传感器在精准农业中的应用
郭佩佩1，黄家怿1，谢秋波2，陈万云1
（1.广州市健坤网络科技发展有限公司，广东广州510630；2.广东省现代农业装备研究所，广东广州510630）
摘要：加快我国精准农业发展速度，拓宽其普及应用范围，发展高效、稳定、价格低廉的传感器至关重要。介绍了生物传感器、电子舌、电子鼻、机器视觉等新型传感器的基本原理及其在农业领域的应用现状，并探讨了在农副产品生产、加工、储运和流通的各个环节对传感器的不同需求，同时对农情监控传感器的发展方向进行展望。
关键词：传感器；新型；应用；精准农业
中图分类号：TP212.9文献标识码：A文章编号：1004-874X（2014）05-0232-05 Application of sensors in precision agriculture
GUO Pei-pei1,HUANG Jia-yi1,XIE Qiu-bo2,CHEN Wan-yun1
(1.Guangzhou Jiankun Network Technology Development Company Limited,Guangzhou510630,China;
2.Guangdong Institute of Modern Agricultural Equipment,Guangzhou510630,China)
Abstract:To accelerate the pace of precision agriculture and broaden its application,it is quite important to develop multifunctional sensors with high efficient,stable and inexpensive features.This paper mainly summarized the working principles of new type sensors and their application in agriculture,such as biosensor,electronic tongue,electronic nose and machine vision,etc.And then,the particular demands of each agricultural stage for sensors also have been discussed, including production,processing,storage,transportation and distribution.Finally,the future direction of agricultural monitoring sensors was prospected.
Key words:sensor;new type;application;precision agriculture
21世纪至今，信息技术高速发展，促进传统“粗放型”农业生产方式向“精准化”方向发展。目前，我国农业信息化科技工作的重点集中在农业物联网、精准农业、数字农业和农业农村信息服务等关键技术的研发方面。其中，可靠、稳定信息的在线获取手段是亟待解决和提升的关键技术之一。
传感器技术是物理、化学、材料、电子、生物等多门学科汇聚发展起来的一门多类型交叉学科技术，是现代信息技术的重要基础之一，被视为信息传递的主要手段和途径。世界各国普遍重视传感器技术并加大了科研经费的投入，美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一，促进传感器技术迅速发展，且通过产业化投入，产品种类繁多，推广应用领域广阔。我国虽早已将传感器技术列为国家“八五”重点攻关项目，以及中长期科技发展重点新技术之一，但由于受经济水平及资金限制，使得传感器核心技术较少、创新力较弱、应用范围较窄。近年来，随着高科技的深入发展，科研人员在基础理论和应用研究方面不断深入，使得传感器技术不断得到提高，且在农业领域应用种类越来越多，应用领域越来越广，对推动农业信息化、现代化发展起着重要的作用。
1传感器
1.1传感器的工作原理
依据GB/T7665-2005国家标准，传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件、测量电路等组成。其工作原理是利用物理效应、化学效应或是生物效应，将感受的物理、化学或生物信号转换成电信号。传感器在农业领域的应用和发展，让农作物和农副产品有了触觉、味觉和嗅觉等感官，向人类反馈其最原始的信息。
收稿日期：2013-09-29
基金项目：广东省科技计划项目（2011B020401010，2012B0 20401009）；广州市珠江科技新星专项；广东省现代农业科技提升专项（2012）
作者简介：郭佩佩（1988-），女，硕士，助理工程师，E-mail：guopp@https://www.doczj.com/doc/be8935219.html,
通讯作者：黄家怿（1980-），女，博士，工程师，E-mail：huangjy @https://www.doczj.com/doc/be8935219.html, 广东农业科学2014年第5期
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1.2农业常用传感器
1.2.1温度传感器温度传感器是一种热电式传感器，通过利用某些材料或元件的物理特性与温度之间的关系，将温度变化转化为电量变化。温度传感器的种类丰富，根据检测原理的不同，可分为利用热电容效应、热电阻效应、热膨胀效应、辐射效应、热化学效应或热电效应的温度传感器[1]。在测量过程中，根据所测温度范围及价格需要，选择合适的温度传感器。
1.2.2湿度传感器湿度传感器利用材料的电气性能或机械性能随湿度变化的特性，测定空气中水分的含量。湿度传感器按工作原理的不同，一般可分为伸缩式、蒸发式、露点式、电子式、电阻式、电容式及光电式等[2]。目前，湿度传感器正向集成化、智能化和多参数检测方向发展。进行湿度测量时，可依据具体的应用领域，从测量范围、响应速度、稳定性及体积大小等方面进行综合考虑，选择合适的湿度传感器进行测量。
1.2.3酸碱度传感器酸碱度（pH值）传感器是用来检测被测物中氢离子浓度并转换成相应的可用输出信号的传感器，一般由测量电极（玻璃电极）和参比电极（甘汞电极或银-氯化银电极）组成，形成原电池，多用于检测液态体系的酸碱度。对于固相或沉积物体系，可用铱、钨及其氧化物制作金属电极用作测量电极，成本较高，其稳定性和可靠性有待进一步提高。
1.2.4CO2浓度传感器农作物生长发育离不开光合作用，CO2是作物进行光合作用的主要原料。根据CO2浓度传感器检测结果，可决定是否增施气肥或需通风换气，达到控制CO2浓度的目的，促进作物健康生长发育。其种类主要有红外线式、电容式、电化学式、热传导式等，其中以红外线式和电化学式的应用较为广泛，可用在温室、大棚中，也可用在密封/半密封的畜禽舍中。
1.2.5土壤养分传感器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。一般采用离子敏传感器[3]或生物传感器[4]来测定土壤养分，特别是其中影响作物生长的氮、磷、钾的含量，是决定是否需要施肥和施肥量的重要指标。
1.2.6光照度传感器光照是作物生长发育的关键条件之一，光照强度直接影响光合作用强度。在温室栽培管理自动化系统中，主要采用人工补光的方式调节光照。当室内光照强度低于3000Lux时，根据光传感器检测结果调节补光设备，达到控制光照强度目的，使作物可以得到均匀一致的光照。
