【導讀】對(dui)現(xian)代(dai)農(nong)場(chang)而(er)言(yan)，技(ji)術(shu)的(de)進(jin)步(bu)利(li)弊(bi)皆(jie)存(cun)。利(li)用(yong)現(xian)代(dai)農(nong)業(ye)和(he)園(yuan)藝(yi)技(ji)術(shu)，可(ke)以(yi)在(zai)更(geng)小(xiao)的(de)耕(geng)種(zhong)麵(mian)積(ji)上(shang)實(shi)現(xian)更(geng)多(duo)的(de)作(zuo)物(wu)產(chan)量(liang)
，從(cong)而(er)滿(man)足(zu)日(ri)益(yi)增(zeng)長(chang)的(de)人(ren)口(kou)需(xu)求(qiu)。然(ran)而(er)，如(ru)今(jin)農(nong)場(chang)產(chan)出(chu)的(de)新(xin)鮮(xian)食(shi)品(pin)的(de)品(pin)質(zhi)在(zai)不(bu)斷(duan)下(xia)滑(hua)，而(er)數(shu)量(liang)仍(reng)然(ran)不(bu)足(zu)以(yi)讓(rang)農(nong)場(chang)主(zhu)保(bao)持(chi)盈(ying)利(li)。

對(dui)現(xian)代(dai)農(nong)場(chang)而(er)言(yan)，技(ji)術(shu)的(de)進(jin)步(bu)利(li)弊(bi)皆(jie)存(cun)。利(li)用(yong)現(xian)代(dai)農(nong)業(ye)和(he)園(yuan)藝(yi)技(ji)術(shu)，可(ke)以(yi)在(zai)更(geng)小(xiao)的(de)耕(geng)種(zhong)麵(mian)積(ji)上(shang)實(shi)現(xian)更(geng)多(duo)的(de)作(zuo)物(wu)產(chan)量(liang)
，從(cong)而(er)滿(man)足(zu)日(ri)益(yi)增(zeng)長(chang)的(de)人(ren)口(kou)需(xu)求(qiu)。然(ran)而(er)
，如(ru)今(jin)農(nong)場(chang)產(chan)出(chu)的(de)新(xin)鮮(xian)食(shi)品(pin)的(de)品(pin)質(zhi)在(zai)不(bu)斷(duan)下(xia)滑(hua)，而(er)數(shu)量(liang)仍(reng)然(ran)不(bu)足(zu)以(yi)讓(rang)農(nong)場(chang)主(zhu)保(bao)持(chi)盈(ying)利(li)。

nongyebenshenfeichangbuwending。yuanyinzaiyu，meiniandechanlianghendachengdushangshoudaowaibuhuanjingdeyingxiang。weilemanzutigaonongyeyizhixinghekechixuxingdexuqiu

，xuyaojianglingyizhongxiandaijishuyingyongdaonongyezhong（圖1）。我們先來了解智能農場。

圖1. 農場主可以遠程監控作物和畜牧的健康狀況，提供有價值的信息，確保農業的一致性

qiangdadelianwangchumujiankongxitongyouzhuyuzengjiajiankangdongwudeshuliang


，congertigaoshipinzhiliang。liyongturanghezhiwujiankangjiankongxitong，nongchangzhunenggouzaiqiansuoweiyoudexijieshuipingshangjiankongzuowudejiankangzhuangkuang。jiezhudangjindeqianrushilianwangchuanganqixitong，weilaide“智能農場”將擁有提高產量和利潤所需的各種工具和能力，同時仍然能夠滿足挑剔客戶的質量要求。

這些傳感器收集的信息可幫助指導農場主針對其農場製定最佳決策，從而在減少水、農(nong)藥(yao)和(he)肥(fei)料(liao)用(yong)量(liang)的(de)同(tong)時(shi)，提(ti)高(gao)作(zuo)物(wu)和(he)畜(chu)牧(mu)的(de)生(sheng)產(chan)率(lv)。這(zhe)不(bu)但(dan)有(you)助(zhu)於(yu)降(jiang)低(di)農(nong)場(chang)對(dui)自(zi)然(ran)環(huan)境(jing)的(de)影(ying)響(xiang)，還(hai)能(neng)改(gai)良(liang)土(tu)地(di)質(zhi)量(liang)，確(que)保(bao)子(zi)孫(sun)後(hou)代(dai)的(de)可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan)。

