仿真生态容器的测量传感器综述

刘迎雪 严涓绮

摘 要：在我国经济水平持续提高、科学技术蓬勃发展的背景下，智能家居行业正在迅速发展和进步。当前，人们为了丰富生活，会在家中添置鱼缸，而该生态容器可以让人们实时了解容器内部的各种情况，并以数据形式发送至手机App，从而根据数据来对容器进行调整。本文将讨论实现该技术的各类传感器的信息。

关键词：物联网技术;传感器;生态容器

中图分类号：S951+TP212文献标识码：A文章编号：1008-4428（2019）06-0179-02

一、 温度传感器

该生态容器使用到温度传感器，此传感器能够感知温度并将温度转化成可以使用的输出信号。温度探测仪的核心是温度传感器，其种类庞杂。非接触式和接触式是按照测量方式分为的两类，而热电阻和热电偶是依照电子元件特征和传感材料分成的两大类。

接触式温度传感器与被测量局部有着极佳的接触。接触式温度传感器到达热平衡是依托传导或对流完成的，从而让温度传感器显示数值可以直接表现被测局部的温度。通常情况下测量的精准度比较高。温度传感器不仅可以测量物体外部温度的散布情况，同时也能够在特定条件下检测物体内部温度的散布状况。然而关于在运动中的物体、微型目标以及热容量较小的局部，将发生比较大的误差。接触式温度传感器大范围地被应用在农业、工业和商业等部门。而在平时的活动中，普通民众也会使用温度传感器，在电子、食品、医药等领域温度传感器也有着广泛的应用，如蒸汽压温度传感器、低温气体温度传感器、声学温度传感器等。关于低温温度传感器的限制条件是感温元件测量高度精确、占地小和维稳性强。

非接触式测温仪器是一种不与被测局部直接触碰的测温仪器。这类仪器能够检测活动中的物质，即使是微型目标和温度变动极快的物质都可以被检测。与此同时它也能够被用来检测温度场温度的散布状况。在辐射测温法中包含辐射法、亮度法以及比色法。然而，各种辐射温度测量措施都仅可以检测到辐射温度、光亮度和比色温度。然而真正的温度只有对黑体所测量出来的才是准确的。假设想要测量物体的实际温度，那么务必修改材料外表发射率。然而除了波长和温度，表面状态、微观组织和涂膜等都影响着表面的发射率，所以很难精准地测量。在制造业中通常要用辐射测量温度的方法来监控特定物体其外表的温度。在一些状况下，测量物体外表的发射率是十分艰巨的。而关于固体表面温度的监控，则能够借助附加反射镜形成黑体空腔。有效排放系数可用于经过仪表校对测量温度，最终能够获取测量外表的切实温度。

二、 湿度传感器

在生活中，人们的各项社会行为和湿度息息相干。在各种不一样的运用范围，对湿度传感器在技术方面的需求也有着很大的差别。站在制造业的角度来看，同样是湿度传感器，构造、原料和技术的差异，其能力和技艺的标度也不尽相同。

在与测量相同的分量和温度下，湿度传感器的抉择应首先明了其测量范畴。通常情况下，温湿度的监控通常不必实时测量（除了科研、气象部门外）。如今，传感器技术已经非常成熟并且运用到了人类生活的方方面面，与自动化、物联网技术严密地联结了起来。而管制是其进行测量的真正目的，应用范畴是测量范畴和控制范畴的合称。与测量范畴相同，对精度的测量同样也是传感器最关键的标度之一。由于假设要到达不同的进度，它的研制资本差异极大，其价格也各不相同。

湿敏元件是湿度传感器中难度最低的一种。它的原理是将感湿材料制造而成的膜涂抹在基片上，电阻器件的电阻值和电阻率都会随着小水珠附着在薄膜上而变动，通过此特点能够测量湿度。一旦环境的湿度有着变动，电容量会随着湿敏电容的介电常数的变动而发生变动，电容改变的程度和其相对湿度是呈现正比关系的。由于元件工作环境的特殊性，在检测环境湿度的时候，湿敏元件会被长时间地裸露放置在将要检测的环境中，污染现象很可能发生在元件上，如果要长时间的检测环境会降低元件的稳定性，并且严重降低了准确度。

由于湿度传感器比较特殊，其元件并不是完全封闭的。若想要维护测量的稳定性和可靠性，在使用當中应该尽可能防止放置在碱性、酸性以及有机溶剂的环境中。若要精确显示被测环境的湿度，还需要防止把传感器搁置在离建筑物很近以及空气迟滞的角落。而一旦被测量的建筑物太大，那么应该多设置几个传感器，但注意在应用的时候要提供契合精度要求的适宜电源。因为存在湿度传感器有着很高的电源条件，不然将会降低准确度，或传感器之间将彼此干扰，从而影响正常工作。

三、 气压传感器

气压传感器是一种用来检测气体绝对压强的仪器，其通常运用于和气体压强相关的各类物理、化学和生物试验中。气压传感器主要由一个薄膜和一个顶针组成。同时在电路上气压传感器连通了一个用柔性材质制成的电阻器。在被测气体的压力发生变化时，敏感的薄膜则会变形并带动顶针变动，与此同时，电路开始工作，该电阻器的阻值会产生改动。一旦电阻器的阻值产生改动，会从传感元件处随机获得一个低频信号电压，而后通过模数转换器变动会由数据采集器搜集，随后数据采集器会用计算机能够接纳的方式发送给计算机。

