基于传感技术的园林生态系统研发

王金涛

（陕西职业技术学院，710010）

0 引言

传感器技术对于现代信息科技的发展有着非常重要的作用，它不仅可以提升现代工业生产的自动化水平，而且在能源开发、交通监控以及生态系统等环境监测等领域也都离不开传感器技术的应用。尤其是近年来经济的快速增长，让人们越来越注重自身的生活质量，而环境问题无疑成为了社会焦点1。利用现代化的技术手段对生态环境进行监测，是提升生态环境质量的有效保障。要实现生态环境监测的智能化、信息化，就需要对园林生态环境内的多个物理量进行全天候在线监测，传统的测量系统显然无法满足这一需求，而传感技术正适应了这种现代化生态监测发展的要求。因此，本文主要对基于传感器技术的园林生态系统的研发进行详细论述。

1 传感器技术概述

我国《国家标准GB7665-2005》中，将传感器定义成能够感受规定的被测量，并且按照一定规律转换成可用输出信号的器件或者装置。传感器主要由敏感元件、转换元件以及转换电路组成。通过传感器可以将被测量信息按照一定规律转换成电信号或者其他所需形式的信息进行输出2，从而实现了数据信息的传输、处理、显示以及存储等要求，因此可以说，传感器技术是实现测量与自动控制的重要环节。

敏感元件是传感器的重要组成部分，它直接作用于被测量物体，能够灵敏度感受被测变量并做出响应；转换元件是指传感器中能够将敏感元件转化成适于传输和测量的电信号部分；转换电路主要是将传感器的测量参数转换成可供传输的电信号。敏感元件和转换元件在结构上是一体的，为了减少外界环境对传感器的影响，有时也将转换电路与敏感元件和转换元件组装在一起，但是由于空间等客观因素的限制，转换电路常置于传感器外部3。同时也有一些传感器要在通过转换电路之后才能输出电量信号，从而决定了转换电路是传感器的组成环节之一。

传感器技术是信息采集的核心部件，是实现现代化测量和自动控制的主要环节，是现代信息产业的源头，同时也是信息社会赖以生存和发展的技术基础。当今社会是信息化的社会。传感技术与信息技术、计算机技术并称为支撑现代信息产业的三大支柱。因此，对于传感技术的开发与研究是信息时代发展的必然要求。

2 园林生态系统的研发

基于传感技术的园林生态系统的研发主要分为数据采集系统和远程监测系统两大部分。其中数据采集主要是借助传感器等监测设备将园林生态系统中的环境信息转化成电信号传输给数据处理模块进行分析处理；而监测系统则是利用现代通信技术，将采集到的信息传输到客户端，实现对园林生态环境的有效控制。以下就对基于传感器技术的园林生态系统的研发进行详细分析4：

2.1 采集系统设计

数据采集是基于传感技术园林生态系统的核心部分，采集系统主要是利用数据采集模块对园林生态环境内的温度、湿度、光照以及降雨量等信息进行有效采集，然后再通过数据处理模块进行输出显示、数据存储以及打印，便于后期利用。数据采集系统结构如下图1 所示：

图1 数据采集系统结构图

从图中可以看出，基于传感技术的园林生态系统的数据采集部分主要由数据采集模块和数据处理模块两大部分构成。传感器是进行数据采集的主要媒介，传感器主要作用是将被监测对象的物理参数转化成可以进行数据传输的电信号，因此数据信息采集的精确度很大程度上取决于传感器自身的性能。在设计过程中需要根据园林生态环境的实际需求，遵循经济、实用的基本原则，本文主要从硬件设计和软件设计两个方面对数据采集系统进行分析。

基于传感技术的园林生态系统采用RHE3 型室外温湿度传感器对园林的温度和湿度进行信息采集，通过先进的电阻体聚合技术以及电容传感元件检测温度；采用LT/G 型光照度传感器和LT/YL 型翻斗式雨量传感器对生态系统中的光照和降雨量进行数据采集；根据这些现有的资源设备选择MCS-51 产品实现单片机串口数据采集系统的构建。

