MEAS傳感器在農(nóng)業(yè)中的作用

大家好，我是【廣州工控傳感★科技】傳感器事業(yè)部，張工。

智能農(nóng)業(yè)，也稱為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，允許農(nóng)民使用最少的資源（如水、肥料和種子）來最大化產(chǎn)量。 通過部署MEAS傳感器和測繪田地，農(nóng)民可以開始在微觀層面了解他們的作物，從而節(jié)約資源并減少對環(huán)境的影響。

智能農(nóng)業(yè)的歷史可以追溯到 1980 年代，當(dāng)時GPS已經(jīng)可用于世界各地的民用系統(tǒng)。 一旦農(nóng)民能夠準(zhǔn)確地繪制出他們的耕作地圖，他們就可以只在需要的地方檢測、施肥和除草。 在1990年代，早期精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)用戶采用作物產(chǎn)量監(jiān)測來生成肥料和pH校正建議。 由于可以測量更多變量并將其輸入作物模型，因此可以為施肥、澆水甚至收獲峰值產(chǎn)量提出更準(zhǔn)確的建議。

G-MRCO-052

農(nóng)業(yè)傳感器

許多傳感技術(shù)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，它們提供的數(shù)據(jù)可幫助農(nóng)民監(jiān)測和優(yōu)化作物并適應(yīng)不斷變化的環(huán)境因素，包括：G-MRCO-052位置傳感器使用來自 GPS 衛(wèi)星的信號來確定以英尺為單位的緯度、經(jīng)度和高度。 三角測量至少需要三顆衛(wèi)星。 精準(zhǔn)定位是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的基石。

ELM-5000光學(xué)傳感器使用光來測量土壤特性。 該傳感器測量近紅外、中紅外和偏振光譜中不同頻率的光反射率。 ELM-5000傳感器可以放置在車輛或空中平臺上，例如無人機(jī)甚至衛(wèi)星上。 土壤反射率和植物顏色數(shù)據(jù)只是來自光學(xué)傳感器的兩個變量，可以聚合和處理。 光學(xué)ELM-4000傳感器已開發(fā)用于測定土壤中的黏土、有機(jī)物和水分含量。 例如，Vishay 提供數(shù)百個光電探測器和光電二極管，它們是光學(xué)傳感器的基本組成部分。

電化學(xué)傳感器提供精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)所需的關(guān)鍵信息：pH 值和土壤養(yǎng)分水平。 MEAS 傳感器電極通過檢測土壤中的特定離子來工作。 目前，安裝在專門設(shè)計(jì)的“溜冰鞋”上的傳感器有助于收集、處理和繪制土壤化學(xué)數(shù)據(jù)。

機(jī)械傳感器測量土壤壓實(shí)度或“機(jī)械阻力”。 MEAS 傳感器使用探針穿透土壤并通過FS1901-0000-2000-G稱重傳感器或應(yīng)變計(jì)記錄電阻。 這種技術(shù)的類似形式用于大型拖拉機(jī)，以預(yù)測地面接合設(shè)備的牽引要求。 張力計(jì)檢測根系在吸水過程中使用的力，這對灌溉干預(yù)很有用。

介電土壤HTU31D水分傳感器通過測量土壤中的介電常數(shù)（隨水分含量而變化的電氣特性）來評估水分含量。

HTU31D濕度傳感器測量土壤的滲透性。 測量可以在單個位置進(jìn)行，也可以在運(yùn)動時動態(tài)進(jìn)行。 所需的輸出是在預(yù)定深度將預(yù)定量的空氣推入地下所需的壓力。 各種類型的土壤特性，包括壓實(shí)度、結(jié)構(gòu)、土壤類型和水分，產(chǎn)生獨(dú)特的識別特征。

農(nóng)業(yè)氣象站是獨(dú)立的單元，分布在整個田地的不同位置。 這些站點(diǎn)包含適用于當(dāng)?shù)刈魑锖蜌夂虻腍TU31D濕度傳感器。 空氣溫度、不同深度的土壤溫度、降雨量、葉片濕度、葉綠素、風(fēng)速、露點(diǎn)溫度、風(fēng)向、相對濕度、太陽輻射和大氣壓力等信息以預(yù)定的時間間隔進(jìn)行測量和記錄。 這些數(shù)據(jù)被編譯并以編程的時間間隔無線發(fā)送到中央數(shù)據(jù)記錄器。 它們的便攜性和不斷下降的價格使氣象站對各種規(guī)模的農(nóng)場都具有吸引力。

HTU31D

產(chǎn)量監(jiān)測系統(tǒng)安裝在聯(lián)合收割機(jī)和玉米收割機(jī)等農(nóng)作物收割機(jī)上。 它們通過在 30 厘米以內(nèi)測量、記錄時間、距離或 GPS 位置來提供作物重量產(chǎn)量。產(chǎn)量映射使用來自安裝在收割設(shè)備上的G-MRCO-015傳感器的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)。 產(chǎn)量監(jiān)測數(shù)據(jù)與坐標(biāo)相結(jié)合以創(chuàng)建產(chǎn)量圖?？勺兯俾适┓使ぞ呤褂卯a(chǎn)量圖和植物健康光學(xué)調(diào)查（可能由顏色決定）控制顆粒、液體和氣體肥料。 可變速率控制器可以手動控制，也可以使用由真實(shí) GPS 位置引導(dǎo)的車載計(jì)算機(jī)自動控制。

