日本农业IoT新突破，世界首款多功能土壤传感单芯片亮相

    日本半导体厂商研发出世界首款多功能土壤感测单晶片，整合土壤酸硷值、导电率和温度3种感测功能，不只能用于等农业IoT，甚至也可做为防灾环境监控应用



日本神奈川县一家以晶片研发为主的半导体厂商Lapis Semiconductor，在日本横滨IoT Technology 2015 and Machmaking Program展览上，展出了世界首款多功能土壤感测单晶片，不只能用于农业IoT，甚至也可做为防灾环境监控应用，获得该展览年度最优秀IoT科技大赏。（图片来源／iThome）


【日本横滨直击】日本农业IoT晶片技术有新突破。日前， 来自日本神奈川县一家以晶片研发为主的半导体厂商Lapis Semiconductor，在日本横滨IoT Technology 2015 and Machmaking Program展览上，展出了世界首款多功能土壤感测单晶片，在面积只有5 × 5平方公厘的单晶片大小内，整合酸硷值（pH）、导电率（EC）和温度的感测功能，克服了不同感测器讯号干扰的挑战，而且不只能用于农业IoT，甚至也可做为防灾环境监控应用。这项新IoT晶片技术更一举获得该展览年度最优秀IoT科技大赏。

世界首款多功能土壤感测单晶片

由Lapis这家半导体公司推出的这款环境土壤感测器，在外观设计类似于一般市售的酸硷值检测计，不过，在这个IoT土壤感测装置内，主要嵌入了由Lapis所开发的土壤感测单晶片，在比1元硬币还小的单晶片内整合土壤酸硷值、导电率和温度3种土质感测功能。

过去以来，农地土壤品质好坏，很大程度是与土壤酸硷值和导电率有相当关联，过高或过低的酸硷浓度和导电率都不利于农作物生长。然而，以往如果要获得精确的土壤检测，往往得经过繁琐的流程步骤，像是得先采集部分土壤，再送交到由政府或民间设立的农改场， 得由专门人员以检测计实施检验后，再将结果寄送通知，等到申请者收到通知后，往往旷日费时。

而当改成直接在土壤内安插土壤感测器的方式，只要将装有感测器装置前端埋入土壤中，就可以开始追踪监测，不只是省去过去复杂的检验步骤，甚至可做到每分钟量测土壤的酸硷值、含水量和温度变化。

此外，根据Lapis官网的说明，不同于常见酸硷值检测方式是采取玻璃电极， 来测量溶液酸硷值的作法，每次量测时都得要采集土壤才能开始检测， 这款土壤感测器则采用离子感测场效电晶体（Ion-Sensitive Field Effect Transistor，ISFET），来做为土壤酸硷度量测，甚至在晶片测量表面也以亲水性物理薄膜构成，可通过电极表面优化，来提高量测的精准度。

 



在这个比1元硬币还小，面积只有5×5平方公厘的环境土壤感测单晶片内，同时整合土壤酸硷值、导电率和温度3种土质感测功能，克服了不同感测器讯号干扰的挑战。

 



这些从土壤感测器搜集到的数据资料，会结合另一个Lazurite硬体模组，透过其内建的RF无线收发器，来把资料回传至后端云端平台分析使用。该模组也具有低功耗特色，只要2个3号电池，就可使用长达1年，亦可支援160∼960MHz的无线RF频段。在铺设土壤感测器后，可从每月降水量与土质酸硷及导电率的关联性，找出改善农作物生长的崭新作法。

 

不只农业能用，还可做为防灾环境监控应用

该公司还推出的另一款Lazurite硬体模组，而从这些土壤感测器搜集到的数据资料，都会经由该模组内建的低功耗RF无线收发器LSI，将资料回传至后端的云端平台，做为持续性追踪和资料分析之用。这个Lazurite模组也具有低功耗特色，只要2个3号电池，就可使用长达1年，而在资料传送上亦可支援160∼960MHz的无线RF频段。

Lapis商业开发部专案经理渡边实表示，每一个土壤环境感测器可量测周围约5∼10公分范围内的土质数据，当在农地铺设这些土壤感测器后，经过长期追踪和分析以后，将有助于了解每月当地降水量与农地土质酸硷及导电率之间的关联性，从中找出改善不利于农作物环境生长的崭新作法。

例如，可从土壤温度和导电率变化，来决定灌溉浇水或施肥的最佳时机，或是依照每个时期所量测到的土壤酸硷值，来选择最合适种植的作物等。甚至，还可从降水量而导致土壤导电率数值的变化，进一步做为防灾环境监控，例如防范山坡地土石流爆发等。不过，目前这款IoT土壤环境感测器仍在开发测试阶段，未来也可望加以商品化推出。

台湾也纷纷抢进农业IoT应用市场

不只有日本业者在农业结合IoT，台湾厂商也纷纷抢进农业IoT应用市场， 像是智上科技这家IoT新创公司，在日前微软Azure物联网应用展上，就展出了最新智慧农业IoT应用，透过在种植蔬果的区域范围安装感测器后，可取得各项环境数据情报，例如可用于量测天气变化、二氧化碳浓度、土壤养分吸收和温湿度等数据，这些数据资料都会传送至Azure云端平台加以分析，来改善农作照料情况，例如自动提醒农夫何时该去浇水、施肥或开启照明设施等。

另外，台湾老字号家电业者大同公司为了进军健康产业，也在其最新打造完成的植物工厂内设置有大量感测器装置，可随时监测厂内各类种植蔬菜的环境变化，包括室内温度、湿度、二氧化碳浓度、土壤导电率、酸硷值，甚至是水槽水位高低等，这些搜集到的环境感测数据并会统一由一套环境监控系统来集中管理，包括汇整成历史资料、操作历程、异常履历等。

而一旦这套环境系统侦测到工厂内环境数据有发生异常时，就会自动发出警示讯号，并会以简讯及电子邮件通知厂内管理人员，尽快将异常状况排除，而管理人员也能直接从平板或手机上，来追踪每日环境监控数据变化，随时做最佳化的环境调整。

 



近年来，台湾厂商也纷纷跨入农业IoT市场。像是智上科技透过在种植蔬果的区域范围架设感测器，取得各项环境数据情报，可用于测量天气变化、二氧化碳浓度、土壤温湿度等数据，并传送至Azure云端平台分析，改善农作照料情况。