農業(yè)是世界各地食物的主要來(lái)源。它不僅為許多行業(yè)提供食物和原材料，還能夠大大促進(jìn)所有國家的GDP增長(cháng)和經(jīng)濟增長(cháng)。此外，它還是許多國家的主要收入來(lái)源。

       隨著(zhù)城市化的發(fā)展、天氣的變化和人口的增加，農業(yè)部門(mén)面臨著(zhù)諸多挑戰。亟需增加單位面積的產(chǎn)量。由于對資源、肥料和農藥的無(wú)節制使用，傳統的耕作方式導致了農田退化。

       智能農業(yè)日益成為增加產(chǎn)出和優(yōu)化資源利用的重要舉措。對于消費者所需的水果、蔬菜或糧食的有機耕作和種類(lèi)增加，智能農業(yè)同樣非常重要。

       智能耕作不僅對農作物非常重要，還對牲畜也有著(zhù)重要的意義。技術(shù)可以幫助增加牲畜產(chǎn)量，改善其健康狀況，并且可以避免任何疾病的爆發(fā)或傳播。

       農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）由傳感器、處理、連接、網(wǎng)關(guān)和云解決方案構成，這些解決方案根據具體用例進(jìn)行工作優(yōu)化。

物聯(lián)網(wǎng)在農業(yè)用例中的作用

作物監測

       為了獲得最大的作物生產(chǎn)力，需要對土壤和環(huán)境的濕度和溫度進(jìn)行監測。重要的是，不僅要對絕對濕度和溫度進(jìn)行監測，還要對短時(shí)間和長(cháng)時(shí)間的變化進(jìn)行監測。該數據可以和作物的理想狀況相關(guān)聯(lián)。這種監測還有助于確定需要使用農藥和肥料的時(shí)間和用量，以便最大限度地減少其用量。

溫室

       隨著(zhù)對各種水果和蔬菜的需求的不斷增長(cháng)，為特定類(lèi)型的植物的生長(cháng)和繁茂創(chuàng )造理想的條件，變得非常重要。支持物聯(lián)網(wǎng)的溫室可以進(jìn)行環(huán)境條件監測并作出調整，以避免任何偏差。

遠程灌溉

       遠程灌溉是下一步監測舉措，其中根據土壤以及環(huán)境溫度和濕度進(jìn)行灌溉控制。支持物聯(lián)網(wǎng)的灌溉系統不僅可以節約用水，還可以確保為作物提供適量的水份。在支持物聯(lián)網(wǎng)的灌溉中，根據土壤濕度確定是否需要灌溉，而不是根據預設或預定的間隔進(jìn)行灌溉。

牲畜監測

       在支持物聯(lián)網(wǎng)的農場(chǎng)中，對綿羊、豬、雞、牛等牲畜進(jìn)行健康監測，從而確定所有疾病、授精期和活躍度。將支持物聯(lián)網(wǎng)的傳感器安裝在牲畜的耳朵或其他身體部位，以監測其體溫和活躍度。對于溫度異常的牲畜，可以進(jìn)行隔離并提供醫療護理，以免疾病傳染到其他牲畜。牲畜的活躍度不僅與健康息息相關(guān)，還與產(chǎn)出質(zhì)量相關(guān)?；钴S牛只的產(chǎn)奶量要多于懶散牛只的產(chǎn)奶量。

支持物聯(lián)網(wǎng)的農場(chǎng)還會(huì )對飼養牲畜的環(huán)境進(jìn)行監測，以確保其具備適當的生活條件。

地理圍欄

       在大型農場(chǎng)中，可以允許牲畜在自然條件下放養和生存。在不對牲畜進(jìn)行鎖定的情況下，重要的是要確保其安全性，并確保其不會(huì )遠離農場(chǎng)。因此，需要使用支持GPS的跟蹤器對其進(jìn)行監測。跟蹤器包括用于監測其運動(dòng)的運動(dòng)傳感器，和支持GPS的地理圍欄，以便在牲畜離開(kāi)指定區域時(shí)發(fā)出警報。

支持物聯(lián)網(wǎng)的智能農業(yè)的架構

在農業(yè)中使用的典型物聯(lián)網(wǎng)系統包括以下模塊

傳感器

信號調節

處理與安全性

能源管理

連接

定位

       意法半導體可以提供各式各樣的半導體設備，能夠滿(mǎn)足上述各種模塊的需求。在本文中，我們將重點(diǎn)介紹構成所有物聯(lián)網(wǎng)系統基礎的傳感器和連接解決方案。

傳感器

       傳感器用于檢測外部輸入，構成了所有物聯(lián)網(wǎng)系統的基礎。

       加速度計用于檢測運動(dòng)、活動(dòng)水平、農場(chǎng)侵入等。意法半導體的超低功耗加速度計LIS2DW12具有可配置的噪音模式，能夠在精度和電流消耗之間進(jìn)行選擇，甚至具有優(yōu)化功率的自動(dòng)睡眠和喚醒功能。

       濕度和溫度傳感器用于土壤監測、環(huán)境空氣監測和牲畜健康監測。這些傳感器為農業(yè)用例中物聯(lián)網(wǎng)的可實(shí)施性提供了數據輸入。意法半導體的HTS221為濕度和溫度傳感器二合一芯片，包括感測元件和模擬前端，可通過(guò)數字串行接口提供測量信息。感測元件包括聚合物電介質(zhì)平面電容器結構，能夠檢測相對濕度的變化。STTS22H是一種超低功耗高精度數字溫度傳感器，在整個(gè)工作溫度范圍內都具有高性能。STTS22H是一種帶隙溫度傳感器，可單個(gè)ASIC中集成了模數轉換器、信號處理邏輯和I²C/ SMBus 3.0接口。