G-MRCO-015

雜草測繪目前使用GPS接收器和數(shù)據(jù)記錄器來快速標(biāo)記位置，使用操作員解釋和輸入來生成地圖。 然后可以用產(chǎn)量圖、肥料圖和噴灑圖覆蓋雜草發(fā)生情況。 隨著視覺識別系統(tǒng)的改進(jìn)，手動輸入將很快被安裝在工作設(shè)備上的自動視覺系統(tǒng)所取代?？勺儑婌F控制器打開和關(guān)閉除草劑噴桿，并自定義噴霧量（和混合量）。 一旦找到雜草并繪制地圖，就可以確定噴灑和混合的量。可以使用高精度 GPS 記錄地形和邊界，從而可以非常準(zhǔn)確地表示任何領(lǐng)域的地形。 這些準(zhǔn)確度圖在解釋產(chǎn)量圖和雜草圖時很有用。 可以確定田地邊界、現(xiàn)有道路和濕地，以幫助進(jìn)行農(nóng)場規(guī)劃。

使用鹽度計(jì)在拖曳受鹽度影響的田地的雪橇上進(jìn)行鹽度測繪。 鹽度映射可以解釋新出現(xiàn)的問題和鹽度隨時間的變化。導(dǎo)航系統(tǒng)可以使用 GPS 準(zhǔn)確定位 30 厘米或更短范圍內(nèi)的移動車輛。 該引導(dǎo)系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的噴灑或播種設(shè)備。 自動駕駛汽車目前正在開發(fā)中，可能會在不久的將來推出。規(guī)模化農(nóng)業(yè)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)踐中早已確立，基礎(chǔ)設(shè)施和加工設(shè)備只有在有足夠資金可用于投資的農(nóng)業(yè)綜合企業(yè)才能現(xiàn)實(shí)使用。

“小”農(nóng)業(yè)

在美國，小型農(nóng)場（有機(jī)農(nóng)場和傳統(tǒng)農(nóng)場）占近200萬個農(nóng)場的 91%。 僅在美國就有180萬個小農(nóng)場的潛在市場，開發(fā)商和設(shè)計(jì)師已經(jīng)注意到整合小規(guī)模精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)所帶來的機(jī)會。 智能手機(jī)傳感器和應(yīng)用程序以及小型機(jī)械使小型農(nóng)場能夠利用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)。

智能手機(jī)工具

僅智能手機(jī)就有多種工具可適用于農(nóng)業(yè)應(yīng)用。 例如，可以以快照、精確位置、土壤顏色、水、植物葉子和光照特性的形式記錄作物和土壤觀察結(jié)果。 表中列出了一些可用于收集數(shù)據(jù)的手機(jī)工具。

許多智能手機(jī)應(yīng)用程序已開始結(jié)合物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 理念、數(shù)據(jù)聚合和快速處理能力，為小農(nóng)提供有關(guān)種植、除草、施肥和澆水的最新可操作信息。 這些應(yīng)用程序從手持傳感器、MS5534-CM傳感器和氣象站收集數(shù)據(jù)，創(chuàng)建深入分析和有價值的建議。 已經(jīng)為小農(nóng)開發(fā)了幾種應(yīng)用程序：

病害檢測與診斷：可將可疑植物的照片轉(zhuǎn)發(fā)給專家進(jìn)行分析。

肥料計(jì)算器：HTU21D土壤水分傳感器和葉子的顏色可以確定所需的養(yǎng)分。

土壤研究：從傳感捕獲土壤圖像以及 pH 值和化學(xué)數(shù)據(jù)，使農(nóng)民能夠監(jiān)測和適應(yīng)不斷變化的土壤條件。

水研究：從照片和亮度記錄中確定葉面積指數(shù)可以幫助農(nóng)民確定用水需求。

準(zhǔn)備收割的作物：使用紫外線和白光的相機(jī)照片可以準(zhǔn)確預(yù)測成熟度。

MS5534-CM

解決大小農(nóng)場的問題并幫助農(nóng)民滿足不斷增長的糧食需求并不是智能、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)可以提供的唯一解決方案。 智能農(nóng)業(yè)還提供了許多其他好處，例如：

降低燃料和能源消耗，從而減少二氧化碳排放

通過優(yōu)化氮肥施用減少土壤中的一氧化二氮釋放

通過明確化肥和害蟲控制需求來減少化學(xué)品的使用

通過監(jiān)測和管理土壤健康來消除養(yǎng)分消耗

通過減少設(shè)備流量來控制土壤壓實(shí)

最大限度地提高用水效率

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展旨在滿足全球?qū)κ称啡找嬖鲩L的需求，使用的技術(shù)使收集和應(yīng)用數(shù)據(jù)變得更簡單、更便宜，適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件，并最有效地利用資源。 雖然大型農(nóng)場率先采用這些技術(shù)，但現(xiàn)在較小的農(nóng)場也可以從智能手機(jī)內(nèi)置的工具、相關(guān)應(yīng)用程序和小型機(jī)械中受益。 而且，這些技術(shù)正在為解決方案做出貢獻(xiàn)，這些解決方案不僅限于農(nóng)場，還包括污染、全球變暖和保護(hù)。