1.3新型传感器
1.3.1生物传感器生物传感器工作原理是：将一种生物敏感元件与信号转换器相连，当待测物与敏感元件之间发生反应后，通过各种转换器将该反应转换成光信号或电信号，最后通过电子仪器进行测量和处理。根据生物传感器中敏感元件（即敏感材料）的不同，可分为酶传感器、细胞传感器、组织传感器、免疫传感器和微生物传感器[5-6]。生物传感器是近几十年发展起来的一种新型传感器，因其具有灵敏度高、选择性强、分析速度快、成本低、环保不污染、操作简单和响应快等特点，被广泛用于食品和农产品添加剂、重金属、农药残留、激素、有害微生物及其产生的毒素等多种物质的检测[7]。
1.3.2嗅觉传感器——
—“电子鼻”“电子鼻”，又称气味扫描仪，是一种基于嗅觉传感器、模式识别、计算机和电子技术技术等多学科交叉的高新技术，一般由气敏传感器阵列、信号预处理单元和模式识别系统3个部分组成，能识别简单或复杂的气味。电子鼻工作时，气味分子被气敏传感器阵列吸附，产生信号；生成的信号被送到信号预处理系统进行处理和加工；并最终由模式识别系统对信号处理的结果作出判断[8]。目前电子鼻传感器主要有导电型、场效应型、压电式和光纤式传感器[9]。最常用的气敏传感器的材料有金属氧化物、高分子聚合物、压电材料等[10]。电子鼻应用领域广泛，特别在粮食贮藏[11]、干酪成熟度、食品新鲜度[12]、果蔬分级[13-14]等农产品无损检测中广泛应用。
1.3.3味觉传感器——
—“电子舌”“电子舌”是一种分析和识别液体“味道”的新型检测手段，由味觉传感器阵列、信号激发采集系统和多元数理统计系统三部分组成。味觉传感器阵列相当于生物系统中的舌头，感受被测液体样品中的不同成分并输出其响应信号，经计算机系统进行数据处理和模式识别后，得到反映样品味觉特征的总体评价[15]。在茶叶品质评价[16]、酒类识别[17]、乳品工业[18]、植物油检测[19]等领域均有广泛应用。
1.3.4视觉传感器——
—机器视觉机器视觉又称计算机视觉，它利用图像传感器获取物体图像来模拟人的视觉功能。利用计算机和模式识别技术，从获取的图像中提取有用信息，进行处理并加以理解，最终用于实际控制。在国外，机器视觉技术已被广泛应用于农作物生长状况监测（如田间杂草识别、农作物病虫害自动识别）、农产品自动收获和加工自动化等农业工程领域[20]。
1.4无线传感器网络
无线传感器网络（WSN）集传感器技术、微机电技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术于一体，通过无线通信方式，将监测区域内随机分
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布的大量且种类繁多的微型传感器迅速自行组网，对网络覆盖区域中被感知对象的动态信息进行采集、计算和处理。目前，无线技术在农业中的应用较广泛，一般是将大量的传感器节点构成监控网络，通过各种传感器采集信息，以帮助农民和监管部门及时发现问题，并准确定位问题发生位置。
2传感器在精准农业中的应用
2.1农业环境监测中的应用
2.1.1调控农作物生长环境通常情况下，农作物生长周期大体可分为种实贮存和植株栽培两个阶段。相应地，从农作物育苗、栽培、生长一直到收获各环节，传感器均有广泛的应用。种子是农业生产的第一环节，种子质量好坏与农业生产收益紧密相关。种子活力是表示种子强壮程度的重要品质指标之一，也是种子内在生命力强弱的属性[6]。生化测定法是检测种子活力的常规方法之一，包括2,3,5-氯化三苯基四氮唑（TTC）法、三磷酸腺苷（ATP）含量检测法、酶活性测定法等[6]。近年来国外有不少类型的ATP生物传感器被相继研发，较为成功的产品属铂电极生物传感器，它为改进ATP测定方法打下了良好基础[21]。
育苗对促进农作物生产作用显著，优质育苗可以增强作物抗病性、提高生产效率和作物产量。近年来多采用温室进行提前育苗。在育苗过程中，可选择温度传感器、湿度传感器、光电传感器、气体传感器、pH传感器和生物传感器等一系列传感器实时监测温室内的温度、湿度、光照情况、空气中CO2浓度、土壤酸碱度、土壤养分等参数，并对数据进行远程传输和分析。当某些参数超标时，控制器可启动执行机构或设备进行自动调节[22]。
在栽培过程中，农作物周围环境，特别是土壤环境，对作物生长影响巨大。土壤环境指标包括温度、湿度、营养成分、通气状况、酸碱度等。使用传感器进行实时检测，可连续监控土壤环境的动态变化，摸索农作物对土壤的需求规律。由于土壤组成和结构异常复杂，干扰和不确定因素较多，对传感器性能提出了更高的要求。因此需针对不同土壤特性，选择专一性强、灵敏度高、抗干扰性强、性能稳定的传感器。例如，目前用于检测土壤离子活度的传感器以电化学传感器为主，有离子选择型和离子选择性场效应型两种，还可用于判断植物对离子的摄取情况。郏建波等[4]指出，以硝化细菌为敏感材料的氨敏生物传感器可用于测量氨态氮。农作物生长过程中离不开施肥，合理的施肥不仅可以提高作物产量，还可以避免过量施肥带来的污染和作物品质的降低。胡玲燕等[23]开发了一个集成光学传感器和数据控制的实时自动变量施肥控制系统。该系统通过传感器实时获取农作物的归一化植被指数（NDVI），并结合作物施肥的不同生长时期，达到依据作物长势实施变量施肥的目的。
2.1.2智能化监测养殖过程中国农业大学李道亮研究团队开发的基于物联网技术的水产养殖环境智能监控系统，通过实时监测养殖池水温、pH、溶氧度等与养殖有关的理化因子，随时观察养殖水面环境，为农户提供辅助决策，实现增产、省工、适时用药、减少环境污染等目标[24]。华南农业大学洪添胜开发了一种采用无线传感网络监测奶牛行为特征的数字化智能系统，可以长时间监测奶牛的健康状态，该系统易于推广应用于其他动物监控，对促进养殖业和畜牧业发展具有指导意义[25]。
传感器不仅在水产和畜禽养殖领域有广泛的应用，而且在人工养殖、耕地污染、水体污染等方面也发挥了重要作用。据报道，多国科学家正在合作研究一种生物传感器，利用其中含有的可与除莠剂、杀虫剂等有毒污染物反应的有机物，检测耕地污染物含量，帮助农民在播种前掌握耕地污染物的含量是否超过安全水平[26]。
2.2农产品分类加工过程中的应用
一般的农副产品都需要进行分类加工，是农业生产的后道工序。在该过程中使用传感器可降低操作人员劳动强度并提高劳动效率。例如，利用视觉传感器可检测谷粒表面裂纹情况，对农作物种子进行分级；还可以根据农产品大小、形状、颜色、表面损伤和缺陷等情况对鸡蛋、黄瓜、玉米、竹笋、西红柿、辣椒、苹果和马铃薯等进行分级[7]。嗅觉传感器可根据不同成熟度的水果散发出的气味，对苹果、柑橘等水果进行分级标识。
2.3农产品质量安全检测中的应用
农产品品质控制是保证农产品质量和安全的关键环节，而其品质的检测往往建立在成分分析的基础上。传统的成分检测方法，如高效液相色谱法和气相色谱-质谱法等，虽然灵敏度高，但操作繁琐、耗时，不仅需对样品进行预处理，而且仪器成本高、维护复杂，难以实现现场实时应用。传感器操控简单、功能齐全、造价相对低廉，更适于农产品实时在线检测。例如，吉林大学李宏坤利用金纳米粒子的特殊性质，研制了乙酰胆碱酯酶纳米生物传感器，用于检测蔬菜中的有机磷农药。该传感器具有较好的重现性和稳定性，为有机磷农药的快速检测提供了一种简便易行的方法[27]。景雁凤等将
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乙酰胆碱酯酶固定到石墨烯-氧化锌纳米复合物修饰的玻碳电极表面，构建了一种用于辛硫磷检测的高灵敏电化学生物传感器[28]。张鹏幸等研制了一种可用于快速检测环境中重金属污染的含荧光素酶四膜虫B2086-LUC全细胞生物传感器，对镉、汞重金属浓度变化有良好响应[29]。
