本發(fā)明涉及照明技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備及其調(diào)光方法。

背景技術(shù)：

我國是人口大國，總?cè)丝跀?shù)占世界總?cè)丝诘奈宸种弧Ｒ虼?，解決國民的吃飯問題一直我國農(nóng)業(yè)面臨的第一要務(wù)。隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展和科技的不斷進步，改變中國長期以來“靠天吃飯”的粗放式農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式勢在必行。將農(nóng)作物的生產(chǎn)方式與當代的科學技術(shù)完美結(jié)合起來，從而形成高效節(jié)能無污染的農(nóng)業(yè)種植模式已成為我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。

植物的生長發(fā)育中最重要的生長因子就是光照。光照強度對植物的光合作用以及葉綠素的形成具有著重要的作用。而自然界中，太陽的光照強度會隨著天氣變化、地理緯度、季節(jié)的不同而發(fā)生相應(yīng)的變化，因此人工補光已經(jīng)成為促進植物生長及高產(chǎn)的重要方式。

傳統(tǒng)的人工補光方式采用金屬鹵素燈、白熾燈和高壓鈉燈作為人工補光的主要光源，雖然這些燈源可以提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，但是其帶來的光效低、能耗高等缺點，一定程度上也造成了能源的浪費。與此同時，這些傳統(tǒng)光源位置固定不能實現(xiàn)近距離照射植物以及無法智能控制其光照強度等問題仍有待解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備及其調(diào)光方法，其通過對信號進行前饋和反饋復(fù)合控制，實現(xiàn)了燈源自動調(diào)光、智能移動以及信息遠程監(jiān)控等目的。

為達上述及其它目的，本發(fā)明提出一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備，包括：

傳感器模塊，用于采集外界的自然光照信號或外界自然光照信號與光驅(qū)動模塊發(fā)出的光信號的疊加信號，并將其轉(zhuǎn)變成電信號；

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于對該傳感器模塊采集的電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送至控制模塊；

控制模塊，用于對接收到的數(shù)字信號進行處理，產(chǎn)生用于控制光驅(qū)動模塊的驅(qū)動信號；

光驅(qū)動模塊，用于在該控制模塊的驅(qū)動信號的控制下，實現(xiàn)各步進電機的動作以控制該補光燈源模塊；

補光燈源模塊，受控于該光驅(qū)動模塊；

電源模塊，用于為其他各模塊提供電源。

進一步地，該控制模塊將接收到的數(shù)字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，根據(jù)兩者的差值產(chǎn)生用于驅(qū)動該光驅(qū)動模塊的脈沖寬度調(diào)制信號來控制該光驅(qū)動模塊的各步進電機以及補光燈源發(fā)出的光照強度。

進一步地，該設(shè)備還包括無線通信模塊、路由器以及上位機，該控制模塊將接收到的數(shù)字信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換后通過無線通信模塊、路由器傳送至該上位機，由該上位機將接收到數(shù)字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，最后將兩者的差值再次通過該路由器、無線通信模塊并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給該控制模塊，由該控制模塊根據(jù)兩者的差值產(chǎn)生該驅(qū)動信號。

進一步地，該傳感器模塊包括燈罩光敏傳感器陣列以及地面光敏傳感器陣列，該燈罩光敏傳感器陣列用于采集外界的自然光信號并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，該地面光敏傳感器陣列用于采集外界的自然光信號和該光?qū)動模塊發(fā)出的光信號的疊加信號并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴?/p>

進一步地，該光驅(qū)動模塊包括光源升降模塊、光源旋轉(zhuǎn)模塊、光源調(diào)節(jié)模塊，該控制模塊通過脈沖寬度調(diào)制信號分別連接該光源升降模塊、光源旋轉(zhuǎn)模塊以及光源調(diào)節(jié)模塊，該光源升降模塊通過步進電機控制該補光燈源的升降，該光源旋轉(zhuǎn)模塊通過步進電機控制補光燈源的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，該光源調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)補光燈源的亮度。

進一步地，該光源升降模塊包括光源升降驅(qū)動電路和第一步進電機，該光源升降驅(qū)動電路通過脈沖寬度信號線與該控制模塊相連接，其通過輸出線與第一步進電機連接，該光源旋轉(zhuǎn)模塊包括光源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電路與第二步進電機，該光源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電路通過脈沖寬度信號線與該控制模塊相連接，其通過輸出線與該第二步進電機連接，該光源調(diào)光模塊包括光源調(diào)光驅(qū)動電路，該光源調(diào)光驅(qū)動電路通過脈沖寬度信號線與該控制模塊相連接，其輸出線與該補光燈源模塊的led陣列連接。

