溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中檢測(cè)元件的分析與研究

1、云南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書溫室環(huán)境控制系統(tǒng)中檢測(cè)元件的分析與研究一.前言 1.1課題背景 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要大面積采集大量信息以達(dá)到農(nóng)作物生長(zhǎng)的最佳條件, 影響植物生長(zhǎng)的環(huán)境因素多種多樣，譬如溫度，濕度，光照，二氧化碳濃度等。而農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的環(huán)境控制則能為現(xiàn)代下的新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供一個(gè)有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境。它可以提高農(nóng)民收入，提高產(chǎn)業(yè)化水平，提高抵御自然災(zāi)害的能力，延長(zhǎng)作物的生長(zhǎng)時(shí)間，提高產(chǎn)量。 1.2 國(guó)內(nèi)外溫室控制技術(shù)發(fā)展概況 設(shè)施農(nóng)業(yè)是利用人工建筑的設(shè)施，以可調(diào)控的技術(shù)手段，實(shí)施生產(chǎn)要素的全方位調(diào)控，為農(nóng)業(yè)生物生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境條件，實(shí)施高產(chǎn)、高效的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。狹義的設(shè)

2、施農(nóng)業(yè)包括塑料大棚、溫室、植物工廠化3種不同的技術(shù)層次，廣義的設(shè)施農(nóng)業(yè)主要包括設(shè)施栽培和設(shè)施養(yǎng)殖兩個(gè)方面。目前，我國(guó)發(fā)展和應(yīng)用較多的主要是塑料大棚、日光溫室及連棟溫室，也有少量先進(jìn)工程技術(shù)的智能溫室。其中能充分利用太陽光熱資源、節(jié)約燃煤及減少環(huán)境污染的日光溫室為我國(guó)所獨(dú)創(chuàng)。（1）國(guó)內(nèi)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀  我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展歷史悠久，至今已形成多種類型，較為普遍采用的幾種模式有：簡(jiǎn)易覆蓋型（主要以地膜覆蓋為典型代表）、簡(jiǎn)易設(shè)施型（主要包括中小拱棚）、一般設(shè)施型（如塑料大棚、加溫溫室、日光溫室以及微滴灌系統(tǒng)等）和工廠化農(nóng)業(yè)，其中以節(jié)能日光溫室、普通日光溫室和塑料大棚發(fā)展最快。簡(jiǎn)易

3、覆蓋型、簡(jiǎn)易設(shè)施型和一般設(shè)施型農(nóng)業(yè)技術(shù)含量低，粗放經(jīng)營(yíng)，經(jīng)營(yíng)規(guī)模較小。工廠化農(nóng)業(yè)是設(shè)施農(nóng)業(yè)的高級(jí)發(fā)展階段，即利用高科技設(shè)施材料，運(yùn)用先進(jìn)的工程技術(shù)手段構(gòu)建與田間傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)截然不同的生產(chǎn)環(huán)境，如同在工廠中進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。通常包括加熱系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)、微灌系統(tǒng)和中心控制系統(tǒng)。它屬于集約高效型農(nóng)業(yè)，在我國(guó)尚處于實(shí)驗(yàn)階段，但代表我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。目前，我國(guó)設(shè)施栽培已進(jìn)入鞏固、完善、提高、再發(fā)展的比較成熟階段。設(shè)施栽培總體布局趨于合理，多數(shù)地區(qū)在發(fā)展中體現(xiàn)了以節(jié)能為中心，低投入、高產(chǎn)出的特色，設(shè)施設(shè)備的總體水平有了明顯提高，設(shè)施類型向大型化發(fā)展，小型簡(jiǎn)易設(shè)施的比例近20年來下降了28

4、%。設(shè)施栽培的技術(shù)水平不斷提高，專業(yè)品種的培育受到重視，設(shè)施栽培蔬菜的總產(chǎn)和單產(chǎn)大幅度提高，栽培作物的品種不斷擴(kuò)大和豐富，不但提高了經(jīng)濟(jì)效益，也促進(jìn)了農(nóng)民增收。設(shè)施栽培的科學(xué)研究，也得到了國(guó)家的重視與支持。 （2） 國(guó)外設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀  設(shè)施農(nóng)業(yè)是科技含量高、高投入、高產(chǎn)出、高效益的集約化生產(chǎn)方式，國(guó)外發(fā)展速度很快，全世界設(shè)施農(nóng)業(yè)面積已達(dá)60余萬公頃。荷蘭、日本、以色列、美國(guó)、韓國(guó)、西班牙、意大利、法國(guó)、加拿大等國(guó)家設(shè)施農(nóng)業(yè)十分發(fā)達(dá)，其設(shè)施設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化程度、種苗技術(shù)及規(guī)范化栽培技術(shù)、植物保護(hù)及采后加工商品化技術(shù)、新型覆蓋材料開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)、設(shè)施綜合環(huán)境調(diào)控及農(nóng)業(yè)機(jī)

5、械化技術(shù)等有較高的水平，居世界領(lǐng)先地位。  日本、荷蘭、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家能為溫室提供專用的耐低溫、高溫、高濕，具有多種抗性、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的種苗，在脫毒、快繁等方面有很高的技術(shù)水平。荷蘭農(nóng)產(chǎn)品出口額達(dá)400億美元。日、以、韓、西班牙等國(guó)優(yōu)質(zhì)蔬菜產(chǎn)出率亦相當(dāng)高，以色列花卉出口量位居世界第二。 智能化溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)開始普及，利用此系統(tǒng)可準(zhǔn)確采集設(shè)施內(nèi)室溫、葉溫、地溫、濕度、土壤含水量、溶液濃度、二氧化碳濃度、風(fēng)向、風(fēng)速以及作物生長(zhǎng)狀況等參數(shù)，將室內(nèi)溫、光、水、肥、氣等諸多因素綜合，直接協(xié)調(diào)到最佳狀態(tài)，可節(jié)能15%50%，并有節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥的效果。美國(guó)、加拿大等國(guó)開發(fā)了多種小型、

6、輕便、多功能的設(shè)施園藝耕作機(jī)具、播種育苗裝置、灌水施肥裝置、通風(fēng)窗自動(dòng)開閉的溫（濕）度調(diào)節(jié)裝置等。日本、韓國(guó)已研制出蔬菜嫁接機(jī)器人、無人行走車、施肥機(jī)器人等。法、意、德等國(guó)大部分設(shè)施農(nóng)業(yè)均可進(jìn)行無土栽培。無土栽培可向人們提供健康、營(yíng)養(yǎng)、無公害、無污染的有機(jī)食品，營(yíng)養(yǎng)液重復(fù)利用能節(jié)省投資、保護(hù)生態(tài)環(huán)境溫室是一種可以改變植物生長(zhǎng)環(huán)境、為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱?chǎng)所。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。國(guó)外對(duì)溫室環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了

