专题推荐 - 农业传感器与物联网专题

本专题我共整理了10篇文章，来自中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所、南京农业大学、英国林肯大学、华南农业大学、江南大学、国家农业智能装备工程技术研究中心、浙江大学、中国科学院、吉林农业大学、西北农林 科技 大学、国家信息农业工程技术中心等单位。

文章包含农产品质量安全纳米传感器、太阳能杀虫灯、分簇路由算法、农田物联网混合多跳路由算法、水产养殖溶解氧传感器研制、土壤养分近场遥测方法、农机远程智能管理平台、水肥浓度智能感知与精准配比、果园多机器人通信等内容，供大家阅读、参考。

专题--农业传感器与物联网

Topic--Agricultural Sensor and Internet of Things

[1]王培龙, 唐智勇 农产品质量安全纳米传感应用研究分析与展望[J] 智慧农业(中英文), 2020, 2(2): 1-10

WANG Peilong , TANG Zhiyong Application analysis and prospect of nanosensor in the quality and safety of agricultural products[J] Smart Agriculture, 2020, 2(2): 1-10

知网阅读

[2]杨星, 舒磊, 黄凯, 李凯亮, 霍志强, 王彦飞, 王心怡, 卢巧玲, 张亚成 太阳能杀虫灯物联网故障诊断特征分析及潜在挑战[J] 智慧农业(中英文), 2020, 2(2): 11-27

YANG Xing, SHU Lei, HUANG Kai, LI Kailiang, HUO Zhiqiang, WANG Yanfei, WANG Xinyi, LU Qiaoling, ZHANG Yacheng Characteristics analysis and challenges for fault diagnosis in solar insecticidal lamps Internet of Things[J] Smart Agriculture, 2020, 2(2): 11-27

摘要： 太阳能杀虫灯物联网（SIL-IoTs）是一种基于农业场景与物联网技术的新型物理农业虫害防治工具，通过无线传输太阳能杀虫灯组件状态数据，用户可后台实时查看太阳能杀虫灯运行状态，具有杀虫计数、虫害区域定位、辅助农情监测等功能。但随着SIL-IoTs快速发展与广泛应用，故障诊断难和维护难等矛盾日益突出。基于此，本研究首先阐述了SIL-IoTs的结构和研究现状，分析了故障诊断的重要性，指出了故障诊断是保障其可靠性的主要手段。接着介绍了目前太阳能杀虫灯节点自身存在的故障及其在无线传感网络（WSNs）中的体现，并进一步对WSNs中的故障进行分类，包括基于行为、基于时间、基于组件以及基于影响区域的故障四类。随后讨论了统计方法、概率方法、层次路由方法、机器学习方法、拓扑控制方法和移动基站方法等目前主要使用的WSNs故障诊断方法。此外，还探讨了SIL-IoTs故障诊断策略，将故障诊断从行为上分为主动型诊断与被动型诊断策略，从监测类型上分为连续诊断、定期诊断、直接诊断与间接诊断策略，从设备上分为集中式、分布式与混合式策略。在以上故障诊断方法与策略的基础上，介绍了后台数据异常、部分节点通信异常、整个网络通信异常和未诊断出异常但实际存在异常四种故障现象下适用的WSNs故障诊断调试工具，如Sympathy、Clairvoyant、SNIF和Dustminer。最后，强调了SIL-IoTs的特性对故障诊断带来的潜在挑战，包括部署环境复杂、节点任务冲突、连续性区域节点无法传输数据和多种故障诊断失效等情形，并针对这些潜在挑战指出了合理的研究方向。由于SIL-IoTs为农业物联网中典型应用，因此本研究可扩展至其它农业物联网中，并为这些农业物联网的故障诊断提供参考。

知网阅读

[3]汪进鸿, 韩宇星 用于作物表型信息边缘计算采集的认知无线传感器网络分簇路由算法[J] 智慧农业(中英文), 2020, 2(2): 28-47

WANG Jinhong, HAN Yuxing Cognitive radio sensor networks clustering routing algorithm for crop phenotypic information edge computing collection[J] Smart Agriculture, 2020, 2(2): 28-47

摘要： 随着无线终端数量的快速增长和多媒体图像等高带宽传输业务需求的增加，农业物联网相关领域可预见地会出现无线频谱资源紧缺问题。针对基于传统物联网的作物表型信息采集系统中存在由于节点密集部署导致数据传输过程容易出现频谱竞争、数据拥堵的现象以及固定电池的网络由于能耗不均衡引起监测周期缩减等诸多问题，本研究建立了一个认知无线传感器网络（CRSN）作物表型信息采集模型，并针对模型提出一种引入边缘计算机制的动态频谱和能耗均衡（DSEB）的事件驱动分簇路由算法。算法包括：（1）动态频谱感知分簇，采用层次聚类算法结合频谱感知获取的可用信道、节点间的距离、剩余能量和邻居节点度为相似度对被监控区域内的节点进行聚类分簇并选取簇头，构建分簇拓扑的过程对各分簇大小的均衡性引入奖励和惩罚因子，提升网络各分簇平均频谱利用率；（2）融入边缘计算的事件触发数据路由，根据构建的分簇拓扑结构，将待检测各区域变化异常表型信息触发事件以簇内汇聚和簇间中继交替迭代方式转发至汇聚节点，簇内汇聚包括直传和簇内中继，簇间中继包括主网关节点和次网关节点-主网关节点两种情况；（3）基于频谱变化和通信服务质量（QoS）的自适应重新分簇：基于主用户行为变化引起的可用信道改变，或分簇效果不佳对通信服务质量产生的干扰，触发CRSN进行自适应重新分簇。此外，本研究还提出了一种新的能耗均衡策略去能量消耗中心化（假设sink为中心），即在网关或簇头节点选取计算式中引入与节点到sink的距离成正比的权重系数。算法仿真结果表明，与采用K-medoid分簇和能量感知的事件驱动分簇(ERP)路由方案相比，在CRSN节点数为定值的前提下，基于DSEB的分簇路由算法在网络生存期与能效等方面均具有一定的改进；在主用户节点数为定值时，所提算法比其它两种算法具有更高频谱利用率。

