传感器在智能温室控制中的应用5580.pdf

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1、 学生毕业设计（论文）报告 系 别：机电工程系 专 业：机电一体化 班 号：机电 082 学 生 姓 名：学 生 学 号：设 计（论 文）题 目：传感器在智能温室控制中的应用 指 导 教 师：设 计 地 点：起 迄 日 期：2010.8.1 2010.8.30 毕业设计（论文）报告 传感器在智能温室中的应用 I 毕业设计（论文）任务书 专业 机电一体化 班级 机电 082 姓名 一、课题名称：传感器在智能温室控制中的应用 二、课题应达到的要求：1传感器技术介绍 2传感器在智能温室控制中的应用现状 3传感器在智能温室控制中应用的发展前景 三、主要工作内容：1通过网络和图书馆等渠道查阅资料，了解机

2、电一体化技术 2分析传感器在智能温室控制中的应用现状 3展望传感器在智能温室控制中应用的发展前景 四、主要参考文献：1章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的发展与应用J.农机化研究,2006(7)2梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用J.科技资讯,2007(9)3.孙程光.基于智能温室的多参数环境监测系统的研究与设计D.河北工业大学.2006 4.范薇薇.基于无线传感器网络的温室控制系统研究D.沈阳工业大学.2010（01）5.王建.用于设施农业的智能传感器网络化模块设计与实现D.浙江大学.2006 6.王国美.温室自动控制系统的设计D.西北农林科技大学.2001（05）学 生（签名）年

3、 月 日 指 导 教师（签名）年 月 日 教研室主任（签名）年 月 日 系 主 任（签名）年 月 日 毕业设计（论文）报告 传感器在智能温室中的应用 II 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 传感器在智能温室控制中的应用 一、选题的背景和意义：智能化温室可向人们提供健康、营养、无公害、无污染的有机食品。改变果蔬生产结构，大大提升了产品质量。可实现全年高产、稳产，经济效益好。利用传感器可准确采集温室内室温、地温、湿度、土壤含水量、溶液浓度、二氧化碳浓度、风向、风速以及作物生长状况等参数，将室内温、光、水、肥、气等诸多因素综合，根据用户的要求，直接协调到最佳状态，可节能 1550%，并有节

4、水、节肥、节药的效果。传感器在智能温室控制中的应用可使农业从传统型向以优质、高效、高产为目的的现代化农业转化。二、课题研究的主要内容：1 分析我国传感器在智能温室控制中的应用现状 2 传感器国内外相关技术发展概况国内外温室测控技术 3 作物生长发育与环境参数（温度、湿度、光照、CO2浓度、土壤、水分等环境因子）4 智能传感器网络化 5 几种传感器的具体应用实例 6 传感器在智能温室控制中应用存在的问题、解决方法以及展望 三、主要研究（设计）方法论述：本课题主要是在所掌握的关于传感器的基础之上，通过大量的资料了解传感器的结构及相关专业知识，并了解其现状及发展趋势。首先分析现在传感器在农业上应用的

5、发展情况，相比较原始耕作的优劣。而后通过网上了解当前传感器在农业上的应用的发展趋势，调查目前投入的最新技术。毕业设计（论文）报告 传感器在智能温室中的应用 III 四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容 8.18.2 选题，熟悉课题，明确任务要求，查找、收集、分析资料。8.38.5 完成开题报告，并提交指导老师。8.68.9 阐述机传感器在智能温室控制中的应用的发展历程以及发展趋势。8.108.13 对农业发展现状和趋势提出实际需求 8.148.17 以生产实际需求为目标将传感器技术应用到智能温室中 8.188.21 展望传感器在智能温室控制中的应用 8.228.25 总结并

6、整理所有资料，规范论文格式 8.268.27 在指导老师的帮助下进行修改，进一步完善初稿。8.288.30 翔实相关论点、论据，准备毕业设计的答辩。五、指导教师意见：指导教师签名：年 月 日 六、系部意见：系主任签名：年 月 日 毕业设计（论文）报告 传感器在智能温室中的应用 IV 传感器在智能温室中的应用 目 录 第一章 绪论.1 1.1 课题研究的背景和意义.1 1.2 本课题研究的主要内容.1 第二章 我国传感器在智能温室控制中的应用现状.3 2.1 国内外温室控制技术现状及发展趋势.3 2.1.1 国外温室控制技术发展.3 2.1.2 国内温室控制技术发展.3 2.1.3 温室环境测控

