智能傳感器技術在溫室環境監測中的應用及展望

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，能夠實現多傳感器的數據采集。將其應用于溫室環境監測，能夠完成溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度等參數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化處理，可獲得更好的經濟效益。

[關鍵詞]智能傳感器 溫室環境監測 應用及展望

[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展，各類控制系統向智能化、網絡化發展，同時就要求傳感器有更高的精度、穩定性和靈敏度。智能傳感器的概念最初由美國宇航員在宇宙飛船的研發過程中提出，目前，智能傳感器尚無公認的科學定義，但普遍認為智能傳感器由傳統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誤差，大大提高了傳感器精度。

更高的可靠性：據相關研究，根據需要將系統各個集成化環節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，則構成混合式智能傳感器。智能傳感器消除了傳統結構的某些不可靠因素，改善整個系統的抗干擾性能。

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，溫室測控系統應用AVR單片機ATmega8515，可以多次更改程序進行產品升級，減少了單片機或電路板的浪費，大大提高了產品的性價比。

2.溫室環境監測系統

溫室環境檢測系統利用自動控制技術、傳感器技術、物聯網技術等先進技術，實時采集和記錄監測點的溫度、濕度、土壤酸堿度、二氧化碳濃度、光照度等參數，以數字、圖形和圖像等多種方式進行實時顯示和記錄存儲。

智能化的溫室環境檢測也對傳感器提出了更高的技術要求，不僅要求更高的精確度、穩定性、靈敏度，并且需要傳感器檢測的信號能夠方便計算機處理，便于實時調控，實現農業數據統一立體化，保障農戶可以在家就對大棚的生長環境了如指掌，實現高效農業。在有關學者的研究中，針對溫室環境監控的需要，設計了一種用MSP430作為控制終端的溫室控制系統。該系統通過傳感器采集信息，然后以無線傳送方式將信息發送至主控制器。

3.智能傳感器在溫室環境中的應用

3.1溫室環境監測復合傳感器

對于溫室環境檢測，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的單一測量，隨溫室面積的擴大，傳感器數量增加，環境參數的獲得及處理更加復雜，不便于存儲和調控。

為此，李道光、陳英義等人發明了一種溫室環境檢測復合傳感器，采用一個微處理器，統一輸出，減少處理流程；采用同一電源供電，可以通過內部設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構特點進行有效組合，便于安裝和布設；實時對溫室多種環境監控，具有低成本、低功耗的優點。

3.2標準化智能傳感器在溫室監測中的應用

近年來針對溫室中多種傳感器的溫室環境監測成為研究熱點，但是多數采用分布式結構，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—標準的智能傳感器推廣難度較大。

陳向群等學者表示，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標準應用于設施農業數據采集系統的設計與開發中，對基于IEEE1451標準的數據采集系統在設施農業中的可行性進行了分析，并進行了選擇性應用。周敏剛等人研制了基于IEEE1451.2和ZigBee協議的溫室智能執行器，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發送到用戶智能手機上。設想若將類似的智能傳感器應用于溫室環境監測，則可以實時將溫室環境的數據信息發送到農戶的手機上，更加方便、高效地管理溫室環境系統。

智能傳感器正向著集成化、智能化、網絡化方向發展，更多的專家和學者將投入于溫室環境監測方面的智能傳感器的研究，簡化溫室環境監測系統，創造更大的經濟效益。