將傳感器技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)作用中

以家庭為基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)曾經(jīng)是一個耗費時間和勞動力的職業(yè)，農(nóng)民利用他們的經(jīng)驗，他們的座位直覺或年歷來為長期和充滿希望的豐收季節(jié)做好最充分的準備。然而，今天，農(nóng)業(yè)已經(jīng)變成一種高度復雜的技術(shù)型職業(yè)，其中重要信息由基于傳感器的工具提供。因此，在實驗室中，研究人員將農(nóng)作物與土壤類型和天氣條件相匹配。此外，隨著技術(shù)的涌入和科學的復雜性，以農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)的學位已成為大學課程中增長最快的學習軌道之一。

對糧食作物的高需求，環(huán)境影響因素以及提高農(nóng)場盈利能力已經(jīng)引起了傳感器的使用，以提高農(nóng)業(yè)各個方面的準確性和可靠性。

并不是農(nóng)民不會坐在拖拉機上。他們是這樣。但是，現(xiàn)在他們也可能會在筆記本電腦前的桌子上找到它們。種植，噴灑，計數(shù)種子，監(jiān)測產(chǎn)量和測量土壤的水分含量都是通過筆記本電腦運行或計劃 - 一直通過紅外傳感器確定今年作物的健康狀況，并使用軟件模型預測明年的種植季節(jié)。

農(nóng)民希望使用真實數(shù)據(jù)和準確的交付系統(tǒng)來灌溉和使用農(nóng)藥。例如，灌溉可以通過使用超聲波傳感器來改進，這些傳感器可以讀取地面的輪廓并上下移動動臂，在需要的地方準確地輸送水。以無水氨的形式的氮氣以相同的方式噴射，并且僅在需要時使用傳感器。

裝載先進成像傳感器的相對便宜的無人機可以 - 不到1000美元 - 提高作物產(chǎn)量。傳感器描繪了近紅外光下的植被，顯示出葉綠素水平，而軟件則將空中照片轉(zhuǎn)換為高分辨率地圖。這些無人機比衛(wèi)星系統(tǒng)更準確，使用MEMS加速度計，陀螺儀，磁力計，壓力傳感器和GPS模塊，以及功能強大的處理器。結(jié)果是一種模式突出了灌溉問題和土壤變化，以及地面上看不到的害蟲和真菌侵襲。圖像傳感器可利用紅外線和可見光譜來突出健康和苦惱植物之間的差異。

電子鼻甚至可以在農(nóng)業(yè)中發(fā)揮作用。由于植物釋放揮發(fā)性有機化合物（VOC）作為副產(chǎn)品，因此特定的VOC指示作物和田間條件。濕度，光照，溫度，土壤條件，受精，昆蟲和植物病害都會影響它們的釋放，因此基于陣列中重疊氣體傳感器的電子鼻可用于檢測作物病害和昆蟲感染。

流量，位置，力，傾斜度，液位以及其他大量傳感器都已進入農(nóng)場。讓我們看一些例子。

光，濕度和溫度

作物的遠程光譜傳感是一個重要的工具。當陽光照射到作物或土壤表面時，光會被反射，吸收或透射，這取決于植物物種和條件所特有的光的波長。光譜儀或數(shù)碼相機可以安裝在拖拉機，無人機或衛(wèi)星上以收集數(shù)據(jù)。植物的光譜測量提供有關(guān)植被狀態(tài)和不同植物成分含量的有價值信息。生成的光譜被解釋并生成關(guān)于特征的定量數(shù)據(jù)，例如氮需求，成熟度，水含量和生物量。測量直接在現(xiàn)場進行，在整個生長階段監(jiān)測植物。

對于這些應(yīng)用，可提供使用光電二極管光學傳感器陣列的高分辨率，現(xiàn)場便攜式UV-VIS-NIR-SWIR光譜儀。這些部件可以使用硅，鍺或InGaAs傳感器以及內(nèi)置和/或可移除的過濾器。