7、技术的发展趋势.4 2.2 传感器的现状及其发展趋势.5 2.3 传感器在智能温室控制中的应用现状.8 2.3.1 国外智能温室的发展现状.8 2.3.2 国内智能温室的发展现状.8 2.3.3 智能温室的发展趋势.8 第三章 作物生长发育与环境参数.10 3.1 温度.10 3.2 湿度.10 3.3 光照.11 3.4 CO2浓度.11 第四章 温室设置（降温、通风、采暖、排水等）.12 第五章 几种传感器的具体应用实例.16 5.1 温度传感器.16 5.2 湿度传感器.18 5.3 光照传感器.18 5.4 CO2传感器.19 第六章 传感器在智能温室控制中应用存在的问题、解决方法以及

8、展望.20 结束语.22 答 谢 辞.23 参考文献.18 毕业设计（论文）报告 传感器在智能温室中的应用 V 传感器在智能温室控制中的应用 摘要 智能温室作为新的农作物种植技术，己突破了传统农作物种植受地域、自然环境、气候等诸多因素的限制，对农业生产有重大意义。而智能温室的监控系统是实现其生产自动化、高效化最关键、最重要的环节。就农作物的生长环境而言，温度、湿度、光照、CO2,土壤 PH 值等是其最基本的因子。作为监控系统必须能够实现对以上因子的数据采集与分析处理，以便进行相应的控制，使智能温室为农作物的生长提供一个良好的环境。因此，研制能够同时测量温室环境中的空气温度、湿度和光照等环境因子

9、，并能实现远程监控的高性能多参数环境监测系统，可满足现代智能温室的需要。本文综合应用了现代传感器相关知识，研究设计了基于智能温室的多参数环境监测系统，实现了以下功能:可对温室中多路空气温度、空气湿度、光照度等参数进行数据采集、数据处理和显示，并通过数据传输设备实现远程监控。处理数据准确，结构简单，工作性能稳定。系统移植性强，只需改变前端测量用的传感器类型，可在此基础上修改为其它非电量参数的监测系统。关键词:智能温室，环境监测，传感器 Abstract:As a new crop planting technology,greenhouse has broken the traditional

10、crop planting restricted in region,natural environment,weather and so many factors,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 PH of

11、 soil are the most essential factors in the growth environment of the crop.Measure and control system can implements collecting and processing data of the above factors,in order to control and make a good environment for the growth of the crop.Therefore,researching and designing a kind of multiparam

12、eter environmental monitoring system that can measure temperature,humidity and light in the greenhouse has wide application in agriculture.Modern technology of sensor circuits is used in this text.A multiparameter environmental monitor system based on intelligent greenhouse is designed,the function

13、of it include:It can collects,measures and displays the accurate data of multichannel air temperature,air humidity and light.The system works stably.The structure of it is simple.The system can be used in other non-electricity parameter measure system,only need to change the sensors.KEY WORDS:intell

14、igent greenhouse,environmental monitoring,sensor.毕业设计（论文）报告 机电 082 05 号 传感器在智能温室中的应用 1 第一章 绪论 1.1 课题研究的背景和意义 随着社会经济的发展，设施农业作为农业可持续发展的一个重要途径，已经越来越受到世界各国的重视。而设施农业中温室工程的建设与发展是都市型现代农业发展的重要组成部分，是设施农业发展的高级阶段。温室生产突破了传统农业模式，避免了农作物种植受地域、自然环境、气候等诸因素的限制，从而成为一种新的农作物种植技术，对农业的发展具有重要意义。近些年来，智能温室的研究已经成为我国科学技术人员的一个重

15、要课题。温室工程是以综合国力的强盛为背景，以农用工业的发展为基础，以生物技术、工程技术、信息技术的发展为依托的高新技术产业。自 20 世纪 70 年代以来，我国温室生产己经有了很大的进步，但这些温室是在充分利用高产栽培技术和屏障技术的基础上发展起来的，其收入很难再有大的提高。要改变这种状况，将现代电子技术等引入农业温室，实现对温室的环境监控，是最有效的途径之一。温室现代化主要体现在对温室内环境的监控上，环境控制是农业现代化的重要标志，因此对温室环境进行自动检测，进而实行自动控制是非常必要的。温室是一个集结构、机电、生物与环境为一体的综合系统。一个现代化的温室由下列部分组成:温室框架结构、覆盖材