進一步地，該補光燈源模塊包括齒輪、燈桿、燈罩以及l(fā)ed陣列，該齒輪受控于該第一步進電機，通過和該燈桿兩邊的鋸齒相互契合實現(xiàn)齒輪和燈桿的完全接觸，該燈桿的頂端與該光源升降模塊相連接，底端與該光源旋轉(zhuǎn)模塊相連接，該燈罩的頂端與該光源旋轉(zhuǎn)模塊相連接，底端與該光源調(diào)光模塊相連接，該led陣列與該光源調(diào)光模塊連接。

為達到上述目的，本發(fā)明還提供一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備的調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟：

步驟一，利用傳感器模塊采集光照信號并將其轉(zhuǎn)變成電信號；

步驟二，對傳感器模塊采集的電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送至控制模塊，利用控制模塊對接收到的數(shù)字信號進行處理，產(chǎn)生用于控制光驅(qū)動模塊的驅(qū)動信號；

步驟三，在該控制模塊的驅(qū)動信號的控制下，利用光驅(qū)動模塊實現(xiàn)各步進電機的動作以控制補光燈源的調(diào)節(jié)。

進一步地，于步驟二中，該控制模塊通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對傳感器模塊采樣的電信號進行采樣，并將接收到的數(shù)字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，根據(jù)兩者的差值產(chǎn)生用于驅(qū)動該光驅(qū)動模塊的脈沖寬度調(diào)制信號來控制該光驅(qū)動模塊中的各步進電機以及補光燈源發(fā)出的光照強度。

進一步地，于步驟二中，該控制模塊將接收到的數(shù)字信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換后通過無線通信模塊、路由器傳送至上位機，由該上位機將接收到的數(shù)字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，得到兩者的差值并通過該路由器、無線通信模塊傳送至控制模塊，然后由該控制模塊根據(jù)兩者的差值產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動信號。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備及其調(diào)光方法通過利用傳感器模塊采集外界自然光的光照信號，并將采集的光照信息與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，根據(jù)對比結(jié)果生成驅(qū)動信號以驅(qū)動光驅(qū)動模塊控制補光燈源的動作，通過補光燈源的光信號被傳感器模塊采集進一步進行調(diào)節(jié)，這樣通過對信號進行前饋和反饋復(fù)合控制，實現(xiàn)了燈源自動調(diào)光、智能移動以及信息遠程監(jiān)控等目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備之第一較佳實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備之第二較佳實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明具體實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明具體實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一具體實施例之智能補光設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明之基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備之應(yīng)用情境示意圖；

圖7為本發(fā)明一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備的調(diào)節(jié)方法的步驟流程圖；

具體實施方式

以下通過特定的具體實例并結(jié)合附圖說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。

圖1為本發(fā)明一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備之第一較佳實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖。如圖1所示，本發(fā)明一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備，包括：傳感器模塊11、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊12、控制模塊13、光驅(qū)動模塊14、補光燈源模塊15以及電源模塊16。

