智能傳感器技術(shù)在溫室環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用及展望

郝旭歡　常博　郝旭麗

[摘要]智能傳感器的突出特點是高精度的信息采集，成本低，能夠?qū)崿F(xiàn)多傳感器的數(shù)據(jù)采集。將其應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)測，能夠完成溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度等參數(shù)的自動采集和綜合測量，提高了信息采集的精度、可靠性，對作物的光合作用條件進行優(yōu)化處理，可獲得更好的經(jīng)濟效益。

[關(guān)鍵詞]智能傳感器 溫室環(huán)境監(jiān)測 應(yīng)用及展望

[中圖分類號]TP274 [文獻標識碼]A [文章編號]1003-1650（2016）02-0084-01

1.智能傳感器

隨著微處理器的高速發(fā)展，各類控制系統(tǒng)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，同時就要求傳感器有更高的精度、穩(wěn)定性和靈敏度。智能傳感器的概念最初由美國宇航員在宇宙飛船的研發(fā)過程中提出，目前，智能傳感器尚無公認的科學(xué)定義，但普遍認為智能傳感器由傳統(tǒng)傳感器與專用微處理器組成。

智能傳感器利用集成方法將傳感器、信號處理電路和微處理器集成為—個整體，與基本傳感器相比，有以下優(yōu)勢：

更高的精度：由于智能式傳感器集成了微型計算機，信號分析與處理過程中可以通過軟件修正其輸入輸出的確定性系統(tǒng)誤差，大大提高了傳感器精度。

更高的可靠性：據(jù)相關(guān)研究，根據(jù)需要將系統(tǒng)各個集成化環(huán)節(jié)以不同的組合方式集成在兩塊或三塊芯片上，并裝在一個外殼里，則構(gòu)成混合式智能傳感器。智能傳感器消除了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的某些不可靠因素，改善整個系統(tǒng)的抗干擾性能。

更高的性價比：在相同精度的需求下，智能式傳感器采用較便宜的單片機時，性能價格比明顯提高。研究表示，新型AVR單片機有可擦除1000次的Flash程序存儲器和可擦寫100000次的EEPROM，溫室測控系統(tǒng)應(yīng)用AVR單片機ATmega8515，可以多次更改程序進行產(chǎn)品升級，減少了單片機或電路板的浪費，大大提高了產(chǎn)品的性價比。

2.溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

溫室環(huán)境檢測系統(tǒng)利用自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等先進技術(shù)，實時采集和記錄監(jiān)測點的溫度、濕度、土壤酸堿度、二氧化碳濃度、光照度等參數(shù)，以數(shù)字、圖形和圖像等多種方式進行實時顯示和記錄存儲。

智能化的溫室環(huán)境檢測也對傳感器提出了更高的技術(shù)要求，不僅要求更高的精確度、穩(wěn)定性、靈敏度，并且需要傳感器檢測的信號能夠方便計算機處理，便于實時調(diào)控，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一立體化，保障農(nóng)戶可以在家就對大棚的生長環(huán)境了如指掌，實現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)。在有關(guān)學(xué)者的研究中，針對溫室環(huán)境監(jiān)控的需要，設(shè)計了一種用MSP430作為控制終端的溫室控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過傳感器采集信息，然后以無線傳送方式將信息發(fā)送至主控制器。

3.智能傳感器在溫室環(huán)境中的應(yīng)用

3.1溫室環(huán)境監(jiān)測復(fù)合傳感器

對于溫室環(huán)境檢測，一般只能分別采用溫濕度、太陽光輻射、二氧化碳濃度等傳感器進行參數(shù)的單一測量，隨溫室面積的擴大，傳感器數(shù)量增加，環(huán)境參數(shù)的獲得及處理更加復(fù)雜，不便于存儲和調(diào)控。

為此，李道光、陳英義等人發(fā)明了一種溫室環(huán)境檢測復(fù)合傳感器，采用一個微處理器，統(tǒng)一輸出，減少處理流程；采用同一電源供電，可以通過內(nèi)部設(shè)分壓器對不同器件進行分壓處理，減少電源連接；充分利用多個傳感器的結(jié)構(gòu)特點進行有效組合，便于安裝和布設(shè)；實時對溫室多種環(huán)境監(jiān)控，具有低成本、低功耗的優(yōu)點。

3.2標準化智能傳感器在溫室監(jiān)測中的應(yīng)用

近年來針對溫室中多種傳感器的溫室環(huán)境監(jiān)測成為研究熱點，但是多數(shù)采用分布式結(jié)構(gòu)，依然存在傳感器引線多、傳感器位置與控制器距離遠、傳感器采用的模擬信號不能直接與計算機直接配送等問題，沒有統(tǒng)—標準的智能傳感器推廣難度較大。

陳向群等學(xué)者表示，IEEEl45 1智能傳感器信息模型是一個通用模型，但在實現(xiàn)上有一定難度，缺乏功能相對簡單的模型子集。在陳杰的研究中，首次將IEEE1451標準應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)中，對基于IEEE1451標準的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的可行性進行了分析，并進行了選擇性應(yīng)用。周敏剛等人研制了基于IEEE1451.2和ZigBee協(xié)議的溫室智能執(zhí)行器，具有通用性和標準化的特點。標準化的智能傳感器有益于溫室參數(shù)控制模型的推廣，使用戶的使用更加便利。

4.展望

韓國LG集團推出的SmartThinQ傳感器可以感知振動和溫度等反饋信息并將讀數(shù)發(fā)送到用戶智能手機上。設(shè)想若將類似的智能傳感器應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)測，則可以實時將溫室環(huán)境的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到農(nóng)戶的手機上，更加方便、高效地管理溫室環(huán)境系統(tǒng)。

智能傳感器正向著集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，更多的專家和學(xué)者將投入于溫室環(huán)境監(jiān)測方面的智能傳感器的研究，簡化溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。