16、料、通风系统、灌溉施肥系统、室内喷雾、遮阳/m 温系统、加热系统、计算机控制系统和必要的生产机具等川。这些组件在软、硬件各方面相互配合的优劣决定系统的成败。其中传感器是温室生产中重要的一环。温室中的环境由多个因子组成，诸如温度、空气相对湿度、光照、二氧化碳浓度、土壤水分等是其中较为重要的几个。环境控制就是根据外界环境的温度、湿度、二氧化碳含量、光照等，运用一定的工程措施来改善不适合作物生长的环境条件，创造出最适合作物生长的微气候条件。完整的环境控制系统包括控制器、传感器和执行机构，最简单的控制系统由单控制器+单传感器+执行机构组成。因此，传感器的合理利用对智能温室起着决定性作用。1.2 本课题

17、研究的主要内容 温室作为设施农业的一个方面,其环境检测与控制系统利用自动化、机械化和微电子智能化高新技术,使温室内温度、湿度、光照、水分、营养和 CO2浓度等环境参数自动调控到作物生长所需的最佳状态值,实现生产作业高度自动化和机械化。由于系统中需要处理不同类型和性质的对象,所以信息获取手段是最关键的技术。而传感器作为获取信息环节,作用至关重要,其性能指标是制约温室环境监测与控制系统的关键性因素。本文就我国传感器在智能温室控制中的应用现状、传感器国内外相关技术发展概况,综合国内外温室测控技术，分析了传感器在智能温室中的应用。列举了 毕业设计（论文）报告 机电 082 05 号 传感器在智能温室中

18、的应用 2 几种作物生长发育与环境的主要参数（温度、湿度、光照、CO2浓度）。其中,主要从作物生长发育与主要环境参数（温度、湿度、光照、CO2浓度、土壤、水分等环境因子）间的密切关联分析，进而列举出温度、湿度、光照、CO2浓度等主要传感器在智能温室中的应用。就传感器及生产实际操作中存在的问题，提出解决方法，并就传感器在智能温室中的应用进行展望。毕业设计（论文）报告 机电 082 05 号 传感器在智能温室中的应用 3 第二章 我国传感器在智能温室控制中的应用现状 2.1 国内外温室控制技术现状及发展趋势 温室环境控制技术决定现代温室优劣的重要因数之一，它随着自动检测技术、过程控制技术、通讯技术

19、、计算机技术的发展而发展起来的。温室通过无线传感器网络将温室有关的环境参数的数值(温度、湿度、光照等)采集到计算机并按一定的控制规则驱动执行机构(如天窗、风机、湿帘等)，以达到人工控制温室环境的目的。2.1.1 国外温室控制技术发展 在温室技术上，荷兰、美国、以色列处于国际领先地位。荷兰是设施农业最发达的国家，从 20 世纪 80 年起就全面开发温室自动控制技术，并研发了形形色色的控制软件。至 2009 年底，荷兰拥有温室约为 1.47 万 hm2，其中使用计算机进行栽培的约占 85%。美国针对温室内光照、温度、湿度等的特点，研发了计算机温室管理系统，利用其对温室进行自动调控。此外，美国还研发

20、了全球定位系统、电脑和遥感遥测等高新技术应用于温室生产。以色列由于其干旱的沙漠气候，首先对水系统进行研究，其应用于温室的节水灌溉技术已经达到国际先进水平。通过安装传感器安装于作物附近用来检测水、肥的状况，利用中心计算机对田间的控制器进行遥控灌溉和施肥，使水肥的利用率达到 80%-90%。.2.1.2 国内温室控制技术发展 我国对温室技术的研究开始于 20 世纪 70 年代起，研究人员吸收国外的先进技术并与我国国情相结合，对温室控制技术不断地创新。80 年起，计算机就开始应用于我国温室控制领域。90 年代初期，温室控制与管理系统在中国农业科学院农业气象研究所和蔬菜花卉研究所被研发，并研发了其控制

21、软件。90 年代中期，江苏理工大学毛罕平等研制开发了温室软硬件控制系统，能对温室内温度、湿度等环境因子进行自动调控，是国内温室控制系统的经典之作。“九五”期间，为了提高计算机在温室中应用的利用率，国家科技攻关项目和国家自然科学基金的增设了实施农业研究项目，其中“智能型连栋塑料温室结构及调控设施的优化设计及实施”的专题直接在国家重大科技产业工程“工厂化高效农业示范工程”中被设置。“十五”期间，我国启动了“温室环境智能控制关键技术研究与开发”课题。此外，国家“863”计划包含温室自动控制系统，信息采集系统等。我国温室控制技术虽然发展历史悠久，并也创造出很多科技成果，但由于我国国土辽阔，地区贫富差异