由于农畜产品保存期短、易变质，因此消费者十分关心在售农产品的新鲜程度，更是质检部门进行农产品评价的常用指标之一。采用机器视觉技术，通过分析肉品腐败变质过程中脂肪或肌肉颜色、组织特征信息，可实现对肉品新鲜度的判别[30-33]。外界微生物污染或酶分解作用可导致肉品发酵、变质甚至腐败。多项研究表明，电子鼻技术可根据肉品在变质过程中产生的硫化物等挥发性物质来判别肉品新鲜度[30,34-36]。在乳制品和酒类识别中，常采用味觉传感器进行检测，如李华等采用电子舌技术，能对不同品种的干红葡萄酒进行检测，具有较好的地区辨识度[16]。
2.4农产品储运过程中的应用
在农产品储运过程中，储运环境（温度、水分等）与农产品品质变化密切相关。当水果、蔬菜、水产品等生鲜农产品进入流通环节时，需要对储运环境温度、农产品水分等进行控制[37]。若温度较高，易使大批农产品腐烂变质，甚至可能产生危害人类健康的有毒、有害物质；若水分不足则会使农产品干瘪，影响品质。
目前，对果蔬贮藏保鲜主要有冷藏库低温贮藏和气调库贮藏两种，相比较而言，气调库贮藏更为先进。气调库控制系统根据传感器采集数据，适时调节库内温度、相对湿度（RH)、O2浓度、CO2浓度、乙烯（C2H4）浓度等多种物理量参数，保证贮藏保鲜环境适宜，防止果蔬变质[22]。
2.5农产品销售过程中的应用
在销售农产品的过程中，可以使用红外传感器检测货架上待售农产品数量是否充足。当传感器检测到供货不足时，会通过后续信号处理，驱动扬声器提醒工作人员进行及时补货[38]。农产品品质是保障农产品销量的前提。一名初三学生研发了一种基于光效应传感器技术的便携式鸡蛋类型分辨仪。其主要原理是先用强光透射鸡蛋，再利用光敏元件检测鸡蛋透过光，将光信号转换为电信号后由显示器显示，最后将待测值与鸡蛋检测对照表中的标准值进行对照，判断鸡蛋的好坏[39]。虽然目前处于纯手工制作阶段，但是如果经过完善并机械化加工，可发展为一种鸡蛋品质快速识别传感器。3展望
目前，传感器技术虽然在全国各地的农业物联网试点城市已投入使用，并收到了一些成效，但与国外传感器技术水平相比，仍存在较大差距。随着科技和信息技术的发展，对传感器技术的发展提出了更高的要求—高性能、多功能、低成本和微型化，促进传感器研究朝着集成化、智能化、新性敏感材料（如纳米材料）的开发、仿生传感器的研制、化学和生物传感器技术的推进等多个方向发展。相信随着新型传感器的开发及其在现代农业中的进一步应用，必将对逐步实现现代化精准农业起到积极的推动作用。
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第二课、精准农业的技术体系 精准农业是在现代信息技术、生物技术、工程技术等一系列高新技术最新成就的基础上发展起来的一种重要的现代农业生产形式，其核心技术是地理信息系统、全球定位系统、遥感技术和计算机自动控制技术。精准农业系统是一个综合性很强的复杂系统，是实现农业低耗、高效、优质、安全的重要途径。 1、现代信息技术 精准农业从90年代开始在发达国家兴起，目前已成为一种普遍趋势，英美法德等国家纷纷采用先进的生物、化工乃至航天技术使精准农业更加“精准”。美国把曾在海湾战争中运用过的卫星定位系统应用于农业，这项技术被称为“精准种植”，即通过装有卫星定位系统的装置，在农户地里采集土壤样品，取得的资料通过计算机处理，得到不同地块的养分含量，精准度可达1～3平方米。技术人员据此制定配方，并输入施肥播种机械的电脑中。这种机械同样装有定位系统，操作人员进行施肥和播种可以完全做到定位、定量。还可将卫星定位系统安装在联合收割机上，并配置相连的电子传感器和计算机，收割机工作时可自动记录每平方米农作物产量、土壤湿度和养分等的精准数据。 现代信息技术的特点是应用地理信息系统将土壤和作物信息资料整理分析，制成具有时效性和可操作性的田间管理信息系统，在此基础上，利用全球卫星定位系统、遥感技术以及计算机自动控制技术，根据空间每一操作单元的具体条件，通过调整资源投入量，达到增加产量、减少投入、保护农业资源和环境质量的目的。同时在农田经营管理决策的环节上，可根据不同情况选择“单纯获取高产”，“以适量投入，获取较好经营利润”或“减少资源消耗、保护生态环境”等多种不同优化目标。这项技术的构成包括空间定位的农作物产量信息采集技术和土壤信息定时采集技术、农田地理信息系统定时更新技术及空间定位的农业投入控制系统等。 2、生物技术 现代生物技术从广义上讲主要包括基因工程、细胞工程和微生物工程等，最富有生命力的核心技术是基因工程。现代生物技术最显著的特点是打破了远缘物种不能杂交的禁区，即用新的生物技术方法开辟一个世界性的新基因库源泉，用新方法把需要的基因组合起来，培育出抗病性更强、产量更高、品质更好、营养更丰富，且生产成本更低的新作物、新品种；另外还具有节约能源、连续生产、简化生产步骤、缩短生产周期、降低生产成本、减少环境污染等功效。如美国把血红蛋白转移到玉米中，不仅保持了玉米的高产性能，而且提高了它的蛋白含量。抗虫害转基因水稻、玉米、土豆、棉花和南瓜等已在美国、阿根廷、加拿大数百万公顷土地上试种。 微生物农业是以微生物为主体的农业。微生物在合成蛋白质、氨基酸、维生素、各种酶方面的能力比动物、植物高上百倍；微生物还可利用有机废弃物，变废为宝、保护生态环境。利用有益微生物，不仅可获得大量生物量，用于制作食用蛋白质以及脂肪、糖类等专门食品，而且在生物防治、土壤改良方面也有突出表现。日本研制的EM（含80余种微生物的生物制剂），被称为可以挽救地球的有效微生物群。施用EM可少用或不用化肥、农药和抗生素药物，净化环境。
浅谈精准施肥技术 摘要:”精准施肥”的概念来源于精准农业。目前,精准农业已涉及到施肥、精量播种、作物病虫害防治、杂草防除和水分管理等农业生产的多个环节。从应用的广泛性上讲,又以精准农业土壤养分信息化管理系统和自动变量施肥技术(以下简称精准施肥技术)最为成熟。因此可以说,精准农业的核心技术是精准施肥技术。 关键词:农业施肥技术 “精准施肥”的概念来源于精准农业。精准农业是根据空间变异定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统。它由现代信息技术支持的十个系统组成,即全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、土壤养舂信息管理、网络化管理系统和培训系统。目前,精准农业已涉及到施肥、精量播种、作物病虫害防治、杂草防除和水分管理等农业生产的多个环节。而从研究和应用的广泛性上讲,又能精准农业土壤养分信息化管理系统和自动变量施肥技术(以下简称精准施肥技术)最为成熟。在土壤养分管理方面,发达国家已将土壤类型、土壤生产潜力、不同肥料的增产效应、不同作物的施肥模式、历年施肥和产量情况等。 1、精准施肥的主要技术要点 1.1采集和分析土壤养分 在开展精准施肥的种植区内,选点采集土壤农化样,化验分析并汇总有关数据,建立土壤类型及性状数据库。 1.2研究土壤施肥增产效应 根据小区多年施肥种植试验,研究土壤养分与施肥变量之间的产量变化关系,绘制有关土壤养分与施肥增产效益函数图,确认相关函数,获取施肥参数。 1.3拟定作物目标产量和需肥比例 根据生产要求拟定作物产量,再根据产量推算作物营养总需求量、土壤可能供给养分量和施肥量及比例。 1.4配制肥料 根据确定的地点和具体的作物目标产量,参照一季作物总施肥量及比例,选取合适的单质化肥,混配生产专用BB肥。 1.5确定施肥时期、地点和施用量
