简析光传感器在大棚设施中的应用

2021-12-26尹余琴

南方农机 2021年13期

尹余琴

（江苏农牧科技职业学院，江苏泰州 225300）

基于植物的不同生长特点，创造适宜植物生长的空间环境，不仅利于植物的反季节供应，还利于创造更多经济价值，推动农业的健康发展。而基于农业大棚的特点，大棚种植管理人员应认识到，结合现代化机械设备、传感器元件和农业机械设备的作用，可以建设适宜植物生长的优良环境，明显提升植物的栽培种植效率。

1 大棚内部有机结合传感器元件的意义

植物大棚种植管理阶段，重要的是控制环境中的温度、湿度、光照等。在管理工作中，需要严格监控环境情况并进行调节，如：当温度较低时，需要增加室内的温度，使其满足植物生长需求；当大棚环境内的湿度不足时，需要及时喷水，确保环境的适宜。另外，针对环境情况而言，应给予植物必要的光照，从而让植物健康生长。但在阴天、雨、雪等天气情况下，打开大棚结构的保温层，很可能降低大棚内部的环境温度，影响植物的健康生长。若大棚室内温度持续居于较低状态，升温控制还会消耗大量的燃料，产生更高的投入成本，不利于大棚生产管理阶段的经济性。为此，在大棚建设中，可以合理应用光传感器元件，实现大棚内部光线的有机调节，帮助大棚环境的科学调控，控制成本，创造更多经济效益[1]。

2 大棚光传感器的应用

2.1 光传感器的原理

随着时代的发展，针对现代化的生产设备而言，技术水平越来越高，其中光传感器就是常见的传感器之一，常见的光传感器为光栅式传感器。光栅式传感器是一种基于主动三角阀的视觉传感器，主要由光投射器在空间抛射出一系列光平面，每个光平面通过摄像机建立与其像平面间的透视对应。

通常而言，针对光结构的光传感器，其获得的信息较少，一般只能获得一个光平面内位置的信息，为了提升效率，开发了光栅式结构的传感器，这种传感器具有更高的效率，但在实际应用中，匹配点出现了相关问题，会严重影响到光传感器的应用效率。基于该问题现象，研究中，决定对抛射光进行编码。编码原理为激光光闸编码技术。透过128×128激光网格，结合编程中的空间调制器，使光束通过，某些激光束可能被阻挡，基于光束形成的图像，可以解决对应点的问题。在深入研究阶段，提出了一种灰度码时间序列的编码方案，具体是指对三维静态物体进行扫描对应点，从实际效果来看，能够有效解决对应点的问题。

结合光栅结构传感器元件的应用，再结合编码方法，大大提升了光线追踪效率，提高了传感器的应用范围。具体应用中，为了确保光条中心的计算精度，窄光条不能够做得太窄，单单通过提高宽窄光条的比值，会导致光条急剧减少。另外，由于法向变化非常剧烈的地方较少，若通过纠正编码技术，可以将光条的宽度局部反转，给予纠正，有利于提升传感器元件的效率。结合大棚结构的设计，可以有效应用这种光栅传感器元件，实现大棚的科学种植管理。

2.2 光传感器在大棚中的实际应用

针对大棚的结构，光传感器应安装在大棚顶部位置，这样可以有效接收到光源，给予精确控制。结合现代化科学技术而言，光传感器的应用可以有机结合现代自动化技术，该技术应用于大棚设备中，主要是指光线情况与农机设备的联动。具体而言，大棚内部应有自动化组成部分，当光线充足情况下，光传感器会接收到信号，这种信号会发送到主动控制单元，控制单元经过分析信号，当符合对比值时，控制系统会发出打开保温层之类的指令，从而使大棚内部直接接触到阳光，让植物充分与光线接触，健康生长。

安装光传感器时应结合大棚的实际情况，设置合理的数量，以便能够更好地分析光线的实际情况。如针对大棚而言，应在大棚环境的4个角落处给予安装，加大阳光检测面积，有效形成对光线的监测。与此同时，结合光线在一天的变化情况，了解不同时间段光线的不同位置，从而相应地设置不同地点的光传感器，利于对大棚内部的光线进行全面监测。

将光传感器与其他传感器结合使用，更利于改善大棚内部的环境，使大棚内各种环境参数包括温度、湿度等符合植物的生长特点，提升大棚农作物的产量。具体而言，针对大棚的光传感器情况，在光线条件基础上，分析环境温度、湿度的变化，结合自动洒水操作，让农作物有效开展光合作用，提升农作物的种植产量。

此外，针对光照而言，在现代化的技术中一种人工光源也较为流行，将这种光源合理应用于大棚内部，也可以辅助植物的健康生长。这种光源的科学应用，同样需要有机结合光传感器的应用，判断光的强度，使农作物得到均衡一致的光照。这种光源一般安装大棚顶部[2]。

