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GD32F350單片機智能植物生長LED光照控制系統設計源碼與資料

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作品簡介：光照是植物光合作用、生長發育不可缺少的重要環境因素，但光照受天氣、季節影響很大，而研究表明人工光源可以作為植物光合作用的光源來使用，能為植物提供不間斷的光照，不受天氣影響。但傳統人工光照光源通常采用熒光燈、高壓鈉燈和金屬鹵素燈等，但這些光源壽命短、效率低，其電氣特性決定了這些光源的光強難以調節、調光效果差，應用度不高。LED光源體積小、重量輕、壽命長、發光效率高、波長類型豐富、高安全可靠和無環境污染。不同波長的LED組合可以很好的與植物光合作用需要的光譜相匹配，促進了植物生長，減短了植物開花結果的時間，提高了產量，使用LED植物生長光源更加具有環保節能的作用。    為了高效的利用LED光源體對植物生長的促進作用，植物生長LED光照系統的設計開發可以很好實現這個目標。采用兆易創新GigaDevice公司基于ARM®Cortex™-M4處理器的32位微控制器GD32F350為控制核心的GD32 Colibri-F350RB 開發板為系統的主控制器，在此基礎上編制完全原創的控制程序。利用PID自動控制技術編制相關算法，在GD32F350的程序中編寫使用PID算法程序為核心的控制程序，采用PWM方式進行光照調節，利用上位機監控軟件、傳感器、GD32 Colibri-F350RB 開發板為系統的主控制器和LED驅動器等組成的植物生長LED光照控制系統，可以實現對植物光照環境進行實時監控和自動智能調節，極大提高了生產效率，解決了溫室植物對光照環境的需求。
整個系統的硬件主要組成有GD32 Colibri-F350RB 開發板為系統的主控制器、XY-30光照傳感器、LED驅動控制器、特殊波長的 LED光源、12V電源等。

制作出來的實物圖如下：：

系統上位機檢測控制軟件，利用RS232串口與主控制器通信，可以實時控制主控制器和接收主控制器發送來的數據


系統框圖


光照波長配比調節1



演示系統在擾動下光照度控制過程記錄1


光照波長配比調節3


單片機程序源碼如下:
  1. #include "350dx_led.h"
  2. #include "350dx_uart.h"
  3. #include "350dx_key.h"
  4. #include "350dx_iic.h"
  5. #include "350dx_pid.h"

  7. #include "systick.h"
  8. #include "main.h"
  9. #include <stdio.h>
  10. #include "gd32f3x0_rcu.h"
  11. //#include "gd32f3x0.h"
  12. //#include "gd32f3x0_it.h"
  13. #define ARRAYNUM(arr_nanme)      (uint32_t)(sizeof(arr_nanme) / sizeof(*(arr_nanme)))
  14. #define TRANSMIT_SIZE   (ARRAYNUM(transmitter_buffer) - 1)

  16. uint8_t transmitter_buffer[] = "\n\rUSART interrupt test\n\r";
  17. uint8_t receiver_buffer[32];
  18. uint8_t transfersize = TRANSMIT_SIZE;
  19. uint8_t receivesize = 32;
  20. __IO uint8_t txcount = 0;
  21. __IO uint16_t rxcount = 0;

  23. uint8_t receive_data[10];
  24. uint8_t transmit_data[7];
  25. uint8_t receive_flag;
  26. uint32_t pwm_pulse_red,pwm_pulse_green,pwm_pulse_blue;
  27. uint32_t pwm_pulse_ratio;//上位機發送的PWM占空比系數X62=TIMER1值

  29. unsigned char  SensorCDS_Data[5];

  31. uint8_t key_s,key_v = 0x01;            
  32. uint8_t key_ctrol_pid = 0x00;

  34. extern uint32_t LUX_temp;
  35. extern PID_value ASR;        
  36. extern float set_distance ;  

  38. extern float PIData_Rece;

  40. void led_spark(void)
  41. {        //呼吸燈
  42.     static __IO uint32_t timingdelaylocal = 0U;

  44.     if(timingdelaylocal){

  46.         if(timingdelaylocal < 500U){
  47.                 EvbLedControl(LED1, LED_ON);
  48.        // EvbLedControl(LED2, LED_ON);
  49.        // EvbLedControl(LED3, LED_ON);
  50.         }else{
  51.                     EvbLedControl(LED1, LED_OFF);
  52.         //EvbLedControl(LED2, LED_OFF);
  53.         //EvbLedControl(LED3, LED_OFF);
  54.         }

