一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備及其調光方法與流程

本發明涉及照明技術領域，特別是涉及一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備及其調光方法。

背景技術：

我國是人口大國，總人口數占世界總人口的五分之一。因此，解決國民的吃飯問題一直我國農業面臨的第一要務。隨著中國經濟的發展和科技的不斷進步，改變中國長期以來“靠天吃飯”的粗放式農業生產模式勢在必行。將農作物的生產方式與當代的科學技術完美結合起來，從而形成高效節能無污染的農業種植模式已成為我國農業的發展趨勢。

植物的生長發育中最重要的生長因子就是光照。光照強度對植物的光合作用以及葉綠素的形成具有著重要的作用。而自然界中，太陽的光照強度會隨著天氣變化、地理緯度、季節的不同而發生相應的變化，因此人工補光已經成為促進植物生長及高產的重要方式。

傳統的人工補光方式采用金屬鹵素燈、白熾燈和高壓鈉燈作為人工補光的主要光源，雖然這些燈源可以提高農業產量，但是其帶來的光效低、能耗高等缺點，一定程度上也造成了能源的浪費。與此同時，這些傳統光源位置固定不能實現近距離照射植物以及無法智能控制其光照強度等問題仍有待解決。

技術實現要素：

為克服上述現有技術存在的不足，本發明之目的在于提供一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備及其調光方法，其通過對信號進行前饋和反饋復合控制，實現了燈源自動調光、智能移動以及信息遠程監控等目的。

為達上述及其它目的，本發明提出一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備，包括：

傳感器模塊，用于采集外界的自然光照信號或外界自然光照信號與光驅動模塊發出的光信號的疊加信號，并將其轉變成電信號；

模數轉換模塊，用于對該傳感器模塊采集的電信號進行模數轉換后傳送至控制模塊；

控制模塊，用于對接收到的數字信號進行處理，產生用于控制光驅動模塊的驅動信號；

光驅動模塊，用于在該控制模塊的驅動信號的控制下，實現各步進電機的動作以控制該補光燈源模塊；

補光燈源模塊，受控于該光驅動模塊；

電源模塊，用于為其他各模塊提供電源。

進一步地，該控制模塊將接收到的數字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，根據兩者的差值產生用于驅動該光驅動模塊的脈沖寬度調制信號來控制該光驅動模塊的各步進電機以及補光燈源發出的光照強度。

進一步地，該設備還包括無線通信模塊、路由器以及上位機，該控制模塊將接收到的數字信號進行數模轉換后通過無線通信模塊、路由器傳送至該上位機，由該上位機將接收到數字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，最后將兩者的差值再次通過該路由器、無線通信模塊并進行模數轉換后傳送給該控制模塊，由該控制模塊根據兩者的差值產生該驅動信號。

進一步地，該傳感器模塊包括燈罩光敏傳感器陣列以及地面光敏傳感器陣列，該燈罩光敏傳感器陣列用于采集外界的自然光信號并將其轉變為電信號，該地面光敏傳感器陣列用于采集外界的自然光信號和該光驅動模塊發出的光信號的疊加信號并轉變為電信號。

進一步地，該光驅動模塊包括光源升降模塊、光源旋轉模塊、光源調節模塊，該控制模塊通過脈沖寬度調制信號分別連接該光源升降模塊、光源旋轉模塊以及光源調節模塊，該光源升降模塊通過步進電機控制該補光燈源的升降，該光源旋轉模塊通過步進電機控制補光燈源的旋轉調節，該光源調節模塊用于調節補光燈源的亮度。

進一步地，該光源升降模塊包括光源升降驅動電路和第一步進電機，該光源升降驅動電路通過脈沖寬度信號線與該控制模塊相連接，其通過輸出線與第一步進電機連接，該光源旋轉模塊包括光源旋轉驅動電路與第二步進電機，該光源旋轉驅動電路通過脈沖寬度信號線與該控制模塊相連接，其通過輸出線與該第二步進電機連接，該光源調光模塊包括光源調光驅動電路，該光源調光驅動電路通過脈沖寬度信號線與該控制模塊相連接，其輸出線與該補光燈源模塊的led陣列連接。

進一步地，該補光燈源模塊包括齒輪、燈桿、燈罩以及led陣列，該齒輪受控于該第一步進電機，通過和該燈桿兩邊的鋸齒相互契合實現齒輪和燈桿的完全接觸，該燈桿的頂端與該光源升降模塊相連接，底端與該光源旋轉模塊相連接，該燈罩的頂端與該光源旋轉模塊相連接，底端與該光源調光模塊相連接，該led陣列與該光源調光模塊連接。