2.3 光传感器应用阶段应注意事项

光传感器是较为精密的元件，在应用过程中，若存在灰尘污染或浸水的情况，极有可能造成元件的功能性问题，对此，实际应用过程中，应结合实际情况，科学合理设置该元件的位置。一般而言，这种精密元件会安装在较高的位置，为了确保安全，通常会安装于大棚内部。但由于环境条件的特殊性，长时间应用时，一些灰尘污染现象仍可能导致光线检测不准确的问题发生。基于此，安装过程中，应尽量在传感器外部设置一层保护罩，降低灰尘污染的影响。

安装应用阶段，还应考虑到传感器元件的防潮，如安装在水源、水管附近很可能导致检测失准问题。基于此，实际的安装工作中，还应考虑到水源对传感器敏感性的影响，科学合理地设置光传感器的位置。环境温度对传感器的功能性、检测效率也会产生一定的影响，因此，在实际的安装应用阶段，顶部位置存在温度较低的问题时，应结合实际情况，选择适宜的位置，避免传感器在低温条件下出现相关故障。

针对传感器的应用而言，除了确保其安装环境科学合理外，还应针对维护保养有足够高的认识。如传感器在长时间应用过程中，很可能出现保护层落灰的现象，积灰严重时，势必会影响到检测效率，对于大棚整体的使用而言，也会产生相关问题。基于该问题现象，在实际的大棚维护阶段，工作人员应认识到科学维护保养光传感器的重要意义，建立定期维护及保养制度，有机落实传感器的保养及维护工作，切实保障大棚管理工作的质量。

3 大棚种植中其他传感器元件的应用

3.1 温度传感器

温度对于植物的生长具有重要意义，如果温度环境存在忽高忽低的现象，很容易导致农作物病变问题的发生，进而导致农作物的枯萎，影响大棚种植的产量。在温室种植中，合理控制温度尤为关键，而结合现代化温度传感器的应用，可以有效监测大棚室内的空气环境。在了解监测数据的情况下，工作人员可以针对性地进行调控，如给予升温控制、给予通风降温管理等。温度传感器的设置应用，需要结合大棚区域的实际情况，科学合理地设置温度传感器的数量、位置，有效地应用有关传感器。

温度测量的实现方法通常是使温度传感器与待测固体表面相接触或浸入待测流体。在选择温度传感器时应考虑的主要因素有温度测量范围、精度、响应时间、稳定性、线性度和灵敏度。目前，应用最广泛的温度传感器有热电偶、电阻温度探测器和半导体温度传感器等。以上各种温度传感器的温度测量范围有所重叠，但每一种所适合的应用场合各不相同，选择温室最适用的温度传感器必须充分了解各类温度传感器的基本特性[3]。

3.2 湿度传感器

空气中的水蒸气吸附于感湿材料后，材料的阻抗、介质常数会发生很大的变化，从而制成湿敏元件。在选择湿度传感器时，应考虑的主要因素有精度、长期稳定性、温度系数、互换性、湿度校正、抗化学腐蚀性等。湿度传感器分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜，但国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量和价格也相差较大。用户在选择性能价格比最优的理想产品时，需要对有关产品的特点有较为深入的了解。

电阻式湿敏元件主要包括：氯化锂湿敏元件、碳湿敏元件、陶瓷湿敏元件、氧化铝湿敏元件等。氯化锂湿敏元件的感湿材料一般为氯化锂加聚乙烯醇，感湿材料吸收水分的量与空气中的相对湿度有关。湿度大，吸水多，电阻下降；湿度小，吸水少，电阻增加。因此，测定湿敏元件的电阻即可知道空气的相对湿度。碳湿敏元件的感湿材料由碳微粒与高分子聚合物组成，它随空气湿度的变化发生膨胀或收缩，造成均匀分布在感湿材料内的碳微粒的相对距离发生变化，从而引起电导率发生变化，元件利用这一特性测量空气的相对湿度。

3.3 土壤水分传感器

土壤湿度通常用仪器定量测定。土壤湿度测定仪器按测定方式的不同，可分为3类，即直接（或叫埋入式）测定仪器、取土样测定仪器和遥感测定仪器。属于直接测定的仪器有：负压计、电阻土壤湿度计、α射线土壤湿度计、中子土壤湿度计、热扩散土壤湿度计、微波土壤湿度仪等。如取土样测定土壤水分的仪器，由取土钻、恒温干燥箱和天平等组成；遥感测定的仪器是设计各种波段的辐射表，安装在飞机或卫星上进行遥感测量，估计大面积土壤水分状况。