22、不均，导致大部分温室仍然靠人工手动管理。这不仅使在生产中误差量较大，而且产出率低，影响经济效应。可见发展设施农业是提高我国农业经济的基础，大力发展温室控制技术是提高设施农业的关键之一。毕业设计（论文）报告 机电 082 05 号 传感器在智能温室中的应用 4 2.1.3 温室环境测控技术的发展趋势 “工业科技一信息”是当今世界先进工业国家的转变趋势。现代温室自动化发展的目标是“以高新技术为核心，以信息电子化为手段，提高工农业产品附加值”。当今温室应用的自动化控制系统正向着分布式、网络化、智能化、无线通讯化的方向发展。(1)分布式 分布式系统是建立在网络之上的软件系统。正是因为软件的特性，所以分

23、布式系统具有高度的内聚性和透明性。因此，网络和分布式系统之间的区别更多的在于高层软件(特别是操作系统)，而不是硬件。考虑到国内经济承受能力、对可靠性的要求以及具体的使用环境(温室环境电气干扰较小)，在温室环境控制系统中，各个温室的控制功能一般由 ARM(子处理器)完成。分布式控制方式具有高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、协调性、控制功能齐全等优点，因此它将在现在和以后很长一个时期广泛应用于温室环境控制系统中。(2)网络化 网络化是指将原来的散落的工作状态，落后的单机技术，通过联网，断口通信等技术改良，成为具有高效能传输，高资源共享，高技术支持的新的技术和设备状态。它是 90 年代最具活力、发

24、展速度最快的高新技术。把网络技术应用于农业，能及时解决农业发展中的技术问题。随着设施农业的规模化和产业化程度的不断提高，网络通讯技术会在温室控制与管理中得到广泛的应用。从微观上看，现有的总线技术及串口通讯技术可以被网络技术所代替。从宏观上看，随着网络通讯技术的发展，地区之间甚至跨国之间可以通过互联网技术，进行远程控制或诊断。我国幅员辽阔气候复杂，种植模式多样，利用现代化网络技术进行在线服务具有广阔的应用前景。(3)智能化 智能化农业即利用智能化家业信息技术来指导农业生产。以农业专家系统为代表，它是一种拥有高层次、多方面农业专家知识、并能模仿人类的推理过程，在计算机上以形象、直观的方式向使用者提

25、供各种农业问题决策咨询服务的实用软件系统。智能化温室是基于农业科技与计算机自动控制技术于一体的新型农业，它是现代农业科技向产业转化的物质基础。栽培者通过使用计算机管理系统对温室内温湿度等环境因子进行自动检测，并实时存储，同时通过控制算法对环境因子进行调节，驱动执行机构，为作物生长创造一个良好的生长环境。目前PID 控制，模糊控制等人工智能技术在温室控制中得到重视并逐步发展。(4)无线通讯技术 随着温室技术的不断发展，温室面积逐渐扩大，且温室作物对温室环境要求越来越高。所以在容积大的温室系统中，各测控点分布范围广、数量多、距离远，因此铺设电缆难度大，布线困难。采用无线通讯技术在温室控制系统中运用

26、有着非常现实的意义。传感器之间通过无线传输协议，不但提高了温室作物的测量精度，而且布线少，方便，美观。目前在各种无线通讯技术中，GPRS 和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包(Packet)式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。短距离无线通信中，基于 Zigbee 技术的无线传感器网络，也开始受到广泛的关注。毕业设计（论文）报告 机电 082 05 号 传感器在智能温室中的应用 5 2.2 传感器的现状及其发展趋势 1 微型化（Micro）为了能够与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一致，对于传感器性

27、能指标（包括精确性、可靠性、灵敏性等）的要求越来越严格；与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标准的输出模式；而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代；后者主要由硅材料构成，具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。就当前技术发展现状来看，微型传感器已经对大量不同应用领域，如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的信号探测系统产生了深远影响；目前开发并进入实用阶段的微型传感器已可以用来测量各种物理量、化学量和生物量，如位移、速度/加速度、压力、应力、应变、声、光、电、磁、热、PH 值