為達到上述目的，本發明還提供一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備的調節方法，包括如下步驟：

步驟一，利用傳感器模塊采集光照信號并將其轉變成電信號；

步驟二，對傳感器模塊采集的電信號進行模數轉換，并轉換為數字信號傳送至控制模塊，利用控制模塊對接收到的數字信號進行處理，產生用于控制光驅動模塊的驅動信號；

步驟三，在該控制模塊的驅動信號的控制下，利用光驅動模塊實現各步進電機的動作以控制補光燈源的調節。

進一步地，于步驟二中，該控制模塊通過模數轉換模塊對傳感器模塊采樣的電信號進行采樣，并將接收到的數字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，根據兩者的差值產生用于驅動該光驅動模塊的脈沖寬度調制信號來控制該光驅動模塊中的各步進電機以及補光燈源發出的光照強度。

進一步地，于步驟二中，該控制模塊將接收到的數字信號進行數模轉換后通過無線通信模塊、路由器傳送至上位機，由該上位機將接收到的數字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，得到兩者的差值并通過該路由器、無線通信模塊傳送至控制模塊，然后由該控制模塊根據兩者的差值產生相應的驅動信號。

與現有技術相比，本發明一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備及其調光方法通過利用傳感器模塊采集外界自然光的光照信號，并將采集的光照信息與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，根據對比結果生成驅動信號以驅動光驅動模塊控制補光燈源的動作，通過補光燈源的光信號被傳感器模塊采集進一步進行調節，這樣通過對信號進行前饋和反饋復合控制，實現了燈源自動調光、智能移動以及信息遠程監控等目的。

附圖說明

圖1為本發明一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備之第一較佳實施例的系統架構圖；

圖2為本發明一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備之第二較佳實施例的系統架構圖；

圖3為本發明具體實施例一的結構示意圖；

圖4為本發明具體實施例二的結構示意圖；

圖5為本發明一具體實施例之智能補光設備的結構示意圖；

圖6為本發明之基于復合控制的農業大棚智能補光設備之應用情境示意圖；

圖7為本發明一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備的調節方法的步驟流程圖；

具體實施方式

以下通過特定的具體實例并結合附圖說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它優點與功效。本發明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基于不同觀點與應用，在不背離本發明的精神下進行各種修飾與變更。

圖1為本發明一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備之第一較佳實施例的系統架構圖。如圖1所示，本發明一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備，包括：傳感器模塊11、模數轉換模塊12、控制模塊13、光驅動模塊14、補光燈源模塊15以及電源模塊16。

其中，傳感器模塊11，用于采集外界的自然光照信號或外界自然光照信號與光驅動模塊14發出的光信號的疊加信號，并將其轉變成電信號，在本發明具體實施例中，傳感器模塊11包括燈罩光敏傳感器陣列110以及地面光敏傳感器陣列111，燈罩光敏傳感器陣列110用于采集外界的自然光信號并將其轉變為電信號，地面光敏傳感器陣列111，地面光敏傳感器陣列111用于采集外界的自然光信號和光驅動模塊14發出的光信號的疊加信號并轉變為電信號；模數轉換模塊12，用于對傳感器模塊11采集的電信號進行模數轉換，轉換為數字信號傳送至控制模塊13；控制模塊13，用于對接收到的數字信號進行處理，產生用于控制光驅動模塊14的驅動信號，在本發明較佳實施例中，控制模塊13每隔相同時間段，會通過模數轉換模塊12對傳感器模塊11采樣的電信號進行采樣，并將接收到的數字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，根據兩者的差值產生用于驅動光驅動模塊14的pwm信號來控制光驅動模塊14中的各步進電機以及補光燈源發出的光照強度；光驅動模塊14，用于在控制模塊13的驅動信號的控制下，實現各步進電機的動作以控制補光燈源的調節；補光燈源模塊15，受控于該光驅動模塊14；電源模塊16，用于為其他各模塊提供電源。在本發明具體實施例中，光驅動模塊14包括光源升降模塊140、光源旋轉模塊141以及光源調節模塊142，控制模塊13通過脈沖寬度調制信號分別連接光源升降模塊140、光源旋轉模塊141以及光源調節模塊142，其中，光源升降模塊140通過步進電機控制補光燈源的升降，光源旋轉模塊141通過步進電機控制補光燈源的旋轉調節，光源調節模塊142用于調節補光燈源的亮度，補光燈源模塊15包括齒輪、燈桿、燈罩以及led陣列，該齒輪通過和燈桿兩邊的鋸齒相互契合實現齒輪和燈桿的完全接觸，燈桿的頂端與光源升降模塊相連接，底端與光源旋轉模塊相連接；燈罩的頂端與光源旋轉模塊相連接，底端與光源調光模塊相連接

