בניית מערכת החקלאות החכמה באמצעות מיקרובקרים

החקלאות המודרנית מתמודדת עם לחץ עצום לייצר יותר מזון עם פחות משאבים. שינויי אקלים, מחסור במים, ומחסור בעבודה דורש פתרונות חדשניים.חקלאות חכמה - הידוע גם כחקלאות מדויקת - מאמת את האתגרים הללו על ידי שילוב חיישנים, מיקרובקרים, וקישוריות לתוך מנהגים חקלאיים מסורתיים. בלב הטרנספורמציה הזו שוכנת המיקרובקר, שבב נמוך, זול, גמיש, שיכול לחוש את הסביבה ואת השליטה הגופנית על ידי מבנה חכם, באמצעות יבולים, באמצעות מערכת יעילה, יכול להגן על ידי תאים חיוניים, לחץ דם, על ידי מערכת יעילה, לחץ דם, לחץ דם, על ידי מערכת יעילה, לחץ דם מרחוק, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, על ידי מערכת, לחץ דם, לחץ דם, על ידי מערכת, לחץ דם, לחץ דם מרחוק, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם מרחוק, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, לחץ על ידי מערכת, על ידי מערכת, לחץ על ידי מערכת, לחץ על ידי מערכת יעילה, לחץ על ידי תאים גמישה, לחץ על ידי מערכת, לחץ על ידי מערכת, לחץ על ידי מערכת, לחץ על ידי מערכת יעילה, לחץ דם מרחוק, לחץ דם מרחוק, לחץ דם מרחוק, לחץ דם, לחץ דם

מה זה מיקרו-בקר?

מיקרובקר הוא מערכת מחשב מלאה על מעגל משולב יחיד.הוא מכיל הליבה מעבד, זיכרון (גם RAM וגם פלאש לאחסון תוכנה), ופלט קידוד / פלט קידוד היקפי.בניגוד מיקרו-מעבדים מטרה כללית (כמו אלה במחשב נייד), מיקרובקר מיועד יישומים משובצים שבו עלות, כוח, וגודל הם מגבלות קריטיות.

(בשיתוף:0) ארדונו (ATmega328P, SAMD וכו ')EveFLT:1 - מערכת אקולוגית ידידותית למתחילים, מערכת אקולוגית עצומה של מגינים וספריות, אידיאלית למניעה.
(FLT:0)7566 ו- ESP32FLT:1 - נבנה-in Wi-Fi ו- Bluetooth, עלות נמוכה, בשימוש נרחב בפרויקטים חקלאיים של IoT.
(FLT:0)Raspberry Pi Pico (RP2040)sherFLT:1) - מעבד כפול-core ARM, כוח נמוך, תומך מיקרופייתון ו- C++.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ :0)PIC ו- AVRFLT:1 - אפשרויות מסורתיות לחיישנים תעשייתיים וסוליים.

היתרון המרכזי של מיקרובקרים בחקלאות חכמה הוא היכולת שלהם לקרוא נתוני חיישן, לקבל החלטות מבוססות לוגיקה, ולכונן מעשים - כל ללא התערבות אנושית קבועה.הם יכולים להיות מתוכנתים לרוץ על כוח סולארי, לתקשר על פני מרחקים ארוכים באמצעות LoRaWAN, ולאחסן חודשים של נתונים מקומיים אם הרשת אינה זמינה.

כיצד מיקרובקרים יכולים לחקלאות חכמה

מערכות חקלאות חכמות פועלות בלולאה רציפה: תחושה של פעולה / תקשורת.מיקרובקר מטפלות בכל צעד.לדוגמה, חיישן לחות אדמה שולח מתח אנלוגי ל- ADC של המיקרובקר (ממיר אנלוג-ל-דיגיטלי) המשווה את הקריאה נגד סף מוגדר למשתמש.אם הקרקע יבשה מדי, היא מפעילה מסר מחובר למשאבת מים לאחר השקיה, לחץ על מנת לצמצם את האוטומציה של ה-MRC, כדי לצמצם את מצב חירום לצמצום של טיפול במים.

הגמישות של מיקרובקרים מאפשרת להם לשמש בחממות, שדות פתוחים, מערכות הידרופוניות, ומקלטי בעלי חיים.עם תוספת של חיישנים לטמפרטורה, לחות, עוצמת אור, pH ומהירות רוח, לוח מיקרו-בקר אחד יכול לנהל מספר רב של מיקרו-מטיס בו זמנית.