其中，傳感器模塊11，用于采集外界的自然光照信號或外界自然光照信號與光驅(qū)動模塊14發(fā)出的光信號的疊加信號，并將其轉(zhuǎn)變成電信號，在本發(fā)明具體實施例中，傳感器模塊11包括燈罩光敏傳感器陣列110以及地面光敏傳感器陣列111，燈罩光敏傳感器陣列110用于采集外界的自然光信號并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，地面光敏傳感器陣?11，地面光敏傳感器陣列111用于采集外界的自然光信號和光驅(qū)動模塊14發(fā)出的光信號的疊加信號并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺荒?shù)轉(zhuǎn)換模塊12，用于對傳感器模塊11采集的電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送至控制模塊13；控制模塊13，用于對接收到的數(shù)字信號進行處理，產(chǎn)生用于控制光驅(qū)動模塊14的驅(qū)動信號，在本發(fā)明較佳實施例中，控制模塊13每隔相同時間段，會通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊12對傳感器模塊11采樣的電信號進行采樣，并將接收到的數(shù)字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，根據(jù)兩者的差值產(chǎn)生用于驅(qū)動光驅(qū)動模塊14的pwm信號來控制光驅(qū)動模塊14中的各步進電機以及補光燈源發(fā)出的光照強度；光驅(qū)動模塊14，用于在控制模塊13的驅(qū)動信號的控制下，實現(xiàn)各步進電機的動作以控制補光燈源的調(diào)節(jié)；補光燈源模塊15，受控于該光驅(qū)動模塊14；電源模塊16，用于為其他各模塊提供電源。在本發(fā)明具體實施例中，光驅(qū)動模塊14包括光源升降模塊140、光源旋轉(zhuǎn)模塊141以及光源調(diào)節(jié)模塊142，控制模塊13通過脈沖寬度調(diào)制信號分別連接光源升降模塊140、光源旋轉(zhuǎn)模塊141以及光源調(diào)節(jié)模塊142，其中，光源升降模塊140通過步進電機控制補光燈源的升降，光源旋轉(zhuǎn)模塊141通過步進電機控制補光燈源的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，光源調(diào)節(jié)模塊142用于調(diào)節(jié)補光燈源的亮度，補光燈源模塊15包括齒輪、燈桿、燈罩以及l(fā)ed陣列，該齒輪通過和燈桿兩邊的鋸齒相互契合實現(xiàn)齒輪和燈桿的完全接觸，燈桿的頂端與光源升降模塊相連接，底端與光源旋轉(zhuǎn)模塊相連接；燈罩的頂端與光源旋轉(zhuǎn)模塊相連接，底端與光源調(diào)光模塊相連接

圖2為本發(fā)明一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備之第二較佳實施例的系統(tǒng)架構(gòu)圖。在本發(fā)明第二較佳實施例中，除了包含第一較佳實施例中的各模塊外，本發(fā)明之基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備還包括無線通信模塊17、路由器18以及上位機19，控制模塊13將接收到的數(shù)字信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換后，將其通過無線通信模塊17、路由器18傳送至上位機19，上位機19將接收到數(shù)字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，最后將兩者的差值再次通過路由器18、無線通信模塊17并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給控制模塊13，從而實現(xiàn)整個補光系統(tǒng)的前饋控制。

以下通過幾個具體實施例進一步詳細說明本發(fā)明之基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備：

實施例一:

如圖3所示，在本實施例中，本發(fā)明之農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備，包括：電源模塊電路板1（對應(yīng)電源模塊）、傳感器模塊2、控制通信一體板3（對應(yīng)控制模塊與無線通訊模塊）、光驅(qū)動一體板4（對應(yīng)光驅(qū)動模塊）、路由器5、上位機6以及齒輪7、燈桿8、燈罩9。其中，控制通信一體板3，上面設(shè)置控制模塊301和無線通訊模塊302；光驅(qū)動一體板4，上面設(shè)置光源升降模塊401、光源旋轉(zhuǎn)模塊402以及光源調(diào)光模塊403；電源模塊電路板1，分別與傳感器模塊2、控制通信一體板3、光驅(qū)動一體板4、路由器5和上位機6的電源正負極相連；傳感器模塊2，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換信號線與控制模組301連接；控制模塊301，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換信號線與傳感器模塊2連接，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換信號線與無線通信模塊302連接，通過脈沖寬度調(diào)制信號線與光源升降模塊401、光源旋轉(zhuǎn)模塊402以及光源調(diào)光模塊403連接；無線通信模塊302，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換信號線與控制模塊301連接，通過路由器5與無線通信模塊302實現(xiàn)遠程無線連接；上位機6，通過路由器5與無線通信模塊302實現(xiàn)遠程無線連接；齒輪7，通過和燈桿8兩邊的鋸齒相互契合實現(xiàn)齒輪7和燈桿8的完全接觸；燈桿8，頂端與光源升降模塊401相連接，底端與光源旋轉(zhuǎn)模塊402相連接；燈罩9，頂端與光源旋轉(zhuǎn)模塊420相連接，底端與光源調(diào)光模塊403相連接。

