植物工廠中LED多波長光量子采集系統(tǒng)設計與實現(xiàn)
發(fā)布時間:2020-06-14 21:31
【摘要】:隨著人們對食品品質要求的提高以及世界耕地面積的減小,自然環(huán)境的污染越來越嚴重,植物工廠技術得到了迅速的發(fā)展。而作為植物工廠內部植物生長的重要影響因素的光也漸漸地進入到研究者的眼中。又因為LED技術的日趨成熟,并且植物生長主要吸收太陽光中的紅光、藍光以及少量紅外光,所以現(xiàn)在植物工廠多采用紅光、藍光以及少量的遠紅外光等單色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行準確的測量,這對測量光質比以及對其他控制系統(tǒng)的產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。伴著科學技術的蓬勃發(fā)展,并且各個領域對于數(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)又具有靈活的結構、較短的開發(fā)時間、升級容易等特點。因此本次設計采用以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)拇凇1疚膶南到y(tǒng)的硬件電路的設計,軟件上的程序設計以及數(shù)據(jù)的后期處理三大方面進行深入的探討。硬件電路的設計方面:主要是完成所需要的各部分的電路設計以及完成相關系統(tǒng)的原理圖以及系統(tǒng)電路板原理圖的相關繪制工作。軟件設計方面:主要是介紹FPGA內部邏輯電路的程序設計、usb固化程序設計思路和實現(xiàn)方法。數(shù)據(jù)后期處理:找到采集到數(shù)據(jù)和目標數(shù)據(jù)之間的關系,然后經(jīng)過在上位機程序的處理,將目標數(shù)據(jù)顯示出來。
【學位授予單位】:中國科學技術大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】: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研光生物學的蓬勃發(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)設技術在國外,并且售價不菲,間接的增題設計了一套可以同時探測紅光以及藍光。逡逑以及課題內容逡逑目標:設計一套可以在實際進行應用、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)可以很容易的進行該系統(tǒng)后續(xù)的升級以及進行相應維護的工作。逡逑總而言之,明確了本次系統(tǒng)的整體設計方案如圖2-1所表示那樣,本系統(tǒng)逡逑包含七個部分:①處于前端對信號進行采集并且進行相應處理的模擬電路。②逡逑將模擬信號轉變成數(shù)字信號的模數(shù)轉化模塊。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相應芯片的外圍電路設計部分。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光源以及藍光LED光源發(fā)出的光信號,并把光信號轉化成相應的電信號。逡逑因為此時的電信號并不在模數(shù)轉化芯片輸入值范圍內,所以還需要經(jīng)過前端電逡逑路對信號的幅值進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)轉逡逑化模塊變成數(shù)字信號;主要控制芯片FPGA內部主要包含三個主要部分:①模逡逑數(shù)轉化接口②USB2.0接口③FIFO緩存部分,①②部分主要是對相應芯片進行逡逑控制,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
【學位授予單位】:中國科學技術大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】: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研光生物學的蓬勃發(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)設技術在國外,并且售價不菲,間接的增題設計了一套可以同時探測紅光以及藍光。逡逑以及課題內容逡逑目標:設計一套可以在實際進行應用、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)可以很容易的進行該系統(tǒng)后續(xù)的升級以及進行相應維護的工作。逡逑總而言之,明確了本次系統(tǒng)的整體設計方案如圖2-1所表示那樣,本系統(tǒng)逡逑包含七個部分:①處于前端對信號進行采集并且進行相應處理的模擬電路。②逡逑將模擬信號轉變成數(shù)字信號的模數(shù)轉化模塊。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相應芯片的外圍電路設計部分。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光源以及藍光LED光源發(fā)出的光信號,并把光信號轉化成相應的電信號。逡逑因為此時的電信號并不在模數(shù)轉化芯片輸入值范圍內,所以還需要經(jīng)過前端電逡逑路對信號的幅值進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)轉逡逑化模塊變成數(shù)字信號;主要控制芯片FPGA內部主要包含三個主要部分:①模逡逑數(shù)轉化接口②USB2.0接口③FIFO緩存部分,①②部分主要是對相應芯片進行逡逑控制,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】
相關期刊論文 前10條
1 錢大憨;劉文;劉路青;王啟星;張放心;李明;;多通道光合有效輻射傳感器[J];照明工程學報;2016年02期
2 劉慧;趙偉強;劉建;趙海粟;;植物光合有效光輻射測量技術的現(xiàn)狀及需求[J];中國照明電器;2015年08期
3 關守平;尤富強;董國偉;;基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計[J];控制工程;2013年05期
4 高冰;;基于FPGA與USB 2.0的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計[J];電子科技大學學報;2010年S1期
5 張宇翔;王明利;呂運朋;郭敏;孫繼如;;高速數(shù)字存儲示波器前端電路設計[J];自動化儀表;2010年04期
6 黃以華;廖世文;劉燕林;蔡如海;;基于DMX512協(xié)議的LED燈具控制系統(tǒng)[J];照明工程學報;2009年04期
7 馬霖;蔣朝根;;基于SOPC的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究與設計[J];微計算機信息;2008年02期
8 譚安菊;龔彬;;USB2.0控制器CY7C68013與FPGA接口的Verilog HDL實現(xiàn)[J];電子工程師;2007年07期
9 曹學蕾;王煥玉;張承模;陳勇;楊家偉;梁曉華;汪錦州;高e
本文編號:2713388
本文鏈接:http://sikaile.net/kejilunwen/anquangongcheng/2713388.html