自适应LED补光照明系统的设计与实现

发布时间：2017-05-28 09:07

  本文关键词：自适应LED补光照明系统的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光照为植物的生长发育、形态建成提供能源,受地理位置、阴雨天气和季节变化等因素的影响,特别是近几年雾霾天气的加剧,光照不足成为限制植物生长的主要因素,人工补光尤为必要。LED光源较传统光源具有节能、高效的优点,是植物补光照明的最佳选择。随着科学技术的发展和网络通信技术的广泛应用,现代化温室逐步迈入了信息化、智能化和网络化阶段。基于植物对光环境的需求,配置光强分布均匀的LED光源,实现智能化、网络化、低能耗的补光照明系统是现代化温室对植物照明的需求。本文利用配置设计的LED光源模块作为补光光源,基于LabVIEW的上位机与基于STM32的下位机控制器相结合,实现环境参数数据的采集、存储及调用,红、绿、蓝光源的自适应调节输出,以及远程监控的功能。本文主要的研究内容有：首先,基于理论研究基础选取LED光源,并利用测试仪器测试分析,基于LED光源排布及均匀性的研究,设置LED阵列形状、LED数量、LED间距及LED光源距离受光面的高度等参数,运用TracePro光学软件对7.5mm、10mm、 12.5mm和15mm的LED间距进行光线追踪得到辐照度分析图,通过对辐照分析图的对比分析,选取辐射照度接收面均匀度最优的设计方案,并实现LED模块的制作。其次,基于LabVIEW的上位机利用TCP/IP协议,与下位机控制系统通过WiFi模块实现无线通信。本文通过对控制模块、检测模块、WiFi通信模块和LabVIEW的硬、软件设计完成系统的自适应监控功能。上位机通过远程前面板Web发布功能,实现了温室的远程监控。最后,对本文设计实现的LED补光照明系统进行实验测试与分析,结果表明光源模块在不同光源点亮时光照接收面的均匀度均在70%以上,且系统达到了自适应调控效果。利用植物生长箱进行本系统与传统恒定补光照明系统的对比试验,通过对植物生理指标和耗电量的对比分析,发现本系统补光下的植物生理指标较传统补光差异较小,而且耗电量节省了40%,验证了系统的节能、高效,表明了系统对于现代化温室生产有极大的应用价值。
【关键词】：LED光源 PPFD TracePro光学软件 LabVIEW STM32 自适应调节
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM923.34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 选题背景及研究意义9-10
• 1.1.1 选题背景9-10
• 1.1.2 研究意义10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 本文主要研究内容12-15
• 第二章 温室植物LED补光照明系统总体设计15-19
• 2.1 植物生长对温室环境因子的要求15-16
• 2.2 温室LED补光照明系统的总体设计分析16-18
• 2.2.1 系统的设计要求16-17
• 2.2.2 系统的的总体设计方案17-18
• 2.3 本章小结18-19
• 第三章 LED光源模块的设计与实现19-35
• 3.1 LED光学照明的理论基础19-22
• 3.1.1 通用光照明的基本物理量19-20
• 3.1.2 光合有效辐射(PAR)20-21
• 3.1.3 光合光量子通量密度(PPFD)21
• 3.1.4 三种常用度量标准的转换关系21-22
• 3.2 LED光源选择22-24
• 3.3 LED光源测试24-29
• 3.3.1 LED光源光电色参数的测试24-27
• 3.3.2 LED光源配光曲线的测试27-29
• 3.4 LED灯板的仿真与设计29-34
• 3.4.1 仿真参数的设置29-30
• 3.4.2 TracePro的仿真对比30-33
• 3.4.3 LED灯板的制作33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第四章 系统的硬件设计35-45
• 4.1 控制模块微处理器35-36
• 4.2 数据检测模块36-38
• 4.2.1 温湿度采集模块36-37
• 4.2.2 光照采集模块37-38
• 4.3 LED驱动电源模块38-42
• 4.3.1 LED驱动电源模块的选取38-40
• 4.3.2 LED恒流驱动调光模块的测试40-42
• 4.4 WiFi无线通信模块42-43
• 4.4.1 UART-WiFi模块TLN13UA0642-43
• 4.4.2 串口转接板43
• 4.5 硬件平台的构建43-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第五章 系统的软件设计及实现45-63
• 5.1 控制终端的软件设计45-46
• 5.2 TLN13UA06模块的软件设计46-50
• 5.2.1 WiFi无线网络的拓扑形式46-47
• 5.2.2 TLN13UA06模块工作模式47
• 5.2.3 TLN13UA06模块的参数配置47-48
• 5.2.4 无线WiFi通信的测试实现48-50
• 5.3 LabVIEW界面的设计50-62
• 5.3.1 虚拟仪器LabVIEW编程平台50-51
• 5.3.2 监控系统软件总体设计51-52
• 5.3.3 用户管理界面52-53
• 5.3.4 功能模块53-60
• 5.3.5 网络远程控制60-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 LED补光照明系统的测试分析及实验对比63-71
• 6.1 LED光源接收面均匀性的测试分析63-67
• 6.2 系统自适应调控效果测试分析67-68
• 6.3 系统与传统补光照明的对比实验68-70
• 6.4 本章小结70-71
• 第七章 总结与展望71-73
• 7.1 工作总结71
• 7.2 展望71-73
• 参考文献73-77
• 发表论文和参加科研情况77-79
• 附录1 LED光源不同电流下积分球测试数据79-82
• 附录2 系统传感器和LI-250A对各网格中心点PPFD值的测试对比表82-83
• 致谢83

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本文编号：402317