利于植物的光合作用，不能使作物有效的生长。因而，对光照进行实时的检测和监控就变得非常的重要。
近几年，随着我国从传统农业向高产、高效、优质的现代化农业不断迈进，对温室大棚中光照度的检测要求也越来越高，其应用领域也在不断扩大。但是，目前绝大多数用于温室大棚的光照检测仪器十分简易，在使用时却需要操作人员根据具体的光照情况手动操作。这不仅给检测带来了很多不便，而且不能很好地适应现代化、数字化测量控制系统对传感器的需求。因此，将研究新型自动化光照检测及控制技术作为现代温室研究项目的核心之一，运用于现代农业生产之中，具有其独特的学术和实用意义。
1.2 国外研究现状
国外对温室大棚光照测控技术研究较早，始于20世纪50年代。最早出现的是使用模拟式的组合仪表在现场进行环境信息的采集，然后进行指示、记录和控制。到了80年代末，分布式控制系统开始出现。现如今，利用计算机进行多线路多因子综合采集和控制的系统也在进行开发和研制。如今，温室测控技术在世界各国都在快速发展，并且一些国家已经实现自动化，并朝着全自动化的方向迈进。
以园艺著称的荷兰，依靠先进的鲜花生产技术闻名于世，安放在玻璃温室中的测控系统全部交由计算机操作。由英国伦敦大学农学院研制出的温室计算机遥控技术，可检测50km以外的温室大棚内的温度、湿度、光照度和二氧化碳等环境状况，并进行遥控。采用差温管理技术的美国，对果蔬、花卉等作物的开花和成熟期进行控制，从而来满足市场的需求。韩国在温室内设置了光照控制等自动化装置，希望以此来扩大生产规模并降低生产成本，但由于部分自动化装置依然需要工作人员根据经验进行手动控制，因而没能充分地发挥出它们的作用。目前，走在现代温室高产农业发展前列的是以色列，其先进的一体化智能光照控制温室、配套的监控系统软件平台以及相关设备均处在世界先进水平，这在极大程度上弥补了他们在农业资源、气候环境方面的先天不足。
1.3 国内研究现状
早在2000多年前，我国就已经开始用恰当的保护措施（温室的雏形）来栽培作物，可以说我国是温室栽培起源最早的国家。但至20世纪60年代，我国的温室生产一直徘徊在小规模、低水平、发展速度缓慢的状态。1979年至1994年，我国引
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入了一系列国外现代化温室系统来进行实验研究，如灌溉系统、加温系统、监测与集中控制系统等，揭开了国内现代化温室的生产、研究和普及的帷幕。但是由于在引入时仅仅注重了温室设备的引进，却忽略了温室的栽培技术和管理技术。并且引入的温室能耗过高，最终导致了企业的亏损和停产。到了90年代初，我国大型温室跌入谷底。“九五”期间，北京中以示范农场建立，它采用进口自以色列的温室技术，这有力地推动了我国现代化温室的快速发展。到了90年代后期，研究了国外温室设备的配置和温室栽培技术后，我国开始自主研发一些温室环境控制系统。1995年，“WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”由北京农业大学成功研制出。此系统属于小型分布式数据采集控制系统，包含了温湿度、光照、灌溉等子系统。1996年，江苏理工大学研制出了基于工控机的温室自动控制系统。该系统可以利用传感器来对温室中的温度、湿度、光照度、和二氧化碳等进行测量，并分别进行控制，是一个多变量输入输出系统。2009年河北农业大学阎昭、刘淑霞等设计了适用于温室大棚的一种基于 USB 接口的光照度记录仪，发表了相关论文并申请了专利。在该系统中，USB接口芯片与单片机相连，通过USB接口实现单片机与PC机之间的数据通讯。该光照度记录仪不但能够实时测量温室内光照度，而且能够插入U盘记录数据实现与PC机之间的数据通信。此外还有很多高等院校和科研院都在进行温室测控系统的相关研究。这些都预示着温室测控技术在我国的强劲发展势头。
自上世纪70年代以来，我国加强了对温室中光照、温度、湿度等环境因子的测控技术进行了研究，提高了研究水平，取得了一定的成就。由于温室是一个非线性、多变量的动态系统，为了给作物提供适宜的环境，这就需要更高的温室环境检测和控制技术。国内农业现代化水平较低，温室的一次性投资大，可使用的相关技术较少，以及对操作人员的技术要求比较高等因素，限制了温室测控技术在我国现代化农业中的发展。
1.4 本设计主要内容
本设计以温室中光照度的实时检测及控制为研究方向，分析了数据采集方式和调光方式的各项方案，最终确定了合适的方案，设计了一套以STC89C52单片机为基础的控制电路，用光敏电阻进行光照度信息的采集，通过A/D转换器进行数模转换，将数字信号传递给单片机，经由单片机处理后，使用数码管进行实时显示，并根据采集的光照度数据，采用PWM技术进行调光来控制灯的亮度，从而实现自动
