簡(jiǎn)析光傳感器在大棚設(shè)施中的應(yīng)用

尹余琴

（江蘇農(nóng)牧科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

基于植物的不同生長(zhǎng)特點(diǎn)，創(chuàng)造適宜植物生長(zhǎng)的空間環(huán)境，不僅利于植物的反季節(jié)供應(yīng)，還利于創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)價(jià)值，推動(dòng)農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。而基于農(nóng)業(yè)大棚的特點(diǎn)，大棚種植管理人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，結(jié)合現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備、傳感器元件和農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的作用，可以建設(shè)適宜植物生長(zhǎng)的優(yōu)良環(huán)境，明顯提升植物的栽培種植效率。

1 大棚內(nèi)部有機(jī)結(jié)合傳感器元件的意義

植物大棚種植管理階段，重要的是控制環(huán)境中的溫度、濕度、光照等。在管理工作中，需要嚴(yán)格監(jiān)控環(huán)境情況并進(jìn)行調(diào)節(jié)，如：當(dāng)溫度較低時(shí)，需要增加室內(nèi)的溫度，使其滿足植物生長(zhǎng)需求；當(dāng)大棚環(huán)境內(nèi)的濕度不足時(shí)，需要及時(shí)噴水，確保環(huán)境的適宜。另外，針對(duì)環(huán)境情況而言，應(yīng)給予植物必要的光照，從而讓植物健康生長(zhǎng)。但在陰天、雨、雪等天氣情況下，打開(kāi)大棚結(jié)構(gòu)的保溫層，很可能降低大棚內(nèi)部的環(huán)境溫度，影響植物的健康生長(zhǎng)。若大棚室內(nèi)溫度持續(xù)居于較低狀態(tài)，升溫控制還會(huì)消耗大量的燃料，產(chǎn)生更高的投入成本，不利于大棚生產(chǎn)管理階段的經(jīng)濟(jì)性。為此，在大棚建設(shè)中，可以合理應(yīng)用光傳感器元件，實(shí)現(xiàn)大棚內(nèi)部光線的有機(jī)調(diào)節(jié)，幫助大棚環(huán)境的科學(xué)調(diào)控，控制成本，創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益[1]。

2 大棚光傳感器的應(yīng)用

2.1 光傳感器的原理

隨著時(shí)代的發(fā)展，針對(duì)現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備而言，技術(shù)水平越來(lái)越高，其中光傳感器就是常見(jiàn)的傳感器之一，常見(jiàn)的光傳感器為光柵式傳感器。光柵式傳感器是一種基于主動(dòng)三角閥的視覺(jué)傳感器，主要由光投射器在空間拋射出一系列光平面，每個(gè)光平面通過(guò)攝像機(jī)建立與其像平面間的透視對(duì)應(yīng)。

通常而言，針對(duì)光結(jié)構(gòu)的光傳感器，其獲得的信息較少，一般只能獲得一個(gè)光平面內(nèi)位置的信息，為了提升效率，開(kāi)發(fā)了光柵式結(jié)構(gòu)的傳感器，這種傳感器具有更高的效率，但在實(shí)際應(yīng)用中，匹配點(diǎn)出現(xiàn)了相關(guān)問(wèn)題，會(huì)嚴(yán)重影響到光傳感器的應(yīng)用效率。基于該問(wèn)題現(xiàn)象，研究中，決定對(duì)拋射光進(jìn)行編碼。編碼原理為激光光閘編碼技術(shù)。透過(guò)128×128激光網(wǎng)格，結(jié)合編程中的空間調(diào)制器，使光束通過(guò)，某些激光束可能被阻擋，基于光束形成的圖像，可以解決對(duì)應(yīng)點(diǎn)的問(wèn)題。在深入研究階段，提出了一種灰度碼時(shí)間序列的編碼方案，具體是指對(duì)三維靜態(tài)物體進(jìn)行掃描對(duì)應(yīng)點(diǎn)，從實(shí)際效果來(lái)看，能夠有效解決對(duì)應(yīng)點(diǎn)的問(wèn)題。

結(jié)合光柵結(jié)構(gòu)傳感器元件的應(yīng)用，再結(jié)合編碼方法，大大提升了光線追蹤效率，提高了傳感器的應(yīng)用范圍。具體應(yīng)用中，為了確保光條中心的計(jì)算精度，窄光條不能夠做得太窄，單單通過(guò)提高寬窄光條的比值，會(huì)導(dǎo)致光條急劇減少。另外，由于法向變化非常劇烈的地方較少，若通過(guò)糾正編碼技術(shù)，可以將光條的寬度局部反轉(zhuǎn)，給予糾正，有利于提升傳感器元件的效率。結(jié)合大棚結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以有效應(yīng)用這種光柵傳感器元件，實(shí)現(xiàn)大棚的科學(xué)種植管理。

