基于WSN的温室调光系统监控终端设计

发布时间：2017-05-26 11:26

  本文关键词：基于WSN的温室调光系统监控终端设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光是植物生长过程中不可或缺的因素之一,但由于受覆盖材料、灰尘、及结构遮光等影响,设施光照难以满足作物生长要求,严重影响作物产量和品质。人工补光技术可有效改善设施作物生长光环境,已成为光环境调控的一种重要手段。现有光环境调控系统存在光质不匹配、调控精度低等不足,造成植物光能吸收率低、能源消耗大等问题。因此,本文针对设施农业中光环境调控系统的实际应用需求,以CC2530为核心处理器,红蓝光+远红光LED阵列为调光光源,设计基于WSN的温室调光系统监控终端,为光环境精准调控算法提供决策基础和调控手段。本文主要完成工作及结论如下:(1)提出光环境调控系统总体设计方案,以无线传感器网络为架构,ZigBee2007为无线网络传输协议,设计温室调光系统监测终端和控制终端,前者用于完成温室环境实时信息的监测与上传,后者主要实现对温室光环境的动态精准调控。(2)综合考虑光照、温度和二氧化碳浓度对光合作用的影响,选用CC2530为核心处理器,设计调光系统监测终端,完成上述三类因子的监测,并将监测数据通过路由节点和协调器上传到信息管理系统,从而给上层最优调控算法提供实时数据,为光环境精准调控奠定基础。(3)在光源设计上充分考虑作物对光照的选择性吸收理论和快组分荧光衰减动力学原理,在原有中心波段分别为680nm和450nm的红蓝光LED阵列中加入中心波段为700nm的远红光LED,形成双光增益效应,能有效抑制红降现象,大幅提高量子产能,可提高光合效率20%左右。(4)设计基于PT4115的LED调光光源驱动电路,调控终端根据上层信息管理系统决策下发的最优调控光强目标值,计算相应PWM调控信号并对硬件产生的误差进行修正,实现作物对不同光质需光量的精准调控,实验表明误差在6%之内。(5)以番茄为试验对象对三种不同光源补光效果进行对比分析,得到如下结论:其他环境相同条件下,红蓝光+远红光光源下番茄幼苗光合速率最快,红蓝光源次之,作物生长灯最慢;以茄子为试验对象完成产量与品质,验证结果表明,系统部署区域第一茬成熟茄子产量相对提高了82.37%,维生素C和氨基酸总量分别增加20.03%和30.26%。综上所述,本文设计的基于WSN温室调光系统监控终端具有光质匹配佳、调控精度高、应用效果好等突出优点,对实现我国温室光环境精准调控具有重要理论及实践指导意义,研究成果对于光环境调控的进一步研究具有一定的参考价值。
【关键词】：温室 调光系统 LED 精准调控
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S625.3;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• 英文摘要6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 温室调光光源研究现状11-12
• 1.2.2 温室调光系统研究现状12-13
• 1.2.3 温室调控系统体系架构研究现状13-14
• 1.3 研究内容14-15
• 1.4 论文章节安排15-16
• 第二章 监控终端整体设计方案16-20
• 2.1 无线传感器网络技术介绍16-17
• 2.2 ZigBee技术介绍17-18
• 2.3 监控终端总体设计18
• 2.4 监控终端设计要求18-19
• 2.4.1 硬件设计要求18-19
• 2.4.2 软件设计要求19
• 2.4.3 功能设计要求19
• 2.5 本章小结19-20
• 第三章 监测终端设计与实现20-26
• 3.1 监测终端硬件设计20-23
• 3.1.1 监测终端电路结构设计20
• 3.1.2 核心处理器模块设计20-21
• 3.1.3 环境信息采集模块设计21-23
• 3.1.4 电源模块设计23
• 3.2 监测终端软件设计23-24
• 3.3 监测终端实现24-25
• 3.4 本章小结25-26
• 第四章 调控终端设计与实现26-36
• 4.1 调控终端硬件设计26-31
• 4.1.1 调控终端电路结构设计26
• 4.1.2 核心处理器模块设计26-27
• 4.1.3 LED驱动模块设计27-28
• 4.1.4 LED光源选择28-30
• 4.1.5 LED灯组设计30
• 4.1.6 电源模块设计30-31
• 4.2 调光信号误差修正31-33
• 4.3 调控终端软件设计33-34
• 4.4 调控终端实现34-35
• 4.5 本章小结35-36
• 第五章 监控终端实验验证36-42
• 5.1 调光光源补光效果验证36-37
• 5.1.1 测试方案设计36-37
• 5.1.2 光效对比分析37
• 5.2 产量与品质验证37-40
• 5.2.1 实验部署方案37-38
• 5.2.2 产量对比分析38-39
• 5.2.3 品质对比分析39-40
• 5.3 本章小结40-42
• 第六章 结论与展望42-44
• 6.1 结论42
• 6.2 展望42-44
• 参考文献44-48
• 附录48-50
• 致谢50-52
• 作者简介52

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 胡阳;江莎;李洁;高静;高玉葆;古松;;光强和光质对植物生长发育的影响[J];内蒙古农业大学学报(自然科学版);2009年04期

2 刘晓英;焦学磊;徐志刚;杨杨;;红蓝LED光对叶用莴苣生长、营养品质和硝态氮含量的影响[J];南京农业大学学报;2013年05期

  本文关键词：基于WSN的温室调光系统监控终端设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：396683