【導讀】國際糧農組織在2022《世界糧食安全和營養狀況》報告中提到
，2021年全球受饑餓影響的人數已經增加到8.28億人。令人憂心的是，生活在地球上的人口總數還在不斷攀升，根據聯合國的數據
，到2050年，世界人口預計將達到97億。而受極端天氣、土壤惡化
、土地幹燥和生態係統崩潰等影響，糧食生產正變得越來越複雜和困難。眼下有沒有辦法破解這一困境呢
？

答案是：智慧農業的蓬勃發展讓我們看到了希望。

什麼是智慧農業
？

智zhi慧hui農nong業ye是shi指zhi利li用yong先xian進jin的de技ji術shu和he更geng多duo的de數shu據ju來lai提ti高gao農nong業ye生sheng產chan效xiao率lv的de係xi統tong。簡jian單dan地di說shuo
，智zhi慧hui農nong業ye不bu僅jin能neng夠gou大da幅fu提ti高gao農nong業ye生sheng產chan力li，解jie決jue糧liang食shi需xu求qiu等deng農nong業ye問wen題ti，還hai能neng使shi現xian在zai的de農nong場chang或huo農nong莊zhuang更geng加jia智zhi能neng。因yin此ci，Statista預測，預計到2026年，全球智慧農業的市場價值將達到約340億美元。

物聯網（IoT）是一種發展迅猛的現代技術，從零售業、製造業
、運yun輸shu業ye到dao航hang空kong業ye
，全quan球qiu許xu多duo行xing業ye都dou在zai充chong分fen利li用yong物wu聯lian網wang，當dang然ran，農nong業ye也ye不bu例li外wai。隨sui著zhe物wu聯lian網wang在zai農nong業ye中zhong的de應ying用yong不bu斷duan擴kuo大da
，人ren類lei和he整zheng個ge地di球qiu的de生sheng活huo都dou將jiang發fa生sheng質zhi的de變bian化hua。專zhuan家jia估gu計ji，到dao2022年，農業物聯網市場預計將達到231.4億美元，未來幾年有望部署7,500萬個用於農業目的的物聯網係統。

對dui精jing準zhun農nong業ye和he智zhi慧hui農nong業ye的de需xu求qiu不bu斷duan增zeng加jia，是shi物wu聯lian網wang成cheng為wei農nong業ye必bi備bei技ji術shu的de誘you因yin。現xian在zai，越yue來lai越yue多duo的de農nong業ye公gong司si和he農nong民min正zheng在zai采cai用yong物wu聯lian網wang技ji術shu和he智zhi慧hui農nong業ye係xi統tong來lai提ti高gao產chan量liang。聯lian合he國guo的de數shu據ju顯xian示shi，2010年至2050年間

，預計全球農業產量將增長69%。結合了物聯網技術和解決方案的智慧農業，通過實時現場數據收集、數據分析和控製機製的部署
，大幅提高了農業運營效率，成為提高農產品產量的助推劑。

zaizhihuinongyelingyu，womenjingchanghuitingdaojingzhunnongyezhegeciyu。jingzhunnongyedemudeshiweinongmintigongxiandaihuadenongyeguanlifangshi
，shejiliyongxinxijishujinxinggaodujingqueheshoukongdenongyeshengchan，bujintigaoleshengchanli，hainengyouxiaogaishanzuowuheturangzhiliang。jingzhunnongyedeshishizhuyaotongguowulianwangchuanganqishoujihefenxiyouguanturanghezuowuzhuangkuangdeshuju，ranhou，nongminliyongzhexieshujuhexinxilaijuedingheshizhongzhiheshouhuotedingzuowu，zuowuxuyaoduoshaoshuideng。rujin，jingzhunnongyezhengzaichengweifadaguojiazuijuyingxianglidenongyefazhanqushi，shichangjiazhiyujiyejiangcong2021年的67.3億美元增長到2027年的144.4億美元。

物聯網：建立智慧農業的關鍵要素

智慧農業係統的一些常見元素包括：用於跟蹤和管理土壤狀況
、濕度

、溫度
、汙染水平和其他參數的物聯網設備
；用於傳輸現場收集數據的蜂窩
、LoRa和Wi-Fi等連接技術
；專用軟件；位置跟蹤係統

；操作自主設備或無人機的機器人
；數據分析服務等。

在實際應用中
，從精準農業、畜(chu)牧(mu)業(ye)到(dao)智(zhi)能(neng)溫(wen)室(shi)自(zi)動(dong)化(hua)，幾(ji)乎(hu)任(ren)何(he)智(zhi)慧(hui)農(nong)業(ye)技(ji)術(shu)都(dou)是(shi)基(ji)於(yu)物(wu)聯(lian)網(wang)設(she)備(bei)而(er)建(jian)立(li)的(de)。與(yu)其(qi)他(ta)行(xing)業(ye)一(yi)樣(yang)