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调光。此外，可利用按键进行手动设置光照度参考值来实现目标光照度。
本文主要内容如下：
第1章主要介绍温室中光照度检测及控制技术的研究背景，其在国内外的发展状况等，为本设计的实现提供了理论依据。
第2章主要介绍了光照度传感器的选择及调光方案的选择，分析了各种方案的优缺点，并最终确定了本设计所采用的方案。
第3章主要介绍了本设计中系统的硬件电路设计，从元件选型到原理图的绘制，完成了本系统的硬件电路图。
第4章主要介绍了程序的编写编译和系统仿真，并对仿真结果进行了详细分析。
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2 方案分析
2.1 光照传感器的方案分析
本系统要利用光照度传感器来进行光照度信号的采集，只有在此信号的基础上才能进行后续的进一步处理，因此有必要对光照度传感器的选择进行讨论。
方案一：光敏电阻器
光敏电阻器由能透光的半导体光电晶体构成。当特定波长的光照射到其表面时，晶体内载流子增加，电导率增加。光敏电阻器即是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器。入射光强时，电阻减小，入射光弱时，电阻增大。光敏电阻器的优点在于：其内部的光电效应和电极无关，可以使用直流电源。
光敏电阻器一般用于测光、光控和光电转换。光敏电阻器广泛应用于自动照明灯控制电路、LED亮度自动调节电路及各种测量仪器中。
方案二：光敏二极管
光敏二极管利用了半导体的光生伏特效应原理，将光能转换为电能。光敏二极管的种类很多，不同种类的光敏二极管，其特性也不尽相同。光敏二极管的优点是线性好，响应速度快，对宽范围波长的光具有较高的灵敏度，噪声低；缺点是单独使用输出电流（或电压）很小，需要加放大电路。适用于通讯及光电控制等电路。
方案三：光敏晶体管
光敏晶体管的优点是测光范围最广、响应特性良好、利用价值高。其缺点是输出电压较小，几乎不单个使用，一般要与放大器组合使用。
综上所述，在满足需求的情况下，方案一中的光敏电阻器将是合理的选择。故本设计中采用光敏电阻器作为光照度传感器。
2.2 调光方式的方案分析
对于调光方案来说，目前流行的有模拟调光、可控硅（TRAIC）调光和脉冲宽度调制（PWM）调光三种方案。每种调光方案都有不同的应用场合及优缺点，那么选择一种合理的、高效的调光方式进行环境调光对于该系统来说是非常重要的。下面将对这三种调光方案进行展开讨论：
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方案一：模拟调光
模拟调光是通过改变流过灯的电流大小，从而改变灯的发光亮度。通常有两种方法实现模拟调光：一种是通过改变与灯串联的限流电阻 Rs 的大小，来达到改变电流的目的；还有一种方法是利用控制芯片自带的模拟调光引脚。通过改变引脚上的电压值，来改变输出电流的大小，从而来调节灯的亮度。
模拟调光的缺点是驱动器的转换效率会随着输出电流的减小而降低，这将会导致整个系统功耗的增大。并且采用模拟调光时，色温与电流有着一定的函数关系，会随着电流的改变而改变。如果需要使灯的颜色不产生偏差的话，就不能采用模拟调光方式。
方案二：可控硅调光
按照目前业界的设计标准，三端双向可控硅（TRIAC）调光器连接的都是电阻负载，如果利用传统三端双向可控硅调光器控制灯的亮度，调控效果将无法达到最佳状态。
而采用可控硅调光会主要产生问题有：灯会产生100Hz/120Hz的闪烁，无法达到0-100%调光，如果要去除闪烁需加额外的虚拟负载电路，这将使驱动器整体效率降低。
方案三：PWM调光
PWM调光是基于人眼对于亮度闪烁不够敏感的特性，使灯时亮时暗。如果亮暗的频率超过100Hz，则人眼看到的是平均亮度，而不再是灯的闪烁。PWM调光通过调整负载亮暗的时间比例来调整亮度，即通过改变PWM信号的占空比来实现调光。
PWM调光原理是通过控制灯的工作与不工作，从而控制流过灯的电流，使电流在设定的最大直流电流Imax与零电流之间工作。当PWM信号的占空比为D时，流过灯的平均电流为：Iled=DImax。由此可知，当Imax一定时，流过灯的平均电流与PWM信号的占空比D成正比。同时，灯的亮度与流过灯的电流成比例，因此，调节PWM信号的占空比，即可调节灯的亮度。
从以上分析可以看出，最好的调光方案应该是PWM调光。选择PWM调光的主要依据如下：（1）PWM调光的调光范围能够从零到最大亮度，并且不会出现闪烁现象；（2）PWM调光效率更高；（3）在整个调光范围内，LED 的颜色能够保持一致。
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