,传统的数字采集卡逐渐被具有主控芯片外加一个通用串口的组合所替代。又由于USB(通用串行总线)可以很好的弥补传统数据采集卡接口的缺陷,而FPGA(现场可编辑门阵列)又具有灵活的结构、较短的开发时间、升级容易等特点。因此本次设计采用以FPGA(现场可编辑门阵列)作为主控芯片usb(通用串行总线)作为数据传输的串口。本文将从系统的硬件电路的设计,软件上的程序设计以及数据的后期处理三大方面进行深入的探讨。硬件电路的设计方面:主要是完成所需要的各部分的电路设计以及完成相关系统的原理图以及系统电路板原理图的相关绘制工作。软件设计方面:主要是介绍FPGA内部逻辑电路的程序设计、usb固化程序设计思路和实现方法。数据后期处理:找到采集到数据和目标数据之间的关系,然后经过在上位机程序的处理,将目标数据显示出来。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM923.34
【图文】：

光谱图,光合有效辐射,光量子,光谱图

１－１邋ＬＩ－ＣＯＲ公司，ＬＩ－１９０ＳＡ光合有效辐射光量虽然为探宄自然光光合有效辐射的科学研光生物学的蓬勃发展。但是这种传感器只共或者某个单色光的光合有效光量子通量光量子通量密度的数值，使得植物工厂无，给植物工厂智能化以及自动化的实现设技术在国外，并且售价不菲，间接的增题设计了一套可以同时探测红光以及蓝光。逡逑以及课题内容逡逑目标：设计一套可以在实际进行应用、可合有效光量子通量密度值，并将这些值

框图,总体设计,数据采集系统,框图

得数据采集系统的整体集成度提高了一个档次。而且ＦＰＧＡ是可编程型芯片，逡逑所以本系统可以很容易的进行该系统后续的升级以及进行相应维护的工作。逡逑总而言之，明确了本次系统的整体设计方案如图２－１所表示那样，本系统逡逑包含七个部分：①处于前端对信号进行采集并且进行相应处理的模拟电路。②逡逑将模拟信号转变成数字信号的模数转化模块。③采用ＦＰＧＡ芯片的作为主要控逡逑制器模块。④采用ＵＳＢ２．０芯片的接口模块。⑤上位机显示控制界面。⑥电路逡逑板上供电电源模块。⑦相应芯片的外围电路设计部分。逡逑＿逦＾逦一佭逡逑逦Ｙ邋＾邋＾—逡逑／Ｉ逦－—Ｕ逦１邋—逦ｉ＼逡逑图２－１数据采集系统总体设计的框图逡逑数据采集系统各个模块的性能简介：处于前端的信号采集电路接收红光逡逑ＬＥＤ光源以及蓝光ＬＥＤ光源发出的光信号，并把光信号转化成相应的电信号。逡逑因为此时的电信号并不在模数转化芯片输入值范围内，所以还需要经过前端电逡逑路对信号的幅值进行放大或者缩小处理，而且还要把信号的噪声部分过滤掉。逡逑之后送将处理后信号传递给后续电路进行处理。由于无论是接口芯片、主控芯逡逑片还是上位机处理的均是数字信号，所以经过前端的模拟信号还要通过模数转逡逑化模块变成数字信号；主要控制芯片ＦＰＧＡ内部主要包含三个主要部分：①模逡逑数转化接口②ＵＳＢ２．０接口③ＦＩＦＯ缓存部分，①②部分主要是对相应芯片进行逡逑控制，③部分对于采集到的数据以及从上位机接收到的命令进行缓存的装置。逡逑由ＵＳＢ２．０芯片组成的接口主要是将数据在ＦＰＧＡ以及上位机之间传送

【参考文献】