系统软件的主要作用是进行数据的采集与处理、分析以及显示，该软件系统的研发是基于Lab VIEW8.2 软件作为开放平台，采用模块化的设计理念，将其分为数据采集、数据实时显示、数据存储以及数据管理四大部分。在数据采集模块中，根据串口资源对其波特率、数据位偶校验位、停止位以及流方式等进行设计。整个主程序采用了层叠式的结构，首先发送TLC0831 模块数据采集命令对温度、湿度以及光照这三个数据进行采集，然后进入到下一个case 进行雨量采集，等到四个数据采集完后，关闭串口。整个数据采集模块采用了While 循环结构，根据园林生态系统的实际情况，设置了四种间隔时间模式，即1min、10min、15min 和30min。开启数据采集按钮后，选择相应的间隔时间，系统就可以自动进行数据采集，并且将这些数据进行分离，保存成文本文件，通过这些数据判断系统是否正常运行。

实时显示主要是对采集到的四组数据信息以不同的颜色在面板中显示出来。这四组数据信息分别与四个Wave form Chart 连接，设置Show Digital Displays，四个通道的数据显示分别配有指示器监测系统是否正常。若指示灯亮，则数据正常采集，同时数据采集时间也显示在面板上；若指示灯不亮，则说明数据采集出现故障，需要对系统进行及时维护。

数据存储与管理主要采用平铺顺序结构，给程序设置触发时间，对园林生态系统进行全天候的数据采集，并且对这些数据进行平均数计算，保存这些平均数，与此同时在控制面板上显示最近天数的平均值曲线。使用平铺顺序结构可以有效的节约磁盘空间，确保数据存储的正确性和稳定性5。

2.2 远程监测系统设计

在基于传感技术的园林生态系统中，远程监测主要功能是对园林景区受控范围内的温度、湿度、光照以及降雨量进行实时监控，然后将采集到的数据信息通过现代通信手段传递到客户端，使工作人员可以借助互联网浏览器浏览这些数据信息。远程监测系统的结构设计如下图2 所示：

图2 远程监测系统结构图

远程监测系统主要可以分为传感器、数据采集模块、服务器以及远程客户端这四个部分。其中，服务器端的作用是为其他机械设备提供服务，在基于传感技术的园林生态系统中，服务器端的主要功能是对温度、湿度、光照以及降雨量这四个参数进行自动采集、显示和存储，但执行这一操作的前提是先运行Data Socket Server，否则将会导致网络通信失败。

客户端（Client）又称为用户端，与服务器相对应，主要是为用户提供本地服务的程序。除了一些需要在本地运行的应用程序以外，客户端通常可以安装在普通客户机上，与服务段相互配合运行。在基于传感技术的园林生态系统中客户端和服务器端借助互联网通信连接，以此来确保应用程序的正常运行。首先采用Data Socket 函数编程的方式与服务器端进行网络通信，然后在利用四个Read 函数读取服务器端传输来的数据信息，这其中每一个Read 函数的URL 与服务器端的Data Socket Connection 相对应，而且客户端与服务器端的数据传输采用队列的方式，这样可以有效的避免数据信息的丢失。最后，再读取队列中的数据并进行保存。

3 结束语

综上所述，伴随着现代科学技术的快速发展，尤其是大规模集成电路技术的飞速发展和互联网、计算机的迅速普及，使得传感器在新的技术革命中的地位和作用越来越突出。本文主要研究的是基于传感器技术的园林生态系统的设计与开发。该系统在结构上分为数据采集和远程监控两大部分，其中数据采集主要是对园林生态环境中的温度、湿度、光照以及降雨量等参数信息进行实时采集，在客户端通过互联网对园林生态环境进行实时监控。该系统采用了实用性的设计理念，方便、快捷的操作以及良好的人机交互界面让该系统拥有更加广泛的应用前景。

[1] 李萌.基于体感交互的沉浸式森林景观展示研究[J].北京林业大学，2013-06-24.

[2] 上官华林.园林生态理论在现代住宅小区建设中的应用与实践[J].江西理工大学，2012-06-01.

[3] 刘艺青.生态基础设施与公园绿地建设策略研究[J].北京林业大学，2013-06-01.

[4] 卢圣.居住区园林可持续设计研究[J].背景林业大学，2010-04-01.

[5] 刘长海. 全信息模式波前传感技术研究[J]. 国防科学技术大学，2011-04-01.