臺灣博碩士論文加值系統

隨著地球氣候急劇變化，糧食短缺之問題已經日益嚴重，因此人們開始發展新的糧食生產方式，試著以最新之科技，提高植物的產能，植物工廠即為在此需求下所發展出之新的種植技術，經過多年的實驗與修改後，植物工廠已經有了初步的雛形。陽光為植物生長的要素之一，因此本文著重於植物生長所需光源之研究，研製一套用於植物工廠之LED光源驅動系統，利用藍芽無線通訊之技術，來建立人機界面與RGB LED驅動系統溝通之橋樑，並輔以光譜儀偵測LED光源的動態來即時修正光的色溫，當LED老化後亦可提供相同波長之光配方給植物，讓光源對植物的感受影響達到最低。所提出的系統是由RGB LED燈組、人機界面、以及藍芽無線遠端數據傳輸系統所組成。實驗結果驗證所提出之光波長補償方法，可提供穩定之光配方給植物，以補償LED光衰所造成之光波長偏移。

As the drastic change of climate, food shortages become more and more serious. Therefore, people start to research and develop the alternative growing way of foods, and also try to improve the capacity of plants via the latest technologies. The plant factory, a new planting technique, is developed on this demand. After years of efforts and improvements, there has a preliminary prototype for the plant factory. Sunshine is one of the dominant factors for plant growth. Therefore, this thesis focuses on the study of light source required for the growth of plants. A RGB LED drive with light recipe verification system is proposed. The presented system consists of the RGB LED light bar driver with constant current controllers, the wireless remote data transmission with Bluetooth protocol, a spectrometer, and the user interface. For a long time operation, the light quality of the LED will decay owing to the temperature rise effect. The spectrometer is employed to detect the corresponding light qualities of the LED light source. An optical wavelength compensation method, which is achieved by regulating the luminance of the R, G, and B LEDs individually, is proposed to provide a constant light recipe for plants to balance the color temperature of the LED due to the decay effect. The experimental results show that the proposed method can effectively compensate the light decay of the LED and provide a stable light recipe for the particular plant.

摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iv
目 錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究目的 2
1.4 論文大綱 3
第二章 植物工廠 5
2.1 何謂植物工廠 5
2.2 台灣與各國的發展現況 6
2.3 光質對植物的影響 8
2.4 光的本質 8
2.4.1 色彩加法原理 10
2.4.2 色彩減法原理 11
第三章 LED驅動系統硬體架構 13
3.1 系統架構 13
3.2 電源供應 13
3.3 RGB LED 14
3.4 定電流控制IC 15
3.5 藍芽模組 18
3.6 光回授系統 19
3.7 微控器介紹 22
第四章 LED驅動系統韌體架構 24
4.1 調光方法 24
4.2 程式流程介紹 25
4.3 同步串列周邊介面設定 27
4.4 光回授控制方法 29
4.5 LabVIEW 32
第五章 實驗結果 34
5.1 光回授補償 36
第六章 結論與未來發展方向 61
6.1 結論 61
6.2 未來發展方向 62
參考文獻 63

