在農作物生長過程中，光照條件對農作物的生長速度、產量以及品質都具有重要的影響[1，2]。現階段我國大部分設施農業仍依靠白熾燈、鹵鎢燈、高壓水銀熒光燈、高壓鈉燈等作為光源對植物進行補光[3 - 4]，這些傳統的補光方法存在著光譜匹配不理想[5 - 6]、光能利用率低、未考慮其他環境因素的影響等缺點，其能耗過高導致難以在實際生產中形成較高投入產出比。隨著半導體技術的發展，采用LED冷光源作為補光燈光源的方案也已被提出[7]，可在一定程度解決上述補光光源的問題。但由于大部分研發方案和產品仍采用定光強、定光質的補光方式，未考慮不同植物不同階段需光量的差異，造成補光不足和補光過度并存的現象，仍未能真正意義上解決低能耗精準化補光的問題[8]。

針對以上問題，本文研發了一種智能、精確、節能的補光系統，該系統充分考慮不同植物在不同階段不同環境對補光需光量的影響。基于分波段光強檢測技術、智能控制技術等現代電子信息技術，采用STC12C5A60S2?單片機作為核心處理器[9]，PT4115 為LED 驅動模塊[10]，根據溫度和光強檢測結果，實現對各類植物在合適環境下按需分波長定量補光。在滿足其生長所需光照前提下，最大程度的提高輸出光能的利用率，具有誤差低、響應速度快、成本低、維護簡單等特點。

1 系統整體設計

本系統采用模塊化設計，分為電源模塊、檢測模塊、控制模塊、補光模塊、用戶交互模塊，總體結構如圖1 所示。其中，電源模塊采用太陽能供電，分別提供5V，1 2V 兩種供電電壓，為整個系統供電; 智能控制模應用STC 系列單片機為核心，根據系統采集到的數據、設置閾值，實現對應PWM?控制信號的占空比計算和兩路PWM 控制信號輸出; 檢測模塊分波段檢測紅、藍光強和實時溫度，并將檢測信號進行濾波、放大后傳入單片機，實現相關環境信息的檢測; 補光模塊采用兩路帶有PWM?電流控制功能的恒流驅動電路，分別控制紅、藍光LED補光陣列燈的亮度，從而實現定量精確補光; 用戶交互模塊采用液晶屏完成檢測結果顯示，鍵盤實現按需閾值修改等功能，完成閾值修改與設置，有效提高系統使用的方便性、擴展性。

2 硬件設計

2. 1 電源模塊

本系統電源模塊由太陽能電池板、蓄電池和控制電路組成，整個系統利用太陽能電池供電，原理圖如圖2 所示。其中，控制電路的輸入端與太陽能電池連接，輸入電壓通過LM317 及其外圍標準電路對12V蓄電池充電，蓄電池為整個系統供電。蓄電池輸出端利用MIC29302 穩壓變壓模塊輸出12V 穩壓電源信號，并調整匹配電阻產生5V 穩壓電源信號，從而提供本系統需要12V 和5V 兩個供電電源。其中，單片機、檢測模塊以及用戶交互模塊均使用5V 電源供電，LED 補光模塊采用12V 電源供電。

圖1、電源模塊原理圖