ראשי תיבות של A Smart Agriculture System

חיישנים

מדידה מדויקת של פרמטרים סביבתיים היא הבסיס של כל מערכת חקלאות מדויקת.החיישנים הנפוצים ביותר כוללים:

(FLT:0) Soil לחות חיישןFLT:1 - Capacitive או התנגדות; חיישנים קיבוליים מתנגדים קורוזיה והמשך תפוקה אופיינית היא מתח אנלוגי מ 0-3.3V.
(ב)0 (DHT22 או BME280FLT:1) - טמפרטורה בינונית ולחות. BME280 מספקת גם לחץ ברומטרי.
(FLT:0DS18B2003FLT:1) - חיישן טמפרטורה דיגיטלית עמיד למים, אידיאלי עבור ניטור טמפרטורה נוזלי או אדמה.
(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) [15] ,0 ,2 ⁇ (ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בעת בחירת חיישנים, לשקול את מתח התפעולי שלהם (3.3V או 5V), צריכת החשמל (במיוחד עבור צמתים מטופחים סוללות), ואת ממשק הפלט (analog, I2C, SPI, OneWire) חיישנים מודרניים רבים באים על לוחות שוברים עם מתח מובנה ורגולטורים כדי לפשט את הקשר למיקרו-בקרים.

בחירת מיקרובקר

בחירת המיקרובקר הנכון תלויה ספירת החיישן, צרכי קישוריות, תקציב חשמל ותקציב.

השתמש ב-FLT:0 ,Arduino UnoFLT: 1 (ב) עבור מערכת פשוטה עם 2-3 חיישנים ומופע אחד.
השתמש ב-FLT:0ESP32FLT:1 כאשר Wi-Fi או Bluetooth נדרש עבור איסוף נתונים מרחוק ושליטה.
השתמש ב-FLT:0;Raspberry Pi PicoFirLT:1 עבור כוחות נמוכים, משטחים שדה ממוזג סוללות אשר מתקשרים מעל לורה.
השתמש ב-FLT:0 sTMSTM32FLT:1 עבור רכישת נתונים במהירות גבוהה במערכות עם חיישנים רבים או לולאות בקרה בזמן אמת.

ללא קשר לפלטפורמה, ודא כי מיקרובקר יש מספיק ערכות GPIO, ADC ערוצים, וממשקים סידוריים (UART, I2C, SPI) עבור הרכיבים שנבחרו שלך, גם לשקול את הזמינות של תמיכה קהילתית וספריות טרום-כתובות - ארדונו ו ESP32 מערכות אקולוגיות הם עשירים במיוחד עבור חיישנים חקלאיים.

Actuators

החוקרים להמיר פקודות אלקטרוניות לפעולות פיזיות.פועלים משותפים בחקלאות חכמה כוללים:

(FLT:0) RelaysveFLT:1) - Switch Highpower מכשירים (משאבות מים, אוהדים, תנורי חום) על ומחוץ.
(FLT:0)Mosfetrated מודוליםFLT:1 - עבור PWM שליטה על מנועים DC, רצועות LED או שסתום פרופורציונלי.
(ב) ,0) ,עבדו מנועים (מחילת) 1 - פקדים, זחלים או צאצאים זרע עם תנועה זוויתית מדויקת.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

זכור כי מיקרובקרים פלט אותות דיגיטליים נמוכים מתחלפים; תמיד להשתמש מעגלים הנהג (לוחות עיכוב, נהגים מנועים) בין המיקרובקר לבין מחוללי כוח גבוה.

מודולים קישוריות

ללא קישוריות, מערכת חקלאות חכמה מאבדת את יכולת ניטור ושליטה מרחוק שלה.הבחירה של טכנולוגיית התקשורת תלויה במרחק, שיעור נתונים ומגבלות כוח:

(FLT:0)Wi-Fi (ESP8266/ESP32)IRLT:1) - שיעור נתונים גבוה, עובד בתוך בנייה או טווח Wi-Fi מתקדם.
(FLT:0GSM/4G (SIM800L, SIM7000teau)FLT:1 - כיסוי סלולרי מאפשר שדות מרוחקים, אך דורש תוכנית נתונים ומושך יותר כוח.
(FLT:0)LoRaWAN (SX12/127680)sveFLT:1 - טווח ארוך (2-15 ק"מ), כוח נמוך מאוד, שיעור נתונים נמוך.מושלם עבור מאות צמתים לחות הקרקע התפשט על פני שדות גדולים דורש שער.
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) [13]5MoriHzFLT:1 - תקשורת פשוטה וזולה לנקודות תקשורת עבור התראות בסיסיות.

