第四节　农业小气候自动综合观测仪器

现代化的农业小气候观测，实行多要素综合自动观测，并对所取得的大量数据进行自动处理，这就需要使用小气候自动观测仪器。

目前我国还没有定型的、适合于农业小气候观测的自动观测仪器生产，一般商品生产或研制的自动气象站，不属于农业小气候自动综合观测仪器。为了方便使用者自行组装或便于厂家组装生产农业小气候自动综合观测仪器，需要有统一标准的传感器和数据采集处理系统。

一、敏感和传感系统

为了实现自动观测，必须对农业小气候要素进行电测量。目前对辐射、温度、空气湿度、CO₂、风等要素均可能实现电测量的敏感原件或传感系统，目前可以考虑使用的有如下几种：

1.辐射观测：使用热电堆方法和硅光电池的方法。这两种方法，均可给出毫伏级电压信号，为电压型传感器。

2.温度观测：无论是干球温度还是湿球温度，在农业小气候自动观测中大多使用金属热电阻、热敏电阻或PN结测温方法。前两种为电阻型传感器，后一种为电流型传感器。

3.空气湿度观测：通常使用干湿球测湿方法。此外，还可用湿敏电容或湿敏电阻方法测试，也都可以直接给出毫伏级电压信号，为电压型传感器。

4.CO₂浓度测量：多数使用红外CO₂分析仪，能直接给出0～10mV或0～1V的线性电压信号。

5.风速观测：在农业小气候的微风风速观测时，常使用热电偶测量热扩散的方法，可以给出电压信号。但许多情况下，仍使用转杯风速表，给出脉冲频率信号，为脉冲型传感器。

二、信号调节及变换系统

在农业小气候自动综合观测中所使用的传感器多种多样，有电阻型、电压型、电流型和脉冲型。所输出的信号大多数是非线性信号。为了便于与微机连接，必须统一把它们转换成电压信号，进行线性处理及统一放大成0～2V或0～5V，然后再进行A/D转换（脉冲频率可先进行放大，然后再整形），之后输入微机处理器。

1.信号转换

（1）R/V转换：通常使用电桥法。若要求精度不太高，也可使用简单的分压法。

（2）I/V转换：最简单的I/V转换就是一个精密电阻，当信号电流流过精密电阻时，其电压与流过的电流大小成正比，从精密电阻两端取出的电压，就是I/V变换后的电压信号。(www.daowen.com)

2.线性化处理

由于使用了微处理器，对于诸如线性化、零点校正、温度补偿、误差修正等信号调节任务，大都通过软件实现。

3.放大

由于输出信号大多为弱信号，必须用测量放大器对其进行放大。放大到能满足A/D转换所要求的规定电压。如0～5V，0～2V。

三、数据采集及处理系统

1.通道设置

无论在哪一种农业小气候系统中，在多数情况下，包括五种农业小气候要素，每种要素至少有几个通道。综合农业小气候观测的多数情形，每个测点输出信号可以设计成最多为32个，由一个处理器完成。有多个测点时，可以由多个微处理器完成。数据采集系统也可以设计成128个通道，以满足4个测点共用。

2.多路开关

在农业小气候自动综合观测中共有5个要素，每个要素都有若干个通道（共有32个通道）。而在数据采集系统中只有一个微处理器，只能分时对这些信号进行采样。为了满足多路分时传送，必须设置多路开关。多路开关的选择由微处理器控制，而多路开关在通道中的插入位置则应根据传感器输出信号状况而定。当传感器输出信号较弱时，应先进行放大，以防止多路开关引入较大误差，如果传感器输出信号较大时，则多路开关可直接与传感器输出信号相接。

3.A/D转换

选择A/D转换芯片的原则应从转换精度、转换速度、模拟量输入通道及成本、货源等方面全面考虑。

4.微处理器系统软件设计

通用性能较高的单片微机，配以较多的数据存储系统，并设有数据存储、显示、打印功能。此外还应配备相应的接口，以便多台微处理器并联后与高级微机进行数据通讯。建立起供多点观测使用的微处理系统，该系统软件的设计应有很强的定时控制能力，能科学、方便地对各测点、各通道进行自动切换及自动数据处理。

为了直观、方便起见，该系统最好带有电位差计，用以连续记录和观测各测点、各通道的参数值。