知网阅读

[4]顾浩, 王志强, 吴昊, 蒋永年, 郭亚 基于荧光法的溶解氧传感器研制及试验[J] 智慧农业(中英文), 2020, 2(2): 48-58

GU Hao, WANG Zhiqiang, WU Hao, JIANG Yongnian, GUO Ya A fluorescence based dissolved oxygen sensor[J] Smart Agriculture, 2020, 2(2): 48-58

摘要：溶解氧含量的测量对水产养殖具有极其重要的意义，但目前中国市面上的溶解氧传感器存在价格昂贵、不能持续在线测量及更新部件维护困难等问题，难以在水产养殖物联网中大规模推广和发挥作用。本研究基于荧光淬灭原理，利用水中溶解氧浓度与荧光信号相位差的关系进行低成本、易维护溶解氧传感器的研发。首先利用自制备溶氧敏感膜，经激发光照射后产生红色荧光，该荧光寿命可由溶解氧浓度调节；然后利用光信号敏感器件设计光电转化电路实现光信号感知；再以STM32F103微处理器作为主控芯片，编写下位机程序实现激发光脉冲产生，利用相敏检波原理以及快速傅里叶变换（FFT）计算激发光与参照光的相位差，进而转化为溶解氧浓度，实现溶解氧的测量。荧光探测部分与系统主控部分采用分离式设计思想，利用屏蔽排线直接插拔连接，便于传感器探测头的拆卸、更换、维护以及实现远距离在线测量。经测试，本溶解氧传感器的测量范围是0~20 mg/L，响应延迟小于2 s，溶氧敏感膜使用寿命约1年，可以实时不间断地对溶解氧浓度进行测量。同时，本传感器具有测量方便、制作成本低、体积小等特点，为中国水产养殖低成本溶解氧传感器的研发与市场化奠定了良好的基础。

知网阅读

[5]矫雷子, 董大明, 赵贤德, 田宏武 基于调制近红外反射光谱的土壤养分近场遥测方法研究[J] 智慧农业(中英文), 2020, 2(2): 59-66

JIAO Leizi, DONG Daming, ZHAO Xiande, TIAN Hongwu Near-field telemetry detection of soil nutrient based on modulated near-infrared reflectance spectrum[J] Smart Agriculture, 2020, 2(2): 59-66

摘要： 土壤养分作为农业生产的重要指标，含量过少会降低农作物产量，过多则会造成环境污染。因此，快速、准确检测土壤养分对于精准施肥和提高作物产量具有重要意义。基于取样和化学分析的传统方法能够全面准确地检测土壤养分，但检测过程中土壤的取样及预处理过程繁琐、 *** 作复杂、费时费力，不能实现土壤养分的原位快速检测。本研究基于调制近红外光谱，提出了一种土壤养分主动式近场遥测方法，可有效避免土壤反射自然光的干扰。该方法使用波长范围1260~1610 nm的8通道窄带激光二极管作为近红外光源，通过测量8通道激光光束的土壤反射率，建立土壤养分中氮（N）关于土壤反射率的计量模型，实现了N的快速检测。在74组已知N含量的土壤样品中，选取54组作为训练集，20组作为预测集。基于一般线性模型，对训练集中土壤N含量与土壤反射率的定量化参数进行训练，筛选显著波段后的计量模型R2达到097。基于建立的计量模型，预测集中土壤N含量预测值与参考值的决定系数R2达到09，结果表明该方法具有土壤养分现场快速检测的能力。

知网阅读

[6]朱登胜, 方慧, 胡韶明, 王文权, 周延锁, 王红艳, 刘飞, 何勇 农机远程智能管理平台研发及其应用[J] 智慧农业(中英文), 2020, 2(2): 67-81

ZHU Dengsheng, FANG Hui, HU Shaoming, WANG Wenquan, ZHOU Yansuo, WANG Hongyan, LIU Fei, HE Yong Development and application of an intelligent remote management platform for agricultural machinery[J] Smart Agriculture, 2020, 2(2): 67-81

摘要： 本研究针对农机管理实时数据少、农机实时作业监管困难、服务信息不对称等问题，首先提出专业化远程管理平台设计时应具有五大原则：专业化、标准化、云平台、模块化以及开放性。基于这些原则，本研究设计了基于大田作业智能传感技术、物联网技术、定位技术、遥感技术和地理信息系统的可定制化的通用农机远程智能管理平台。平台分别为各级政府管理部门、农机合作社、农机手、农户设计并实现了基于WebGIS 的农机信息库及农机位置服务、农机作业实时监测与管理、农田基础信息管理、田间作物基本信息管理、农机调度管理、农机补贴管理、农机作业订单管理等多个实用模块。研究着重分析了在当前的技术背景下，平台部分关键技术的实现方法，包括采用低精度GNSS定位系统前提下的作业面积的计算方法、GNSS定位数据处理过程中的数据问题分析、农机调度算法、作业传感器信息的集成等，并提出了以地块为核心的管理平台建设思路；同时提出农机作业管理平台将逐步从简单作业管理转向大田农机综合管理。本平台对同类型管理平台的研发具有一定的参考与借鉴作用。

知网阅读

[7]金洲, 张俊卿, 郭红燕, 胡宜敏, 陈翔宇, 黄河, 王红艳 水肥浓度智能感知与精准配比系统研制与试验[J] 智慧农业(中英文), 2020, 2(2): 82-93

JIN Zhou, ZHANG Junqing, GUO Hongyan, HU Yimin, CHEN Xiangyu, HUANG He, WANG Hongyan Development and testing of intelligent sensing and precision proportioning system of water and fertilizer concentration[J] Smart Agriculture, 2020, 2(2): 82-93

