LED家庭植物工廠控制系統(tǒng)設計.pdf

<p>2019 年4 月第30 卷 第2 期照明工程學報ZHAOMING GONGCHENG XUEBAOApr 2019Vol. 30 No. 2LED家庭植物工廠控制系統(tǒng)設計韓麗麗1，3，程 崢2，牛萍娟1，3，田海濤1，3，梁立君1，3，劉 雷1，羅德智1(1. 天津工業(yè)大學電氣工程與自動化學院，天津 300387; 2. 天津工業(yè)大學電子與信息工程學院，天津 300387; 3. 天津工業(yè)大學大功率半導體照明應用系統(tǒng)教育部工程中心，天津 300387)摘 要: 針對現(xiàn)有家庭植物工廠控制系統(tǒng)生產(chǎn)成本高、營養(yǎng)液凈化不徹底、云平臺技術應用實例少的問題，設計并開發(fā)了一種LED家庭植物工廠控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STM32為核心處理器，采用LED模組對植物進行補光，并將深紫外LED技術應用到營養(yǎng)液凈化領域; 移植UCOSIII嵌入式系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)實時性的要求; 移植EMWIN進行了LCD人機交互模塊開發(fā); 通過WIFI模塊接入機智云云平臺，并基于機智云提供的SDK包以及Android開源框架開發(fā)了一款Android APP，實現(xiàn)了對家庭植物工廠的遠程調控。整體測試結果表明，系統(tǒng)各項性能均達到了設計要求，具有較高的可靠性，而且成本較低，滿足實際應用的需求。關鍵詞: 家庭植物工廠; LED補光; 深紫外LED; UCOSIII; 機智云; Android中圖分類號: S126; TP273 文獻標識碼: A DOI: 10. 3969j. issn. 1004-440X. 2019. 02. 016Design of LED Family Plant Factory Control SystemHAN Lili1，3，CHENG Zheng2，NIU Pingjuan1，3，TIAN Haitao1，3，LIANG Lijun1，3，LIU Lei1，LUO Dezhi1(1. School of Electrical Engineering and Automation，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China;2. School of Electronics and Information Engineering，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China;3. Engineering of esearch Center of High Power Solid State Lighting Application Systemof Ministry of Education，Tianjin 300387，China)Abstract: Aiming at the problems of high production cost of the existing family plant factory controlsystem，incomplete purification of nutrient solution and few application examples of cloud platformtechnology，an LED family plant factory control system is designed and developed The system uses STM32as the core processor，uses LED modules to fill the plants，and applies UVC LED technology to the field ofnutrient cleaning It transplants the UCOSIII embedded system to meet the real-time requirements of thesystem and transplants EMWIN for LCD human-computer interaction module development It accesses theGizwits platform through the WIFI