原创深度：温室照明的自动化与控制实战演练（一）

由 cathy 提交于周三, 23 十月 2019 - 15:05

作者：Michael Parks贸泽电子

在之前的园艺项目中，我们研究了温度、环境湿度、自身湿度、pH值和CO2含量对植物生长的影响。在本文中，我们将研究植物光合作用的另一个关键因素—光照。本项目将允许园艺工作人员监测和远程控制人工光照。控制环境园艺（CE）是借助数字技术来控制植物生长的一种奇妙方式，它正在成为一种越来越重要的机制，协助稳定地球粮食供应链。与室内垂直农场一样，有时我们的园艺项目无法保证光照度，这时使用人工智能照明就非常重要。

本项目将利用Medium One端到端物联网云平台，允许终端用户监控、自动化和远程控制园艺设施中的人工照明，无论是温室、垂直农场还是其他需要此类功能的环境，都适用。

准备材料

本项目将使用支持快速原型设计的Microchip Xplained开发板系列，以及SAM W25 Xplained Pro评估套件。Xplained开发板搭载基于Arm®Cortex®-M0+的ATSAMD21G18A微控制器。其他关键组件包括：

1、Sparkfun TEMT6000环境光传感器
2、开关电源（额定值为75.6W、2.1A @ 36V）
3、Microchip MIC3202 HB LED驱动器
4、LED灯条

物料清单

物料清单（BOM）如下所示。您也可以访问mouser.com订购所需的零件。截至本文撰写时，以下物料清单的价格约为125美元（USD），其中不含LED灯条。若把LED灯条计算在内，成本也就是400美元多一点。表1列出了物料清单中的物料。

工具和其他资源

以下是完成本项目所需的推荐工具列表：

<ul>
<li>
运行Arduino IDE或Atmel Studio 7.0的Windows计算机
</li>
<li>
Wi-Fi网络（802.11/b/g/n/ac）
</li>
<li>
剥线钳
</li>
<li>
数字万用表
</li>
<li>
尖嘴钳
</li>
<li>
18AWG或16AWG、300V（最小值）、双线电缆（用于室外照明）
</li>
<li>
Wieland RST 16i2/3母接头
</li>
</ul>

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-10/wen_zhang_/100045693-82966-2.jp…; alt=“”></center><center>图1：Wieland RST 16i2/3连接器适用于可能存在湿气的环境（例如园艺应用）</center>

概览

本项目中使用的传感器和控制器板通过两种方式与Xplained微控制器板进行通信—一种是以数字方式利用脉宽调制信号，另一种是利用微控制器的模数转换器（ADC）所读取的0V-5V模拟信号。

1、MIC3202 HB LED驱动器：MIC3202有两个在逻辑电平电压下工作的控制引脚。第一个是EN（或ENABLE）引脚。此引脚控制输出（-LED和+LED）的开关。如果将EN引脚置高，则功率被输送到LED电源线。相反，如果将EN引脚接地，到LED的输出电压将被切断，从而关闭所有连接到输出的LED。

第二个引脚是DIM引脚，负责控制LED的亮度。DIM引脚寻找脉宽调制（PWM）信号来作为LED亮度的控制信号。改变PWM信号的占空比将导致亮度变化—100%占空比可实现最大亮度，0%将关闭LED。

2、TEMT6000环境光传感器：该传感器的作用类似于一个NPN晶体管，其基极引出端由光照控制。它被配置在共集电极放大电路拓扑中，使输入端的任何细微变化，都能让连接到微控制器模数转换器（ADC）引脚的CE系统输出放大的信号。光线亮度越高，微控制器ADC输入引脚上的电流就越大，电压也越高。

组装电子设备

本项目必须牢记的一点是我们要使用交流电源，安全高于一切。触电和火灾都是潜在的危险，所以要注意硬件和电线插头。要确保电线绝缘，并准备好灭火器。最后，在将电线插入墙上的交流插座之前，检查所有连接线两次。另外还要注意，我是在美国，这里的电压是120VAC，频率为60Hz，您的设备需要根据您所在地区的电气规格进行调整。

本项目的组装步骤如下：

LRS 75-36开关电源

1、使用一端带有NEMA 15-5P插头的电缆，露出电缆另一端的火线、零线和地线。
2、用万用表确认插座孔与地线、火线和零线的对应关系。不同电缆的这几根线颜色不一样，所以不要太过依赖下面的图片。
3、将电缆的火线插入电源上标有“L”的插孔。
4、将电缆的零线插入电源上标有“N”的插孔。
5、将电缆的地线插入电源上标有“G”的插孔。
6、取一英尺长的16AWG双线室外照明电缆，并剥去两端。
7、选择电缆的一端，将白线插入电源的V+插孔。
8、将黑线插入电源的V-插孔。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-10/wen_zhang_/100045693-82968-3.jp…; alt=“” ></center><center>图2：电源接线完成。顶部为 NEMA 15-5P插头，底部为16AWG室外照明电缆，连接到LED驱动板</center>

MIC3202 HB LED驱动板

1、使用前面的16AWG双线室外照明电缆的另一端，将白线焊接到VIN双转塔焊接端子上。
2、将黑线焊接到GND双转塔焊接端子上。
3、取一根6英尺长的16AWG双线室外照明电缆，并剥去两端。
4、选择电缆的一端，将白线焊接到LED+双转塔焊接端子上。
5、将黑线焊接到LED-双转塔焊接端子上。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-10/wen_zhang_/100045693-82969-4.jp…; alt=“” ></center><center>图3：双转塔焊接端子</center>

SAM W25 Xplained Pro开发板

1、将MIC3202板上的EN引脚连接到Xplained Pro开发板上的引脚5。
2、将MIC3202板上的DIM引脚连接到Xplained Pro开发板上的引脚7。
3、将MIC3202板上的GND引脚连接到Xplained Pro开发板上的GND引脚。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-10/wen_zhang_/100045693-82970-5.jp…; alt=“” ></center><center>图4：SAM W25板（顶部）、TEMT6000光传感器（左下方）和LED驱动板（右下方）</center>

TEMT6000环境光传感器

1、将3引脚公接头焊接到TEMT6000分线板。
2、将TEMT6000板上的“VCC”引脚连接到Xplained Pro开发板上的VCC引脚。
3、将TEMT6000板上的“GND”引脚连接到Xplained Pro开发板上的GND引脚。
4、将TEMT6000板上的“SIG”引脚连接到Xplained Pro开发板上的引脚3。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-10/wen_zhang_/100045693-82971-6.jp…; alt=“” ></center><center>图5：TEMT6000环境光传感器</center>

LED灯条

1、找到连接至MIC3202板的6英尺长16AWG双线室外照明电缆的另一端。
2、将两根裸露的电线插入Wieland RST16i2/3母接头。
3、将Wieland RST16i2/3母接头连接到LED灯条上的Wieland RST16i2/3公接头。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-10/wen_zhang_/100045693-82972-7.jp…; alt=“” ></center><center>图6：项目的功能框图</center>

作者简介

专业工程师Michael Parks是贸泽电子的特约作者，同时也是Green Shoe Garage的所有者。Green Shoe Garage是一个提供定制电子设计的工作室和技术咨询机构，位于马里兰州南部。Michael Parks创办了《S.T.E.A.M. Power Podcast》播客来提升公众对科技的认知，他拥有马里兰州专业工程师资质并拥有约翰·霍普金斯大学的系统工程硕士学位。

原文链接：
<a href="https://www.mouser.cn/applications/automating-controlling-greenhouse-li…;

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