摘要： 为解决农场当地当时的复合肥料精准化配料问题，本研究将水肥一体化智能灌溉施肥系统作为研究对象，构建了水肥浓度智能感知与精准配比系统。首先提出现场在线水肥溶液智能感知模型的快速建立方法，利用数据分析算法从传感器实时监测的一系列浓度梯度的肥料溶液中挖掘出模型。其次基于上述模型设计水肥浓度智能感知与精准配比系统的框架结构，阐述系统工作原理；并通过三种水体模拟在线配肥验证了该系统原位指导水肥浓度配比的有效性，同时评价了水体电导率对水肥配比浓度的干扰。试验结果表明，正则化条件下二阶的多项式拟合曲线是表达溶液电导率与水肥浓度的变化关系最优的模型，相关系数R2均大于0999，由此模型可得出用户关心的复合肥各指标浓度。三种水体模拟在线配肥结果表明，水体会干扰电导率导致无法准确反演水肥配比的浓度，相对偏差值超过了01。因此，本研究提出的在线水肥智能感知与精准配比系统实现了消除当地水体电导率对水肥配比准确性的干扰，通过模型计算实现复合肥精准化配比，并得出各指标浓度。该系统结构简单，配比精准，易与现有水肥一体机或者人工配肥系统结合使用，可广泛应用于设施农业栽培、果园栽培和大田经济作物栽培等环境下的精准智能施肥。

知网阅读

[8]孙浩然, 孙琳, 毕春光, 于合龙 基于粒子群与模拟退火协同优化的农田物联网混合多跳路由算法[J] 智慧农业(中英文), 2020, 2(3): 98-107

SUN Haoran, SUN Lin, BI Chunguang, YU Helong Hybrid multi-hop routing algorithm for farmland IoT based on particle swarm and simulated annealing collaborative optimization method[J] Smart Agriculture, 2020, 2(3): 98-107

摘要： 农业无线传感器网络对农田土壤、环境和作物生长的多源异构信息的获取起关键作用。针对传感器在农田中非均匀分布且受到能量制约等问题，本研究提出了一种基于粒子群和模拟退火协同优化的农田物联网混合多跳路由算法（PSMR）。首先，通过节点剩余能量和节点度加权选择簇首，采用成簇结构实现异构网络高效动态组网。然后通过簇首间多跳数据结构解决簇首远距离传输能耗过高问题，利用粒子群与模拟退火协同优化方法提高算法收敛速度，实现sink节点加速采集簇首中的聚合数据。对算法的仿真试验结果表明，PSMR算法与基于能量有效负载均衡的多路径路由策略方法（EMR）相比，无线传感器网络生命周期提升了57%；与贪婪外围无状态路由算法（GPSR-A）相比，在相同的网络生命周期内，第1个死亡传感器节点推迟了两轮，剩余能量标准差减少了004 J，具有良好的网络能耗均衡性。本研究提出的PSMR算法通过簇首间多跳降低远端簇首额外能耗，提高了不同距离簇首的能耗均衡性能，为实现大规模农田复杂环境的长时间、高效、稳定地数据采集监测提供了技术基础，可提高农业物联网的资源利用效率。

知网阅读

[9]毛文菊, 刘恒, 王东飞, 杨福增, 刘志杰 面向果园多机器人通信的AODV路由协议改进设计与测试[J] 智慧农业(中英文), 2021, 3(1): 96-108

MAO Wenju, LIU Heng, WANG Dongfei, YANG Fuzeng, LIU Zhijie Improved AODV routing protocol for multi-robot communication in orchard[J] Smart Agriculture, 2021, 3(1): 96-108

摘要： 针对多机器人在果园中作业时的通信需求，本研究基于Wi-Fi信号在桃园内接收强度预测模型，提出了一种引入优先节点和路径信号强度阈值的改进无线自组网按需平面距离向量路由协议（AODV-SP）。对AODV-SP报文进行设计，并利用NS2仿真软件对比了无线自组网按需平面距离向量路由协议（AODV）和AODV-SP在发起频率、路由开销、平均端到端时延及分组投递率4个方面的性能。仿真试验结果表明，本研究提出的AODV-SP路由协议在发起频率、路由开销、平均端到端时延及分组投递率4个方面的性能均优于AODV协议，其中节点的移动速度为5 m/s时，AODV-SP的路由发起频率和路由开销较AODV分别降低了365%和709%，节点的移动速度为8 m/s时，AODV-SP的分组投递率提高了059%，平均端到端时延降低了1309%。为进一步验证AODV-SP协议的性能，在实验室环境中搭建了基于领航-跟随法的小型多机器人无线通信物理平台并将AODV-SP在此平台应用，并进行了静态丢包率和动态测试。测试结果表明，节点相距25 m时静态丢包率为0，距离100 m时丢包率为2101%；动态行驶时能使机器人维持链状拓扑结构。本研究可为果园多机器人在实际环境中通信系统的搭建提供参考。

知网阅读

[10]黄凯, 舒磊, 李凯亮, 杨星, 朱艳, 汪小旵, 苏勤 太阳能杀虫灯物联网节点的防盗防破坏设计及展望[J] 智慧农业(中英文), 2021, 3(1): 129-143

HUANG Kai, SHU Lei, LI Kailiang, YANG Xing, ZHU Yan, WANG Xiaochan, SU Qin Design and prospect for anti-theft and anti-destruction of nodes in Solar Insecticidal Lamps Internet of Things[J] Smart Agriculture, 2021, 3(1): 129-143