7、分布式控制系統(tǒng)。目前正開發(fā)和研制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的多因子綜合控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在世界各國(guó)的溫室控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展。像園藝強(qiáng)國(guó)荷蘭，以先進(jìn)的鮮花生產(chǎn)技術(shù)著稱于世，其玻璃溫室全部由計(jì)算機(jī)操作。日本研制的蔬菜塑料大棚在播種、間苗、運(yùn)苗、灌水、噴藥等作業(yè)的自動(dòng)化和無人化方面都有應(yīng)用等。 我國(guó)對(duì)于溫室控制技術(shù)的研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。我國(guó)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國(guó)家溫室控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，才掌握了人工氣候室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)僅限于溫度、濕度和CO2濃度等單項(xiàng)環(huán)境因子的控制。之后，我國(guó)的溫室控制技術(shù)得到了迅速發(fā)展。1995年，北京農(nóng)業(yè)大

8、學(xué)研制成功了“WJG-1型實(shí)驗(yàn)溫室環(huán)境監(jiān)控計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)”，此系統(tǒng)屬于小型分布式數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。1996年，江蘇理工大學(xué)毛罕平等研制成功了使用工控機(jī)進(jìn)行管理的植物工廠系統(tǒng)。中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制成功了新型智能溫室系統(tǒng)。該系統(tǒng)由大棚本體及通風(fēng)降溫系統(tǒng)、太陽能貯存系統(tǒng)、燃油熱風(fēng)加熱系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)環(huán)境參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)等組成。1997年以來，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)在溫室環(huán)境的自動(dòng)控制技術(shù)方面也取得了一定的成果。90年代末，河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院的閏忠文研制了蔬菜大棚，其能夠?qū)?、濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量與控制。但由于我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平較低，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力大量過剩，溫室的一次性投資大，資金短缺以及對(duì)操作人員的素質(zhì)要

9、求比較高等因素，限制了溫室控制技術(shù)在溫室系統(tǒng)的擴(kuò)展。 二. 環(huán)境因子介紹及其在溫室系統(tǒng)中的重要性 2.1溫度 溫度是影響園林植物的重要因子之一，它不僅影響著植物的地理分布，而且還制約著植物生長(zhǎng)發(fā)育的速度。1、溫度的變化直接影響著植物的光合作用、呼吸作用、蒸騰作用等生理作用。每種植物的生長(zhǎng)都有最低、最適、最高溫度，稱為溫度的三基點(diǎn)。一般地，植物生長(zhǎng)的溫度范圍為4-36。但是，不同植物及不同生長(zhǎng)階段對(duì)溫度的要求差異較大。熱帶植物 如檳榔、椰子等要求日平均溫度在18以上才能開始生長(zhǎng)；亞熱帶植物如香樟、小葉榕、印度橡膠榕、竹等在15左右開始生長(zhǎng)；暖溫帶植物如桃花、紫葉李、梅花等在10，甚至不到10就開

10、始生長(zhǎng)，溫帶樹種紫杉、云杉、白樺在5就開始生長(zhǎng)。一般植物在0-35的溫度范圍內(nèi)隨溫度上升，生長(zhǎng)速度加快，隨溫度降低，生長(zhǎng)速度減緩，但是，當(dāng)溫度超過植物所能忍耐的最低和最高溫度極限時(shí)，植物的部分器官即受害甚至全株死亡。在實(shí)際生活中，低溫對(duì)植物生長(zhǎng)的影響較為突出，它使植物遭受寒害和凍害。寒害指氣溫在0以上植物遭受的傷害，寒害多發(fā)生于熱帶、亞熱帶地區(qū)；凍害指氣溫低于0時(shí)導(dǎo)致的植物傷害。當(dāng)然，凍害的為害程度視極端低溫值、低溫持續(xù)的天數(shù)、降溫速度而異，也與植物的抗性大小有關(guān)。在相同的低溫條件下，降溫速度越快，植物受傷害越嚴(yán)重，低溫持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，受傷害的程度越大。土壤低溫對(duì)園林植物的危害也較大。溫度對(duì)園

11、林植物開花的影響首先表現(xiàn)在花芽分化方面。此外，溫度對(duì)花色也有一定的影響，其原因是花青素和色素的形成與積累受溫度的控制，溫度適宜時(shí)，花色艷麗，反之則暗淡。溫度與植物景觀在園林植物配置與造景時(shí)，應(yīng)盡量提倡應(yīng)用鄉(xiāng)土樹種，控制南樹北移、北樹南移，或經(jīng)栽培試驗(yàn)可行后再用。如椰子在海南島南部生長(zhǎng)旺盛，結(jié)果累累，到了北部則果實(shí)變小，產(chǎn)量顯著降低，在廣州不僅不結(jié)實(shí)，甚至還有凍害；又如鳳凰木原產(chǎn)熱帶非洲，在當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)十分旺盛，花期先于葉開放，引至海南島南部，花期明顯縮短，有花葉同放現(xiàn)象，引至廣州，大多變成先葉后花，花的數(shù)量明顯減少，甚至只有葉片不開花，大大影響了景觀效果。在園林實(shí)踐中，由于不同園林植物對(duì)溫度的適應(yīng)

12、，因此應(yīng)注意落葉與常綠樹種的搭配，四季開花植物的搭配，做到四季有景、季季有花，以體現(xiàn)溫度變化與植物景觀的關(guān)系。農(nóng)業(yè)設(shè)施內(nèi)的濕度環(huán)境，包含空氣濕度和土壤濕度兩個(gè)方面。水是農(nóng)業(yè)的命脈，也是植物體的主要組成成分，一般作物的汗水量高達(dá)80%95%，因此濕度環(huán)境的重要性更為突出。 2.2濕度 不同的蔬菜種類生長(zhǎng)發(fā)育所需要的空氣濕度不同，一般茄果類蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育適宜的濕度范圍為5060%，西瓜、西葫蘆、甜瓜等瓜類生長(zhǎng)發(fā)育適宜的濕度范圍為4050%，黃瓜為7080%，豆類蔬菜為5070%。在適宜的濕度范圍內(nèi)，作物生長(zhǎng)發(fā)育良好，濕度過低，土壤干旱，植株易失水萎蔫；濕度過高，作物易旺長(zhǎng)，并易誘發(fā)病害。 溫室因其封

