農(nóng)業(yè)智能裝備與系統(tǒng)科研進(jìn)展

為推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，江蘇大學(xué)、北京市農(nóng)林科學(xué)院、北京農(nóng)學(xué)院等高校紛紛投入了巨大的科研力量，利用多項(xiàng)技術(shù)，在智能裝備與系統(tǒng)、應(yīng)用算法、農(nóng)機(jī)應(yīng)用等方面取得了一定進(jìn)展。本文分析了在智能裝備與系統(tǒng)方面的進(jìn)展，掌握最新科研技術(shù)。

一、便攜式黃曲霉毒素B1檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

科研機(jī)構(gòu)：江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院、 北京市農(nóng)林科學(xué)院智能裝備技術(shù)研究中心

為實(shí)現(xiàn)農(nóng)副產(chǎn)品中黃曲霉毒素B1的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，該團(tuán)隊(duì)研究設(shè)計(jì)了一款基于差分脈沖伏安法、以STM32F103ZET6為核心處理器的便攜式檢測(cè)系統(tǒng)，主要包括硬件檢測(cè)設(shè)備和手機(jī)App兩部分，二者通過(guò)Wi-Fi通信連接。硬件檢測(cè)設(shè)備主要包括DPV波形生成電路、恒電位電路及微電流檢測(cè)模塊;上位機(jī)App在安卓環(huán)境下開(kāi)發(fā)，主要完成信號(hào)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等任務(wù)。

實(shí)驗(yàn)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室自制的AFB1傳感器，在0.1 fg/ml～100 pg/ml范圍內(nèi)系統(tǒng)可以對(duì)AFB1實(shí)現(xiàn)有效檢測(cè)。標(biāo)準(zhǔn)溶液中的測(cè)試結(jié)果與電化學(xué)工作站CHI760e相比，最大相對(duì)誤差為7.37%。對(duì)加入不同濃度AFB1的花生油樣品進(jìn)行檢測(cè)，以CHI760e檢測(cè)結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，回收率為96.8%～106%;對(duì)發(fā)霉程度不同的花生樣品中進(jìn)行測(cè)試，與CHI760e相比，最大相對(duì)誤差為7.10%。

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的便攜式檢測(cè)系統(tǒng)，在農(nóng)副產(chǎn)品中AFB1的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

二、基于NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的兔舍環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

科研機(jī)構(gòu)：北京農(nóng)學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院、北京市農(nóng)林科學(xué)院質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所

為滿足兔舍環(huán)境監(jiān)測(cè)調(diào)控需求，同時(shí)擺脫傳統(tǒng)布線網(wǎng)絡(luò)局限性，縮減網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)、電路元件和控制系統(tǒng)成本，該團(tuán)隊(duì)研究提出一種基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)的兔舍環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基于Arduino開(kāi)發(fā)板，使用移遠(yuǎn)BC260Y模塊與消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，利用SGP30、MQ137、5516光敏電阻傳感器等多種傳感器實(shí)現(xiàn)兔舍內(nèi)部聲、光、水、溫、氣五方面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)在本地、云端存儲(chǔ)的同時(shí)，系統(tǒng)可根據(jù)閾值報(bào)警，協(xié)助創(chuàng)造兔的最佳生存環(huán)境。

研究中對(duì)比了NB-IoT網(wǎng)絡(luò)與Wi-Fi、LoRa等其他網(wǎng)絡(luò)的異同，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)詳細(xì)介紹了系統(tǒng)搭建技術(shù)與過(guò)程，并系統(tǒng)分析了元器件價(jià)格，經(jīng)核算，整機(jī)成本不超過(guò)400元。設(shè)備在空舍測(cè)試中，檢測(cè)到CO2濃度為420～440 ppm;MQ系列傳感模組電壓比值穩(wěn)定于1;溫度處于22～24℃;濕度上下波動(dòng)10%;日光燈亮滅引起電壓差2.6 V。進(jìn)行了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與能耗測(cè)試，通過(guò)不同時(shí)間、場(chǎng)地、網(wǎng)絡(luò)連接方式的對(duì)比，驗(yàn)證了本系統(tǒng)傳輸穩(wěn)定可靠，能耗合理。

系統(tǒng)使用MQTT通信協(xié)議的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，平均每秒消息處理量為0.57，每分鐘收發(fā)34.2條，上下浮動(dòng)1條。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電壓約為12.5 V，電流約為0.42 A，平均功率為5.3 W。發(fā)生通信時(shí)，沒(méi)有產(chǎn)生額外功耗，適用于實(shí)際養(yǎng)殖生產(chǎn)。

該研究可為偏遠(yuǎn)或較大規(guī)模的養(yǎng)殖監(jiān)測(cè)設(shè)備，選取提供設(shè)備成本與網(wǎng)絡(luò)選擇參考價(jià)值。

審核編輯黃宇