近年来,随着通信技术、自动化技术与传感技术的快速发展,以智能化、精细化、网络化为核心的温室工程技术逐步成为设施园艺的主要发展方向。设施园艺的核心是对温室内环境因子进行有效调控,营造作物最佳生长条件,以达到增产、优产的最终目的。设施园艺技术发达国家已实现温室温湿度、光照度等环境因子的调控。相对而言,温室内CO₂作为植物光合作用的主要成分之一,其浓度的实时、精确测控技术难度较高、发展较晚,技术成熟度不足。因此,本文针对以上问题,研制了一款面向温室环境应用的高性能、实时CO₂浓度测控系统。温室环境CO₂检测仪的性能指标很大程度上决定了温室CO₂浓度调节的准确性、稳定性和响应时间。与传统电化学类、半导体类传感器相比,采用红外吸收光谱原理研制的气体检测仪具有检测精度高、响应速度快、选择性好、稳定性高等优点。红外吸收光谱技术中的直接吸收光谱技术在确保检测精度的同时,还具备性价比高、约束条件少等优点,非常适用于温室环境的CO₂浓度监测。温室环境复杂度高,布线困难等特性在一定程度上限制了传统通信方法的使用。同时,温室环境具有非线性、时变、大滞后的特性,采用常规控制方法很难达到温室环境因子的快速、有效调控。考虑到温室环境的诸多特性,采用无线传感器网络构建通信系统,研制具有模糊自整定PID调控功能的控制平台,以满足温室环境的调控需要。本论文的主要研究内容包括以下三个部分,并通过实地实验证明了研究成果的可靠性。首先,本文基于直接吸收光谱技术研制了一种红外CO₂检测仪。该检测仪光学部分采用球面反射聚光气室增加光程,采用聚四氟乙烯材料的防水透气膜对光路部分进行防湿、透气处理,以提高检测仪对温室环境的适用性。采用单光源双通道的检测结构有效消除光源和光路的干扰。在电路部分采用数字正交锁相放大技术对信号进行处理,进一步提高了检测仪的检测精度及稳定性。使用动态配气法测量了检测仪的检测下限、重复性、稳定性等指标。实验结果表明,检测仪有效检测范围为20 ppm至4000 ppm;对浓度为500 ppm和2000 ppm的标准CO₂气体进行了长时间稳定性测试,其相对误差分别为3.6%和1.05%;通过阿伦方差分析该检测仪的理论检测下限低于1 ppm,满足温室环境的应用需求。其次,在确保自主研制的红外CO₂检测仪实现温室环境CO₂浓度的实时、精确测量的前提下,对其进行了节点化改进设计。使其具有无线通信、温湿度检测、光照度检测、便携式供电等功能,从而可应用于设施园艺无线传感器网络中。分析了传输距离与接收信号强度指示的理论关系,采用接收信号强度指标对信号质量进行评估,确保通信可靠性的同时智能调节通信功率,有效降低节点能耗。现场实验结果证明,当通信距离较短,约在35米以内时,2.4 GHz通信频段较433MHz通信频段具有更好的通信性能;采用433 MHz通信频段时,最远可靠通信距离可达100米,此时丢包率小于2%。可根据温室实际需求选择所需通信方式,确保了无线通信网络的普遍适用性。最后,设计了一套基于Lab VIEW软件的CO₂智能调控平台,实现了温室环境参数的实时显示、存储、远程共享和CO₂浓度的智能调控。设计了模糊PID控制器,对温室内CO₂浓度进行调节。建立了温室CO₂浓度模型,将其作为受控对象,通过仿真实验优化模糊规则,并验证了该控制器的性能。通过对调控平台进行了嵌入式系统移植,有效提升了调控平台对不同温室环境的适用性。为验证测控系统的整体性能,在中国东北地区日光温室进行实地实验。在长时间实地实验中,所研制的红外CO₂检测仪具有稳定的工作性能。通过对温室实地参数的采集与相关计算,证明作物叶片表面存在结露可能性,应适时采用通风排湿等方法防止叶片表面结露现象的发生。自主研制的调控平台实现了温室内CO₂浓度的调控,CO₂浓度值在开始调控36 min内进入稳定区间,波动范围小于4.9%。通过对实地实验结果分析可知,研制的测控系统针对温室环境具有较强的适用性和潜在的经济效益。本论文根据温室环境实际需求研制了基于红外吸收光谱技术的CO₂调控系统,实现了温室环境参数的采集和CO₂浓度的智能调节。其中具有突出创新性的工作主要包括以下几个方面:（1）自主研制了面向温室环境的红外CO₂检测仪。该检测仪采用单光源双通道检测技术,设计并制作了与之匹配的球面聚光气室,通过数字正交锁相放大器提取探测信号,提高了检测仪的信噪比。该检测仪在保证检测性能的前提下,对检测仪进行了防结露设计,有效保证了检测仪在温室应用中的可靠性。（2）建立了具有温室CO₂智能调控功能的温室环境调控平台。该平台实现了环境参数的存储和远程共享,采用模糊自整定PID控制器智能调节温室CO₂浓度。通过嵌入式系统移植,实现了调控平台的小型化。（3）对红外CO₂检测仪进行节点化优化,并构建了应用于温室环境的无线传感器网络。（4）采用自主研制的红外CO₂检测仪与温室环境调控平台进行了长时间的实地实验,验证了测控系统可靠性及实用价值。