第四章 农田环境信息感知技术.ppt

第四章农田环境信息感知技术

目录4.1概述4.2传感器技术4.3农田环境信息感知传感器技术4.4农田小气象（小气候）

农业物联网是将大量的传感器节点构成监控网络，通过各种传感器采集信息，及时发现、定位并解决农田中发生的问题。传感器是农业物联网的核心。农业传感器包括农业环境传感器和农业动植物本体信息传感器。实现农作物的种植环境的全方向感知，包括环境感知、温度、光照强度、二氧化碳浓度、风速、风向、降雨量、蒸发量等信息。农田环境信息感知的技术根本就是传感器技术。4.1概述

传感器是能感受规定的被测量，并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的期间或装置。传感器的组成包括敏感元件和转换元件。其中，敏感元件可以感受或响应被测量，而转换元件可以将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号。因为输出信号一般较微弱，所以需要集成在同一芯片上，转换电路可以与敏感原件将信号放大、调制等。4.2传感器技术

4.3.1温度传感器温度传感器能将所感受到的温度转换成可用输出信号。根据测量方式可分为接触式和非接触式。根据传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。1.接触式温度传感器温度计通过热量传导或对流达到热平衡，从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度，其测量精度较高。电阻式温度检测器：它的电阻值随温度的上升而改变，若其电阻值随温度的上升而上升称为正电阻吸收，若其电阻值随温度的上升反而下降就称为负电阻系数。（以PT100为例）4.3农田环境信息感知传感技术

PT100（-200℃-650℃）用Pt做成，一般使用电桥测量方法，通过恒定电流的方式将变化的阻值转化为变化的电压值，并通过信号放大、信号滤波与模拟信号处理后由A/D采集获取PT100的阻值，通过查表的方法准确测量出环境温度信息。2.非接触式温度传感器多用来对动态物体、小目标和热容量小或温度变化迅速对象的表面温度进行测量，也可以用于测量温度场的温度分布。4.3.2热电偶和热电阻传感器4.3农田环境信息感知传感技术

4.3.2热电偶和热电阻传感器信号的性质检测温度范围材料热电阻传感器电阻，温度的变化使电阻产生正的或负的阻值变化0-150℃温度变化敏感的金属材料热电偶传感器电压，随温度的改变而改变0-1000℃两种不同的金属材料组成VS热电偶传感器工作原理：焊接两种不同材料的导体或半导体A和B，构成一个闭合回路，当A和B的两个执着点1和2之间形成温差时，两种之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。热电阻传感器工作原理：利用物质在温度变化时自身电阻也随着发生变化的特性来测量温度。将热电阻的受热部分（感温元件）用细金属丝均匀地缠绕在绝缘材料制成的骨架上，当被测介质中有温度发生变化时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质中的平均温度。

1.氯化锂湿度传感器1）电阻式氯化锂湿度计价廉、结构简单且精度高等优点2）露点式氯化锂湿度计利用氯化锂饱和水溶液的饱和水汽压随温度变化而进行工作。2.碳湿敏元件响应速度快、重复性好、无冲蚀效应和滞后环窄。3.氧化铝湿度计体积小，灵敏度高，响应速度快，测量信号直接以电参量的形式输出。4.陶瓷湿度传感器高温条件下测量湿度4.3.3湿度传感器

光照度即每平方米的流明（lm)数，也称为勒克斯（lx),是照明的国际单位，反应光照强度的一种单位。光电式传感器是一种将电元件作为检测原件，将光通量转换为电量感器，一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。其工作原理是把被测量的变化转换成光信号的变化，借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。4.3.4光照传感器

1.吸收式将被测物体置于恒定光源与光电元件之间，根据被测物对光的吸收程度或对其谱线的选择来测定被测参数，如测量液体、气体的透明度。4.3.5光电传感器

2.反射式由恒定光源发出的光投射到被测物体上，被测物体把部分光通量反射到光电元件上，根据反射的光通量多少测定被测物表面状态和性质，如测量零件的表面粗糙度、表面缺陷、表面位移等。4.3.5光电传感器

3.遮光式是被测物体位于恒定光源与光电元件之间，光源发出的光通量经被测物遮去一部分，使作用在光电元件上的光通量减弱，减弱的程度与被测物在光学通路中的位置有关。测量长度、厚度、位移线、角位移、振动等。4.3.5光电传感器

4.辐射式被测物体本身就是辐射源，它可以直接照射在光电元件上，也可以经过一定的光路后作用在光电元件上。包括光电高温计、比色高温计、红外侦查、红外遥感应用：防火报警、构成光照度计。4.3.5光电传感器

控制二氧化碳浓度的高低对作物产量具有重大的影响。1.二氧化碳传感器类型1）半导体式二氧化碳传感器2）催