面向智慧农业的无芯片射频跨域感知研究进展

摘要

随着传统农业逐渐向智慧农业转型,室温条件下具有低成本、长寿命、低功耗、小型化的检测手段对于农业环境及动植物本体指标检测至关重要,尤其对于无法进行电路有线连接的农业场景。随着器件传感和无线通信的整合,无芯片射频识别(chipless radio frequency identification,CRFID)因为具有轻量、价格合理、普适性等优势被广泛应用,CRFID标签具有理论上的“无限”寿命,代替了集成电路,成为标识传感信息融合的重要媒介,适用于农业环境、动植物生长监测、物流运输、食品品质检测等。该研究首先介绍了CRFID系统构成,以及其基本原理,指出天线是CRFID实现跨域感知的关键要素之一,随着农业场景中气体、环境温湿度、pH值等变化,天线负载敏感材料的电导率、磁导率、介电常数变化,引起CRFID标签的反向散射信号变化;其次,基于时频域标签,介绍了CRFID用于湿度、温度、气体(二氧化碳、氨气、乙烯)、pH和食品(猪肉、牛肉、鱼肉、果蔬、牛奶)检测的国内外最新研究进展,对比了相关传感器的关键性能指标;最后,针对CRFID技术的成功案例,指出了该类型传感器面临的主要研究挑战、未来研究方向和潜在解决方案,指出了未来智慧农业检测场景的低功耗、小型化、抗干扰发展趋势。CRFID技术的成功应用将有利于提升农业场景传感检测的智慧化程度,有助于人类及动植物生产活动健康评估。