物联网技术的智慧生态照明系统设计

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了物联网技术的智慧生态照明系统设计范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

摘要：为了提高生产效率,减少人力、物力的投入，发展智慧农业已成为解决问题的最佳方式。蓝牙凭借传输快、功耗低、自组网等特点，可实现快速有效的数据传输，将其应用到植物照明中会更有利于植物生长。文章基于温室大棚的应用需求，设计出主控模块、传感器模块和功能模块。改变光照度或色温等，达到自主应对环境变化的目的。也可以通过手机APP实现对光源的控制及管理，方便远近程监控及调节。通过实验验证，该系统可以实现自主管理以及远近程监控。

关键词：照明设计；光谱；照度；物联网

人们可通过物联网技术将处理器、传感器和无线通信技术应用到环境的监测中，实现采集并感知所处环境的信息，同时人们可直观地观察数据，然后再作出相应的判断，这在很大程度上提升了人们对信息的感知能力。目前管理人员需要将不同功能的测量仪器事先放到大棚中的各个位置，测量时不能实时的读取大棚中各个位置的数据，且读取数据时存在的精度差也会造成读取的数据不准确或错误。将蓝牙与智能传感设备组合在一起，构成蓝牙无线传感器节点，能够实现对农业温室大棚种植环境数据进行实时采集，同时，通过将采集到的数据与农作物最佳生长环境参数进行对比，如果存在差异，控制中心将通过无线网络发送控制命令到相应功能的控制节点执行相应操作，控制节点用于控制温室大棚内如遮阳布、风机、水泵等设备的打开或关闭，实现实时调整农作物生长环境，为农作物提供生长所需的最佳温度、水分、光照等，有效的提高产量和质量。

1智慧生态照明系统模块

智慧生态通过现代化信息技术实现对农作物生长环境的检测，并自动调节农作物环境调节设备，从而使农作物在最佳环境中生长。

1.1系统整体设计

从感知到管控的物联网体系可分感知层、传输层和应用层。感知层是利用传感器感知外界的信息，如温度传感器感知外界温度；传输层是将感知层采集的数据进行传输并向终端设备发送指令；应用层是面向客户而提供的可视化管控平台[3]。基于物联网技术发展起来的智慧农业也同样包含以上三个层。传输层以蓝牙mesh技术作为近距离数据传输方式，也可以利用WIFI技术将数据传输到云平台实现超远距离数据传输。当大棚中湿度不在正常范围时，可自动控制水阀的开关或管理者通过移动端app控制；当大棚中光照度不足或过高时，可自动控调节灯光的亮度或管理者参与调控。对于系统中的光照、温湿度等参数，可以通过在路由器或终端设备中添加传感器进行采集，实现对大棚环境的监控[4]；在设备中添加PWM调光模块，能够实现对光的亮度的调节。

1.2系统硬件部分设计与实现

系统硬件部分包括主控模块、数据采集模块和功能模块。主控模块采用芯科公司的EFR32MG12P系列芯片，可有效对设备进行管理和控制。

1.2.1数据采集模块数据采集模块目前主要采用温湿度传感器和照度传感器来监测周围环境。Si7021是一种带I2C接口的温湿度传感器，它在内部集成湿度感应电容、温度感应二极管，采集到的数据通过I2C总线传输到MCU后，再将采集的二进制数据转换为对应的湿度和温度即可。

1.2.2功能模块作为照明系统的核心部分，光源的选择尤为重要。研究表明，光的光谱、亮度会对植物的生长产生影响，植物对不同光谱的吸收也不尽相同为了给植物提供最佳的照明环境，光源采用红色、绿色和蓝色光源作为植物照明系统的主要光源，通过PWM调节红、绿、蓝三色LED灯的亮度实现不同颜色的光源。通过控制红色LED灯（R-LED）、绿色LED灯（G-LED）以及蓝色LED灯（B-LED）的亮度，形成一定的配比，即可搭配出各种颜色的光源。根据RGB三原色配色表可知，按照255∶165∶0的比例可以配置出橙色，165∶32∶240可以搭配出紫色等，据此就可以实现任意颜色的光源。由RGB全光谱照明LED电路原理图可知通过蓝牙mesh模块实现三路PWM输出，分别控制红色LED、绿色LED以及蓝色LED的亮度，根据配色表给出的比例，即可配置出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、白光等各色光。

2功能验证及测试

本次功能验证主要在实验室进行的，首先对数据通信及照明进行验证，确保数据能够快速有效的传输，观察照明光源是否按照指令执行相应变化。数据采集功能的验证是通过采集一段时间数据并与标准数据进行对比。

2.1照明功能验证

照明验证分为两组，每组各5个终端设备，这10个设备构建一个总蓝牙mesh网络。将这两组设备分别置于两个实验室，通过手机端app对终端设备进行配置，使设备成为具有相应功能的网络节点。测试100次并进行统计，确保正常工作。多次实验结果表明，本次测试搭建的蓝牙mesh网络具有较高的稳定性，通过手机端app发送的指令都能够被终端节点正确接收。Led灯亮度调节效果如下所示，led灯将逐渐由暗变亮。对RGB三色灯组合形成的多彩测试，具体效果如下所示。

2.2传感器测试验证

传感器网络将采集到的湿度、湿度和光照信息通过蓝牙mesh节点传输到智能终端APP，管理者可实时监测和管理当前植物生长环境。智能终端APP对传感器采集到的数据,通过将温湿度传感器采集到的温度值与当前实验室温度进行对比即可验证温湿度采集功能的可靠性。温湿度传感器能够较为准确的采集到当前环境的温湿度。

3结语

本次研究根据当前智慧农业的发展状况，给出了基于蓝牙mesh无线通信技术的智慧农业植物照明系统。研究表明，不同的光强度、不同的光谱对于植物的生长都有着显著的影响，对此本系统的核心为照明功能的实现，即通过移动端app能够实现近远程控制灯的亮度和光谱。同时在系统中增加了智能传感模块，用于对植物生长的环境，包括温度、湿度等数据进行实时监测和调节。根据系统所需功能，设计出pwm调光模块、照明模块以及智能传感模块，最后验证了该系统的可行性。

参考文献：

[1]兰峰，钟志宏，杨眉，等.物联网技术在智慧农业中的应用与推广[J].农业工程技术，2016，36（15）：76-77.

[2]吴玮玮.电子产品开发系统Altium的研究及应用[J].电子制作，2015，22（3）：80.

[3]郭福洲.基于物联网技术的智慧农业实施方案研究[J].通讯世界，2017，24（19）：42-43.

[4]韩子鑫，齐瑞锋，杨文挺.智慧农业发展中物联网技术在设施农业中的应用[J].中国农业文摘-农业工程，2017，29（6）：21-23.

作者：张华 丁攀峰 单位：东莞广达智能科技有限公司