传统的室内环境测控系统通常需要进行人工实时测量,或从监测区域铺设电线到监测室进行监测,这种方式成本高、布线烦琐、费时费力且可扩展性差。监测网络选择有线网络,成本会因监测范围、监测节点的增加而不断上升。长时间使用,线路容易受到虫鼠影响,可靠性下降,导致网络故障,测量工作受到影响[7]。由此可见人工监测环境的方法耗时耗力,效率不高,而且维护成本高,新一代的智能化监测手段正随着物联网技术的发展逐渐兴起。83989
国外目前室内环境测控系统多数是多因素监测且智能化程度相对较高的综合性系统。这些测控系统可以让操作人员对环境因子相关参数进行设置,而且可以查看到相关数据的显示,同时还能实现远程的观测和控制。其中以美国、荷兰、以色列、日本等国家为代表,其温室监控技术发展迅速,市场普及率高。如美国GeenAir公司开发的GHCl00温室控制系统可完成对温室进行全方位的自动化控制,并且可以进行远程监控[8]。
国内在自动化环境监测方面的研究起步较晚,80年代初期,我国才开始对温度、湿度等单一的环境因素进行研究。随着农业、智能家居等行业的发展,我国科技人员在该研究方面也逐渐深入,研究成果也愈发丰富。而在近年来的系统研究中,多以单片机为控制核心,连接各类传感器作为数据采集模块,采用无线射频技术或有线传输作为数据通信模块,完成环境因子的监测。
2012年襄樊学院数计学院袁本华等人设计了一款采用C8051F020单片机为控制核心,采用热电偶为温度采集模块,nRF24IOl为无线通信模块组成的温室大棚测温系统。该系统采用了8位嵌入式C8051F020单片机配合Arduino一起使用,提高了系统整体的数据采集速度,其次通过射频收发器件nRF24IOl完成了数据通信,并采用储存芯片将采集数据保存,以便无线发送[9]。
2015年西北工业大学李建勇等人设计了一种以NSP430G2553单片机为核心,采用HTU21D数字温湿度传感器测量温度和湿度,使用OLEDl2832显示模块现场显示,通过由CC2500无线收发器组成无线传感器网络的无线接收模块等组成的大棚温湿度无线监测系统。该系统在整个大棚多处进行了测点布置,遵循SimpliciT协议形成了星型的自组网完成数据传输,可实现较远距离的监测,由上机位对数据进行显示和记录,整个系统组网灵活,测量精度高[10]。论文网
就目前监测系统所采用的技术而言,其中微型控制器是整个数据采集的核心部分。微控制器即单片机,它是一种集成计算机系统的微小芯片,体积小,质量轻,功能强大,在工业领域广泛应用。从早期的一块含有8位CPU、计数器、并行I/O口等的芯片,到逐渐发展拥有串行I/O口,16位CPU等,指令系统越来越丰富,集成的部件越来越多,功耗越来越低。目前单片机厂家在设计上还采用了EFT技术、低噪声布线技术、以及驱动技术,使得单片机的性能越来越可靠。但单片机在开发难度上较大,上手不易,直到2005年,意大利米兰交互设计学院的两位教师联合创建了“Arduino”,它是一个基于单片机系统并封装多个软硬件的开源开发平台,到现在它已经发展成为功能强大、开发简单、价格便宜、软硬件开源且可扩展的控制器。近年来,它深受全世界的电子开发者的欢迎,多被运用在电子设计领域,如2016年3月来自于拉脱维亚、忠实的机器人爱好者团队利用Arduino开发板创建了一个格斗机器人。韩国Lapis团队制造了一款基于ArduinoMega的3D打印机。其在国内智能家居的室内环境监控的研究也多有运用。如江苏常熟理工学院的渠森等人设计了一种基于Arduino的智能环境监控对系统,轻便简洁可用于图书馆、温室大棚等多个场所。北京信息科技大学计算机学院的朱世豪等人设计了一种基于Arduino的室内空气检测器等。