module，and develops an Android APP based on the SDK packageprovided by the Gizwits platform and the Android open source framework The remote control of the homeplant factory is realized The overall test results show that the performance of the system has reached thedesign requirements，with high reliability and low cost，which meets the needs of practical applicationsKey words: family plant factory; LED fill light; UVC LED; UCOSIII; Gizwits; Android基金項目: 國家火炬計劃 (批準號: 2015GH611592)，天津市科技計劃 (批準號: 18YFZCNC01160)，天津市高等學校創(chuàng)新團隊培養(yǎng)計劃 (批準號: TD13-5035)72 照明工程學報 2019 年4 月圖1 系統(tǒng)功能設計Fig. 1 Design of system function引言近年來，隨著植物工廠 LED 照明研究的深入，新成果不斷涌現(xiàn)1 3。LED 光源具有體積小、壽命長、光色可調等優(yōu)點，被認為是全人工光型植物工廠的理想光源4 6。隨著大型植物工廠研究不斷深入，家庭植物工廠受到人們越來越多的關注。2010 年中國農(nóng)業(yè)科學院推出了一款“低碳·智能·家庭植物工廠”，它包含三層立體栽培空間，所用光源為白光 LED7。2012 年北京某公司研制了一種適合于樓宇、家庭使用的 JPWZ-1 家庭植物工廠，實現(xiàn)了栽培區(qū)的溫濕度環(huán)境的精準控制8。2015 年中國農(nóng)業(yè)科學院研制出了兩種型號的家庭植物工廠9。目前我國研發(fā)的家庭植物工廠控制系統(tǒng)大多選用PLC 作為核心控制器，成本較高; 在營養(yǎng)液循環(huán)過程中，會出現(xiàn)有害微生物和植物自毒物質，依靠現(xiàn)有技術往往凈化不徹底; 且應用物聯(lián)網(wǎng)技術衍生出的設備云平臺技術的實例很少。以上這些問題有待改進。我們通過對現(xiàn)有的家庭植物工廠控制系統(tǒng)進行分析，結合嵌入式技術、LED 光源技術、無線通信技術、設備云平臺技術、智能控制技術，設計并開發(fā)了一種 LED 家庭植物工廠控制系統(tǒng)。1 系統(tǒng)總體設計1) 控制系統(tǒng)功能設計。如圖1 所示，LED 家庭植物工廠控制系統(tǒng)由核心處理器、傳感器、LCD人機交互模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源、WIFI通信模塊、輸出控制模塊以及 Android APP 組成。傳感器模塊實現(xiàn)了對系統(tǒng)內光照強度、溫濕度、CO2濃度、營養(yǎng)液溫度、EC、pH 和液位等環(huán)境和營養(yǎng)液因子數(shù)據(jù)信息的準確采集; 通過在4. 3 寸LCD 觸摸屏上搭建人機交互模塊，可以實時顯示環(huán)境和營養(yǎng)液因子數(shù)據(jù)信息，并對系統(tǒng)內的設備進行操控; 數(shù)據(jù)存儲模塊由SPI FLASH、SD 卡組成，SPI FLASH 用來存放字庫信息，解決核心處理器的 AM 不足的問題，SD卡用來更新字庫信息，采用 FATFS 文件系統(tǒng)管理; 核心處理器是控制系統(tǒng)的核心，它根據(jù)傳感器模塊采集的數(shù)據(jù)，進行分析決策，等待LCD 觸摸屏或Android APP的指令，發(fā)送相應的控制命令，從而調節(jié)輸出控制模塊，使環(huán)境和營養(yǎng)液因子始終保持在適合植物生長發(fā)育的合理范圍內; 輸出控制模塊由加熱器、加濕器、制冷器、通風扇、CO2小鋼瓶、LED 補光模組、深紫外 LED 凈水模組、水泵、蠕動泵組成; 通過 WIFI 模塊和路由器接入機智云云平臺，并基于機智云提供的 SDK 包以及Android開源框架開發(fā)了一款 Android APP，實現(xiàn)了第30 卷第2 期 韓麗麗等: LED家庭植物工廠控制系統(tǒng)設計 73對家庭植物工廠控制系統(tǒng)的遠程調控。