MEAS传感器在农业中的作用

大家好，我是【广州工控传感★科技】传感器事业部，张工。

智能农业，也称为精准农业，允许农民使用最少的资源（如水、肥料和种子）来最大化产量。 通过部署MEAS传感器和测绘田地，农民可以开始在微观层面了解他们的作物，从而节约资源并减少对环境的影响。

智能农业的历史可以追溯到 1980 年代，当时GPS已经可用于世界各地的民用系统。 一旦农民能够准确地绘制出他们的耕作地图，他们就可以只在需要的地方检测、施肥和除草。 在1990年代，早期精准农业用户采用作物产量监测来生成肥料和pH校正建议。 由于可以测量更多变量并将其输入作物模型，因此可以为施肥、浇水甚至收获峰值产量提出更准确的建议。

G-MRCO-052

农业传感器

许多传感技术用于精准农业，它们提供的数据可帮助农民监测和优化作物并适应不断变化的环境因素，包括：G-MRCO-052位置传感器使用来自 GPS 卫星的信号来确定以英尺为单位的纬度、经度和高度。 三角测量至少需要三颗卫星。 精准定位是精准农业的基石。

ELM-5000光学传感器使用光来测量土壤特性。 该传感器测量近红外、中红外和偏振光谱中不同频率的光反射率。 ELM-5000传感器可以放置在车辆或空中平台上，例如无人机甚至卫星上。 土壤反射率和植物颜色数据只是来自光学传感器的两个变量，可以聚合和处理。 光学ELM-4000传感器已开发用于测定土壤中的黏土、有机物和水分含量。 例如，Vishay 提供数百个光电探测器和光电二极管，它们是光学传感器的基本组成部分。

电化学传感器提供精准农业所需的关键信息：pH 值和土壤养分水平。 MEAS 传感器电极通过检测土壤中的特定离子来工作。 目前，安装在专门设计的“溜冰鞋”上的传感器有助于收集、处理和绘制土壤化学数据。

机械传感器测量土壤压实度或“机械阻力”。 MEAS 传感器使用探针穿透土壤并通过FS1901-0000-2000-G称重传感器或应变计记录电阻。 这种技术的类似形式用于大型拖拉机，以预测地面接合设备的牵引要求。 张力计检测根系在吸水过程中使用的力，这对灌溉干预很有用。

介电土壤HTU31D水分传感器通过测量土壤中的介电常数（随水分含量而变化的电气特性）来评估水分含量。

HTU31D湿度传感器测量土壤的渗透性。 测量可以在单个位置进行，也可以在运动时动态进行。 所需的输出是在预定深度将预定量的空气推入地下所需的压力。 各种类型的土壤特性，包括压实度、结构、土壤类型和水分，产生独特的识别特征。

农业气象站是独立的单元，分布在整个田地的不同位置。 这些站点包含适用于当地作物和气候的HTU31D湿度传感器。 空气温度、不同深度的土壤温度、降雨量、叶片湿度、叶绿素、风速、露点温度、风向、相对湿度、太阳辐射和大气压力等信息以预定的时间间隔进行测量和记录。 这些数据被编译并以编程的时间间隔无线发送到中央数据记录器。 它们的便携性和不断下降的价格使气象站对各种规模的农场都具有吸引力。

HTU31D

产量监测系统安装在联合收割机和玉米收割机等农作物收割机上。 它们通过在 30 厘米以内测量、记录时间、距离或 GPS 位置来提供作物重量产量。产量映射使用来自安装在收割设备上的G-MRCO-015传感器的空间坐标数据。 产量监测数据与坐标相结合以创建产量图。可变速率施肥工具使用产量图和植物健康光学调查（可能由颜色决定）控制颗粒、液体和气体肥料。 可变速率控制器可以手动控制，也可以使用由真实 GPS 位置引导的车载计算机自动控制。

G-MRCO-015

杂草测绘目前使用GPS接收器和数据记录器来快速标记位置，使用操作员解释和输入来生成地图。 然后可以用产量图、肥料图和喷洒图覆盖杂草发生情况。 随着视觉识别系统的改进，手动输入将很快被安装在工作设备上的自动视觉系统所取代。可变喷雾控制器打开和关闭除草剂喷杆，并自定义喷雾量（和混合量）。 一旦找到杂草并绘制地图，就可以确定喷洒和混合的量。可以使用高精度 GPS 记录地形和边界，从而可以非常准确地表示任何领域的地形。 这些准确度图在解释产量图和杂草图时很有用。 可以确定田地边界、现有道路和湿地，以帮助进行农场规划。

使用盐度计在拖曳受盐度影响的田地的雪橇上进行盐度测绘。 盐度映射可以解释新出现的问题和盐度随时间的变化。导航系统可以使用 GPS 准确定位 30 厘米或更短范围内的移动车辆。 该引导系统取代了传统的喷洒或播种设备。 自动驾驶汽车目前正在开发中，可能会在不久的将来推出。规模化农业在精准农业实践中早已确立，基础设施和加工设备只有在有足够资金可用于投资的农业综合企业才能现实使用。

“小”农业

在美国，小型农场（有机农场和传统农场）占近200万个农场的 91%。 仅在美国就有180万个小农场的潜在市场，开发商和设计师已经注意到整合小规模精准农业技术所带来的机会。 智能手机传感器和应用程序以及小型机械使小型农场能够利用精准农业技术。

智能手机工具

仅智能手机就有多种工具可适用于农业应用。 例如，可以以快照、精确位置、土壤颜色、水、植物叶子和光照特性的形式记录作物和土壤观察结果。 表中列出了一些可用于收集数据的手机工具。

许多智能手机应用程序已开始结合物联网 (IoT) 理念、数据聚合和快速处理能力，为小农提供有关种植、除草、施肥和浇水的最新可操作信息。 这些应用程序从手持传感器、MS5534-CM传感器和气象站收集数据，创建深入分析和有价值的建议。 已经为小农开发了几种应用程序：

病害检测与诊断：可将可疑植物的照片转发给专家进行分析。

肥料计算器：HTU21D土壤水分传感器和叶子的颜色可以确定所需的养分。

土壤研究：从传感捕获土壤图像以及 pH 值和化学数据，使农民能够监测和适应不断变化的土壤条件。

水研究：从照片和亮度记录中确定叶面积指数可以帮助农民确定用水需求。

准备收割的作物：使用紫外线和白光的相机照片可以准确预测成熟度。

MS5534-CM

解决大小农场的问题并帮助农民满足不断增长的粮食需求并不是智能、精准农业可以提供的唯一解决方案。 智能农业还提供了许多其他好处，例如：

降低燃料和能源消耗，从而减少二氧化碳排放

通过优化氮肥施用减少土壤中的一氧化二氮释放

通过明确化肥和害虫控制需求来减少化学品的使用

通过监测和管理土壤健康来消除养分消耗

通过减少设备流量来控制土壤压实

最大限度地提高用水效率

精准农业的发展旨在满足全球对食品日益增长的需求，使用的技术使收集和应用数据变得更简单、更便宜，适应不断变化的环境条件，并最有效地利用资源。 虽然大型农场率先采用这些技术，但现在较小的农场也可以从智能手机内置的工具、相关应用程序和小型机械中受益。 而且，这些技术正在为解决方案做出贡献，这些解决方案不仅限于农场，还包括污染、全球变暖和保护。