即中央一號文件特別指出大力推進(jìn)數(shù)字鄉(xiāng)村建設(shè)，推進(jìn)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(shí)現(xiàn)方法，從而引入了農(nóng)業(yè)智能傳感器的應(yīng)用和當(dāng)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(jìn)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(biāo)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(jìn)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(fù)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)。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(jìn)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(jī)，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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)對植物徑流的無損在線實(shí)時監(jiān)測。智能傳感器技術(shù)更是實(shí)現(xiàn)無土栽培監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵，溫、濕度、光強(qiáng)、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(shí)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(jìn)程和數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策平臺，其中，智能傳感器實(shí)時收集多目標(biāo)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(fèi)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(jì)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(zhǔn)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(jì)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(shí)現(xiàn)群養(yǎng)母豬飲水頻率監(jiān)測準(zhǔn)確率100%，還具有實(shí)時遠(yuǎn)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(jì)出監(jiān)控群養(yǎng)豬行為的智能傳感器，實(shí)現(xiàn)疑似患病病豬的自動識別。