2.2 光傳感器在大棚中的實(shí)際應(yīng)用

針對(duì)大棚的結(jié)構(gòu)，光傳感器應(yīng)安裝在大棚頂部位置，這樣可以有效接收到光源，給予精確控制。結(jié)合現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)而言，光傳感器的應(yīng)用可以有機(jī)結(jié)合現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用于大棚設(shè)備中，主要是指光線情況與農(nóng)機(jī)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)。具體而言，大棚內(nèi)部應(yīng)有自動(dòng)化組成部分，當(dāng)光線充足情況下，光傳感器會(huì)接收到信號(hào)，這種信號(hào)會(huì)發(fā)送到主動(dòng)控制單元，控制單元經(jīng)過(guò)分析信號(hào)，當(dāng)符合對(duì)比值時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出打開(kāi)保溫層之類的指令，從而使大棚內(nèi)部直接接觸到陽(yáng)光，讓植物充分與光線接觸，健康生長(zhǎng)。

安裝光傳感器時(shí)應(yīng)結(jié)合大棚的實(shí)際情況，設(shè)置合理的數(shù)量，以便能夠更好地分析光線的實(shí)際情況。如針對(duì)大棚而言，應(yīng)在大棚環(huán)境的4個(gè)角落處給予安裝，加大陽(yáng)光檢測(cè)面積，有效形成對(duì)光線的監(jiān)測(cè)。與此同時(shí)，結(jié)合光線在一天的變化情況，了解不同時(shí)間段光線的不同位置，從而相應(yīng)地設(shè)置不同地點(diǎn)的光傳感器，利于對(duì)大棚內(nèi)部的光線進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。

將光傳感器與其他傳感器結(jié)合使用，更利于改善大棚內(nèi)部的環(huán)境，使大棚內(nèi)各種環(huán)境參數(shù)包括溫度、濕度等符合植物的生長(zhǎng)特點(diǎn)，提升大棚農(nóng)作物的產(chǎn)量。具體而言，針對(duì)大棚的光傳感器情況，在光線條件基礎(chǔ)上，分析環(huán)境溫度、濕度的變化，結(jié)合自動(dòng)灑水操作，讓農(nóng)作物有效開(kāi)展光合作用，提升農(nóng)作物的種植產(chǎn)量。

此外，針對(duì)光照而言，在現(xiàn)代化的技術(shù)中一種人工光源也較為流行，將這種光源合理應(yīng)用于大棚內(nèi)部，也可以輔助植物的健康生長(zhǎng)。這種光源的科學(xué)應(yīng)用，同樣需要有機(jī)結(jié)合光傳感器的應(yīng)用，判斷光的強(qiáng)度，使農(nóng)作物得到均衡一致的光照。這種光源一般安裝大棚頂部[2]。

2.3 光傳感器應(yīng)用階段應(yīng)注意事項(xiàng)

光傳感器是較為精密的元件，在應(yīng)用過(guò)程中，若存在灰塵污染或浸水的情況，極有可能造成元件的功能性問(wèn)題，對(duì)此，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，科學(xué)合理設(shè)置該元件的位置。一般而言，這種精密元件會(huì)安裝在較高的位置，為了確保安全，通常會(huì)安裝于大棚內(nèi)部。但由于環(huán)境條件的特殊性，長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用時(shí)，一些灰塵污染現(xiàn)象仍可能導(dǎo)致光線檢測(cè)不準(zhǔn)確的問(wèn)題發(fā)生?；诖?，安裝過(guò)程中，應(yīng)盡量在傳感器外部設(shè)置一層保護(hù)罩，降低灰塵污染的影響。

安裝應(yīng)用階段，還應(yīng)考慮到傳感器元件的防潮，如安裝在水源、水管附近很可能導(dǎo)致檢測(cè)失準(zhǔn)問(wèn)題?；诖?，實(shí)際的安裝工作中，還應(yīng)考慮到水源對(duì)傳感器敏感性的影響，科學(xué)合理地設(shè)置光傳感器的位置。環(huán)境溫度對(duì)傳感器的功能性、檢測(cè)效率也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，因此，在實(shí)際的安裝應(yīng)用階段，頂部位置存在溫度較低的問(wèn)題時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，選擇適宜的位置，避免傳感器在低溫條件下出現(xiàn)相關(guān)故障。

針對(duì)傳感器的應(yīng)用而言，除了確保其安裝環(huán)境科學(xué)合理外，還應(yīng)針對(duì)維護(hù)保養(yǎng)有足夠高的認(rèn)識(shí)。如傳感器在長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用過(guò)程中，很可能出現(xiàn)保護(hù)層落灰的現(xiàn)象，積灰嚴(yán)重時(shí)，勢(shì)必會(huì)影響到檢測(cè)效率，對(duì)于大棚整體的使用而言，也會(huì)產(chǎn)生相關(guān)問(wèn)題?；谠搯?wèn)題現(xiàn)象，在實(shí)際的大棚維護(hù)階段，工作人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到科學(xué)維護(hù)保養(yǎng)光傳感器的重要意義，建立定期維護(hù)及保養(yǎng)制度，有機(jī)落實(shí)傳感器的保養(yǎng)及維護(hù)工作，切實(shí)保障大棚管理工作的質(zhì)量。