摘要： 太阳能杀虫灯在有效控制虫害的同时，可减少农药施药量。随着其部署数量的增加，被盗被破坏的报道也越来越多，严重影响了虫害防治效果并造成了较大的经济损失。为有效地解决太阳能杀虫灯物联网节点被盗被破坏问题，本研究以太阳能杀虫灯物联网为应用场景，对太阳能杀虫灯硬件进行改造设计以获取更多的传感信息；提出了太阳能杀虫灯辅助设备——无人机杀虫灯，用以被盗被破坏出现后的部署、追踪和巡检等应急应用。通过上述硬件层面的改造设计和增加辅助设备，可以获取更为全面的信息以判断太阳能杀虫灯物联网节点被盗被破坏情况。但考虑到被盗被破坏发生时间短，仅改造硬件层面还不足以实现快速准确判断。因此，本研究进一步从内部硬件、软件算法和外形结构设计三个层面，探讨了设备防盗防破坏的优化设计、设备防盗防破坏判断规则的建立、设备被盗被破坏的快速准确判断、设备被盗被破坏的应急措施、设备被盗被破坏的预测与防控，以及优化计算以降低网络数据传输负荷六个关键研究问题，并对设备防盗防破坏技术在太阳能杀虫灯物联网场景中的应用进行了展望。

知网阅读

微信交流服务群

为方便农业科学领域读者、作者和审稿专家学术交流，促进智慧农业发展，为更好地服务广大读者、作者和审稿人，编辑部建立了微信交流服务群，有关专业领域内的问题讨论、投稿相关的问题均可在群里咨询。

入群方法： 加我微信 331760296 ， 备注： 姓名、单位、研究方向 ，我拉您进群，机构营销广告人员勿扰。

信息发布

科研团队介绍及招聘信息、学术会议及相关活动 的宣传推广

是的，按摩椅的物体通过网络与手机的物体连接，这个过程就是物联网。这两年流行的共享行业是物联网的一部分，你说的共享按摩椅也是。像共享按摩椅行业的乐摩吧、双科、荣泰，都是用福州的物联网4G模块，物联网的软件非常稳定。雌性黑猩猩有时会杀死其他雌性猩猩的幼仔作为报复。当一只雄性狮子是一个群体的领导者时，他会杀死最初领导者的年轻后代。这是为了母狮再次进入发情期，与之交配，生下自己的后代。同时也是为了防止前雄狮的后代将来与后代争夺统治权。但是，黑猩猩和雄狮通常不会吃自己杀死的同类，而土拨鼠和老鼠不会。他们会随时吃杀同类。其实同类吃掉的受害者并不仅限于幼小的动物，最广为人知的是雄性螳螂。雌螳螂交配后通常会咬掉雄螳螂的头，这种现象被称为“生殖同类相食”。对于雌螳螂来说，雄螳螂只是一顿美餐。雄性螳螂可能试图从雌性螳螂的魔掌中逃脱。但是澳大利亚有一种红背公蜘蛛，它愿意献出自己的生命，永远不逃。他们经常在与母蜘蛛交配时，跳进母蜘蛛的嘴里享受他的身体。那么公蜘蛛为什么要这么勇敢的献出自己的生命呢？原来，雌性蜘蛛在发情期要和很多雄性蜘蛛交配。为了与其他竞争者争夺成为小蜘蛛父亲的机会，雄性蜘蛛不得不为此奉献一生。因为雌蜘蛛在交配时会吃掉配偶的身体，所以雌蜘蛛越忙，交配时间就越长。这样，就会有更多的精子进入母蜘蛛的体内。这是避开雌蜘蛛尖牙的雄蜘蛛留下的精子的两倍。自己的基因被遗传下来的几率就翻倍了。大多数生殖性同类相食发生在蛛形纲动物和昆虫中，其中包括八条腿的无脊椎动物，如蜘蛛、蝎子、螨虫和蜱。然而，鸟类、两栖动物和鱼类也吃同类。在印度尼西亚，年幼的科莫多巨蜥(又名科莫多巨蜥)总是警惕地看着同类的长辈，防止他们攻击。

物联网（The Internet of Things，简称IOT）是指通过 各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、 连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化 学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。

物联网无线模块

在物物相连的物联网时代，要想实现智能设备的数据透传就需要仰仗无线透传模块的力量，从技术层面来看，蓝牙、WiFi、ZigBee等优势明显的无线传输技术成为物联网主流的无线传输方式。依赖于这些无线传输技术延生的蓝牙模块、WiFi模块、ZigBee模块可实现发送方和接收方数据的长度和内容完全一致，不需对数据做任何处理，相当于一条数据线或者串口线，可广泛应用在工业、环保、气象、地质、农业等诸多行业。

针对时下日益增长的数据透传需求，作为物联网无线模块及应用解决方案商的SKYLAB，在原有蓝牙模块、WiFi模块的基础上推出满足物联网应用需求的IoT无线模块，并在UART蓝牙模块、UART WiFi模块产品中写入AT命令设置参数，使其可实现透传功能，如此一来，客户可通过该无线透传模块指定接入所需的云平台上，更加便捷地进行数据传输与整合分析。

设备管理，用户管理，数据传输管理，数据管理。
1，设备管理：设备管理顾名思义就是定义设备相关信息，如设备类型、设备属性等。注：定义设备的类型，一般由设备的制造商来定义，一种设备类型最重要的是关联到一套独有的数据解析方法，数据的存储方法，已经设备规格等数据，也只有设备的制造商才可以编辑有关设备类型的数据，而设备的使用者只能浏览设备类型的相关信息。
2，组织管理：在物联网卡平台中，所有的设备、用户、数据都是基于组织的管理的。用户管理：用户是基于一个组织下的人员构成，每个组织下面都有管理员角色，管理员可以为其服务的组织添加不同的用户，并分配每个用户不同的权限。注：一个用户也可以属于多个不同的组织，并且扮演不同的组织。
3，数据传输管理，定义针对一类型设备的数据传输协议，基本格式是：每一个设备都有唯一的序列号，但没有固定格式(因为每个制造商有自己的编码格式);命令码一般采用2位数字编码00~99;而数据部分是此条报文，所包含的数据部分，每个协议可以定义不同的解析方式，比如服务器在收到数据包后，会根据预先定义好的解析方式解析数据字段，并按照规则存储。
4，(1)权限管理，数据的权限是至关重要的。(2)大数据，物联网数据是一个海量的数据，我们可以根据这些数据来实现数据的可视化分析。(3)数据的导出，用户可以导出数据到本地做分析。
通过上述介绍我们知道，物联网卡管理平台由设备管理、用户管理、数据传输管理与数据管理四个板块构成，各个板块负责各，自数据查询、管理，通过网络系统与通信技术的彼此连接共同组建物联网卡平台系统，实现数据的即时连接查询。我们表示，物联网卡管理平台的出现是物联网技术发展到一定阶段的必然产物，也是物联网卡得以批量连接硬件设备的基础，通过物联网卡管理平台管理物联卡，对物联网卡发展趋势大有裨益。