實施例二：

如圖4所示，在本實施例中，本發(fā)明之農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備，包括：電源模塊電路板1、傳感器模塊2、控制通信一體板3、光驅(qū)動一體板4、路由器5、上位機6以及齒輪7、燈桿8、燈罩9；控制通信一體板3，上面設(shè)置控制模塊301和無線通訊模塊302；光驅(qū)動一體板4，上面設(shè)置光源升降模塊401、光源旋轉(zhuǎn)模塊402以及光源調(diào)光模塊403；電源模塊電路板1，分別與傳感器模塊2、控制通信一體板3、光驅(qū)動一體板4、路由器5和上位機的電源正負極相連；傳感器模塊2，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換信號線與控制模塊301連接；控制模塊301，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換信號線與傳感器模塊2連接，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換信號線與無線通信模塊302連接，通過脈沖寬度調(diào)制信號線與光源升降模塊401、光源旋轉(zhuǎn)模塊402以及光源調(diào)光模塊403連接；無線通信模塊302，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換信號線與控制模塊301連接，通過路由器5與無線通信模塊302實現(xiàn)遠程無線連接；上位機6，通過路由器5與無線通信模塊302實現(xiàn)遠程無線連接；齒輪7，通過和燈桿8兩邊的鋸齒相互契合實現(xiàn)齒輪7和燈桿8的完全接觸；燈桿8，頂端與光源升降模塊401相連接，底端與光源旋轉(zhuǎn)模塊402相連接；燈罩9，頂端與光源旋轉(zhuǎn)模塊420相連接，底端與光源調(diào)光模塊403相連接。

本實施例中，電源模塊電路板1還包括：220v交流電源101和pwm整流器102。pwm整流器102是由單向電壓型脈沖整流電路和滯環(huán)控制模塊構(gòu)成，其輸出端與其他模塊的供電電源相連接。

本實施例中，傳感器模塊2還包括：燈罩光敏傳感器陣列201和地面光敏傳感器陣列202，其中燈罩光敏傳感器陣列201置于燈罩上，地面光敏傳感器陣列202置于地面，兩者均與控制模塊301通過模數(shù)轉(zhuǎn)換信號線相連接。

本實施例中，控制模塊301還包括：降壓及穩(wěn)壓電源3012和微控制器3011電路。降壓及穩(wěn)壓模塊3012通過正、負極電源線與電源模塊電路板1輸出端和微控制器3011相連接，微控制器3011通過模數(shù)轉(zhuǎn)換信號線與燈罩光敏傳感器陣列201和地面光敏傳感器陣列202相連接。降壓及穩(wěn)壓模塊3012為可產(chǎn)生12v、5v和3.3v的直流電源，分別通過正、負兩條電源線與微控制器3011、光源升降模塊401、光源旋轉(zhuǎn)模塊402、光源調(diào)光模塊403相連接。

本實施例中，路由器5還包括路由節(jié)點501和協(xié)調(diào)器502，通過串口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。

本實施例中，上位機6主要包括采樣值和預(yù)測值比較模塊601，其輸出的數(shù)據(jù)通過路由器5與無線通信模塊302實現(xiàn)遠程連接。

本實施例中，光源升降模塊401還包括：光源升降驅(qū)動電路4011和步進電機4012，光源升降驅(qū)動電路4011為橋式可逆電路，其通過脈沖寬度信號線與微控制器3011相連接，通過輸出線與步進電機4012連接。

本實施例中，光源旋轉(zhuǎn)模塊402還包括：光源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電路4021和步進電機4022，光源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電路4021為橋式可逆電路，其通過脈沖寬度信號線與微控制器3011相連接，通過輸出線與步進電機4022連接。

本實施例中，光源調(diào)光模塊403還包括：光源調(diào)光驅(qū)動電路4031，該光源調(diào)光驅(qū)動電路4031為直流降壓斬波電路，其通過脈沖寬度信號線與微控制器3011相連接，通過輸出線與led陣列4032連接。具體地，led陣列4032為由紅藍兩種led燈組成的2*16矩形led燈陣列，其中一列為紅色led燈，另一列為藍色led燈。

圖5為本發(fā)明一具體實施例之智能補光設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。該農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備，包括：pwm整流器51、控制通信一體板52、光源升降驅(qū)動電路53、步進電機54、齒輪55、燈桿56、光源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電路57、光源調(diào)光驅(qū)動電路58、步進電機59、燈罩光敏傳感器陣列60、燈罩61以及地面光敏傳感器陣列。

其中，pwm整流器51與220v交流配電網(wǎng)電網(wǎng)相連，實現(xiàn)直流和交流電的可逆轉(zhuǎn)化；控制通信一體板2通過信號線將自身產(chǎn)生的pwm信號提供給光源升降驅(qū)動電路53、光源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電路57和光源調(diào)光驅(qū)動電路58的開關(guān)管，用于控制開關(guān)管的工作狀態(tài)；通過無線通信模塊實現(xiàn)上位機和下位機的信息傳輸。