3 大棚種植中其他傳感器元件的應(yīng)用

3.1 溫度傳感器

溫度對(duì)于植物的生長(zhǎng)具有重要意義，如果溫度環(huán)境存在忽高忽低的現(xiàn)象，很容易導(dǎo)致農(nóng)作物病變問(wèn)題的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)作物的枯萎，影響大棚種植的產(chǎn)量。在溫室種植中，合理控制溫度尤為關(guān)鍵，而結(jié)合現(xiàn)代化溫度傳感器的應(yīng)用，可以有效監(jiān)測(cè)大棚室內(nèi)的空氣環(huán)境。在了解監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，工作人員可以針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)控，如給予升溫控制、給予通風(fēng)降溫管理等。溫度傳感器的設(shè)置應(yīng)用，需要結(jié)合大棚區(qū)域的實(shí)際情況，科學(xué)合理地設(shè)置溫度傳感器的數(shù)量、位置，有效地應(yīng)用有關(guān)傳感器。

溫度測(cè)量的實(shí)現(xiàn)方法通常是使溫度傳感器與待測(cè)固體表面相接觸或浸入待測(cè)流體。在選擇溫度傳感器時(shí)應(yīng)考慮的主要因素有溫度測(cè)量范圍、精度、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性、線性度和靈敏度。目前，應(yīng)用最廣泛的溫度傳感器有熱電偶、電阻溫度探測(cè)器和半導(dǎo)體溫度傳感器等。以上各種溫度傳感器的溫度測(cè)量范圍有所重疊，但每一種所適合的應(yīng)用場(chǎng)合各不相同，選擇溫室最適用的溫度傳感器必須充分了解各類溫度傳感器的基本特性[3]。

3.2 濕度傳感器

空氣中的水蒸氣吸附于感濕材料后，材料的阻抗、介質(zhì)常數(shù)會(huì)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。在選擇濕度傳感器時(shí)，應(yīng)考慮的主要因素有精度、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、溫度系數(shù)、互換性、濕度校正、抗化學(xué)腐蝕性等。濕度傳感器分為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都為在基片涂覆感濕材料形成感濕膜，但國(guó)內(nèi)外各廠家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一，質(zhì)量和價(jià)格也相差較大。用戶在選擇性能價(jià)格比最優(yōu)的理想產(chǎn)品時(shí)，需要對(duì)有關(guān)產(chǎn)品的特點(diǎn)有較為深入的了解。

電阻式濕敏元件主要包括：氯化鋰濕敏元件、碳濕敏元件、陶瓷濕敏元件、氧化鋁濕敏元件等。氯化鋰濕敏元件的感濕材料一般為氯化鋰加聚乙烯醇，感濕材料吸收水分的量與空氣中的相對(duì)濕度有關(guān)。濕度大，吸水多，電阻下降；濕度小，吸水少，電阻增加。因此，測(cè)定濕敏元件的電阻即可知道空氣的相對(duì)濕度。碳濕敏元件的感濕材料由碳微粒與高分子聚合物組成，它隨空氣濕度的變化發(fā)生膨脹或收縮，造成均勻分布在感濕材料內(nèi)的碳微粒的相對(duì)距離發(fā)生變化，從而引起電導(dǎo)率發(fā)生變化，元件利用這一特性測(cè)量空氣的相對(duì)濕度。

3.3 土壤水分傳感器

土壤濕度通常用儀器定量測(cè)定。土壤濕度測(cè)定儀器按測(cè)定方式的不同，可分為3類，即直接（或叫埋入式）測(cè)定儀器、取土樣測(cè)定儀器和遙感測(cè)定儀器。屬于直接測(cè)定的儀器有：負(fù)壓計(jì)、電阻土壤濕度計(jì)、α射線土壤濕度計(jì)、中子土壤濕度計(jì)、熱擴(kuò)散土壤濕度計(jì)、微波土壤濕度儀等。如取土樣測(cè)定土壤水分的儀器，由取土鉆、恒溫干燥箱和天平等組成；遙感測(cè)定的儀器是設(shè)計(jì)各種波段的輻射表，安裝在飛機(jī)或衛(wèi)星上進(jìn)行遙感測(cè)量，估計(jì)大面積土壤水分狀況。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合時(shí)代的快速發(fā)展，針對(duì)現(xiàn)代化的生產(chǎn)工藝大量使用傳感器，可以大大節(jié)省農(nóng)作物管控過(guò)程中的人力、物力等[4]。實(shí)踐證明，在大棚的生產(chǎn)管理階段，結(jié)合光傳感器的應(yīng)用，可以有效實(shí)現(xiàn)大棚內(nèi)部的光線調(diào)節(jié)，讓植物進(jìn)行科學(xué)的光合作用，健康成長(zhǎng)，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，進(jìn)而提高農(nóng)戶的收益，助力鄉(xiāng)村振興。