智能温室环境监测系统的构建应用及其性能分析

刘子闻，董知然，谢雨泽，倪兆阳

指导教师：赵娟

【摘要】通过构建一种集湿度传感器、二氧化碳传感器及热敏电阻于一体的智能温室环境监测系统，以实现温室内部环境参数的实时监测与数据分析。通过该系统深入探究了不同温室膜材料（PE膜、PVC膜、PO膜）对温室环境温度及湿度的影响。验证了热敏电阻的温度效应后，利用Arduino开发板和OLED显示屏搭建了可视电子温度计平台。随后，在此基础上添加了湿度与二氧化碳检测元件，实现了温室检测平台的多功能化。最终，利用该平台系统地分析了不同种类大棚膜对温室环境温湿度的影响。揭示了不同大棚膜在保温与保湿效果上的显著差异，并指出材料透光性和导热性为主要影响因素。不仅为温室环境调控提供了科学依据，也为优化温室种植条件、提升作物产量提供了重要的实践指导。

【关键词】智能温室，环境检测，温湿度，温室膜材料

一、研究背景

随着现代农业的快速发展，温室种植已成为提升作物产量与品质的重要手段。作为农作物生长的关键场所，温室环境的精准控制显得尤为关键。传统温室管理多依赖于人工经验，缺乏精确的环境监测与调控手段，导致作物生长环境波动大，进而影响作物产量与品质。面对温室内部环境的复杂性与多变性，如何实现关键环境参数的精准调控，以实现作物生长的最优化，成为当前农业科研与生产领域亟待解决的重要问题。

近年来，物联网技术的迅猛发展推动了智能温室环境监测系统的研究与应用。尽管市场上已存在多种智能温室环境监测系统，但多数系统存在成本高、操作复杂、适用范围有限等问题，难以在普通农户中普及。因此，开发一种成本低廉、操作简便、功能全面的智能温室环境监测系统显得尤为重要。

本研究在现有基础上，希望通过整合多种传感器技术，构建多功能智能温室环境监测系统。同时，通过对比分析不同大棚膜对温室环境的影响，为温室环境调控提供新思路与方法以降低温室环境监控的成本，提高监测的精确性和实时性，还为不同作物提供个性化的环境调控方案。丰富智能温室环境监测系统的研究内容，为温室环境调控提供科学依据与技术支持，推动现代农业向智能化、精准化方向发展

二、实验材料

DHT11温度模块，JWO1气体传感器模块，Arduino开发板(UNOR3)，OLED显示屏，9V电池及电池扣，迷你面包板，公对公、公对母杜邦线，热敏电阻，5.1kΩ电阻，PE、PVC、PO大棚膜，塑料管及接头，长方形塑料盒，花园土，100mL烧杯，水，透明胶带，剪刀

三、研究过程

1.预备实验：验证热敏电阻的温度效应

2.课题一：利用热敏电阻、Arduino开发板及OLED显示屏搭建可视电子温度计平台。

3.课题二：构建智能温室环境检测平台，实现温湿度及二氧化碳浓度的实时监测

4.课题三：探究不同膜对温室温湿度的影响

四、结果与分析

预备实验：成功验证了热敏电阻的温度效应，其电阻值随温度升高而减小。

课题一：成功构建了可视电子温度计平台，实现了环境温度的实时监测与显示，并建立了分压信号与环境温度的函数关系。

课题二：进一步扩展了平台功能，实现了温室内的温湿度及二氧化碳浓度的实时监测与显示。

课题三：深入分析了不同大棚膜对温室温湿度的影响。实验结果显示，智能温室环境检测平台能够稳定地监测并记录温室内的温度、湿度及二氧化碳浓度。覆盖有温室膜的环境温度和湿度均显著高于无膜环境，且不同膜材料的保温保湿效果存在差异。具体表现为：PO膜的保温效果最好，PVC膜的保湿效果最好，而PE膜则相对较差。这一结果可能与膜材料的透光性和导热性有关，需进一步深入研究。

五、讨论

不同温室膜对温度的影响主要体现在其透光性和导热性上。透光性好的膜能更有效地利用太阳能提高温室温度，而导热性差的膜则能更好地保持温室内的热量。因此，PO膜因其良好的透光性和适中的导热性在保温效果上表现最佳。对于湿度调控而言，温室膜在一定程度上能够减少水分的蒸发，但不同膜材料的保湿效果存在差异。PVC膜因其优异的吸湿性和透气性在保持温室湿度方面表现突出，有助于减少水分蒸发并提高土壤保水能力。

本研究成功构建了基于湿度传感器、二氧化碳传感器及热敏电阻的智能温室环境监测系统，并通过实验验证了其在温室环境监测中的可行性和有效性。并探究了不同温室膜材料对温室环境温度及湿度的影响。研究结果显示，不同大棚膜在保温与保湿效果上存在显著差异，其中PO膜在保温效果上表现最佳，PVC膜在保湿效果上最为突出。本研究推动了现代农业向智能化、精准化方向发展，也为未来温室环境监控技术的进一步研究奠定了基础，对提升温室种植效率、促进农业可持续发展具有重要意义。未来研究可进一步优化系统性能，提升其实用性与普及度，为现代农业发展贡献力量。

六、参考文献

期刊文章：

[1]冯广和.国内外现代温室的发展[J].新疆农机化，2004(3):50-51.

[2]李东星，周增产，余连海，等.智慧温室发展现状及趋势探讨[J].2022(5).

[3]李海英，何高明，蒋淋琼.传感器在智慧农业中的应用[J].农机与农艺，2022(11下):75-77.

[4]葛文杰，赵春江.农业物联网研究与应用现状及发展对策研究[J].农业机械学报，2014(007):045.

[5]任喜琴.大棚棚膜选择技巧[J].花卉，2017(18):2.

学位论文:

[1]刘淑珍.智能温室气动开窗温度调控系统研究[D].浙江大，2050.[2]杨启耀.温室环境智能控制技术的研究[D].安徽农业大学，2004.