植物生長室中光照傳感器的設計研發原理
1引言
目前植物生長室中環境控製用的光照傳感器現狀為:研製的光照傳感器使用的敏感元件大多為矽光電池;采集光敏元件的輸出信號有兩種,一是開路輸出電壓(呈現非線性),短路電流(線性),使用前者較多;處理信號的形式有經過調理直接輸出0~5VDC的信號或4-20mA電流;在數字化是采用的模擬數字轉換器件的位、數對采集到的。0~12萬LUX的分辨率受到限製。16位的A/D轉換器能分辨出的最大數值65535。針對上述問題,提出了基於網絡化的數字傳感器設計方案。
2光照傳感器的選擇3光照傳感器的光譜特性分析
根據設施農業環境控製對植物生長室的要求,光照傳感器要求的測量範圍在O~12萬LUX,且(qie)價(jia)格(ge)適(shi)中(zhong),選(xuan)用(yong)矽(gui)光(guang)電(dian)池(chi)作(zuo)為(wei)光(guang)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)器(qi)件(jian)。由(you)於(yu)這(zhe)種(zhong)矽(gui)光(guang)電(dian)池(chi)的(de)開(kai)路(lu)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)具(ju)有(you)非(fei)線(xian)性(xing)特(te)性(xing),在(zai)高(gao)強(qiang)度(du)光(guang)照(zhao)下(xia)會(hui)出(chu)現(xian)飽(bao)和(he)現(xian)象(xiang),不(bu)能(neng)直(zhi)接(jie)對(dui)該(gai)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)直(zhi)接(jie)放(fang)大(da)。而(er)矽(gui)光(guang)電(dian)池(chi)的(de)短(duan)路(lu)特(te)性(xing)隨(sui)光(guang)照(zhao)強(qiang)度(du)是(shi)線(xian)性(xing)變(bian)化(hua)的(de),因(yin)此(ci)檢(jian)測(ce)該(gai)器(qi)件(jian)的(de)短(duan)路(lu)電(dian)流(liu)1引言信號對此進行放大到0~5vDc供A/D轉換之用。
3光照傳感器的光譜特性分析


國外的人工氣候室的光照傳感器的光譜特性如圖1,矽光電池的光譜特性如圖2。從圖1、2對比分析可以看出,要想達到理想的光譜特性,必須對矽光電池的光譜特性做一適當的處理。選用一個寬帶光學濾波器(400~700nm)對太陽光進行濾波,得到可見光的光譜特性近似為農用光照傳感器的光譜特性。
4濾光片的選擇
選用寬帶光學濾波器,讓可見光通過,其它非可見光不通過。
5數字處理單元的設計
采用儀表增益放大器對上述的信號進行放大,得到0~5VDC的電壓信號。供A/D轉換用。A/D轉換芯片選用串行芯片CS5513,它們使用△∑技術可實現20位(CS5512/13)的性能。無噪音分辨率:17位,這樣A/D轉換後的數值可達65535 * 2。滿足分辨率12萬LUX的需求。因此整個傳感器設計原理如圖3所示。

6光照傳感器精度特性測試分析
研製人工氣候室中的傳感器與Li-cor公司的傳感器同時進行實驗觀測,全範圍量程的誤差小於5000。
7結論
在“十五”攻關課題資助下,研製的人工氣候箱中智能光照強度傳感器在國內處於領先地位,主要表現在測量範圍寬,全量程是線性的,采用全數字化技術且支持RS-485協議;測量精度全量程小於±500;價格適中;配pei備bei軟ruan件jian可ke以yi對dui光guang進jin行xing累lei計ji計ji算suan。因yin此ci該gai傳chuan感gan器qi能neng滿man足zu植zhi物wu生sheng長chang室shi中zhong農nong業ye環huan境jing調tiao控kong與yu監jian測ce作zuo物wu生sheng長chang狀zhuang況kuang需xu求qiu,是shi一yi種zhong具ju有you潛qian在zai市shi場chang的de傳chuan感gan器qi。