设施农业用传感器的分类 设施农业传感器的品种较多，按其检测参数分类，主要有以下几种； 1. 用于检测土壤温度，一般使用的有效温度范围在10～40℃（土壤热容积较大，温度变化不是很明显），安装在作物根部土壤中，以测量作物的生长、发育的土壤温度及浇水后土壤的温度变动情况。根据温室或大棚长度安装2～4个不等，安装时根据不同作物根系深度确定埋土深度。 2. 用于检测设施农业的空气环境温湿度，一般使用的有效温度范围在0～50℃，有效湿度范围在30～90%。大部分安装在温室、大棚或畜禽舍中空气流通较好的遮阳处，一般根据温室、大棚或畜禽舍长度安装1～4个不等，以避免空气流通差导致的局部小气候效应。 3. 用于检测土壤中水分含量，便于及时和适量浇灌。目前有两种表示方式，其一为容积含水量，即V/V%，其二为质量含水量，即M/M%，大部分产品以容积含水量表示，一般有效范围在10～70%。因不同土质能容纳水量不同，故不同土质在浇灌等量水后，所显示的容积含水量会有不同。根据温室或大棚长度安装2～4个不等，安装时根据不同作物根系深度确定埋土深度。 4. CO2含量传感器 CO2含量传感器用于检测环境中CO2含量，便于决定是否增施气肥或需通风换气。一般以ppm为单位，有效范围在100～1000ppm之间。可以用在
温室、大棚中，也可以用在密封/半密封的畜禽舍中。温室、大棚中主要检 测有光照情况下CO2含量是否低于作物光合作用的最佳浓度，在畜禽舍中主 要检测密封环境下CO2浓度是否超出影响畜禽能生长发育的最大浓度，以便 于及时通风换气。独栋温室、大棚或畜禽舍安装1个即可。 含量传感器 NH3含量传感器用于检测畜禽舍环境中NH3的含量，以决定是否需要通 风换气和清除粪便。一般以ppm为单位，有效范围在0~100ppm之间。养鸡 场应用居多，尤其是蛋鸡场，因为鸡的消化系统不能完全消化饲料，大量 蛋白质通过粪便排出后，经过复杂的化学反应转变为NH3，而NH3又是影响 鸡蛋产量的关键因素，一旦NH3浓度超过一定值，蛋鸡产蛋率明显下降，甚 至不产蛋，需要数周后才能恢复。一般安装1个即可。 6.光照度传感器 光照度传感器用于检测作物生长环境的光照强度，以决定是否需要遮 阳或补光。单位lux（勒克司），有效范围在200～200000Lux。一般安装 在温室、大棚中，用来检测作物生长所需要的光照强度是否满足最基本需 要或是否达到作物的最佳生长状态，如与CO2传感器联合使用，可以为何时 增施气肥提供参考。安装时考虑向阳并且避免被遮挡。一般安装1个即可。 7.营养元素传感器 营养元素传感器用于检测作物生长环境中N（氮）、P（磷）、K（钾）的含量，以决定是否需要施肥。一般用于检测无土栽培环境中所调配的营 养液中营养元素含量，或根据流回的营养液中元素的吸收情况决定营养元 素的调配比率，也可用于普通大棚或温室中土壤营养元素含量检测。 二性能要求
Android手机中的智能传 感器及其应用 随着技术的进步，手机已经不再是一个简单的通信工具，而是具有综合功能的便携式电子设备。手机的虚拟功能，比如交互、游戏、都是通过处理器强大的计算能力来实现的，但与现实结合的功能，则是通过传感器来实现。本文介绍了几种手机中常见的传感器的原理和用途。 Android智能手机自推出以来，其内置传感器逐渐增多，传感器所能实现的功能也日益多样化，极大的满足了用户对智能手机功能的需求，从依赖于重力传感器的各种游戏，到依靠距离传感器实现的通话灭屏，再到指南针功能下的电子罗盘等等，小小的一个Android智能手机以各种传感器为依托实现了许多有趣的功能。 1.距离传感器 这个传感器在手机上的应用是当我们打电话时，手机屏幕会自动熄灭，同时触摸屏无效，能够防止误操作。当脸离开屏幕时屏幕灯会自动开启，并且自动解锁,因此距离传感器位于手机屏幕上方。这个对于待机手机较短的智能手机来说是相当实用的,现在很多智能手机都装备的这个传感器。距离传感器和光线传感器位置如图.1
图1.距离和光线传感器 距离传感器原理：红外LED灯发射红外线，被近距离物体反射后，红外探测器通过接收到红外线的强度，并测量光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，测定距离，一般有效距离在10cm内。距离传感器同时拥有发射和接受装置，一般体积较大。 2.光线传感器 光线传感器，也就是感光器，是能够根据周围光亮明暗程度来调节屏幕明暗的装置。光线传感器可以使用光敏三极管作为感光元件，接受外界光线时，会产生强弱不等的电流，从而感知环境光亮度。在光线强的地方手机屏幕会变暗，达到节电并更好观看屏幕的效果，在光线暗的地方自动将屏幕变亮。可以在工具设置中设置自动调节屏幕亮度。这个传感器也主要起到节省手机电力的作用，自动调节屏幕亮度也能起到保护眼睛的作用。光线传感器位置如图1 光线传感器和距离传感器一般都是放在一起的，位于手机正面听筒周围，这样就存在一个问题，手机的额头上开了太多洞或黑色长条不太好看，所以一些厂商为了减少开孔、或者隐藏开孔，将两个传感器集成到一个窗口下，或者使用黑色面板，黑色面板的手机可以轻易隐藏这两个传感器。 3.方向传感器 方向传感器就是陀螺仪，陀螺仪的测量物理量是偏转，倾斜时的转动角度。陀螺仪传感器最早应用于航空、航天和航海等领域。随着陀螺仪传感器成本的下降，现在很多智能手机都集成有陀螺。陀螺仪是一种用来传感与维持方向的装置，基于角动量守恒的理论设计出来的。陀螺仪主要是由一个位于轴心且可旋转的轮子构成，一旦开始旋转，由于轮子的角动量，陀螺仪就具有了抗拒方向改变的能
传感器的定义传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的系统”。传感器是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。 传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。 无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能，传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态(即过程)的。对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，它将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。 传感器原理结构在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥，即为基础扭矩传感器；在轴上固定着：(1)能源环形变压器的次级线圈，(2)信号环形变压器初级线圈，(3)轴上印刷电路板，电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输出电路。在传感器的外壳上固定着： （1）激磁电路，(2)能源环形变压器的初级线圈(输入)，(3) 信号环形变压器次级线圈(输出)，(4)信号处理电路 工作过程 向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成 1.5v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2 从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。 传感器分类倾角传感器 倾角传感器在军事、航天航空、工业自动化、工程机械、铁路机车、消费电子、海洋船舶等领域得到广泛运用。辉格公司为国内用户提供全球最全面、最专业的产品方案和服务。提供超过500种规格的伺服型、电解质型、电容型、电感型、光纤型等原理的倾角传感器。 加速度传感器(线和角加速度)
