畢業(yè)論文---傳感器在智能溫室控制中的應(yīng)用

1、<p>　　學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）報告</p><p>　　系 別： 機(jī)電工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)電一體化 </p><p>　　班 號： 機(jī)電082 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p>&l

2、t;p>　　一、課題名稱： 傳感器在智能溫室控制中的應(yīng)用 </p><p>　　二、課題應(yīng)達(dá)到的要求： </p><p>　　1．傳感器技術(shù)介紹

3、 </p><p>　　2．傳感器在智能溫室控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀 </p><p>　　3．傳感器在智能溫室控制中應(yīng)用的發(fā)展前景

4、 </p><p>　　三、主要工作內(nèi)容： </p><p>　　1．通過網(wǎng)絡(luò)和圖書館等渠道查閱資料，了解機(jī)電一體化技術(shù)

5、 </p><p>　　2．分析傳感器在智能溫室控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀 </p><p>　　3．展望傳感器在智能溫室控制中應(yīng)用的發(fā)展前景 </p><p><b>　　四、主要參考文獻(xiàn)：</b></p

6、><p>　　1．章浩,張西良,周士沖.機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究,2006(7) </p><p>　　2．梁俊彥,李玉翔.機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J].科技資訊,2007(9) </p><p>　　3. 孫程光.基于智能溫室的多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D]. 河北工業(yè)大學(xué).2006

7、 </p><p>　　4. 范薇薇. 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫室控制系統(tǒng)研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué).2010（01） </p><p>　　5. 王建. 用于設(shè)施農(nóng)業(yè)的智能傳感器網(wǎng)絡(luò)化模塊設(shè)計與實現(xiàn)[D].浙江大學(xué).2006 </p><p>　　6. 王國美. 溫室自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[D]. 西北農(nóng)林科技大學(xué).2001（05）

8、 </p><p>　　學(xué) 生（簽名） 年 月 日</p><p>　　指 導(dǎo) 教師（簽名） 年 月 日 </p><p>　　教研室主任（簽名） 年 月 日</p><p>　

9、　系 主 任（簽名） 年 月 日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p>　　傳感器在智能溫室中的應(yīng)用</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p>&

10、lt;p>　　1.1 課題研究的背景和意義1</p><p>　　1.2 本課題研究的主要內(nèi)容1</p><p>　　第二章 我國傳感器在智能溫室控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀3</p><p>　　2.1 國內(nèi)外溫室控制技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢3</p><p>　　2.1.1 國外溫室控制技術(shù)發(fā)展3</p><p>　

11、　2.1.2國內(nèi)溫室控制技術(shù)發(fā)展3</p><p>　　2.1.3溫室環(huán)境測控技術(shù)的發(fā)展趨勢4</p><p>　　2.2 傳感器的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢5</p><p>　　2.3 傳感器在智能溫室控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀8</p><p>　　2.3.1國外智能溫室的發(fā)展現(xiàn)狀8</p><p>　　2.3.2國內(nèi)智能

12、溫室的發(fā)展現(xiàn)狀8</p><p>　　2.3.3智能溫室的發(fā)展趨勢8</p><p>　　第三章 作物生長發(fā)育與環(huán)境參數(shù)10</p><p><b>　　3.1 溫度10</b></p><p><b>　　3.2 濕度10</b></p><p><b>

13、;　　3.3 光照11</b></p><p>　　3.4 CO2濃度11</p><p>　　第四章 溫室設(shè)置（降溫、通風(fēng)、采暖、排水等）12</p><p>　　第五章 幾種傳感器的具體應(yīng)用實例16</p><p>　　5.1 溫度傳感器16</p><p>　　5.2 濕度傳感器18<

14、;/p><p>　　5.3 光照傳感器18</p><p>　　5.4 CO2傳感器19</p><p>　　第六章 傳感器在智能溫室控制中應(yīng)用存在的問題、解決方法以及展望20</p><p><b>　　結(jié)束語22</b></p><p><b>　　答 謝 辭23</b&

15、gt;</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p>　　傳感器在智能溫室控制中的應(yīng)用</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　智能溫室作為新的農(nóng)作物種植技術(shù)，己突破了傳統(tǒng)農(nóng)作物種植受地域、自然環(huán)境、氣候等諸多因素的限制，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重大意義。而智能溫室

16、的監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)其生產(chǎn)自動化、高效化最關(guān)鍵、最重要的環(huán)節(jié)。就農(nóng)作物的生長環(huán)境而言，溫度、濕度、光照、CO2,土壤PH值等是其最基本的因子。作為監(jiān)控系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)對以上因子的數(shù)據(jù)采集與分析處理，以便進(jìn)行相應(yīng)的控制，使智能溫室為農(nóng)作物的生長提供一個良好的環(huán)境。因此，研制能夠同時測量溫室環(huán)境中的空氣溫度、濕度和光照等環(huán)境因子，并能實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的高性能多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可滿足現(xiàn)代智能溫室的需要。</p><p>　　

17、本文綜合應(yīng)用了現(xiàn)代傳感器相關(guān)知識，研究設(shè)計了基于智能溫室的多參數(shù)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了以下功能:</p><p>　　可對溫室中多路空氣溫度、空氣濕度、光照度等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和顯示，并通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。處理數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)簡單，工作性能穩(wěn)定。</p><p>　　系統(tǒng)移植性強(qiáng)，只需改變前端測量用的傳感器類型，可在此基礎(chǔ)上修改為其它非電量參數(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)。</p>

18、;<p>　　關(guān)鍵詞:智能溫室，環(huán)境監(jiān)測，傳感器</p><p>　　Abstract: As a new crop planting technology, greenhouse has broken the traditional crop planting restricted in region, natural environment, weather and so many factor

19、s, plays an important role in the agriculture. The measure control system of greenhouse is the most pivotal and important part in achieving producing automation and high efficiency. Temperature, humidity, light, CO2, and

20、 PH of soil are the most essential factors in the growth environment of the crop. Measure and control system can i</p><p>　　Modern technology of sensor circuits is used in this text. A multiparameter environ

21、mental monitor system based on intelligent greenhouse is designed, the function of it include:</p><p>　　It can collects, measures and displays the accurate data of multichannel air temperature, air humidity

22、and light. The system works stably. The structure of it is simple.</p><p>　　The system can be used in other non-electricity parameter measure system, only need to change the sensors.</p><p>　　KE

23、Y WORDS: intelligent greenhouse, environmental monitoring, sensor.第一章 緒論</p><p>　　1.1 課題研究的背景和意義</p><p>　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，設(shè)施農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要途徑，已經(jīng)越來越受到世界各國的重視。而設(shè)施農(nóng)業(yè)中溫室工程的建設(shè)與發(fā)展是都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要組成部分，是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展

24、的高級階段。溫室生產(chǎn)突破了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)模式，避免了農(nóng)作物種植受地域、自然環(huán)境、氣候等諸因素的限制，從而成為一種新的農(nóng)作物種植技術(shù)，對農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。近些年來，智能溫室的研究已經(jīng)成為我國科學(xué)技術(shù)人員的一個重要課題。</p><p>　　溫室工程是以綜合國力的強(qiáng)盛為背景，以農(nóng)用工業(yè)的發(fā)展為基礎(chǔ)，以生物技術(shù)、工程技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展為依托的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。自20世紀(jì)70年代以來，我國溫室生產(chǎn)己經(jīng)有了很大的進(jìn)步，但這些

