2. 4 補光模塊

補光模塊包括LED 燈組及其驅動電路，驅動電路采用PT4115 驅動模塊電路，紅光和藍光兩個模塊獨立工作，原理圖如圖5 所示。其中，LED 燈組采用額定功率1W、中心波長為660nm 的窄帶紅光LED 陣列和中心波長為450nm 的窄帶藍光LED 陣列。由單片機輸出的兩路PWM 信號分別與紅藍光兩路PT4115的DIM 控制端相連，其中紅光驅動芯片與P4. 2 產生的PWM 信號接通，藍光則與P4. 3 產生的PWM 信號接通。利用PWM 的信號控制驅動芯片PT4115 的輸出電流，由此實現LED 燈組的定量補光。

圖、補光模塊原理圖

2. 5 用戶交互模塊

用戶交互模塊主要包括液晶顯示屏和鍵盤兩部分，其中顯示屏采用OCM12864 - 3 液晶屏，可實現系統數據的查詢顯示; 而鍵盤采用4 × 4 矩陣鍵盤，實現對系統相關數據的設定及改變。

3 軟件設計

該系統軟件主要包括傳感器解析函數、數據管理與參數設定程序、PWM 信號控制程序和顯示程序，實現3 類參數設置、環境因子采集以及對受控燈組的自動控制功能，軟件流程如圖6 所示。系統工作時，首先需要對溫度，紅藍光強閾值進行設置，溫度傳感器周期對設施內溫度監測，判斷溫度是否超出不利于光合作用的閾值范圍，超出則關斷 LED 補光燈組。當溫度在所設閾值范圍內，再分別對紅、藍光進行光強檢測，實際光強在閾值之內時，系統進入自動定量補光狀態，根據所設閾值與實際值之差計算實際需光量，進而再根據與實際需光量對應的兩路PWM 控制信號的占空比，分別產生對應的PWM 信號，達到控制LED 燈的亮度對植物實施精確補光的目的。

4 運行結果分析

該系統充分考慮了植物補光時的各種影響因素，通過對各因素的監測、設置、數據管理和決策程序，精確計算植物所需光照與實際光照總體差值，采用均值方式計算每個LED 的輸出光強; 基于LED 驅動電流和輸出光強的關系式，系統就可以通過對PWM 輸出電流的控制，從而實現對補光量的控制。該系統已于2010 年在西北農林科技大學甜瓜基地投入試用，實現了設計方案中各類部分功能，可長期有效實現定量精確補光，圖7 為設備原型界面。

圖、軟件流程圖

5 結論

本文研發了一種基于STC12C5A60S2 單片機的植物智能精確補光系統。該系統利用太陽能供電，根據溫度、光照傳感器監測結果，通過核心處理器STC12C5A60S2 利用PWM 信號，控制特定波長的紅、藍光兩路LED 燈組驅動電流，從而控制光源亮度，解決現有補光設備的不足，實現了對農作物的智能化、精確化補光。系統試驗證明其具有良好的穩定性，可滿足在不同生長階段對不同植物進行智能化、精確化的補光要求，作物產品產量、品質提高，耗能明顯降低。同時，具有誤差低、響應速度快、使用方便、部署靈活、成本低廉、維護簡單等特點。