Im Zuge des Wandels von der traditionellen Landwirtschaft zur intelligenten Landwirtschaft ist „präzise Wahrnehmung“ eine entscheidende Voraussetzung für die Erzielung hochwertiger-Qualitäts- und-Ertragskulturen sowie eine effiziente Ressourcennutzung. Die Kernkomponente, die den stabilen Betrieb und die präzise Datenübertragung verschiedener landwirtschaftlicher Sensoren unterstützt, ist die intelligente Landwirtschaftssensorplatine. Obwohl es keinen direkten Kontakt mit Boden und Nutzpflanzen hat, ist es wie das „Nervenzentrum“ von Sensoren, das mit wichtigen Verbindungen wie der Umweltüberwachung und der Wahrnehmung des Wachstumszustands verbunden ist und zu einem wichtigen Eckpfeiler für die Förderung der landwirtschaftlichen Produktion von „erfahrungsgesteuert“ zu „datengesteuert“ wird.
1, Anpassung an verschiedene landwirtschaftliche Szenarien und Erfüllung unterschiedlicher Wahrnehmungsbedürfnisse
Die Kernanforderung einer intelligenten Landwirtschaft besteht darin, Echtzeit- und genaue Schlüsseldaten in der landwirtschaftlichen Produktionsumgebung zu erhalten, und die funktionalen Unterschiede von Sensoren in verschiedenen Szenarien haben unterschiedliche Anforderungen an die Anpassungsfähigkeit von Leiterplatten gestellt. Im Feldanbauszenario erfordern Sensoren zur Überwachung der Bodentemperatur, der Luftfeuchtigkeit, des pH-Werts und der Leitfähigkeit Leiterplatten mit hervorragender Beständigkeit gegen Bodenkorrosion und Feuchtigkeit. Da Sensoren oft unter der Erde oder nahe der Oberfläche vergraben sind, muss die Leiterplattenoberfläche mit einer speziellen Beschichtung behandelt werden, um Kurzschlüsse durch Salz- und Feuchtigkeitsinfiltration im Boden zu vermeiden. Gleichzeitig wird die stabile Verbindung zwischen dem Datenerfassungsmodul und dem drahtlosen Übertragungsmodul sichergestellt, um sicherzustellen, dass Bodendaten in Echtzeit auf die Cloud-Plattform hochgeladen werden können.
In der Agrarlandwirtschaft (z. B. Gewächshäusern) sind die Einsatzszenarien von Sensorleiterplatten komplexer. Bei Sensoren für Lufttemperatur und -feuchtigkeit, Kohlendioxidkonzentration und Lichtintensität muss sich die Leiterplatte an die Integrationsanforderungen mehrerer Module anpassen: Sie muss hochpräzise Erkennungschip-Signalverarbeitungsschaltkreise enthalten, mit drahtlosen Kommunikationsmodulen mit geringem Stromverbrauch wie Bluetooth und LoRa kompatibel sein und außerdem über geringe Leistungsmerkmale verfügen. - Die meisten Gewächshaussensoren sind auf eine Batteriestromversorgung angewiesen. Durch die Optimierung des Leiterplattenschaltkreislayouts kann der Energieverbrauch effektiv gesenkt, der Lebenszyklus der Geräte verlängert und die Kosten für manuelle Batterien gesenkt werden Ersatz. In der Vieh- und Geflügelzucht muss die Sensorplatine, die zur Überwachung der Ammoniakkonzentration und der Luftqualität im Zuchtstall verwendet wird, auf ihre Beständigkeit gegen chemische Korrosion achten, Schäden an der Platine durch reizende Gase wie Ammoniak vermeiden und die Kontinuität der Überwachungsdaten sicherstellen.
