基于STC单片机的LED自动补光系统设计

□毛勇鹏 张海辉

（西北农林科技大学机械与电子工程学院 陕西 咸阳 712100）

基于STC单片机的LED自动补光系统设计

□毛勇鹏 张海辉

（西北农林科技大学机械与电子工程学院 陕西 咸阳 712100）

针对现有LED补光系统在温室大棚应用时补光不足和补光过度的问题，本文设计了一种LED植物补光测试系统，实现温室大棚植物的定量补光，以满足不同植物在不同阶段的光照需求。研究结果表明，该系统结合专用的光照设施，可实现自动化补光和光照调节，非常适用于菌类作物的栽培补光，具有良好的实用性和较强的推广性。

单片机曰LED曰脉宽调制曰补光系统

1 系统总体设计

系统包括主控设备、LED光源驱动模块以及光照强度检测模块三部分组成，设备采用STC12C5A60S2作为系统中心处理芯片，各个模块之间通过有线互联方式进行信息通信。主控设备根据反馈信息量进行修正补光强度；LED驱动模块主要完成光环境开启与关闭的功能，实现单片机微弱信号至大电流转变的过程，进而实现光强信息动态调控过程，支持光强信息的无极变化，可根据需光量，动态周期性调节光强信息；光照强度检测模块主要对特定波段光源强度进行检测，并通过IIC通信接口与单片机进行数据交互。如图1所示为本系统的总体设计结构框图。

图1 系统总体设计框图

2 系统硬件设计

2.1 LED光源驱动模块

本LED光源驱动电路从AC220V交流电接入，首先是由热敏电阻NTC和保险丝F1组成的涌浪保护电路，由电感L1、L2和电容CX1组成的EMC滤波电路，由四个二极管组成的模块DB1是全桥整流电路，然后是由二极管D1、D2、D3，电阻R1和电容C1、C2组成的上位机F电路，由电阻R2-R4，电容C4-C6，二极管D4和晶体管T1组成的降压稳压电路，由主驱动芯片PT4107、滑动变阻器RT、线性微调电阻R5、开关频率设计电阻R6、采样电阻R7-R10和MOSFET管Q1组成的PWM控制电路，最后是由续流二极管D5、镇流电感L3和电容C3组成的扩流恒流电路。如图2所示为该电路的电路原理图。

图2 LED驱动电路原理图

2.2 光照度检测模块

应用ISL29010光照传感器对完成对预处理的多色光进行监测分析。采用I2C总线方式对检测信号进行接入，本系统的一个主要特点是应用分时复用原理，有效的减少了总线空间的占用，同时减少芯片管脚的数量。光照度检测模块采用电压为4.5V的直流电源供电，信号数据接入单片机的P1.6口线路，时钟模块接入P1.7口线路，该检测模块可测定系统的分波段光照强度。

2.3 主控设备

采用STC12C5A60S2作为核心处理器。采用5V电源供电，电源电路模块将外接的12V电压转换为5V电压，外接的5V电压转换为3.3V电压，为系统提供电源。INPUT端接入12V电压，OUTPUT端输出的电压即为5V与3.3V。OUTPUT电压输出端设置了一个LED，可提示整个系统供电情况。主控设备人机交互模块主要为液晶显示屏和键盘两部分，数据存储通过SD卡实现，系统选用SPI形式读写SD卡。通过RS232接口电路实现单片机与上位机间的数据通信。

3 系统软件设计

图3 系统软件流程图

本文采用模块化设计的软件系统，程序对系统初始化后，首先调用光照度检测模块函数获取特定波段的分波段光强度数据，并传到单片机模块上，通过逻辑运算，单片机根据预先设定的参考值范围与实际值之差得出植物实际所需的光照强度，进而计算得出实际需光量，并产生对应的PWM信号，相应设备接受控制信号执行补光动作，从而实现LED灯的照度自动控制，对植物进行精确补光。图3为该系统的程序流程图。

4 结论

本文研发了一种基于STC12C5A60S2单片机的设施菌类补光系统，选用红、黄、蓝、绿四种颜色滤光片，实现在一定的波段范围内对特定波长的光信号进行检测的效果，根据光照传感器的检测结果，通过单片机核心控制模块发出的PWM信号，系统可实现LED灯组的光波控制，从而控制温室大棚光源的照度，从根本上解决温室大棚内补光难、补光效果欠佳的问题，实现温室大棚内植物补光的自动化控制。系统试验证明其具有良好的稳定性，实现了设施菌类的高效定量的调控目的。

1004-7026（2017）1-0065-02

TM923.02

A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.01.042