2) 控制系統(tǒng)工作方式。核心處理器每隔10 s接收傳感器采集的數(shù)據(jù)，采用狄克松準則和卡爾曼濾波相結合的傳感器數(shù)據(jù)融合方案，將環(huán)境和營養(yǎng)液因子的數(shù)據(jù)信息顯示在LCD觸摸屏和Android APP上，再根據(jù)設定的環(huán)境因子的閾值進行判定，對系統(tǒng)內的輸出控制設備進行調控，其中，LED補光模組和深紫外LED模組通過PWM占空比進行調節(jié); 加熱器、加濕器以及CO2小鋼瓶等電氣設備的開啟與關閉通過控制繼電器的打開和閉合進行調節(jié); 水泵和蠕動泵通過電機驅動電路輸出相應的脈沖進行控制。家庭植物工廠系統(tǒng)采用LED模組進行補光，利用水泵實現(xiàn)系統(tǒng)內營養(yǎng)液的循環(huán)，應用深紫外 LED模組對循環(huán)的營養(yǎng)液進行凈化，調節(jié)蠕動泵完成滴加酸堿液的操作，并采用 CO2小鋼瓶和通風扇協(xié)同進行CO2濃度的調控，其中深紫外LED模組、水泵作為環(huán)境調控設備均使用定時控制方式，可以實現(xiàn)PWM調速或調光等功能。光照強度、溫度、濕度、營養(yǎng)液溫度、pH 則根據(jù)設定的閾值進行自動控制。溫度低于設定值時可以觸發(fā)加熱器啟動進行加熱，當溫度達到設定閾值時，加熱器關閉。其他環(huán)境和營養(yǎng)液因子的調控方式與溫度類似，滿足植物正常生長發(fā)育對環(huán)境和營養(yǎng)液因子的需求。3) LED家庭植物工廠結構設計。LED家庭植物工廠在結構上與大型植物工廠相比有很大差別，需要根據(jù)要求做出合適的結構設計10。其結構設計方案如圖2 所示。LED家庭植物工廠上面三層為植物栽培區(qū)，在每層LED模組和栽培區(qū)之間添加了隔熱材料，以防止 LED 散熱對栽培區(qū)的溫濕度造成影響; 家庭植物工廠最下面一層是設備控制區(qū)，主要用于放置加熱器、制冷器、CO2小鋼瓶、營養(yǎng)液槽、水泵、蠕動泵以及深紫外LED模組等環(huán)境和營養(yǎng)液因子調控設備; 營養(yǎng)液儲存在底層的營養(yǎng)液槽內，通過營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)對各層進行循環(huán)供給; 在家庭植物工廠頂部安放了一塊4. 3 寸的 LCD 觸摸屏，可以實時顯示家庭植物工廠內部的環(huán)境信息，選擇運行模式并對系統(tǒng)內的設備進行調控。在植物栽培區(qū)每層各安放了一個光照強度傳感器、溫濕度傳感器、CO2傳感器、加熱器、加濕器，并且在栽培區(qū)背面安裝了兩個通風扇，用于家庭植物工廠內外環(huán)境中CO2氣體的循環(huán)交換。在營養(yǎng)液槽內安放了一個營養(yǎng)液溫度傳感器、pH傳感器、EC傳感器、液位傳感器、加熱器、制冷器、蠕動泵，蠕動泵用于滴加酸堿液進行pH調節(jié)，并且可以通過改變水泵的速度從而控制營養(yǎng)液的流速。此外，在營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)中，安放了一塊深紫外LED 模組對循環(huán)的營養(yǎng)液進行凈化，解決營養(yǎng)液在循環(huán)過程中產(chǎn)生有害微生物和植物自毒物質引發(fā)的病蟲害問題。圖2 LED家庭植物工廠結構設計Fig. 2 Design of LED family plant factory structure2 系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)LED 家庭植物工廠控制系統(tǒng)硬件由核心處理器、傳感器、LCD 人機交互模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源、WIFI 通信模塊、輸出控制模塊組成。選用220 V AC轉12 V DC的外接電源作為家庭植物工廠控制系統(tǒng)的總電源，12 V DC 電源可以作為驅動蠕動泵的步進電機和水泵的直流電機的供電電源，通過設計降壓電路產(chǎn)生5 V、3. 3 V直流電源向STM32芯片及各個外接模塊供電。1) 核心處理器?？紤]到本系統(tǒng)外接傳感器和輸出控制模塊比較多，并且通過移植EMWIN搭建LCD觸摸屏人機交互模塊，需要用到較多的 MCU 資源，選用STM32F103ZET6 作為核心處理器。