光合活性的主动控制在植物生理学研究中具有重要意义。尽管目前已经建立了不同尺度的植物光合作用模型，但尚未充分检验它们在植物生长控制中的应用。 主要原因是我们没有支持此类实验的基础设施，因为当前的植物生长室通常使用固定的控制协议。 因此在本文中，作者提出了一个基于物联网的开放框架。 该框架允许植物科学家或农业工程师通过应用程序编程接口 (API)和编程语言，收集环境数据和植物生理反应;根据模型对控制算法进行编程和执行，然后执行实时命令以控制环境因素。

　　本研究中构建的开放框架，是在传统的三层物联网框架的基础上，增加了一个开放资源层，使光合活性控制实验和二次开发成为可能。 如图 1 所示，所提出的框架有四层：(1)设备层; (2) 网络层; (3) 开放资源层; (4)应用层。

　　设备层位于框架的最底部。 该层包括用于环境参数的传感器(图 1，左)和执行器(图 1，右)，用于监测植物生理状态和控制环境参数，以及控制板。 在设备层，信息通过工业标准协议 RS485 在传感器、执行器和控制板之间传输。 用户也可以在以下网址查看 ModBus 代码：https://github.com/Jiangnan-IOT C426/OpenCode/tree/master/STM32PlantChamber/Drivers/Modbus。

　　网络层负责无线数据传输。这些网络设备分为客户端设备(连接到控制板或客户端网络设备)和服务器设备(部署在云服务器上)。如果客户端用户需要在远程设备上采集和控制环境参数，他们需要确保远程设备可以访问互联网，并且可以与温室或生长室建立连接。

　　开放资源层是共享设备资源的核心，通过API文件为用户提供跨平台互联。该层提供了一些基本功能，如物理设备管理、设备数据存储、服务权限管理、开放资源控制等。资源层最重要的作用是确保客户端用户可以使用不同的编程语言来建立与温室或生长室的连接。

　　应用层包含各种应用程序，例如网站和移动应用程序; 它主要负责数据可视化和API文件的分布。 植物科学家可以使用该层查看植物生长整个周期中的环境参数。

　　图1基于物联网的开放式光合活性反馈控制框架。

　　图2植物生长室和核心装置。 在图 5A 中，1 – 温度传感器、湿度传感器和光传感器; 2 – 图像采集接口; 3 – 二氧化碳传感器; 4 – 叶绿素荧光传感器。 在图 5B 中，1 – LED光源; 2 – CO2 气体释放器; 3 – 加热器，4 – 冷却器。

　　图3 温度及CO2浓度控制结果

　　图4初级电子受体质体醌QA浓度和叶绿素a荧光对照实验结果

　　来源：YUAN, S., TANG, H., FU, L., TAN, J., GOVINDJEE, G., & GUO, Y. An open Internet of Things (IoT)-based framework for feedback control of photosynthetic activities. PHOTOSYNTHETICA 60 (SI): 77-85, 2022

　　编辑：婷婷