植物工厂中LED多波长光量子采集系统设计与实现

作     者：王启星 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘文

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：植物工厂 补光源 LED光量子数 数据采集系统 光环境检测 PAR FPGA usb 

摘      要：随着人们对食品品质要求的提高以及世界耕地面积的减小,自然环境的污染越来越严重,植物工厂技术得到了迅速的发展。而作为植物工厂内部植物生长的重要影响因素的光也渐渐地进入到研究者的眼中。又因为LED技术的日趋成熟,并且植物生长主要吸收太阳光中的红光、蓝光以及少量红外光,所以现在植物工厂多采用红光、蓝光以及少量的远红外光等单色LED光源作为植物工厂中补光源。然而现有的光合有效辐射(PAR)光量子的传感器只能测量400nm-700nm这整个波段的光量子通量密度。无法在同一时间对单一颜色光的光量子通量密度进行准确的测量,这对测量光质比以及对其他控制系统的产生反馈信号带来了很大的阻碍。从而无法实现植物工厂的智能化。因此本文提出了一种可以同时测量红光以及蓝光的光量子通量密度的探测采集系统以解决上述问题。伴着科学技术的蓬勃发展,并且各个领域对于数据采集方面的要求的逐渐提升,传统的数字采集卡逐渐被具有主控芯片外加一个通用串口的组合所替代。又由于USB(通用串行总线)可以很好的弥补传统数据采集卡接口的缺陷,而FPGA(现场可编辑门阵列)又具有灵活的结构、较短的开发时间、升级容易等特点。因此本次设计采用以FPGA(现场可编辑门阵列)作为主控芯片usb(通用串行总线)作为数据传输的串口。本文将从系统的硬件电路的设计,软件上的程序设计以及数据的后期处理三大方面进行深入的探讨。硬件电路的设计方面:主要是完成所需要的各部分的电路设计以及完成相关系统的原理图以及系统电路板原理图的相关绘制工作。软件设计方面:主要是介绍FPGA内部逻辑电路的程序设计、usb固化程序设计思路和实现方法。数据后期处理:找到采集到数据和目标数据之间的关系,然后经过在上位机程序的处理,将目标数据显示出来。