它具有112個通用I/O口、64 kB SAM、512 kB FLASH、2個基本定時器、4 個通用定時器、2 個高級定時器、2 個DMA控制器、3 個 SPI、2 個 IIC、5 個串口、1 個USB、1個CAN、3個12 位ADC、1 個12 位DAC、1個SDIO接口、1 個FSMC 接口11。在此芯片基礎上搭建STM32最小系統(tǒng)電路，同時搭建外圍電路實現(xiàn)環(huán)境和營養(yǎng)液因子采集、LCD人機交互、數(shù)據(jù)存儲、74 照明工程學報 2019 年4 月WIFI通信、LED補光模組和深紫外LED凈水模組的PWM調光、輸出設備控制等各項功能。2) 數(shù)據(jù)存儲模塊。由于在TFTLCD上需要顯示漢字，本文選用一個顯示速度快且不會占用大量AM的漢字顯示方法，即把字庫存放在 SPI FLASH中。選用華邦的大容量 SPI FLASH 產(chǎn)品 W25Q128，容量為 128 Mb，并支持標準 SPI 驅動模式12。STM32與SPI FLASH 的連接電路如圖3 ( a) 所示。其中 CS 為 W25Q128 的片選信號，由 STM32 控制;CLK為時鐘信號，由 STM32 產(chǎn)生; SO 為 W25Q128輸出數(shù)據(jù)到 STM32 中; SI 為 STM32 輸出數(shù)據(jù)到W25Q128中。STM32和W25Q128 都有一個串行移位寄存器，STM32通過向SPI串行寄存器寫入一個字節(jié)來啟動傳輸。寄存器通過MOSI信號線將字節(jié)傳送到W25Q128，并通過MISO信號線將其自身移位寄存器的內容返回給 STM32，從而交換兩個移位寄存器的內容。在某些情況下，可能會根據(jù)自己的需求制作其他字體的漢字字庫，一旦制作完成就需要更新 SPIFLASH字庫，本文選用一個1 GB 的 MicroSD 卡來存儲制作好的字庫文件，然后將其更新到 SPIFLASH中。選用 STM32 自帶的 SDIO 接口驅動 SD卡模塊，STM32 與 SD 卡模塊的連接電路如圖 3( b) 所示。在 SDIO 模式下，STM32 使用四條數(shù)據(jù)線與SD卡通信，每條數(shù)據(jù)線連接一個47 k上拉電阻。STM32 主機通過 CLK 信號線控制時鐘輸出，通過CMD信號線向SD卡模塊發(fā)送控制命令13。3) LED模組及LED驅動電路。根據(jù)現(xiàn)有文獻和相關研究14 17，設計LED補光模組和深紫外LED凈水模組，其外形如圖4所示。LED補光模組采用15顆660 nm的紅光LED和3顆450 nm的藍光LED串聯(lián)而成，深紫外LED凈水模組采用2顆日本Bioraytron公司最新研發(fā)的275 nm的深紫外LED串聯(lián)而成。本文采用 PAM2861 降壓轉換器設計了 LED 恒流驅動電路，用于驅動LED補光模組和深紫外LED凈水模組并實現(xiàn) PWM 調光。PAM2861 是一款適用于單個或多個大功率LED串聯(lián)使用的中低電壓范圍的LED恒流降壓驅動芯片。PAM2861 可以接受6 40 V的寬范圍輸入電壓，最大輸出電流可以達到1. 5 A，功率最高可達24 W，恒流輸出精度為2%，效率高達97%以上。輸出電流可通過對 VSET 引腳進行 PWM 調節(jié)，PWM 頻率為 100 1 000 Hz，圖3 數(shù)據(jù)存儲模塊電路Fig. 3 Circuit of data storage module圖4 LED補光模組和深紫外LED凈水模組Fig. 4 Module of LED fill light and deep ultraviolet LED water purificationPWM最高輸入電壓是5 V，占空比從0 100%變化，可調整輸出電流的范圍從16% 100%，當此引腳輸入電壓小于0. 3 V時，芯片會進入待機模式。LED恒流驅動電路如圖5 所示。第30 卷第2 期 韓麗麗等: LED家庭植物工廠控制系統(tǒng)設計 75圖5 LED恒流驅動電路Fig. 5 Circuit of LED constant current drivingLED模組的電流大小由連接在 VIN 和 CS 兩端的電阻 決定，將 STM32F1ZET6 芯片產(chǎn)生的 PWM信號送至PAM2861 芯片的VSET引腳上實現(xiàn)調光功能，LED 橫流驅動電路的輸出電流會發(fā)生變化。LED的亮度是由 LED 的電流決定，取決于 PWM 信號的占空比。