光源升降驅(qū)動電路53用來驅(qū)動步進電機54，從而通過步進電機54的工作狀態(tài)來帶動兩個齒輪55的旋轉(zhuǎn)方向以及旋轉(zhuǎn)速度。

燈桿56的兩邊呈鋸齒狀，并且與齒輪55的鋸齒完全契合。這樣當齒輪轉(zhuǎn)動時就會帶動燈桿56的上升與下降，從而帶動整個補光燈源的升降。

光源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電路57驅(qū)動步進電機59，根據(jù)光源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電路57的開關(guān)管通斷情況對步進電機9的轉(zhuǎn)速進行控制。

光源調(diào)光驅(qū)動電路58通過pwm信號的控制來調(diào)節(jié)燈光的亮度。

步進電機59的轉(zhuǎn)軸與燈桿56連為一體，從而以燈桿56為軸實現(xiàn)補光燈源的旋轉(zhuǎn)功能。

燈罩61與燈桿56的底部相連，其下部安放led陣列，燈罩光敏傳感器陣列60設(shè)置于燈罩61上，以采集外界的自然光。地面光敏傳感器陣列則設(shè)置于農(nóng)業(yè)大棚的地面上。

圖6為本發(fā)明之基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備之應(yīng)用情境示意圖。在本發(fā)明具體實施例中，包括農(nóng)業(yè)大棚棚頂1、配電網(wǎng)2、補光設(shè)備（補光臺燈）3和地面光敏傳感器陣列4。補光設(shè)備（補光臺燈）3的放置方式主要由燈源自身的光照面積以及大棚本身的面積決定，地面光敏傳感器陣列4的位置需放置于補光燈源（補光臺燈）3的光照范圍內(nèi)。

圖7為本發(fā)明一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備的調(diào)光方法的步驟流程圖。如圖7所示，本發(fā)明一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備的調(diào)光方法，包括如下步驟：

步驟701，利用傳感器模塊采集光照信號并將其轉(zhuǎn)變成電信號。在本發(fā)明具體實施例中，傳感器模塊采集外界的自然光照信號或外界自然光照信號與光驅(qū)動模塊發(fā)出的光信號的疊加信號，并將其轉(zhuǎn)變成電信號：

步驟702，對傳感器模塊采集的電信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送至控制模塊，利用控制模塊對接收到的數(shù)字信號進行處理，產(chǎn)生用于控制光驅(qū)動模塊的驅(qū)動信號。在本發(fā)明較佳實施例中，控制模塊每隔相同時間段，會通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊對傳感器模塊10采樣的電信號進行采樣，并將接收到的數(shù)字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，根據(jù)兩者的差值產(chǎn)生用于驅(qū)動光驅(qū)動模塊的pwm信號來控制光驅(qū)動模塊中的各步進電機以及補光燈源發(fā)出的光照強度。較佳地，于步驟702中，控制模塊可以將接收到的數(shù)字信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換后通過無線通信模塊、路由器傳送至上位機，由上位機將接收到的數(shù)字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，得到兩者的差值并通過路由器、無線通信模塊傳送至控制模塊，然后由控制模塊根據(jù)兩者的差值產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動信號，例如將差值數(shù)據(jù)中的正值設(shè)為高電平，差值數(shù)據(jù)中的負值設(shè)為低電平，從而生成三路pwm信號至光驅(qū)動模塊。

步驟703，在該控制模塊的驅(qū)動信號的控制下，利用光驅(qū)動模塊實現(xiàn)各步進電機的動作以控制補光燈源的調(diào)節(jié)。在本發(fā)明具體實施例中，光驅(qū)動模塊包括光源升降模塊、光源旋轉(zhuǎn)模塊以及光源調(diào)節(jié)模塊，控制模塊通過脈沖寬度調(diào)制信號分別連接光源升降模塊、光源旋轉(zhuǎn)模塊以及光源調(diào)節(jié)模塊，其中，光源升降模塊通過步進電機控制補光燈源的升降，光源旋轉(zhuǎn)模塊通過步進電機控制補光燈源的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，光源調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)補光燈源的亮度。也就是說，控制模塊產(chǎn)生的三路pwm信號分別控制光光源升降模塊中步進電機以及光源旋轉(zhuǎn)模塊中步進電機4022的啟動和光源調(diào)光模塊中l(wèi)ed陣列的燈源發(fā)出的光照強度。