，物(wu)聯(lian)網(wang)在(zai)農(nong)業(ye)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)實(shi)現(xian)了(le)以(yi)前(qian)難(nan)以(yi)獲(huo)得(de)的(de)高(gao)效(xiao)率(lv)、資(zi)源(yuan)和(he)成(cheng)本(ben)的(de)降(jiang)低(di)。在(zai)此(ci)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，傳(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi)推(tui)動(dong)了(le)農(nong)業(ye)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)的(de)透(tou)明(ming)度(du)，並(bing)為(wei)農(nong)民(min)提(ti)供(gong)了(le)關(guan)於(yu)土(tu)壤(rang)和(he)環(huan)境(jing)等(deng)各(ge)項(xiang)參(can)數(shu)
，僅(jin)憑(ping)田(tian)間(jian)土(tu)壤(rang)傳(chuan)感(gan)器(qi)，農(nong)民(min)就(jiu)可(ke)以(yi)管(guan)理(li)他(ta)們(men)現(xian)有(you)的(de)資(zi)源(yuan)
，使(shi)總(zong)收(shou)入(ru)增(zeng)加(jia)近(jin)20%。

智慧農業中的傳感技術

我們今天談論的農業物聯網，通常是指將傳感、自動化和分析技術添加到現代農業的生產過程。傳感器在這場技術革命中發揮著至關重要的作用。

農業中使用的物聯網傳感器種類繁多
，它們常常被用來探測大氣和土壤的溫濕度、光照情況、二氧化碳含量、田地位置、土壤成分等。這些傳感器被安裝在整個田地、基於物聯網的監測係統、智(zhi)慧(hui)農(nong)業(ye)設(she)備(bei)以(yi)及(ji)農(nong)業(ye)氣(qi)象(xiang)站(zhan)上(shang)。來(lai)自(zi)不(bu)同(tong)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)數(shu)據(ju)組(zu)合(he)使(shi)農(nong)民(min)能(neng)夠(gou)建(jian)立(li)作(zuo)物(wu)模(mo)型(xing)
，預(yu)測(ce)作(zuo)物(wu)在(zai)給(gei)定(ding)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)生(sheng)長(chang)方(fang)式(shi)
，整(zheng)合(he)精(jing)準(zhun)農(nong)業(ye)實(shi)踐(jian)，製(zhi)定(ding)收(shou)割(ge)策(ce)略(lve)等(deng)。

1位置傳感

精準定位是精準農業的基礎，使用來自GPS衛星的信號獲得的緯度、經jing度du等deng數shu據ju能neng準zhun確que地di確que定ding田tian地di所suo處chu的de位wei置zhi
，當dang使shi用yong自zi動dong化hua機ji械xie耕geng種zhong田tian地di時shi，設she備bei中zhong配pei備bei的de自zi動dong引yin導dao係xi統tong可ke輕qing鬆song優you化hua田tian地di路lu線xian，減jian少shao完wan成cheng任ren務wu所suo需xu的de時shi間jian。在zai農nong業ye機ji械xie中zhong，用yong於yu植zhi物wu種zhong植zhi和he收shou割ge的de設she備bei和he車che輛liang在zai其qi高gao精jing度du車che輛liang製zhi導dao係xi統tong中zhong也ye會hui采cai用yongGPS傳感技術。當然
，GPS傳感技術也可以用來對飼養的牲畜進行跟蹤和監測。在實際應用中
，對一個位置進行三角測量時至少需要三顆衛星。

u-blox公司的ZED-F9T全球導航衛星係統（GNSS）模塊采用了多頻段射頻前端架構，將F9多頻段平台集成在一個22毫米x17毫米的小型表麵安裝器件中，支持所有四個主要的全球導航衛星係統，如GPS

、伽利略
、GLONASS和北鬥。這些多頻段GNSS模塊提供5ns（1西格瑪）的定時精度，且以超低功耗工作。ZED-F9T模塊具有可同時接收和跟蹤多個GNSS係統的GNSS接收器，工作電壓範圍為-0.5V至3.6V
，輸出電流為100mA。