[1]J. Zhuang，「發展LED植物工廠路在何方」，http://www.ledinside.com.tw/news/20130702-26991.html，2013。
[2]方煒，「台灣植物工廠發展現況與展望」，精密設施工程與植物工場實用化技術研討會專輯，pp. 16-24，2012。
[3]蔡致榮，邱相文，「荷蘭與日本植物工場最新發展」，精密設施工程與植物工場實用化技術研討會專輯，pp. 1-15，2012。
[4]陳世銘，方煒，羅筱鳳，曹幸之，張耀乾，廖國基，顏炳郎，蔡兆胤，「台灣植物工廠現況與發展策略之分析」，農業機械學刊，第 20 卷 第 4 期，pp. 95-106，2011。
[5]P.C. Chou，「植物工廠帶動LED植物燈需求光配方是關鍵」，http://www.ledinside.com.tw/news/20130911-27700.html，2013。
[6]S. Kang, M.J. Kim, B.S. Kim, S. Park, “Studies on LED Wavelength to Enhance Growth and Bio-active Compounds of Carrots,” Journal of Applied Biological Chemistry, Vol. 58, No. 2, pp. 131-137, 2015.
[7]H.G. Choi, B.Y. Moon, N.J. Kang, “Effects of LED light on the production of strawberry during cultivation in a plastic greenhouse and in a growth chamber,” Scientia Horticulturae, Vol. 189, pp. 22-31, 2015.
[8]M. Olle, A. Virsile, “The effects of light-emitting diode on greenhouse plant growth and quality,” Agricultural and Food Science, Vol. 22, pp. 223-234, 2013.
[9]G.D. Massa, H.H. Kim, R.M. Wheeler, G.A. Mitchell, “Plant Productivity in Response to LED Lighting,” HortScience, Vol. 43, No. 7, pp. 1951-1956, 2008.
[10]S. Muneer, E.J. Kim, J.S. Park, J.H. Lee, “Influence of Green, Red and Blue Light Emitting Diodes on Multiprotein Complex Proteins and Photosynthetic Activity under Different Light Intensities in Lettuce Leaves (Lactuca sativa L.),” International Journal of Molecular Sciences, Vol. 15, pp. 4657-4670, 2014.
[11]M.Y. Wu, Y.H. Lin, C.K. Ke, “Monitoring Management Platform for Plant Factory,” in Proc. Nano, Information Technology and Reliability NASNIT 2011, pp. 49-52, 2011.
[12]F. Ijaz, A.A. Siddiqui, B.K. Im, C. Lee, “Remote management and control system for LED based Plant Factory using ZigBee and Internet,” in Proc. Advanced Communication Technology ICACT 2012, pp. 942-946, 2012.
[13]S.Y. Kwon, S.H. Ryu, J.H. Lim, “Design and implementation of an integrated management system in a plant factory to save energy,” Cluster Compute, Vol. 17, pp. 727-740, 2014.
[14]M. Li, L. Tian, Z. Chen, X.L. Wu, Y.l. Wang, “A kind of imitated environment system for plant growth based on LED light source, ” in Proc. Control and Decision Conference CCDC 2012, pp.652-655, 2012.
[15]方煒，「科技農業的進行式－植物工廠發展沿革與台灣推動現況」，科技月刊，第四十四卷第五卷，2013。
[16]彭張紘，當前「植物工廠」經營現況－以日本與台灣為例，http://mymkc.com/articles/contents.aspx?ArticleID=21957，2014。
[17]施昭彰，植物工廠發展人工光源應用研習，工業技術研究院，2016。
[18]張明毅，調控綠光比例對萵苣生長之影響，國立宜蘭大學生物機電工程系，2010。
[19]電磁波譜，2016年7月8日，取自https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E7%A3%81%E6%B3%A2%E8%AD%9C。
[20]光的色散， 2016年7月8日，取自https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E7%9A%84%E8%89%B2%E6%95%A3。
[21]三原色光模式，2016年7月8日，取自https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E5%8E%9F%E8%89%B2%E5%85%89%E6%A8%A1%E5%BC%8F。
[22]色彩空間，2016年7月8日，取自https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%89%B2%E5%BD%A9%E7%A9%BA%E9%96%93。
[23]ANN, “Power Supply”, Data Sheet,2016。
[24]ST Technology, “LD1117 Series”, Data Sheet,2016。
[25]創巨光科技，「PO-FT5050FCZ-028」,Data Sheet, 2008.
[26]Macroblock,“MBI5026GP”, Data Sheet, 2005
[27]Guangzhou HC Information Technology Co. ,Ltd,“HC-06”, Data Sheet, 2011.
[28]Majantys, “Probe4Light”, Data Sheet, 2010.
[29]CIE 1931色彩空間，2016年7月8日，取自https://zh.wikipedia.org/wiki/CIE1931%E8%89%B2%E5%BD%A9%E7%A9%BA%E9%97%B4
[30]UCS 1976色彩空間，2016年7月8日，取自https://zh.wikipedia.org/wiki/Lab%E8%89%B2%E5%BD%A9%E7%A9%BA%E9%97%B4
[31]Microchip Tech , “dsPIC33FJ16GSX02/X04”, Data Sheet, Preliminary, 2009.
[32]黃建順，以平板電腦為輸入介面之無線紅綠藍發光二極體調光技術開發，碩士論文，國立台灣科技大學電機工程系，2013。
[33]S. K. Ng; K. H. Loo; Y. M. Lai; Chi K. Tse,”Color Control System for RGB LED with Application to Light Sources Suffering From Prolonged Aging”, IEEE Transactions on Industrial Electronics ,Vol.61, 2014.