IGBT长文

功率半导体行业情况

预测2025年国内功率半导体500亿市场，目前国产化渗透率很低。预测未来整个功率三大块： 汽车 、光伏、工控 。还有一些白电、高压电网、轨交。

（1）工控市场： 国内功率半导体2018年以前主要还是集中工控领域，国内规模100亿；

（2）车载新能源车市场： 2025年预测电动车国内市场达到100-150亿以上；2019-2020年新能源 汽车 销量没怎么涨，但是2020年10月开始又开始增长 ，一辆车功率半导体价值量3000元，预测2021年国内200万辆（60亿市场空间），2025年国内目标达到500万台（150亿市场空间）。

（3）光伏逆变器市场： 从130GW涨到去年180GW。光伏逆变器也是迅速发展，1GW对应用功率半导体产业额4000万元人民币，所以， 光伏这块2020年180GW也有70多亿功率半导体产业额。国内光伏逆变器厂商占到全球60%市场份额（固德威、阳光电源、锦浪、华为等）。

Q：功率半导体景气情况

A：今年的IGBT功率半导体涨价来自于：（1）新能源车和光伏市场对IGBT的需求快速增长；（2）疫情影响，IGBT目前大部分仰赖进口，而且很多封测都在东南亚（马来西亚等），目前处于停摆阶段，加剧缺货状态。（3）现在英飞凌工控IGBT交期半年、 汽车 IGBT交期一年。 2022-2023年后疫情缓解了工厂复工，英飞凌交期可能会缓解；但是，对IGBT模组来说， 汽车 和光伏市场成长很快，缺货可能会一直持续下去。 直到英飞凌12英寸，还有国内几条12英寸（士兰微、华虹、积塔、华润微等）产线投出来才有可能缓解。

Q：新能源车IGBT市场和国内主要企业优劣势？

A： 第一比亚迪， 国内最早开始做的；

（1） 2008年收购了宁波中玮的IDM晶圆厂开始自己做，2010-2011年组织团队开始开发车载IGBT；2012年导入自家比亚迪车，2015年自研的IGBT开始上量。

（2）2015年以前，比亚迪80%芯片都是外购英飞凌的，然后封装用在自己的车上，比如唐、宋等；

（3）2015年之后自产的IGBT 25代芯片出来，80%芯片开始用自己，20%外购；

（4）2017-2018年IGBT 40代芯片出来以后，基本100%用自己的芯片。 他现在IGBT装车量累计最多，累计100万台用自己的芯片，2017年开始往外推广自己的芯片和模块， 但是，比亚迪IGBT 40只能对标英飞凌IGBT 25为平面型+FS结构，比国内企业沟槽型的芯片性能还差一些 （对比斯达、宏微、士兰微的4代都落后一代；导致饱和压降差2V，沟槽型的薄和压降差14V，所以平面结构的损耗大，最终影响输出功率效率）。所以， 目前外部采用比亚迪IGBT量产的客户只有深圳的蓝海华腾，做商用物流车 ；乘用车其他厂商没用一个是性能比较落后，另一个是比亚迪自研的模块是定制化封装，比目前标准化封装A71、A72等模块不一样；

（5）2020年底比亚迪最新的IGBT 50推出来 ，能对标国内同行沟槽型的芯片（对标英飞凌40代IGBT，还有斯达、士兰微的沟槽型产品），就看他今年推广新产品能不能取得进展了。

第二斯达半导： （1）2008年开始做IGBT，原本也是外购芯片，自己做封装；

（2）2015年英飞凌收购了IR（international rectifier），把IR原本芯片团队解散了，斯达把这个团队接手过来，在IR第7代芯片（对标英飞凌第4代）基础上迭代开发；

（3）2016年开始推广自己研发的芯片，客户如汇川、英威腾进行推广。这款是在别人基础上开发的，走了捷径，所以一次成功，迅速在国内主机厂进行推广；

（4）2017年开始用在电控、整车厂；

（5）斯达现在厂内自研的芯片占比70%，但是在车规上A00级、大巴、物流车这些应用比较多 。但是他的750V那款A级车模块还没有到车规级，寿命仅有4-5年（要求10年以上），失效率也没有达标（年失效率50ppm的等级）； A级车的整车厂对车载IGBT模块导入更倾向于IDM，因为对芯片寿命、可靠性、失效率要求高，IDM在Fab厂端对工艺、参数自己把控。斯达的芯片是Fabless，没法证明自己的芯片来料是车规级；（虽然最终模块出厂是车规级，但是芯片来料不能保证）

Fabless做车规级的限制： 斯达给华虹下单，是晶圆出来以后，芯片还有经过多轮筛选，经过测试还有质量筛选，然后再拿去封装，封装完以后在拿去老化测试，动态负载测试等，最后才会出给整机客户；但是，IDM模式在Fab厂那端就可以做到很多质量控制，把参数做到一致，就可以让芯片达到车规等级，出来以后不需要经过很多轮的筛选；