土壤中實際含有多少水是農(nóng)業(yè)中最關(guān)鍵的信息之一?；裟犴f爾傳感與控制HIH6130/6131系列傳感器（圖1）的濕度和溫度傳感器位于同一封裝中。這允許相對濕度測量值進行溫度補償，并提供第二個獨立的溫度傳感器輸出。它還允許用戶購買一個傳感器而不是兩個傳感器來控制成本。

圖1：典型應(yīng)用電路，霍尼韋爾HIH6130。

該傳感器可用于低能耗和無線兼容的應(yīng)用，以增強節(jié)能效果并延長系統(tǒng)電池壽命。高14位濕度傳感器分辨率和14位溫度傳感器分辨率有助于用戶系統(tǒng)檢測最小的相對濕度或溫度變化。該裝置的多層結(jié)構(gòu)提供了對農(nóng)業(yè)中通常存在的冷凝，灰塵，污垢，油和常見環(huán)境化學品的抵抗力。

環(huán)境監(jiān)測通常還包括ADI公司的ADT7310±0.5°C精確16位數(shù)字SPI溫度傳感器等溫度傳感器。 ADT7310（圖2）用于環(huán)境控制系統(tǒng)，計算機熱監(jiān)控和熱保護應(yīng)用，是采用窄體SOIC封裝的高精度數(shù)字溫度傳感器。它包含一個帶隙溫度基準和一個13位ADC，用于監(jiān)控溫度并將其數(shù)字化為0.0625°C分辨率。 CT引腳為漏極開路輸出，當溫度超過可編程臨界溫度極限時變?yōu)橛行А?/p>

圖2：ADT7310功能框圖。

無線網(wǎng)絡(luò)

由于農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)通常涉及無線連接，因此RF技術(shù)正在尋找許多應(yīng)用。例如，DecaWave DW1000 ScenSor（Seek Control Execute Network Sense Obey Respond），針對包括農(nóng)業(yè)在內(nèi)的各種市場的實時定位系統(tǒng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用進行了優(yōu)化。這是一款基于符合IEEE802.15.4-2011標準的超寬帶技術(shù)的單芯片無線收發(fā)器。它非常不受多徑衰落的影響，可在高衰落環(huán)境中實現(xiàn)可靠通信。為了幫助工程師使用其DW1000，DecaWave提供其EVK1000評估套件。 EVK1000（圖3）提供所有硬件和軟件元件，以執(zhí)行雙向測距評估，包括范圍精度，精度，靈敏度，多徑抗擾度等。

圖3：向農(nóng)場添加RF技術(shù)？這是用于DW1000協(xié)助的EVK1000評估套件。

不受無人機的推崇，新型拖拉機通常配備出廠安裝的支持Glonass的GNSS接收器（如Linx RXM-GNSS-GM-T），以及處理不均勻的顯示器和控制器terrain.John Deere拖拉機和農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機具有集成的引導系統(tǒng)和工廠安裝的產(chǎn)量圖和收獲文件功能。

農(nóng)民可以使用為其車輛提供的系統(tǒng)，或通過將土壤和產(chǎn)量歷史數(shù)據(jù)和航空影像上傳到農(nóng)場管理軟件中來創(chuàng)建自己的地圖。通過無線網(wǎng)絡(luò)將地圖發(fā)送到拖拉機引導系統(tǒng)，它們將擁有一個農(nóng)場范圍的系統(tǒng)。

總之，在農(nóng)場長大的孩子長大后不會回來?，F(xiàn)在這種趨勢正在逆轉(zhuǎn)，因為占領(lǐng)的勞動密集程度較低，而且比以往任何時候都更具有智力挑戰(zhàn)。從使用變焦無人機到筆記本電腦農(nóng)業(yè)，明天的農(nóng)民確實會受到物聯(lián)網(wǎng)的影響。因此，許多類型的傳感器將繼續(xù)在提供必要信息以提高農(nóng)場生產(chǎn)力和效率方面發(fā)揮重要作用。