基于ZigBee的植物LED补光控制系统

鲍建宇+张珊

摘 要：针对传统植物补光控制器的功能不足，基于MSP430F149低功耗单片机，结合ZigBee无线传感器网络技术设计了一种新型植物LED补光控制系统。采用DS1302实现了定时自动补光控制，利用UART通信实现了ZigBee和MSP430F149之间的互联。该系統不仅能实现定时自动补光，还具有远程数据监测功能，为闭锁空间内生长的植物提供一种低成本智能化的补光控制方式。

关键词：LED；植物补光控制；单片机；ZigBee

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.017

可见光是植物光合作用、生长过程中必不可缺的重要物理环境因素之一。其中，380～760 nm波段的光是光合作用的重要因素，以红光、蓝光为有效吸收波段。LED作为新一代光源，与传统光源相比，具有体积小、寿命长、节能、光效高等优势，其在植物照明上的应用也日趋广泛。为了解决传统植物补光控制系统功能不足等问题，本文引入MSP430F149单片机进行控制，并将LED补光系统与ZigBee技术相结合，设计了一种无线植物LED补光控制器。

1 系统构成

针对上述功能，整个控制系统由一台可以远程登录服务器的PC机、1台TP-Link路由器、1条以太网通信电路、MSP430F149控制器和ZigBee无线网络组成，如图1所示。由于篇幅所限，本文重点阐述基于MSP430F149+DS1302定时控制模块和基于ZigBee无线网络终端控制器（即LED补光模块）的实现。系统采用DS1302定时芯片，可以针对一天中的任何时段对补光量进行任意设定，设定值经由MSP430F149处理后通过串口发给中心节点的ZigBee模块，再经由ZigBee无线网络发送到各个LED补光模块，从而实现无线控制的定时定量自动补光控制模式。

2 定时自动补光控制的实现

定时自动补光控制是根据预先设定的补光定值对闭锁空间的植物补光，因此，需要对时间数据进行采集，硬件电路中设计了基于DS1302的定时电路，系统在缓存中设定对应时段的补光数据。在定时模式下，MSP430F149首先对DS1302进行初始化，读写地址和数据信息，并将读取的时间信息存放在对应的缓存中，以便进实时判断时间信息在哪个区间；将预设的补光数据值调用串口发送到函数中，并发送给ZigBee网络中的节点进行数据处理，从而产生输出给LED驱动电路的补光信号。程序流程图如图2所示。

3 测试结果

本文将系统补光时刻分为8个时段，每日6：00—20：00间每2 h设定一个补光区间（总计7个），从20：00到第二天6：00为一个区间。表1为部分区间所对应的补光占空比值。

图3为LED补光模块所接收到的不同时段的PWM波形。其中，每幅波形图上的“1”是蓝光补光波形通道，“2”是红光补光波形通道，“3”是白光补光波形通道。

通过对上述通信数据格式和帧格式的分析，系统表现稳定，实现了数据的准确传输和植物定时定量补光控制。

4 结束语

本文基于MSP430F149和 DS1302实现了定时自动补光控制，基于TI公司的CC2530和MSP430F149实现了无线网络控制。该系统不仅能实现定时定量自动补光控制，稍加改进后还可实现精确补光，同时，还具有远程数据监测功能，为闭锁空间内生长的植物提供了一种低成本、智能化的LED补光控制方式。

参考文献

[1]刘文科，杨其长.现代农业照明现状与发展展望[J].照明工程学报，2014，25（03）.

〔编辑：张思楠〕