25、溫室是在充分利用高產(chǎn)栽培技術(shù)和屏障技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其收入很難再有大的提高。要改變這種狀況，將現(xiàn)代電子技術(shù)等引入農(nóng)業(yè)溫室，實現(xiàn)對溫室的環(huán)境監(jiān)控，是最有效的途徑之一。</p><p>　　溫室現(xiàn)代化主要體現(xiàn)在對溫室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)控上，環(huán)境控制是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，因此對溫室環(huán)境進(jìn)行自動檢測，進(jìn)而實行自動控制是非常必要的。溫室是一個集結(jié)構(gòu)、機(jī)電、生物與環(huán)境為一體的綜合系統(tǒng)。一個現(xiàn)代化的溫室由下列部分組成:溫室框架

26、結(jié)構(gòu)、覆蓋材料、通風(fēng)系統(tǒng)、灌溉施肥系統(tǒng)、室內(nèi)噴霧、遮陽/m溫系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、計算機(jī)控制系統(tǒng)和必要的生產(chǎn)機(jī)具等川。這些組件在軟、硬件各方面相互配合的優(yōu)劣決定系統(tǒng)的成敗。其中傳感器是溫室生產(chǎn)中重要的一環(huán)。</p><p>　　溫室中的環(huán)境由多個因子組成，諸如溫度、空氣相對濕度、光照、二氧化碳濃度、土壤水分等是其中較為重要的幾個。環(huán)境控制就是根據(jù)外界環(huán)境的溫度、濕度、二氧化碳含量、光照等，運(yùn)用一定的工程措施來改善不適合

27、作物生長的環(huán)境條件，創(chuàng)造出最適合作物生長的微氣候條件。完整的環(huán)境控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最簡單的控制系統(tǒng)由單控制器+單傳感器+執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。因此，傳感器的合理利用對智能溫室起著決定性作用。</p><p>　　1.2 本課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　溫室作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的一個方面,其環(huán)境檢測與控制系統(tǒng)利用自動化、機(jī)械化和微電子智能化高新技術(shù),使溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、水

28、分、營養(yǎng)和CO2濃度等環(huán)境參數(shù)自動調(diào)控到作物生長所需的最佳狀態(tài)值,實現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)高度自動化和機(jī)械化。由于系統(tǒng)中需要處理不同類型和性質(zhì)的對象,所以信息獲取手段是最關(guān)鍵的技術(shù)。而傳感器作為獲取信息環(huán)節(jié),作用至關(guān)重要,其性能指標(biāo)是制約溫室環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)的關(guān)鍵性因素。</p><p>　　本文就我國傳感器在智能溫室控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀、傳感器國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展概況,綜合國內(nèi)外溫室測控技術(shù) ，分析了傳感器在智能溫室中的應(yīng)用。

29、列舉了幾種作物生長發(fā)育與環(huán)境的主要參數(shù)（溫度、濕度、光照、CO2濃度）。其中,主要從作物生長發(fā)育與主要環(huán)境參數(shù)（溫度、濕度、光照、CO2濃度、土壤、水分等環(huán)境因子）間的密切關(guān)聯(lián)分析，進(jìn)而列舉出溫度、濕度、光照、CO2濃度等主要傳感器在智能溫室中的應(yīng)用。就傳感器及生產(chǎn)實際操作中存在的問題，提出解決方法，并就傳感器在智能溫室中的應(yīng)用進(jìn)行展望。</p><p>　　第二章 我國傳感器在智能溫室控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀</

30、p><p>　　2.1 國內(nèi)外溫室控制技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　溫室環(huán)境控制技術(shù)決定現(xiàn)代溫室優(yōu)劣的重要因數(shù)之一，它隨著自動檢測技術(shù)、過程控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。溫室通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將溫室有關(guān)的環(huán)境參數(shù)的數(shù)值(溫度、濕度、光照等)采集到計算機(jī)并按一定的控制規(guī)則驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如天窗、風(fēng)機(jī)、濕簾等)，以達(dá)到人工控制溫室環(huán)境的目的。 </p>&

31、lt;p>　　2.1.1 國外溫室控制技術(shù)發(fā)展</p><p>　　在溫室技術(shù)上，荷蘭、美國、以色列處于國際領(lǐng)先地位。荷蘭是設(shè)施農(nóng)業(yè)最發(fā)達(dá)的國家，從20世紀(jì)80年起就全面開發(fā)溫室自動控制技術(shù)，并研發(fā)了形形色色的控制軟件。至2009年底，荷蘭擁有溫室約為1.47萬hm2，其中使用計算機(jī)進(jìn)行栽培的約占85%。美國針對溫室內(nèi)光照、溫度、濕度等的特點(diǎn)，研發(fā)了計算機(jī)溫室管理系統(tǒng)，利用其對溫室進(jìn)行自動調(diào)控。此外，美國還

32、研發(fā)了全球定位系統(tǒng)、電腦和遙感遙測等高新技術(shù)應(yīng)用于溫室生產(chǎn)。以色列由于其干旱的沙漠氣候，首先對水系統(tǒng)進(jìn)行研究，其應(yīng)用于溫室的節(jié)水灌溉技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。通過安裝傳感器安裝于作物附近用來檢測水、肥的狀況，利用中心計算機(jī)對田間的控制器進(jìn)行遙控灌溉和施肥，使水肥的利用率達(dá)到80%-90%。.</p><p>　　2.1.2國內(nèi)溫室控制技術(shù)發(fā)展</p><p>　　我國對溫室技術(shù)的研究開始于

33、20世紀(jì)70年代起，研究人員吸收國外的先進(jìn)技術(shù)并與我國國情相結(jié)合，對溫室控制技術(shù)不斷地創(chuàng)新。80年起，計算機(jī)就開始應(yīng)用于我國溫室控制領(lǐng)域。90年代初期，溫室控制與管理系統(tǒng)在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)氣象研究所和蔬菜花卉研究所被研發(fā)，并研發(fā)了其控制軟件。90年代中期，江蘇理工大學(xué)毛罕平等研制開發(fā)了溫室軟硬件控制系統(tǒng)，能對溫室內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境因子進(jìn)行自動調(diào)控，是國內(nèi)溫室控制系統(tǒng)的經(jīng)典之作。“九五”期間，為了提高計算機(jī)在溫室中應(yīng)用的利用率，國家科技

34、攻關(guān)項目和國家自然科學(xué)基金的增設(shè)了實施農(nóng)業(yè)研究項目，其中“智能型連棟塑料溫室結(jié)構(gòu)及調(diào)控設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計及實施”的專題直接在國家重大科技產(chǎn)業(yè)工程“工廠化高效農(nóng)業(yè)示范工程”中被設(shè)置?！笆濉逼陂g，我國啟動了“溫室環(huán)境智能控制關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)”課題。此外，國家“863”計劃包含溫室自動控制系統(tǒng)，信息采集系統(tǒng)等。</p><p>　　我國溫室控制技術(shù)雖然發(fā)展歷史悠久，并也創(chuàng)造出很多科技成果，但由于我國國土遼闊，地區(qū)貧富差

35、異不均，導(dǎo)致大部分溫室仍然靠人工手動管理。這不僅使在生產(chǎn)中誤差量較大，而且產(chǎn)出率低，影響經(jīng)濟(jì)效應(yīng)?？梢姲l(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)是提高我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，大力發(fā)展溫室控制技術(shù)是提高設(shè)施農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵之一。</p><p>　　2.1.3溫室環(huán)境測控技術(shù)的發(fā)展趨勢</p><p>　　“工業(yè)—科技一信息”是當(dāng)今世界先進(jìn)工業(yè)國家的轉(zhuǎn)變趨勢?，F(xiàn)代溫室自動化發(fā)展的目標(biāo)是“以高新技術(shù)為核心，以信息電子化為手段，提高工