第三中车电气：（1） 2012年收购英国的丹尼克斯，开始进行IGBT开发。

（2）2015年成立Fab厂，一开始开发应用于轨交的IGBT高压模块6500V/7500V。2017年因为在验证所以产能比较闲置，所以开始做车规级的IGBT模块650V/750V/1200V的产品；

（3）2018年国产开始有机会导入大巴车、物流车、A00级别的模块（当时国内主要是中车、比亚迪、斯达三家导入，中车的报价是里面最低的；但是受限于中车原来不是做工控产品，所以对于车规IGBT的应用功放，还有加速功放理解不深；例如：IGBT要和FRD并联使用，斯达和比亚迪是IGBT芯片和FRD芯片面积都是1:1使用，中车当时不太了解，却是用1:05，在特殊工况下，二极管电流会很大，失效导致炸机，所以当时中车第一版的模块推广不是很顺利。

2019-2021年中车进行芯片改版，以及和Tier-1客户紧密合作，目前汇川、小鹏、理想都对中车进行了两年的质量验证，今年公司IGBT有机会上乘用车放量。 我们觉得中车目前的产品质量达到车规要求，比斯达、比亚迪都好；中车的Fab厂和封装厂也达到车规等级，今年中车上量以后还要看他的失效率。如果今年数据OK的话，后面中车有机会占据更大份额。

第四士兰微：（1） 2018年之前主要做白电产品；

（2）2018年以后成立工业和车载IGBT。四家里面士兰微是最晚开始做的；

（3）目前为止，士兰微 车载IGBT有些样品出来，而且有些A00级别客户已经开始采用了，零跑、菱电采用了士兰微模块 。士兰微要走的路线是中车、斯达的路径，先从物流、大巴、A00级进入。 士兰微虽然起步慢，但是优势是在于IDM，自有6、8、12英寸产线产品迭代非常块（迭代一版产品只要3个月，Fabless要6个月）。 工业领域方面，士兰未来是斯达最大的竞争对手，车载这块主要看他从A00级车切入A级车的情况。

Q：国内几家厂商车规芯片参数差异？

A：比亚迪IGBT的40平面型饱和压降在2V以上，但是斯达、士兰微、中车的沟槽型工艺能做到14V-16V，平面损耗大，最终影响输出功率差；

如果以A级车750V模块为例，士兰微是目前国内做最好的，能对标英飞凌输出160KW-180KW， 然后是中车，也能做到160KW但是到不了180KW，斯达半导产品出来比较早做到140-150kW的功率，比亚迪用平面型工艺最高智能做到140kW，所以最后会体现在输出功率；

比亚迪芯片工艺落后的原因：收购宁波中玮的厂是台积电的二手厂，这条线只能做6英寸平面型工艺，做不了沟槽的工艺；所以比亚迪新一代的50沟槽工艺的芯片是在华虹代工的 （包括60对标英飞凌7代的芯片估计也是找带动）。

Q：国内几家厂商封装工艺的差异？

A：车规封装有四代产品：

（1）第一代是单面间接水冷： 模块采用铜底板，模块下面涂一层导热硅脂，打在散热器底板上，散热器下面再通水流，因此模块不直接跟水接触。这种模块主要用在经济型方案，如A00、物流车等；这个封装模块国内厂商比亚迪、斯达、宏微等都可以量产，从工业级封装转过来没什么技术难度。

（2）第二代是单面直接水冷： 会在底板上长散热齿（Pin Fin结构）,在散热器上开一个槽，把模块插进去，下面直接通水，跟水直接接触，周围封住，散热效率和功率密度会比上一代提升30%以上；这种模块主要用在A00和A级车以上，乘用车主要用这种方案。国内也是大家都可以量产，细微区别在于斯达、中车用的铜底板，比亚迪用的铝硅钛底板，比亚迪这个底板更可靠，但是散热没有铜好。他是讲究可靠性，牺牲了一些性能。

（3）第三代是双面散热： 模块从灌胶工艺转为塑封工艺，两面都是间接水冷，散热跟抽屉一样把模块插进去；这种模块最早是日系Denso做得（给丰田普锐斯），国内华为塞力斯做的车，也是采用这个双面水冷散热的方案。国外安森美、英飞凌、电桩都是这个方案，国内是比亚迪（2016年开始做）和斯达在做，但是对工艺要求比较高（散热器模块封装工艺比较复杂，芯片需要特殊要求，要求芯片两面都能焊，所以芯片上表面还需要电镀），国内比亚迪、斯达距离量产还有一段距离（一年左右）；

（4）第四代是双面直接水冷： 两面铜底加上长pinfin双面散热，目前全球只有日本的日立可以量产，给奥迪etron、雷克萨斯等高端车型在供应，国内这块没有量产，还处于技术开发阶段。

Q：国内企业现在还有外采英飞凌的芯片吗，国内这四家距离英飞凌的代差

A：目前斯达、宏微、比亚迪还是有部分产品外采英飞凌的芯片；斯达外采的芯片主要是做一些工业级别IGBT产品，例如：在电梯、起重机、工业冶金行业，客户会指定要求模块可以国产，但是里面芯片必须要进口（例如：汇川的客户蒂森克虏伯，德国电梯公司）；还有一些特殊工业冶炼，这些芯片频率很高，国内还做不到，就需要外采芯片；

车载外采英飞凌再自己做封装的话，价格拼不过英飞凌；（英飞凌第七代芯片不卖给国内器件厂，只卖四代）；国内来讲， 斯达、士兰微、中车等，不管他们自己宣传第几代，实际上都是对标英飞凌第四代 （沟槽+FS的结构），目前英飞凌最新做到第七代，英飞凌第五代（大功率版第四代）、第六代（高频版第四代）第五和第六代是挤牙膏基于第四代的升级迭代，没有质量飞跃；第七代相对第四代是线径减少（5微米缩小到3微米，减小20%面积），芯片减薄（从120微米减少到80微米，导通压降会更好），性能更好（1200V产品的导通压降从17V降到14V）。而且，英飞凌第七代IGBT是在12寸上做，单颗面积减小，成本可能是第四代的一半。但是，英飞凌在国内销售策略，第七代售价跟第四代差不多，保持大客户年降5%（但是第七代性能比第四代有优势）；国内士兰微、中车、斯达能够量产的都是英飞凌四代、比亚迪40对标英飞凌25代，50对标英飞凌4代；

