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紅外氣體傳感器：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(gè)耗費(fèi)時(shí)間和勞動(dòng)力的職業(yè)，農(nóng)民利用他們的經(jīng)驗(yàn)，他們的座位直覺(jué)或年歷來(lái)為長(zhǎng)期和充滿希望的豐收季節(jié)做好最充分的準(zhǔn)備。然而，今天，農(nóng)業(yè)已經(jīng)變成一種高度復(fù)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(shí)驗(yàn)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(xué)的復(fù)雜性，以農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)的學(xué)位已成為大學(xué)課程中增長(zhǎng)最快的學(xué)習(xí)軌道之一。
對(duì)糧食作物的高需求，環(huán)境影響因素以及提高農(nóng)場(chǎng)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(gè)方面的準(zhǔn)確性和可靠性。
并不是農(nóng)民不會(huì)坐在拖拉機(jī)上。他們是這樣。但是，現(xiàn)在他們也可能會(huì)在筆記本電腦前的桌子上找到它們。種植，噴灑，計(jì)數(shù)種子，監(jiān)測(cè)產(chǎn)量和測(cè)量土壤的水分含量都是通過(guò)筆記本電腦運(yùn)行或計(jì)劃 - 一直通過(guò)紅外傳感器確定今年作物的健康狀況，并使用軟件模型預(yù)測(cè)明年的種植季節(jié)。
農(nóng)民希望使用真實(shí)數(shù)據(jù)和準(zhǔn)確的交付系統(tǒng)來(lái)灌溉和使用農(nóng)藥。例如，灌溉可以通過(guò)使用超聲波傳感器來(lái)改進(jìn)，這些傳感器可以讀取地面的輪廓并上下移動(dòng)動(dòng)臂，在需要的地方準(zhǔn)確地輸送水。以無(wú)水氨的形式的氮?dú)庖韵嗤姆绞絿娚洌⑶覂H在需要時(shí)使用傳感器。
裝載先進(jìn)成像傳感器的相對(duì)便宜的無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)比衛(wèi)星系統(tǒng)更準(zhǔn)確，使用MEMS加速度計(jì)，陀螺儀，磁力計(jì)，壓力傳感器和GPS模塊，以及功能強(qiáng)大的處理器。結(jié)果是一種模式突出了灌溉問(wèn)題和土壤變化，以及地面上看不到的害蟲(chóng)和真菌侵襲。圖像傳感器可利用紅外線和可見(jiàn)光譜來(lái)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(jī)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(chóng)和植物病害都會(huì)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(cè)作物病害和昆蟲(chóng)感染。
流量，位置，力，傾斜度，液位以及其他大量傳感器都已進(jìn)入農(nóng)場(chǎng)。讓我們看一些例子。
光，濕度和溫度
作物的遠(yuǎn)程光譜傳感是一個(gè)重要的工具。當(dāng)陽(yáng)光照射到作物或土壤表面時(shí)，光會(huì)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(zhǎng)。光譜儀或數(shù)碼相機(jī)可以安裝在拖拉機(jī)，無(wú)人機(jī)或衛(wèi)星上以收集數(shù)據(jù)。植物的光譜測(cè)量提供有關(guān)植被狀態(tài)和不同植物成分含量的有價(jià)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(cè)量直接在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，在整個(gè)生長(zhǎng)階段監(jiān)測(cè)植物。
對(duì)于這些應(yīng)用，可提供使用光電二極管光學(xué)傳感器陣列的高分辨率，現(xiàn)場(chǎng)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(guò)濾器。
土壤中實(shí)際含有多少水是農(nóng)業(yè)中最關(guān)鍵的信息之一。霍尼韋爾傳感與控制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(duì)濕度測(cè)量值進(jìn)行溫度補(bǔ)償，并提供第二個(gè)獨(dú)立的溫度傳感器輸出。它還允許用戶購(gòu)買一個(gè)傳感器而不是兩個(gè)傳感器來(lái)控制成本。
該傳感器可用于低能耗和無(wú)線兼容的應(yīng)用，以增強(qiáng)節(jié)能效果并延長(zhǎng)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(cè)最小的相對(duì)濕度或溫度變化。該裝置的多層結(jié)構(gòu)提供了對(duì)農(nóng)業(yè)中通常存在的冷凝，灰塵，污垢，油和常見(jiàn)環(huán)境化學(xué)品的抵抗力。
環(huán)境監(jiān)測(cè)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(jì)算機(jī)熱監(jiān)控和熱保護(hù)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(gè)帶隙溫度基準(zhǔn)和一個(gè)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(kāi)路輸出，當(dāng)溫度超過(guò)可編程臨界溫度極限時(shí)變?yōu)橛行А?/p>
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)
由于農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)通常涉及無(wú)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(duì)包括農(nóng)業(yè)在內(nèi)的各種市場(chǎng)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。這是一款基于符合IEEE802.15.4-2011標(biāo)準(zhǔn)的超寬帶技術(shù)的單芯片無(wú)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(shí)現(xiàn)可靠通信。為了幫助工程師使用其DW1000，DecaWave提供其EVK1000評(píng)估套件。EVK1000（圖3）提供所有硬件和軟件元件，以執(zhí)行雙向測(cè)距評(píng)估，包括范圍精度，精度，靈敏度，多徑抗擾度等。
這是用于DW1000協(xié)助的EVK1000評(píng)估套件。
新型拖拉機(jī)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(jī)和農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)具有集成的引導(dǎo)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(guò)將土壤和產(chǎn)量歷史數(shù)據(jù)和航空影像上傳到農(nóng)場(chǎng)管理軟件中來(lái)創(chuàng)建自己的地圖。通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將地圖發(fā)送到拖拉機(jī)引導(dǎo)系統(tǒng)，它們將擁有一個(gè)農(nóng)場(chǎng)范圍的系統(tǒng)。
總之，在農(nóng)場(chǎng)長(zhǎng)大的孩子長(zhǎng)大后不會(huì)回來(lái)。現(xiàn)在這種趨勢(shì)正在逆轉(zhuǎn)，因?yàn)檎碱I(lǐng)的勞動(dòng)密集程度較低，而且比以往任何時(shí)候都更具有智力挑戰(zhàn)。從使用變焦無(wú)人機(jī)到筆記本電腦農(nóng)業(yè)，明天的農(nóng)民確實(shí)會(huì)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(chǎng)生產(chǎn)力和效率方面發(fā)揮重要作用。
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