28、、离子浓度及生物分子浓度等。2 智能化（Smart）智能化传感器（Smart Sensor）是 20 世纪 80 年代末出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器系统。此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视，尤其在探测器应用领域，如分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎，产生的影响较大。目前，智能化传感器技术正处于蓬勃发展时期，具有代表意义的典型产品是美国霍尼韦尔公司的 ST-3000 系列智能变送器和德国斯特曼公司的二维加速度传感器，以及另外一些含有微处理器（MCU）的单片集成压力传感器、具有多维检测能力的智能传感器和固体图像传感器（SSIS）等。与此同时，基于模糊理论的新

29、型智能传感器和神经网络技术在智能化传感器系统的研究和发展中的重要作用也日益受到了相关研究人员的极大重视。需要特别指出的一点是：目前的智能化传感器系统本身尽管全都是数字式的，但其通信协议却仍需借助于420 mA 的标准模拟信号来实现。一些国际性标准化研究机构目前正在积极研究推出相关的通用现场总线数字信号传输标准；不过，在眼下过渡阶段仍大多采用远距离总线寻址传感器（HART）协议，即Highway Addressable Remote Transducer。这是一种适用于智能化传感器的通信协议，与目前使用 420mA 模拟信号的系统完全兼容，模拟信号和数字信号可以同时进行通信，从而使不同生产厂家的

30、产品具有通用性。目前，智能化传感器多用于压力、力、振动冲击加速度、流量、温湿度的测量，如美国霍尼韦尔公司的 ST3000 系列全智能变送器和德国斯特曼公司的二维加速度传感器就属于这一类传感器。另外，智能化传感器在空间技术研究领域亦有比较成功的应用实例。在今后的发展中，智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学、电磁、光学和核物理等研究领域。可以预见，新兴的智能化传感器将会在关系到全人类国民生的各个领域发挥越来越大作用。3 多功能传感器（Multifunction）如前所述，通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量，但在许多应用领域中，为了能够完美而准确地反映客观事物和环境，往往需要同时测量大量的

31、毕业设计（论文）报告 机电 082 05 号 传感器在智能温室中的应用 6 物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器则是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统，它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展，目前已经可以生产出来将若干种敏感元件综装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器。多功能传感器无疑是当前传感器技术发展中一个全新的研究方向，日前有许多学者正在积极从事于该领域的研究工作。如将某些类型的传感器进行适当组合而使之成为新的传感器，如用来测量流体压力和互异压力的组

32、合传感器。又如，为了能够以较高的灵敏度和较小的粒度同时探测多种信号，微型数字式三端口传感器可以同时采用热敏元件、光敏元件和磁敏元件；这种组配方式的传感器不但能够输出模拟信号，而且还能够输出频率信号和数字信号。从目前的发展现状来看，最热门的研究领域也许是各种类型的仿生传感器了，而且在感触、刺激以及视听辨别等方面已有最新研究成果问世。从实用的角度考虑，多功能传感器中应用较多的是各种类型的多功能触觉传感器，譬如人造皮肤触觉传感器就是其中之一，这种传感器系统由PVDF材料、无触点皮肤敏感系统以及具有压力敏感传导功能的橡胶触觉传感器等组成。据悉，美国 MERRITT公司研制开发的无触点皮肤敏感系统获得了

33、较大的成功，其无触点超声波传感器、红外辐射引导传感器、薄膜式电容传感器、以及温度、气体传感器等在美国本土应用甚广。4 无线网络化（wireless networked）无线网络对我们来说并不陌生，比如手机，无线上网，电视机。传感器对我们来说也不陌生，比如温度传感器、压力传感器，还有比较新颖的气味传感器。但是，把二者结合在起来，提出无线传感器网络（Wireless Sensor Networks）这个概念，却是近几年才发生的事情。这个网络的主要组成部分就是一个个可爱的传感器节点。说它们可爱，是因为它们的体积都非常小巧。这些节点可以感受温度的高低、湿度的变化、压力的增减、噪声的升降。更让人感兴趣的