定位技术在精准农业中的应用 学院：水利与建筑 班级：工程管理1404 姓名：徐田文 学号：A13140654
定位技术在精准农业中的应用 徐田文 （东北农业大学水利与建筑学院工程管理1404 徐田文 A13140654） [摘要] GPS在现代精准农业中具有核心地位，为精准农业提供实时高效准确的点位信息，为农机作业提供高效导航信息，没有GPS定位系统，现代精准农业也就无从谈起。随着精准农业向着更加精准的方向发展， GPS定位系统将会得到更加普遍的应用，将在现代化农业中起到愈加主导的作用。 [关键词] GPS 精准农业应用 1.GPS简介及其定位原理 1.1 GPS定义 利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了数字经济的发展。 1.2 GPS发展 GPS的前身是美国军方研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit)，1958年研制，1964年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的
巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。 为此，美国海军研究实验室(NRL)提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km 高度的全球定位网计划，并于1967年、1969年和1974年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS精确定位的基础。而美国空军则提出了621-B的以每星群4到5颗卫星组成3至4个星群的计划，这些卫星中除1颗采用同步轨道外其余的都使用周期为24h的倾斜轨道，该计划以伪随机码(PRN)为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是GPS得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提供全球定位而设计的，所以1973年美国国防部将2者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局(JPO)领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。 最初的GPS计划在美国联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上，然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在互成60度的6条轨道上。这也是GPS卫星所使用的工作方式。 GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。民用的定位精度可达10米内。 1.3 GPS原理及方法 1.3.1原理 GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合
传感器在农业上的应用 传感器就是指能感受被测量, 并可按一定的规律转换成可用信号输出 (通常为电信号)的器件装置, 它是获取信息的重要工具。传感器可以测量各种量, 任何一个信息系统和控制系统都离不开传感器。近年来, 随着高科技的深入发展, 传感器的应用领域越来越广, 下面介绍一下传感器在农业中的应用。 1 、传感器在农业机械化方面的应用 机电一体化是农业机械发展的重要趋势, 同时也是农业现代化的必由之 路, 而传感器技术又是机电一体化的关键技术之一。改造传统的农业机械离不开传感器, 发展现代化的农业机械更需要大量的传感器。由此可见, 传感器在农业机械方面的应用十分广泛。近年来, 拖拉机、收割机、制米机、灌溉机等农业机械都安装使用了各种传感器, 来增加或提高其性能。例如, 美国研制推出了一种收割机割高度自动控制系统。该系统是由传感器、电子电路及液压等部分构成的。作物的高度信号由割台输送带上的物位传感器检测, 电子控制器把传感器的输 出信号经过滤波后转换成升高、降低或继续保持割台高度的信号, 然后驱动电磁阀, 使控制收割台的液压缸做相应的动作, 调整割台的高度。该系统在割台的两端还各装一个近地传感器, 以防割台触地。再如, 日本东洋制米机厂研制出一种可以安装在联合收割机上的用来判断、清除谷物中混进的金属等杂质的磁传感器。其工作原理是在谷物滚动的筒管周围形成高频电磁场, 利用磁传感器测量谷物滚动时引起的电磁场的变化, 通过分选器剔除谷物中的金属杂质等。 2 、传感器在培育良种方面的应用 种子是农业生产的第一环节, 应倍受重视。近年来, 生物技术、遗传工程等都成为良种培育的重要技术, 在这其中生物传感器发挥了重要的作用。例如, 西班牙的农业科学家通过生物传感器操纵种子的遗传基因, 在玉米种子里找到了 防止脱水的基因, 培育出了优良的玉米种子。此外, 监测育种环境还需要温度传感器、湿度传感器、光传感器等; 测量土壤状况需用水分传感器, 吸力传感器、氢离子传感器、温度传感器等; 测量氮磷、钾各种养分需要用各种离子敏传感器。 3 、传感器在种植方面的应用 种植是农业的基本操作。农作物的各种种植环节甚多, 在整个过程中, 可以利用各种传感器来收集信息, 以便及时采取相应的措施来完成科学种植。例 如, 美国的科研人员通过埋入土壤中的离子敏传感器来测量土壤的成分, 并通 过计算机进行数据分析处理, 从而来科学地确定土壤应施肥的种类和数量。此外, 在植物的生长过程中还可以利用形状传感器、颜色传感器、重量传感器等来监测物的外形、颜色、大小等, 用来确定物的成熟程度,以便适时采摘和收获; 可以利用二氧化碳传感器进行植物生长的人工环境的监控, 以促进光合作用的进行。例如, 塑料大棚蔬菜种植环境的监测等; 可以利用超声波传感器、音量和音
手机中的传感器 如今，智能手机在生活中已经是必不可少的了，人人都能使用手机，但我们对手机中的传感器又了解了多少呢？ 手机传感器是手机上通过芯片来感应的元器件，如温度值、亮度值和压力值等。 随着技术的进步，手机已经不再是一个简单的通信工具，而是具有综合功能的便携式电子设备。手机的虚拟功能，比如交互、游戏、都是通过处理器强大的计算能力来实现的，但与现实结合的功能，则是通过传感器来实现。 一、光线传感器 光线感应器也叫做亮度感应器，英文名称为Light-Sensor ，很多平板电脑和手机都配备了该感应器。一般位于手持设备屏幕上方，它能根据手持设备目前所处的光线亮度，自动调节手持设备屏幕亮度，给使用者带来最佳的视觉效果。例如在黑暗的环境下，手持设备屏幕背光灯就会自动变暗，否则很刺眼。 原理：光线感应器是由两个组件即投光器及受光器所组成，利用投光器将光线由透镜将之聚焦，经传输而至受光器之透镜，再至接收感应器，接收感应器将收到之光线讯号转变成电信号，此电信讯号更可进一步作各种不同的开关及控制动作，其基本原理即对投光器受光器间之光线做遮蔽之动作所获得的信号加以运用以完成各种自动化控制。 用途：通常用于调节屏幕自动背光的亮度，白天提高屏幕亮度，夜晚降低屏幕亮度，使得屏幕看得更清楚，并且不刺眼。也可用于拍照时自动白平衡。还可以配合下面的位移传感器检测手机是否在口袋里防止误触。 二、位移传感器 位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量 实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟 式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟 式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。