  56.         timingdelaylocal--;
  57.     }else{
  58.         timingdelaylocal = 1000U;
  59.     }
  60. }    // */
  61. void proc_key(unsigned char key_v)  
  62. {
  63. //        unsigned int count;
  64.         if((key_v & 0x01) == 0)
  65.         {
  66.                                 //for (count =0;  count<0xffffff; count++);   //延時
  67.                         pwm_pulse_red =pwm_pulse_red+1000;//PWM占空比
  68.                         timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1,TIMER_CH_2,pwm_pulse_red);//設置PWM占空比
  69.                         key_ctrol_pid =! key_ctrol_pid;
  70.                         
  71.                         Init_BH1750();               
  72.                 transmit_data[0]=0xEE;
  73.                 transmit_data[1]=0x85;
  74.                 transmit_data[2]=SensorCDS_Data[0];
  75.                 transmit_data[3]=SensorCDS_Data[1];
  76.                 transmit_data[4]=100;
  77.                 transmit_data[5]=100;
  78.                 transmit_data[6]=0xBA;//數據幀尾碼186
  79.                         UartSendData(transmit_data,7);
  80.                                 
  81.                 //DIP_Main();
  82.         }
  83. }

  85. void timer_config(void)
  86. {
  87.     /* -----------------------------------------------------------------------
  88.     TIMER1 configuration: generate 3 PWM signals with 3 different duty cycles:
  89.     TIMER1CLK is 1MHz
  90.         - TIMER1_CH1  pin (PB3)
  91.     - TIMER1_CH2  pin (PB10)
  92.     - TIMER1_CH3  pin (PB11)

  94.     TIMER1 channel1 duty cycle = (4000/ 16000)* 100  = 25%
  95.     TIMER1 channel2 duty cycle = (8000/ 16000)* 100  = 50%
  96.     TIMER1 channel3 duty cycle = (12000/ 16000)* 100 = 75%
  97.     ----------------------------------------------------------------------- */
  98.     timer_oc_parameter_struct timer_ocintpara;
  99.     timer_parameter_struct timer_initpara;

  101.     rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER1);

  103.     timer_deinit(TIMER1);

  105.     /* TIMER1 configuration */
  106. #ifdef GD32F330
  107.     timer_initpara.prescaler         = 83;
  108. #endif /* GD32F330 */
  109. #ifdef GD32F350
  110.     timer_initpara.prescaler         = 107;
  111. #endif /* GD32F350 */
  112.     timer_initpara.alignedmode       = TIMER_COUNTER_EDGE;
  113.     timer_initpara.counterdirection  = TIMER_COUNTER_UP;
  114.     timer_initpara.period            = 15999; //裝載值 1000k/15999=62hz
  115.     timer_initpara.clockdivision     = TIMER_CKDIV_DIV1;
  116.     timer_initpara.repetitioncounter = 0;
  117.     timer_init(TIMER1,&timer_initpara);

  119.     /* CH1,CH2 and CH3 configuration in PWM mode0 */
  120.     timer_ocintpara.ocpolarity  = TIMER_OC_POLARITY_HIGH;
  121.     timer_ocintpara.outputstate = TIMER_CCX_ENABLE;

  123.     timer_channel_output_config(TIMER1,TIMER_CH_1,&timer_ocintpara);
  124.     timer_channel_output_config(TIMER1,TIMER_CH_2,&timer_ocintpara);
  125.     timer_channel_output_config(TIMER1,TIMER_CH_3,&timer_ocintpara);

  127.     timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1,TIMER_CH_1,3999);
  128.     timer_channel_output_mode_config(TIMER1,TIMER_CH_1,TIMER_OC_MODE_PWM0);
  129.     timer_channel_output_shadow_config(TIMER1,TIMER_CH_1,TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);

  131.     timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1,TIMER_CH_2,1999);//7999  50%
  132.     timer_channel_output_mode_config(TIMER1,TIMER_CH_2,TIMER_OC_MODE_PWM0);
  133.     timer_channel_output_shadow_config(TIMER1,TIMER_CH_2,TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);