Darüber hinaus müssen im Bereich der Aquakultur Sensorplatinen zur Überwachung der Wassertemperatur, des gelösten Sauerstoffs und der Trübung auch eine wasserdichte Dichtungsleistung aufweisen. Die Platine teilweise eingetauchter Sensoren muss eine dichte, wasserdichte Struktur mit dem Gehäuse bilden. Gleichzeitig wird ein spezielles Schaltungslayout verwendet, um elektromagnetische Störungen vom Wasserkörper auszugleichen, um die Genauigkeit der Wasserqualitätsdaten sicherzustellen und eine zuverlässige Grundlage für die Regulierung der Wachstumsumgebung von Wassertieren zu schaffen.
2. Technische Funktionen unterstützen die landwirtschaftliche Produktion und verbessern die Datenzuverlässigkeit und -stabilität
Die technischen Eigenschaften intelligenter Landwirtschaftssensorplatinen bestimmen direkt die Leistung des Sensors in komplexen landwirtschaftlichen Umgebungen, und seine Hauptvorteile spiegeln sich hauptsächlich in drei Aspekten wider: Anti-Fähigkeit, Anpassungsfähigkeit an die Umgebung und Effizienz der Signalübertragung.
In der landwirtschaftlichen Produktionsumgebung gibt es eine Vielzahl elektromagnetischer Störquellen, beispielsweise der Motorbetrieb landwirtschaftlicher Maschinen und die Strahlung von Hochspannungsleitungen. Wenn die Anti-Interferenz-Fähigkeit der Leiterplatte nicht ausreicht, führt dies zu Abweichungen bei den von den Sensoren erfassten Daten. Aus diesem Grund verwenden intelligente Leiterplatten für Landwirtschaftssensoren üblicherweise die Technologien „Erdungsisolation“ und „Abschirmschichtabdeckung“: Durch die Trennung der Erdungsanschlüsse des Signalkreises und des Stromkreises werden die Auswirkungen von Leistungsschwankungen auf die Signalerfassung vermieden; Gleichzeitig ist die Oberfläche der Leiterplatte mit einer Metallabschirmschicht versehen, die das Eindringen externer elektromagnetischer Strahlung verhindert und so die Genauigkeit der Erfassung wichtiger Daten wie Bodentemperatur, Luftfeuchtigkeit und Kohlendioxidkonzentration gewährleistet, um den Anforderungen einer präzisen Regulierung in der landwirtschaftlichen Produktion gerecht zu werden.
Im Hinblick auf die Anpassungsfähigkeit an die Umgebung müssen intelligente Leiterplatten für Landwirtschaftssensoren extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen, niedrigen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit und starker ultravioletter Strahlung standhalten. In Nordchina beispielsweise ist die Temperatur auf den Feldern im Winter niedriger und im Sommer im Gewächshaus höher. Das für Leiterplatten verwendete Substrat, wie z. B. FR-4-modifiziertes Material, muss einen großen Temperaturtoleranzbereich aufweisen, um sicherzustellen, dass es bei extremen Temperaturen nicht zu Problemen wie Substratrissen oder Ablösen der Lötstelle kommt. Gleichzeitig besteht die Lötstopplackschicht der Leiterplatte aus hochtemperaturbeständiger und UV-beständiger Tinte, um eine Alterung der Lötstopplackschicht durch langfristige Sonneneinstrahlung zu verhindern und die Lebensdauer des Sensors zu verlängern.
Die Effizienz der Signalübertragung ist der Schlüssel zur Gewährleistung einer Echtzeitregulierung der landwirtschaftlichen Produktion. Die intelligente Agrarsensorplatine optimiert das Schaltungslayout, verkürzt den Signalübertragungsweg und reduziert die Signaldämpfung. Beispielsweise verwendet die Platine zwischen dem drahtlosen Übertragungsmodul und dem Datenerfassungsmodul eine Verkabelungsmethode mit „kurzem Weg und niedriger Impedanz“, die eine schnelle Übertragung der vom Sensor erfassten Daten an die Cloud-Plattform ermöglicht. Landwirte können die Daten in Echtzeit über eine mobile App einsehen und die Bewässerungsmenge, die Düngemenge oder den Belüftungsstatus des Gewächshauses entsprechend den Datenänderungen zeitnah anpassen und so eine dynamische und genaue Verwaltung der landwirtschaftlichen Produktion erreichen.