智能制造背景下傳感系統(tǒng)在智能農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用

高云茜

(黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157041)

0 引言

在當(dāng)今智能制造背景下，傳感器技術(shù)的發(fā)展越來越迅速，尤其是表現(xiàn)在智能農(nóng)業(yè)方面。傳感系統(tǒng)智能農(nóng)業(yè)，簡單來講就是利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的溫度、濕度、pH值、光照、CO2等各種傳感器設(shè)備，檢測環(huán)境中與之相對(duì)的各種物理量參數(shù)，通過各種儀器儀表進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控(圖1)，再通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行分析，預(yù)測未來的作物生長情況，通過監(jiān)控分析得知作物所需，再通過相關(guān)設(shè)備參與到自動(dòng)控制中[1]。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在不斷地嵌入到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中。從當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的環(huán)境中來看，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將成為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要手段，同時(shí)智能農(nóng)業(yè)也將在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展過程中逐漸普及。在先進(jìn)機(jī)械技術(shù)的支持下，以傳感設(shè)備為支撐的具有更高科技含量的智能溫控、節(jié)水灌溉、光線調(diào)節(jié)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了長足的進(jìn)步和發(fā)展，為傳感器技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械工程中的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，也使智能農(nóng)業(yè)設(shè)備的運(yùn)行效率和安全性、穩(wěn)定性得到切實(shí)提升。

圖1 智慧物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及傳感器

1 傳感系統(tǒng)在智能農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中的應(yīng)用

我國的智能節(jié)水灌溉技術(shù)起步較晚，隨著國家的逐漸重視以及相關(guān)政策的大力扶持，傳感系統(tǒng)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用得到快速發(fā)展。傳感系統(tǒng)可以對(duì)灌溉環(huán)境進(jìn)行全方位、多角度的環(huán)境監(jiān)測，當(dāng)智能灌溉系統(tǒng)監(jiān)測到土質(zhì)或者空氣濕度低于已設(shè)定好的濕度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，啟動(dòng)節(jié)水灌溉設(shè)備，在啟動(dòng)過程中，傳感系統(tǒng)持續(xù)不斷地進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，并根據(jù)實(shí)際情況，提供最合理的節(jié)水方案，當(dāng)空氣及土壤濕度恢復(fù)到既定目標(biāo)值時(shí)，傳感系統(tǒng)將終止灌溉指令傳導(dǎo)給啟停裝置，控制電磁閥、水泵執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，將智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)關(guān)閉，流程圖如圖2所示。農(nóng)業(yè)傳感系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)田灌溉，建立精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)，能夠利用智能分析與顯示技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能移動(dòng)設(shè)備和PC 設(shè)備，對(duì)灌溉區(qū)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，達(dá)到智能灌溉的目的。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉的自動(dòng)化和智能化，提高灌溉效率、節(jié)約水資源，對(duì)我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義[2]。

圖2 灌溉系統(tǒng)工作流程圖

2 溫度傳感器在智能溫控中的應(yīng)用

黑龍江省由于地理位置原因，全年平均溫度較低，許多農(nóng)作物需要使用溫室或大棚進(jìn)行溫度保持，塑料大棚或智能溫室在農(nóng)作物種植過程中，很好地起到了對(duì)農(nóng)作物生長環(huán)境進(jìn)行改善的作用。與此同時(shí)，智能溫室與塑料大棚的推廣，有效降低了東北地區(qū)季節(jié)變換所帶來的惡劣氣候?qū)r(nóng)作物所產(chǎn)生的不良影響，從而保證了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，增加經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還可為人們提供反季節(jié)農(nóng)產(chǎn)品。溫度傳感器可以很好地解決溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測與精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，以其節(jié)能、環(huán)保、便捷、高效的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。溫度傳感器在應(yīng)用過程中，主要負(fù)責(zé)監(jiān)測溫度信號(hào)，并通過傳導(dǎo)設(shè)備傳導(dǎo)到控制單元。根據(jù)監(jiān)測對(duì)象的差異性，對(duì)溫度傳感器的要求也有所不同，溫度傳感器設(shè)計(jì)單元也就隨之改變，因此只有選擇了與之相匹配的傳感器，才能使得溫度監(jiān)控工作得以高效、穩(wěn)定運(yùn)行。在傳感器的選擇上，需本著優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的原則，且傳導(dǎo)過程中無須中途轉(zhuǎn)輸。傳感器可依據(jù)用途、原理、信息來源、構(gòu)成等原則劃分為不同的類型。其中信息來源包括模擬信息和數(shù)字信息，模擬信息需經(jīng)轉(zhuǎn)輸處理才可變?yōu)閿?shù)字信息，增大了數(shù)據(jù)處理工作量，降低了傳感器工作效率。所以在傳感器的選擇上，傾向于使用數(shù)字傳感器[3]。

3 光照度傳感器在育苗過程中的應(yīng)用

智能農(nóng)業(yè)中的光照度傳感器廣泛適用于智能溫室、農(nóng)業(yè)大棚、種苗培育等對(duì)光照要求較高，同時(shí)可便于光照度監(jiān)測的場合。傳感器內(nèi)輸入電源、感應(yīng)探頭、信號(hào)輸出三部分完全隔離，安全可靠，安裝方便。育苗過程光照度傳感器的配置過程中，系統(tǒng)需要測試獲取傳感器光照強(qiáng)度測量數(shù)據(jù)是否正常，并且根據(jù)適合作物生長最佳光線，作為傳感系統(tǒng)的初始化條件。而且，不同植物所需求的光照強(qiáng)度有所區(qū)別，一般陽生植物的光照需求較高，而陰生植物所需求的光照較低，因此在做智慧農(nóng)業(yè)大棚的光照強(qiáng)度管理時(shí)，需要通過安裝光照度傳感器來根據(jù)不同植物對(duì)光照量進(jìn)行合理分配。光照度傳感器也叫作亮度傳感器，是采用對(duì)光線有較敏感的探測原部件，即投光器和受光器，將所采集到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。這些感應(yīng)原件其實(shí)就像相機(jī)的感光矩陣一樣，內(nèi)部有繞線電鍍式多接點(diǎn)熱電堆，其表面涂有高吸收率的黑色涂層，熱接點(diǎn)在感應(yīng)面上，而冷接點(diǎn)則位于機(jī)體內(nèi)，冷熱接點(diǎn)產(chǎn)生溫差電勢(shì)。在線性范圍內(nèi)，輸出信號(hào)與太陽輻射度成正比。農(nóng)業(yè)中的光照傳感器采用高靈敏度的感光探頭，有著反應(yīng)快、非接觸式、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、可測的參數(shù)多樣化等優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)語

我國農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，使得農(nóng)業(yè)智能化程度不斷提高。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)已不能滿足當(dāng)前智慧農(nóng)業(yè)的需求[4]。除上述智能農(nóng)業(yè)傳感系統(tǒng)創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用外，黑龍江省還引入了基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)利用了機(jī)械控制單元以及PC設(shè)備，在技術(shù)人員的操控下進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，極大地節(jié)省了人力物力，節(jié)約了時(shí)間以及經(jīng)濟(jì)成本，解決了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與發(fā)展要求間的矛盾，將農(nóng)業(yè)傳感技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)田灌溉、智能控溫、光線調(diào)節(jié)等方面，建立一個(gè)智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)。此項(xiàng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)展為可視技術(shù)，不僅提升的生產(chǎn)率，同時(shí)也讓傳感器技術(shù)得到發(fā)展應(yīng)用，確保我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不斷朝現(xiàn)代化、智能化方向快速發(fā)展。