34、是，每一个节点都是一个可以进行快速运算的微型计算机，它们将传感器收集到的信息转化成为数字信号，进行编码，然后通过节点与节点之间自行建立的无线网络发送给具有更大处理能力的服务器 传感器网络有着巨大的应用前景，被认为是将对 21 世纪产生巨大影响力的技术之一。已有和潜在的传感器应用领域包括：军事侦察、环境监测、医疗、建筑物监测等等。随着传感器技术、无线通信技术、计算技术的不断发展和完善，各种传感器网络将遍布我们生活环境，从而真正实现“无处不在的计算”。以下简要介绍传感器网络的一些应用。(1)军事应用 传感器网络研究最早起源于军事领域，实验系统有海洋声纳监测的大规模传感器网络，也有监测地面物体的小型

35、传感器网络。现代传感器网络应用中，通过飞机撒播、特种炮弹发射等手段，可以将大量便宜的传感器密集地撒布于人员不便于到达的观察区域如敌方阵地内，收集到有用的微观数据；在一部分传感器因为遭破坏等原因失效时，传感器网络作为整传感器网络体仍能完成观察任务。传感器网络的上述特点使得它具有重大军事价值，可以应用于如下一些场景中：监测人员、装备等情况以及单兵系统：通过在人员、装备上附带各种传感器，可以让各级指挥员比较准确、及时地掌握己方的保存状态。通过在敌方阵地部署各种传感器，可以了解敌方武器部署情况，为己方确定进攻目标和进攻路线提供 毕业设计（论文）报告 机电 082 05 号 传感器在智能温室中的应用 7

36、 依据。监测敌军进攻：在敌军驻地和可能的进攻路线上部署大量传感器，从而及时发现敌军的进攻行动、争取宝贵的应对时间。并可根据战况快速调整和部署新的传感器网络。评估战果：在进攻前后，在攻击目标附近部署传感器网络，从而收集目标被破坏程度的数据。核能、生物、化学攻击的侦察：借助于传感器网络可以及早发现己方阵地上的生、化污染，提供快速反应时间从而减少损失。不派人员就可以获取一些核、生、化爆炸现场的详细数据。(2)环境应用 应用于环境监测的传感器网络，一般具有部署简单、便宜、长期不需更换电池、无需派人现场维护的优点。通过密集的节点布置，可以观察到微观的环境因素，为环境研究和环境监测提供了崭新的途径传感器网

37、络研究在环境监测领域已经有很多的实例。这些应用实例包括：对海岛鸟类生活规律的观测；气象现象的观测和天气预报；森林火警；生物群落的微观观测等 洪灾的预警：通过在水坝、山区中关键地点合理地布置一些水压、土壤湿度等传感器，可以在洪灾到来之前发布预警信息，从而及时排除险情或者减少损失。农田管理：通过在农田部署一定密度的空气温度、土壤湿度、土壤肥料含量、光照强度、风速等传感器，可以更好地对农田管理微观调控，促进农作物生长。(3)家庭应用 建筑及城市管理各种无线传感器可以灵活方便地布置于建筑物内，获取室内环境参数，从而为居室环境控制和危险报警提供依据。智能家居：通过布置于房间内的温度、湿度、光照、空气成分

38、等无线传感器，感知居室不同部分的微观状况，从而对空调、门窗以及其他家电进行自动控制，提供给人们智能、舒适的居住环境。建筑安全：通过布置于建筑物内的图像、声音、气体检测、温度、压力、辐射等传感器，发现异常事件及时报警，自动启动应急措施。智能交通：通过布置于道路上的速度、识别传感器，监测交通流量等信息，为出行者提供信息服务，发现违章能及时报警和记录。反恐和公共安全通过特殊用途的传感器，特别是生物化学传感器监测有害物、危险物的信息，最大限度地减少其对人民群众生命安全造成的伤害。无线传感器网络是新兴的通信应用网络，其应用可以涉及到人类生活和社会活动的所有领域。因此，无线传感器网络将是未来的一个无孔不入

39、的十分庞大的网络，需要各种技术支撑。目前，成熟的通信技术都可能经过适当的改进和进一步发展，应用到无线传感器网络中，形成新的市场增长点，创造无线通信的新天地。毕业设计（论文）报告 机电 082 05 号 传感器在智能温室中的应用 8 2.3 传感器在智能温室控制中的应用现状 2.3.1 国外智能温室的发展现状 将计算机技术用于温室控制始于 20 世纪 60 年代，到 80 年代中期，用于温室中的计算机在日本已有 1000 多台，荷兰 5000 多台。目前，荷兰、以色列、美国等发达国家可以根据温室作物的要求和特点，对温室内光照、温度、水、气、肥等诸多因子进行自动调控，美国和荷兰还利用温室管理技术，

