即中央一號文件特別指出大力推進數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)，推進智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展。隨著智慧農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和對農(nóng)業(yè)智能傳感器需求的日益增長，農(nóng)業(yè)智能傳感器的中國智造發(fā)展已不容遲緩。本文首先闡述了智能傳感器的概念、特征和實現(xiàn)方法，從而引入了農(nóng)業(yè)智能傳感器的應(yīng)用和當前我國農(nóng)業(yè)智能傳感器的挑戰(zhàn)與措施。隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及以及科學(xué)水平的提高，智慧農(nóng)業(yè)開始崛起，全國各地也開始大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，智慧農(nóng)業(yè)依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)促進了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域自動化、智能化、便利化的發(fā)展。農(nóng)業(yè)智能傳感器由此被逐漸重視，開始在農(nóng)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色。
作為信息化時代感知層的關(guān)鍵技術(shù)，智能傳感器在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍十分廣闊。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，多目標監(jiān)測需求下，通常需要多個傳感器單元，高度智能化下控制單元具備對傳感器數(shù)據(jù)進行數(shù)字轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲等功能，通信單元作為農(nóng)業(yè)智能傳感器與外界通信的接口，負責(zé)與外部網(wǎng)絡(luò)的信息交互。在智慧農(nóng)業(yè)背景下，配套的智能算法更是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)傳感器智能化的關(guān)鍵。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有多樣性，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的智能傳感器逐漸發(fā)展形成一個種類繁多的技術(shù)領(lǐng)域。根據(jù)農(nóng)業(yè)智能傳感器檢測對象的不同，大致分為：3.食品品質(zhì)與安全智能傳感技術(shù)
生命信息智能傳感技術(shù)是指對動植物生長過程中的生長信息和生理信息進行感知的智能傳感技術(shù)。植物生長信息和生理信息的檢測傳感器主要包括植物莖稈直徑、植物徑流、植物葉片葉綠素含量、植物葉片厚度、植物歸一化植被指數(shù)等智能傳感器。動物生命信息的檢測傳感器主要包括動物行為、呼吸、脈象、體溫等智能傳感器。
環(huán)境信息智能傳感器技術(shù)是指對動植物生存所需的環(huán)境要素進行監(jiān)測的智能傳感技術(shù)。環(huán)境信息智能傳感器主要包括土壤類、氣象類、水體類、畜禽類等智能傳感器。土壤類智能傳感器應(yīng)用于土壤溫濕度、電導(dǎo)率、酸堿度、氮磷鉀養(yǎng)分、農(nóng)藥含量等監(jiān)測。氣象類智能傳感器應(yīng)用于環(huán)境溫濕度、氧氣濃度、二氧化碳濃度、氨氣濃度、光照度等監(jiān)測。水體類智能傳感器應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖水體溫度、酸堿度、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度等監(jiān)測。低成本、小型化、高精度、多參數(shù)、壽命長以及集成感知的環(huán)境信息智能傳感器是目前環(huán)境信息智能傳感技術(shù)的研究重點。畜禽類智能傳感器應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖環(huán)境中溫度、濕度、氨氣、硫化氫、二氧化碳、二氧化硫、光照等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測與調(diào)控。
農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全智能傳感技術(shù)是指對新鮮果蔬、果汁、食品、農(nóng)副產(chǎn)品等品質(zhì)與安全監(jiān)測的智能傳感技術(shù)，主要包括嗅覺、味覺、視覺、聽覺等智能傳感技術(shù)。嗅覺智能傳感技術(shù)應(yīng)用于新鮮果蔬品質(zhì)的成熟度、新鮮度、腐敗度等無損檢測。味覺智能傳感技術(shù)應(yīng)用于果蔬汁制品味道、成分、添加劑等監(jiān)測。視覺智能傳感技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品分級、外部品質(zhì)、受損情況等監(jiān)測。聽覺智能傳感技術(shù)應(yīng)用于果蔬內(nèi)部品質(zhì)缺陷、水果硬度等監(jiān)測。植物的含水率、葉綠素、植物徑流、植物葉片厚度、植物莖稈直徑等代表植物生長和生理信息，其檢測/監(jiān)測有助于獲取植物的生長和生理狀態(tài)，對植物的生長進行評價，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)建議。目前對植物生長和生理信息采集主要采用的是基于光學(xué)的智能傳感器技術(shù)。中國有研究人員采用光學(xué)傳感器配合STC12C5A60S2單片機，研發(fā)出植物葉片葉綠素含量檢測儀，具有便攜、無損測量、可視化、測量誤差小的優(yōu)點，測量響應(yīng)時間小于2s。有學(xué)者以近紅外光譜分析技術(shù)為基礎(chǔ)，采用AT89C52作為控制核心，使用TCL7135實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，設(shè)計出便攜式的玉米葉片含水率檢測儀，測量誤差小于0.2%，裝置體積小、測量精度高和穩(wěn)定性好。浙江大學(xué)智能生物產(chǎn)業(yè)裝備創(chuàng)新團隊采用自主研制可穿戴的柔性植物徑流傳感器，結(jié)合無線通信模塊，實現(xiàn)對植物徑流的無損在線實時監(jiān)測。智能傳感器技術(shù)更是實現(xiàn)無土栽培監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵，溫、濕度、光強、PH值、營養(yǎng)液濃度、二氧化碳傳感器等集成，加載無線傳感器網(wǎng)路和智能算法便可實現(xiàn)，便于使研究者獲取無土栽培關(guān)鍵參數(shù)。對動物的體溫、行為、呼吸、血壓等動物生長和生理信息的監(jiān)測，有助于對動物生長發(fā)育狀態(tài)做出客觀評價，尤其是識別動物的特殊狀態(tài)（如患病癥狀），可及時采取有效應(yīng)對措施來降低損失。現(xiàn)代智能傳感器具有高效率和低成本的優(yōu)勢，相較于傳統(tǒng)的人工觀察，對現(xiàn)代大規(guī)模養(yǎng)殖工廠更具有應(yīng)用價值。
加拿大Shayan Sharif等智慧畜禽管理的關(guān)鍵在于智能傳感器、農(nóng)場管理自動化進程和數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策平臺，其中，智能傳感器實時收集多目標畜禽操作參數(shù)，也是智慧畜禽管理的核心環(huán)節(jié),智慧畜禽管理系統(tǒng)的使用有助于有效預(yù)防畜禽疾病，同時為消費者提供透明的肉類產(chǎn)品生產(chǎn)過程。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)研究人員利用微控制器、無線通信模塊和振動、姿態(tài)、溫度傳感器設(shè)計出一套監(jiān)測奶牛發(fā)情行為的智能傳感器，用來監(jiān)測奶牛行走步數(shù)、靜臥時間、行走時間和體表溫度，建立上述四個參數(shù)與奶牛發(fā)情概率的學(xué)習(xí)向量量化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可以準確快速的判斷出奶牛是否處于發(fā)情狀態(tài)和預(yù)測奶牛發(fā)情日期。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)采用紅外線、水流量、射頻識別傳感器，STM32微控制器和ZigBee無線通信模塊設(shè)計出監(jiān)測母豬飲水行為的智能傳感器及管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)群養(yǎng)母豬飲水頻率監(jiān)測準確率100%，還具有實時遠程監(jiān)測功能。浦雪峰等人采用圖像傳感器、三星S3C2410、通用無線分組業(yè)務(wù)無線通信模塊設(shè)計出監(jiān)控群養(yǎng)豬行為的智能傳感器，實現(xiàn)疑似患病病豬的自動識別。
