一、概述
為預(yù)測和應(yīng)對大氣組成變化的后果，科學(xué)界作了長期的努力。上世紀80年代前，大量的研究在溫室、培養(yǎng)箱或開頂式氣箱中進行。由于相應(yīng)的試驗條件如溫度、風(fēng)速、濕度、降雨等因素與自然條件相去甚遠，特別是系統(tǒng)中植物與昆蟲、病源的隔離，從這種模擬環(huán)境中所取得的研究結(jié)果預(yù)測大氣組成和氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響，具有較多的不確定性。鑒于此，研制開發(fā)在自由空氣條件下的升高大氣某個特定組分和（或者）溫度的實驗平臺系統(tǒng)，以在盡可能接近自然生態(tài)環(huán)境的條件下，研究生態(tài)系統(tǒng)對變化的響應(yīng)和適應(yīng)是非常必要的。
北京華益瑞科技有限公司設(shè)計的開放體系中調(diào)控CO2組分濃度和溫度的自動調(diào)控系統(tǒng)，即“二氧化碳及溫度FACE (Free Air gas Concentration Enrichment)”系統(tǒng)平臺。該系統(tǒng)在野外的目標區(qū)域沒有任何隔離設(shè)施，氣體可以自由流通，區(qū)域內(nèi)通風(fēng)、光照、溫度、濕度等條件十分接近自然生態(tài)環(huán)境。該系統(tǒng)平臺能在比較寬的風(fēng)速范圍內(nèi)（超過國際上同類系統(tǒng)）滿足較大區(qū)域內(nèi)對目標氣體濃度的控制精度要求（超過國際上同類系統(tǒng)）。擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的控制軟件，包括系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集控制和分析處理軟件包，遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理，為研究生態(tài)系統(tǒng)對大氣中CO2濃度和溫度變化響應(yīng)提供理想手段，使我國FACE平臺技術(shù)*于國際。
二、方案介紹與性能指標
在較大區(qū)域內(nèi)改變和調(diào)控自由空氣中的特定氣體成分，是一項挑戰(zhàn)性很強的技術(shù)研究工作。世界上有多個優(yōu)良團隊，正在研究在開放體系增加空氣中CO2、O3等多個組分濃度以及改變溫度、降水等因子的自動控制技術(shù)。世界上過去和正在運行的FACE系統(tǒng)基本上是旱地系統(tǒng)，如美國研制的系統(tǒng)設(shè)計目標為試驗區(qū)域的濃度比大氣中高50%，但實際達到的指標是平均高20%(Schroeder,2006)。由于這種平臺技術(shù)的缺陷，影響到相關(guān)研究結(jié)果的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價值。
遠程控制計算機管理整個平臺的運行，設(shè)置布氣實驗時間、氣象條件等，可進行CO2濃度/溫度設(shè)置值或者增強比例/幅度設(shè)定，控制樣地數(shù)據(jù)采集器獲得對照樣地數(shù)據(jù)采集器的參考數(shù)據(jù)，對控制量進行運算，通過各種控制器、質(zhì)量流量計、調(diào)壓器等進行實施，再通過控制樣地內(nèi)的傳感器、分析儀對樣地內(nèi)的溫度、氣體濃度進行測量，實現(xiàn)反饋、閉環(huán)控制。
增溫性能： 增溫幅度：0.25~4℃ 調(diào)節(jié)分辨率：0.01℃ 調(diào)節(jié)相對精度：0.05℃ 調(diào)節(jié)穩(wěn)定度：0.1℃@風(fēng)速不大于2m/s 0.2℃@風(fēng)速不大于5m/s
| CO2濃度增強樣地性能： CO2濃度增強幅度：10~1000ppmv 有效調(diào)節(jié)分辨率：3ppmv 調(diào)節(jié)精度：總濃度的1.5%+5ppmv 調(diào)節(jié)穩(wěn)定度： 5ppmv@風(fēng)速不大于2m/s 10ppmv@風(fēng)速不大于5m/s |
平臺結(jié)構(gòu)系統(tǒng)框圖如下：
本系統(tǒng)的控制核心部件使用CampbellScientific,Inc的數(shù)據(jù)采集器，比較國際上的FACE系統(tǒng)，有的采用了Campbll的數(shù)據(jù)采集器，有的使用PLC來控制。有的使用了電腦控制相比之下，使用采集器有如下優(yōu)點。
CO2增強PID自動計算控制調(diào)節(jié)，PID方程 比例微積分方程（PID方程）是過程控制中常用的方法，其框圖如下：
采樣進氣口防水汽凝結(jié)方案，防灰塵過濾
CO2進氣組件（pn 27693）包括用于設(shè)定流量的孔口，去除大氣灰塵的過濾器和雨水分配器，這樣可以允許環(huán)境空氣自由采用而不會降低能量進入。雨水分流器被加熱以防止冷凝。進氣組件包括一個平衡室以抑制CO2和H2O的環(huán)境濃度的波動。
三、軟件平臺與移動監(jiān)控
1、電腦監(jiān)控界面
O3-FACE監(jiān)控控制回路顯示，下圖為生態(tài)環(huán)境研究中心的FACE實驗監(jiān)控界面。
O3-FACE監(jiān)控控制回路顯示，下圖為臭氧制作銷毀控制系統(tǒng)監(jiān)控界面，為了是O3的增強不破壞大自然和周邊環(huán)境，本系統(tǒng)采用了臭氧銷毀裝置。
2、 手機APP應(yīng)用監(jiān)控
查看數(shù)據(jù)以及曲線（Android以及ios版本）
（一） 直接點擊手機App:Linker，則直接進入顯示所有在線圈名稱的界面，如下圖所示：
該界面顯示所有在線的圈地名稱，可對圈地名稱進行修改以及添加新名稱的操作。也可直接輸入圈地編號直接點擊查找。
