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研究生:林孟廷
研究生(外文):Meng-Ting Lin
論文名稱:溫室自動補光系統之研究
論文名稱(外文):Development of Automatic Supplementary Lighting System for Greenhouses
指導教授:謝廣文謝廣文引用關係
口試委員:陳世銘洪滉祐盛中德陳加增
口試日期:2016-07-27
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:生物產業機電工程學系所
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:溫室自動補光系統無線射頻辨識系統
外文關鍵詞:GreenhouseAutomatic Supplementary Lighting SystemRFID
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為了解決氣候變遷因素造成之農業損失,本研究擬建立一適用於植物工廠內之自動補光載具,載具主要以鋁擠型做為主要材料,補光決策判斷以日累積光合作用量(Daily Photosynthesis Integral, DPI)為基礎,白日時間載具停放於原點位置,利用光量子感測器進行光度累積,夜間時間到時,載具移至補光區域進行照光動作。
補光載具以可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)控制器作為控制核心,於植物工廠內移動時主要利用無線射頻辨識系統(Radio Frequency Identification, RFID)搭配極限開關做為區域定位系統。到達補光區域時升降系統帶動平台下降,配合光柵感測器感測植株高度,直到感測到植株後停止。
本研究之自動補光載具總計進行10趟移動測試,經由前五趟校正後,最後五趟測試之移動定位準確率為93%。十趟升降定位測試準確率則為98%。補光平台可提供之平均光照度為354 μmol /m2 / s於距離離植株約10公分處,將此帶入光合作用反應速率後為3.27 μmol CO2 / m2 / s。於補光試驗中,每日DPI量均有到達設定之標準。


To solve the agricultural damages caused by the climate change, this study is developed to build an automatic supplementary lighting platform for plant factories. The platform mainly uses aluminum as materials. The lighting strategy will depend on the DPI. During the day, platform parked at the original position and uses quantum sensor to accumulate the daylight. At night, it moved to the supplementary lighting area and provides lighting to plants.
The platform is operated in cooperation with a PLC control system, and uses RFID and limit switch as a local positioning system at plant factories. In supplementary lighting area, lifting system detects the height of plants to adjust the level of lampshade accordingly.
The study operated 10 times movement experiments, after first 5 times calibration, the success rate of last 5 times moving positioning is 93%, and the success rate of 10 times lifting experiments is 98%. The platform can provide an average of 354 μmol /m2 /s light intensity within the distance of 10cm from the plants, and 3.27 μmol CO2 / m2 / s if it is within the photosynthesis characteristic of lettuce. Based on the results of two-week experiment, it can be confirmed that supplementary lighting is able to provide sufficient lighting to plants during the night, and reach DPI standard of each supplementary lighting area.


謝誌 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究目的 3
第二章 文獻探討 4
2-1 光對植物生長之影響 4
2-1-1 光質 4
2-1-2光週期與光強度 7
2-2人工光源於溫室之應用 9
2-3自動控制設備於溫室內之應用 12
2-4無線通訊網路介紹 14
2-5無線射頻辨識系統 16
2-5-1無線射頻辨識系統於農業之應用 17
第三章 實驗設備與實驗方法 19
3-1實驗場地 19
3-1-1 實驗樣本 20
3-2自動補光系統架構圖 21
3-3實驗設備 23
3-3-1載具設計及規劃 23
3-3-1-1 補光平台 24
3-3-1-2行走系統 27
3-3-1-3 電源系統 29
3-3-1-4定位系統 32
3-3-2光源 34
3-3-3光度感測器 34
3-4 控制系統 36
3-4-1控制系統硬體電路設計 36
3-4-2 PLC控制模組 37
3-5 補光控制系統流程設計 39
3-5-1資訊傳送方式 39
3-5-1載具定位流程 41
3-5-1補光動作流程 43
3-6實驗方法 45
3-6-1行走定位及升降定位測試 46
3-6-2光強度及溫度量測 48
3-6-3 補光實驗整合驗證 49
第四章 結果與討論 50
4-1 自動補光載具製作 50
4-2 行走定位測試及升降測試 52
4-2-1 行走定位測試 52
4-2-2 升降定位測試 56
4-3光強度及光分佈情況 58
4-4補光實驗整合驗證 66
4-4-1 實驗紀錄數據整理 66
4-4-2數據分析 70
五章 結論與建議 72
5-1結論 72
5-2建議 72
第六章 參考文獻 74

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