36、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品附加值”。當(dāng)今溫室應(yīng)用的自動化控制系統(tǒng)正向著分布式、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、無線通訊化的方向發(fā)展。</p><p><b>　　(1)分布式</b></p><p>　　分布式系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)之上的軟件系統(tǒng)。正是因為軟件的特性，所以分布式系統(tǒng)具有高度的內(nèi)聚性和透明性。因此，網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)之間的區(qū)別更多的在于高層軟件(特別是操作系統(tǒng))，而不是硬件。考慮到國內(nèi)經(jīng)濟(jì)承受能

37、力、對可靠性的要求以及具體的使用環(huán)境(溫室環(huán)境電氣干擾較小)，在溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中，各個溫室的控制功能一般由ARM(子處理器)完成。分布式控制方式具有高可靠性、開放性、靈活性、易于維護(hù)、協(xié)調(diào)性、控制功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，因此它將在現(xiàn)在和以后很長一個時期廣泛應(yīng)用于溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中。</p><p><b>　　(2)網(wǎng)絡(luò)化</b></p><p>　　網(wǎng)絡(luò)化是指將原來的散落

38、的工作狀態(tài)，落后的單機(jī)技術(shù)，通過聯(lián)網(wǎng)，斷口通信等技術(shù)改良，成為具有高效能傳輸，高資源共享，高技術(shù)支持的新的技術(shù)和設(shè)備狀態(tài)。它是90年代最具活力、發(fā)展速度最快的高新技術(shù)。把網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，能及時解決農(nóng)業(yè)發(fā)展中的技術(shù)問題。隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化程度的不斷提高，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)會在溫室控制與管理中得到廣泛的應(yīng)用。從微觀上看，現(xiàn)有的總線技術(shù)及串口通訊技術(shù)可以被網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所代替。從宏觀上看，隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，地區(qū)之間甚至跨國之間可以通過

39、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或診斷。我國幅員遼闊氣候復(fù)雜，種植模式多樣，利用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行在線服務(wù)具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p><b>　　(3)智能化</b></p><p>　　智能化農(nóng)業(yè)即利用智能化家業(yè)信息技術(shù)來指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。以農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)為代表，它是一種擁有高層次、多方面農(nóng)業(yè)專家知識、并能模仿人類的推理過程，在計算機(jī)上以形象、直觀的方式向使用者提供各種

40、農(nóng)業(yè)問題決策咨詢服務(wù)的實用軟件系統(tǒng)。智能化溫室是基于農(nóng)業(yè)科技與計算機(jī)自動控制技術(shù)于一體的新型農(nóng)業(yè)，它是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的物質(zhì)基礎(chǔ)。栽培者通過使用計算機(jī)管理系統(tǒng)對溫室內(nèi)溫濕度等環(huán)境因子進(jìn)行自動檢測，并實時存儲，同時通過控制算法對環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)節(jié)，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為作物生長創(chuàng)造一個良好的生長環(huán)境。目前PID控制，模糊控制等人工智能技術(shù)在溫室控制中得到重視并逐步發(fā)展。</p><p><b>　　(4)無

41、線通訊技術(shù)</b></p><p>　　隨著溫室技術(shù)的不斷發(fā)展，溫室面積逐漸擴(kuò)大，且溫室作物對溫室環(huán)境要求越來越高。所以在容積大的溫室系統(tǒng)中，各測控點(diǎn)分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn)，因此鋪設(shè)電纜難度大，布線困難。采用無線通訊技術(shù)在溫室控制系統(tǒng)中運(yùn)用有著非常現(xiàn)實的意義。傳感器之間通過無線傳輸協(xié)議，不但提高了溫室作物的測量精度，而且布線少，方便，美觀。目前在各種無線通訊技術(shù)中，GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆?/p>

42、式不同，是以封包(Packet)式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。短距離無線通信中，基于Zigbee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，也開始受到廣泛的關(guān)注。</p><p>　　2.2 傳感器的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢</p><p>　　1 微型化（Micro）</p><p>　　為了能夠與信息時代信息量激增、要求捕獲和處理

43、信息的能力日益增強(qiáng)的技術(shù)發(fā)展趨勢保持一致，對于傳感器性能指標(biāo)（包括精確性、可靠性、靈敏性等）的要求越來越嚴(yán)格；與此同時，傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程，因此還要求傳感器必須配有標(biāo)準(zhǔn)的輸出模式；而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代；后者主要由硅材料構(gòu)成，具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　就當(dāng)前技術(shù)發(fā)展

44、現(xiàn)狀來看，微型傳感器已經(jīng)對大量不同應(yīng)用領(lǐng)域，如航空、遠(yuǎn)距離探測、醫(yī)療及工業(yè)自動化等領(lǐng)域的信號探測系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響；目前開發(fā)并進(jìn)入實用階段的微型傳感器已可以用來測量各種物理量、化學(xué)量和生物量，如位移、速度/加速度、壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、聲、光、電、磁、熱、PH值、離子濃度及生物分子濃度等。</p><p>　　2 智能化（Smart）</p><p>　　智能化傳感器（Smart Sensor

45、）是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及多種學(xué)科的新型傳感器系統(tǒng)。此類傳感器系統(tǒng)一經(jīng)問世即刻受到科研界的普遍重視，尤其在探測器應(yīng)用領(lǐng)域，如分布式實時探測、網(wǎng)絡(luò)探測和多信號探測方面一直頗受歡迎，產(chǎn)生的影響較大。</p><p>　　目前，智能化傳感器技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展時期，具有代表意義的典型產(chǎn)品是美國霍尼韋爾公司的ST-3000系列智能變送器和德國斯特曼公司的二維加速度傳感器，以及另外一些含有微處理器（MCU）的單

46、片集成壓力傳感器、具有多維檢測能力的智能傳感器和固體圖像傳感器（SSIS）等。與此同時，基于模糊理論的新型智能傳感器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能化傳感器系統(tǒng)的研究和發(fā)展中的重要作用也日益受到了相關(guān)研究人員的極大重視。</p><p>　　需要特別指出的一點(diǎn)是：目前的智能化傳感器系統(tǒng)本身盡管全都是數(shù)字式的，但其通信協(xié)議卻仍需借助于4~20 mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號來實現(xiàn)。一些國際性標(biāo)準(zhǔn)化研究機(jī)構(gòu)目前正在積極研究推出相關(guān)的通用現(xiàn)場

47、總線數(shù)字信號傳輸標(biāo)準(zhǔn)；不過，在眼下過渡階段仍大多采用遠(yuǎn)距離總線尋址傳感器（HART）協(xié)議，即Highway Addressable Remote Transducer。這是一種適用于智能化傳感器的通信協(xié)議，與目前使用4～20mA模擬信號的系統(tǒng)完全兼容，模擬信號和數(shù)字信號可以同時進(jìn)行通信，從而使不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品具有通用性。</p><p>　　目前，智能化傳感器多用于壓力、力、振動沖擊加速度、流量、溫濕度的測量，

48、如美國霍尼韋爾公司的ST3000系列全智能變送器和德國斯特曼公司的二維加速度傳感器就屬于這一類傳感器。另外，智能化傳感器在空間技術(shù)研究領(lǐng)域亦有比較成功的應(yīng)用實例。</p><p>　　在今后的發(fā)展中，智能化傳感器無疑將會進(jìn)一步擴(kuò)展到化學(xué)、電磁、光學(xué)和核物理等研究領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見，新興的智能化傳感器將會在關(guān)系到全人類國民生的各個領(lǐng)域發(fā)揮越來越大作用。</p><p>　　3 多功能傳感器（Mu

49、ltifunction）</p><p>　　如前所述，通常情況下一個傳感器只能用來探測一種物理量，但在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，為了能夠完美而準(zhǔn)確地反映客觀事物和環(huán)境，往往需要同時測量大量的物理量。由若干種敏感元件組成的多功能傳感器則是一種體積小巧而多種功能兼?zhèn)涞男乱淮綔y系統(tǒng)，它可以借助于敏感元件中不同的物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)物質(zhì)及其各不相同的表征方式，用單獨(dú)一個傳感器系統(tǒng)來同時實現(xiàn)多種傳感器的功能。隨著傳感器技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的