13、閉嚴(yán)密，室內(nèi)空氣濕度，一般可比室外露地條件下高20%以上。特別是灌水以后，如不注意通風(fēng)排濕，往往連續(xù)35天，室內(nèi)空氣濕度都在95%以上，極易誘發(fā)真菌、細(xì)菌等菌類病害，并且易迅速蔓延，造成重大損失。因此，及時(shí)適宜的調(diào)控、降低設(shè)施內(nèi)的空氣濕度，是溫室蔬菜栽培中，必須時(shí)刻注意的最為重要的技術(shù)措施。 如果不是極端干燥或過濕，作物的生育不受濕度的影響，葉片氣孔能自由開閉調(diào)節(jié)蒸騰量。但在持續(xù)干燥條件下，葉片氣孔關(guān)閉，影響光合作用，會(huì)抑制生育；果菜類開花期遇到極端過濕環(huán)境，花粉不能充分散開，花粉管伸展受阻，會(huì)產(chǎn)生畸形果。如果蔬菜生產(chǎn)是在封閉、半封閉條件下進(jìn)行的，地面蒸發(fā)和作物蒸騰作用產(chǎn)生的水蒸汽凝結(jié)水大都滯

14、留在室內(nèi)，使空氣相對(duì)濕度和絕對(duì)濕度顯著高于外界。傍晚溫度下降，濕度過飽和后會(huì)產(chǎn)生霧。土壤濕度越高，室溫越低，霧持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)、濃度越大。霧在薄膜上凝結(jié)成水滴，潤(rùn)濕作物莖葉，好濕性病原菌便隨水滴侵入氣孔。 濕度是影響設(shè)施蔬菜病蟲害發(fā)生的主要因素，高濕加上適宜發(fā)病的溫度條件更會(huì)加速病蟲害的發(fā)生。從以上分析可以知道，溫度和濕度對(duì)植物的影響是非常大的，因此，對(duì)溫度和濕度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制具有不可替代的意義. 隨著科技進(jìn)步，大棚溫室改造農(nóng)業(yè)勢(shì)在必行，而大棚溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)的成功，代表著我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)最佳的發(fā)展方向。據(jù)一生態(tài)園的工作人員所說，過去沒有自動(dòng)控制系統(tǒng)，在需要灌溉的時(shí)候，往往需要上百人進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)一周的灌溉；

15、而裝備了自動(dòng)控制系統(tǒng)以后，只需要坐在系統(tǒng)前面進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作就可以了。在我國(guó)農(nóng)業(yè)設(shè)施落后、基礎(chǔ)薄弱的條件下，自控控制技術(shù)成功地解決了設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中光、溫、水、熱、氣等必需的氣候條件不理想的問題，從真正意義上實(shí)現(xiàn)了農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的人為控制，使農(nóng)作物的產(chǎn)出和收獲隨時(shí)面市，達(dá)到了綠色無公害的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。而只有將類似的高新農(nóng)業(yè)技術(shù)和現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，變成現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力，我國(guó)的農(nóng)業(yè)才能步入一個(gè)春天。 2.2.1作物對(duì)土壤濕度的要求 設(shè)施生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品特別是園藝產(chǎn)品大都是柔嫩多汁的器官，含水量在90%以上。水是綠色植物進(jìn)行光合生產(chǎn)中最主要的原料，水也是植物原生質(zhì)的主要成分，植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸，要在水溶液中進(jìn)行，根系

16、吸收礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，也必須在土壤水分充足的環(huán)境下才能進(jìn)行。作物對(duì)水分的要求一方面取決于根系的強(qiáng)弱和吸水能力的大小；另一方面取決于植物葉片的組織和結(jié)構(gòu)，后者直接關(guān)系到植物的蒸騰效率。蒸騰系數(shù)越大，所需水分越多。根據(jù)作物對(duì)水分的要求和吸收能力，可將其分為耐旱植物、濕生植物和中生植物。1）耐旱植物 抗旱能力較強(qiáng)，能忍受較長(zhǎng)期的空氣和土壤干燥而繼續(xù)生活。這類植物一般具有較強(qiáng)大的根系，葉片較小、革質(zhì)化或較厚，具有貯水能力或葉表面有茸毛，氣孔少并下陷，具有較高的滲透壓等。因此，它們需水較少或吸收能力較強(qiáng)，如果樹中的石榴、無花果、葡萄、杏和棗等；花卉中的仙人掌科和景天科植物；蔬菜中的南瓜、西瓜、甜瓜耐旱能力均較強(qiáng)

17、。2）濕生植物 這類植物的耐旱性較弱，生長(zhǎng)期間要求有大量水分存在，或生長(zhǎng)在水中。它們的根、莖、葉內(nèi)有通氣組織與外界通氣，一般原產(chǎn)熱帶沼澤或陰濕地帶，如花卉中的熱帶蘭類、蕨類和鳳梨科植物及荷花、睡蓮等，蔬菜中的蓮藕、菱、芡實(shí)、莼菜、慈菇、茭白、水芹、蒲菜、豆瓣菜和水蕹菜等。3）中生植物 這類植物對(duì)水分的要求屬中等，既不耐旱，也不耐澇，一般旱地栽培要求經(jīng)常保持土壤濕潤(rùn)。果樹中的蘋果、梨、櫻桃、柿、柑橘和大多數(shù)花卉屬于此類；蔬菜中的茄果類、瓜類、豆類、根菜類、葉菜類、蔥蒜類也屬此類。 2）.土壤濕度的調(diào)節(jié)與控制因?yàn)樵O(shè)施的空間或地面有比較嚴(yán)格的覆蓋材料，土壤耕作層不能依靠降雨來補(bǔ)充水分，故土壤濕度只能

18、由灌水量、土壤毛細(xì)管上升水量、土壤蒸發(fā)量以及作物蒸騰量的大小來決定。土壤濕度的調(diào)控應(yīng)當(dāng)依據(jù)作物種類及生育期的需水量、體內(nèi)水分狀況以及土壤濕度狀況而定。目前我國(guó)設(shè)施栽培的土壤濕度調(diào)控仍然依靠傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，主要憑人的觀察感覺，調(diào)控技術(shù)的差異很大。隨著設(shè)施園藝向現(xiàn)代化、工廠化方向發(fā)展，要求采用機(jī)械化自動(dòng)化灌溉設(shè)備，根據(jù)作物各生育期需水量和土壤水分張力進(jìn)行土壤濕度調(diào)控。設(shè)施內(nèi)的灌溉既要掌握灌溉期，又要掌握灌溉量，使之達(dá)到節(jié)約用水和高效利用的目的。常用的灌溉方式有：1）淹灌或溝灌 省力、速度快。其控制方法只能從調(diào)節(jié)閥門或水溝入水量著手，浪費(fèi)土地浪費(fèi)水，不宜在設(shè)施內(nèi)進(jìn)行。2）噴壺灑水 傳統(tǒng)方法，簡(jiǎn)單易行，便于

