ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ СВЕТА НА РАСТЕНИЯ И МИКРООРГАНИЗМЫ .... 7
1.1. Влияние света на растения 7
1.2. Влияние света на микроорганизмы 8
1.3. Искусственное освещение 10
ГЛАВА 2. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА И ПРОГРАММНОЕОБЕСПЕЧЕНИЕ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
«ФИТОСВЕТИЛЬНИК С РЕГУЛИРУЕМЫМ СПЕКТРОМ» 13
2.1. Функции аппаратно-программного комплекса «Фитосветильник с
регулируемым спектром» 13
2.2. Модульность 14
2.4. Условия эксплуатации аппаратно-программного комплекса
«Фитосветильник с регулируемым спектром» 17
2.5. Функции Программного Обеспечения 18
2.6. Калибровка значений передаваемой энергии для светодиодов 18
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА «ФИТОСВЕТИЛЬНИК С РЕГУЛИРУЕМЫМ СПЕКТРОМ» 22
3.1. Формирование аппаратной базы. Выбор Инструментов разработки 22
3.2. Микропроцессорная система. Внутренние и внешние интерфейсы связи.
Состояния системы 24
3.3. Схема электрическая принципиальная. Трассировка печатной платы .... 26
3.4. Протокол передачи данных 31
3.5. Блок-схемы программы микроконтроллера 32
3.6. Программное обеспечение аппаратно-программного комплекса
«Фитосветильник с регулируемым спектром». Визуализация. Алгоритмы ... 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 48
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 51
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 52
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 59
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 65
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 66
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 77
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 79
ПРИЛОЖЕНИЕ 8 81
ПРИЛОЖЕНИЕ 9 82
Как известно растения по-разному реагируют на холод, жару, влажность, состав почвы, параметры излучения (свет, радиация), механические воздействия [1]. Каждый из этих параметров важен и влияет на развитие растения, а также на количество и качество плодов, что интересно в первую очередь поставщикам овощей, фруктов, цветов и т.д. Одним из этих параметров является свет. Недостаток или переизбыток света влияет сильно на жизнь и самочувствие растения. Для каждого растения эти пороги свои и для их вы-явления требуются эксперименты. Но более интересным для практического применения является нахождение оптимального режима интенсивности из-лучения света разных длин волн (составление спектра) для растения, а также его изменение в зависимости от стадии прорастания растения, где оно может дать максимальный урожай [2]. При этом, в зависимости от стадии прорастания, оптимальный режим (плотность спектра) тоже изменяется.
Для нахождения такого режима необходимо устройство, которое могло бы задавать спектральную плотность излучения.
Для микроорганизмов все еще более неоднозначно, все микроорганизмы совершенно по-разному реагируют на то, либо иное излучение и интенсивность этого излучения. Например бактерии, способные к фототаксису при изменении интенсивности излучения с определенной длиной волны резко меняют направление движения. Движутся либо к свету, либо от него, зависит от условий и от вида самой бактерии. Естественно это только один из приме-ров, бывают и другие реакции.
На сегодняшний день предлагается несколько видов источников искусственного излучения - освещение фитосветильниками на основе белых светодиодов либо на основе красных и синих, натриевые лампы высокого давления (например дуговые натриевые трубчатые (ДНаТ)), натриевые лампы низкого давления, люминесцентные лампы, лампы накаливания и др. Также на производстве по выращиванию культур используют регулируемые интенсивности синего, зеленого и красного цвета, что конечно хорошо, но все же не достаточно. Система для исследований должна сама уметь менять плотность спектра, в зависимости от времени, настраиваемым человеком, также должна быть возможность модульности светодиодов, а именно создание модулей в УФ, видимом и ИК диапазонах.
Исходя из вышесказанного, было принято решение необходимости разработки аппаратно-программного комплекса для регулировки плотности спектра на модульной основе с изменением интенсивности излучения во времени. Таким образом целью выпускной квалификационной работы является разработка аппаратно-программного комплекса «Фитосветильник с регулируемым спектром».
Эффективность аппаратно-программного комплекса обуславливается возможностью проведения исследования интенсивности света на урожай растения, среднее количество, размер, и качество плодов, что в дальнейшем, при использовании рассчитанных параметров, может увеличить качественную и количественную характеристику урожая. По таким же соображениям эффективно исследовать влияние излучения на микроорганизмы, которые впоследствии могут быть использованы для получения стимулирующей сыворотки для животных или иных полезных продуктов.
В процессе выполнения выпускной квалификационной работы были исследованы основные источники излучения и способы управления световым потоком. По результатам анализа современных источников излучения была доказана необходимость разработки аппаратно-программного комплекса «Фитосветильник с регулируемым спектром».
Разработана микропроцессорная система на основе микроконтроллера STM32F103C8T6, цифровых микросхем M24C32WP, PCA968, аналоговой микросхемы AMS1117-3.3, и готового виртуального устройства COM-port USB-to-TTL PL-2303. Максимальный ток управляющего модуля составил 65 мА, напряжение питания управляющего модуля от 6 до 15 В.
Для борьбы с влажностью решено использовать водонепроницаемый корпус, в котором должна крепиться ПП.
Разработаны алгоритмы для микропроцессорной системы и программного обеспечения аппаратно-программного комплекса «Фитосветильник с регулируемым спектром». Подобран необходимый перечень электронных компонентов и спроектирована ПП устройства (САПР DesignSpark PCB 8.0.). Разработан собственный логический протокол передачи данных.
На основе модулей отладочных плат был собран прототип устройства.
Разработаны и проверены на работоспособность программы на микро-контроллер серии STM32F1KK (IDE Eclipse Oxygen 2018.1) и на ПК (IDE Qt 5.9.1.) с помощью данных отладочных плат.
