传感器在农业中的应用

传感器在农业中的应用

作者：钟成润田彦波刘文学江瑞

随着现代社会的不断进步，传统的农业生产模式已经无法满足现代文明发展的需要，智慧农业逐渐应用到全世界的生产中。无论是利用卫星在农业机械之间实现互相通信，还是运用IT技术控制温室的光照和水分，其目的都是为了提高农业生产的效率，改变传统的农业生产经营方式并且实行绿色生产，改善生态环境。

智慧农业是物联网技术与传统农业的深度结合。业内人士表示，其中最重要的是传感器技术。通过传感器，既可以摆脱天气等自然因素的限制，实现田地、大棚、水产和畜牧等领域的远程科学监测，有效降低人力消耗。还能够利用科学分析提高整个农业抗灾抗风险的能力，提升农业产率。农业传感器让传统的农业生产走向了智能化、自动化和远程控制化的智慧农业发展之路。

要实现高水平的设施农业，涉及到关键技术中信息获取手段是最重要的关键技术之一。因此，开发性能价格比高的设施农业用传感器是当务之急。作为传感器技术新世纪的发展方向，把重视传感器在设施农业中的应用是势在必行的，这也是促进传感器产业化的重途径之一。

农业用传感器的品种较多，按其检测参数分数，主要有以下几种：

(1)温度和湿度：作物的生长与温度和湿度有密切关系，塑料大棚的控制参数中，温度与湿度检测、控制是主要参数之一。

(2)土壤干燥度：作物生长需要水份，在设施农业中如何注水，做到既

不影响作物生长又不浪费水资源是至关重要的题目。土壤干燥度的检测，需要用干燥度传感器。目前较广泛采用的干燥度传感器是由负压传感器与陶瓷过滤管组成的。

(3)CO2：农作物生长发育离不开光合作用，而光合作用又与CO??2有关，所以控制CO2的浓度，有利于作物的生长发育。

(4)光照度：设施农业中，采用栽培治理自动化系统其光源完全为人工光，而不用太阳光，采用光传感器来检测和控制光照强度，使作物可以得到均匀一致的光照。

(5)土壤养分：土壤养分依靠于施肥，公道施肥不仅可以进步作物产量，而且可以避免过施肥而造成不必要的损失。土壤养分的测定包括土壤有机质、pH值、氮、磷、钾以及交换性钙和镁的检测。土壤养分测定，广泛采用离子、生物传感器。

由于设施农业用传感器是在系统中发挥作用，因此传感器的性能必须符合以下要求：

(1)长期稳定性好农业设施用传感器的使用环境比产业更恶劣，如高温、高湿。因此传感器长期稳定性要更高，需要解决涉及传感器稳定性的关键技术包括材料、工艺等。

(2)能适应系统要求设施农业的实质是实现人为调节和控制作物生长环境条件，是通过一个闭环系统来实现的。因此传感器的性能都应该与控制系统相适应。尤其是传感器的长间隔布点、传感器灵敏度的一致性、传感器的响应时间等，这样才能使系统真正做到快速反应和调控环境的高效工作。

(3)优良的性能价格比由于用量较大，因此必须要求其价格较低廉，否则难于推广。

另一方面，我国作为一个农业大国，农民数量占总人口的一半有余，传感器技术受到了广大农业工作者的追捧。但我国的农业传感器普遍存在故障率高、工艺粗糙、材料差、寿命短等问题，并且农用传感器产业化程度底，产品性能不稳定，需要经常校正，消耗大量人力。因此众多农业仪器最终变成了农业中的电子垃圾，近而影响到整个农业的生产效率。

根据我国农业传感器的生产及使用情况，分析得出主要有以下原因造成了国内农业仪器的现状。

首先我国农业传感器的相关企业良莠不齐，即便大部分传感器的核心元件依赖于进口，但不少厂商在外围线路及封装上的工艺还是相对毛糙。其次国内的温室大棚行业总体起步也较晚，农业大棚内又经常处于高温高湿的环境，安装在大棚内的传感器如果封装技术不过关，传感器的核心元件和电路板很容易受潮生锈，从而导致故障不断出现，影响到精度和使用寿命。安装在田地的传感器也经常面对风吹日晒以及生产过程中的化肥和农药，由于塑料在紫外线的照射下会失去原有的性能，很快便会脆化老化，严重影响了传感器的使用寿命。

因此，在农业生产中选择合适的传感器非常重要，农业传感器需要做到防水、抗腐蚀、耐高温、防昆虫和真菌，对材料的要求也非常高。例如陶瓷电路板传感器。该传感器还抗海盐腐蚀，同样满足海水养殖的需要。陶瓷基板是目前最稳定的基板材料，热膨胀系数高，广泛应用于农业领域。除了材料的选择以外，还要注重传感器的稳定性，选择农业传感器时尽量

选择免校正或校正周期长的传感器。农业传感器对精度的要求不高，能满足日常生产需要即可。但由于环境的特殊性，农业项目大多都在田间进行，校正操作非常的不方便，人工成本也非常高，因此对传感器数据稳定性的要求非常高，尽量传择低漂移，免校正的传感器。但一些水质传感器可能无法做到免校正，尽量选择校正周期长的传感器，减少人工成本。

随着农业现代化进程加快，国家对农业项目的支持力度也越来越大，在未来，农业领域还将涌现出多种类型的传感器，为我们的生活带来更多便利。希望科技的进步能够带动我国农业技术的高速发展，让我国农民全面进入新农业时代。