1目的及意义

1.1 引言

随着时代的发展，安全健康的生活环境成为越来越多人追求的目标，室内环境污染问题也逐渐引起了人们的关注。室内装饰材料带来的毒性气体含量超标、室内火灾、煤气泄漏等室内灾害严重威胁着人们的生命财产安全。除此之外，室内空气过于干燥、可吸入颗粒物浓度较高等也会人们的生活造成一定的不适。因此，研发一套实用、稳定的室内环境监测系统对人们的健康生活来说是很有必要的。

1.2 研究背景

随着我国经济的快速发展，城市化与工业化进程的不断加快，室内环境污染也在不断加重， 并成为影响人们身体健康的一大杀手。根据监测，室内空气污染是室外污染的5到10倍， 在特殊情况下可达到100倍，其中有二十多种是致癌物。

1.3室内环境检测系统研究进程

随着科技的进步与人类对日常生活皮质的追求，刺激了国内外室内环境检测系统及其产品的相关研发，尤其是对室内检测系统传感器与如何降低系统能耗方面做了较多的研究。

早期国内外研发的环境监测系统大多是以农业与畜牧业有关，关注点为如何提高农业和畜牧业的生产值，因此，在下文中介绍国内外室内环境监控发展过程中，以农业与畜牧业为线索进行讲解[1]。

1.3.1国外发展

国外对室内光照环境控制技术研究较早，20世纪70年代电子技术的迅猛发展和微型计算机的问世，使室内环境控制技术产生了革命性的变化，国外的温室生产开始以较快的速度发展，特别是欧美发达国家，如荷兰、美国等国家实现了机械化。由于当时技术水平的限制，对生态环境因素的控制采用单因子控制，即对温度、湿度、光照和二氧化碳浓度进行单独分别控制的方法，主要是控制温度，其次是湿度(空气湿度、土壤湿度)。例如，在控制温度时，控制的只是温度的改变，而不影响到其他因素，要改变其他因素，则要实施另外的控制过程，才能达到一定温度条件下其他相关环境因素的配合。但是，外界气候的变化随时影响到温室内的小气候，靠人工指令随时进行相应改变很难实现，并且各控制变量之间相互影响、相互融合，如阴雨天需要补光，补光又会带来温度上升和相对湿度下降，要达到拟定的控制效果，又涉及到几个执行机构，这是一个复杂的控制过程。随着计算机技术的发展，80年代末出现了分布式控制系统。采取多因素综合控制方法，即利用计算机控制室内环境因素的方法。此方法是将各种作物在不同生长发育阶段需要的适宜环境条件要求输入计算机程序，当某一环境因素发生改变时，其余因素自动做出相应修正或调整。一般以光照条件为始变因素，温度、湿度和二氧化碳浓度为随便因素，使这四个主要环境因素随时处于最佳配合状态。20世纪90年代，在多因子环境控制中，采用了模糊控制、多变量控制等先进技术，并采用这些先进技术开发环境自动控制的计算机软件系统。目前日本、荷兰、以色列、美国等发 达国家可以根据作物的要求和特点，对温室内光照、 温度、水、气、肥等诸多因子进行自动调控。美国和荷兰还利用温差管理技术，实现对花卉、果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足生产和市场的需要。

荷兰1974年将计算机作为温室气候控制系统 使用商品的核心部分，推向荷兰及世界市场。目前，荷兰全国现有的1万平方公里的玻璃温室由这种气候控制计算机操纵控制，其可以同时控制各个温室单元，形成网络化的温室管理体系。在日本，作为设施农业主要内容的设施园艺相当发达，塑料温室得到普遍应用，设施栽培面积位居世界前列。在韩国，自1992以来政府就把设施园艺作为重点事业来推进发展，到 92年底，带环境控制的现代化设施的面积占10％左右。以色列的温室从80年代到90年代更新了三代，科学家成功开发了一系列计算机软、硬件，实现了温室供水、施肥和环境自动化控制。英国农业部对温室发展也很重视，科学家先后进行了温室环境与作物生理，温室环境因子的计算机优化，温室节能，温室自动控制，温室作物栽培与产后处理的研究。从国际发展趋势看，温室正致力于高科技应用。遥测技术，网络技术，控制局域网已逐渐应用到温室的控制与管理中。

环境监控技术正在发生日新月异的变化。一些国家在实现了监控和控制自动化的同时，也进行人工智能的广泛应用研究，开发用于室内环境管理、决策、咨询等方面的专家系统软件，利用遥测技术、网络技术进行室内环境的远程控制、管理诊断及实时环境监控，为用户提供各类信息服务，如产品购销市场、信息技术支持与服务、气象信息等，真正做到无人值班、远程监控、完全自动化。伦敦大学农学院研制的换环境监控计算机遥控技术，可以观察、遥控50km以外温室内的温、光、气、水等环境因子状况，并进行调控。美国学者 Alves-Serodio，C.M.J等人在ISIE'98国际会议中提出了一体化的室内网络管理体系模型，该系统将气候调节、灌溉系统与营养供给系统作为一个整体，根据不同传感器的输入来协调各部分动作，从而达到以最经济的方式来控制。而且，这种控制要求能在远离温室的计算机控制室就能完成。该网络还连接有几个通讯平台，用户在遥远的地方通过形象、直观的图形化界面就可以与这种分布式的控制系统对话。

1.3.2 国内发展

我国是一个历史悠久的农业大国，早在2000多年前就有蔬菜、花卉的温室栽培。20世纪30年代，我国辽宁南部和北京地区就已经开始在冬季利用不进行人工加热的“阳光温室”生产新鲜蔬菜。但限于当时的技术水平，严冬季节这种温室内的光、热环境只能维持耐寒性强的野菜类和葱蒜类蔬菜生长，而不能生产喜温的黄瓜、番茄等果蔬。60年代仅利用简易式塑料大棚来种植蔬菜，1966年吉林省长春市建造我国第一座塑料大棚，面积仅500平方米，到了70年代，节能型日光温室开始在我国应用，并得到较快发展，到 1981年，根据19个省市，自治区统计，保护地面积为 1.6万公顷，占蔬菜种植面积的4.35％，其中温室仅 1500公顷，占菜地面积的0.4％。而大型玻璃结构温室在我国发展一直较慢，直到80年代初，才先后从同本，美国，荷兰和保加利亚等国引进了40套左右的现 代化温室成套设备，主要分布在北京，上海，广州等大城市周围，我国自己生产的玻璃温数量较少，也由于其内部设施较为简陋，产品质量与使用性能都低于国外先进产品，从而影响了国产温室的推广和使用。80年代中期，人们开始对原有日光温室的建筑结构、环境调控技术和栽培技术进行了全面改进，在完全不加热或仅有极少量加热的条件下，在严冬生产喜温果菜。其中辽宁省农民创建的海城日光温室和瓦房店日光温室是我国栽培史上的重大突破，但产量相对较低[2]。

在此背景下，本文讨论的核心问题为将基于开源硬件ARDUINO系统，利用WSN搭建传感器网络， 研发一套实用、稳定的室内环境监测系统。

1.4 arduino优势

1、廉价