圖2為本發明一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備之第二較佳實施例的系統架構圖。在本發明第二較佳實施例中，除了包含第一較佳實施例中的各模塊外，本發明之基于復合控制的農業大棚智能補光設備還包括無線通信模塊17、路由器18以及上位機19，控制模塊13將接收到的數字信號進行數模轉換后，將其通過無線通信模塊17、路由器18傳送至上位機19，上位機19將接收到數字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，最后將兩者的差值再次通過路由器18、無線通信模塊17并進行模數轉換后傳送給控制模塊13，從而實現整個補光系統的前饋控制。

以下通過幾個具體實施例進一步詳細說明本發明之基于復合控制的農業大棚智能補光設備：

實施例一:

如圖3所示，在本實施例中，本發明之農業大棚智能補光設備，包括：電源模塊電路板1（對應電源模塊）、傳感器模塊2、控制通信一體板3（對應控制模塊與無線通訊模塊）、光驅動一體板4（對應光驅動模塊）、路由器5、上位機6以及齒輪7、燈桿8、燈罩9。其中，控制通信一體板3，上面設置控制模塊301和無線通訊模塊302；光驅動一體板4，上面設置光源升降模塊401、光源旋轉模塊402以及光源調光模塊403；電源模塊電路板1，分別與傳感器模塊2、控制通信一體板3、光驅動一體板4、路由器5和上位機6的電源正負極相連；傳感器模塊2，通過模數轉換信號線與控制模組301連接；控制模塊301，通過模數轉換信號線與傳感器模塊2連接，通過數模轉換信號線與無線通信模塊302連接，通過脈沖寬度調制信號線與光源升降模塊401、光源旋轉模塊402以及光源調光模塊403連接；無線通信模塊302，通過模數轉換信號線與控制模塊301連接，通過路由器5與無線通信模塊302實現遠程無線連接；上位機6，通過路由器5與無線通信模塊302實現遠程無線連接；齒輪7，通過和燈桿8兩邊的鋸齒相互契合實現齒輪7和燈桿8的完全接觸；燈桿8，頂端與光源升降模塊401相連接，底端與光源旋轉模塊402相連接；燈罩9，頂端與光源旋轉模塊420相連接，底端與光源調光模塊403相連接。

實施例二：

如圖4所示，在本實施例中，本發明之農業大棚智能補光設備，包括：電源模塊電路板1、傳感器模塊2、控制通信一體板3、光驅動一體板4、路由器5、上位機6以及齒輪7、燈桿8、燈罩9；控制通信一體板3，上面設置控制模塊301和無線通訊模塊302；光驅動一體板4，上面設置光源升降模塊401、光源旋轉模塊402以及光源調光模塊403；電源模塊電路板1，分別與傳感器模塊2、控制通信一體板3、光驅動一體板4、路由器5和上位機的電源正負極相連；傳感器模塊2，通過模數轉換信號線與控制模塊301連接；控制模塊301，通過模數轉換信號線與傳感器模塊2連接，通過數模轉換信號線與無線通信模塊302連接，通過脈沖寬度調制信號線與光源升降模塊401、光源旋轉模塊402以及光源調光模塊403連接；無線通信模塊302，通過模數轉換信號線與控制模塊301連接，通過路由器5與無線通信模塊302實現遠程無線連接；上位機6，通過路由器5與無線通信模塊302實現遠程無線連接；齒輪7，通過和燈桿8兩邊的鋸齒相互契合實現齒輪7和燈桿8的完全接觸；燈桿8，頂端與光源升降模塊401相連接，底端與光源旋轉模塊402相連接；燈罩9，頂端與光源旋轉模塊420相連接，底端與光源調光模塊403相連接。

本實施例中，電源模塊電路板1還包括：220v交流電源101和pwm整流器102。pwm整流器102是由單向電壓型脈沖整流電路和滯環控制模塊構成，其輸出端與其他模塊的供電電源相連接。