50、飛速發(fā)展，目前已經(jīng)可以生產(chǎn)出來將若干種敏感元件綜裝在同一種材料或單獨(dú)一塊芯片上的一體化多功能傳感器。</p><p>　　多功能傳感器無疑是當(dāng)前傳感器技術(shù)發(fā)展中一個全新的研究方向，日前有許多學(xué)者正在積極從事于該領(lǐng)域的研究工作。如將某些類型的傳感器進(jìn)行適當(dāng)組合而使之成為新的傳感器，如用來測量流體壓力和互異壓力的組合傳感器。又如，為了能夠以較高的靈敏度和較小的粒度同時探測多種信號，微型數(shù)字式三端口傳感器可以同時采用熱

51、敏元件、光敏元件和磁敏元件；這種組配方式的傳感器不但能夠輸出模擬信號，而且還能夠輸出頻率信號和數(shù)字信號。</p><p>　　從目前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，最熱門的研究領(lǐng)域也許是各種類型的仿生傳感器了，而且在感觸、刺激以及視聽辨別等方面已有最新研究成果問世。從實用的角度考慮，多功能傳感器中應(yīng)用較多的是各種類型的多功能觸覺傳感器，譬如人造皮膚觸覺傳感器就是其中之一，這種傳感器系統(tǒng)由PVDF材料、無觸點(diǎn)皮膚敏感系統(tǒng)以及具有壓

52、力敏感傳導(dǎo)功能的橡膠觸覺傳感器等組成。據(jù)悉，美國MERRITT公司研制開發(fā)的無觸點(diǎn)皮膚敏感系統(tǒng)獲得了較大的成功，其無觸點(diǎn)超聲波傳感器、紅外輻射引導(dǎo)傳感器、薄膜式電容傳感器、以及溫度、氣體傳感器等在美國本土應(yīng)用甚廣。</p><p>　　4 無線網(wǎng)絡(luò)化（wireless networked）</p><p>　　無線網(wǎng)絡(luò)對我們來說并不陌生，比如手機(jī)，無線上網(wǎng)，電視機(jī)。傳感器對我們來說也不陌生

53、，比如溫度傳感器、壓力傳感器，還有比較新穎的氣味傳感器。但是，把二者結(jié)合在起來，提出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks）這個概念，卻是近幾年才發(fā)生的事情。 </p><p>　　這個網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分就是一個個可愛的傳感器節(jié)點(diǎn)。說它們可愛，是因為它們的體積都非常小巧。這些節(jié)點(diǎn)可以感受溫度的高低、濕度的變化、壓力的增減、噪聲的升降。更讓人感興趣的是，每一個節(jié)點(diǎn)都是一個可以進(jìn)行快速運(yùn)算的

54、微型計算機(jī)，它們將傳感器收集到的信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號，進(jìn)行編碼，然后通過節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間自行建立的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給具有更大處理能力的服務(wù)器</p><p>　　傳感器網(wǎng)絡(luò)有著巨大的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是將對21 世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。已有和潛在的傳感器應(yīng)用領(lǐng)域包括：軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療、建筑物監(jiān)測等等。隨著傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、計算技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，各種傳感器網(wǎng)絡(luò)將遍布我們生活環(huán)境，從而真正實現(xiàn)“無處

55、不在的計算”。以下簡要介紹傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些應(yīng)用。</p><p><b>　　(1)軍事應(yīng)用</b></p><p>　　傳感器網(wǎng)絡(luò)研究最早起源于軍事領(lǐng)域，實驗系統(tǒng)有海洋聲納監(jiān)測的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)，也有監(jiān)測地面物體的小型傳感器網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)代傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，通過飛機(jī)撒播、特種炮彈發(fā)射等手段，可以將大量便宜的傳感器密集地撒布于人員不便于到達(dá)的觀察區(qū)域如敵方陣地內(nèi)，收集到有用

56、的微觀數(shù)據(jù)；在一部分傳感器因為遭破壞等原因失效時，傳感器網(wǎng)絡(luò)作為整傳感器網(wǎng)絡(luò)體仍能完成觀察任務(wù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的上述特點(diǎn)使得它具有重大軍事價值，可以應(yīng)用于如下一些場景中：</p><p>　　監(jiān)測人員、裝備等情況以及單兵系統(tǒng)：通過在人員、裝備上附帶各種傳感器，可以讓各級指揮員比較準(zhǔn)確、及時地掌握己方的保存狀態(tài)。通過在敵方陣地部署各種傳感器，可以了解敵方武器部署情況，為己方確定進(jìn)攻目標(biāo)和進(jìn)攻路線提供依據(jù)。</p&

57、gt;<p>　　監(jiān)測敵軍進(jìn)攻：在敵軍駐地和可能的進(jìn)攻路線上部署大量傳感器，從而及時發(fā)現(xiàn)敵軍的進(jìn)攻行動、爭取寶貴的應(yīng)對時間。并可根據(jù)戰(zhàn)況快速調(diào)整和部署新的傳感器網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　評估戰(zhàn)果：在進(jìn)攻前后，在攻擊目標(biāo)附近部署傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而收集目標(biāo)被破壞程度的數(shù)據(jù)。</p><p>　　核能、生物、化學(xué)攻擊的偵察：借助于傳感器網(wǎng)絡(luò)可以及早發(fā)現(xiàn)己方陣地上的生、化污染，提供快

58、速反應(yīng)時間從而減少損失。不派人員就可以獲取一些核、生、化爆炸現(xiàn)場的詳細(xì)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　(2)環(huán)境應(yīng)用</b></p><p>　　應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測的傳感器網(wǎng)絡(luò)，一般具有部署簡單、便宜、長期不需更換電池、無需派人現(xiàn)場維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。通過密集的節(jié)點(diǎn)布置，可以觀察到微觀的環(huán)境因素，為環(huán)境研究和環(huán)境監(jiān)測提供了嶄新的途徑傳感器網(wǎng)絡(luò)研究在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域已經(jīng)有很多的實例

59、。這些應(yīng)用實例包括：對海島鳥類生活規(guī)律的觀測；氣象現(xiàn)象的觀測和天氣預(yù)報；森林火警；生物群落的微觀觀測等</p><p>　　洪災(zāi)的預(yù)警：通過在水壩、山區(qū)中關(guān)鍵地點(diǎn)合理地布置一些水壓、土壤濕度等傳感器，可以在洪災(zāi)到來之前發(fā)布預(yù)警信息，從而及時排除險情或者減少損失。</p><p>　　農(nóng)田管理：通過在農(nóng)田部署一定密度的空氣溫度、土壤濕度、土壤肥料含量、光照強(qiáng)度、風(fēng)速等傳感器，可以更好地對農(nóng)田

60、管理微觀調(diào)控，促進(jìn)農(nóng)作物生長。</p><p><b>　　(3)家庭應(yīng)用</b></p><p>　　建筑及城市管理各種無線傳感器可以靈活方便地布置于建筑物內(nèi)，獲取室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，從而為居室環(huán)境控制和危險報警提供依據(jù)。</p><p>　　智能家居：通過布置于房間內(nèi)的溫度、濕度、光照、空氣成分等無線傳感器，感知居室不同部分的微觀狀況，從而對空調(diào)

