【文章內容簡介】 重而道遠。 更值得注意的是， LED 的整個行業(yè)發(fā)展還處于一個耘釀期、布局期，離真正的產出還有一段距離，真正的照明市場還有待進一步普及，現在市場還處于開發(fā)期，現階段我們要在 LED 技術上面 下更多的功夫，才能在市場來臨之際從容應對。 植物生長燈發(fā)展前景 市場現狀 （ 1）近年來由于市場需求的推動，各地普遍采用溫室大棚生產反季節(jié)蔬菜、瓜果、花卉等。反季節(jié)種植的主要問題是低溫與光照不足。包括華北在內的黃河流域地區(qū)、包括東北的遼南地區(qū) 、江蘇、安徽北部地區(qū)、陜南的安康地區(qū)等，這正是我國冬季溫室種植的重點區(qū)域，如進入 10 月份，月平均日照時數就銳減至 小時，大棚生產關鍵的 10 月至次年的 2 月份，平均日照只有 4 小時， 畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 用 紙 第 6 頁 11 月是 3 小時。類似的如河北、河南、山西、山東等省的南部的大片地區(qū)都是重災區(qū)。特別是近幾年 ，這種災難性氣候出現的頻次高，影響面積大，經濟損失十分嚴重，已成為制約溫室生產發(fā)展的一大障礙，而解決的最好辦法之一，那就是根據作物生長的需要采取必要的補光措施。所以，用于溫室大棚的 LED 給光光源系統(tǒng)具有良好的市場前景。 （ 2）在育苗和組織培養(yǎng)的工廠化種植中，由于 LED 給光系統(tǒng)可使種苗發(fā)育快、健壯，抗病蟲害能力強，并且適用各種作物。另外，由于育苗和組織培養(yǎng)密度大，所需 LED 光源小，給光系統(tǒng)的成本低、效率高，投入少，收益高。因此，經濟效益更加可觀。 Led 植物生長燈作用與未來發(fā)展 植物離不開光，光是植物生長必不 可少的能量來源，眾所周知，光對植物的光合作用、生長發(fā)育、形態(tài)建成和物質代謝等都有調控作用。而目前在溫室、大棚種植中，彌補太陽光缺失所用的光源一般是螢光燈、高壓鈉燈和白熾燈等，這些光源的光譜能量分布是依據人眼對光的需求設計的，而植物生長所需要的光譜與人眼的需求是不一樣的。但 LED 波長類型豐富，可調控的余地較大，適合用于植物的照明燈。 LED 作為植物照明光源可以廣泛應用于植物栽培、溫室補光、植物工廠，具有促進植物生長，調節(jié)植物形態(tài)建成，節(jié)能環(huán)保等多方面優(yōu)勢。不僅可發(fā)出光波較窄的單色光，如紅色、橙色、黃色 、綠色、藍色、紅外等，并能根據動植物不同需要任意組合，而且還是低發(fā)熱特性的冷光源，可以近距離照射植物，提高空間利用率。 LED 植物生長燈能夠為農業(yè)生物的生長提供合理的光環(huán)境條件，減少農藥、激素等化學品的使用，確保食品安全，是低能耗的綠色光源。 經應用測試， LED 植物燈的波長非常適合植物的生長、開花、結果。一般室內植物花卉，會隨著時間而長勢越來越差，主要原因就是缺少光的照射，通過適合植物所需光譜的 LED 燈照射，不僅可以促進其生長，而且還可以延長花期，提高花的品質。而把這種高效光源系統(tǒng)應用到大棚、溫室等設 施等農業(yè)生產上，還可以解決日照不足導致番茄、黃瓜等大棚蔬菜口感下降的弊端。 不同波長的光線對于植物光合作用的影響是不同的，植物光合作用需要的光線，波長在400~720nm左右。 400~520nm（藍色）的光線以及 610~720nm（紅色）對于光合作用貢獻最大。520~610nm（綠色）的光線，被植物色素吸收的比率很低。 按照以上原理，植物燈都是做成紅藍組合、全藍、全紅三種形式，以提供紅藍兩種波長的光線，覆蓋光合作用所需的波長范圍。在視覺效果上，紅藍組合的植物燈呈現粉紅色。 而白光 LED 燈，最 普遍的是使用藍色核心，激發(fā)黃色熒光粉，由此復合產生視覺上的白光效果。能量分布上，在 445nm的藍色區(qū)和 550nm 的黃綠色區(qū)存在兩個峰值。而植物所需的 610~720nm 畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 用 紙 第 7 頁 紅光，則非常缺乏。 多年來在植物領域使用的人工光源主要有高壓鈉燈、螢光燈、金屬鹵素燈、白熾燈等，這些光源的突出缺點是能耗大、運行費用高，能耗費用約占全部運行成本的 50%~60%.因此，提高發(fā)光效率、減少能耗一直是植物領域人工光照明應用的重要課題。據農業(yè)部統(tǒng)計，目前我國植物組培的總面積在 2020 萬平方米以上，產值 200 億元左右。隨著現代化農業(yè)的 不斷發(fā)展，農業(yè)照明的需求還在不斷擴大，但隨之而來的是耗電量的大幅增加。隨著節(jié)能理念的不斷深入人心，農業(yè)照明巨大的市場機遇與能源消耗向傳統(tǒng)農業(yè)照明燈具技術提出了新的挑戰(zhàn)，更為新型農業(yè)照明燈具的開發(fā)與應用提供了絕好的機遇。 近十年來，我國設施園藝面積發(fā)展迅速，植物生長的光環(huán)境控制照明技術已經引起重視。設施園藝照明技術主要應用于兩個方面：一、在日照量少或日照時間短的時候作為植物光合作用的補充照明；二、作為植物光周期、光形態(tài)建成的誘導照明。 LED 作為植物光合作用補充照明的研究 傳統(tǒng)人工光源產生太多熱量，如采 用 LED 補充照明和水培系統(tǒng)，空氣能夠被循環(huán)使用，過多的熱量和水份可以被移除，電能能夠被高效地轉變?yōu)橛行Ч夂陷椛?，最終轉化為植物物質。研究表明：采用 LED 照明，生菜的生長速率、光合速率都提高 20%以上，將 LED 用于植物工廠是可行的。 研究發(fā)現，與熒光燈相比，混合波長的 LED 光源能夠顯著促進菠菜、蘿卜和生菜的生長發(fā)育，提高形態(tài)指標；能夠使甜菜生物積累量最大，毛根中甜菜素積累最顯著，并在毛根中產生最高的糖分和淀粉積累。 與金屬鹵化燈相比，生長在符合波長 LED 下的胡椒、紫蘇植株，其莖、葉的解剖學形態(tài)發(fā)生顯著的變 化，并且隨著光密度提高，植株的光合速率提高。復合波長的 LED 可引起萬壽菊和鼠尾草兩種植物的氣孔數目增多。 LED 作為植物光周期、光形態(tài)建成的誘導照明 特定波長的 LED 可影響植物的開花時間、品質和花期持續(xù)時間。某些波長的 LED 能夠提高植物的花芽數和開花數；某些波長的 LED 能夠降低成花反應，調控了花梗長度和花期，有利于切花生產和上市。由此可見通過 LED 調控可以調控植物的開花和隨后的生長。 LED 應用于航天生態(tài)生保系統(tǒng)的研究 建立受控生態(tài)生保系統(tǒng) (Controlled Ecological Life Support System,CELSS)是解決長期載人航天生命保障問題的根本途徑，高等植物的栽培是 CELSS 的重要元件，其關鍵之一光照。 基于空間環(huán)境的特殊要求，空間高等植物栽培中使用的光源必須具有發(fā)光效率高、輸出的光 畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 用 紙 第 8 頁 波適合于植物光合作用和形態(tài)建成、體積小、重量輕、壽命長、 高安全可靠性記錄和無環(huán)境污染等特點。