引言
農(nóng)業(yè)是世界各地食物的主要來源。它不僅為許多行業(yè)提供食物和原材料,，還能夠大大促進所有國家的GDP增長和經(jīng)濟增長,。此外，它還是許多國家的主要收入來源,。
隨著城市化的發(fā)展,、天氣的變化和人口的增加，農(nóng)業(yè)部門面臨著諸多挑戰(zhàn),。亟需增加單位面積的產(chǎn)量,。由于對資源、肥料和農(nóng)藥的無節(jié)制使用,，傳統(tǒng)的耕作方式導致了農(nóng)田退化,。
智能農(nóng)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增加,，智能農(nóng)業(yè)同樣非常重要。
智能耕作不僅對農(nóng)作物非常重要,，還對牲畜也有著重要的意義,。技術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(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）由傳感器、處理,、連接,、網(wǎng)關和云解決方案構成，這些解決方案根據(jù)具體用例進行工作優(yōu)化,。
物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)用例中的作用
作物監(jiān)測
為了獲得最大的作物生產(chǎn)力,，需要對土壤和環(huán)境的濕度和溫度進行監(jiān)測。重要的是,，不僅要對絕對濕度和溫度進行監(jiān)測,，還要對短時間和長時間的變化進行監(jiān)測。該數(shù)據(jù)可以和作物的理想狀況相關聯(lián),。這種監(jiān)測還有助于確定需要使用農(nóng)藥和肥料的時間和用量,，以便最大限度地減少其用量。
溫室
隨著對各種水果和蔬菜的需求的不斷增長，為特定類型的植物的生長和繁茂創(chuàng)造理想的條件,，變得非常重要,。支持物聯(lián)網(wǎng)的溫室可以進行環(huán)境條件監(jiān)測并作出調(diào)整，以避免任何偏差,。
遠程灌溉
遠程灌溉是下一步監(jiān)測舉措,，其中根據(jù)土壤以及環(huán)境溫度和濕度進行灌溉控制。支持物聯(lián)網(wǎng)的灌溉系統(tǒng)不僅可以節(jié)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(jù)土壤濕度確定是否需要灌溉,，而不是根據(jù)預設或預定的間隔進行灌溉,。
牲畜監(jiān)測
在支持物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)場中，對綿羊,、豬,、雞、牛等牲畜進行健康監(jiān)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(jiān)測其體溫和活躍度,。對于溫度異常的牲畜，可以進行隔離并提供醫(yī)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,，還與產(chǎn)出質(zhì)量相關,。活躍牛只的產(chǎn)奶量要多于懶散牛只的產(chǎn)奶量,。
支持物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)場還會對飼養(yǎng)牲畜的環(huán)境進行監(jiān)測,，以確保其具備適當?shù)纳顥l件。
地理圍欄
在大型農(nóng)場中,，可以允許牲畜在自然條件下放養(yǎng)和生存,。在不對牲畜進行鎖定的情況下，重要的是要確保其安全性,，并確保其不會遠離農(nóng)場,。因此，需要使用支持GPS的跟蹤器對其進行監(jiān)測,。跟蹤器包括用于監(jiān)測其運動的運動傳感器,，和支持GPS的地理圍欄，以便在牲畜離開指定區(qū)域時發(fā)出警報。
支持物聯(lián)網(wǎng)的智能農(nóng)業(yè)的架構
在農(nóng)業(yè)中使用的典型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括以下模塊
-傳感器
-信號調(diào)節(jié)
-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,，能夠滿足上述各種模塊的需求,。在本文中，我們將重點介紹構成所有物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)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(tǒng)的基礎。
-加速度計用于檢測運動,、活動水平,、農(nóng)場侵入等。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行選擇,，甚至具有優(yōu)化功率的自動睡眠和喚醒功能。