40、实现对花卉、果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足生产和市场的需要。日本和荷兰还研究了一系列用于植物组织增殖、嫁接、育苗、采收等的机器人，大大提高了劳动效率。另外，奥地利、美国、日本等国家目前建造了世界上最为先进的植物工厂，采取完全封闭生产、人工补充光照，全部采用电脑控制和采用机器人或机械手进行播种、移动作业、采收等。以色列温室环境控制系统是现阶段国际比较典型的代表性产品，具有很强的实用性，可以根据控制对象的特点选用不同类型的控制器及外围设备，充分实现现代化温室内部的环境需求。具体特点包括:具有一个综合性的、实用灵活的、有许多控制应用程序构成的软件包;可监测温度、湿度、风速、风向、光照、CO

41、2、雨量等数据;主控机与控制网络之间的通信可以通过电缆、无线或移动电话等方式进行;软件基于 Windows 平台，以图表形式实现实时监测，可进行编程及数据存储。随着信息技术的发展，美国、加拿大等国又提出了精确农业的概念，核心是根据当时当地测定的实际需要确定对作物的投入，应用精确农业技术可在减少投入的情况下增加产量、提高农产品质量，降低成本、减少环境污染、节约资源和保护生态环境。2.3.2 国内智能温室的发展现状 在我国将计算机应用于温室控制开始于 20 世纪 70 年代中期，自 70 年代末起，我国陆续从以色列、美国、日本、荷兰等国引进了许多先进的现代化温室，在吸收国外发达国家高科技温室生产技

42、术的基础上，我国科研工作人员进行了温室内部温度、湿度、光照、CO2浓度等环境因子控制技术的综合研究。到了 90年代初期，计算机开始用于温室的管理和控制领域，国内自主开展了一些研究并取得了一定的成果。目前国内单因子监测控制较多，控制主要采用传统的一些方法(如常规的 PID 调节)，精度和稳定性方面与国外还有一定差距。控制系统大多是以单片机控制为主的现场控制，一些上位机对温室的管理只限于存储历史数据，不能对数据进行实时采集与处理。2.3.3智能温室的发展趋势 近年来，神经网络、遗传算法、模糊理论等人工智能方法在国外温室环境控制技术中得到重视并逐步发展，其中神经网络方法应用较广。另外，采用多个环境因

43、子综合考虑的多因子控制方式替代现行的单个环境因子分别考虑的单因子控制方式也是研究的一个重要方向。目前在温室环境控制系统中，分布式系统是主要发展方向，系统中不存在一个控制中心，主要控制功能由各分布的子处理器 毕业设计（论文）报告 机电 082 05 号 传感器在智能温室中的应用 9 完成。各个温室的控制功能一般由单片机(子处理器)完成，PC 机作为主处理器，仅实现辅助功能，脱离主处理器，整个控制系统仍可工作。分布式控制方式具有价格低、控制灵活、可靠性高等优点，将在以后很长一个时期内广泛应用于温室环境控制系统中。随着网络技术的发展，可以通过 Internet 进行远程控制或诊断，在办公室通过网络对

44、温室设备进行操作，达到减轻生产人员劳动强度、提高设备利用效率、改善温室气候的目的，具有广阔的应用前景。毕业设计（论文）报告 机电 082 05 号 传感器在智能温室中的应用 10 第三章 作物生长发育与环境参数 作物的生长发育及产品器官的形成，一方面取决于作物本身的遗传特性，另一方面取决于外界环境条件。在生产上，要通过育种技术来获得具有新的遗传性状的新品种，同时，也要通过优良的栽培技术及适宜的环境条件来控制生长和发育。影响作物生长发育的主要环境条件包括：温度(空气温度及土壤温度)，光照(光的组成，光强度和光周期)，水分(空气湿度和土壤湿度)，土壤(土壤肥力，化学组成，物理性质及土壤溶液的反应)

45、，空气(大气及土壤中空气的特性，CO2的含量，有毒气体的含量)，生物条件(土壤微生物，杂草及病虫害)等。所有这些条件之间是相互作用、相互联系、相互祸合的，作物的生长发育是这些条件综合作用的结果。下面就这些参数对温室环境的影响进行一定的说明.3.1 温度 植物在生命周期中的一切生物化学作用，都必须在一定的温度条件下进行，温度在空间上随着纬度和海拔的升高而降低，在时间上随四季及昼夜而周期性变化，因此影响作物生长发育的环境条件中，以温度最为敏感，也最为重要.作物的种类不同对温度的要求有所不同，作物的不同发育期对温度亦有不同的要求，而且在同一发育期间内对温度的要求也会随着昼夜变化而周期性地发生变化。此

