将传感器技术应用于农业作用中

以家庭为基础的农业曾经是一个耗费时间和劳动力的职业，农民利用他们的经验，他们的座位直觉或年历来为长期和充满希望的丰收季节做好最充分的准备。然而，今天，农业已经变成一种高度复杂的技术型职业，其中重要信息由基于传感器的工具提供。因此，在实验室中，研究人员将农作物与土壤类型和天气条件相匹配。此外，随着技术的涌入和科学的复杂性，以农业为基础的学位已成为大学课程中增长最快的学习轨道之一。

对粮食作物的高需求，环境影响因素以及提高农场盈利能力已经引起了传感器的使用，以提高农业各个方面的准确性和可靠性。

并不是农民不会坐在拖拉机上。他们是这样。但是，现在他们也可能会在笔记本电脑前的桌子上找到它们。种植，喷洒，计数种子，监测产量和测量土壤的水分含量都是通过笔记本电脑运行或计划 - 一直通过红外传感器确定今年作物的健康状况，并使用软件模型预测明年的种植季节。

农民希望使用真实数据和准确的交付系统来灌溉和使用农药。例如，灌溉可以通过使用超声波传感器来改进，这些传感器可以读取地面的轮廓并上下移动动臂，在需要的地方准确地输送水。以无水氨的形式的氮气以相同的方式喷射，并且仅在需要时使用传感器。

装载先进成像传感器的相对便宜的无人机可以 - 不到1000美元 - 提高作物产量。传感器描绘了近红外光下的植被，显示出叶绿素水平，而软件则将空中照片转换为高分辨率地图。这些无人机比卫星系统更准确，使用MEMS加速度计，陀螺仪，磁力计，压力传感器和GPS模块，以及功能强大的处理器。结果是一种模式突出了灌溉问题和土壤变化，以及地面上看不到的害虫和真菌侵袭。图像传感器可利用红外线和可见光谱来突出健康和苦恼植物之间的差异。

电子鼻甚至可以在农业中发挥作用。由于植物释放挥发性有机化合物（VOC）作为副产品，因此特定的VOC指示作物和田间条件。湿度，光照，温度，土壤条件，受精，昆虫和植物病害都会影响它们的释放，因此基于阵列中重叠气体传感器的电子鼻可用于检测作物病害和昆虫感染。

流量，位置，力，倾斜度，液位以及其他大量传感器都已进入农场。让我们看一些例子。

光，湿度和温度

作物的远程光谱传感是一个重要的工具。当阳光照射到作物或土壤表面时，光会被反射，吸收或透射，这取决于植物物种和条件所特有的光的波长。光谱仪或数码相机可以安装在拖拉机，无人机或卫星上以收集数据。植物的光谱测量提供有关植被状态和不同植物成分含量的有价值信息。生成的光谱被解释并生成关于特征的定量数据，例如氮需求，成熟度，水含量和生物量。测量直接在现场进行，在整个生长阶段监测植物。

对于这些应用，可提供使用光电二极管光学传感器阵列的高分辨率，现场便携式UV-VIS-NIR-SWIR光谱仪。这些部件可以使用硅，锗或InGaAs传感器以及内置和/或可移除的过滤器。

土壤中实际含有多少水是农业中最关键的信息之一。霍尼韦尔传感与控制HIH6130/6131系列传感器（图1）的湿度和温度传感器位于同一封装中。这允许相对湿度测量值进行温度补偿，并提供第二个独立的温度传感器输出。它还允许用户购买一个传感器而不是两个传感器来控制成本。

图1：典型应用电路，霍尼韦尔HIH6130。

该传感器可用于低能耗和无线兼容的应用，以增强节能效果并延长系统电池寿命。高14位湿度传感器分辨率和14位温度传感器分辨率有助于用户系统检测最小的相对湿度或温度变化。该装置的多层结构提供了对农业中通常存在的冷凝，灰尘，污垢，油和常见环境化学品的抵抗力。

环境监测通常还包括ADI公司的ADT7310±0.5°C精确16位数字SPI温度传感器等温度传感器。 ADT7310（图2）用于环境控制系统，计算机热监控和热保护应用，是采用窄体SOIC封装的高精度数字温度传感器。它包含一个带隙温度基准和一个13位ADC，用于监控温度并将其数字化为0.0625°C分辨率。 CT引脚为漏极开路输出，当温度超过可编程临界温度极限时变为有效。

图2：ADT7310功能框图。

无线网络

由于农业传感器网络通常涉及无线连接，因此RF技术正在寻找许多应用。例如，DecaWave DW1000 ScenSor（Seek Control Execute Network Sense Obey Respond），针对包括农业在内的各种市场的实时定位系统和无线传感器网络中的应用进行了优化。这是一款基于符合IEEE802.15.4-2011标准的超宽带技术的单芯片无线收发器。它非常不受多径衰落的影响，可在高衰落环境中实现可靠通信。为了帮助工程师使用其DW1000，DecaWave提供其EVK1000评估套件。 EVK1000（图3）提供所有硬件和软件元件，以执行双向测距评估，包括范围精度，精度，灵敏度，多径抗扰度等。

图3：向农场添加RF技术？这是用于DW1000协助的EVK1000评估套件。

不受无人机的推崇，新型拖拉机通常配备出厂安装的支持Glonass的GNSS接收器（如Linx RXM-GNSS-GM-T），以及处理不均匀的显示器和控制器terrain.John Deere拖拉机和农业联合收割机具有集成的引导系统和工厂安装的产量图和收获文件功能。

农民可以使用为其车辆提供的系统，或通过将土壤和产量历史数据和航空影像上传到农场管理软件中来创建自己的地图。通过无线网络将地图发送到拖拉机引导系统，它们将拥有一个农场范围的系统。

总之，在农场长大的孩子长大后不会回来。现在这种趋势正在逆转，因为占领的劳动密集程度较低，而且比以往任何时候都更具有智力挑战。从使用变焦无人机到笔记本电脑农业，明天的农民确实会受到物联网的影响。因此，许多类型的传感器将继续在提供必要信息以提高农场生产力和效率方面发挥重要作用。