5 LED照明灯板的管理

　　植物工厂经常变换栽培的植物, 根据栽培区植物的不同, 采用不同的光谱配比和光照控制程序。栽培区也经常随植物种类不同而叠放栽培架和增减灯板。由于同一个植物栽培区内的光照由几个或几十个灯板共同完成, 因此, 要求实现灯板的发光一致、相互统一, 区域管理。并且实现灯板与其它监控设备之间、灯板与灯板之间、灯板与中央控制系统之间的现场网络管理。因此必须构建一种灵活、实时、可靠的通信方式和适合于即插即用灵活多变的网络结构。

　　CAN ( Contro ller Area N etwo rk ) 控制器局域网络属于现场总线的范畴, 它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。最初是为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议, 与一般的通信总线相比, CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。因此逐渐在其它领域的应用开来。植物工厂照明采用LED光源系统之后, 植物光照控制技术逐渐走向智能化。光源的驱动和保护、光谱和亮度的监测由灯板控制单元处理, 并将灯板控制单元设置为较低的网络级别。将栽培区的区域管理设备和灯板管理设备以及栽培区的温度、湿度、CO2浓度、营养素、水质、光的照射量等环境因素的监测设备设置为较高级别, 享有通信优先权。网络上任一节点设备, 包括每一块灯板, 均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息, 而不分主从, 通信方式灵活, 无需站点地址等信息。当多个节点同时向总线发送信息时, 优先级较低的节点会主动地退出发送, 而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据。设备之间通信距离最远可达10 km (速率5kb% s- 1 ) ; 通信速率最高达1Mb% s- 1 (此时通信距离最长为40 m)。通信介质可以是低成本的双绞线、同轴电缆或光导纤维。由于网络传输采用短幀结构,传输时间短, 受干扰几率低, 具有很好的抗干扰效果。

　　系统CAN 接口使用了英飞凌公司的TLE6250专用CAN 收发芯片。它们是独立的CAN 总线网络控制芯片, 能够配合各种MCU 构成支持CAN 总线的产品。图7中二只CAN 收发接口芯片可以分别接入植物工厂LED照明系统的高速网和低速网。

　　6  结论

　　植物工厂LED 照明控制系统设计涉及到多端口分别控制的LED驱动、光谱合成、光源散热管理、系统控制与通信等诸多技术问题。经过对不同波长LED光谱特征配比、PWM 电路多路驱动设计、ECU单元及监测电路的设计构成了光源灯板。灯板上配备相应传感器以及控制点亮程序构成植物工厂LED照明系统的独立点亮单元。点亮单元实现了大功率LED 驱动电路的亮度可调、光色可调以及散热保护、管理单元之间通信等功能。研究结果表明,植物工厂以LED为人工光源, 不仅节能、环保, 而且由于LED 的亮度、色温、光谱的可控制性以及独立点亮、系统控制、灵活便利特点使LED 照明控制系统更适合植物工厂的需求。当这些独立点亮单元通信接口被赋予不同的优先权限、灵活地搭建和分组并入工厂的网络架构中, 在中央控制系统的统一管理下构成了植物工厂较为理想的可控光照系统, 这种合成的光照更有利于植物的生长。

　　参考文献:

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