46、外温室内的气温主要受太阳辐射强度的影响，且其变化趋势滞后于太阳辐射强度的变化约 1 2h:室外气温的变化对室内气温也有一定影响，但阴天日出后的室外气温保持基本不变，而室内气温却能稳定上升。在温室环境的自动控制系统中应该考虑到温室的这种变化情况。3.2 湿度 温室内作物对水分的要求也就是对空气湿度和土壤湿度的要求。根据 1996年和 1997 年 78 月的温湿度记载，除了阴雨天以外，室内午后过低的空气湿度会导致作物发生光合作用的午休现象.空气相对湿度的大小直接影响到植物的光合作用，因为光合作用强，需要更多的水分。土壤湿度对植物的影响也很大，如果温室中排水不良，或者灌水不当，土壤渗水性不好，造成

47、土壤水分过剩，湿度过高，使土壤中的氧气减少，植物根部呼吸困难，从而危害作物的生长发育。但是，当土壤含水量逐渐减少时，植物根部呼吸的水分减少，从而影响植物的水分代谢，阻滞植物的生长或者使植物出现严重的萎蔫。所以不同的植物对湿度的要求不同，即使是同一植物在不同发育期的不同阶段对湿度的要求也不同。因此在温室中应该考虑到湿度的管理问题。温室中的湿度管理指的是对温室中的空气湿度和土壤湿度进行调节以满足作物生长的要求。空气湿度用空气的相对湿度而不用绝对湿度来表示，因为相对湿度更能反应事实。温室中空气湿度的管理包括增湿和除湿，当白天湿度太低时，作物会发生光合作用午休现象，这时就需要向温室增加湿度;当湿度较高

48、的情况下，可能会诱发一些病虫害。土壤湿度的管理就是把灌溉系统包括渗灌、滴灌、毕业设计（论文）报告 机电 082 05 号 传感器在智能温室中的应用 11 微灌等应用到温室中来，传统的灌溉方法既浪费水资源(特别在干旱地区就大大增加温室作物的成本，这是不必要的)，又容易使土块板结，提高室内湿度。在温室中应用渗灌灌水均匀，能提高地温，保持土壤疏松，降低室内湿度，减轻病害发生，生育期提前。3.3 光照 光照是作物生长发育的关键条件之一。没有光照，就谈不上植物的生长，光照不足，势必影响植物的生长发育。但在温室生长上，我们对于光的作用，往往没有象对温度、水分等那样注意，因为温度的高低，水分的多少，会在很短

49、的时间内，影响到植物的生长发育，只要几个小时的冰冻或干旱，就会冻死或干死。而光的影响没有这样明显，一时的缺光，还不致于死亡。但光的强度、光的组成、以及光照时间长短，对其生长发育，都很重要。光照的强度直接影响到光合作用的强度。作物生长发育所需的光照在一定的范围内，过高或过低对作物都有害，因此必须对温室中光照进行管理。夏天，中午前后光照强度大，室外空旷地可达 810 万 lx，室内也有 58 万 lx，超过了一般叶菜类作物的光饱和点。强光照射不仅使温度提高，湿度过低，造成植株净光合积累少，对三叶芹等需光较低的作物还可造成因灼烧和呼吸消耗过高而黄化死亡。而启动遮阳网，可以使光照度下降到 3 万 lx

50、 左右，遮光效果约 15%，这一光强度对蔬菜作物是合适的。在室内光照强度低于 30001x 时采用人工补光。人们在选择人工光源时，一般根据光源的光谱性能、发光效率、寿命和价格等方面来考虑。温室常用的人工光源有白炽灯、卤钨灯、高压水银荧光灯、高压钠灯、摘灯、金属卤化物灯等。3.4 CO2浓度 CO2是作物进行光合作用的主要原料，蔬菜作物的产量 90%95%靠光合作用制造。在露天大田生产条件下，空气中的 CO2浓度为 300ppm 即 0.03%，一般能满足光合作用的需要，但是在密闭的温室中栽培蔬菜却常显得严重不足，如二氧化碳不足，尽管光照好，水肥足，植物仍不能进行旺盛的光合作用，使营养物质积累少