19、掌握與控制。但只能在短時(shí)間、小面積起到調(diào)節(jié)作用，不能根本解決作物生育需水問題，而且費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，均勻性差。3）噴灌 采用全園式噴頭的噴灌設(shè)備，用3千克/平方厘米以上的壓力噴霧。5千克/平方厘米的壓力霧化效果更好，安裝在溫室或大棚頂部2.02.5米高處。也有的采用地面噴灌，即在水管上鉆有小孔，在小孔處安裝小噴嘴，使水能平行地噴灑到植物的上方。4）水龍澆水法 即采用塑料薄膜滴灌帶，成本較低，可以在每個(gè)畦上固定一條，每條上面每隔2040厘米有一對(duì)0.6毫米的小孔，用低水壓也能使2030米長(zhǎng)的畦灌水均勻。也可放在地膜下面，降低室內(nèi)濕度。5）滴灌法 在澆水用的直徑2540毫米的塑料軟管上，按株距鉆小孔，每

20、個(gè)孔上再接上小細(xì)塑料管，用0.20.5千克/平方厘米的低壓使水滴到作物根部?？煞乐雇寥腊褰Y(jié)，省水、省工、降低棚內(nèi)濕度，抑制病害發(fā)生，但需一定設(shè)備投入。6）地下灌溉 用帶小孔的水管埋在地下10厘米處，直接將水澆到根系內(nèi)，一般用塑料管，耕地時(shí)再取出。或選用直徑8厘米的瓦管埋入地中深處，靠毛細(xì)管作用經(jīng)常供給水分。此法投資較大，花費(fèi)勞力，但對(duì)土壤保濕及防止板結(jié)、降低土壤及空氣濕度、防止病害效果比較明顯。 2.2.2作物對(duì)空氣濕度的要求及調(diào)控 （1)作物對(duì)空氣濕度的要求設(shè)施內(nèi)的空氣濕度是由土壤水分的蒸發(fā)和植物體內(nèi)水分的蒸騰，而在設(shè)施密閉情況下形成的。表示空氣潮濕程度的物理量，稱為濕度。通常用絕對(duì)濕度和相

21、對(duì)濕度來表示。設(shè)施內(nèi)作物由于生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，代謝旺盛，作物葉面積指數(shù)高，通過蒸騰坐呀釋放出大量水蒸汽，在密閉情況下水蒸氣很快達(dá)到飽和，空氣相對(duì)濕度比露地栽培要高得多。高濕，是農(nóng)業(yè)設(shè)施濕度環(huán)境的突出特點(diǎn)。特別是設(shè)施內(nèi)夜間隨著氣溫的下降相對(duì)濕度逐漸增大，往往能達(dá)到飽和狀態(tài)。蔬菜是我國(guó)設(shè)施栽培面積最大的作物，多數(shù)蔬菜光合作用適宜的空氣相對(duì)濕度為60%85%，低于40%或高于90%時(shí)，光合作用會(huì)受到阻礙，從而使生長(zhǎng)發(fā)育受到不良影響。不同蔬菜種類和品種以及不同生育時(shí)期對(duì)濕度要求不盡相同，但其基本要求大體如表1： 表1各類植物生長(zhǎng)適宜濕度范圍 Table 1kinds of plant growth suita

22、ble humidity range 類型 蔬菜種類 適宜相對(duì)濕度%較高濕型 黃瓜,白菜類,綠葉菜類，水生菜 85-90中等濕型 馬鈴薯，豌豆，蠶豆，根菜類 70-80較低濕型 茄果類 55-65較干濕型 西瓜，甜瓜，胡蘿卜，蔥蒜類，南瓜 45-65 （2)空氣濕度的調(diào)節(jié)與控制1）通風(fēng)換氣 設(shè)施內(nèi)造成高濕原因是密閉所致。為了防止室溫過高或濕度過大，在不加溫的設(shè)施里進(jìn)行通風(fēng)，其降濕效果顯著。一般采用自然通風(fēng)，從調(diào)節(jié)風(fēng)口大小、時(shí)間和位置，達(dá)到降低室內(nèi)濕度的目的，但通風(fēng)量不易掌握，而且室內(nèi)降濕不均勻。在有條件時(shí)，可采用強(qiáng)制通風(fēng)，可由風(fēng)機(jī)功率和通風(fēng)時(shí)間計(jì)算出通風(fēng)量，而且便于控制。2）加溫除濕 是有效措

23、施之一。濕度的控制既要考慮作物的同化作用，又要注意病害發(fā)生和消長(zhǎng)的臨界濕度。保持葉片表面不結(jié)露，就可有效控制病害的發(fā)生和發(fā)展。3）覆蓋地膜 覆蓋地膜即可減少由于地表蒸發(fā)所導(dǎo)致的空氣相對(duì)濕度升高。據(jù)試驗(yàn)，覆膜前夜間空氣濕度高達(dá)95%100%，而覆膜后，則下降到75%80%。4）科學(xué)灌水 采用滴灌或地中灌溉，根據(jù)作物需要來補(bǔ)充水分，同時(shí)灌水應(yīng)在晴天的上午進(jìn)行，或采取膜下灌溉等等。加濕的方法 大型農(nóng)業(yè)設(shè)施在進(jìn)行周年生產(chǎn)時(shí)，到了高溫季節(jié)還會(huì)遇到高溫、干燥、空氣濕度過低的問題，就要采取加濕的措施。1）噴霧加濕 噴霧器種類很多，可根據(jù)設(shè)施面積選擇。2）濕簾加濕 主要是用來降溫的，同時(shí)也可達(dá)到增加室內(nèi)濕度的

24、目的。3）溫室內(nèi)頂部安裝噴霧系統(tǒng)，降溫的同時(shí)可加濕。 2.3光照 光對(duì)園林植物的影響主要表現(xiàn)在光照強(qiáng)度、光照長(zhǎng)度和光質(zhì)三個(gè)方面。不同光照強(qiáng)度要求的植物生態(tài)類型。根據(jù)植物對(duì)光強(qiáng)的要求，傳統(tǒng)上將植物分成陽性植物、陰性植物和居于這二者之間的耐蔭植物。陽性植物：要求較強(qiáng)光照，不耐蔽蔭，在全光照下生長(zhǎng)良好，否則枝條纖細(xì)，葉片黃瘦，花小而淡，開花不良，在自然植物群落中，大多為上層喬木。如木棉、橡皮樹、銀杏、紫薇、木麻黃、椰子、楊柳、棕櫚及多數(shù)一、二年生草本植物。陰性植物：多原產(chǎn)于熱帶雨林或高山陰坡及林下，一般需光度為全日照的5-20%，不能忍耐過強(qiáng)光照。在自然植物群落中常處于中、下層，或生長(zhǎng)在潮濕背陰處，

