針對今年度短期標的作物(蔬菜)栽培過程之特性，提出環境監測系 統所需包含之主要感測元件項目，包含溫度、濕度、大氣壓力、雨量計、
日照計(日輻射計)、土壤水分張力計、風速計、流量設備(水位計)等，
以物聯網概念、節省成本且傳輸穩定為目標，將前述感測器系統整合。
茲將環境監測系統所包含之主要感測元件項目說明如下(元件實體如圖 4-1)，包含 1.溫度感測器、2.濕度感測器、3.風速風向計、4.NMC PRO 灌溉控制器、5.日輻射計、6.大氣壓力計、7.傾斗式雨量計、8.土壤水份 計、9.沉水水壓式水位計、10.1.8 米可伸縮式氣象用三腳架 1 組、11.
自動資料蒐集記錄系統、12.網路傳輸裝置(4G)，共 12 項，以下為各項 元件之簡要說明。
一、溫度感測器：溫度感測器量測範圍為-25~100℃，誤差範圍為±3%。輸 入電壓為 1~40 VDC，輸出電流 1 μA/˚K，紅色接線輸出 3kΩ、黑色接 線為共接線，隔離線則為安全接地。溫度感測器主要用來量測氣溫。在 溫室中，當氣溫過高，必須啟動風扇降溫，當溫度低時，則必須採取相 應措施避免寒害。
二、濕度感測器：濕度感測器量測範圍為0~100%，誤差範圍為±2%(10~90%)、
±3.5%(90~100%)。輸入電壓為 8~14 VDC，輸出電壓 0~3 VDC，運作 溫度為-10~70℃，紅色接線輸出 12VDC、黑色接線為共接線，白色接 線為0~3V 輸出，隔離線則為安全接地。濕度感測器用來監測環境濕度，
當相對濕度低，植物葉面的蒸散量大，植物體內水份少，生長效率差；
相對濕度高，植物的蒸散量小，植物體內水份若過多，將導致莖葉增 大，或者增加病蟲害，亦可能影響產量，因此必須依據空氣的相對濕 度及不同作物與生長階段進行供水調節。
三、風速風向計：風速感測器類型為風杯、磁開關，風向感測器類型為風 向標、電位器，風速量測範圍4~280 km/hr，風向量測範圍 0~360˚，風 速量測精準度±5%、風向量測精準度±7%，黑色接線為風速輸入、綠色 接線為風向輸入、黃色接線為 5VDC、紅色接線為共接點。風力較強 地點容易使作物受損，可適當調節防護，降低農損風險。
四、NMC PRO 灌溉控制器：軟體規格可輸入灌溉程式最多 15 組，灌溉觸 發以日輻射累積值、時間及外部條件，輸入電壓為 220VAC，雙電源 CPU 為 230VAC 或 12VDC，輸出為 16 組 24VAC 繼電器(最多 64 組)，
數位輸入為8 組(最多 16 組)，類比輸入為 11 組(最多 22 組)，可連接最 多50 組控制器網路，另可連接 PC 選項使用。
五、日輻射計：為矽晶片光電二極體(silicon photodiode)，依太陽光照射之 強弱使感光元件具有相對之線性信號輸出，量測範圍為0~3000 W/m2， 精確度為±4%，解析度≦1W/m2，操作環境為-25~85℃，具耐候及防水 功能。本感測器用來監測環境中光的品質。作物對光的需求可分三方 面來考量：光強度(Intensitity)、光質(Quality，係指不同光譜範圍的光) 與光照時間(Duration)。光強度影響光合作用，若逐漸增加，光合速率 及二氧化碳消耗量會隨之增加，當光強度繼續增加至某一程度，光合 速 率 不 再 隨 之 增 加 時 ， 該 光 強 度 值 稱 最 適 光 強 度(optimum light intensity)，作物之最適光強度依種類有所不同。光質亦會影響作物生育，
如紫外線可抑制徒長，但亦為花色果色形成所必需。可見光影響發芽、
花芽分化，且是光合作用之有效光。
六、大氣壓力計：固態式絕對壓力感測式，量測範圍為630~1130 mBar(hPa)，
精確度為±0.125 %，解析度≦1mBar(hPa)，操作環境為-40~85℃，具耐 候及防水功能。氣壓驟降可能為天氣劇烈變化之前兆，可作為環境監 測的參考因數之一。
七、傾斗式雨量計：傾斗杯磁簧開關感測式，量測範圍為0.0~999.8 mm(日 雨量)，精確度為±4%或 0.2 mm(50 mm/hr 以下時)，精確度為±5%或 0.2 mm(50~100 mm/hr 時)，解析度為 0.2 mm，操作環境為-40~80℃，但 0
℃以下時則因結冰之故無法量測，具耐候及防水功能。雨量多寡會直 接影響作物的生長。不同作物在不同生育期對水分需求各有不同，例 如水稻幼苗期及開花期需水甚多，若在整個生育期雨量較少時，則須 行灌溉補充水分。
八、土壤水份計：電容/頻率感測式，量測範圍為 0 至飽和，精確度為±3%(電 導度8 dS/m 以下時)，解析度≦0.25%，操作環境為-40~50℃，具耐候 及防水功能。土壤水分計用於偵測土壤含水量，作為是否啟動灌溉之 重要依據。本年度僅先研究安裝密度及深度，作為未來裝設之參考。
