植物生長室中光照傳感器的設(shè)計研發(fā)原理
1引言
目前植物生長室中環(huán)境控制用的光照傳感器現(xiàn)狀為：研制的光照傳感器使用的敏感元件大多為硅光電池；采集光敏元件的輸出信號有兩種，一是開路輸出電壓(呈現(xiàn)非線性)，短路電流(線性)，使用前者較多；處理信號的形式有經(jīng)過調(diào)理直接輸出0~5VDC的信號或4－20mA電流；在數(shù)字化是采用的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器件的位、數(shù)對采集到的。0~12萬LUX的分辨率受到限制。16位的A/D轉(zhuǎn)換器能分辨出的最大數(shù)值65535。針對上述問題，提出了基于網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)字傳感器設(shè)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(jù)設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境控制對植物生長室的要求，光照傳感器要求的測量范圍在O~12萬LUX，且價格適中，選用硅光電池作為光電傳感器器件。由于這種硅光電池的開路輸出電壓具有非線性特性，在高強度光照下會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，不能直接對該信號進(jìn)行直接放大。而硅光電池的短路特性隨光照強度是線性變化的，因此檢測該器件的短路電流1引言信號對此進(jìn)行放大到0~5vDc供A/D轉(zhuǎn)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，硅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(dá)到理想的光譜特性，必須對硅光電池的光譜特性做一適當(dāng)?shù)奶幚�。選用一個寬帶光學(xué)濾波器(400~700nm)對太陽光進(jìn)行濾波，得到可見光的光譜特性近似為農(nóng)用光照傳感器的光譜特性。
4濾光片的選擇
選用寬帶光學(xué)濾波器，讓可見光通過，其它非可見光不通過。
5數(shù)字處理單元的設(shè)計
采用儀表增益放大器對上述的信號進(jìn)行放大，得到0~5VDC的電壓信號。供A/D轉(zhuǎn)換用。A/D轉(zhuǎn)換芯片選用串行芯片CS5513，它們使用△∑技術(shù)可實現(xiàn)20位(CS5512/13)的性能。無噪音分辨率：17位，這樣A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值可達(dá)65535 * 2。滿足分辨率12萬LUX的需求。因此整個傳感器設(shè)計原理如圖3所示。
6光照傳感器精度特性測試分析
研制人工氣候室中的傳感器與Li-cor公司的傳感器同時進(jìn)行實驗觀測，全范圍量程的誤差小于5000。
7結(jié)論
在“十五”攻關(guān)課題資助下，研制的人工氣候箱中智能光照強度傳感器在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，主要表現(xiàn)在測量范圍寬，全量程是線性的，采用全數(shù)字化技術(shù)且支持RS-485協(xié)議；測量精度全量程小于±500；價格適中；配備軟件可以對光進(jìn)行累計計算。因此該傳感器能滿足植物生長室中農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控與監(jiān)測作物生長狀況需求，是一種具有潛在市場的傳感器。