25、如紅豆杉、肉桂、珠蘭、中華常春藤、三七、人參、黃連、吉祥草、寬葉麥冬、蕨類、一葉蘭、蘭花、文竹等。耐蔭植物；一般在充足光照下生長(zhǎng)最好，但亦有不同程度的耐蔭能力，需光度在陽性和陰性植物之間，大多數(shù)植物屬于此類，如羅漢松、竹柏、欒樹、君遷子、桔梗、白芨、棣棠、珍珠梅、杜鵑、山茶、八仙花、七葉樹、五角楓等。園林植物耐蔭性在植物配置與造景中的應(yīng)用在植物配置與造景時(shí)，對(duì)溫度、水分、土壤因子都可以通過適地適樹以及加強(qiáng)管理、換土等措施來滿足和控制，而植物的耐蔭性，只有通過對(duì)各種樹種及草本植物耐蔭幅度的了解，才能在順應(yīng)自然的基礎(chǔ)上，科學(xué)地配植，組成既美觀又穩(wěn)定的人工群落。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判斷植物的耐蔭性是目前在植物

26、造景中的主要依據(jù)，但是極不準(zhǔn)確。2.4 空氣中二氧化碳濃度溫室是一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境，作物在溫室內(nèi)不斷進(jìn)行著二氧化碳的吸收與釋放過程，因此，溫室內(nèi)的二氧化碳濃度與外界環(huán)境有明顯的差異。一般來說，白天溫室內(nèi)綠色植物光合作用旺盛，二氧化碳濃度急劇下降；夜間光合作用停止，作物呼吸作用釋放二氧化碳，二氧化碳室內(nèi)濃度逐漸升高。使得大棚里的二氧化碳濃度不足和日夜變化大，影響了植物的生長(zhǎng)發(fā)育。利用現(xiàn)代化電子設(shè)備，可以根據(jù)各種植物的生 長(zhǎng)需要，對(duì)二氧化碳的濃度進(jìn)行測(cè)量和控制，將大棚里的二氧化碳的濃度控制在最佳狀態(tài)，使植物始終處于最佳生長(zhǎng)環(huán)境中，獲得最好的收成。作物群體的二氧化碳來源包括空氣和土壤。假定溫室面積為

27、（），空間容積為V（），則其室內(nèi)的濃度對(duì)時(shí)間的變化率可用下式表示 式中 _計(jì)算施用量，g/h; -室內(nèi)空氣設(shè)定的目標(biāo)濃度，g/,在常溫常壓下，1g/相當(dāng)于531ml/; -室外空氣濃度，g/； n-換氣次數(shù)，次/h; -凈光合作用強(qiáng)度，一般1-8g/(.h）.基于濃度對(duì)時(shí)間的變化率，設(shè)計(jì)了紅外吸收型二氧化碳傳感器來監(jiān)測(cè)溫室內(nèi)的濃度。三.環(huán)境因子檢測(cè)元件介紹 3.1.1傳感器的定義傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。 3.1.2傳感器的作用人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人

28、們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官。新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏

29、觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到 cm的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、

30、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。 3.1.3傳感器的靈敏度 靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化y對(duì)輸入量變化x的比值。它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳

31、感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。4.1濕度檢測(cè)元件的種類及特點(diǎn)4.1.1濕度傳感器 選擇測(cè)量范圍和測(cè)量重量、溫度一樣，選擇濕度傳感器首先要確定測(cè)量范圍。除了氣象、科研部門外，搞溫、濕度測(cè)控的一般不需要全濕程(0-100%RH)測(cè)量。在當(dāng)今的信息時(shí)代，傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)緊密結(jié)合著。測(cè)量的目的在于控制，測(cè)量范圍與控制范圍合稱使用范圍。當(dāng)然，對(duì)不需要搞測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用者來說，直接選擇通用型濕

32、度儀就可以了。下面列舉一些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)穸葌鞲衅魇褂脺囟取穸鹊牟煌?，供使用者參考。用戶根?jù)需要向傳感器生產(chǎn)廠提出測(cè)量范圍，生產(chǎn)廠優(yōu)先保證用戶在使用范圍內(nèi)傳感器的性能穩(wěn)定一致，求得合理的性能價(jià)格比，對(duì)雙方來講是一件相得益彰的事情。選擇測(cè)量精度和測(cè)量范圍一樣，測(cè)量精度同是傳感器最重要的指標(biāo)。每提高個(gè)百分點(diǎn)對(duì)傳感器來說就是上一個(gè)臺(tái)階，甚至是上一個(gè)檔次。因?yàn)橐_(dá)到不同的精度，其制造成本相差很大，售價(jià)也相差甚遠(yuǎn)。例如進(jìn)口的1只廉價(jià)的濕度傳感器只有幾美元，而1只供標(biāo)定用的全濕程濕度傳感器要幾百美元，相差近百倍。所以使用者一定要量體裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。生產(chǎn)廠商往往是分段給出其濕度傳感器的精

33、度的。如中、低溫段(0一80%RH)為±2%RH，而高濕段(80100%RH)為±4%RH。而且此精度是在某一指定溫度下(如25)的值。如在不同溫度下使用濕度傳感器其示值還要考慮溫度漂移的影響。眾所周知，相對(duì)濕度是溫度的函數(shù)，溫度嚴(yán)重地影響著指定空間內(nèi)的相對(duì)濕度。溫度每變化0.1。將產(chǎn)生0.5%RH的濕度變化(誤差)。使用場(chǎng)合如果難以做到恒溫，則提出過高的測(cè)濕精度是不合適的。因?yàn)闈穸入S著溫度的變化也漂忽不定的話，奢談測(cè)濕精度將失去實(shí)際意義。所以控濕首先要控好溫，這就是大量應(yīng)用的往往是溫濕度體化傳感器而不單純是濕度傳感器的緣故。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的

34、膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測(cè)量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對(duì)濕度成正比。電子式濕敏傳感器的準(zhǔn)確度可達(dá)2-3%RH，這比干濕球測(cè)濕精度高。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測(cè)環(huán)境濕度時(shí)，濕敏元件要長(zhǎng)期暴露在待測(cè)環(huán)境中，很容易被污染而影響其測(cè)量精度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。這方面沒有干濕球測(cè)濕方法好。下面對(duì)各種濕度傳感器進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。 (1）電阻式氯化鋰濕度計(jì) 圖1 氯化鋰濕度傳感器外形圖 F

