一种植物培养箱的多色光照装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及的是在生物培养箱内实现LED多色光照功能的一种植物培养箱的多色光照装置。一种植物培养箱的多色光照装置，包括LED驱动电路、光强度检测电路、控制模块，其中控制模块是采用MSP430F5529单片机最小系统进行控制的，LED驱动电路采用LM3404恒流驱动器实现LED恒流工作，光强度检测电路采用GY‑30光照强度传感器模块来检测的，单片机控制系统调节LED恒流驱动电路来改变LED灯的光照强度。为了提供光照培养箱内培养植物光合作用的效率，实现培养箱经济效益最大化，设计了一种多色光照培养箱。该多色光照培养箱比普通的光照培养箱可以极大地提高植物光合作用效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是在生物培养箱内实现LED多色光照功能的一种植物培养箱的多色光照装置。
技术介绍
地球上一切具有生命特征的物体都是以植物(或微生物)的光合作用为基础而存在的。植物的光合作用需要有光进行照射，光提供植物进行光合作用所需要的能量，同时光质、光谱也对植物的光合作用产生重要影响。在自然光逐渐无法满足人类的生产和生活需求时，光照培养箱被专利技术并加以利用。光照培养箱是已经成为农业、林业、医学等部门所必须的实验设备。光质，即光的颜色，对植物的生长和发育产生重要作用。同时光质也影响植物进行光合作用的效率。光信号被植物体内不同的光受体所感知，每一种光受体被其所对应的光质所触发，因此对植物的光合作用、生长等产生影响。可见光一般划分为：红光(650～700nm)、橙光(650～650nm)、黄光(560～600nm)、青光(470～500nm)、蓝光(430～470nm)、紫光(390nm以下)。植物有选择性地吸收光，不同植物吸收光的光谱也是各不相同，但是基本上对红橙光和蓝紫光吸收量最大。研究也表明，植物在红橙光和蓝紫光下的光合效率比较高。所以在此要实现多色光照控制，来让植物更好更高效地进行光合作用。光照培养箱内培养植物的种类不同，工作人员可以参照植物的各个阶段所需的光色要求来进行控制，从而提高植物培养箱的经济效益。目前绝大多数的光照培养箱采用普通的人工光源进行光照，不具备多色光照的功能，不能满足科研工作人员对光谱、光色对植物进行光合作用的影响，更无法提高培养箱培养植物的效率。在查阅的文献资料后，未见关于多色光照技术在植物培养箱上的具体应用及具体实现方法。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种植物培养箱的多色光照装置。本专利技术的目的是这样实现的：一种植物培养箱的多色光照装置，包括LED驱动电路、光强度检测电路、控制模块，其中控制模块是采用MSP430F5529单片机最小系统进行控制的，LED驱动电路采用LM3404恒流驱动器实现LED恒流工作，光强度检测电路采用GY-30光照强度传感器模块来检测的，单片机控制系统调节LED恒流驱动电路来改变LED灯的光照强度，GY-30光照强度传感器实时检测植物培养箱内的光照强度，并输出一个数字信号与所设定的光照强度信号进行对比，形成一个闭环控制电路来控制光照强度信号；GY-30光照强度传感器模块是一款光照强度数字转换器，通过I2C总线与单片机连接。GY-30能分辨出1-65535勒克斯的光照强度，GY-30有5个引脚，其中VCC引脚接3.3V电压，GND引脚和ADDR引脚均接地，SCL引脚接MSP430F5529单片机的P6.1管脚，SDL接MSP430F5529单片机的P6.2管脚，SCL和SDL均需要加上拉电阻R45、R46；MSP430F5529具有4个能输出PWM的I/O口，其中一路白光调光光路接MSP430F5529的PWM输出引脚P2.5上，一路蓝光调光光路接MSP430F5529的PWM输出引脚P2.4上，一路红光调光光路接MSP430F5529PWM输出引脚P1.5上；每一路的6个LED灯以串联的方式接在电路中，串联电路能够保证在每一路上的每一个LED灯流过的电流都是相等的，从而达到每一路的同颜色的LED灯亮度一样；不同颜色的LED灯有不同的额定工作电压，其中，白色LED灯的额定工作电压为3.0V～3.3V，红色LED灯的额定工作电压为2.0V～2.3V，蓝色LED灯的额定工作电压为3.0V～3.4V。本专利技术的有益效果在于：为了提供光照培养箱内培养植物光合作用的效率，实现培养箱经济效益最大化，设计了一种多色光照培养箱。该多色光照培养箱比普通的光照培养箱可以极大地提高植物光合作用效率。附图说明图1总体硬件框图。图2LED电路控制系统框图。图3GY-30接线原理图。图4MSP430F5529单片机最小系统原理图。图5LED驱动电路的原理图。图6增量式PID控制LED的流程。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术提出采用在光照培养箱内采用LED灯来达到实现多色光照的功能，并且实现恒定光照控制。培养箱具备多色光照功能，工作人员就能根据不同植物生长所需光质的要求来设置光照培养箱中光照条件，极大地提高光合作用效率，达到植物培养箱具备更好的经济效益。在植物培养箱中实现多色光照功能，主要通过LED多色光照电路、GY-30光照强度传感器检测电路来实现恒定光照控制。图1为总体硬件框图，电源供电电路提供MSP430F5529单片机最小系统工作电源，MSP430F5529单片机最小系统控制LED驱动控制电路来调节LED灯，GY-30光照强度传感器检测LED灯的光照强度并反馈给单片机最小系统控制电路，从而形成闭环控制电路。