嵌入式和無線技術的關鍵推動者

簡(jian)單(dan)地(di)說(shuo)，確(que)保(bao)現(xian)代(dai)農(nong)場(chang)可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan)的(de)主(zhu)要(yao)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)向(xiang)農(nong)場(chang)主(zhu)提(ti)供(gong)有(you)用(yong)的(de)信(xin)息(xi)。由(you)於(yu)當(dang)今(jin)嵌(qian)入(ru)式(shi)和(he)無(wu)線(xian)技(ji)術(shu)的(de)創(chuang)新(xin)，可(ke)通(tong)過(guo)采(cai)用(yong)大(da)量(liang)低(di)成(cheng)本(ben)聯(lian)網(wang)傳(chuan)感(gan)器(qi)陣(zhen)列(lie)來(lai)實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)目(mu)標(biao)。這(zhe)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)通(tong)常(chang)監(jian)控(kong)農(nong)田(tian)或(huo)畜(chu)牧(mu)的(de)各(ge)種(zhong)現(xian)場(chang)狀(zhuang)況(kuang)，包(bao)括(kuo)溫(wen)度(du)
、pH值、濕度、活動數據和GPS坐標。接下來，這些傳感器通過4G/5G蜂窩和LoRa等無線通信網絡將上述數據傳輸到通常基於雲的集中式數據庫。

zhihou
，keyitongguorenyilianwangshebeizaixianfangwenzhexieshuju，bingduiqijinxingkuaisufenxiyiquedingshifouxuyaocaiqujiuzhengcuoshi。zheyang，nongchangzhubiankecongshijierenhedifangfangwennongchangdefenxijieguo。

聯網傳感器節點並非新概念；danshi
，weilequebaozaizhezhongdutedeyankehuanjingxiabaochizugoudexingnenghekekaoxing，bixumanzuyixieguanjianyaoqiu。shouxian，xuyaokekaodedianyuan

，zhegetiaozhanhennanjiejue，yinweinongchangyibanbuhuipeibeichangda1000英尺的延長線。

節點需采用電池供電
，並且能效必須足夠高
，可以在不更換電池的情況下使用數月甚至數年。為應對這一挑戰，需要利用基於單片機（MCU）的係統來實現極高的係統效率
，這種係統隻需較低的核心CPU使用率即可管理各種複雜任務，而且在係統不工作時不會斷電。

其(qi)次(ci)，智(zhi)能(neng)農(nong)場(chang)中(zhong)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)需(xu)要(yao)在(zai)惡(e)劣(lie)的(de)偏(pian)遠(yuan)地(di)區(qu)保(bao)持(chi)可(ke)操(cao)作(zuo)性(xing)
，甚(shen)至(zhi)會(hui)安(an)裝(zhuang)到(dao)動(dong)物(wu)身(shen)上(shang)。就(jiu)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)而(er)言(yan)
，需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)既(ji)實(shi)用(yong)又(you)創(chuang)新(xin)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)才(cai)能(neng)確(que)保(bao)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)功(gong)能(neng)性(xing)。節(jie)點(dian)需(xu)要(yao)長(chang)時(shi)間(jian)保(bao)留(liu)在(zai)現(xian)場(chang)，並(bing)且(qie)需(xu)要(yao)極(ji)少(shao)的(de)硬(ying)件(jian)維(wei)護(hu)。所(suo)有(you)軟(ruan)件(jian)更(geng)新(xin)都(dou)需(xu)要(yao)以(yi)遠(yuan)程(cheng)方(fang)式(shi)安(an)全(quan)完(wan)成(cheng)。為(wei)滿(man)足(zu)這(zhe)種(zhong)需(xu)求(qiu)
，需(xu)要(yao)在(zai)農(nong)場(chang)現(xian)場(chang)通(tong)過(guo)最(zui)常(chang)見(jian)的(de)廣(guang)域(yu)網(wang)（WAN）基礎設施提供可靠的遠程連接。

zaishejiyongyuzhinengnongchangyingyongdelianwangxitongshi
，gongchengshibixukaolvdaoshoujiankongzhiwuhedongwudeduoyangxing。zhiwujiankangjiankongxitongkeyicelianggezhonghuanjingtiaojian
，baokuoshuiwei
、土壤條件、pH值和光照水平，而畜牧跟蹤係統則需要包含GPS坐標、步態監視器、脈搏血氧儀和監控關鍵健康數據點的其他傳感器。

針(zhen)對(dui)任(ren)意(yi)一(yi)種(zhong)情(qing)況(kuang)
，理(li)想(xiang)的(de)商(shang)用(yong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)都(dou)是(shi)通(tong)用(yong)的(de)基(ji)礎(chu)節(jie)點(dian)設(she)計(ji)
，直(zhi)接(jie)購(gou)買(mai)采(cai)用(yong)這(zhe)種(zhong)設(she)計(ji)的(de)產(chan)品(pin)即(ji)可(ke)滿(man)足(zu)個(ge)別(bie)農(nong)場(chang)的(de)需(xu)求(qiu)。為(wei)實(shi)現(xian)此(ci)目(mu)標(biao)