35、ig 1lithium chloride humidity sensor contour map 第一個(gè)基于電阻-濕度特性原理的氯化鋰電濕敏元件是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局的F.W.Dunmore研制出來的。這種元件具有較高的精度，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉，適用于常溫常濕的測(cè)控等一系列優(yōu)點(diǎn)。氯化鋰元件的測(cè)量范圍與濕敏層的氯化鋰濃度及其它成分有關(guān)。單個(gè)元件的有效感濕范圍一般在20%RH 以內(nèi)。例如0.05%的濃度對(duì)應(yīng)的感濕范圍約為（80100）%RH ，0.2%的濃度對(duì)應(yīng)范圍是（6080）%RH 等。由此可見，要測(cè)量較寬的濕度范圍時(shí)，必須把不同濃度的元件組合在一起使用?？捎糜谌砍虦y(cè)量的濕度計(jì)組合的元件數(shù)一般為5個(gè)，

36、采用元件組合法的氯化鋰濕度計(jì)可測(cè)范圍通常為（15100）%RH，國(guó)外有些產(chǎn)品聲稱其測(cè)量范圍可達(dá)（2 100）%RH 。 圖2 電阻式氯化鋰濕度計(jì) Fig 2 the resistance of lithium chloride humidity profile 4.1.2電阻式濕度傳感器 4.1.2.1 氯化鋰電解質(zhì)濕度傳感器電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率與溶液的濃度有關(guān)，而溶液的濃度在一定的溫度下又是環(huán)境相對(duì)溫度的函數(shù)，利用這個(gè)特性支撐了點(diǎn)知濕度傳感器。電解質(zhì)的材料很多，但以電解質(zhì)氯化鋰濕度傳感器最為典型。（1）結(jié)構(gòu) 氯化鋰電解質(zhì)濕度傳感器其結(jié)構(gòu)如圖2所示，它是用一個(gè)圓筒形指支架作為元件的基體，在圓筒上

37、做兩條相互平行的鈀引線作為電極。在支架的表面上浸涂一層含有聚苯乙烯醋酸酯（PVAC）和氯化鋰（LiCl）水溶液的混合液。當(dāng)被涂溶液的溶劑揮發(fā)干后，即凝聚成一層其阻值可隨環(huán)境濕度變化的感濕薄膜。 圖3 氯化鋰濕度傳感器結(jié)構(gòu) pic 3 the structure of lithium chloride humidity sensor (1)工作原理 氯化鋰為不揮發(fā)性鹽，溶解于水后，則降低了水的蒸汽壓，因此極易吸濕，也極易脫濕，同時(shí)鹽的濃度相應(yīng)變化，氯化鋰在吸濕或脫濕過程中，感濕膜中氯化鋰的點(diǎn)解平衡會(huì)移動(dòng)，導(dǎo)電性能變化，即阻值變化。當(dāng)溶液置于一定溫濕場(chǎng)中，若環(huán)境相對(duì)濕度高，溶液將吸收水分，使?jié)舛冉?/p>

38、低，溶液電阻率增高。反之，環(huán)境相對(duì)濕度變低時(shí)，則溶液濃度升高，其電阻率下降，從而可以間接測(cè)量出氣體中的相對(duì)濕度。(2)特性 氯化鋰濕度傳感器測(cè)量范圍為（10% 95%）RH，在50% 80%相對(duì)濕度范圍內(nèi)，電阻與濕度呈線性變化關(guān)系，工作濕度為-1050，響應(yīng)時(shí)間小雨60s。 圖4 氯化鋰濕度傳感器的濕度-電阻特性 pic 4 lithium chloride humidity sensor humidity resistance characteristics 氯化鋰濕敏元件的優(yōu)點(diǎn)是滯后小，不受測(cè)試環(huán)境的影響，檢測(cè)精度達(dá)±（2% 5%）RH，但其耐熱性能差，不能用于露點(diǎn)溫度以下測(cè)量，

39、器件重復(fù)性不理想。 氯化鋰濕敏傳感器的突出的優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)期穩(wěn)定性強(qiáng)，靈敏,可靠。其主要缺點(diǎn)是在高濕的環(huán)境中，潮解性鹽的濃度會(huì)被稀釋，從而導(dǎo)致使用壽命短;當(dāng)灰塵附著時(shí)，潮解性鹽的吸濕功能降低，重復(fù)性變壞。 針對(duì)電解質(zhì)濕度傳感器遇高濕或結(jié)露時(shí)，易造成氯化鋰電解質(zhì)液流失而損壞的特點(diǎn)，近年來利用高分子材料的吸濕性與脹縮性研制了高分子材料濕度傳感器。某些高分子電介質(zhì)吸濕后，介電常數(shù)明顯改變，制成了電容式濕度傳感器；某些高分子電解質(zhì)吸濕后，電阻明顯變化，制成了電阻式濕度傳感器。4.1.2.2 高分子電阻式濕度傳感器 圖5 高分子電阻式濕度傳感器外形Fig 5 the appearance of resisti

40、ve polymer humidity sensor(1)結(jié)構(gòu) 高分子濕度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4所示?；裳趸U構(gòu)成，聚乙烯醇和聚苯乙烯磺酸鋰組成感濕膜，用Au材料引出叉指形狀作為電極，外層包裹有保護(hù)膜，以防止灰塵，水，油等與感濕膜接觸。 圖6 高分子濕度傳感器結(jié)構(gòu)圖 Fig 6 structure of polymer humidity sensor (2)工作原理 高分子膜上的吸濕量與其化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。在低濕下，因吸附量小，不能產(chǎn)生電離子，所以測(cè)的的高分子濕度傳感器的電阻值很高。當(dāng)相對(duì)濕度增加時(shí)，吸附量也增加，吸附水就成為了到點(diǎn)通道，高分子電解質(zhì)的正負(fù)離子對(duì)主要其載流子作用，使得高分子濕度傳感

41、器的電阻值急劇下降。 聚苯乙烯磺酸鋰是一種強(qiáng)電解質(zhì)，具有極強(qiáng)的吸水性，吸水后電力，在其水溶液中就含有打撈的鋰離子。如果在其上制備一對(duì)金屬電極，通電后鋰離子可參與到點(diǎn)，被測(cè)濕度俞高，其電阻值急劇下降。利用高分子電解質(zhì)在不同濕度條件下電離產(chǎn)生的導(dǎo)電離子數(shù)量不等而使電阻值不同的原理，即可制成高分子電阻式濕度傳感器。(3)特性 高分子電阻式濕度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是感濕范圍較寬，感濕特性曲線如圖1-121所示。工作濕度在0 50，響應(yīng)時(shí)間小于30s.但其缺點(diǎn)是對(duì)于含有有機(jī)溶媒氣體的環(huán)境下測(cè)濕時(shí)，器件易損壞；另外不能用于80以上的高溫。 圖7 濕度-電阻值特性線 Fig 7 humidity - resista