61、、門窗以及其他家電進(jìn)行自動控制，提供給人們智能、舒適的居住環(huán)境。</p><p>　　建筑安全：通過布置于建筑物內(nèi)的圖像、聲音、氣體檢測、溫度、壓力、輻射等傳感器，發(fā)現(xiàn)異常事件及時報警，自動啟動應(yīng)急措施。</p><p>　　智能交通：通過布置于道路上的速度、識別傳感器，監(jiān)測交通流量等信息，為出行者提供信息服務(wù)，發(fā)現(xiàn)違章能及時報警和記錄。反恐和公共安全通過特殊用途的傳感器，特別是生物化學(xué)傳

62、感器監(jiān)測有害物、危險物的信息，最大限度地減少其對人民群眾生命安全造成的傷害。</p><p>　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新興的通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用可以涉及到人類生活和社會活動的所有領(lǐng)域。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是未來的一個無孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡(luò)，需要各種技術(shù)支撐。目前，成熟的通信技術(shù)都可能經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，形成新的市場增長點(diǎn)，創(chuàng)造無線通信的新天地。</p><p&g

63、t;　　2.3 傳感器在智能溫室控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　2.3.1國外智能溫室的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　將計算機(jī)技術(shù)用于溫室控制始于20世紀(jì)60年代，到80年代中期，用于溫室中的計算機(jī)在日本已有1000多臺，荷蘭5000多臺。目前，荷蘭、以色列、美國等發(fā)達(dá)國家可以根據(jù)溫室作物的要求和特點(diǎn)，對溫室內(nèi)光照、溫度、水、氣、肥等諸多因子進(jìn)行自動調(diào)控，美國和荷蘭還利用溫室管理技術(shù)

64、，實現(xiàn)對花卉、果蔬等產(chǎn)品的開花和成熟期進(jìn)行控制，以滿足生產(chǎn)和市場的需要。日本和荷蘭還研究了一系列用于植物組織增殖、嫁接、育苗、采收等的機(jī)器人，大大提高了勞動效率。另外，奧地利、美國、日本等國家目前建造了世界上最為先進(jìn)的植物工廠，采取完全封閉生產(chǎn)、人工補(bǔ)充光照，全部采用電腦控制和采用機(jī)器人或機(jī)械手進(jìn)行播種、移動作業(yè)、采收等。以色列溫室環(huán)境控制系統(tǒng)是現(xiàn)階段國際比較典型的代表性產(chǎn)品，具有很強(qiáng)的實用性，可以根據(jù)控制對象的特點(diǎn)選用不同類型的控制器

65、及外圍設(shè)備，充分實現(xiàn)現(xiàn)代化溫室內(nèi)部的環(huán)境需求。具體特點(diǎn)包括:具有一個綜合性的、實用靈活的、有許多控制應(yīng)用程序構(gòu)成的軟件包;可監(jiān)測溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、光照、CO2、雨量等數(shù)據(jù);主控機(jī)與控制網(wǎng)絡(luò)之間的通信可以通過電纜、無線或移動電話等方式進(jìn)行;軟件基于Windows平臺，以圖表形式實現(xiàn)實時監(jiān)</p><p>　　2.3.2國內(nèi)智能溫室的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　在我國將計算機(jī)應(yīng)用于溫室

66、控制開始于20世紀(jì)70年代中期，自70年代末起，我國陸續(xù)從以色列、美國、日本、荷蘭等國引進(jìn)了許多先進(jìn)的現(xiàn)代化溫室，在吸收國外發(fā)達(dá)國家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國科研工作人員進(jìn)行了溫室內(nèi)部溫度、濕度、光照、CO2濃度等環(huán)境因子控制技術(shù)的綜合研究。到了90年代初期，計算機(jī)開始用于溫室的管理和控制領(lǐng)域，國內(nèi)自主開展了一些研究并取得了一定的成果。目前國內(nèi)單因子監(jiān)測控制較多，控制主要采用傳統(tǒng)的一些方法(如常規(guī)的PID調(diào)節(jié))，精度和穩(wěn)定性方面與

67、國外還有一定差距?？刂葡到y(tǒng)大多是以單片機(jī)控制為主的現(xiàn)場控制，一些上位機(jī)對溫室的管理只限于存儲歷史數(shù)據(jù)，不能對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集與處理。</p><p>　　2.3.3智能溫室的發(fā)展趨勢</p><p>　　近年來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊理論等人工智能方法在國外溫室環(huán)境控制技術(shù)中得到重視并逐步發(fā)展，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用較廣。另外，采用多個環(huán)境因子綜合考慮的多因子控制方式替代現(xiàn)行的單個環(huán)境因子

68、分別考慮的單因子控制方式也是研究的一個重要方向。目前在溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中，分布式系統(tǒng)是主要發(fā)展方向，系統(tǒng)中不存在一個控制中心，主要控制功能由各分布的子處理器完成。各個溫室的控制功能一般由單片機(jī)(子處理器)完成，PC機(jī)作為主處理器，僅實現(xiàn)輔助功能，脫離主處理器，整個控制系統(tǒng)仍可工作。分布式控制方式具有價格低、控制靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，將在以后很長一個時期內(nèi)廣泛應(yīng)用于溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，可以通過Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程控

69、制或診斷，在辦公室通過網(wǎng)絡(luò)對溫室設(shè)備進(jìn)行操作，達(dá)到減輕生產(chǎn)人員勞動強(qiáng)度、提高設(shè)備利用效率、改善溫室氣候的目的，具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　第三章 作物生長發(fā)育與環(huán)境參數(shù)</p><p>　　作物的生長發(fā)育及產(chǎn)品器官的形成，一方面取決于作物本身的遺傳特性，另一方面取決于外界環(huán)境條件。在生產(chǎn)上，要通過育種技術(shù)來獲得具有新的遺傳性狀的新品種，同時，也要通過優(yōu)良的栽培技術(shù)及適宜的環(huán)境

70、條件來控制生長和發(fā)育。影響作物生長發(fā)育的主要環(huán)境條件包括：溫度(空氣溫度及土壤溫度)，光照(光的組成，光強(qiáng)度和光周期)，水分(空氣濕度和土壤濕度)，土壤(土壤肥力，化學(xué)組成，物理性質(zhì)及土壤溶液的反應(yīng))，空氣(大氣及土壤中空氣的特性，CO2的含量，有毒氣體的含量)，生物條件(土壤微生物，雜草及病蟲害)等。所有這些條件之間是相互作用、相互聯(lián)系、相互禍合的，作物的生長發(fā)育是這些條件綜合作用的結(jié)果。下面就這些參數(shù)對溫室環(huán)境的影響進(jìn)行一定的說明.

71、</p><p><b>　　3.1 溫度</b></p><p>　　植物在生命周期中的一切生物化學(xué)作用，都必須在一定的溫度條件下進(jìn)行，溫度在空間上隨著緯度和海拔的升高而降低，在時間上隨四季及晝夜而周期性變化，因此影響作物生長發(fā)育的環(huán)境條件中，以溫度最為敏感，也最為重要.作物的種類不同對溫度的要求有所不同，作物的不同發(fā)育期對溫度亦有不同的要求，而且在同一發(fā)育期間內(nèi)對

72、溫度的要求也會隨著晝夜變化而周期性地發(fā)生變化。此外溫室內(nèi)的氣溫主要受太陽輻射強(qiáng)度的影響，且其變化趨勢滯后于太陽輻射強(qiáng)度的變化約1 ~2h:室外氣溫的變化對室內(nèi)氣溫也有一定影響，但陰天日出后的室外氣溫保持基本不變，而室內(nèi)氣溫卻能穩(wěn)定上升。在溫室環(huán)境的自動控制系統(tǒng)中應(yīng)該考慮到溫室的這種變化情況。</p><p><b>　　3.2 濕度</b></p><p>　　溫室內(nèi)