LED多色光照电路采用MSP430系列的单片机进行控制。硬件电路中涉及LED驱动电路、光强度检测电路、控制模块等。其中，控制模块是采用MSP430F5529单片机最小系统进行控制的，LED驱动电路采用LM3404恒流驱动器实现LED恒流工作，光强度检测电路则是采用GY-30光照强度传感器模块来检测的。图2为LED电路控制系统框图，通过设定光照强度值，单片机控制系统调节LED恒流驱动电路来改变LED灯的光照强度，GY-30光照强度传感器实时检测植物培养箱内的光照强度，并输出一个数字信号与所设定的光照强度信号进行对比，这样形成一个闭环控制电路来控制光照强度信号。GY-30光照强度传感器模块是一款光照强度数字转换器，通过I2C总线与单片机连接。GY-30能分辨出1-65535勒克斯(lux)的光照强度，同时它对光源的依赖性不大，能检测各种光源发出的光照强度。图3为GY-30接线原理图，GY-30有5个引脚，其中VCC引脚接3.3V电压，GND引脚和ADDR引脚均接地，SCL引脚接MSP430F5529单片机的P6.1管脚，SDL接MSP430F5529单片机的P6.2管脚，SCL和SDL均需要加上拉电阻R45、R46。本专利技术采用MSP430F5529单片机最小系统来进行LED光照的控制与恒定光照的PID控制算法实现。MSP430F5529是一款16位的单片机，具有超低功耗、集成USB、比较丰富的片内外设、16位RISC结构运算能力强、开发周期短等特点，最近几年被逐渐运用于工业控制系统中，特别在医学智能仪器上面得到了广泛的运用。MSP430F5529的3.3V的工作电压，具有超低功耗的工作模式包括：活动模式(AM)、待机模式(LPM3)、关闭模式(LPM4)、关闭模式(LPM5)。其中，MSP430F5529单片机处于活动模式(AM)时系统的时钟频率为8MHz，此时只需要150μA的电流；MSP430F5529单片机处于待机模式(LPM3)时只需要2.1μA的工作电流且RAM数据保持、能快速唤醒；MSP430F5529单片机处于关闭模式时，此时的工作电流为1.1μA，系统仍能RAM数据保持，且能电源监控，及时快速唤醒；MSP430F5529单片机处于关断模式(LPM5)时，系统的工作电流仅为0.18μA。MSP430F5529单片机能较快从待机模式下唤醒，此唤醒过程仅需时间为3.5μs，具有4个定时器、2个通用串行通讯接口、一个全速USB接口。图4为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物培养箱的多色光照装置，包括LED驱动电路、光强度检测电路、控制模块，其特征在于：其中控制模块是采用MSP430F5529单片机最小系统进行控制的，LED驱动电路采用LM3404恒流驱动器实现LED恒流工作，光强度检测电路采用GY‑30光照强度传感器模块来检测的，单片机控制系统调节LED恒流驱动电路来改变LED灯的光照强度，GY‑30光照强度传感器实时检测植物培养箱内的光照强度，并输出一个数字信号与所设定的光照强度信号进行对比，形成一个闭环控制电路来控制光照强度信号；GY‑30光照强度传感器模块是一款光照强度数字转换器，通过I2C总线与单片机连接。GY‑30能分辨出1‑65535勒克斯的光照强度，GY‑30有5个引脚，其中VCC引脚接3.3V电压，GND引脚和ADDR引脚均接地，SCL引脚接MSP430F5529单片机的P6.1管脚，SDL接MSP430F5529单片机的P6.2管脚，SCL和SDL均需要加上拉电阻R45、R46；MSP430F5529具有4个能输出PWM的I/O口，其中一路白光调光光路接MSP430F5529的PWM输出引脚P2.5上，一路蓝光调光光路接MSP430F5529的PWM输出引脚P2.4上，一路红光调光光路接MSP430F5529PWM输出引脚P1.5上；每一路的6个LED灯以串联的方式接在电路中，串联电路能够保证在每一路上的每一个LED灯流过的电流都是相等的，从而达到每一路的同颜色的LED灯亮度一样；不同颜色的LED灯有不同的额定工作电压，其中，白色LED灯的额定工作电压为3.0V～3.3V，红色LED灯的额定工作电压为2.0V～2.3V，蓝色LED灯的额定工作电压为3.0V～3.4V。...

【技术特征摘要】
1.一种植物培养箱的多色光照装置，包括LED驱动电路、光强度检测电路、控制模块，其特征在于：其中控制模块是采用MSP430F5529单片机最小系统进行控制的，LED驱动电路采用LM3404恒流驱动器实现LED恒流工作，光强度检测电路采用GY-30光照强度传感器模块来检测的，单片机控制系统调节LED恒流驱动电路来改变LED灯的光照强度，GY-30光照强度传感器实时检测植物培养箱内的光照强度，并输出一个数字信号与所设定的光照强度信号进行对比，形成一个闭环控制电路来控制光照强度信号；GY-30光照强度传感器模块是一款光照强度数字转换器，通过I2C总线与单片机连接。GY-30能分辨出1-65535勒克斯的光照强度，GY-30有5个引脚，其中VCC引脚接3.3V电压，GND引脚和ADDR引脚均接地，SCL引脚接MSP430F5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金，邓丽辉，梁洪，栾宽，王磊，马兴成，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23