42、nce characteristic line 4.2典型濕度測(cè)量電路 4.2.1電橋電路（1） 電路組成 電路由濕度傳感器,振蕩電路,電橋,放大器,整流器以及顯示儀表組成那個(gè)。如圖8和圖9所示。 圖8濕度傳感器原理圖 Fig 8 schematic diagram of humidity sensor 圖9濕度傳感器電路圖 Fig 9 humidity sensor circuit diagram （2） 工作原理 振蕩器對(duì)電路提供交流電源。電橋的一臂為濕度傳感器，由于濕度變化使?jié)穸葌鞲衅鞯淖柚蛋l(fā)生變化，于是電橋失去平衡，產(chǎn)生信號(hào)輸出，放大器把不平衡信號(hào)加以放大，整流器將交流號(hào)，由直流毫安表

43、顯示。振蕩器和放大器都由9V直流電源供給。電橋法適合于氯化鋰濕度傳感器。 傳感器一般才用壁掛式安裝，在溫室中通風(fēng)良好的位置安裝，有助于檢測(cè)到環(huán)境中最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。 555構(gòu)成的濕度控制電路 圖10 濕度控制電路 Fig 10the humidity control circuit 如圖為室內(nèi)濕度控制電路。該控制器由降壓整流電路、濕度傳感器、單穩(wěn)定時(shí)電路，可控硅控制電路等組成。其中降壓整流電路為整個(gè)控制器提供VDD=+10V直流電壓。濕度傳感器采用型號(hào)為HOS201的氯化鋰濕度傳感器。當(dāng)濕度從4080變化時(shí),其阻值變化范圍約為：從700M變至700k，相應(yīng)使555腳電平從低電平變至高電平(>

44、1/3VDD)。單穩(wěn)定時(shí)電路由IC和濕敏網(wǎng)絡(luò)、R5、C1等組成。當(dāng)濕度超過預(yù)定值時(shí)，555腳電位為高電平，555發(fā)生復(fù)位，腳輸出的低電平使可控硅SCR導(dǎo)通，接通排氣扇電源，進(jìn)行排氣降低濕度。排放時(shí)間由定時(shí)時(shí)間常數(shù)R5C1和控制端腳的電平所決定。調(diào)節(jié)W1，可預(yù)置排放時(shí)間。本控制器可在當(dāng)室內(nèi)的濕度超過某一值(如80)時(shí)，控制排氣扇的啟動(dòng)，直至濕度降至規(guī)定的值。5.1溫度傳感器 利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)主要有體。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻

45、和熱電偶兩類。 圖11 熱敏電阻外形 Fig 11thermistor shape 熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化這一特性制成的一種熱敏元件。其主要特點(diǎn)是靈敏度高，體積小，使用方便。 熱敏電阻一般可分為負(fù)溫度洗漱（NTC）熱敏電阻器,正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻器和臨界溫度電阻器(CTR)三類。通常所說的熱敏電阻一般是指NTC熱敏電阻器。它是由某些金屬氧化物的混合物制成的。 導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變，通過測(cè)量其阻值推算出被測(cè)物體的溫度，利用此原理構(gòu)成的傳感器就是電阻溫度傳感器，這種傳感器主要用于-200500溫度范圍內(nèi)的溫度測(cè)量。純金屬是熱電阻的主要制造材料，熱電阻的材料應(yīng)具有以下

46、特性： 電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。 電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。 材料的復(fù)現(xiàn)性和工藝性好，價(jià)格低。 在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。目前，在工業(yè)中應(yīng)用最廣的鉑和銅，并已制作成標(biāo)準(zhǔn)測(cè)溫?zé)犭娮琛?（1）導(dǎo)電機(jī)理 熱敏電阻的導(dǎo)電性能主要是由內(nèi)部的載流子（點(diǎn)子和空穴）密度和遷移率所決定的，當(dāng)溫度升高時(shí)，外層電子在熱激發(fā)下大量成為載流子，使載流子的密度大大增加，活動(dòng)能力加強(qiáng)，從而導(dǎo)致其阻值的急劇下降。（2）熱敏電阻的電流-電壓特性 伏安特性是熱敏電阻的重要特性之一。它表示加在熱敏店主上的端電壓和通過電阻體的電流在電阻本身與周圍介質(zhì)熱平衡時(shí)的相互關(guān)系，當(dāng)流過熱敏電阻

47、的電流很小時(shí)，曲線呈直線狀，熱敏電阻的伏安特性符合歐姆定律；隨著電流的增加，熱敏電阻的溫度明顯增加，由于負(fù)溫度系數(shù)關(guān)系，其電阻的阻值減小，于是端電壓的增加速度減慢，出現(xiàn)非線性；當(dāng)電流繼續(xù)增加時(shí)，熱敏電阻自身溫度上升更快，使其阻值大幅度下降，其減小速度超過電流增加速度，因此，出現(xiàn)電壓隨電流增加而降低的現(xiàn)象。 圖12 熱敏電阻伏安特性曲線Fig 12 the volt-ampere characteristic curve of thermistor 5.1.1常用的溫度測(cè)量電路 圖2-1所示是由熱敏電阻構(gòu)成的惠斯登電橋測(cè)溫電路，適用于對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量及調(diào)節(jié)的場(chǎng)合。電路中，R1,R2,R3,RT構(gòu)成

48、電橋，根據(jù)不同的測(cè)量環(huán)境，選擇不同的橋路電阻值和電源電壓值。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，熱敏電阻RT的電阻值則發(fā)生變化電橋輸出電壓U也會(huì)隨之發(fā)生變化。因此，U的大小即可間接反映所測(cè)量溫度的大小。 圖13 惠斯登電橋測(cè)溫電路Fig 13 the Wheatstone bridge circuit for measuring temperature 溫度傳感器常放置于環(huán)境中央位置，避免陽光直射，傳感器才能準(zhǔn)確獲取環(huán)境中的溫度數(shù)據(jù)。5.1.2 555構(gòu)成的自動(dòng)溫度控制器電路 圖14 555溫控電路Fig 14 555 temperature circuitIC1 555 集成電路接成自激多諧振蕩器，Rt 為熱