本實施例中，傳感器模塊2還包括：燈罩光敏傳感器陣列201和地面光敏傳感器陣列202，其中燈罩光敏傳感器陣列201置于燈罩上，地面光敏傳感器陣列202置于地面，兩者均與控制模塊301通過模數轉換信號線相連接。

本實施例中，控制模塊301還包括：降壓及穩壓電源3012和微控制器3011電路。降壓及穩壓模塊3012通過正、負極電源線與電源模塊電路板1輸出端和微控制器3011相連接，微控制器3011通過模數轉換信號線與燈罩光敏傳感器陣列201和地面光敏傳感器陣列202相連接。降壓及穩壓模塊3012為可產生12v、5v和3.3v的直流電源，分別通過正、負兩條電源線與微控制器3011、光源升降模塊401、光源旋轉模塊402、光源調光模塊403相連接。

本實施例中，路由器5還包括路由節點501和協調器502，通過串口實現數據的發送與接收。

本實施例中，上位機6主要包括采樣值和預測值比較模塊601，其輸出的數據通過路由器5與無線通信模塊302實現遠程連接。

本實施例中，光源升降模塊401還包括：光源升降驅動電路4011和步進電機4012，光源升降驅動電路4011為橋式可逆電路，其通過脈沖寬度信號線與微控制器3011相連接，通過輸出線與步進電機4012連接。

本實施例中，光源旋轉模塊402還包括：光源旋轉驅動電路4021和步進電機4022，光源旋轉驅動電路4021為橋式可逆電路，其通過脈沖寬度信號線與微控制器3011相連接，通過輸出線與步進電機4022連接。

本實施例中，光源調光模塊403還包括：光源調光驅動電路4031，該光源調光驅動電路4031為直流降壓斬波電路，其通過脈沖寬度信號線與微控制器3011相連接，通過輸出線與led陣列4032連接。具體地，led陣列4032為由紅藍兩種led燈組成的2*16矩形led燈陣列，其中一列為紅色led燈，另一列為藍色led燈。

圖5為本發明一具體實施例之智能補光設備的結構示意圖。該農業大棚智能補光設備，包括：pwm整流器51、控制通信一體板52、光源升降驅動電路53、步進電機54、齒輪55、燈桿56、光源旋轉驅動電路57、光源調光驅動電路58、步進電機59、燈罩光敏傳感器陣列60、燈罩61以及地面光敏傳感器陣列。

其中，pwm整流器51與220v交流配電網電網相連，實現直流和交流電的可逆轉化；控制通信一體板2通過信號線將自身產生的pwm信號提供給光源升降驅動電路53、光源旋轉驅動電路57和光源調光驅動電路58的開關管，用于控制開關管的工作狀態；通過無線通信模塊實現上位機和下位機的信息傳輸。

光源升降驅動電路53用來驅動步進電機54，從而通過步進電機54的工作狀態來帶動兩個齒輪55的旋轉方向以及旋轉速度。

燈桿56的兩邊呈鋸齒狀，并且與齒輪55的鋸齒完全契合。這樣當齒輪轉動時就會帶動燈桿56的上升與下降，從而帶動整個補光燈源的升降。

光源旋轉驅動電路57驅動步進電機59，根據光源旋轉驅動電路57的開關管通斷情況對步進電機9的轉速進行控制。

光源調光驅動電路58通過pwm信號的控制來調節燈光的亮度。

步進電機59的轉軸與燈桿56連為一體，從而以燈桿56為軸實現補光燈源的旋轉功能。

燈罩61與燈桿56的底部相連，其下部安放led陣列，燈罩光敏傳感器陣列60設置于燈罩61上，以采集外界的自然光。地面光敏傳感器陣列則設置于農業大棚的地面上。

圖6為本發明之基于復合控制的農業大棚智能補光設備之應用情境示意圖。在本發明具體實施例中，包括農業大棚棚頂1、配電網2、補光設備（補光臺燈）3和地面光敏傳感器陣列4。補光設備（補光臺燈）3的放置方式主要由燈源自身的光照面積以及大棚本身的面積決定，地面光敏傳感器陣列4的位置需放置于補光燈源（補光臺燈）3的光照范圍內。

圖7為本發明一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備的調光方法的步驟流程圖。如圖7所示，本發明一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備的調光方法，包括如下步驟：

步驟701，利用傳感器模塊采集光照信號并將其轉變成電信號。在本發明具體實施例中，傳感器模塊采集外界的自然光照信號或外界自然光照信號與光驅動模塊發出的光信號的疊加信號，并將其轉變成電信號：

