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智能传感器技术在温室环境监测中的应用与展望

郝旭欢1

常博2

郝旭丽3

（1.河北农业大学机电工程学院, 河北保定

071000；

2.唐山机车车辆有限责任公司, 河北唐山

063000；

3.华北理工大学附属医院, 河北唐山

063000）

[摘　要] 智能传感器的突出特点是高精度的信息采集,成本低,能够实现多传感器的数据采集.将其应用于温室环境监测,能够完成温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度等参数的自动采集和综合测量,提高了信息采集的精度、可靠性,对作物的光合作用条件进行优化处理,可获得更好的经济效益.

[关键词]　智能传感器

温室环境监测

应用及展望

[中图分类号]　TP274[文献标识码]　A[文章编号]　1003-1650 (2016)02-0084-01

1 智能传感器

随着微处理器的高速发展,各类控制系统向智能化、网络化发展,同时就要求传感器有更高的精度、稳定性和灵敏度.智能传感器的概念最初由美国宇航员在宇宙飞船的研发过程中提出,目前,智能传感器尚无公认的科学定义,但普遍认为智能传感器由传统传感器与专用微处理器组成[1].

智能传感器利用集成方法将传感器、信号处理电路和微处理器集成为一个整体[2],与基本传感器相比,有以下优势：

更高的精度：由于智能式传感器集成了微型计算机,信号分析与处理过程中可以通过软件修正其输入输出的确定性系统误差,大大提高了传感器精度.

更高的可靠性：据相关研究,根据需要将系统各个集成化环节以不同的组合方式集成在两块或三块芯片上,并装在一个外壳里,则构成混合式智能传感器[3].智能传感器消除了传统结构的某些不可靠因素,改善整个系统的抗干扰性能.

更高的性价比：在相同精度的需求下,智能式传感器采用较便宜的单片机时,性能比明显提高.研究表示,新型R单片机有可擦除1000 次的Flash程序存储器和可擦写 100000次的EEPROM,温室测控系统应用R单片机ATmega8515,可以多次更改程序进行产品升级,减少了单片机或电路板的浪费, 大大提高了产品的性价比[4].

2 温室环境监测系统

温室环境检测系统利用自动控制技术、传感器技术、物联网技术等先进技术,实时采集和记录监测点的温度、湿度、土壤酸碱度、二氧化碳浓度、光照度等参数,以数字、图形和图像等多种方式进行实时显示和记录存储.

智能化的温室环境检测也对传感器提出了更高的技术要求,不仅要求更高的精确度、稳定性、灵敏度,并且需要传感器检测的信号能够方便计算机处理,便于实时调控,实现农业数据统一立体化,保障农户可以在家就对大棚的生长环境了如指掌,实现高效农业.在有关学者的研究中,针对温室环境监控的需要,设计了一种用MSP430作为控制终端的温室控制系统.该系统通过传感器采集信息,然后以无线传送方式将信息发送至主控制器[5].

3 智能传感器在温室环境中的应用

3.1 温室环境监测复合传感器

对于温室环境检测,一般只能分别采用温湿度、太阳光辐射、二氧化碳浓度等传感器进行参数的单一测量,随温室面积的扩大,传感器数量增加,环境参数的获得及处理更加复杂,不便于存储和调控.

为此,李道光、陈英义等人发明了一种温室环境检测复合传感器,采用一个微处理器,统一输出,减少处理流程；采用同一电源供电,可以通过内部设分压器对不同器件进行分压处理,减少电源连接；充分利用多个传感器的结构特点进行有效组合,便于安装和布设；实时对温室多种环境监控,具有低成本、低功耗的优点[6].

3.2 标准化智能传感器在温室监测中的应用

近年来针对温室中多种传感器的温室环境监测成为研究热点,但是多数采用分布式结构,依然存在传感器引线多、传感器位置与控制器距离远、传感器采用的模拟信号不能直接与计算机直接配送等问题,没有统一标准的智能传感器推广难度较大[7].

陈向群等学者表示,IEEE145 1智能传感器信息模型是一个通用模型 ,但在实现上有一定难度 ,缺乏功能相对简单的模型子集[8].在陈杰的研究中,首次将IEEE1451标准应用于设施农业数据采集系统的设计与开发中,对基于IEEE1451标准的数据采集系统在设施农业中的可行性进行了分析,并进行了选择性应用[9].周敏刚等人研制了基于IEEE1451.2和ZigBee协议的温室智能执行器,具有通用性和标准化的特点[10].标准化的智能传感器有益于温室参数控制模型的推广,使用户的使用更加便利.

4 展望

韩国LG集团推出的SmartThinQ 传感器可以感知振动和温度等反馈信息并将读数发送到用户智能手机上.设想若将类似的智能传感器应用于温室环境监测,则可以实时将温室环境的数据信息发送到农户的手机上,更加方便、高效地管理温室环境系统.

智能传感器正向着集成化、智能化、网络化方向发展,更多的专家和学者将投入于温室环境监测方面的智能传感器的研究,简化温室环境监测系统,创造更大的经济效益.

参考文献

[1]张子栋,吴雪冰,吴慎山.智能传感器原理及应用[J].河南科技学院学报:自然科学版, 2008,36(2):116-119.

[2]李守智,田敬民.智能传感器技术及相关工艺的研究进展[J].传感器与微系统,2002, 21(4):61-64.

[3]孙小春.智能传感器技术综述[J].杨凌职业技术学院学报, 2015(3):15-17.

[4]唐娟,王文娣,吕长飞.基于新型 R 单片机的温室测控系统[J].微计算机信息,2007,23(9-2):138-139.

[5]王钟,张盛龙,房安康,肖伶俐,杨靖.基于无线传感器网络的温室控制系统的设计[J].安徽农业科学, 2015(9):374-376

[6]中国农业大学.一种温室环境监测复合传感器[P].中国:201420478752.4,2014.

[7]陈杰,杨祥龙.IEEE1451.2智能传感器标准在温室中的应用探讨[J].农业工程技术·温室园艺, 2007(1):19-20.

[8]陈向群,郭以述.IEEE1451智能传感器接口标准研究[J].仪器仪表学报, 2002, 23(S3):9-11.