49、敏電阻，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，由電阻器R1、熱敏電阻器Rt、電容器C1 組成的振蕩頻率將發(fā)生變化，頻率的變化通過集成電路IC1 555 的3 腳送入頻率解碼集成電路IC2 LM567 的3 腳，當(dāng)輸入的頻率正好落在IC2集成電路的中心頻率時(shí)，8 腳輸出一個(gè)低電平，使得繼電器K 導(dǎo)通，觸點(diǎn)吸合，從而控制設(shè)備的通、斷，形成溫度控制電路的作用。 6.1光照傳感器 光電傳感器是一種將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光學(xué)量的變化，再通過光電元件把光學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。圖10是光電式傳感器的原理框圖，它一般由光源，光學(xué)通路，光電器件三部分組成。被測(cè)量作用于光源或光學(xué)通路，從而引起光量的變化，再由光電元件轉(zhuǎn)換電

50、量信號(hào)，由測(cè)量電路輸出。圖15 光電式傳感器的原理框圖Fig 15 the principle diagram of photoelectric sensor光電式傳感器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，非接觸式測(cè)量，頻譜寬，響應(yīng)快，不易受電磁干擾的影響，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制，機(jī)器人，航空航天，家用電器，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。6.1.1光敏晶體管 （1）結(jié)構(gòu)與工作原理 光敏晶體管與一般晶體管相似，具有兩個(gè)PN結(jié)。但其特殊之處在于PN結(jié) 的作用不同于一般晶體管。圖1-84所示為NPN型光敏晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。其中一個(gè)PN結(jié)作為受光結(jié)，作用相當(dāng)于一個(gè)光敏二極管，具有光敏特性，即受光結(jié)應(yīng)加反向電壓。因此，一般用

51、基極-集電極作為受光結(jié)。可以認(rèn)為，光敏晶體管實(shí)際上相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光敏二極管的三極管。只是它的集電極一邊做得很大，以擴(kuò)大光的照射面積。大多數(shù)光敏晶體管的基極無引出線，當(dāng)集電極加上相對(duì)于發(fā)射極為正的電壓，集電結(jié)就是反向偏置，當(dāng)光照射在集電結(jié)上時(shí)，就會(huì)在結(jié)附近產(chǎn)生光生電子-光生空穴對(duì)，從而形成光電流，相當(dāng)于晶體管的基極電流，并隨受光的強(qiáng)弱相應(yīng)變化。因此集電極電流是光生電流的N倍所以光敏晶體管有電流放大作用。圖1-85所示為NPN型光敏晶體管的基本應(yīng)用電路。 圖16 光敏電阻結(jié)構(gòu)圖Fig 16 structure of photosensitive resistance 圖17 光敏電阻

52、原理示意圖Fig 17 schematic diagram of photosensitive resistance所以說，光敏晶體管兼有光敏二極管的特性，它在光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)的同時(shí)又將信號(hào)電流放大。光敏二極管和光敏晶體管的種類很多，從制作材料才分，有硅，鍺以及各種化合物晶體管；從形態(tài)上分，有單體型和集合型，集合型是在一塊基片上有兩個(gè)以上光敏二極管；還可以從對(duì)光的響應(yīng)來分，有紫外，紅外，可見光區(qū)域光敏晶體管。近年來又發(fā)展了一些新型光電管，如光電場(chǎng)效應(yīng)管和光電可空管等。 圖18 光敏電阻外形Fig 18 the appearance of photosensitive resistance（2）

53、伏安特性 圖1-85 所示為硅光敏晶體管在不同照射強(qiáng)度下的伏安特性曲線。對(duì)同類光敏二極管和光敏晶體管的伏安特性相比，在相同集射極間電壓條件下，光敏晶體管的光電流比相同管型的光敏二極管大幾十到上百倍。 圖19 光敏電阻伏安特性曲線Fig 19 the volt-ampere characteristic curve of photosensitive resistance6.2.1光敏電阻調(diào)光電路圖20 大棚照明燈 換氣扇自動(dòng)控制器電路Figure 20 Photosensitive resistance dimmer circuit大棚照明燈 換氣扇自動(dòng)控制器電路如圖3-14所示。電位器RP1

54、設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)電位，光敏晶體管的輸出接入集成運(yùn)放的反相端，與基準(zhǔn)電位相比較，當(dāng)光照比較強(qiáng)時(shí)，光敏晶體管導(dǎo)通，輸出電位比基準(zhǔn)電位高，集成運(yùn)放A1的7腳輸出低電平，使后接的晶體管VT2截止，繼電器K斷電以控制外電路。當(dāng)光照比較弱時(shí)，光敏晶體管截止，輸出電位比基準(zhǔn)電位低，集成運(yùn)放A1的7腳輸出高電平，使后接的晶體管VT2導(dǎo)通，繼續(xù)器K通電以控制外電路。6.3特殊植物L(fēng)ED補(bǔ)光燈 Led植物補(bǔ)光燈，是植物生長(zhǎng)燈的一種，依照植物生長(zhǎng)規(guī)律必須需要太陽光，而植物補(bǔ)光燈就是利用太陽光的原理，燈光代替太陽光給植物提供更好的生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境的一種燈具。光環(huán)境是植物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的重要物理環(huán)境因素之一，通過光質(zhì)調(diào)節(jié)，控

55、制植株形態(tài)建成是設(shè)施栽培領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)。植物光合作用需要的光線，波長(zhǎng)在400 720nm左右。440 480nm（藍(lán)色）的光線以及640 680nm（紅色）對(duì)于光合作用貢獻(xiàn)最大。520 610nm（綠色）的光線，被植物色素吸收的比率很低。按照以上原理，植物燈基本都是做成紅藍(lán)組合、全藍(lán)、全紅三種形式，覆蓋光合作用所需的波長(zhǎng)范圍。在視覺效果上，紅藍(lán)組合的植物燈呈現(xiàn)粉紅色。紅光促進(jìn)植物發(fā)芽，開花, 藍(lán)光促進(jìn)植物生長(zhǎng)，可以自主選擇更合適的波長(zhǎng)和顏色比例促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。LED植物燈的紅藍(lán)燈色譜比例一般在5:1 10:1之間為宜，通?？蛇x7 8:1的比例。當(dāng)然有條件的可根據(jù)植物生長(zhǎng)周期調(diào)整紅色和藍(lán)色光的比例最好。植物組織培養(yǎng)、蔬果種植、設(shè)施園藝與工廠化育苗和航天生態(tài)生保系統(tǒng)等。波長(zhǎng)類型豐富、正好與植物光合成和光形態(tài)建成的光譜范圍吻合；頻譜波寬度半寬窄