2.1设施农业用传感器的分类 设施农业传感器的品种较多，按其检测参数分类，主要有以下 几种； 1. 土壤温度传感器 土壤温度传感器用于检测土壤温度，一般使用的有效温度范围在10～40℃（土壤热容积较大，温度变化不是很明显），安装在作物 根部土壤中，以测量作物的生长、发育的土壤温度及浇水后土壤的 温度变动情况。根据温室或大棚长度安装2～4个不等，安装时根据 不同作物根系深度确定埋土深度。 2.空气温湿度传感器 空气温湿度传感器用于检测设施农业的空气环境温湿度，一般使用的有效温度范围在0～50℃，有效湿度范围在30～90%。大部分安 装在温室、大棚或畜禽舍中空气流通较好的遮阳处，一般根据温室、大棚或畜禽舍长度安装1～4个不等，以避免空气流通差导致的局部 小气候效应。 3.土壤水分传感器 土壤水分传感器用于检测土壤中水分含量，便于及时和适量浇灌。目前有两种表示方式，其一为容积含水量，即V/V%，其二为质量含 水量，即M/M%，大部分产品以容积含水量表示，一般有效范围在 10～70%。因不同土质能容纳水量不同，故不同土质在浇灌等量水后，所显示的容积含水量会有不同。根据温室或大棚长度安装2～4个不等，安装时根据不同作物根系深度确定埋土深度。
CO2含量传感器用于检测环境中CO2含量，便于决定是否增施气肥或需通风换气。一般以ppm为单位，有效范围在100～1000ppm之间。可以用在温室、大棚中，也可以用在密封/半密封的畜禽舍中。温室、大棚中主要检测有光照情况下CO2含量是否低于作物光合作用的最佳浓度，在畜禽舍中主要检测密封环境下CO2浓度是否超出影响畜禽能生长发育的最大浓度，以便于及时通风换气。独栋温室、大棚或畜禽舍安装1个即可。 5.NH3含量传感器 NH3含量传感器用于检测畜禽舍环境中NH3的含量，以决定是否需要通风换气和清除粪便。一般以ppm为单位，有效范围在 0~100ppm之间。养鸡场应用居多，尤其是蛋鸡场，因为鸡的消化系统不能完全消化饲料，大量蛋白质通过粪便排出后，经过复杂的化学反应转变为NH3，而NH3又是影响鸡蛋产量的关键因素，一旦NH3浓度超过一定值，蛋鸡产蛋率明显下降，甚至不产蛋，需要数周后才能恢复。一般安装1个即可。 6.光照度传感器 光照度传感器用于检测作物生长环境的光照强度，以决定是否需要遮阳或补光。单位lux（勒克司），有效范围在200～ 200000Lux。一般安装在温室、大棚中，用来检测作物生长所需要的光照强度是否满足最基本需要或是否达到作物的最佳生长状态，如与CO2传感器联合使用，可以为何时增施气肥提供参考。安装时考虑向阳并且避免被遮挡。一般安装1个即可。
精准农业技术及其应用研究 文献综述 姓名：陈泉学号： 2018111107000817 分数： 摘 要：本文综述了精准农业的核心技术及其在农业中的应用情况，指出了各项技术的应用现状，最后预测了其今后的发展方向。 关键词：精准农业；技术应用；系统 Research of Precision Agriculture Technology And Applications Reference Review Abstract：This paper review the research evolvement of precision agriculture technologyandthe application，and point out the current situationand the future developmental orientation Key words：precision agriculture；technological application；system 精准农业是指利用遥感、卫星定位系统、地理信息系统等技术，实时获取农田每一平方M或几平方M为一个小区的作物生产环境、生长状况和空间变异的大量时空变化信息，及时对农业进行管理，并对作物苗情、病虫害、伤情等的发生趋势进行分析、模拟，为资源有效利用提供必要的空间信息。在获取信息的基础上，利用智能化专家系统、决策支持系统，按每一地块的具体情况做出决策，准确地进行精准播种、精准施肥、精准喷洒农药、精准灌溉、精准收获等精准生产管理。精准农业是未来农业发展的方向，是实现农业可持续发展的主要途径。 1．精细农业技术思想和技术支撑 精准农业主要目的是通过获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素，分析影响小区产量差异的原因，采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控的“处方农作”，以实现最经济、最合理的
精准农业的概念 精准农业是当今世界农业发展的新潮流，是由信息技术支持的、根据空间变异定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，其基本涵义是根据作物生长的土壤性状，调节对作物的投入，即一方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变异，另一方面确定农作物的生产目标，进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”，调动土壤生产力，以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各类农业资源，取得经济效益和环境效益。精准农业由十个系统组成，即全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、系统集成、网络化管理系统和培训系统。其核心是建立一个完善的农田地理信息系统（GIS），可以说是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。精准农业并不过分强调高产，而主要强调效益。它将农业带入数字和信息时代，是21世纪农业的重要发展方向。 精准农业的发展历史 海湾战争后GPS技术的民用化，使得它在许多国民经济领域的应用研究获得迅速发展，使得精准农业的技术体系广泛运用于生产实践成为可能。1993-1994年，精准农业技术思想首先在美国明尼苏达州的两个农场进行试验。结果用GPS指导施肥的产量比传统平衡施肥的产量提高30%左右，而且减少了化肥施用总量，经济效益大大提高。精准农业的试验成功，使得其技术思想得到了广泛发展。 近五年来，世界上每年都举办相当规模的“国际精细农作学术研讨会”和有关装备技术产品展览会，已有上千篇关于精细农作的专题学术报告和研究成果见诸于重要国际学术会议或专业刊物。在万维网上设有多个专题网址，可及时检索到有关精细农作研究的最新信息。美、英、澳、加、德等国的一些著名大学相继设立了精细农作研究中心，开设了有关博士、硕士的培训课程。在发达国家，精细农作技术体系已实验应用于小麦、玉米、大豆、甜菜和土豆的生产管理上。1995年美国约有5%的作物面积不同程度的应用了精细农作技术，近年来又有了更为迅速的发展。在美、加、澳、欧等国，精准农业的实验研究以涉及小麦、玉米、大豆、甜菜、土豆等作物生产。不仅发达国家对精细农作的技术实践非常重视，巴西、马来西亚等国亦已开始了试验示范应用。 精准农业技术体系的实践与发展，已经引起一些国家科技决策部门的高度重视。美国国家研究委员会（National Research Council）为此专门立项对有关发展战略进行研究，经过由美国科学院、美国工程院院士组织评估，于1997年发表了一份“Precision Agriculture in the 21st Century---Geospatial and Information Technologies in Crop Management”研究报告，全面分析了美国农业面临的压力、信息技术为改善作物生产管理决策和改善经济效益提供的巨大潜力，阐明了“精准农业”技术研究的发展现状以及为信息产业和支持技术开发研究提供的机遇。精准农业在美国、英国等发达国家已经形成为一种高新技术与农业生产结合的产业，且已被广泛承认是发展持续农业的重要途径。 目前，适应精准农业技术体系应用的DGPS装置，GIS适用平台及农作物资源空间信息