2018年底，英飞凌推出7代以后因为性能很好，国内士兰微、斯达、宏微当时就朝着第七代产品开发，目前士兰微、斯达有第七代样品出来了，但是离量产有些距离。第七代IGBT的关键设备是离子注入机等，这个设备受到进口限制，目前就国内的华虹、士兰微和积塔半导体有。 士兰微除了英飞凌第七代，还走另一条路子，Follow日本的富士，走RC IGBT（把IGBT和二极管集成到一颗IC用在车上），还没有量产。

Q：斯达IGBT跟华虹的关系和进展如何？

A：斯达跟华虹一直都是又吵又合作。2018年英飞凌缺货的时候，对斯达来讲是个非常好的国产替代机会，斯达采取策略切断小客户专供大客户，在汇川起量（紧急物料快速到货），在汇川那边去年做到2个亿，今年可能做到3个亿；缺货涨价对国产化是很好的机会，但是，华虹当时对斯达做了个不好的事情，当年涨了三次价格，一片wafer从2800涨到3500，所以，2019年斯达后面找海内外的代工厂，包括中芯绍兴、日本的Fab等。所以斯达和华虹都是相爱相杀的状态。

斯达自己规划IDM做的产品，是1700V高压IGBT和SiC的芯片，这块业务在华虹是没有量产的新产品，华虹那边的业务量不会受到影响（12英寸针对斯达1200V以下IGBT）。 但是，从整个功率半导体模式来说，大家都想往IDM转，第一个是实现成本控制提高毛利率，扩大份额。第二个是产品工艺能力，斯达往A级车推广不利，主要就是因为受限于Fabless模式，追求质量和可靠性，未来还是要走IDM模式。

Q：士兰微、斯达半导体的12寸IGBT的下游应用有区别吗？

A： 目前国内12英寸主要是让厂家成本降低，但是做得产品其实一样。 12寸晶圆工艺更难控制，晶圆翘曲更大，更容易裂片，尤其是减薄以后的离子注入，工艺更难控制。 士兰微、斯达在12寸做IGBT，主要还是对标英飞凌第四代产品，厚度120微米。如果做到对标英飞凌的第七代，要减薄到80微米，更容易翘曲和裂开。 士兰微、斯达12寸IGBT产品主要用在工业场景，英飞凌12英寸在2016、2017年出来，首先切入工业产线，后面再慢慢切入车规，因为车规变更产线所有车规等级需要重新认证。

Q：电动车里面IGBT的价值量？

A：电控是电动车里面IGBT价值量最大头；

（1）物流车： 用第一代封装技术，一般使用1200V 450A模块，属于半桥模块，单个模块价格300元（中车报价280），一辆车电控系统要用三个，单车价值量1000元；

（2）大巴车： 目前用物流车一样的封装方案（第一代）；但是不同等级大巴功率也不一样，8米大巴用1200V 600A；大巴一般是四驱，前后各有一个电控，一个电控用3个模块，总共要用6个模块，单个价格450-500，单车价值量3000元左右；10米大巴功率等级更高用1200V 800A，一个模块600块，也用6个，单车价值量3600元左右。

（3）A00级（小车）： 用80KW以下，使用第二代封装（HP1模块），模块英飞凌900左右（斯达报价600）。

（4）A级车以上： 15万左右车型用单电控方案，用第二代直接水冷的HP Drive模块，英飞凌报价从2000-1300元（斯达1000元）；20-30万一般是四驱，前后各有一个电机，进口2600（国产2000）；高级车型：蔚来ES8（硅基电控单个160-180KW，后驱需要240KW），前驱一个，后驱并联用两个模块；所以共需要三个，合计3000-3900元。

（5）车上OBC： 66kW慢充用IGBT单管，20多颗分立器件，总体成本300元以下；

（6）车载空调： 4kW左右用IPM第一类封装，价值量100元以内；

（7）电子助力转向， 功率在15-20kW，主要用的75A模块，价值量200元以内；

（8）充电桩 ：慢充20kW以内用半桥工业IGBT，200元以内。未来的话要做到超级快充100KW以上，越大功率去做会采用SiC方案，成本成倍增加，可能到1000元以上；

Q：国内SiC主要企业优劣势？

A：国内SiC产业链不完整。做晶圆这块国内能够量产的是碳化硅二极管， SiC二极管已经量产的是三安光电、瑞能、泰科天润。 士兰和华润目前的进度还没有量产（还在建设产线）；

SiC MOS的IDM模式要等更久，相对更快的反而是Fabless企业， 瞻芯、瀚薪等fabless，找台湾的汉磊代工，开始有些碳化硅MOS在OBC和电源上面量产了， 主要因为国内Fab厂商不成熟（栅氧化层、芯片减薄还不成熟），相对海外厂商工艺更好，国内落后三年以上。海外的罗姆已经在做沟槽型SiC MOS的第三代了，ST的SiC都在特斯拉车上量产了；

SiC应用来讲，整个全球市场6-7亿美金，成本太高所以应用行业主要分两个：

第一个、是高频高效的场景，如光伏、高端通信电源， 采用SiC二极管而不是SiC MOSFET，可以降低成本； 把跟IGBT并联的硅基二极管换成SiC二极管，可以提升效率兼顾成本；

第二块、就是车载， （1）OBC强调充电效率（超过12KW、22KW）的高端车型，已经开始批量采用SiC MOSFET，因为碳化硅充电效率比较高，充电快又剩电；（2）车载主驱逆变的话主要用在高端车型，保时捷Taycan、蔚来ET7，效率比较高可以提升续航，功率密度比较高；20-30万中段车型主要是 Tesla model 3 和比亚迪汉在用SiC MOS模块，因为特斯拉、比亚迪是垂直一体化的整车厂（做电控、做电池、又做整车），所以可以清楚知道效能提升的幅度；