以下將配合圖4之具體實施例來進一步說明本發(fā)明之調(diào)光方法。具體地，該調(diào)光方法包括如下步驟：

步驟一，當電源模塊電路板1中有220v交流電源通過時，此時電壓和電流的電流方向一致，故pwm整流器102處于整流的工作狀態(tài)。通過pwm整流器102將220v交流電變?yōu)橹绷麟?，并給傳感器模塊2、控制通信一體板3中的控制模塊301以及無線通信模塊302、路由器5和上位機6提供電能；

步驟二，控制模塊301中的降壓及穩(wěn)壓電源電路3012將電源模塊電路板1最終輸出的直流電降壓為12v、5v和3.3v的直流電源，并通過降壓及穩(wěn)壓電源電路3012為微控制器3011和光驅(qū)動一體板4提供電能；

步驟三，外界的自然光信號可以通過燈罩光敏傳感器陣列201轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，根?jù)光照強度的不同，其轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電信號也隨之改變，每隔相同時間段內(nèi)通過微控制器3011的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊對燈罩光敏傳感器陣列201轉(zhuǎn)化成的電信號進行采樣，采樣后得到的數(shù)據(jù)通過無線通信模塊302和路由器5傳送給上位機6；

步驟四，上位機6通過采樣值與預(yù)測值模塊601將微控制器3011采樣的數(shù)據(jù)和植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，最后將兩者的差值再次通過無線通信模塊302和路由器5傳送給微控制器3011，從而實現(xiàn)整個補光系統(tǒng)的前饋控制；

步驟五，微控制器3011根據(jù)上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理，將數(shù)據(jù)中的正值設(shè)為高電平，數(shù)據(jù)中的負值設(shè)為低電平，從而生成三路pwm信號來分別控制光源升降模塊401中步進電機4012以及光源旋轉(zhuǎn)模塊402中步進電機4022的啟動和光源調(diào)光模塊403中l(wèi)ed陣列4032的燈源發(fā)出的光照強度；

步驟六，外界的自然光信號和led陣列4032中燈源發(fā)出的光信號疊加后產(chǎn)生最終的光信號通過地面光敏傳感器陣列202轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，在相同時間段內(nèi)通過微控制器3011的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊對地面光敏傳感器陣列202轉(zhuǎn)化成的電信號進行采樣，采樣后得到的數(shù)據(jù)通過無線通信模塊302和路由器5傳送給上位機6；

步驟七，上位機6通過采樣值與預(yù)測值模塊601將微控制器3011采樣的數(shù)據(jù)和植物正常生長所需要的光照強度理論值進行再次對比，最后將兩者的差值再次通過無線通信模塊302和路由器5傳送給微控制器3011，從而實現(xiàn)整個補光系統(tǒng)的反饋控制；

步驟八，微控制器3011根據(jù)上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理，將數(shù)據(jù)中的正值設(shè)為高電平，數(shù)據(jù)中的負值設(shè)為低電平從而生成三路pwm信號；

步驟九，產(chǎn)生的第一路pwm信號控制光源升降模塊401中步進電機4012正反轉(zhuǎn)來帶動與步進電機緊密相連的兩個齒輪分別向順時針和逆時針的方向轉(zhuǎn)動，從而控制與齒輪7上鋸齒完全契合的鋸齒邊緣燈桿8升降的高度，產(chǎn)生的第二路pwm信號控制光源旋轉(zhuǎn)模塊402中步進電機4022的旋轉(zhuǎn)速度，從而實現(xiàn)以燈桿8為軸帶動與其連接的燈罩9及光源調(diào)光模塊403的旋轉(zhuǎn)功能，產(chǎn)生的第三路pwm信號進一步控制光源調(diào)光模塊403中l(wèi)ed陣列4032的光照強度；

步驟十，當電源模塊電路板1中的電流和電壓方向相反時，pwm整流器102處于逆變工作狀態(tài)，此時pwm整流器102可以將系統(tǒng)中未使用的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姺祷仉娋W(wǎng)以實現(xiàn)電能的循環(huán)利用。