精准农业的主要技术支持系统 （1）全球定位系统 （2）地理信息系统 （3）信息采集系统 （4）遥感监测系统 （5）决策支持系统 （6）智能化农业机械系统 我国用7％的耕地解决了占世界22％人口的温饱问题，但人口的增长与可耕地资源日趋减少已不可逆转。加入WTO后，农产品将面临更加严重的挑战，这一切都要求我国农业必须挖潜增效、走可持续发展道路。“精准农业”(Precision Agriculture或Precision Farming)是基于信息和知识支持的现代农业。它是将遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、计算机技术、通讯与网络技术、自动化技术等高新技术与地理学、农学、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合，实现在农业生产全过程中对农作物、土地、土壤、从宏观到微观的实时监测，以实现对农作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应的环境状况进行定期信息获取和动态分析，通过诊断和决策，制定实施计划，并在GPS与GIS集成系统支持下进行田间作业的信息化现代农业。其技术思想的核心，是按需实施，定位调控，即“处方农作”。精准农业是信息技术在现代农业生产中的直接应用，已被公认为21世纪最先进的农业技术，而精准农业管理决策支持系统是精准农业的核心所在，它集GIS、数据库、模型库、知识库、多媒体技术和农业专家系统为一体，通过GIS、作物生长模型、专家系统对GPS 数据、人工采集数据、遥感数据等多源、多维、多时空数据的分析决策，给出具体空间可视化的变量施肥、变量灌溉、病虫害管理等作业方案，以获得最大的经济收益和最小的环境污染。 2 国内外研究现状 2.1 国外现状 美国二十世纪八十年代初提出精准农业的概念和设想，九十年代初进入生产实际应用。目前美国、德国相继开发了一些农田空间信息系统如STT(Site Specific Technology) 、Farm Works将GIS的基本功能用于辅助农田管理决策。 2.2 国内现状 我国科学家在94年就提出在我国进行精准农业研究应用的建议。科技部徐冠华部长在谈发展“数字地球”时认为，“精准农业”是中国“数字地球”发展战略的切入点之一。国家在S863计划中已列入了精准农业的内容，国家计委和北京市政府共同出资在北京搞精准农业示范区。中科院也把精准农业列入知识创新工程计划，
机电一体化技术常用传感器及其原理 班级：机械设计制造及其自动化姓名： 学号：
一、传感器的分类 传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为： 1．电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2．磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的
测量。 3．光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4．电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5．电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6．半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7．谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8．电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。 另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光敏电
精准农业技术课程心得 第一次接触“精准农业”------这个名词，对于现在的我们，感觉还是很陌生很遥远，我们大部分是从农村来的孩子，在家务农根本就是靠我们祖先我们父母上一辈积累下的经验进行的，什么时候该浇水，浇多少水，什么时候该施肥，施多少，什么时候该除草等等，很大程度上依赖于生物遗传育种技术以及化肥、农药、机械动力等投入的大量增加和天气状况而实现，也可以说是靠天吃饭。这个学期段老师在课堂上总会介绍关于它的一些信息，才开始了解，之后也偶尔会跟师姐们做一些田间实验，发现他们实验栽培的面积是经过测量的，种植间距和种植密度是经过计算的，施肥量施水量是要经过称量的，这对于我们可以算是比较精确的农业生产了。实验完成后你会发现一些作物的长势，产量比你在周围田边的看到的都要好得多，这也就说明了科学栽培的方法有许多好处。传统农业劳动生产率较低，大量劳动力被束缚在农业生产过程中。 因为现在精准农业的普及还不是很广，我们在身边还未发现规模较大的一些应用，所以我们还不能亲切的感受到它的现代化，科技化。我国农业发展虽然历史悠久,经历了原始农业、传统农业、石油农业等阶段，但国内在精准农业技术的应用上尚处于起步阶段，经过段老师10个周的课程讲解，还有自己网上查了一些资料了解到一些信息，我们都知道我国是个农业大国，也是个人口大国，我们以世界百分之七的土地养活了百分之二十二的人口，这是值得我们骄傲的，我们国家领导人一直在倡导我们所谓的农业现代化，我们取得的进步大家有
目共睹，当前,我国农业发展已进入新的阶段,面临新的机遇和挑战,对农业科技的需求强烈,但是,我国传统的农业技术推广体系却存在诸多问题,我们可以发现越来越多的年轻人不喜欢呆在家务农，而喜欢到大城市去感受那种城市气息，这也就说明了就是我们满足不了当前农村发展的需要和农民的多样化需求。最近我们身边报道了许多土地污染问题，地下水污染问题很多很多，这也就直接反映了传统农业的发展在很大程度上依赖于生物遗传育种技术以及化肥、农药加而实现。虽然农业机械化大幅度地提高了农业生产率，但也遇到了土地压实、地下水及地表水污染。化肥农药过量使用等诸多问题。高能耗的管理方式导致农业生产效益低下，资源日显短缺、信息技术和人工智能术的高速发展促成了对农作物实施定位管理，根据实际需要进行变量投入等农业生产的精准管理思想，进而产生了精准农业的概念。 精准农业也称精细农业或精确农业，是20世纪80年代初发展起来的以实现农业高产、优质、高效为目的的现代农业生产模式和技术体系。它是在定位、导航的基础上，根据管理的单元的土壤特性和作物生长发育的需要，管理作物的每一个生长过程及各种农业物资的投放。最大限度地发挥土壤和作物的潜力，做到既满足作物生长发育的需要，又减少农业物资的投入，从而降低物资消耗$增加利润$保护生态环境，实现农业可持续发展。精准农业系统是一个综合性很强的复杂系统，其核心技术是(3S)，即地理信息系统（GIS），全球定位系统（GPS），遥感技术（RS），其内涵主要包括精准种子技术、精准播种技术、精准平衡施肥技术、精准灌溉技术、作物动态监控技术、精
