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控制環境農業（CEA，也稱爲垂直農業，由于多層設施，容納作物和基礎設施）是一個有前途的利基。通過采用工業物聯網（IIoT）並采用全封閉的氣候控制環境來消除疾病，害蟲或季節性天氣變化等外部因素，綠葉蔬菜，草本植物和西紅柿等植物的産量可以大幅增加。該技術不依賴于昂貴的耕地，因此適合在任何地方建立 – 包括城市社區的中心。
垂直農業産生的高産量背後是一些領先的電子工程開發，包括無線傳感器，網狀網絡和雲連接。基礎設施對于CEA企業的成功至關重要，但由于設計，調試和配置的複雜和耗時，它增加了成本。構建所需的工程專業知識和購買當今CEA的成本限制了它對大型，豐富的組織的采用，並阻礙了技術向可能産生最大影響的地方的傳播，例如在發展中國家。然而，電子産品制造商正在努力改變這一趨勢，將多個傳感器（這對于成功的垂直農業而言必不可少）整合到一個模塊中，使其更容易實施並降低成本。
一個棘手的企業
雖然垂直農業正在獲得動力，但由于這個全球CEA市場在2016年價值約爲15億美元，到2023年項目增長約64億美元，因此其采用目前僅限于富裕國家，分析公司Statista報道。研究分析師MarketsandMarkets指出，中國，日本，新加坡，美國（美國）和荷蘭是迄今爲止最大的參與者。同樣，盡管垂直農業所需的LED，無線傳感器，互聯網連接以及在線軟件和硬件資源已得到驗證和可訪問，但大型商業實施卻很少見。相對稀缺的一個主要原因是CEA系統在設計和實施方面具有挑戰性。
垂直農業的成功取決于農場環境的精確管理和維護。通過控制諸如光強度和波長，溫度，濕度，氣流和CO 2以及揮發性有機化合物（VOC）濃度等因素，監督者可以確保植物盡可能快地生長，同時保持其對消費者的美學，味道和營養價值。例如，研究表明恒定的空氣運動（在恒定的蒸汽壓力下）在0.3到0.5mp的範圍內，可以使CO 2和水蒸氣最佳地擴散到葉子中，從而有助于光合作用並最大化美味綠葉蔬菜的生長。
這種對生長條件的精細管理需要監督基于計算機的閉環過程控制系統，該系統采用傳感器將數據無線轉發到設施中或遠程位置的監控計算機。如果傳感器讀數檢測到來自最佳擴散速率的漂移，則監控計算機可以對複位條件進行適當的調整，使其恢複到所需的水平。連通性確保系統保留所有數據，並可以使用它來計算哪些條件最適合特定工廠的增長。
例如，來自總部位于新澤西州紐瓦克的AeroFarms的CEA科學家每次收獲時都會監測超過130,000個數據點。然後，技術人員將這些信息與預測分析結合起來，以審查，測試和增強下一次收獲的增長系統。
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CEA電子工程變得簡單
用于單個變量的閉環，聯網，無線傳感器系統是實施的挑戰，但是當控制擴展到決定CEA成功的多個變量時，難度顯著增加。這些挑戰包括：
- 爲大型傳感器群的安裝和維護提供資金，
- 構建和驗證基于傳感器的系統和相關的網狀網絡，
- 調試和配置多種傳感器類型，
- 確保跨大型網絡的無沖突通信，以及
- 管理廣泛傳感器群體的電源。
針對這些CEA工程挑戰的一種解決方案是以將多個傳感器集成到單個模塊上的模塊的商業介紹的形式出現。産品，如TE連接的AmbiMate傳感器模塊提供上的現成的連接印刷電路板（PCB）組件，其用于易于集成多個傳感器到宿主産物。每個模塊的結合四個核心傳感器（即，運動，光，溫度，濕度），而變體可以添加CO 2，VOC和聲音（麥克風）的能力。
傳感器連接到單個板載微處理器並利用單個電源。嵌入式微處理器配有I2C接口，可以相對簡單地連接到無線收發器以進行數據傳輸。每個模塊型號都采用相同的尺寸制造，使設計人員可以在必要時更換爲不同的傳感器組合。最後，板載傳感器能夠以CEA所需的精度測量參數。例如，溫度和濕度傳感器分別提供±0.3°C和±2％相對濕度（RH）測量精度，以及一秒采集速率（圖1）。
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圖1： TE Connectivity的AmbiMate傳感器模塊MS4系列基于通用封裝，使設計人員可以更輕松地爲特定應用定制最終産品。（來源：TE Connectivity）
通過將多個傳感器集成到一個模塊中，AmbiMate MS4系列等産品可以減少CEA過程控制系統中的節點數量，並減輕許多關鍵的工程挑戰。節點越少，網絡越簡單，複雜性和成本水平越低，加速測試，配置和傭金。
鼓勵垂直農業
傳統農業已經消耗了地球40％的土地，找到更多種植作物的空間需要減少寶貴的雨林。然而，據美國“ 新聞周刊”報道，到2050年，糧食産量將需要增長70％，以滿足預計全球近100億人口的需求。
根據CEA全球協會的說法，垂直農業是解決方案，因爲它結合了農業，工程和技術的科學，在一年365天的規模和持續環境中以及在天氣和室外環境限制或排除的地方種植新鮮食物。新鮮食品生産。此外，將城市人口附近的新鮮糧食生産本地化是明智和有效的。通過整合農業和工程，保護水，耕地和能源等有限資源變得可行。
結論
毫無疑問，CEA是一項很有前景的技術，考慮到最佳運行裝置的年産量比傳統農田的相當面積高出400倍。盡管如此，它還是一個剛剛起步的企業，目前進入的門檻很高，除了非常富裕的國家之外，其他任何國家都被排除在采用該技術之外。障礙很大，因爲CEA的成功在很大程度上依賴于目前複雜且昂貴的技術。引入多傳感器模塊，例如TE Connectivity的AmbiMate，是簡化基于CEA的工程和發布技術以進一步幫助和養活全世界的重要一步。