可見，本發(fā)明一種基于復(fù)合控制的農(nóng)業(yè)大棚智能補光設(shè)備及其調(diào)光方法通過利用傳感器模塊采集外界自然光的光照信號，并將采集的光照信息與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，根據(jù)對比結(jié)果生成驅(qū)動信號以驅(qū)動光驅(qū)動模塊控制補光燈源的動作，通過補光燈源的光信號被傳感器模塊采集進一步進行調(diào)節(jié)，這樣通過對信號進行前饋和反饋復(fù)合控制，實現(xiàn)了燈源自動調(diào)光、智能移動以及信息遠程監(jiān)控等目的，同時，本發(fā)明采用led燈陣列作為補光的主要光源，其具有光照可調(diào)、壽命長、成本低、耗能低以及波長固定等特點，有效地節(jié)約了成本的同時也減少了能源的損耗。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明在電源模塊電路板采用了pwm整流器，其既可以通過橋式二極管將電網(wǎng)中的交流電經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟?，供給中間儲能回路或負載，與此同時，也可將直流也可經(jīng)igbt將直流電逆變?yōu)榻涣麟姺答伣o電網(wǎng)。其可以實現(xiàn)能量的可逆變換或傳遞，有效地實現(xiàn)了能量的合理轉(zhuǎn)換及利用。

2、本發(fā)明采用led燈作為補光燈源，其不僅具有節(jié)能環(huán)保、壽命長、成本低的特點，還具備光電轉(zhuǎn)換效率高、波段窄、光強可調(diào)等特點。這些特點決定了此類燈源在節(jié)能并降低成本的同時，也可以提高整個智能補光系統(tǒng)的補光效率。

3、本發(fā)明通過在燈源光強隨外界環(huán)境變化的同時，也能改變燈源本身距離植物的相對高度，從而進一步實現(xiàn)對燈源光強的調(diào)整。這樣植物可以在適宜光照強度下生長，不僅能減少電能的無用損耗，也促進植物的高效生長。

4、本發(fā)明在外界環(huán)境光照變化時，不僅能對燈源發(fā)出的光照強度進行改變，而且也能使得燈源本身隨著外界環(huán)境的變化進行旋轉(zhuǎn)，燈源的旋轉(zhuǎn)增加了其光照面積，可以有效地節(jié)省燈源個數(shù)，從而實現(xiàn)節(jié)約成本以及降低能耗等目標。

5、本發(fā)明將光敏傳感器陣列分為置于燈罩和地面兩部分，通過燈罩上的光敏傳感器陣列對自然光強信號進行信號采樣并轉(zhuǎn)化為電信號來實現(xiàn)整個補光系統(tǒng)的前饋控制，通過地面上的光敏傳感器陣列對自然光強和燈源光強疊加得到的光信號進行采樣并轉(zhuǎn)化為電信號來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的反饋控制；利用前饋控制和反饋控制同時使用的復(fù)合控制的控制方法對燈源的旋轉(zhuǎn)速度、升降高度以及光照強度進行控制，可以使得整個補光系統(tǒng)隨著外界環(huán)境的變化進行快速而準確的調(diào)整。這種靈敏而準確的調(diào)整使得這個系統(tǒng)更加智能化，同時也能減少一些不必要的能量流失。

6、本發(fā)明利用燈桿將燈源升降模塊和旋轉(zhuǎn)模塊的連接方式實現(xiàn)燈源旋轉(zhuǎn)和升降系統(tǒng)一體化，并通過對步進電機的控制實現(xiàn)燈源的升降高度和旋轉(zhuǎn)速度隨外界變化而做出相應(yīng)調(diào)整，這樣使得燈源體積變得小巧精致，便于定期檢查和維修的同時，也降低了整個系統(tǒng)布線難度。

7、本發(fā)明采用無線通信的方式實現(xiàn)下位機與上位機的數(shù)據(jù)傳輸，可以隨時將下位機采樣的數(shù)據(jù)傳輸給上位機，方便數(shù)據(jù)的采集和處理，并且上位機也可以通過無線通信的方式將處理后的數(shù)據(jù)反饋給下位機。這種雙向傳輸數(shù)據(jù)的方式提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，增強了?shù)據(jù)的處理能力，同時也提高了整個補光系統(tǒng)調(diào)光的精確度。

8本發(fā)明在控制步進電機時采用了橋式可逆電路，通過微處理器產(chǎn)生的pwm波實現(xiàn)電路中開關(guān)管的通斷，從而控制步進電機的正反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。