עבור גמישות מקסימלית, מערכות מתקדמות רבות משלבות שתי טכנולוגיות: צומת כוח גבוה עם סלולרי או Wi-Fi פועל כמו שער עבור מיש של כוח נמוך לרה או Zigbee על על על עלות.

כוח אספקה

מערכות סודיות שדה צריכות לפעול באופן אמין במשך חודשים על סוללות או כוח סולארי.

(FLT:0) פאנל Solar + מטען בקר FLT:1 - פאנל 5-10W יכול לשמור סוללה 12V 7ah למעלה עבור צומת טיפוסי ESP32 מבוסס.
(FLT:0) מצבי שינה של דיפ-ד'ר 1 - מיקרובקרים כמו ESP32 ו-ATmega328 יכולים לצייר רק מיקרו-אמפים בשינה. Wake up, לקחת מצגת חיישן, לשדר, לחזור לישון.
(FLT:0) הרגולטורים של Voltage 1R) - השתמש ב הרגולטורים נמוכים (LDO) או ממירי באג"ח עבור יעילות.
(ב) ,0) ניטור חומרים (FLT:1) - הוסף מפיץ מתח למדידת רמת הסוללה כך שהמערכת יכולה לשלוח התראות דלות.

User Interface

החקלאים זקוקים לנתונים הניתנים לפעולה, לא ערכי חיישן גולמיים.איי טוב מציג התראות, מגמות ואפשרויות בקרה ברורות.

(FLT:0Web pinveFLT:1) - לבנות עם HTML / CSS / JavaScript בשרת אינטרנט ESP32, או להשתמש מסגרת כמו Node-RED על Raspberry Pi.
(FLT:0) Mobile AppofLT:1 (Blynk, MQTT Dash, או מותאם אישית אנדרואיד / iOS אפליקציה המקושרת באמצעות MQTT.
(FLT:0) תצוגה מקומית של ההרחבה 1:1 ; מסך 16x2 LCD או OLED על המיקרובקר מראה ערכים נוכחיים ומעמד משאבה.
(FLT:0CloudפלטפורמותsveFLT:1) - דבר דבר, Adafruit IO, או AWS IoT לשמירת נתונים היסטורית וגורם הודעות דוא"ל / SMS.

שלב-בי-שלב עיצוב והטמעה

שלב 1: דרישות Define

התחל על ידי רישום הפרמטרים הסביבתיים שאתה רוצה לפקח (לחות שמן, טמפרטורה, אור) ואת הפעולות שאתה רוצה להיות שותף (שקיה, אוורור, פריסת צל) Define את האזור הפיזי להיות מכוסה.בנוסף לציין קישוריות: האם המערכת צריכה להיות נגישה מטלפון חכם בכל מקום, או רק מקומית?קבע תקציב ולהחליט על מקור כוח (mains או מסמך סולארי).

שלב 2: בחירת עבריינים

בהתבסס על דרישות, בחר מיקרובקר (למשל, ESP32 עבור Wi-Fi), חיישנים (למשל, לחות אדמה קיבולית, DHT22, BH1750), פועל (חזרה למשאבה, סרבו עבור vent), ופתרון כוח (12V סוללה עם 6W פאנל סולארי) ליצור הצעת חוק של חומרים ואימות: לדוגמה, אם פועל ברמה של 5Vler הוא צורך שינוי לוגיקה.

שלב 3: האסיפה המעגלית

השתמש בלוח לחם עבור חיישני חיבור ראשוני ופועלים אל הסיכות המיועדות של המיקרובקר.עבור מערכת לחות פשוטה:

Soil חיישן VCC - 3.3V, GND, GND, מחוץ ל- ADC pin (למשל, GPIO34 ב ESP32).
Relayמודול VCC - 3.3V, GND, GND, ב- ⁇ דיגיטלית (למשל, GPIO4).
משאבה חיובית דרך העברת משותף / לא, משאבה GND לסוללה שלילי.
ESP32 מ 5V רגולטורים מופעל על ידי הסוללה.

בדיקה כפולה של חיפוש לפני הפעלת כוח. השתמש ב- Multimeter כדי לאמת מתח ורציפות.