一般情況下應設定 PWM 調光頻率在120 Hz 以上，以免人眼能夠看到 LED 的閃爍。PAM2861 調光頻率最高可達到20 kHz。在輸入電源附近必須接一個旁路電容，旁路電容越大，效率損失會變大。該旁路電容必須要承受較大的電流，并能減小對輸入電源的沖擊。當為直流電源輸入時，旁路電容的值最小為4. 7 F，旁路電容應當與芯片的輸入引腳盡量靠近18。對于二極管的選擇，為了保證最大的效率，考慮到肖基特二極管正向壓降低且漏電低，選擇肖特基二極管 SS36。對于電感的選擇，由于 PAM2861恒流驅動電路的輸出電流在700 mA 左右，因此使用的電感大小為100 H 左右，一般電感的飽和電流與輸出電流相比高30% 50%。圖6 軟件系統(tǒng)運行流程Fig. 6 Process of software system operation3 系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)1) 軟件系統(tǒng)主程序。本文搭建的家庭植物工廠控制系統(tǒng)采用的核心處理器為 STM32F103ZET6，它的開發(fā)平臺為由德國著名的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具和服務供應商KEIL公司設計研發(fā)的MDK5，使用uVision5IDE集成開發(fā)環(huán)境。本系統(tǒng)軟件運行流程如圖6 所示。首先對系統(tǒng)的時鐘、定時器、I/O、SPI、IIC、ADC、SDIO、FSMC、USAT等接口初始化，之后進76 照明工程學報 2019 年4 月行外圍設備的初始化，然后建立UCOSIII嵌入式實時操作系統(tǒng)，新建起始任務，并在起始任務里創(chuàng)建了包括傳感器采集、LCD 人機交互、Gizwits 協(xié)議通信、字庫更新、輸出控制決策等多個等待任務。這些等待任務在UCOSIII里作為并行線程執(zhí)行。它們通過信號量和郵箱相互通信。整個過程構成了家庭植物工廠系統(tǒng)的軟件設計運行流程。2) LCD人機交互模塊軟件設計。EMWIN 是由德國的SEGGE公司開發(fā)的UI圖形界面庫，采用C語言進行設計。本文通過在 STM32 中移植 EMWIN制作了家庭植物工廠的 LCD 人機交互界面，包含EMWIN在STM32 上的移植和 LCD 人機交互的軟件設計。EMWIN 在 STM32 上的移植主要包含添加GUI_ X_ UCOSIII c 文件、修改 EMWIN 庫文件以及修改GUIConf h文件三部分。圖7 為家庭植物工廠系統(tǒng)的 LCD 人機交互界面。圖7 ( a) 是本系統(tǒng)的主界面，由模式選擇、PWM控制、環(huán)境監(jiān)測、設備控制四個圖標組成。圖7 ( b) 是模式選擇界面，采用機智云Gizwits協(xié)議中自帶的NTP網(wǎng)絡時間請求函數(shù) giwitsGetNTP () 來判斷WIFI模塊是否成功接入機智云服務器，成功連接服務器后，每秒調用 gizwitsGetNTP () 函數(shù)來請求NTP 網(wǎng)絡時間，WIFI 模組收到請求后，會產(chǎn)生WIFI_ NTP事件，事件中就會打印當前的網(wǎng)絡時間，以此來判斷是否連接機智云服務器，另外設置一個模式選擇按鈕，如果設置為自動模式，設備控制界面中的按鈕就會失效。圖7 ( c) 為 PWM 控制界面，可以實現(xiàn)對 LED 補光燈的 PWM 調光和水泵直流電機的PWM 調速操作。圖7 ( d) 為設備控制界面，對系統(tǒng)內的各類輸出設備進行控制。圖7 LCD人機交互界面Fig. 7 Interface of LCD human-computer3) 云平臺接入與移動端開發(fā)。本文搭建的家庭植物工廠控制系統(tǒng)的無線通信方案是選用燒錄GAgent固件的 WIFI 模塊 ESP8266 通過 GIZWITS 協(xié)議接入機智云云端，STM32 與 ESP8266 之間采用互相發(fā)送請求與應答指令的方法，實現(xiàn)兩者的串口通信19。設備上電后，當ESP8266 首次訪問機智云云端時，需要通過按鍵選擇Airlink模式或者SoftAP模式。當ESP8266 處在Airlink模式下，它將連續(xù)接收特定編碼的 WIFI 廣播包，手機連接可用的 WIFI后，通過APP發(fā)送編碼后的WIFI網(wǎng)絡的 SSID 和密碼廣播，ESP8266 接收到之后自動嘗試連接 WIFI，本文采用的ESP8266 已經(jīng)燒錄了GAgent協(xié)議，內置了此模式。