本生态容器使用的是DFRobot公司生产的气压传感器。该传感器应用Gravity-I2C接口设计，同时预留了SPI接口，能够为环境监测和物联网管控带来便利。该传感器的工作电压在3.3V至5V之间，工作电流在2mA，分辨率为0.1℃，误差在±0.5℃。湿度的监测范围在0至99%RH，分辨率在0.1%RH，误差±2%RH，湿度的测量反应时间为1s。压力监测范围在300至1100hPa。

同时，万有引力I2C BME280传感器运用博世新型MEMS传感器，有着极佳的可靠性。压力测量在整个温度范围内是十分坚固的。当温度变化时，1℃温度变动引起的误差仅为12.6cm。这样的稳定性可以大大提高本实验测量数据的准确性和可靠性。

四、 二氧化碳传感器

二氧化碳传感器是一种利用二氧化碳是大部分植物光合作用的原料而制造成的用来探测二氧化碳浓度的传感器，同时也是用来调控浓度变成影响植物的生长的主要原因。

二氧化碳传感器分为红外、催化、热传导三类。红外二氧化碳传感器运用非色散红外原理对空气中的二氧化碳施行检测，其有很好的选择性，不存在对氧气的依赖，大范围运用于可能会爆炸、有可燃性气体的场合。催化二氧化碳传感器则是将在现场探测到的二氧化碳浓度经由计算机转换成为规范的信号输出，大范围应用在化学工业、石油冶炼、炼化及水处理等行业。热传导二氧化碳传感器则是根据混合气体总导热系数随着待剖析的气体含量的差别而改动的原理制造而成，由探测元件和补偿元件匹配组合成为电桥的两个臂，其碰到可燃气体时探测元件的电阻会降低，碰到非可燃气体时检测元件的电阻会增加，而桥路输出的电压改变量会随气体的浓度增加而成正比例地增加。

本生态容器运用的是DFRobot公司制造的高准确度和可靠性的红外DAC二氧化碳传感器，其有效量程可达几千ppm。该传感器运用非弥散红外（ndir）原理，对空气中的二氧化碳进行探测，具备良好的选择性且不依赖氧气，并且内置温度补偿。DFbot红外激光传感器是一种高灵敏度、高分辨率、低功耗、快速响应的高性能传感器，它将成熟的红外吸入气体检测技术与精确的光路设计、精细的电路设计和高灵敏度、高分辨率、低功耗、快速响应相结合，防水蒸气烦扰，无毒，稳定性高，使用寿命长等特征。传感器的供电电压在4.5—5.5V，测量的范围在0至几千ppm，精度在±（50ppm+3%读数），响应时间为120s，工作的温度在0—50℃，工作湿度在0—95%RH（无凝结）。

五、 水浊度传感器

浑浊度传感器利用光的原理，经过检测液体的透射率和散射率，综合判别液体混浊的状况，完成水质检测的目标。在传感器中是一个红外对管。它的原理是当光线穿过液体时，光线的透过数量受该液体的污浊程度影响。

传感器能够被应用在测量洗菜机、鱼缸等产品的水污染水平。用液体的混浊程度来判别溶液的清洁度，确定合适的换水时间。还可用于江海湖泊、雨污分流、水域检测等领域。

本生态容器使用的是DFRobot公司生产的Arduino水浊度传感器。该传感器的精度较高且性能稳定，可以持续较长时间记录水浊度。该传感器的工作电压为5V，存储温度在零下10℃至80℃之间。

六、 酸碱度（pH）采集传感器

氢离子的浓度反映了溶液的酸碱值，pH传感器正是利用了这一原理制造而成的，并将溶液酸碱度转换成对应的输出信号。

本生态容器使用的是DFRobot公司生产的模拟pH传感器。该集成板搭载功率指示器、bnc接口和ph 2.0接口。pH传感器电极由玻璃电极和参比电极组成。塑料外壳是一种无法填充的复合电极。该传感器的模块电源为5V，测量范围在0至14pH，测量环境的温度可以在0℃至60℃，响应时间小于1min。

七、 光传感器

动中部经济发展起着光传感器能迅速感受由紫外光到红外光的光能量，而且将光能量转变成为信号的元件。本实验中主要采用的是环境光传感器动中部经济发展起着。

本生态容器采用的是DFRobot公司生产的模拟环境光传感器LX1972。基于LX1972可见光传感器，可见光照射的响应特征与人眼的响应特征相似。它可以模拟人眼对环境光强度的判断，从而促进友好交互的应用动中部经济发展起着。该传感器的工作温度为零下40—80℃，照度范围为1—800Lux。

八、 结语

智能鱼缸与一般传统鱼缸不同，本组研究的智能鱼缸是将不同类型的传感器（包括温度、湿度、气压传感器、二氧化碳传感器、Ph传感器、水浊度传感器和光传感器）投入安置在鱼缸当中，集成为一个可以实时返回数据的动态传感器网络环境。该网络环境的投入，使得鱼缸内的生态环境可以被实时监控，并根据返回数据及时调整缸内条件，节省人力和成本。

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作者简介：

刘迎雪，女，江苏南京人，江苏警官学院计算机信息网络与安全系学生;

严涓绮，女， 江苏张家港人，江苏警官学院计算机信息网络与安全系学生。