圖1：u-blox公司ZED-F9T全球導航衛星係統模塊

（來源：u-blox）

日本Nisshinbo公司的NJG115xP前端模塊（FEM）專為全球導航衛星係統設計
，包括GPS、GLONASS
、北鬥和伽利略應用。該器件可以在1.5V至3.3V的電壓範圍內工作。其中，NJG1157PCD主要針對GPS和GLONASS應用而設計，該FEM具有高增益、低噪聲係數
、高線性度和高帶外抑製特性

，這些特性由高性能前置SAW濾波器、低噪聲放大器（LNA）和post-SAW濾波器支持。

圖2：NJG1157PCD簡單易用，隻需兩個外部元件

（來源：Nisshinbo）

2 溫/濕度傳感

溫/濕度傳感器在智慧農業的兩個關鍵應用中都發揮著重要作用，一是土壤溫/濕度檢測，另一個是環境條件監測。土壤溫/shidushidixiazhiwushengchanghuodongdeyigezhongyaoyinsu
，tanengzhijieyingxianggenxideshengchanghehuxi。wulianwangwenduchuanganqikeyitongguoceliangkongqiwenduheqitayinsulaigujiturangwendu，yekeyishiyongmaizaiturangzhongdetanzhenjinxingzhunquedeceliang。

ADI公司的數字溫度傳感器DS18B20能提供9位至12位攝氏溫度測量，具有用戶可編程的上下觸發點報警功能。傳感器的分辨率可由用戶配置為9、10、11或12位

，分別對應0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃的增量。通電時的默認分辨率為12位。DS18B20具有獨特的1-wire接口，與中央微處理器進行通信隻需要一條數據線路（和接地）。每個DS18B20都有一個唯一的64位串行代碼

，允許多個DS18B20在同一條單線總線上工作。因此，使用一個微處理器即可控製分布在大麵積上的許多DS18B20。此外，DS18B20還能直接從數據線上獲得電源（“寄生電源”），無需外部電源。

圖3：DS18B20可從數據線上直接獲得寄生電源，無需外部供電（來源：ADI）

土壤的含水量可以使用帶電極的埋入式探針進行監測
，從而實現高效、無浪費的灌溉。TE公司的HTG3500係(xi)列(lie)為(wei)即(ji)插(cha)即(ji)用(yong)型(xing)溫(wen)濕(shi)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，專(zhuan)為(wei)需(xu)要(yao)可(ke)靠(kao)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)的(de)應(ying)用(yong)而(er)設(she)計(ji)，尤(you)其(qi)適(shi)用(yong)於(yu)要(yao)求(qiu)低(di)功(gong)耗(hao)和(he)嚴(yan)苛(ke)的(de)應(ying)用(yong)。產(chan)品(pin)采(cai)用(yong)濕(shi)度(du)線(xian)性(xing)電(dian)壓(ya)輸(shu)出(chu)和(he)直(zhi)接(jie)NTC輸出，可直接與微控器連接。

圖4：HTG3500係列溫濕度傳感器

（來源：TE）

Amphenol公司的T9501是一款IP67級濕度和溫度傳感器，基於電容聚合物傳感器芯片，為幾乎任何類型的惡劣環境應用提供了先進、經濟高效的溫濕度傳感解決方案。

圖5：Amphenol公司T9501濕度和溫度傳感器

（來源：Mouser）

3 土壤成分探測

土tu壤rang中zhong的de營ying養yang物wu質zhi對dui植zhi物wu的de生sheng長chang起qi到dao決jue定ding性xing作zuo用yong。為wei了le優you化hua植zhi物wu的de生sheng長chang環huan境jing並bing獲huo得de高gao產chan收shou成cheng，必bi須xu對dui農nong產chan品pin種zhong植zhi的de土tu壤rang條tiao件jian有you深shen入ru和he定ding量liang的de了le解jie。使shi用yongpH傳感器可以提供有關土壤養分缺乏或有害化學物質存在的關鍵反饋。最近行業熱門的NPK土壤傳感器提供了一種使用物聯網傳感器測量關鍵土壤養分的方法，包括土壤的pH值以及氮磷鉀的含量。對農業市場來說NPK土壤傳感器還是一種較新的產品，目前正處於開發階段
，市場上很難找到具體的產品。