與冷白熒光燈、高壓鈉燈和金屬鹵素燈等其它光源相比較， LED 更能有效地將光能轉化成光合有效輻射；此外 ,它具有壽命長、體積小、重量輕和呈固態(tài)等特點，因此，近年來在地面和空間植物栽培中倍受重視。研究 表明 LED 照明系統(tǒng)能提供光譜能量分布均勻的照明，其電能轉換為植物所需光的效率超過金鹵燈的 520 倍 畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 用 紙 第 9 頁 第 2 章 MCS51 單片機 芯片簡介 MCS51 單片機內部結構： 8051 是 MCS51 系列單片機的典型產品，包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數據存儲器(RAM)、定時 /計數器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線，現在我們分別加以說明： 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8 位數據寬度的處理器，能處理 8 位二進制數據或代碼， CPU 負責控制、指 揮和調度整個單元系統(tǒng)協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 數據存儲器 (RAM) 8051 內部有 128 個 8 位用戶數據存儲單元和 128 個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或用戶定義的字型表 。 圖 1 8051 內部結構框圖 程序存儲器 (ROM)： 8051 共有 4096 個 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數據或表格。 定時 /計數器 (ROM)： 畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 用 紙 第 10 頁 8051 有兩個 16 位的可編程定時 /計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。 并行輸入輸出 (I/O)口： 8051 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對外部數據的傳輸。 全雙工串行口： 8051 內置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數據傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當同步移位器使用。 中斷系統(tǒng)： 8051 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時 /計數器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 時鐘電路： 8051 內 置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖時序，但 8051 單片機需外置振蕩電容。 單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數據存儲器分開的形式，即哈佛 (Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數據存儲器合二為一的結構，即普林斯頓(Princeton)結構。 INTEL 的 MCS51 系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續(xù)產品 16 位的MCS96 系列單片機則采用普林斯頓結構。 下圖是 MCS51 系列單片機的內部結構示意 : 畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 用 紙 第 11 頁 圖 21 MCS51結構框圖 MCS51的引腳說明： MCS51 系列單片機中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結構，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個 I/O口，中斷口線與P3口線復用?，F在我們對這些引腳的功能加以說明 。 引腳功能 MCS51系列單片機中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結構，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4 組 8 位共32個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復用?，F在我們對這些引腳的功能加以說明 ， 如圖 22所示： 圖 22 引腳功能 Pin9:RESET/Vpd復位信號復用腳，當 8051 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數器 PC 指向 0000H， P0P3輸出口全部為高電平，堆棧指 針 寫入 07H，其它專用寄存器被清 “0” 。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變 RAM（ 包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)， 8051 的初始態(tài)。 畢 業(yè) 論 文 （ 設 計 ） 用 紙 第 12 頁 8051 的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位 。此外， RESET/Vpd 還是一復用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部 RAM 的數據不丟失。 Pin30:ALE/ 當訪問外部程序器時， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外部程序存儲器， ALE 會跳過一個脈沖。 如果單片機是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。 Pin29: 當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號， PC 的 16 位地址數據將出現在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲器則把指令數據放到 P0 口上，由 CPU讀入并執(zhí)行。 Pin31:EA/Vpp程序存儲器的內外部選通線， 8051 和 8751 單片機，內置有 4kB 的程序存儲器，當 EA 為高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內部程序存儲器指令數據，而超過