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研究生:盧世祥
論文名稱:補光光源控制系統之研究
論文名稱(外文):The Study of Control System for Light Compensation
指導教授:黃裕益黃裕益引用關係
指導教授(外文):Yu-I Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:農業機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:131
中文關鍵詞:補光相位控制調光矽控整流器
外文關鍵詞:compensation lightphase controldimmingSilicon Controlled Rectifier
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摘 要
作物栽培之光環境,對作物生長週期或產品品質有直接的影響。
為使作物生長之光環境維持在光補償點之上,則需於自然光不足時,以人工光源補充。本研究以矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier)即SCR為電力控制元件,調變相位控制輸出功率達到調光之目的。其中為使補光動作連續自動調變控制,以GENIE圖形控制軟體撰寫程式,並利用單晶片為照度感測器訊號與程式邏輯運算結果之I/O,進而決定SCR之觸發動作,完成一回授式圖控界面補光自動控制系統。
在補光設定為250Lux與1000Lux之均勻照度的條件下,以推估最適之燈高與燈距排列燈泡,進行補光自動控制系統測試實驗。結果發現該系統可有穩定且確實的控制。
關鍵詞:補光、相位控制、調光、矽控整流器
Abstract
The environment of light for plant culture exerts a direct influence on the growth cycle of the plant or the quality of the produce.
With a view to letting the environment of light for plant culture remain above the light compensation, artificial light need serve as a supplement in case of the deficiency of natural light, This study aims at making use of Silicon Controlled Rectifier, that is SCR as the controlled unit of electricity, modulating the output of power of the phase control to become dimming. And, in order to make the movement of supplementing light modulated control of itself continuously, the software is controlled by GENIE graph to write the program; in the experiment mean while, micro chip is also utilized as the sign of the illuminance sensor and I/O of the result of the logic calculations done by the software, on while the firing of SCR hinges, and then the automatic light compensation system of graphic control comes out.
On condition that the even illumination is brought about according to the setting of compensation light 250Lux and 1000Lux, An experiment is conducted by carring on the automation control system of compensation light, with a view to measuring the most suitable height and distance of lights to arrange and them to arranging the bulbs. Consequently, steady and reliable is discovered.
Key phrases: compensation light、phase control、dimming
Silicon Controlled Rectifier
目 錄
摘要………………………………………………………………………I
Abstract…………………………………………………………………..II
謝誌……………………………………………………………………..III
目錄……………………………………………………………………..IV
圖目錄…………………………………………………………………..VI
表目錄……………………………………………………………………X
第一章 前言
1.1 前言…………………………………………………………1
1.2 動機與目的…………………………………………………1
第二章 文獻探討與理論探討
2.1光的性質………………………………………………………3
2.2光與植物生長之關係…………………….…………………..6
2.3補光……………………………………………………………8
2.4用於植物的照明器具………………………………………..11
2.5照度計算……………………….…………………………….19
2.6調光方法………………………………….………………….21
2.7燈泡調光效能………………………….…………………….32
2.8調光之策略…………………………………………………..33
2.9自動調光控制系統…………………………………………..35
第三章實驗材料與方法
3.1實驗材料與設備……………………………………………..37
3.2實驗方法……………………………………………………..44
第四章結果與討論
4.1基礎量測……………………………….…………………….61
4.2實際量測與理論值估算……………….…………………….66
4.3正方形排列與正三角形排列之比較………………………..77
4.4調光自動控制裝置之實用效能……………………………..78
4.5以SCR閘流體調光對省能之效益………………………….91
第五章結論………….………………………………………………..96
第六章討論與建議…………………………………………………..97
第七章文獻參考……………………………………………………..99
附錄
附錄一 單燈實測照度值………………………………………………..1
附錄二 正三角形排列之理論值與實測………………………………..3
附錄三 正三角形排列之光損(實測值/理論值)………………………..6
附錄四 正三角形排列之理論值與實測………………………………..9
附錄五 正方形排列之光損(實測值/理論值)…………………………..11
附錄六 正三角形排列之推估值……………………………………….14
附錄七 正方形排列之推估值………………………………………….17
圖目錄
