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智慧農業

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整合感測/通訊量測體重 計重檯秤系統成就智慧養殖

因此,在民以食為天的基本民生需求下,若沒有從「食」的來源端來管控或是有一套智慧生產的方式協助的話,飲食的問題就會變成不斷上演食物供需失衡的民生問題。而透過智慧農業的切入,將可逐步改善因天候或是人為所導致的各種問題。加上政府致力於智慧農業的導入與建立,以及大量大數據資料的分析與應用,可望逐漸降低不斷從產品生產過程或民生需求所產生的問題。換言之,在智慧農業中,用來量測飼養的家禽或水禽重量的應用於智慧農業之智慧型計重檯秤系統,就有其被開發的需求。 近年全球人口越來越多,糧食的需求也慢慢增加,同時受到氣候變遷所導致的極端氣候及鄉村人口老化、少子化的影響,導致農牧業人力減少許多。因此,政府開始推動智慧農業,結合無線通訊科技進行資料的蒐集,透過資料的整合及分析,減輕農場作業負擔及降低勞動力需求,建立更有效率的農場經營。其中,關鍵元素與作法包括制定相關農業科技策略,發展農業科技技術跨域整合之創新農業技術,重視農產品衛生安全與營養需求,並運用物聯網(IoT)、雲端運算(Cloud Computing)與大數據(Big Data)等技術,進而提升產品附加價值。 文中將說明整合紅外線觸控框(IR Multitouch)介面與具備RS-232串列介面的傳統計重檯秤裝置,該裝置運用邊緣運算的概念,精準地擷取與收集禽隻的數量與正確體重。最後,再將禽隻的體重與數量結果透過NB-IoT無線通訊模組傳送至網頁上,並紀錄每天禽類體重長成的過程,以了解如何孕育出最佳飼料轉換成禽隻體重的最佳養殖環境。 解決台灣養殖體重測量痛點 製做本系統的目的,是針對國內本土環境所提出的應用。透過智慧禽舍採用的智慧型計重檯秤系統,可以針對不同生長周齡的禽隻進行適合其生長的重量擷取與分析,並將環境綜合資訊及參數收集於資料庫,進行分析與經驗數據累積,提高飼養管理效率與品質,並有效節省人力,邁向智慧化生產與管理。 台灣正在邁向智慧養殖,會使用智慧禽舍來監控家禽或水禽的生長環境與飼養過程。其中,最難收集到的數據就是家禽或水禽的成長體重,因為無法固定禽類的動作與位置,使得禽類的重量數值僅能估算或是常出現誤差值。因此本裝置利用紅外線多點觸控取代影像辨識,來計算禽類的數量,可更準確且方便的偵測禽類的數量。一般影像辨識都需要經過較繁瑣的演算法與軟體分析,技術性較高且花費時間多,還會因為光線等外在因素導致判斷錯誤。而改用紅外線觸控框介面,則可以更快速且方便的取得數量,同時搭配計重檯秤取得重量數據後,即可上傳至網路,農場主人便能隨時隨地查看禽類的生長曲線。 此外,此裝置亦內建各種禽類的成長曲線表,確認所擷取的體重是否超出標準值的上下限,進而確保系統收集到準確的禽類體重。由於不同禽隻類型的成長重量曲線不一樣,因此可以運用指撥開關來設定所飼養的是否為家禽(雞)或水禽(鴨),進而達到智慧化傳統計重檯秤的目標。 紅外線感測取得精準數據 在應用於智慧農業之智慧型計重檯秤系統設計中,使用Holtek HT66F2390微處理器為核心。其中,主要利用紅外線觸控框取得感測資料,再使用NB-IoT模組將資料存入資料庫,供網頁監看與使用。 UART串列介面 UART是一種通用非同步收發傳輸器,通常稱作UART,其為將資料由串列通訊與並列通訊間傳輸轉換。UART通常用在與其他通訊協定(如EIA RS-232)的連結上。