图：智能温室中的传感器
1、智能温湿度自补偿传感器
温室大棚内的空气的温度和湿度之间有着密切的关系，是影响作物生长的最为重要的环境因素，空气温度和湿度的监测是实现温室大棚设施农业精准生产的基础条件。以往，空气温度传感器和空气湿度传感器是分别开发的，但是，湿度传感器本身受环境温度的影响较大，环境温度的变化会直接造成湿敏元件输出值的变化，从而造成较大测量误差。除此之外，长期在温室大棚这样的高湿环境下工作后，湿度传感器很容易损坏而导致寿命变短，性能指标也会产生较大的飘移；传感器转换电路本身的性能指标，也会随着环境温度的变化发生改变并造成测量误差；传感器输出值的非线性化较大（特别是湿度传感器在高湿及低湿端的非线性化很大），造成一定测量范围内的误差较大。为解决上述问题，国家农业信息化工程技术研究中心开发了智能温湿度自补偿传感器。该传感器的温湿度敏感元件采用瑞士Sensirion公司推出的新一代基于CMOSensTM技术（CMOS和传感器技术的融合）的数字式温湿度传感器SHT75。SHT75芯片内包括经校准的相对湿度（12位）和温度（14位）传感器，它们与一个14位的A/D转换器相连，标定系数被编成相应的程序存入校准存储器中，在测量过程中可对相对湿度进行自动校准。
智能温湿度自补偿传感器具有如下特点：
① 测量精度高：温度测景精度为±0.5℃，分辨度±0.1℃;湿度测量精度为±2%，分辨度±0.1%。
② 稳定性好：可在高温高湿等恶劣环境中长期稳定地工作。
③ 适应性强：即具有2路普通的0-5V模拟电压输出，分别输出温度和湿度的测量值，以便与传统的测试设备接口；同时还具备先进的网络通讯接口，可以方便地同微机控制系统接口。
该传感器的性能如下表所示。
2、二氧化碳浓度传感器
目前，检测二氧化碳浓度的方法主要有化学法、电化学法、气相色谱法、容量滴定法等。这些方法普遍存在着价格贵、普适性差等问题，且测量精度也较低。而传感器法具有安全可靠、快速直读、可连续监测等优点。目前，各种检测用二氧化碳传感器主要有固体电解质式、钛酸钡复合氧化物电容式、电导变化型厚膜式等。这些传感器存在对气体的选择性差、易出现误报、需要频繁校准、使用寿命较短等不足。而红外吸收型二氧化碳传感器具有测量范围宽、灵敏度高、响应时间快、选择性好、抗干扰能力强等特点，因此得到了广泛地应用。目前，国外出现了很多这方面的研究成果，但是在实际应用中发现一些不足：传感器的信号量输出单一，不同系统之间整合困难；内部自动校准功能不强，精度和稳定性难以保证；系统组网困难，很难进行多点测量；许多产品价格昂贵，而且人机界面和用户手册全部为英文，操作不方便。为解决上述问题，国家有关研究中心开发了多信号输出二氧化碳传感器，该传感器的敏感元件选用美国OEM版二氧化碳模块，将检测到的二氧化碳气体浓度转换成相应的电信号，输出的电信号分别经过信号调理模块的滤波、放大处理后，输入到微处理器系统，并经补偿等处理后，由微处理器系统输出到液晶显示模块，显示其测景值。
多信号输出二氧化碳传感器具有如下特点：
①性能可靠：集成美国OEM版二氧化碳模块，所有产品出厂前都经过标定。
②稳定性好：利用温度校准方法，实现二氧化碳浓度测量的高稳定性;传感器具有过流和防短路保护功能。
③测量精度高：二氧化碳浓度的测量精度高达±40μL/L。
④适应性强：能够将测量数据以电压、电流等不同方式输出，能够适应各种系统的要求。
多性能输出二氧化碳传感器的性能指标如下表所示。
3、光照强度传感器
国内外先后研发出了大量光照强度传感器，但是以往的光照传感器在实际应用过程中暴露了一个重要缺点：传感器的量程固定。当生产环境的光照强度较低时，较宽的量程无法保证测量的准确性，如果将测量量程缩小，却无法满足传感器应用现场光照强度跨度较大的要求。针对上述问题，国家有关研究中心研究开发了数字式宽量程光照传感器，该传感器采用进口光敏元件TSL230，该元件将可见光的光信号转换为频率信号，通过内部的多硅光电二极管和CMOS电流/频率集成转换器，将波长为300-700nm范围的可见光频率信号转换为电流信号，标准电流4-20mA输出。量程设置端具有三种量程可调：目前是0-4klx(室内应用）、0-1OOklx(温室大棚用）、0-2OOklx(室外专用）。当采用频率输出时，提供3-5V的程光照传感器外观供电即可，DAC将数字信号转化为0-2V电压信号，
AD694将电压信号转换为电流信号，实现以频率、电压、电流三种信号为输出方式的功能。
数字式宽量程光照传感器具有如下特点：
① 通用性强：电流输出范围采用4-20mA的范围，能够进行长达1500m的远距离通讯传输（传输距离与线缆、干扰、阻抗匹配相关)。
② 稳定性好：传感器接口电路采用电流环进行数据传输，光敏元件将光强转换成相应的脉冲频率，内部含有滤波补偿电路，不受外围环境及器件干扰；
③ 测量精度高：非线性典型误差为0.2%，温度稳定系数为100mL/L•℃,提供1-200klx不同量程的光照传感器，满足高精度和不同量程的测量要求。
数字式宽量程光照传感器的性能指标如下表所示。
（作者：郑新雨 北方温室大棚建设网）