  135.     timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1,TIMER_CH_3,11999);
  136.     timer_channel_output_mode_config(TIMER1,TIMER_CH_3,TIMER_OC_MODE_PWM0);
  137.     timer_channel_output_shadow_config(TIMER1,TIMER_CH_3,TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);

  139.     /* auto-reload preload enable */
  140.     timer_auto_reload_shadow_enable(TIMER1);
  141.     /* auto-reload preload enable */
  142.     timer_enable(TIMER1);
  143. }

  145. int main(void)
  146. {
  147.     int i;

  149.         transmit_data[0]=0xEE;
  150.         transmit_data[1]=0x99;
  151.         transmit_data[2]=100;
  152.         transmit_data[3]=100;
  153.         transmit_data[4]=101;
  154.         transmit_data[5]=150;
  155.         transmit_data[6]=0xBA;//數據幀尾碼186
  156. //        nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE0_SUB4);
  157.         /* 配置configure systick */
  158.     systick_config();
  159. //    EvbLedConfig();  //
  160.         EvbKeyConfigPoll();        //
  161.                 IICConfig();//
  162.         /* USART interrupt configuration 使能串口中斷及優先級0，0*/
  163. //    nvic_irq_enable(USART1_IRQn, 0, 0);
  164.         /* USART2 configure 波特率11520 ，8數據位1停止位*/
  165.          EvbUart1Config();        //初始化串口
  166.         
  167.         UartSendData(transmit_data,7);
  168.         
  169. //        /* enable USART TBE interrupt開發空中斷 */  
  170. //    usart_interrupt_enable(USART1, USART_INT_TBE);
  171.         
  172. ///* wait until USART send the transmitter_buffer */
  173. //    while(txcount < transfersize);
  174. //   
  175. //    while (RESET == usart_flag_get(USART1, USART_FLAG_TC));

  177.         //UartSendData(receive_data,7); //發接收到的數據   
  178.    usart_interrupt_enable(USART1, USART_INT_RBNE);
  179.         //while(rxcount < 7);
  180.         //printf("\n\rUSART receive successfully!\n\r");
  181. //   
  182. //    /* wait until USART receive the receiver_buffer */
  183. //    while(rxcount < receivesize);
  184. //    if(rxcount == receivesize)
  185. //        printf("\n\rUSART receive successfully!\n\r");

  187. //        
  188. //         EvbUart1WriteStr("Hello ZhanglinGD32F\r");
  189. //  printf("\r\nCK_SYS is %d", rcu_clock_freq_get(CK_SYS));
  190. //    printf("\r\nCK_AHB is %d", rcu_clock_freq_get(CK_AHB));
  191. //    printf("\r\nCK_APB1 is %d", rcu_clock_freq_get(CK_APB1));
  192. //    printf("\r\nCK_APB2 is %d", rcu_clock_freq_get(CK_APB2));
  193. //        rcu_ckout_config(RCU_CKOUTSRC_CKSYS, RCU_CKOUT_DIV1);

  195.   rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);//使能GPB口時鐘
  196.   EvbLedConfig();  //初始化LED
  197.     timer_config();

  199.     while(1)
  200.     {
  201. //                delay_1ms(500);        //500 X 1ms=500ms,1000u時
  202. //        //for (i =0;  i<0xffffff; i++);   //延時     
  203. //        EvbLedControl(LED1, LED_ON);
  204. //        EvbLedControl(LED2, LED_ON);
  205. //        EvbLedControl(LED3, LED_ON);
  206. //        
  207. //                delay_1ms(500);
  208. //       // for (i =0;  i<0xffffff; i++);  //延時
  209. //        EvbLedControl(LED1, LED_OFF);
  210. //        EvbLedControl(LED2, LED_OFF);
  211. //        EvbLedControl(LED3, LED_OFF);
  212.         if(key_ctrol_pid != 0)
  213.         {               
  214.         if(i >1000)
  215.         {
  216.                 i=0;
  217.                 Init_BH1750();                //通電
  218.                  if(LUX_temp > (set_distance+500) )   
  219.                 {
  220.                         DIP_Main();   
  221.                 }
  222.                  if(LUX_temp < (set_distance-500) )      
  223.                 {
  224.                         DIP_Main();     
  225.                 }
  226.         }
  227.         i++;
  228.         }
  229.                 key_s = scan_key();
  230.                 if(key_s != key_v)  //不等于01
  231.                 {
  232.                         delay_1ms(5000);
  233.                         key_s = scan_key();
  234.                         if(key_s != key_v)  //防抖
  235.                         {        
  236.                          key_v = key_s;  
  237.                          proc_key(key_v);  

