植物生長(zhǎng)室中光照傳感器的設(shè)計(jì)研發(fā)原理
1引言
目前植物生長(zhǎng)室中環(huán)境控制用的光照傳感器現(xiàn)狀為：研制的光照傳感器使用的敏感元件大多為硅光電池；采集光敏元件的輸出信號(hào)有兩種，一是開路輸出電壓(呈現(xiàn)非線性)，短路電流(線性)，使用前者較多；處理信號(hào)的形式有經(jīng)過(guò)調(diào)理直接輸出0~5VDC的信號(hào)或4－20mA電流；在數(shù)字化是采用的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器件的位、數(shù)對(duì)采集到的。0~12萬(wàn)LUX的分辨率受到限制。16位的A/D轉(zhuǎn)換器能分辨出的最大數(shù)值65535。針對(duì)上述問(wèn)題，提出了基于網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字傳感器設(shè)計(jì)方案。
2光照傳感器的選擇3光照傳感器的光譜特性分析
根據(jù)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境控制對(duì)植物生長(zhǎng)室的要求，光照傳感器要求的測(cè)量范圍在O~12萬(wàn)LUX，且價(jià)格適中，選用硅光電池作為光電傳感器器件。由于這種硅光電池的開路輸出電壓具有非線性特性，在高強(qiáng)度光照下會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，不能直接對(duì)該信號(hào)進(jìn)行直接放大。而硅光電池的短路特性隨光照強(qiáng)度是線性變化的，因此檢測(cè)該器件的短路電流1引言信號(hào)對(duì)此進(jìn)行放大到0~5vDc供A/D轉(zhuǎn)換之用。
3光照傳感器的光譜特性分析
國(guó)外的人工氣候室的光照傳感器的光譜特性如圖1，硅光電池的光譜特性如圖2。從圖1、2對(duì)比分析可以看出，要想達(dá)到理想的光譜特性，必須對(duì)硅光電池的光譜特性做一適當(dāng)?shù)奶幚�。選用一個(gè)寬帶光學(xué)濾波器(400~700nm)對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行濾波，得到可見(jiàn)光的光譜特性近似為農(nóng)用光照傳感器的光譜特性。
4濾光片的選擇
選用寬帶光學(xué)濾波器，讓可見(jiàn)光通過(guò)，其它非可見(jiàn)光不通過(guò)。
5數(shù)字處理單元的設(shè)計(jì)
采用儀表增益放大器對(duì)上述的信號(hào)進(jìn)行放大，得到0~5VDC的電壓信號(hào)。供A/D轉(zhuǎn)換用。A/D轉(zhuǎn)換芯片選用串行芯片CS5513，它們使用△∑技術(shù)可實(shí)現(xiàn)20位(CS5512/13)的性能。無(wú)噪音分辨率：17位，這樣A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值可達(dá)65535 * 2。滿足分辨率12萬(wàn)LUX的需求。因此整個(gè)傳感器設(shè)計(jì)原理如圖3所示。
6光照傳感器精度特性測(cè)試分析
研制人工氣候室中的傳感器與Li-cor公司的傳感器同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，全范圍量程的誤差小于5000。
7結(jié)論
在“十五”攻關(guān)課題資助下，研制的人工氣候箱中智能光照強(qiáng)度傳感器在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位，主要表現(xiàn)在測(cè)量范圍寬，全量程是線性的，采用全數(shù)字化技術(shù)且支持RS-485協(xié)議；測(cè)量精度全量程小于±500；價(jià)格適中；配備軟件可以對(duì)光進(jìn)行累計(jì)計(jì)算。因此該傳感器能滿足植物生長(zhǎng)室中農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控與監(jiān)測(cè)作物生長(zhǎng)狀況需求，是一種具有潛在市場(chǎng)的傳感器。