73、作物對水分的要求也就是對空氣濕度和土壤濕度的要求。根據(jù)1996年和1997年7~8月的溫濕度記載，除了陰雨天以外，室內(nèi)午后過低的空氣濕度會導(dǎo)致作物發(fā)生光合作用的午休現(xiàn)象.空氣相對濕度的大小直接影響到植物的光合作用，因為光合作用強(qiáng)，需要更多的水分。土壤濕度對植物的影響也很大，如果溫室中排水不良，或者灌水不當(dāng)，土壤滲水性不好，造成土壤水分過剩，濕度過高，使土壤中的氧氣減少，植物根部呼吸困難，從而危害作物的生長發(fā)育。但是，當(dāng)土壤含水量逐漸減少

74、時，植物根部呼吸的水分減少，從而影響植物的水分代謝，阻滯植物的生長或者使植物出現(xiàn)嚴(yán)重的萎蔫。所以不同的植物對濕度的要求不同，即使是同一植物在不同發(fā)育期的不同階段對濕度的要求也不同。因此在溫室中應(yīng)該考慮到濕度的管理問題。</p><p>　　溫室中的濕度管理指的是對溫室中的空氣濕度和土壤濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)以滿足作物生長的要求。空氣濕度用空氣的相對濕度而不用絕對濕度來表示，因為相對濕度更能反應(yīng)事實。溫室中空氣濕度的管理包括

75、增濕和除濕，當(dāng)白天濕度太低時，作物會發(fā)生光合作用午休現(xiàn)象，這時就需要向溫室增加濕度;當(dāng)濕度較高的情況下，可能會誘發(fā)一些病蟲害。土壤濕度的管理就是把灌溉系統(tǒng)包括滲灌、滴灌、微灌等應(yīng)用到溫室中來，傳統(tǒng)的灌溉方法既浪費(fèi)水資源(特別在干旱地區(qū)就大大增加溫室作物的成本，這是不必要的)，又容易使土塊板結(jié)，提高室內(nèi)濕度。在溫室中應(yīng)用滲灌灌水均勻，能提高地溫，保持土壤疏松，降低室內(nèi)濕度，減輕病害發(fā)生，生育期提前。</p><p>

76、;<b>　　3.3 光照</b></p><p>　　光照是作物生長發(fā)育的關(guān)鍵條件之一。沒有光照，就談不上植物的生長，光照不足，勢必影響植物的生長發(fā)育。但在溫室生長上，我們對于光的作用，往往沒有象對溫度、水分等那樣注意，因為溫度的高低，水分的多少，會在很短的時間內(nèi)，影響到植物的生長發(fā)育，只要幾個小時的冰凍或干旱，就會凍死或干死。而光的影響沒有這樣明顯，一時的缺光，還不致于死亡。但光的強(qiáng)度、

77、光的組成、以及光照時間長短，對其生長發(fā)育，都很重要。</p><p>　　光照的強(qiáng)度直接影響到光合作用的強(qiáng)度。作物生長發(fā)育所需的光照在一定的范圍內(nèi)，過高或過低對作物都有害，因此必須對溫室中光照進(jìn)行管理。夏天，中午前后光照強(qiáng)度大，室外空曠地可達(dá)8~10萬lx，室內(nèi)也有5~8萬lx，超過了一般葉菜類作物的光飽和點(diǎn)。強(qiáng)光照射不僅使溫度提高，濕度過低，造成植株凈光合積累少，對三葉芹等需光較低的作物還可造成因灼燒和呼吸消耗

78、過高而黃化死亡。而啟動遮陽網(wǎng)，可以使光照度下降到3萬lx左右，遮光效果約15%，這一光強(qiáng)度對蔬菜作物是合適的。在室內(nèi)光照強(qiáng)度低于30001x時采用人工補(bǔ)光。人們在選擇人工光源時，一般根據(jù)光源的光譜性能、發(fā)光效率、壽命和價格等方面來考慮。溫室常用的人工光源有白熾燈、鹵鎢燈、高壓水銀熒光燈、高壓鈉燈、摘燈、金屬鹵化物燈等。</p><p><b>　　3.4 CO2濃度</b></p>

79、;<p>　　CO2是作物進(jìn)行光合作用的主要原料，蔬菜作物的產(chǎn)量90%~95%靠光合作用制造。在露天大田生產(chǎn)條件下，空氣中的CO2濃度為300ppm即0. 03%，一般能滿足光合作用的需要，但是在密閉的溫室中栽培蔬菜卻常顯得嚴(yán)重不足，如二氧化碳不足，盡管光照好，水肥足，植物仍不能進(jìn)行旺盛的光合作用，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)積累少，作物生長衰弱，難以早熟高產(chǎn)。CO2施肥在國外己由試驗發(fā)展到實際應(yīng)用階段。因此，人工補(bǔ)充CO2己成為發(fā)展高產(chǎn)、

80、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)的重要措施之一，這也就涉及到溫室中的CO2管理問題。</p><p>　　溫室內(nèi)二氧化碳的管理就是掌握好濃度。如若濃度過低，達(dá)不到增產(chǎn)的目的；濃度過高，又可能對作物造成危害，出現(xiàn)葉片周邊焦邊，甚至死亡等。應(yīng)根據(jù)不同的作物和不同的生長發(fā)育時期以及天氣條件等來調(diào)整二氧化碳的施放濃度。為了最大限度的提高二氧化碳的施肥效果，施放二氧化碳時，必須控制在溫度、濕度、光照度滿足之后進(jìn)行。</p>&

81、lt;p>　　第四章 溫室設(shè)置（降溫、通風(fēng)、采暖、排水等）</p><p>　　溫室設(shè)置有外遮陽系統(tǒng)；內(nèi)遮陽系統(tǒng)；風(fēng)機(jī)-濕簾降溫系統(tǒng)；側(cè)部開窗系統(tǒng)；頂部電通風(fēng)系統(tǒng)；噴淋系統(tǒng)、移動苗床系統(tǒng)；采暖系統(tǒng)；電控系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)；防滴露系統(tǒng)；環(huán)流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等。</p><p>　　1 溫室外遮陽降溫系統(tǒng)</p><p>　　外遮陽端立柱與端橫梁均采用100×5

82、0×3.0mm方管，中間立柱與橫梁采用50×50×2.0mm方管，遮陽幕布采用溫室專用外用遮陽幕（黑網(wǎng)），遮陽率75%。系統(tǒng)驅(qū)動采用齒輪齒條驅(qū)動系統(tǒng)。溫室遮蔭系統(tǒng)啟閉采用自動/手動控制模式，沿溫室開間方向啟閉；采用統(tǒng)一控制驅(qū)動系統(tǒng)。溫室電控柜上裝有手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，與計算機(jī)自動控制系統(tǒng)連接。</p><p><b>　　2 溫室內(nèi)遮陽系統(tǒng)</b></p&

83、gt;<p>　　采用溫室專用內(nèi)用鋁箔遮蔭保溫幕,遮陽率65%。系統(tǒng)驅(qū)動采用齒輪齒條驅(qū)動系統(tǒng)。溫室遮蔭系統(tǒng)啟閉采用自動/手動控制模式，沿溫室開間方向啟閉；每個操作分區(qū)均為單獨(dú)控制。通道內(nèi)部不布置。溫室電控柜上裝有手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，與計算機(jī)自動控制系統(tǒng)連接。</p><p>　　3風(fēng)機(jī)-濕簾降溫系統(tǒng)</p><p>　　濕簾采用鋁合金框架，濕簾高度適宜，共設(shè)置4套供水系統(tǒng)，即