4 農業中的陀螺儀和圖像傳感器

陀螺儀和圖像傳感器廣泛用於機器人、自動駕駛汽車和無人機。無人機在智慧農業中的使用在很大程度上依賴於加速度計和慣性測量單元來跟蹤運動、速(su)度(du)以(yi)及(ji)在(zai)空(kong)中(zhong)的(de)位(wei)置(zhi)。陀(tuo)螺(luo)儀(yi)和(he)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)雖(sui)然(ran)與(yu)農(nong)作(zuo)物(wu)或(huo)植(zhi)物(wu)的(de)生(sheng)長(chang)沒(mei)有(you)密(mi)切(qie)關(guan)係(xi)，但(dan)在(zai)整(zheng)個(ge)智(zhi)慧(hui)農(nong)業(ye)行(xing)業(ye)同(tong)樣(yang)發(fa)揮(hui)著(zhe)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。現(xian)在(zai)
，在(zai)田(tian)間(jian)健(jian)康(kang)監(jian)測(ce)
、地理測繪和土地分析、自動灌溉和作物施肥等應用中也采用了大量的陀螺儀和圖像傳感器。

STMicroelectronics的I3G4250D是一款低功耗的三軸角速率傳感器，能夠在零速率水平下提供前所未有的穩定性
，並在溫度和時間上提供靈敏度。它包括傳感元件和IC接口，能夠通過標準向應用程序提供測量的角速率SPI數字接口，還提供了I2C兼容接口。傳感元件是使用意法半導體開發的專用微機械加工工藝製造的。IC接口是使用CMOS工藝製造的，以更好地匹配感測元件的特性。I3G4250D具有可選擇的滿量程（±245/±500/±2,000dps），能夠使用用戶可選擇的帶寬測量速率。

圖6：I3G4250D三軸角速率傳感器

（來源：STMicroelectronics）

5 農業中的智能相機

現(xian)在(zai)，智(zhi)能(neng)相(xiang)機(ji)在(zai)農(nong)業(ye)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)也(ye)非(fei)常(chang)普(pu)遍(bian)。害(hai)蟲(chong)防(fang)治(zhi)一(yi)直(zhi)是(shi)農(nong)業(ye)麵(mian)臨(lin)的(de)最(zui)重(zhong)大(da)挑(tiao)戰(zhan)之(zhi)一(yi)。在(zai)不(bu)傷(shang)害(hai)對(dui)農(nong)作(zuo)物(wu)有(you)益(yi)的(de)昆(kun)蟲(chong)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，農(nong)民(min)現(xian)在(zai)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)智(zhi)能(neng)相(xiang)機(ji)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)害(hai)蟲(chong)檢(jian)測(ce)和(he)監(jian)測(ce)，進(jin)而(er)采(cai)取(qu)專(zhuan)門(men)針(zhen)對(dui)害(hai)蟲(chong)的(de)有(you)效(xiao)行(xing)動(dong)。此(ci)外(wai)

，智(zhi)能(neng)相(xiang)機(ji)還(hai)能(neng)提(ti)供(gong)葉(ye)片(pian)健(jian)康(kang)狀(zhuang)況(kuang)
、光照亮度
、葉綠素測量和成熟度水平的圖片
，供農民隨時了解作物的生長情況。

安森美（Onsemi）的SECO-RSL10-CAM-COLOR-GEVK RSL10智能相機是一個完整的節點到雲的平台，能夠為便攜式、低占空比的物聯網應用實現智能圖像捕獲。它基於RSL10多協議藍牙係統和ARX3A0 CMOS圖像傳感器，具有多種觸發模式，包括時間
、運動檢測和環境傳感器觸發。ARX3A0在可見光和近紅外波長下都具有高靈敏度
，並且具有超低功耗模式，激活時僅消3.2mW。此外
，設計人員還可以對ARX3A0進行編程，以監控其視場的特定區域
，並在場景內容發生變化時自動拍攝圖像。

圖7：安森美SECO-RSL10-CAM-COLOR-GEVK RSL10智能相機（來源：Mouser）

智慧農業的未來

智慧農業是現代農業的未來，這是不可否認的。毫無疑問，未來的農業屬於由大數據、物聯網設備
、智能傳感器、無人機和自動化溫室管理係統驅動的智慧農業。

根據Insider Intelligence的數據

，到2023年
，全球將安裝近1,200萬個農業傳感器
，使用物聯網設備的農場平均每天將產生超過50萬個數據點。再加上大規模采用的用於灌溉、噴灑和田間監測的無人機
，所有這些數據點的整合和利用，將會構成現實生活中智慧農業應有的樣子。

精準農業的發展滿足了全球對糧食日益增長的需求

，所采用的傳感技術使得精準農業中必須具備的收集和應用數據變得更簡單、更便宜。同時，精準農業的未來發展還將增加自動駕駛農用車，以及更智能
、更小的無人機的使用。物聯網設備、智能傳感器的使用為精準農業的實施和落實提供了保障，在不久的將來必將為現代農業帶來革命性的變化。

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