當ESP8266 處在SoftAP 配置模式時，它將成為一個無線訪問接入點，手機可直接與它進行第30 卷第2 期 韓麗麗等: LED家庭植物工廠控制系統(tǒng)設計 77連接，然后輸入路由器的SSID和密碼，ESP8266 接收到信息的時候會自動嘗試連接路由器。ESP8266通過Gizwits協(xié)議成功接入云端后，會進入一個無限的循環(huán)，向STM32 發(fā)送讀取設備狀態(tài)指令，STM32每隔10 分鐘主動向ESP8266 上報設備狀態(tài)值。機智云云平臺接入軟件設計流程如圖8 所示。圖8 機智云云平臺接入軟件流程Fig. 8 Process of gitwits platform access software機智云云平臺目前為用戶提供了3 套 SDK 包:原生 SDK、Android 平臺原生 SDK、APICloud 跨平臺SDK。通過使用這些SDK包，可以無需關注復雜的通信協(xié)議，只需要進行簡單的代碼修改和 UI 設計，快速地進行 APP 的開發(fā)。本文首先在機智云Demo APP上進行了系統(tǒng)的調試，之后在 Eclipse 開發(fā)環(huán)境中上進行了家庭植物工廠的 Android APP開發(fā)。首先在機智云開發(fā)者中心生成家庭植物工廠的SDK包，將SDK包解壓后的libs目錄下所有內容復制到安卓 APP 開源框架的 libs 目錄。然后，開放AndroidManifest xml中的所有SDK打印級別，以實現(xiàn)APP與機智云的通信，同時，注冊SDK監(jiān)聽器用于回調SDK中定義的注冊、登錄、配置設備和綁定設備等回調接口。最后進行 APP 的 UI 設計，添加BindingDeviceActivity 以回調綁定的設備，完成Android APP的快速開發(fā)。圖9 為本文制作的家庭植物工廠的Android APP。用戶首先需要通過手機綁定注冊，填寫登錄密碼，實現(xiàn)登錄操作，并且提供了找回密碼功能。環(huán)境監(jiān)測界面可以讓用戶了解當前系統(tǒng)內的環(huán)境和營養(yǎng)液因子的實時信息。電氣控制界面可以實現(xiàn)對 LED 補光燈調光和水泵調速的操作，并能輸出設備進行控制，這里設置了一個自動模式，在自動模式下，各類環(huán)境和營養(yǎng)液因子會通過閾值進行自動控制。閾值設置界面可以讓用戶對各類環(huán)境和營養(yǎng)液因子的閾值進行改變。圖9 Android APP界面Fig. 9 Interface of Android APP78 照明工程學報 2019 年4 月4 系統(tǒng)測試4. 1 LED驅動電路及深紫外LED模組測試對于LED 恒流驅動電路的測試，在室溫25 的條件下進行，測試LED恒流驅動電路輸入電壓和輸出電流的關系。當輸入端電流發(fā)生變化時，查看PAM2861 輸出端的電流情況，測試結果如圖10 ( a)所示。從圖中可以看出，PAM2861 輸出端的電流穩(wěn)定在 700 mA 左右，滿足 LED 補光模組和深紫外LED模組的電流要求。LED恒流驅動電路的效率與輸入電壓之間的關系如圖10 ( b) 所示。從圖中可以看出，當輸入電壓在11 30 V之間變化時，其效率大于80%。當PWM頻率設定在200 Hz時，PWM占空比與電流的關系如圖 10 ( c) 所示。從圖中可以看出，當PWM占空比從0 上升至100%時，PAM2861 輸出端電流從0 mA上升到700 mA，滿足LED補光模組和深紫外LED模組的調光要求。深紫外LED模組光譜測試結果如圖10 ( d) 所示。從圖中可以看出，測試光譜主要分布在275 mm附近，符合深紫外 LED 模組用于營養(yǎng)液凈化的需求。圖10 LED驅動電路及深紫外LED模組測試Fig. 10 Test of LED driver circuit and deep UV LED module4. 2 LCD人機交互模塊及移動端測試在LCD人機交互模塊的設備控制界面中，分別測試加熱器指令、加酸指令及深紫外指令，任意兩種組合指令、三種組合指令各測試 10 次、50 次、100 次、200 次和500 次。計算指令碼失效的次數(shù)，其中失效率為失效次數(shù)占測試次數(shù)的百分比。將結果記錄在表1 中?？梢园l(fā)現(xiàn)，各模塊運行情況良好，符合控制系統(tǒng)的應用需求。