84、每個分區(qū)1套，均為單獨(dú)控制，并可與計算機(jī)自動控制系統(tǒng)連接。</p><p>　　采用軸流節(jié)能風(fēng)機(jī)，每跨設(shè)置兩臺，采用手動/自動啟閉，可與計算機(jī)自動控制系統(tǒng)連接。</p><p>　　濕簾安裝在溫室通道的南側(cè)，天溝下部，濕簾外采用防蟲網(wǎng)密封，風(fēng)機(jī)安裝在溫室南側(cè)，在通道的北側(cè)，即溫室的北側(cè)部，對應(yīng)濕簾設(shè)置電動窗系統(tǒng)，電動窗啟動方式，采用手動/自動啟閉，與計算機(jī)自動控制系統(tǒng)連接。</p&g

85、t;<p><b>　　4 組合降溫系統(tǒng)</b></p><p>　　在我國亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季常遇高溫高濕，降溫難度大，采用單一的降溫方式難以滿足所有氣候條件的降溫要求。組合降溫是目前最好的解決措施，該系統(tǒng)由降溫膜、外遮陽、自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)、濕簾風(fēng)機(jī)和地下水管道循環(huán)等多種方式組合降溫系統(tǒng)組合流程圖如1所示。</p><p>　　降溫系統(tǒng)有多種組合的

86、工作方式，呈現(xiàn)較復(fù)雜的多態(tài)性，每種工作狀況都有自身適合的氣候條件與范圍，它受外界溫度、濕度、輻照量和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性等因素影響。外部氣候不穩(wěn)定性的變化，需要系統(tǒng)這種多態(tài)性的工作方式去相協(xié)和。組合方式的選擇與判斷，一般根據(jù)確立的準(zhǔn)則和代表性的數(shù)據(jù)，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并用遺傳算法優(yōu)化建立映射關(guān)系，建立完善的判斷模型。級差排序則在校驗過程中為可能出現(xiàn)的偏差進(jìn)行模式調(diào)整時提供最接近的組合方案。地下水管道循環(huán)降溫是利用移動苗床、熱水加溫系統(tǒng)或部分結(jié)構(gòu)

87、骨架等構(gòu)成的管道系統(tǒng)實現(xiàn)的，設(shè)施成本低。在南方地區(qū)氣候高溫高濕，地下潛水也比較豐富，在地下10m處的水溫一般高于年平均氣溫2℃左右，利用這種區(qū)域特點(diǎn)，低溫的</p><p>　　地下潛水用作管道的循環(huán)降溫，降溫后尾水再作其它有序利用。但地下水降溫也存在需水量大、降溫效率低的不足，較適合在系統(tǒng)中用作由極端炎熱等氣候下的輔助降溫手段。</p><p>　　5 溫室側(cè)部開窗系統(tǒng)</p>

88、;<p>　　采用分區(qū)獨(dú)立控制，窗戶大小為2.0m長×1.0m，寬每跨設(shè)置12個；共為該溫室設(shè)置5套驅(qū)動系統(tǒng)，均采用手動/自動啟閉，與計算機(jī)自動控制系統(tǒng)連接。</p><p><b>　　6 混合式通風(fēng)系統(tǒng)</b></p><p>　　溫室通風(fēng)是調(diào)和與改善溫室內(nèi)環(huán)境的重要手段。現(xiàn)代溫室多以機(jī)械通風(fēng)為主，其可控性強(qiáng)，通風(fēng)效果可靠，但要消耗一定的能

89、源。自然通風(fēng)正相反，它的通風(fēng)效果受外界氣候的影響性大，但因其節(jié)能且經(jīng)濟(jì)而被廣泛采用。國外的研究也十分關(guān)注加強(qiáng)自然通風(fēng)問題，如近來出現(xiàn)的可收放的全開型屋頂通風(fēng)溫室等。機(jī)械通風(fēng)的溫室雖也有一定的自然通風(fēng)功能，但總體很弱。</p><p>　　而溫室混合式通風(fēng)系統(tǒng)（hybrid ventilation）的技術(shù)方法，屬一種新的節(jié)能型通風(fēng)方式，它通過自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)的相互轉(zhuǎn)換或兩種通風(fēng)模式的共存來實現(xiàn)。溫室具備自然通風(fēng)與

90、機(jī)械通風(fēng)功能。自然通風(fēng)根據(jù)窗體開度劃分為通風(fēng)等級；機(jī)械通風(fēng)根據(jù)風(fēng)機(jī)的數(shù)量，劃分一級強(qiáng)制通風(fēng)與二級強(qiáng)制通風(fēng)?；旌鲜酵L(fēng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)也具有多態(tài)性的特征。在室外氣候適合自然通風(fēng)的情況下，機(jī)械通風(fēng)關(guān)閉；當(dāng)溫室內(nèi)的溫濕度將升高至設(shè)定限度時，自然通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉而機(jī)械通風(fēng)開啟。自然通風(fēng)在密封性保障的條件下，對機(jī)械通風(fēng)基本無干擾。對于亞熱帶季風(fēng)氣候類型，其四季分明，春秋季節(jié)時間長，夏季有持續(xù)的高溫期，有時一天中的氣候變化輻度也很大。混合式通風(fēng)系統(tǒng)通過對

91、兩種模式的響應(yīng)與轉(zhuǎn)換，達(dá)到對氣候的適應(yīng)性。在有利的氣候條件下，利用熱壓和風(fēng)壓產(chǎn)生的自然驅(qū)動力實現(xiàn)通風(fēng)要求；而在不利的氣候條件下，通過機(jī)械負(fù)壓抽風(fēng)實現(xiàn)主動控制性?；旌贤L(fēng)系統(tǒng)是在明確主導(dǎo)風(fēng)向情況下，組織安排溫室空間尺寸，整體協(xié)調(diào)兩種通風(fēng)模式效率的發(fā)揮，通過在溫室端側(cè)部和頂部布置大面積的窗體來實現(xiàn)通風(fēng)功能。其中，部分的自然通風(fēng)窗體可用作機(jī)械通風(fēng)的進(jìn)風(fēng)口。兩種通風(fēng)模式的共存對溫室尺寸范</p><p><b>

92、;　　7 采暖系統(tǒng)</b></p><p>　　采用溫室專用的高頻焊接熱浸鍍鋅鋼制園翼型散熱器，每開間內(nèi)散熱器數(shù)量原則上多于常規(guī)的生產(chǎn)型溫室。要求在冬季最冷時，室內(nèi)最低溫度不低于15℃。</p><p><b>　　8 移動式苗床系統(tǒng)</b></p><p>　　苗床規(guī)格為1.7米寬，15米長，高度為0.8米，每跨布置5架，苗床基礎(chǔ)

93、及室內(nèi)地面需要滿足使用要求，苗床之間通道采用水泥地面，苗床下面鋪設(shè)鵝卵石。</p><p><b>　　9 環(huán)流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　為每跨配備2臺循環(huán)風(fēng)機(jī)（根據(jù)參數(shù)設(shè)計需要匹配型號），共布置10臺，采用手動/自動啟閉，與計算機(jī)自動控制系統(tǒng)連接。</p><p><b>　　10 噴淋系統(tǒng)</b></

94、p><p>　　在各個操作區(qū)域內(nèi)布置好上下水管道，噴淋、澆灌設(shè)施到位，并能夠局部控制。11排水系統(tǒng)</p><p>　　溫室四周外側(cè)采用瓷磚進(jìn)行裝飾，內(nèi)側(cè)采用水泥抹面；在溫室四周設(shè)有混凝土散水，寬度、厚度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，散水外設(shè)置排水溝(加蓋)。</p><p>　　溫室內(nèi)每個分區(qū)至少安裝一套水龍頭，滿足溫室正常用水需要。并安裝水表、電表。</p><

