植物生长室中光照传感器的设计研发原理
1引言
目前植物生长室中环境控制用的光照传感器现状为:研制的光照传感器使用的敏感元件大多为硅光电池;采集光敏元件的输出信号有两种,一是开路输出电压(呈现非线性),短路电流(线性),使用前者较多;处理信号的形式有经过调理直接输出0~5VDC的信号或4-20mA电流;在数字化是采用的模拟数字转换器件的位、数对采集到的。0~12万LUX的分辨率受到限制。16位的A/D转换器能分辨出的最大数值65535。针对上述问题,提出了基于网络化的数字传感器设计方案。
2光照传感器的选择3光照传感器的光谱特性分析
根据设施农业环境控制对植物生长室的要求,光照传感器要求的测量范围在O~12万LUX,且价格适中,选用硅光电池作为光电传感器器件。由于这种硅光电池的开路输出电压具有非线性特性,在高强度光照下会出现饱和现象,不能直接对该信号进行直接放大。而硅光电池的短路特性随光照强度是线性变化的,因此检测该器件的短路电流1引言信号对此进行放大到0~5vDc供A/D转换之用。
3光照传感器的光谱特性分析
国外的人工气候室的光照传感器的光谱特性如图1,硅光电池的光谱特性如图2。从图1、2对比分析可以看出,要想达到理想的光谱特性,必须对硅光电池的光谱特性做一适当的处理。选用一个宽带光学滤波器(400~700nm)对太阳光进行滤波,得到可见光的光谱特性近似为农用光照传感器的光谱特性。
4滤光片的选择
选用宽带光学滤波器,让可见光通过,其它非可见光不通过。
5数字处理单元的设计
采用仪表增益放大器对上述的信号进行放大,得到0~5VDC的电压信号。供A/D转换用。A/D转换芯片选用串行芯片CS5513,它们使用△∑技术可实现20位(CS5512/13)的性能。无噪音分辨率:17位,这样A/D转换后的数值可达65535 * 2。满足分辨率12万LUX的需求。因此整个传感器设计原理如图3所示。
6光照传感器精度特性测试分析
研制人工气候室中的传感器与Li-cor公司的传感器同时进行实验观测,全范围量程的误差小于5000。
7结论
在“十五”攻关课题资助下,研制的人工气候箱中智能光照强度传感器在国内处于领先地位,主要表现在测量范围宽,全量程是线性的,采用全数字化技术且支持RS-485协议;测量精度全量程小于±500;价格适中;配备软件可以对光进行累计计算。因此该传感器能满足植物生长室中农业环境调控与监测作物生长状况需求,是一种具有潜在市场的传感器。