在小米 MIX2 中進行了移動端的測試，打開Android APP，輸入帳號和密碼，在環(huán)境監(jiān)測界面中可以查看環(huán)境和營養(yǎng)液因子的數(shù)據(jù)信息。在電氣控制界面中，分別測試加濕器指令、加堿指令和深紫外指令，任意兩種組合指令、三種組合指令表1 指令失效率測試表Table 1 Table of instruction failure rate test測試次數(shù)加熱器(繼電器)加酸(蠕動泵)深紫外LED(恒流驅動電路)兩種組合三種組合10 0% 0% 0% 0% 0%50 0% 0% 0% 0% 0%100 0% 1% 1% 1% 2%200 0. 5% 0. 5% 0. 5% 1% 1. 5%500 0. 4% 0. 6% 0. 4% 0. 8% 1. 2%第30 卷第2 期 韓麗麗等: LED家庭植物工廠控制系統(tǒng)設計 79各測試10 次、50 次、100 次、200 次和500 次。計算指令碼失效的次數(shù)，其中失效率為失效次數(shù)占測試次數(shù)的百分比。將結果記錄在表2 中?？梢园l(fā)現(xiàn)，Android APP的失效率比 LCD 人機交互模塊的失效率略高，可能的原因是手機信號不穩(wěn)定，但總體上滿足本文搭建的家庭植物工廠系統(tǒng)的應用需求。4. 3 系統(tǒng)整體測試在Android APP 閾值設置界面中，分別輸入光照強度、溫度、濕度、營養(yǎng)液溫度、PH 的上下限參數(shù)，從早上8 點到晚上8 點每隔半個小時在云平臺上監(jiān)測系統(tǒng)內環(huán)境和營養(yǎng)液因子數(shù)據(jù)信息的變化情況，結果如圖11 所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，光照強度、溫度、濕度、營養(yǎng)液溫度在設置的閾值范圍內保持穩(wěn)定，符合本文搭建的家庭植物工廠的預期要求。表2 指令失效率測試表Table 2 Table of instruction failure rate test測試次數(shù)加濕器(繼電器)加堿(蠕動泵)深紫外LED(恒流驅動電路)兩種組合三種組合10 0% 0% 0% 0% 0%50 0% 0% 2% 2% 2%100 0% 2% 1% 1% 2%200 0. 5% 1. 5% 1. 5% 2% 2. 5%500 0. 6% 0. 8% 1. 2% 1. 4% 1. 8%圖11 系統(tǒng)整體測試Fig. 11 System overall test5 結語我們設計并開發(fā)了一種LED家庭植物工廠控制系統(tǒng)，以STM32F103ZET6 作為核心處理器，移植了UCOSIII嵌入式實時系統(tǒng)，通過 WIFI 模塊 ESP8266接入機智云云平臺，采用 LCD 觸摸屏和 AndroidAPP進行人機交互。整體測試結果表明，系統(tǒng)各項性能均達到了設計要求，具有較高的可靠性，而且成本較低，滿足實際應用的需求。參 考 文 獻1牛萍娟，李艷艷，田會娟，等 基于 LabVIEW的智能LED 植物補光照明系統(tǒng)設計 J 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2016，44 (10): 394-398.2武志強，馮紅，路志明，等 雞舍 LED 光色智能系統(tǒng)的設計與研究 J 計算機測量與控制，2017，25(6): 234-237.3賀斐斐，曹春雨，劉景艷，等 基于并行粒子群算法的LED植物最優(yōu)補光系統(tǒng)設計J 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2018，46 (1): 165-168.4劉厚誠 LED 植物照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 J80 照明工程學報 2019 年4 月照明工程學報，2018，29 (4): 8-9.5劉彤，賀宏偉，李堯，等 基于Android平臺的家庭植物工廠智能監(jiān)控系統(tǒng) J 農(nóng)機化研究，2015，37(4): 197-202.6王啟星，徐景宏，張昕昱，等 LED 植物補光源光量子通量密度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) J 照明工程學報，2018，29 (2): 53-59.7呂艷 數(shù)字植物工廠技術正式步入家庭生活J 農(nóng)業(yè)工程技術，2010 (12): 58-59.8商守海，周增產(chǎn)，卜云龍，等 JPWZ-1 型微型植物工廠的研制J 農(nóng)業(yè)工程，2012，2 (1): 44-47.9蘇志能，洪燕南，陳大華 微型植物工廠集裝箱模式的評述和探討 J 中國照明電器，2018 ( 8):12-16.10艾海波，魏晉宏，邱權，等 基于 STM32 的微型植物工廠溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設計 J 農(nóng)機化研究，2014，36 (5): 141-144.11郭偉軍，章國青，孫以澤 基于 STM32 和 PCL6045BL的經(jīng)編機電子橫移系統(tǒng)設計 J 電子技術應用，2018，44 (12): 36-39.12曹源 基于LD3320 的多場景語音識別系統(tǒng)設計J科技創(chuàng)新與應用，2017 (13): 70-71.13劉琨，許哲，李飛飛 基于AM微控制器的飛行數(shù)據(jù)記錄儀設計 J 電子技術應用，2018，44 ( 11):57-60.14牛萍娟，唐曉新，張文彬，等 植物生長用 LED 光源模組設計J 天津工業(yè)大學學報，2015，34 ( 3):47-51.15靳肖林，文尚勝，付萌，等 LED 植物保鮮燈對玫瑰花保鮮的影響J 照明工程學報，2018，29 ( 4):39-44.16魏晶晶，宋世威，劉厚誠 紅藍光對蔬菜品質影響的研究進展 J 照明工程學報，2018，29 ( 4): 1-7+30.17張翔 淺析深紫外 LED 的前景與市場應用價值J價值工程，2018，37 (33): 296-297.18楊磊 LED光源黃疸光療儀的研究D 天津: 天津工業(yè)大學，2018.19尚志躍，曾成，張馨，等 基于商業(yè)云平臺植物工廠環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) J 農(nóng)機化研究，2017，39 (9): 7-13.北京照明科技論壇暨北京照明學會成立四十周年慶典在北京召開2019 年4 月18日19日，由北京照明學會主辦、賽爾傳媒承辦的以“協(xié)作·發(fā)展·共榮”為主題的北京照明科技論壇暨北京照明學會成立四十周年慶典在北京新疆大廈盛大召開，活動的召開，意在發(fā)揮行業(yè)組織力量，搭建交流平臺，整合資源，總結經(jīng)驗，協(xié)作共贏。同時致敬過去，共期未來。引導行業(yè)同仁共同探討行業(yè)趨勢及熱點話題，為照明行業(yè)發(fā)展助力。來自全國各地的專家、學者、照明設計師等行業(yè)人士共計600 余人參加會議。中國照明學會理事長邴樹奎、北京市科協(xié)學會部部長李金濤出席會議并致辭。會議由北京照明學會王政濤秘書長主持。北京照明學會徐華理事長首先對與會嘉賓表示熱烈歡迎和衷心感謝。北京照明學會自1979 年成立以來，已走過四十年，伴隨著國家改革開放一起成長。學會匯聚了照明行業(yè)老、中、青各方面的專家及照明科技工作者，在北京市科協(xié)的領導下，積極開展國內外學術交流、技術咨詢和科普活動，堅持不懈地做好“為政府服務、為企業(yè)服務、為會員服務”，為北京照明工程項目建設和綠色照明推廣應用做了大量的技術支撐，推動了北京照明事業(yè)的健康發(fā)展。為表彰在北京照明學會四十年發(fā)展歷程中付出艱辛努力的老一輩領導，大會特進行北京照明學會成立四十周年表彰頒獎，感恩老一輩對北京照明學會及中國照明做出的巨大貢獻。“杰出貢獻獎”榮獲該獎項的有: 戴德慈、洪元頤、姜?；荨⒗畹赂?、李景色、馬述榮、任元會、王大有、王曉英、王振生、徐長生、楊臣鑄、張敏、張耀根、周文輝。滿懷感恩的頒獎表彰典禮過后，進入本次大會的重要環(huán)節(jié)北京照明科技論壇主題報告，為了達到溝通交流學習的目的，來自設計院、工程公司、設計單位的代表精心準備了18個精彩的主題報告，從照明設計、燈光應用、產(chǎn)品創(chuàng)新等角度展開了詳細地分享和討論。科學技術的發(fā)展為人們提供更好更健康的光環(huán)境打下基礎，照明行業(yè)得以迅速發(fā)展，與此同時也面臨多重挑戰(zhàn)與機遇。北京擁有豐富的高校和設計工程力量，在科技創(chuàng)新發(fā)展方面發(fā)揮了重要的影響作用。北京照明學會四十年發(fā)展也得益于首都經(jīng)濟的快速發(fā)展?？偨Y過去，展望未來，北京照明學會定能百尺竿頭，更上一層樓，為行業(yè)發(fā)展，國民經(jīng)濟進步貢獻卓越的力量。</p>