【摘要】：隨著人們對食品品質(zhì)要求的提高以及世界耕地面積的減小,自然環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重,植物工廠技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。而作為植物工廠內(nèi)部植物生長的重要影響因素的光也漸漸地進(jìn)入到研究者的眼中。又因為LED技術(shù)的日趨成熟,并且植物生長主要吸收太陽光中的紅光、藍(lán)光以及少量紅外光,所以現(xiàn)在植物工廠多采用紅光、藍(lán)光以及少量的遠(yuǎn)紅外光等單色LED光源作為植物工廠中補光源。然而現(xiàn)有的光合有效輻射(PAR)光量子的傳感器只能測量400nm-700nm這整個波段的光量子通量密度。無法在同一時間對單一顏色光的光量子通量密度進(jìn)行準(zhǔn)確的測量,這對測量光質(zhì)比以及對其他控制系統(tǒng)的產(chǎn)生反饋信號帶來了很大的阻礙。從而無法實現(xiàn)植物工廠的智能化。因此本文提出了一種可以同時測量紅光以及藍(lán)光的光量子通量密度的探測采集系統(tǒng)以解決上述問題。伴著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展,并且各個領(lǐng)域?qū)τ跀?shù)據(jù)采集方面的要求的逐漸提升,傳統(tǒng)的數(shù)字采集卡逐漸被具有主控芯片外加一個通用串口的組合所替代。又由于USB(通用串行總線)可以很好的彌補傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡接口的缺陷,而FPGA(現(xiàn)場可編輯門陣列)又具有靈活的結(jié)構(gòu)、較短的開發(fā)時間、升級容易等特點。因此本次設(shè)計采用以FPGA(現(xiàn)場可編輯門陣列)作為主控芯片usb(通用串行總線)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇�。本文將從系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計,軟件上的程序設(shè)計以及數(shù)據(jù)的后期處理三大方面進(jìn)行深入的探討。硬件電路的設(shè)計方面:主要是完成所需要的各部分的電路設(shè)計以及完成相關(guān)系統(tǒng)的原理圖以及系統(tǒng)電路板原理圖的相關(guān)繪制工作。軟件設(shè)計方面:主要是介紹FPGA內(nèi)部邏輯電路的程序設(shè)計、usb固化程序設(shè)計思路和實現(xiàn)方法。數(shù)據(jù)后期處理:找到采集到數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,然后經(jīng)過在上位機程序的處理,將目標(biāo)數(shù)據(jù)顯示出來。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM923.34
【圖文】：

１－１邋ＬＩ－ＣＯＲ公司，ＬＩ－１９０ＳＡ光合有效輻射光量雖然為探宄自然光光合有效輻射的科學(xué)研光生物學(xué)的蓬勃發(fā)展。但是這種傳感器只共或者某個單色光的光合有效光量子通量光量子通量密度的數(shù)值，使得植物工廠無，給植物工廠智能化以及自動化的實現(xiàn)設(shè)技術(shù)在國外，并且售價不菲，間接的增題設(shè)計了一套可以同時探測紅光以及藍(lán)光。逡逑以及課題內(nèi)容逡逑目標(biāo)：設(shè)計一套可以在實際進(jìn)行應(yīng)用、可合有效光量子通量密度值，并將這些值

得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的整體集成度提高了一個檔次。而且ＦＰＧＡ是可編程型芯片，逡逑所以本系統(tǒng)可以很容易的進(jìn)行該系統(tǒng)后續(xù)的升級以及進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)的工作。逡逑總而言之，明確了本次系統(tǒng)的整體設(shè)計方案如圖２－１所表示那樣，本系統(tǒng)逡逑包含七個部分：①處于前端對信號進(jìn)行采集并且進(jìn)行相應(yīng)處理的模擬電路。②逡逑將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊。③采用ＦＰＧＡ芯片的作為主要控逡逑制器模塊。④采用ＵＳＢ２．０芯片的接口模塊。⑤上位機顯示控制界面。⑥電路逡逑板上供電電源模塊。⑦相應(yīng)芯片的外圍電路設(shè)計部分。逡逑＿邐＾邐一佭逡逑邐Ｙ邋＾邋＾—逡逑／Ｉ邐－—Ｕ邐１邋—邐ｉ＼逡逑圖２－１數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計的框圖逡逑數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各個模塊的性能簡介：處于前端的信號采集電路接收紅光逡逑ＬＥＤ光源以及藍(lán)光ＬＥＤ光源發(fā)出的光信號，并把光信號轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號。逡逑因為此時的電信號并不在模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片輸入值范圍內(nèi)，所以還需要經(jīng)過前端電逡逑路對信號的幅值進(jìn)行放大或者縮小處理，而且還要把信號的噪聲部分過濾掉。逡逑之后送將處理后信號傳遞給后續(xù)電路進(jìn)行處理。由于無論是接口芯片、主控芯逡逑片還是上位機處理的均是數(shù)字信號，所以經(jīng)過前端的模擬信號還要通過模數(shù)轉(zhuǎn)逡逑化模塊變成數(shù)字信號；主要控制芯片ＦＰＧＡ內(nèi)部主要包含三個主要部分：①模逡逑數(shù)轉(zhuǎn)化接口②ＵＳＢ２．０接口③ＦＩＦＯ緩存部分，①②部分主要是對相應(yīng)芯片進(jìn)行逡逑控制，③部分對于采集到的數(shù)據(jù)以及從上位機接收到的命令進(jìn)行緩存的裝置。逡逑由ＵＳＢ２．０芯片組成的接口主要是將數(shù)據(jù)在ＦＰＧＡ以及上位機之間傳送

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2713388