  239.                         }
  240.                 }
  241.                 if(receive_flag==1)
  242.                 {
  243.                         receive_flag=0;//清除標志
  244.                         if(receive_data[1]==0x11)     
  245.                         {        
  246.                          pwm_pulse_ratio=receive_data[4];  
  247.                          pwm_pulse_red=pwm_pulse_ratio*62;
  248.                         timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1,TIMER_CH_2,pwm_pulse_red);//設置PWM占空比
  249.                         }
  250.                         if(receive_data[1]==0x10)     
  251.                         {        
  252.                          pwm_pulse_ratio=receive_data[4];
  253.                          pwm_pulse_green=pwm_pulse_ratio*62;
  254.                          timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1,TIMER_CH_1,pwm_pulse_green);//設置PWM占空比
  255.                         }               
  256.                         if(receive_data[1]==0x12)   
  257.                         {        
  258.                          pwm_pulse_ratio=receive_data[4];
  259.                          pwm_pulse_blue=pwm_pulse_ratio*62;
  260.                          timer_channel_output_pulse_value_config(TIMER1,TIMER_CH_3,pwm_pulse_blue);//設置PWM占空比制頻率
  261.                         }
  262.                         if(receive_data[1]==0x16)     
  263.                         {        
  264.                                 Init_BH1750();                //通電
  265.                         transmit_data[0]=0xEE;
  266.                         transmit_data[1]=0x85;
  267.                         transmit_data[2]=SensorCDS_Data[0];
  268.                         transmit_data[3]=SensorCDS_Data[1];
  269.                         transmit_data[4]=100;
  270.                         transmit_data[5]=100;
  271.                         transmit_data[6]=0xBA;//數據幀尾碼186
  272.                         UartSendData(transmit_data,7);
  273.                         delay_1ms(9000);        
  274.                         }
  275.                         if(receive_data[1]==0x1F)     //按設定值PID控制光照數據
  276.                         {
  277.                         PIDReceive_comm();        
  278.                         set_distance = PIData_Rece;           
  279.                         ASR.Ref         = PIData_Rece;
  280.                         DIP_Main();     
  281.                         }
  282.                 UartSendData(receive_data,7); //發送接收到的數據
  283.                         
  284.                 }
  285.                  //EvbUart1WriteStr("Hello ZhanglinGD32F\r");
  286. //                if (EvbKeyScanPoll() == 1)  //按鍵是否按下
  287. //                {  
  288. //                        delay_1ms(500);
  289.                                         /* print out the clock frequency of system, AHB, APB1 and APB2 */
  290. //        printf("\r\nCK_SYS is %d", rcu_clock_freq_get(CK_SYS));
  291. //    printf("\r\nCK_AHB is %d", rcu_clock_freq_get(CK_AHB));
  292. //    printf("\r\nCK_APB1 is %d", rcu_clock_freq_get(CK_APB1));
  293. //    printf("\r\nCK_APB2 is %d", rcu_clock_freq_get(CK_APB2));
  294. //        printf("%s =%d\r\n","rcu_clock_freq_get.CK_SYS",rcu_clock_freq_get(CK_SYS));
  295. //                }  
  296.                  //else
  297.     }

  299.    // return 1;
  300. }

  302. /* 重定向C 庫函數printf function to the USART 魔法棒需勾選Use MicroLIB */
  303. int fputc(int ch, FILE *f)
  304. {        /* 將printf內容發到串口      */
  305.     usart_data_transmit(USART1, (uint8_t)ch);// USART1 換成 USART2可改
  306.     while(RESET == usart_flag_get(USART1, USART_FLAG_TBE));

  308.     return ch;
  309. }
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上位機監控軟件

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光照波長配比調節2

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演示系統在擾動下光照度控制過程記錄2

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沙發
ID:522147 發表于 2019-4-26 15:26 | 只看該作者
資料可以發我郵箱嗎？wxcgyb@163.com
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板凳
ID:484435 發表于 2019-4-27 11:00 | 只看該作者
感謝樓主分享
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