圖2.1 可見光之輻射能頻譜……………………………………………4
圖2.2 麥葉之光合能力曲線……………………………………………7
圖2.3 光合成能力與光強度之關係……………………………………8
圖2.4 陽葉與陰葉之光合成曲線………………………………………9
圖2.5 白熾燈泡之電源電壓特性……………………………………..12
圖2.6 白熾燈泡之分光分佈…………………………………………..13
圖2.7 白色螢光燈管之分光分佈……………………………………..14
圖2.8 螢光燈之電壓特性……………………………………………..15
圖2.9 點滅頻率與螢光燈壽命關係曲線……………………………..15
圖2.10 螢光燈周圍溫度與光輸出關係曲線…………………………..16
圖2.11 水銀燈之分光分佈……………………………………………..17
圖2.12 高壓鈉燈之分光分佈…………………………………………..18
圖2.13 空間點光源之各方向關係……………………………………..20
圖2.14 基本電流調變電路……………………………………………..21
圖2.15 變壓器構造……………………………………………………..22
圖2.16 基本電壓調變電路……………………………………………..22
圖2.17 自耦變壓器……………………………………………………..23
圖2.18 電壓與電流調變之波形變化圖………………………………..23
圖2.19 SCR的基本結構與電路符號…………………………………..24
圖2.20 SCR的控制基本電路圖與負載兩端電壓波形………………..25
圖2.21 半波相位控制的分析曲線……………………………………..26
圖2.22 全波控制基本電路圖與負載兩端電壓波形…………………..27
圖2.23 利用電橋電路之SCR全波相移控制電路……………………27
圖2.24全波相位控制的分析曲線……………………………………..29
圖2.25 SCR觸發方法之直流觸發……………………………………..29
圖2.26 SCR觸發方法之脈波觸發……………………………………..30
圖2.27 SCR觸發方法之交流觸發……………………………………..30
圖2.28 分段調光………………………………………………………..35
圖2.29連續調光………………………………………………………..36
圖3.1 以量測架測光情形………………………………………………40
圖3.2 PCL-711差卡……………………………………………………..40
圖3.3 PCL-711差槽情形……………………………………………….41
圖3.4 實驗用之PC……………………………………………………..41
圖3.5 調光模組之主電路板配裝情形…………………………………42
圖3.6 調光模組與功率驅動器組裝情形………………………………42
圖3.7 調光模組電路……………………………………………………43
圖3.8 直接量測水平照度示意圖………………………………………45
圖3.9 燈泡間照度量測示意圖…………………………………………47
圖3.10閉迴路補光控制系統…………………………………………..60
圖3.11補光控制模組示意圖…………………………………………..59
圖3.12補光控制系統與相關實驗設備組裝圖………………………..60
圖4.1 白熾燈之縱軸夾角與發光強度之關係……………………….. 61
圖4.2 單燈水平照度實測之趨勢圖(0-2公尺)………………………..62
圖4.3 單燈水平照度實測之趨勢圖(2-4公尺)………………………..63
圖4.4 白熾燈照度與電壓關係…………………………………………64
圖4.5 調光對相對分光強度之影響……………………………………65
圖4.6 調光50%與不調光分光強度比值與波長之關係………………65
圖4.7 中心點照度實測與理論值比較H=1.4m……………………….66
圖4.8 燈距中點照度實測與理論值比較H=1.4m…………………….67
圖4.9 燈下點照度實測與理論值比較H=1.4m…………………….…68
圖4.10正三角形排列推估照度H=1.4m………………………………69
圖4.11正三角形排列推估佈光情形…………………………………..70
圖4.12三角形排列最適照度之模擬分佈圖(照度要求250Lux)………71
圖4.13三角形排列照度不均之模擬分佈圖(照度要求250Lux)………72
圖4.14三角形排列最適照度之模擬分佈圖(照度要求1000Lux)…….72
圖4.15三角形排列照度不均之模擬分佈圖(照度要求1000Lux)…….73
圖4.16正方形排列推估照度…………………………………………..73
圖4.17正方形排列推估佈光情形……………………………………..75
圖4.18正方形排列最適照度之模擬分佈圖(照度要求250Lux)………76
圖4.19正方形排列照度不均之模擬分佈圖(照度要求250Lux)………76
圖4.20正三角形排列距離配置………………………………………..77
圖4.21正方形排列距離配置…………………………………………..78
圖4.22以Genie撰寫之編輯策略圖…………………………………..80
圖4.23以Genie撰寫之圖控界面……………………………………..81
圖4.24歷史照度曲線…………………………………………………..82
圖4.25實驗組裝情形之一─電腦與調光控制電路板………………..82
圖4.26實驗組裝情形之二─主電路板與功率放大器………………..83
圖4.27實驗組裝情形之三─感測器擺放位置……….……………….83
圖4.28實驗組裝情形之四─感測器監看與操作…….……………….84
圖4.29調光系統穩定度實驗結果……………….….…………………84
圖4.30調變時間與增亮調幅關係……….……….….…………………85
圖4.31調變時間與減滅調幅關係……………………………………..86
圖4.32 照度調變值與電壓之關係……….……..…….……………….87
圖4.33環境照度與電壓之關係………………………………………..88
圖4.34調光系統測試結果之一(1000Lux)…………………………….88
圖4.35調光系統測試結果之一詳圖(1000Lux)..…….………………..89
圖4.36調光系統測試結果之二(250Lux)……….….…………………..89
圖4.37調光系統測試結果之二詳圖(250Lux)……….….……………..90
圖4.38調光系統測試結果之迴歸分析(1000Lux)……………………..90
圖4.39調光系統測試結果之迴歸分析(250Lux)………………………91
圖4.40理論與實測電壓之關係………………………………………..93
圖4.41觸發角為0°之電壓波形……………….…….………………..94
圖4.42觸發角為68°之電壓波形……………….….…………………94
圖4.43觸發角為90°之電壓波形………..…….………………………95
圖4.44觸發角為158°之電壓波形……….….………………………..95
表目錄
表2.1 光譜顏色波長範圍……………………………………………….4
表2.2 一般常見蔬菜(幼苗)之光合成特性……………………………..9
表2.3 一般常見花卉植物之光合成特性………………………………10
表2.4 人工光源之調光效能……………………………………………32
表3.1 調光主電路板電子零件…………………………………………44
表4.1 白熾燈水平照度與量測距離關係回歸公式……………………63
表4.2 調光控制實驗之各照度值………………………………………85
第七章 參考文獻
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