在串列傳輸通訊協定的格式內容中,是由四種資料共11個位元所組成,共分為起始位元(Start Bit)、資料內容(Data)、奇偶同位元檢查碼(Priority Bit)、停止位元(Stop Bit)。 如圖1所示,資料透過FIFO(First Input First Output)的方式,由最低有效位元(Least Significant Bit, LSB)開始傳輸直至最高有效位元(Most Significant Bit, MSB),奇偶同位元(PB)可以選擇忽略不使用。在此系統利用計重檯秤 (DHBH-W)的UART串列介面,讀取磅秤上的重量,並以UART將資料傳輸至微處理器解析。最後,再透過NB-IoT無線通訊模組(SIM7020E),以UART做初始化,並將處理後的資料透過NB-IoT無線通訊模組上傳至MQTT伺服器。 圖1 UART資料傳輸格式示意圖 USB通訊協定/人性化介面 由於紅外線觸控框為USB HID人性化介面裝置。因此,須了解USB協定的基本原理。在USB完整的通訊協定中,包含了USB封包、傳輸類型、描述元、裝置要求、群組等USB規格書中相關的協定。唯有遵循此協定,才能執行USB周邊裝置與PC之間的資料傳輸與命令的設定。如下圖2所示,顯示了USB主機端如何與裝置執行通訊協定的傳輸格式。從圖2中,也可看出一個通訊協定所需包含的各種封包與各類型欄位。 圖2 標準USB控制型傳輸 在USB的傳輸中,因不同周邊裝置的類型與應用,訂定了四種的傳輸類型,分別是控制型傳輸(Control Transfer)、中斷型傳輸(Interrupt Transfer)、巨量傳輸(Bulk Transfer)以及等時型傳輸(Isochronous Transfer)。其中,需要特別注意的是慢速裝置僅支援控制型傳輸與中斷型傳輸而已。在USB裝置中,則針對不同裝置的應用特性,個別地執行中斷傳輸、巨量傳輸或等時傳輸。 而USB...
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Zytronic多點觸控技術助智慧農業煥然一新

當農場遇上智慧技術,會是怎樣一番景象?隨著物聯網、大數據和機器學習的出現,現在許多企業可以快速準確地收集和分析資料,從而調整其流程,提高生產力和品質。 2019年,台灣國立科學工藝博物館開始建設「智慧農業」展區,這是「台灣農業故事」展區的拓展。展覽廳展示了台灣的農業發展進程,以及在這一重要產業裡取得的眾多成就。 儘管面積只有3.6萬平方公里,但台灣得益于其豐富的自然和地理資源,在16世紀中葉首次將其繪製成地圖的葡萄牙水手將其命名為福爾摩沙 美麗之島。島上最普遍的農業形式之一就是養豬,估計每年的產值達800億新臺幣。 在這次更新的展示中,博物館館長希望利用現代互動科技展示台灣農業科技的進步,鼓勵參觀者的參與。為了突出國內的養豬業是如何融入科技、提高生產力和改善動物福利的,博物館邀請Techart Group(天工開物集團)創建了一個互動式觸控及物件識別桌面。 Techart天工開物集團成立於1997年,是台灣最早的多媒體、互動設計和系統整合公司之一,在零售、企業和公共娛樂應用中巧妙地將技術和創意結合在一起,獲得眾多國際獎項。公司擁有一支由多學科專家組成的團隊,從概念到完成都是複雜的“體驗式”項目。 Techart天工開物集團與Zytronic合作過數家手機零售商的交互桌面項目,包括為FETNET遠傳電信設計的21.6英寸桌面和為TAIWAN MOBILE(台灣大哥大電信)設計的60英寸觸摸桌面。Zytronic的業務主要是提供可靠且易於客製的觸控技術,即使數量不多,但這家公司已有20餘年的開發和製造觸控感測器經驗,所有都是基於其專利和曾獲獎項的投影式電容技術(PCT和MPCT)。 