温室二氧化碳浓度测控系统

吉林大学学报(信息科学版) ›› 2019, Vol. 37 ›› Issue (2): 141-147.

温室二氧化碳浓度测控系统

齐海英¹，牛新涛²，郑传涛²

1．长春建筑学院，电气信息学院，长春130607; 2．吉林大学电子科学与工程学院，长春130022

收稿日期:2018-06-13 出版日期:2019-03-25 发布日期:2019-06-10
通讯作者: 郑传涛( 1982— ) ，男，河南商丘人，吉林大学副教授，博士生导师，主要从事红外激光光谱学与传感器研究，( Tel) 86-13756090979( E-mail) zhengchuantao@ jlu． edu． cn。 E-mail:zhengchuantao@ jlu． edu． cn
作者简介:齐海英( 1978— ) ，女，山东烟台人，长春建筑学院副教授，主要从事电气与信息处理研究，( Tel) 86-18743077205( Email)qihaiy@163． com; 通讯作者: 郑传涛( 1982— ) ，男，河南商丘人，吉林大学副教授，博士生导师，主要从事红外激光光谱学与传感器研究，( Tel) 86-13756090979( E-mail) zhengchuantao@ jlu． edu． cn。
基金资助:
“十二五”国家科技支撑计划基金资助项目( 2014BAD08B03-4)

Measurement and Control System for Carbon Dioxide Concentration in Greenhouse

QI Haiying¹，NIU Xintao²，ZHENG Chuantao²

1． College of Electrical Information，Changchun Architecture and Civil Engineering College，Changchun 130607，China;
2． College of Electronic Science and Engineering，Jilin University，Changchun 130022，China

Received:2018-06-13 Online:2019-03-25 Published:2019-06-10

摘要/Abstract

摘要： 为解决设施园艺中二氧化碳( CO2) 浓度的检测与控制问题，研制了一种基于钠超离子导体( NASICON) 固体电解质传感器的温室CO2测控系统，该系统包括CO2测量节点、无线通信网络和控制终端。采用STM32 微处理器处理采集到的CO2
浓度信息，使用模糊比例-积分-微分( PID: Proportional Integration Differential) 算法控制CO2气体的释放，从而智能调节温室内CO2气体的浓度，使其达到作物所需数值。在实验室条件下，对设计的CO2传感器节点进行了标定和稳定性测试。对体积分数为400 × 10 － 6 和1 000 × 10 － 6 的CO2气体样品分别进行了＞ 8 h 的长时间浓度测量，其相对波动小于2． 5%。在国信集团现代农业基地温室对所研制的CO2浓度测控系统进行实地测试的结果显示，当设定的CO2浓度的期望值为800 × 10 － 6 时，调控后CO2体积分数的波动范围约为± 40 × 10 － 6。现场应用试验表明，该系统具有较好的实用性，且成本低廉、集成度高，具有一定的推广价值。

关键词: 设施农业, 二氧化碳, 测控系统, 全球移动通信系统, MG811 传感器, 模糊比例-积分-微分方法

Abstract: In order to realize the detection and control of carbon dioxide ( CO2) in horticulture，a CO2 measurement and control system based on Na + superionic conductor ( NASICON) is developed，which includes CO2 measurement nodes，a wireless communication network，and a control terminal． The obtained CO2 concentration signals are conducted by the STM32 central processing unit and the release of CO2 is controlled by fuzzy PID ( Proportional Integration Differential) algorithm． As a result the CO2 concentration was regulated intelligently to reach the required value for crop． The sensor nodes are calibrated and stability test is performed in laboratory conditions． The relative fluctuation is less than 2． 5% for the detection of 400 × 10 － 6 and 1 000 × 10 － 6 CO2 over a time period of more than 8 h． A field test of the CO2 measurement and control system is performed in Modern Agriculture Greenhouse，Guoxin Group，Changchun，Jilin province． With concentration control，the fluctuation range is about ± 40 × 10 － 6 when the expected value of CO2 concentration is 800 × 10 － 6 ． The field test indicates that the measurement and control system possesses the advantages of high practicability，low cost and compact size，which has a certain value for generalization and application．

Key words: protected agriculture, carbon dioxide, measurement and control system, global system for mobile communications, MG811, fuzzy proportional integration differential

中图分类号:

TP23

齐海英, 牛新涛, 郑传涛. 温室二氧化碳浓度测控系统[J]. 吉林大学学报(信息科学版), 2019, 37(2): 141-147.

QI Haiying, NIU Xintao, ZHENG Chuantao. Measurement and Control System for Carbon Dioxide Concentration in Greenhouse[J]. Journal of Jilin University (Information Science Edition), 2019, 37(2): 141-147.

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