植物生長室中光照傳感器的設計研發原理
1引言
目前植物生長室中環境控制用的光照傳感器現狀為：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(呈現非線性)，短路電流(線性)，使用前者較多；處理信號的形式有經過調理直接輸出0~5VDC的信號或4－20mA電流；在數字化是采用的模擬數字轉換器件的位、數對采集到的。0~12萬LUX的分辨率受到限制。16位的A/D轉換器能分辨出的最大數值65535。針對上述問題，提出了基于網絡化的數字傳感器設計方案。
2光照傳感器的選擇3光照傳感器的光譜特性分析
根據設施農業環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飽和現象，不能直接對該信號進行直接放大。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引言信號對此進行放大到0~5vDc供A/D轉換之用。
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，要想達到理想的光譜特性，必須對硅光電池的光譜特性做一適當的處理。選用一個寬帶光學濾波器(400~700nm)對太陽光進行濾波，得到可見光的光譜特性近似為農用光照傳感器的光譜特性。
4濾光片的選擇
選用寬帶光學濾波器，讓可見光通過，其它非可見光不通過。
5數字處理單元的設計
采用儀表增益放大器對上述的信號進行放大，得到0~5VDC的電壓信號。供A/D轉換用。A/D轉換芯片選用串行芯片CS5513，它們使用△∑技術可實現20位(CS5512/13)的性能。無噪音分辨率：17位，這樣A/D轉換后的數值可達65535 * 2。滿足分辨率12萬LUX的需求。因此整個傳感器設計原理如圖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行實驗觀測，全范圍量程的誤差小于5000。
7結論
在“十五”攻關課題資助下，研制的人工氣候箱中智能光照強度傳感器在國內處于領先地位，主要表現在測量范圍寬，全量程是線性的，采用全數字化技術且支持RS-485協議；測量精度全量程小于±500；價格適中；配備軟件可以對光進行累計計算。因此該傳感器能滿足植物生長室中農業環境調控與監測作物生長狀況需求，是一種具有潛在市場的傳感器。