，基(ji)礎(chu)節(jie)點(dian)必(bi)須(xu)足(zu)夠(gou)靈(ling)活(huo)，以(yi)便(bian)與(yu)各(ge)種(zhong)模(mo)擬(ni)和(he)數(shu)字(zi)傳(chuan)感(gan)器(qi)接(jie)口(kou)。

不bu過guo
，還hai有you另ling一yi個ge更geng困kun難nan的de設she計ji挑tiao戰zhan
，涉she及ji到dao需xu要yao在zai此ci類lei係xi統tong中zhong應ying用yong的de各ge種zhong工gong程cheng學xue科ke。對dui於yu智zhi能neng農nong場chang組zu件jian設she計ji人ren員yuan或huo工gong程cheng團tuan隊dui來lai說shuo，除chu了le精jing通tong雲yun基ji礎chu設she施shi外wai，他ta們men還hai需xu要yao在zai傳chuan統tong嵌qian入ru式shi設she計ji技ji術shu、射頻通信（包括LoRa
、Wi-Fi和蜂窩拓撲的全部細節）以及網絡安全方麵擁有專家級經驗。

8位MCU登場

要擴展智能農場的基礎設施
，首先從探討前沿應用時考慮不到的方麵開始。由於智能農場裏的絕大多數傳感器節點都采用電池供電
、支持遠程定位且偶爾需要維護
，因此要實現最佳的控製解決方案，必須采用全球最節能的單片機。

8位MCU擁有50yuniandelishi


，suirantamenyizhishidaduoshudigonghaoqianrushirenwudexuanze，danzuixinkuanqijianyijiaruxuduoxiandaitexing，keyizhijiemanzuzhinengnongyeheyuanyixitongdexuqiu。zaixuduoxingongnengzhong
，PIC®和AVR®單片機上獨立於內核的外設（CIP）是嵌入式設計的“增強器”。

CIP可以獨立於芯片的CPU工作
，這樣一來，設計人員便可將它們設置為在最低功耗模式下處理常見的重複性任務。在低維護環境下
，CIP還能提供另一項優勢，即幫助設計人員提高係統可靠性。由於經過編程後，CIP可以起到類似於MCU中的微型FPGA的作用，因此能夠有效避免堆棧上溢或下溢等軟件偏差。

使用同一個聯網基礎節點控製器與各種數字和模擬傳感器接口可能頗具挑戰。幸運的是
，有一些現代MCU可滿足這類特殊應用的需求，同時最大限度地減少外部組件。此類MCU提供用於數字傳感器連接的SPI和I2C接口，以及帶可編程增益放大器（PGA）的差分模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC），可實現極高的傳感器靈活性（圖2）。利用這些特性，設計人員能夠針對智能農場應用自由構建高度可定製的模塊化傳感器節點。

圖2. 體積小、效率高的MCU是確保智能農業可持續發展的關鍵

隨著MCU架構的現代化
，其配套開發硬件和軟件環境也逐漸發展成熟。對於小型公司的工程團隊而言，嵌入式係統
、射she頻pin天tian線xian設she計ji和he雲yun連lian接jie並bing非fei核he心xin競jing爭zheng力li，快kuai速su原yuan型xing設she計ji板ban才cai是shi靈ling丹dan妙miao藥yao。原yuan型xing設she計ji板ban為wei設she計ji人ren員yuan提ti供gong了le簡jian單dan的de參can考kao示shi例li，甚shen至zhi包bao括kuo可ke與yu最zui常chang見jian的de雲yun提ti供gong商shang連lian接jie的deGitHub資源庫和固件。

遠程傳感器技術

當dang今jin的de農nong業ye和he園yuan藝yi業ye正zheng在zai經jing曆li一yi場chang技ji術shu革ge命ming。通tong過guo互hu聯lian網wang實shi時shi訪fang問wen植zhi物wu和he動dong物wu健jian康kang數shu據ju正zheng在zai變bian革ge農nong場chang的de運yun營ying方fang式shi，帶dai來lai的de結jie果guo是shi提ti高gao了le產chan量liang並bing增zeng強qiang了le土tu地di的de活huo力li（圖3）。

圖3. 利用采用8位MCU的遠程傳感器技術監控農場健康狀況，確保作物獲得必要的照料以茁壯成長

這場革命的前沿是“隨處可用”的雲連接，但其基礎仍然是使用成熟的8位單片機構建的。無論現在還是未來，對於可持續性增強型產品的開發人員而言
，現代化MCU架構（如具有CIP的AVR和PIC）都將是在傳感器和雲之間架起橋梁的關鍵組件。

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