九、沉水水壓式水位計：具高精確性及可重複利用之壓力感測式元件，可 應用於水井監測、地下水監測、水位控制…等多功能水壓式水位計，
量測範圍為0.76~213 m-H2O，精確度為±0.25%，操作環境為-20~60℃，
輸出電流4~20 mA，輸入電壓 9~28VDC，具耐候及防水功能。水壓計 主要用來量測量水堰之水深，作為計算流量之輔助工具。
十、1.8 米可伸縮式氣象用三腳架 1 組：高度可調，三腳可縮收或張開(固 定棒3 支)。
十一、自動資料蒐集記錄系統 (1 組)
(一).資料記錄器主機：類比輸入為 20 組單端(1-16 組單端可規劃為 8 組差動)，
可外接多組，通道擴充模組通道總數可達 200 組以上，4 段式解析度範 圍為±2mV、±20mV、±200mV、±2000mV，解析度最小可達 0.25uV (差 動量測)或 0.5uV (單端量測)，4 組慢速/快速接點信號/低位準 AC 信號 均可配接，6 組數位控制輸出，觸發電壓輸出為 0-3.8VDC，可程式化 設定範圍，資料輸出時間間隔可從1 分鐘至 20 小時或以上之範圍設定，
時鐘精準度為±1 分鐘/月，工作電壓為 8–15VDC，系統耗電約 2 mA(靜 態時耗電)。
(二).AC/DC 兩用電源模組：內含避雷管及突波吸收器及 7 安培小時 12VDC 可充電式電池，無電源處可外接太陽能板。
(三).附通信傳輸介面：通信介面可外接長距離數據傳送器或撥接式或 GSM 數據機或 3G/4G 網路傳輸模組或其它有線無線傳輸裝置。
(四).戶外型儀器防潮箱：箱體為聚碳酸脂(PC)材質 IP 67/NEMA4X 等級，箱 體含纜線固定頭，箱體可以 U 型環固定於腳架或塔上，附側扣及鎖。
十二、網路傳輸裝置(4G) (1 組)：需搭配 3G 或 4G 通信頻段使用，具通信 傳輸介面:包含 RS232、USB 及 LAN(RJ45、IEEE802.3u、1000Base-T Fast Ethernet)等，通信傳輸埠可與自動資料蒐集記錄系統搭配使用，體積需 小，需可置於自動資料蒐集記錄系統的儀器箱內，內含64 GByte 儲存 容量，工作電源為 100~240VAC，操作溫度:-20℃至+60℃，資料可上 傳雲端儲存，使用者可經由行動裝置(如手機、筆電等)共享資料，從遠 端隨時查看及取得資料。
本計畫環境監測系統包含上述主要感測元件項目之平均耗電量分 別為：
1. 日輻射計不耗電(無需電源)；
2. 大氣壓力計耗電約為 5mA；
3. 土壤水份感應器每支平均耗電約為 3.5mA，12 支總耗電量為 42mA；
4. 雨量計不耗電(無需電源)；
5. 壓力式水位計每支平均耗電約為 20mA，2 支總耗電量為 40mA；
6. 資料蒐集記錄系統平均耗電約為 35mA。
以上總計耗電總量約為 122mA，即 0.122A (以 0.125A 概估)，日 耗電量(24 小時)約為 3A，電力設備需可確保備援電力設計可以在無其 他供應電源下連續 5 日不中斷供電，本計畫安裝之電源設備為 21AH，
因此在斷電後約可支撐 7 日。另為利設備後續運行維護之便利性，本系 統維護所需人力約為 1~2 人。
A. 溫度感測器 B. 濕度感測器 C. 風速風向計
D. NMC PRO 灌溉控制器 E. 日輻射計 F. 大氣壓力計
G. 傾斗式雨量計 H. 土壤水分計 I. 水位計
J. 1.8 米氣象用三腳架 K. 自動資料蒐集記錄系統 L. 網路傳輸裝置(4G)
圖 4-1 環境監測系統主要感測元件一覽
滴灌系統採用以色列Netafim 出產之 UNIRAM CNL16010 -1.6 LPH
@ 0.2m. 系統，配置圖如圖 4-2、4-3 所示。本計畫於 108 年 6 月 3 日 提交感測器規劃說明書 1 份(心字第 1080001945 號函)，內容包含 7 項 重點：設計基礎原理與架構、整合感測元件、資料擷取儲存模組、無線 通訊模組、電力設備與耗電、觀測之物理量諸元性能、維護需求等。108 年 6 月 11 日經桃園市政府水務局同意依感測器規劃說明書執行現地設 置(桃水綜字第 1080038117 號函)。
本年度7 月 15 日至 18 日已於試驗田區完成灌溉系統設備規劃、設 計與安裝，於 7 月 18、19 日完成田間土壤感測元件及氣象設備佈置，
安裝情形如圖 4-4、4-5 所示。同時於 7 月 18、19 日完成作物栽培智慧 管理平台及資料庫規劃，並確認資料記錄與傳輸正常，氣象環境監控資 料及作物灌溉控制系統等資料皆即時記錄且定時上傳。
圖4-2 Netafim 滴灌系統灌溉配置圖
圖4-3 滴灌系統配置圖
圖 4-4 氣象設備安裝情形
圖 4-5 灌溉系統安裝情形