相对来说，其他车企是分工的，模块厂也讲不清楚用了SiC的收益具体有多少（如节省电池成本），而且IGBT模块的价格也在降低成本。 虽然SiC可以提高续航，但是SiC节省温高的优点还没发挥，节省温高可以把散热系统做小，优势才会提升。 目前特斯拉SiC模块成本在5000元，是国产硅基IGBT的1300-1500元5-8倍区间，所以国产车企还在观望；但是，预计到2023年SiC成本有希望缩减到硅基IGBT的3倍差距，整车厂看到更多收益以后才会推动去用SiC。

Q：比亚迪的SiC采购谁的

A：比亚迪采购Cree模块； 英飞凌主要是推动IGBT7，没有积极推SiC；因为推SiC会革自己硅基产品的命。目前积极推广碳化硅的是罗姆、科瑞（全球衬底占比80%-90%）；

Q：工控、光伏领域里面，国产IGBT厂商的进展

A：以汇川为例，会要求至少两家供应商，工控里面一个用斯达，另一个宏微（汇川是宏微股东）；目前上量比较多的就是斯达； （1）斯达 的IGBT去年2个亿，今年采用规模可能达3亿以上（整个IGBT采购额约15亿）； （2）宏微 的IGBT芯片和封装在厂内出现过重大事故，质量问题比较大，导致量上不去，去年3000-4000万；伺服方面去年缺货，小功率IPM引入了士兰微， （3）士兰微随着小批量上量，后面工控模块也有机会对士兰微进行质量验证；

Q：汇川使用士兰微的情况怎么样？

A： 目前还是可以的，去年口罩机上量，用了士兰微的IPM模块，以前用ST的IPM模块。目前，士兰微的失效率保持3/1000以内，后面考虑对士兰微模块产品上量（因为我们模块采购额一直在提升，只有两个国产企业供应不来）。 汇川内部有零部件的国产化率目标，工业产品设定2022年达到60%的国产化率，英威腾定的2022年80%，所以国产功率企业还是有很大空间去做。

Q：汇川给士兰微的体量

A：如果对标国产化率目标， 今年采购15亿，60%国产化率就是9个亿的产品国产化，2-3家份额分一下。（可能斯达4个亿；宏微、士兰微各自2-3个亿；） 具体看他们做得水平

Q：SiC二极管在光伏采用情况？

A：光伏里面也有IGBT模块，IGBT会并联二极管，现在是用SiC二极管替代IGBT里面的硅基FRD，SiC可以大幅减少开关损耗，提升光伏逆变器的效率。所以换成SiC二极管可以少量成本增加，换取大量效益； 国产SiC二极管主要用在通信站点、大型UPS里面；目前在光伏里面的IGBT模块还是海外垄断，所以里面的SiC二极管还是海外为主， 未来如果斯达、宏微开发碳化硅模块，也会考虑国产化的。

Q：华润微、新洁能、扬杰、捷捷这些的IGBT实力？

A：这里面比较领先的是华润微；（1）华润微在2018年左右开始做IGBT，今年有1、2个亿左右收入主要是单管产品，应该还没有模块；（2）新洁能是纯Fabless，没有自己的Fab和模块工厂，要做到工业和车规比较难（汇川不会考虑导入），可能就是做消费级或是白电这种应用。（3）捷捷、扬杰有些SiC二极管样品，实际没多少销售额，IGBT产品市场上还看不太到，主要用在相对低端的工控，像焊机，高端工业类应用看不到；比亚迪其实也是，工业也主要在焊机、电磁炉，往高端工业走还是需要个积累过程。

Q：比亚迪半导体其他产品的实力？

A：之前是芯片代数有差距，所以一直上不了量，毛利率也比较低，比如工业领域外销就5000万（比不过国内任何IGBT企业），用在变焊机等。所以关键是， 看比亚迪今年能不能把沟槽型的芯片推广到变频器厂等高端工业领域以及车载的外部客户突破 。如果今年外销还是只有4-5000万的话，那么说明他的芯片还是没有升级。

Q：吉利的人说士兰微的产品迭代很快，是国内最接近英飞凌的，怎么评价？

A：这个确实是这样，自己有fab厂三个月就能迭代一个版本，没有fab厂要六个月。 士兰微750V芯片能对标英飞凌，做到160-180kW的功率。他的饱和压降确实是国内最低的，目前他最大的劣势在于做车规比较晚，基本是零数据，需要这两年车载市场爆发背景下，在A00级别（零跑采用了，但是属于小批量，功率80KW以内，寿命要求也低一些；）和物流车上面发货来取得质量数据， 国内的车厂后面可能用他的产品 。（借鉴中车走过的路，除了性能还要有质量的积累） 。

Q：士兰微IPM起量的情况？

A： 国内市场主要针对白电的变频模块，国内一年6-7亿只；单价按照12-13元/个去算，国内70-80亿规模， 这块价格和毛利率比较低一些，国内主要是士兰微和吉林华微在做，斯达也开始设计但是量不大一年才几千万，所以， 士兰微是目前最大的，目前导入了格力、美的，量很大，今年有可能做到8个亿以上，是国产化的过程，把安森美替代掉 （一旦导入了就有很大机会可以上量）；但是，这块IPM毛利率不会太高。要提毛利率的话还是要做工业和车规级（斯达毛利率40%以上就是因为只做工控和 汽车 等级，风电，碳化硅这些都是毛利率50%以上的）

Q：士兰微12英寸的情况？

A：去年底开始量产，士兰微12英寸前期跑MOS产品，公司去年工业1200V的IGBT做了一个亿，今年能做2-3亿；目前MOS能做到收入10亿。

---