步驟702，對傳感器模塊采集的電信號進行模數轉換，并轉換為數字信號傳送至控制模塊，利用控制模塊對接收到的數字信號進行處理，產生用于控制光驅動模塊的驅動信號。在本發明較佳實施例中，控制模塊每隔相同時間段，會通過模數轉換模塊對傳感器模塊10采樣的電信號進行采樣，并將接收到的數字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，根據兩者的差值產生用于驅動光驅動模塊的pwm信號來控制光驅動模塊中的各步進電機以及補光燈源發出的光照強度。較佳地，于步驟702中，控制模塊可以將接收到的數字信號進行數模轉換后通過無線通信模塊、路由器傳送至上位機，由上位機將接收到的數字信號與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，得到兩者的差值并通過路由器、無線通信模塊傳送至控制模塊，然后由控制模塊根據兩者的差值產生相應的驅動信號，例如將差值數據中的正值設為高電平，差值數據中的負值設為低電平，從而生成三路pwm信號至光驅動模塊。

步驟703，在該控制模塊的驅動信號的控制下，利用光驅動模塊實現各步進電機的動作以控制補光燈源的調節。在本發明具體實施例中，光驅動模塊包括光源升降模塊、光源旋轉模塊以及光源調節模塊，控制模塊通過脈沖寬度調制信號分別連接光源升降模塊、光源旋轉模塊以及光源調節模塊，其中，光源升降模塊通過步進電機控制補光燈源的升降，光源旋轉模塊通過步進電機控制補光燈源的旋轉調節，光源調節模塊用于調節補光燈源的亮度。也就是說，控制模塊產生的三路pwm信號分別控制光光源升降模塊中步進電機以及光源旋轉模塊中步進電機4022的啟動和光源調光模塊中led陣列的燈源發出的光照強度。

以下將配合圖4之具體實施例來進一步說明本發明之調光方法。具體地，該調光方法包括如下步驟：

步驟一，當電源模塊電路板1中有220v交流電源通過時，此時電壓和電流的電流方向一致，故pwm整流器102處于整流的工作狀態。通過pwm整流器102將220v交流電變為直流電，并給傳感器模塊2、控制通信一體板3中的控制模塊301以及無線通信模塊302、路由器5和上位機6提供電能；

步驟二，控制模塊301中的降壓及穩壓電源電路3012將電源模塊電路板1最終輸出的直流電降壓為12v、5v和3.3v的直流電源，并通過降壓及穩壓電源電路3012為微控制器3011和光驅動一體板4提供電能；

步驟三，外界的自然光信號可以通過燈罩光敏傳感器陣列201轉變為電信號，根據光照強度的不同，其轉換成對應的電信號也隨之改變，每隔相同時間段內通過微控制器3011的數模轉換模塊對燈罩光敏傳感器陣列201轉化成的電信號進行采樣，采樣后得到的數據通過無線通信模塊302和路由器5傳送給上位機6；

步驟四，上位機6通過采樣值與預測值模塊601將微控制器3011采樣的數據和植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，最后將兩者的差值再次通過無線通信模塊302和路由器5傳送給微控制器3011，從而實現整個補光系統的前饋控制；

步驟五，微控制器3011根據上位機發送的數據進行處理，將數據中的正值設為高電平，數據中的負值設為低電平，從而生成三路pwm信號來分別控制光源升降模塊401中步進電機4012以及光源旋轉模塊402中步進電機4022的啟動和光源調光模塊403中led陣列4032的燈源發出的光照強度；

步驟六，外界的自然光信號和led陣列4032中燈源發出的光信號疊加后產生最終的光信號通過地面光敏傳感器陣列202轉變為電信號，在相同時間段內通過微控制器3011的數模轉換模塊對地面光敏傳感器陣列202轉化成的電信號進行采樣，采樣后得到的數據通過無線通信模塊302和路由器5傳送給上位機6；

步驟七，上位機6通過采樣值與預測值模塊601將微控制器3011采樣的數據和植物正常生長所需要的光照強度理論值進行再次對比，最后將兩者的差值再次通過無線通信模塊302和路由器5傳送給微控制器3011，從而實現整個補光系統的反饋控制；