       壓力傳感器還可以檢測大氣壓力，并最終用于海拔測量。由于需要使用膜片開(kāi)口來(lái)檢測壓力，壓力傳感器還容易受到水和化學(xué)物質(zhì)的污染。因此，需要一種能夠免受氯和溴等化學(xué)物質(zhì)的影響的壓力傳感器。LPS33HW即為此類(lèi)傳感器，具有O形圈，耐水性高達10巴（最大深度為90米），并且不受上述化學(xué)物質(zhì)和鹽的影響。

連接

       對于農業(yè)中的連接解決方案，可以從以下應用需求探知一二。

       距離：對于室內監測，首選短程射頻（RF）技術(shù)，如Bluetooth、BLE和Wi-Fi，因為這些技術(shù)可以從傳感器節點(diǎn)收集數據并將其發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，以便進(jìn)行下一步傳輸。對于大型農場(chǎng)的監測，首選遠程技術(shù)，如GPRS和LPWAN（如Sigfox），因為這些技術(shù)直接可實(shí)現與電信基礎設施的連接。BLE Mesh和6LowPan等Mesh技術(shù)可以擴大短程通訊技術(shù)的通訊距離，使其適于在室外使用。

       功耗：大多數農業(yè)用例均通過(guò)非充電電池供電，因此，與功耗高上數倍的Wi-Fi、藍牙和GPRS相比，應當首選BLE、RF subGhz和LPWAN（如Sigfox）等技術(shù)。

       因此，在本文中，我們將對BLE和subGhz進(jìn)行重點(diǎn)介紹，因為這二者似乎是農業(yè)生態(tài)系統中最適用的連接技術(shù)。

       低功耗藍牙［BLE］是一種無(wú)線(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)［WLAN］技術(shù)，在實(shí)現設備與智能手機互聯(lián)時(shí)，其電流消耗量?jì)H為傳統藍牙和Wi-Fi的一小部分。它的工作頻率范圍為2.4 Ghz，屬于全球免許可證的ISM頻段。Blue Mesh是一種軟件解決方案，用于將多個(gè)BLE（低功耗藍牙）設備連接到Mesh網(wǎng)絡(luò )中，以構建物聯(lián)網(wǎng)（IoT）解決方案。Mesh解決方案的引入，使得處于網(wǎng)絡(luò )直接通訊距離以外的設備也可以實(shí)現連接。

       意法半導體的BlueNRG-2是一款通過(guò)BLE 5.0認證的超低功耗藍牙SoC，可提供與傳感器的無(wú)縫連接、支持 Privacy 1.2以及Secure Connection 4.2，最大輸出功率為8dBm，可以實(shí)現和互聯(lián)網(wǎng)設備的可靠連接。此外，它還完全兼容BLE Mesh協(xié)議。

       低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)是連接領(lǐng)域的另一項革新，這種技術(shù)能夠以極低的功耗實(shí)現數千米的連接距離，因此可以采用非充電紐扣電池供電。Sigfox是一種LPWAN技術(shù)，能夠以極低的電流消耗，實(shí)現全球云或長(cháng)距離連接。

       為了能夠在同一套方案中同時(shí)實(shí)現短距離和長(cháng)距離，意法半導體推出了一款獨特的解決方案，將BLE和基于S2LP的Sigfox無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)整合到一個(gè)通用解決方案中。雙無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的使用可通過(guò)Sigfox提供長(cháng)距連接，并能使用BLE實(shí)現與智能手機的連接。智能手機與Sigfox設備連接后，可以通過(guò)所支持的用戶(hù)界面（UI）， 實(shí)現空中固件升級（OTA），以及直接進(jìn)行配置與控制等其他功能。

邊緣智能

       物聯(lián)網(wǎng)在農業(yè)應用中的最重要的一個(gè)方面，是能夠分析單個(gè)農作物或牲畜的數據，并將其與實(shí)際生產(chǎn)力相關(guān)聯(lián)。人工智能采用的是一組自然啟發(fā)式計算方法，而機器學(xué)習是指使機器能夠識別基本模式，以便通過(guò)數據分析做出預測和建議的技術(shù)。但是，由于支持IoT的農業(yè)設備數量眾多，因此，從傳感器發(fā)送到云的原始數據要求不斷擴大所需的數據帶寬和云中計算能力。

       當某些分析靠近感測節點(diǎn)或處于邊緣時(shí)，可以有效利用人工智能。邊緣計算可實(shí)現數據隱私，降低帶寬要求以及云計算要求。邊緣計算是指在節點(diǎn)本身進(jìn)行智能感測和處理，因此這些設備的選擇非常重要。智能節點(diǎn)可以分析數據，運行傳感器算法，估計上下文，并將數據發(fā)送到云以進(jìn)行進(jìn)一步處理。


結論

       農業(yè)是所有社會(huì )的重要支撐，但隨著(zhù)人口的不斷增加變得負擔沉重，因此必須最大限度地提高生產(chǎn)力，以最佳方式利用可用資源。支持物聯(lián)網(wǎng)的農業(yè)有助于實(shí)現所期望的結果，并可以協(xié)助做出明智決策。隨著(zhù)超低功耗精密技術(shù)的出現，現在可以將所有可能的農作物和牲畜與物聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)。要成功實(shí)現這一點(diǎn)，需要與合適的合作伙伴和技術(shù)領(lǐng)導者開(kāi)展合作。意法半導體是全球物聯(lián)網(wǎng)客戶(hù)的首選，能夠讓客戶(hù)從其推出的尖端技術(shù)中獲益匪淺。