传感器在农业种植当中的应用 传统的农业种植都是靠经验，什么时候该给农田灌溉，什么时候该施肥完全看农民的主观臆断。遇到年头不好，出现干旱情况，减产那是不可避免的。这种情况，江苏省天蓝地绿农庄在2010年之后就没有出现过，因为他们引进了传感器技术，成为江苏省第一个物联网农业示范区。据他们介绍，有了传感器技术的支撑，各种蔬菜水果的生产情况他们都了如指掌，不光节省了劳动力，还可以实现农田的远程管理。知道他们是怎么做到的吗？下面我们一起来了解一下。 蓝地绿农庄在2010年9月份就开始响应政府号召，引进传感器技术，并对其进行组网。他们在田间里布置很多温湿度传感器、光照传感器和化学传感器等等，通过这些传感器传输过来的信息，了解田间温湿度、光照和养分等情况，对蔬菜生长过程进行全程监控和数据化管理。这些传感器根据需要布置于各个位置，有点悬挂，有的放置于菜地上方，它们能读懂植物的需要，然后对他们进行组网，通过无线发射的方式，传送给办公室的计算机平台，计算机软件对数据进行分析，需要浇水的发送控制指令给系统实施浇水，哪些地方需要施肥也会现实在界面上。此外，田间还装有很多摄像头，技术人员可以进行远程监控。 用天蓝地绿农庄的主人张晓峰的话说植物也有植物的语言，只要我们能够读懂它，制定合理的方案，不要纯粹依靠经验盲目种植肯定能够获得大副增长。这套装置就是通过物联网，通过田间的传感器，监控土壤中的湿度、养分，空气中的二氧化碳、温度等信息，把植物
的语言读懂，翻译过来。 据张晓峰透露，现在农场的管理人员通过电脑、手机上网就知道农场里的信息，电脑可以设置各种参数进行报警，随时提醒管理人员进行相应操作。工作人员普遍反映种菜不像以前那么累了，只要把程序设置好，一个不熟悉种植的人都可以进行操作。 通过了解，如果一个农场进行这样的改造，每亩地的成本大约在10000元左右。但是通过改造，人工成本可以减少百分之二十，产量却可增加百分之十到十五，可以说是物有所值。另外，该装置可以增加用户体验功能，客户可以通过网络，进行选菜，可以知道该种蔬菜生长的各种指标情况，你现在动心了吗？ 总结：通过物联网和传感器技术，我们可以模拟各种蔬菜生长的条件，对其生长环境进行控制。相信将来蔬菜种植不再受地域的限制，比如重庆的朝天椒可以拿到无锡去种植，广州的香蕉可以到北京生长。每个工作人员可以管理田地范围也会进一步扩大，种植变得更精细、更智能，蔬菜的品质也将提高很多。
电容式传感器的应用实例 ——电容式传感器在手机上的应用 制作人：
摘要：随着传感器不断的发展与成熟，电容式传感器广泛应用于压力、液位、位移等各种检测中，在农业、工业等领域的发展作出突出贡献。电容式传感器作为一项前途广阔的新型技术，日益受到人们的重视。 电容式感测技术在手机触摸屏中的应用 引言 电容传感技术投入应用已长达一个世纪，它具有结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等突出的优点，具有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性。 电容式感测用户界面正作为手机中机械按键的一种实用的创新替代方案脱颖而出。虽然电容式传感器可被视作传统按键的简易替代方案，但该技术不仅仅是半球型开关的一种升级。当手机采用触摸式传感器来实现时，手机制造商在设计中可获得一种令人激动的崭新的外观感觉选择。 利用电容式传感器，手机按键，即键垫（key mat），无需移动式元件就可以实现，这样会形成平顺光滑的接触表面。此外，设计人员还可在机械按键顶端选用电容式感测，轻按会触发电容式传感器，重按则激活机械开关。 整合了这种技术的手机不仅能感测手指的位置，还能感测到手指对按键施加压力的轻重。轻按可能与电话号码簿翻页有关，重按则可能是往选定号码拨打电话。 近年来手机设计中出现的最引人注目的趋势之一是电容式传感器和透明导体的结合。这种透明键垫为设计人员提供了许多具创造性的选择。 手指电容 所有电容式触摸传感系统的核心部分都是一组与电场相互作用的导体。在皮肤下面，人体组织中充满了传导电解质(一种有损电介质)。正是手指的这种导电特性，使得电容式触摸传感成为可能。
北斗精准农业解决方案 一、精准农业现状 我国是一个农业大国，又是一个自然灾害多发的国家，农作物种植在全国范围内都非常广泛，农业信息化，智慧化是国民经济和社会信息化的重要组成部分，是农业发展的必然阶段，是新时期农业和农村发展的一项重要任务，是实现国民生计的大事。以农业信息化带动农业现代化，对于促进国民经济和社会持续、协调发展具有重大意义。进一步加强农业信息化建设，通过信息技术改造传统农业、装备现代农业，通过信息服务实现小农户生产大市场的对接，已经成为农业发展的一项重要任务。 精准农业是当今世界农业发展的新潮流，是由信息技术支持的、根据空间变异定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，其基本涵义是根据作物生长的土壤性状，调节对作物的投入，即一方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变异，另一方面确定农作物的生产目标，进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”，调动土壤生产力，以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各类农业资源，取得更好经济效益和环境效益。 精准农业在我国还处于起始阶段，但精准农业的理念和技术投入应用，已经显示出很多优越性，可以省种、省工，提高水肥的利用率，增加经济收入，精准农业技术将在现代农业管理和技术上发挥重要的作用。用精准农业技术理论与原则改造传统农业，发展中国精准农业技术，是未来农业发展的重要趋势。 二、精准农业的体系结构 1．全球定位系统 精准农业广泛采用了全球定位系统用于信息获取和实施的准确定位。为了提高精度广泛采用了“差分校正全球卫星定位技术”。它的特点是定位精度高，根据不同的目的可自由选择不同精度的全球定位系统。 2．地理信息系统GIS 精准农业离不开GIS的技术支持，它是构成农作物精准管理空间信息数据库的有力工具，田间信息通过GIS系统予以表达和处理，是精准农业实施的重要。 3．遥感系统RS 遥感技术是精准农业田间信息获取的关键技术，为精准农业提供农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异信息的技术要求。 4、作物生产管理专家决策系统 它的核心内容是用于提供作物生长过程模拟、投入产出分析与模拟的模型库；支持作物生产管理的数据资源的数据库；作物生产管理知识、经验的集合知识库；基于数据、模型、知识库的推理程序；人机交互界面程序等。 5、田间肥力、墒情、苗情、杂草及病虫害监测及信息采集处理技术设备。 6、自动农业机械驾驶技术。如带产量传感器及小区产量生成图的收获机械；自动控制精密播种、施肥、喷药机械等等。 近几年来，美国、欧洲一些技术先进的农场在精细农业方面已经进入普及规模的实施阶段。有的农场将遥测传感器装置、北斗仪器、微型计算机以及化肥、杀虫剂等全都装在拖拉