步驟八，微控制器3011根據上位機發送的數據進行處理，將數據中的正值設為高電平，數據中的負值設為低電平從而生成三路pwm信號；

步驟九，產生的第一路pwm信號控制光源升降模塊401中步進電機4012正反轉來帶動與步進電機緊密相連的兩個齒輪分別向順時針和逆時針的方向轉動，從而控制與齒輪7上鋸齒完全契合的鋸齒邊緣燈桿8升降的高度，產生的第二路pwm信號控制光源旋轉模塊402中步進電機4022的旋轉速度，從而實現以燈桿8為軸帶動與其連接的燈罩9及光源調光模塊403的旋轉功能，產生的第三路pwm信號進一步控制光源調光模塊403中led陣列4032的光照強度；

步驟十，當電源模塊電路板1中的電流和電壓方向相反時，pwm整流器102處于逆變工作狀態，此時pwm整流器102可以將系統中未使用的直流電轉變為交流電返回電網以實現電能的循環利用。

可見，本發明一種基于復合控制的農業大棚智能補光設備及其調光方法通過利用傳感器模塊采集外界自然光的光照信號，并將采集的光照信息與植物正常生長所需要的光照強度理論值進行對比，根據對比結果生成驅動信號以驅動光驅動模塊控制補光燈源的動作，通過補光燈源的光信號被傳感器模塊采集進一步進行調節，這樣通過對信號進行前饋和反饋復合控制，實現了燈源自動調光、智能移動以及信息遠程監控等目的，同時，本發明采用led燈陣列作為補光的主要光源，其具有光照可調、壽命長、成本低、耗能低以及波長固定等特點，有效地節約了成本的同時也減少了能源的損耗。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

1、本發明在電源模塊電路板采用了pwm整流器，其既可以通過橋式二極管將電網中的交流電經整流變為直流電，供給中間儲能回路或負載，與此同時，也可將直流也可經igbt將直流電逆變為交流電反饋給電網。其可以實現能量的可逆變換或傳遞，有效地實現了能量的合理轉換及利用。

2、本發明采用led燈作為補光燈源，其不僅具有節能環保、壽命長、成本低的特點，還具備光電轉換效率高、波段窄、光強可調等特點。這些特點決定了此類燈源在節能并降低成本的同時，也可以提高整個智能補光系統的補光效率。

3、本發明通過在燈源光強隨外界環境變化的同時，也能改變燈源本身距離植物的相對高度，從而進一步實現對燈源光強的調整。這樣植物可以在適宜光照強度下生長，不僅能減少電能的無用損耗，也促進植物的高效生長。

4、本發明在外界環境光照變化時，不僅能對燈源發出的光照強度進行改變，而且也能使得燈源本身隨著外界環境的變化進行旋轉，燈源的旋轉增加了其光照面積，可以有效地節省燈源個數，從而實現節約成本以及降低能耗等目標。

5、本發明將光敏傳感器陣列分為置于燈罩和地面兩部分，通過燈罩上的光敏傳感器陣列對自然光強信號進行信號采樣并轉化為電信號來實現整個補光系統的前饋控制，通過地面上的光敏傳感器陣列對自然光強和燈源光強疊加得到的光信號進行采樣并轉化為電信號來實現整個系統的反饋控制；利用前饋控制和反饋控制同時使用的復合控制的控制方法對燈源的旋轉速度、升降高度以及光照強度進行控制，可以使得整個補光系統隨著外界環境的變化進行快速而準確的調整。這種靈敏而準確的調整使得這個系統更加智能化，同時也能減少一些不必要的能量流失。

6、本發明利用燈桿將燈源升降模塊和旋轉模塊的連接方式實現燈源旋轉和升降系統一體化，并通過對步進電機的控制實現燈源的升降高度和旋轉速度隨外界變化而做出相應調整，這樣使得燈源體積變得小巧精致，便于定期檢查和維修的同時，也降低了整個系統布線難度。

7、本發明采用無線通信的方式實現下位機與上位機的數據傳輸，可以隨時將下位機采樣的數據傳輸給上位機，方便數據的采集和處理，并且上位機也可以通過無線通信的方式將處理后的數據反饋給下位機。這種雙向傳輸數據的方式提高了數據傳輸的速度，增強了數據的處理能力，同時也提高了整個補光系統調光的精確度。

8本發明在控制步進電機時采用了橋式可逆電路，通過微處理器產生的pwm波實現電路中開關管的通斷，從而控制步進電機的正反轉以及轉速。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何本領域技術人員均可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明的權利保護范圍，應如權利要求書所列。