95、p>　　室內(nèi)地面采用水泥混凝土打底，頂部趕光，厚度符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。室內(nèi)設(shè)置排水系統(tǒng)，并與外部排水系統(tǒng)聯(lián)通。</p><p><b>　　12 電動控制系統(tǒng)</b></p><p>　　為每個操作間均配備照明裝置及5孔插座，并滿足足夠負(fù)荷。通道內(nèi)設(shè)置照明裝置，同套內(nèi)和分區(qū)內(nèi)均采用單獨(dú)控制。分區(qū)內(nèi)控制柜除控制溫室內(nèi)所有用電設(shè)備外，還要預(yù)留補(bǔ)光系統(tǒng)接口。通道內(nèi)控制柜，控

96、制外遮陽，北側(cè)墻開窗及室內(nèi)照明等。電纜線布線采用線槽方式；溫室內(nèi)導(dǎo)線均采用防潮型絕緣導(dǎo)線，導(dǎo)線規(guī)格必須滿足符合需要。</p><p>　　13 計算機(jī)智能控制系統(tǒng) </p><p>　　監(jiān)測各個分區(qū)內(nèi)溫、濕度，并根據(jù)需要對溫室開窗通風(fēng)、遮陽、強(qiáng)制降溫等系統(tǒng)進(jìn)行控制。于計算機(jī)控制室內(nèi)設(shè)置電子顯示屏一套（計算機(jī)控制室設(shè)在50米距離內(nèi)的辦公樓里），與計算機(jī)控制系統(tǒng)連接，在A區(qū)內(nèi)設(shè)置視頻系統(tǒng)一套。

97、</p><p>　　計算機(jī)控制系統(tǒng)主要設(shè)備均采用國產(chǎn)設(shè)備，具有以下功能：</p><p>　?。?）實時數(shù)據(jù)測控及數(shù)據(jù)處理：完成溫室內(nèi)、外環(huán)境參數(shù)的測量及對溫室內(nèi)設(shè)備的控制運(yùn)行，在主機(jī)上完成對系統(tǒng)的自動控制操作及數(shù)據(jù)處理。</p><p>　?。?）本地數(shù)據(jù)處理及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示：數(shù)據(jù)采集控制器可完成每個溫室分區(qū)內(nèi)測量數(shù)據(jù)的顯示、記錄、存儲和各項邏輯設(shè)置。并能夠通

98、過通道內(nèi)電子顯示屏實時顯示。</p><p>　　（3）IP地址訪問：可通過任意一臺鏈接到Internet的計算機(jī)，依據(jù)授權(quán)對系統(tǒng)進(jìn)行訪問和數(shù)據(jù)查詢。</p><p>　　系統(tǒng)主要組成設(shè)備：控制中心設(shè)名牌PC主機(jī)，網(wǎng)絡(luò)集線器，打印機(jī)，顯示器各一臺，該中心完成對系統(tǒng)的日常操作和管理、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通訊調(diào)度等功能。</p><p><b>　?。?）室外氣象站

99、</b></p><p>　　功能：完成室外溫濕度、光照、風(fēng)速、風(fēng)向測量及測量結(jié)果顯示。</p><p><b>　　硬件配置</b></p><p>　　傳感器部分：數(shù)字式溫濕度一體化傳感器；數(shù)字式光照強(qiáng)度傳感器；風(fēng)速及風(fēng)向傳感器。上述傳感器戶外均屋頂安裝，傳感器線敷設(shè)至數(shù)據(jù)采集器。</p><p>　　數(shù)

100、據(jù)采集器：配置1臺數(shù)據(jù)采集器，負(fù)責(zé)完成室外傳感器數(shù)據(jù)采集，及本地顯示。</p><p>　　第五章 幾種傳感器的具體應(yīng)用實例</p><p>　　傳感器是溫室自動控制的基礎(chǔ)元器件，承擔(dān)著各環(huán)境因素的檢測并將其轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行控制的任務(wù)。在溫室自動化管理系統(tǒng)中應(yīng)用的傳感器主要有溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、CO2濃度傳感器等。</p><p><b>

101、　　5.1 溫度傳感器</b></p><p>　　其作用是將室內(nèi)溫度的變化量轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)放大器放大，模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，送進(jìn)微機(jī)與設(shè)定值比較，以便發(fā)出控制信號。根據(jù)溫度調(diào)節(jié)的原理不同，控制信號通過控制相應(yīng)的開關(guān)，或控制通風(fēng)換氣設(shè)備，或控制采暖設(shè)備，或控制降溫系統(tǒng)，或控制幕簾系統(tǒng)，對室溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。常用的溫度傳感器有熱敏電阻傳感器（如圖2所示溫度測量、控制用NTC熱敏電阻器）、乙醚水銀傳感器等。&

102、lt;/p><p>　　熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨介質(zhì)溫度改變而改變的特性制成的熱敏元件。溫度升高則電阻值下降，其敏感部分主要由鉆、錳、鎳的金屬氧化物粉末按一定比例燒結(jié)而成，按使用要求可制成片狀、桿狀、球狀、圈狀等。在熱敏部分需加接引線，外面還要用殼體加以保護(hù)。熱敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，體積小，反應(yīng)快，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，它的測溫范圍在-100～+300“C之間。</p><p>　　

103、乙醚水銀傳感器是利用乙醚隨溫度變化具有明顯的熱脹冷縮的特性而進(jìn)行工作的。它由小玻璃瓶、彎玻璃管及一段有刻度的直玻璃管構(gòu)成連通容器，在玻璃瓶的底部裝有乙醚，并充入一定體積的水銀，在玻璃管內(nèi)插入連有導(dǎo)線的鋼細(xì)桿，鋼細(xì)桿的插入長度可以根據(jù)控制溫度值的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)溫度升高時，乙醚熱脹，其體積增大，壓力增加，推動水銀柱上升，到預(yù)定溫度處，水銀和鋼桿接觸，繼電器電路接通，活動觸點(diǎn)被繼電器吸住，與固定觸點(diǎn)分開，斷開采暖設(shè)備的電路，采暖設(shè)備即停止

104、工作，當(dāng)溫度下降時，則相反，這樣就能把溫室內(nèi)的溫度保持在一定值上。</p><p>　　圖2 溫度測量、控制用NTC熱敏電阻器</p><p><b>　　5.2 濕度傳感器</b></p><p>　　濕度傳感器包括空氣濕度傳感器（如圖3所示空氣濕度傳感器）和土壤濕度傳感器（如圖4所示土壤濕度傳感器）兩類。溫室內(nèi)使用的空氣濕度傳感器一般用毛

105、發(fā)濕度計或感濕電阻做成。毛發(fā)濕度計是利毛發(fā)對濕度的敏感性進(jìn)行工作的，空氣中相對濕度大時，毛發(fā)受潮伸長，濕度小時毛發(fā)縮短。根據(jù)最高最低濕度要求，預(yù)先設(shè)定兩個控制點(diǎn)，一個控制點(diǎn)使電路接通，噴霧裝置噴霧，提高濕度，另一個使電路斷開，停止噴霧，室內(nèi)濕度不再增加。從而保持空氣濕度在一個合適的范圍值內(nèi)。感濕電阻同熱敏電阻一樣進(jìn)行工作。</p><p>　　圖3 空氣濕度傳感器 圖4

106、土壤濕度傳感器</p><p><b>　　5.3 光照傳感器</b></p><p>　　如圖5所示光照傳感器它是利用光敏電阻的光電效應(yīng)進(jìn)行工作的。在黑暗的環(huán)境下光敏電阻的電阻值很大，導(dǎo)電性降低，受光線照射后，電阻值降低，導(dǎo)電性增強(qiáng)。常用的光敏器件有光敏二極管和三極管，作光照傳感器使用時，一般和一個電阻相串聯(lián)，接入到電橋電路中去。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單可靠，反應(yīng)快，精度