在這個項目中,Zytronic提出了一種多點觸控感測器,該感測器在相關觸控控制器固件中內置了集成物件識別功能。當在觸控桌面中使用時,物件識別技術為使用者提供了一種新的觸屏方式,使用適當的物理「人工設計」,將每個物件連結到螢幕上顯示的不同內容。 Techart天工開物集團選擇了ZyBrid 43“玻璃觸摸感測器,結合支援物件識別和多達100個獨立觸控點的Zytronic ZXY500多點觸控控制器,同時提供毫秒級的快速回應。此外,其玻璃具有防眩光功能,可以減少頭頂照明的直接反射,並在用戶的手指在觸控式螢幕表面移動時感受平滑、低粘滯的體驗。Zytronic還準備並提供了一套可檢測和個性化類似定標器的物件,以便Techart可以使用Zytronic的應用程式介面(API)開發其軟體內容,從而在將每項設計置於觸控式螢幕表面時可以進行識別並作出適當反應。 Techart集團技術總監蔡宇翔表示,Zytronic的ZyBrid感測器技術提供了非常快速的觸控回應和極佳的觸控精度。這種整合物件識別技術能夠説明大大縮短開發時間;通常是透過使用攝影機系統來檢測形狀和正確地解譯資訊來實現的。客製服務和優秀的售後支援也是決定選擇Zytronic的原因。 Zytronic專有觸控控制器結合具有整合物件識別功能的大尺寸觸摸感測器,加上Techart集團的客製互動軟體,經證明是提供完全融入、多用戶體驗的解決方案。與其幾乎所有產品一樣,Zytronic樂於為客戶生產和供應少量獨特設計的觸控感測器。
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Imec/國研院簽署MOU 攜手推動超光譜檢測應用

比利時微電子研究中心(Imec)近日與國家實驗研究院簽署合作備忘錄(MOU),比利時微電子研究中心台灣實驗室 (Imec Taiwan)將與國家實驗研究院旗下的儀器科技研究中心(儀科中心)將密切合作,共同研發以超光譜技術為基礎的先進影像與光學應用。 Imec執行長Luc Van den hove博士表示,這次結盟將讓雙方得以充分利用彼此優勢,發展高光譜與其他先進的衛星成像儀器。Imec不僅在成像系統整合與微型化技術方面首屈一指,更是影像資料處理方面的佼佼者。在強強聯手之下,研發出高性能兼具成本優勢且性質更為可靠的新一代儀器將指日可待。國家實驗研究院院長王永和博士則指出,儀科中心長期深耕光學、真空與光機電系統整合等核心技術。從2014年開始,儀科中心即與台灣Imec共同研發,雙方合作順利愉快,也促成今日雙方簽署此合作協議,建立更密切的合作關係,共同開發高光譜技術及穿戴式裝置等應用技術。 此次合作主要涉及先進成像與光學系統的研發,包含高光譜技術與各種先進光學元件開發。儀科中心的團隊會評估Imec最新的快掃式高光譜成像系統,以及應用於顯微鏡的性能與系統整合測試,潛在的應用領域則包含奈微米材料與人體組織的顯微影像分析。此外,儀科中心也會在先進光學元件研發貢獻所長,並應用於先進投影顯示系統。 Imec整合影像事業群專案經理Andy Lamberchts表示,超光譜檢測是一種以不可見光(主要是紅外線)為基礎的檢測技術,可以應用在生物醫學、化學物質甚至藝術品修復與智慧農業等領域。但要完全釋放這項技術的潛能,必須設法把系統微型化,使相關檢測設備方便攜帶。Imec已成功開發出超光譜影像感測器晶片,也完成了基本的攝影機系統整合設計,但完整的超光譜檢測系統還涉及到光學鍍膜、照明、鏡頭等元素,這也是未來與儀科中心合作的重點。
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