日本農業IoT技術新突破，世界首款多功能土壤感測單晶片亮相

【日本橫濱直擊】日本農業IoT晶片技術有新突破。日前， 來自日本神奈川縣一家以晶片研發為主的半導體廠商Lapis Semiconductor，在日本橫濱IoT Technology 2015 and Machmaking Program展覽上，展出了世界首款多功能土壤感測單晶片，在面積只有5 × 5平方公釐的單晶片大小內，整合酸鹼值（pH）、導電率（EC）和溫度的感測功能，克服了不同感測器訊號干擾的挑戰，而且不只能用於農業IoT，甚至也可做為防災環境監控應用。這項新IoT晶片技術更一舉獲得該展覽年度最優秀IoT科技大賞。

世界首款多功能土壤感測單晶片

由Lapis這家半導體公司推出的這款環境土壤感測器，在外觀設計類似於一般市售的酸鹼值檢測計，不過，在這個IoT土壤感測裝置內，主要嵌入了由Lapis所開發的土壤感測單晶片，在比1元硬幣還小的單晶片內整合土壤酸鹼值、導電率和溫度3種土質感測功能。

過去以來，農地土壤品質好壞，很大程度是與土壤酸鹼值和導電率有相當關聯，過高或過低的酸鹼濃度和導電率都不利於農作物生長。然而，以往如果要獲得精確的土壤檢測，往往得經過繁瑣的流程步驟，像是得先採集部分土壤，再送交到由政府或民間設立的農改場， 得由專門人員以檢測計實施檢驗後，再將結果寄送通知，等到申請者收到通知後，往往曠日費時。

而當改成直接在土壤內安插土壤感測器的方式，只要將裝有感測器裝置前端埋入土壤中，就可以開始追蹤監測，不只是省去過去複雜的檢驗步驟，甚至可做到每分鐘量測土壤的酸鹼值、含水量和溫度變化。

此外，根據Lapis官網的說明，不同於常見酸鹼值檢測方式是採取玻璃電極， 來測量溶液酸鹼值的作法，每次量測時都得要採集土壤才能開始檢測， 這款土壤感測器則採用離子感測場效電晶體（Ion-Sensitive Field Effect Transistor，ISFET），來做為土壤酸鹼度量測，甚至在晶片測量表面也以親水性物理薄膜構成，可通過電極表面優化，來提高量測的精準度。

在這個比1元硬幣還小，面積只有5×5平方公釐的環境土壤感測單晶片內，同時整合土壤酸鹼值、導電率和溫度3種土質感測功能，克服了不同感測器訊號干擾的挑戰。

這些從土壤感測器蒐集到的數據資料，會結合另一個Lazurite硬體模組，透過其內建的RF無線收發器，來把資料回傳至後端雲端平臺分析使用。該模組也具有低功耗特色，只要2個3號電池，就可使用長達1年，亦可支援160∼960MHz的無線RF頻段。在舖設土壤感測器後，可從每月降水量與土質酸鹼及導電率的關聯性，找出改善農作物生長的嶄新作法。

不只農業能用，還可做為防災環境監控應用

該公司還推出的另一款Lazurite硬體模組，而從這些土壤感測器蒐集到的數據資料，都會經由該模組內建的低功耗RF無線收發器LSI，將資料回傳至後端的雲端平臺，做為持續性追蹤和資料分析之用。這個Lazurite模組也具有低功耗特色，只要2個3號電池，就可使用長達1年，而在資料傳送上亦可支援160∼960MHz的無線RF頻段。

Lapis商業開發部專案經理渡邊實表示，每一個土壤環境感測器可量測周圍約5∼10公分範圍內的土質數據，當在農地舖設這些土壤感測器後，經過長期追蹤和分析以後，將有助於了解每月當地降水量與農地土質酸鹼及導電率之間的關聯性，從中找出改善不利於農作物環境生長的嶄新作法。

例如，可從土壤溫度和導電率變化，來決定灌溉澆水或施肥的最佳時機，或是依照每個時期所量測到的土壤酸鹼值，來選擇最合適種植的作物等。甚至，還可從降水量而導致土壤導電率數值的變化，進一步做為防災環境監控，例如防範山坡地土石流爆發等。不過，目前這款IoT土壤環境感測器仍在開發測試階段，未來也可望加以商品化推出。

臺灣也紛紛搶進農業IoT應用市場

不只有日本業者在農業結合IoT，臺灣廠商也紛紛搶進農業IoT應用市場， 像是智上科技這家IoT新創公司，在日前微軟Azure物聯網應用展上，就展出了最新智慧農業IoT應用，透過在種植蔬果的區域範圍安裝感測器後，可取得各項環境數據情報，例如可用於量測天氣變化、二氧化碳濃度、土壤養分吸收和溫溼度等數據，這些數據資料都會傳送至Azure雲端平臺加以分析，來改善農作照料情況，例如自動提醒農夫何時該去澆水、施肥或開啟照明設施等。

另外，臺灣老字號家電業者大同公司為了進軍健康產業，也在其最新打造完成的植物工廠內設置有大量感測器裝置，可隨時監測廠內各類種植蔬菜的環境變化，包括室內溫度、溼度、二氧化碳濃度、土壤導電率、酸鹼值，甚至是水槽水位高低等，這些蒐集到的環境感測數據並會統一由一套環境監控系統來集中管理，包括彙整成歷史資料、操作歷程、異常履歷等。

而一旦這套環境系統偵測到工廠內環境數據有發生異常時，就會自動發出警示訊號，並會以簡訊及電子郵件通知廠內管理人員，儘快將異常狀況排除，而管理人員也能直接從平板或手機上，來追蹤每日環境監控數據變化，隨時做最佳化的環境調整。

近年來，臺灣廠商也紛紛跨入農業IoT市場。像是智上科技透過在種植蔬果的區域範圍架設感測器，取得各項環境數據情報，可用於測量天氣變化、二氧化碳濃度、土壤溫溼度等數據，並傳送至Azure雲端平臺分析，改善農作照料情況。（圖片來源／微軟）

大同公司為了進軍健康產業，也在其最新打造完成的植物工廠內設置有大量感測器裝置，可隨時監測廠內各類種植蔬菜的環境變化情形，包括溫溼度、二氧化碳、導電率和酸鹼值等。（圖片來源／大同公司）