-濕度和溫度傳感器用于土壤監(jiān)測,、環(huán)境空氣監(jiān)測和牲畜健康監(jiān)測,。這些傳感器為農(nóng)業(yè)用例中物聯(lián)網(wǎng)的可實施性提供了數(shù)據(jù)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,，可通過數(shù)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(jié)構,，能夠檢測相對濕度的變化,。STTS22H是一種超低功耗高精度數(shù)字溫度傳感器，在整個工作溫度范圍內(nèi)都具有高性能,。STTS22H是一種帶隙溫度傳感器,，可單個ASIC中集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理邏輯和I?C/ 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口來檢測壓力,，壓力傳感器還容易受到水和化學物質(zhì)的污染,。因此，需要一種能夠免受氯和溴等化學物質(zhì)的影響的壓力傳感器,。LPS33HW即為此類傳感器,，具有O形圈，耐水性高達10巴（最大深度為90米）,，并且不受上述化學物質(zhì)和鹽的影響,。
連接
對于農(nóng)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(nèi)監(jiān)測,，首選短程射頻（RF）技術,，如Bluetooth、BLE和Wi-Fi,，因為這些技術可以從傳感器節(jié)點收集數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到網(wǎng)關,，以便進行下一步傳輸。對于大型農(nóng)場的監(jiān)測,，首選遠程技術,，如GPRS和LPWAN（如Sigfox），因為這些技術直接可實現(xiàn)與電信基礎設施的連接,。BLE Mesh和6LowPan等Mesh技術可以擴大短程通訊技術的通訊距離,，使其適于在室外使用。
-功耗：大多數(shù)農(nóng)業(yè)用例均通過非充電電池供電,，因此,，與功耗高上數(shù)倍的Wi-Fi、藍牙和GPRS相比,，應當首選BLE,、RF subGhz和LPWAN（如Sigfox）等技術。
因此,，在本文中,，我們將對BLE和subGhz進行重點介紹，因為這二者似乎是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中最適用的連接技術,。
低功耗藍牙[BLE]是一種無線個人局域網(wǎng)[WLAN]技術,，在實現(xiàn)設備與智能手機互聯(lián)時，其電流消耗量僅為傳統(tǒng)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BLE（低功耗藍牙）設備連接到Mesh網(wǎng)絡中,，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)絡直接通訊距離以外的設備也可以實現(xiàn)連接。
意法半導體的BlueNRG-2是一款通過BLE 5.0認證的超低功耗藍牙SoC,，可提供與傳感器的無縫連接,、支持 Privacy 1.2以及Secure Connection 4.2，最大輸出功率為8dBm,，可以實現(xiàn)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）技術是連接領域的另一項革新,，這種技術能夠以極低的功耗實現(xiàn)數(shù)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,，能夠以極低的電流消耗,，實現(xiàn)全球云或長距離連接。
為了能夠在同一套方案中同時實現(xiàn)短距離和長距離,，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無線通訊技術整合到一個通用解決方案中。雙無線通訊技術的使用可通過Sigfox提供長距連接,，并能使用BLE實現(xiàn)與智能手機的連接,。智能手機與Sigfox設備連接后，可以通過所支持的用戶界面(UI), 實現(xiàn)空中固件升級(OTA),，以及直接進行配置與控制等其他功能,。
邊緣智能
物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)應用中的最重要的一個方面，是能夠分析單個農(nóng)作物或牲畜的數(shù)據(jù),，并將其與實際生產(chǎn)力相關聯(lián),。人工智能采用的是一組自然啟發(fā)式計算方法，而機器學習是指使機器能夠識別基本模式,，以便通過數(shù)據(jù)分析做出預測和建議的技術,。但是，由于支持IoT的農(nóng)業(yè)設備數(shù)量眾多,，因此,，從傳感器發(fā)送到云的原始數(shù)據(jù)要求不斷擴大所需的數(shù)據(jù)帶寬和云中計算能力。
當某些分析靠近感測節(jié)點或處于邊緣時,，可以有效利用人工智能,。邊緣計算可實現(xiàn)數(shù)據(jù)隱私，降低帶寬要求以及云計算要求,。邊緣計算是指在節(jié)點本身進行智能感測和處理,，因此這些設備的選擇非常重要。智能節(jié)點可以分析數(shù)據(jù),，運行傳感器算法,，估計上下文，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到云以進行進一步處理,。
結(jié)論
農(nóng)業(yè)是所有社會的重要支撐,，但隨著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(nóng)業(yè)有助于實現(xiàn)所期望的結(jié)果，并可以協(xié)助做出明智決策,。隨著超低功耗精密技術的出現(xiàn),，現(xiàn)在可以將所有可能的農(nóng)作物和牲畜與物聯(lián)網(wǎng)連接起來,。要成功實現(xiàn)這一點，需要與合適的合作伙伴和技術領導者開展合作,。意法半導體是全球物聯(lián)網(wǎng)客戶的首選,，能夠讓客戶從其推出的尖端技術中獲益匪淺。