שלב 4: תסבירו את המיקרובקר

כתוב את הקושחה ב Arduino IDE או Platform.הלאה הליבה בדרך כלל עוקב אחר דפוס זה:

void loop() {
 int moisture = analogRead(SOIL_PIN);
 float temp = dht.readTemperature();
 if (moisture < DRY_THRESHOLD && temp > 5) {
 digitalWrite(PUMP_RELAY, HIGH);
 delay(IRRIGATION_DURATION);
 digitalWrite(PUMP_RELAY, LOW);
 }
 // Send data via MQTT
 client.publish("farm/soil/moisture", String(moisture).c_str());
 // Deep sleep for 10 minutes
 ESP.deepSleep(10 * 60 * 1000000);
}

שילוב של טיפול בשגיאות - לבדוק קריאות חיישן עבור הסתברות.לדוגמה, אם חיישן חוזר NAN או ערך מחוץ לטווח, או לדלג על קריאה כדי למנוע מפרצת פעולה כוזבת. השתמש בתזמון לא חוסם עבור פועלים כדי לאפשר פעולות אחרות (כמו קישוריות) לרוץ במקביל.

שלב 5: יישום נתונים לוגיים ושליטה מרחוק

עבור ניטור מרחוק, להגדיר מתווך MQTT (מתווך מבחן ציבורי או מקרה מקומי Mosquitto) ולהגדיר את המיקרובקר לפרסם נתונים חיישן במרווחים קבועים.

[ה]ב"ה: [ה], [קראו]
2 (ב) - "ON" או "OFF"

לאחסן נתונים היסטוריים על הענן (למשל, דבר דבר דבר) או באופן מקומי על מודול כרטיס SD.כרטיסי SD מאפשרים איסוף נתונים לא מקוון וניתן לנתח מאוחר יותר לשיפור התשואות.

שלב 6: בדיקות וקאליברציה

חיישני קליבר נגד הפניות ידועות.עבור לחות הקרקע, לקחת קריאה מקרקע יבשה (אוויר), ואז מכוס מים.מפת ADC קורא לחות אחוז באמצעות לחות ליניארית.בדוק את המערכת בתנאים שונים מזג אוויר וסוגים קרקעיים.סימלוט כישלונות חיישן ו טיפות רשת כדי להבטיח את ברירת המחדל של המערכת להתנהגות בטוחה (למשל, לסגור משאבה אם החיישנים הם לא חוקיים).

שלב 7: סודיות ותחזוקה

לאחר בדיקות הוא משביע רצון, לעבור מלוח לחם למתח קבוע באמצעות פסטור או PCB מותאם אישית. השתמש ב- IP65 או IP67 ארגזים עבור צומת בחוץ. Seal את כל הרשומות הכבלים עם סיליקון או בלוטות כבל.תוכנית לתחזוקה תקופתית: חיישנים חוזרים כל כמה חודשים, לבדוק בריאות הסוללה, ופאנלים סולאריים נקיים.

דוגמה מעשית: מערכת Drip Irrigation

בואו נלך בפרויקט עולם אמיתי שלם, חקלאי רוצה לבודד את המזימה של ירקות 10 צמיח באופן אוטומטי על לחות הקרקע, וגם רוצה לקבל התראות בטלפון שלהם.

(FLT:0)Hardware:FLT:1 ESP32 לוח פיתוח, 4 חיישני לחות קרקעיים קיבוליים (אחד לשורה), 12V DC שסתום סולנואיד, 12V 7ah סוללה, 10W פאנל סולארי, בקר אחראי, מודול מס' 4 ערוצים, ו- 20×4 LCD עם תרמיל I2C עבור תצוגה מקומית.

(FLT:0)Firmware: FLT:1 ESP32 מתעורר כל 15 דקות, קורא את כל החיישנים, ממוצע קריאה.אם הממוצע נופל מתחת לסף (המתקבל לשלב היבול), הוא פותח את שסתום ה-Solenoid למשך מוגדר (מחזורי מקשים על ידי MQTT) הוא מעדכן את ה- LCD עם לחות נוכחית ותפקוד הסוללה מפרסם את הנתונים להודעה חופשית (ללא תשלום) לאחר שעדיין לא ניתן ל-pQDRE שולחת (דבר) 2DRE שולח הודעה קצרה לאחר ריצה באמצעות מס'רפסת של NoDREL.

(FLT:0)Resultsrov: צריכת המים 1FLT ירדה ב-40% בהשוואה ללוח הזמנים מבוסס ה-Timer הקודם.החקלאי יכול לפקח על תנאי הקרקע מהסמארטפון שלהם ולהתאים את סף אירועים בגשם.המערכת פועלת במשך שתי עונות גדלות עם רק חיישן אחד עקב נזק גופני.

היתרונות של חקלאות מבוססת מיקרובקר

(FLT:0) שימור מים: ההרחבה 1 (Precise irrigation) המבוססת על לחות בזמן אמת יכול להפחית את השימוש במים ב-30-60 אחוזים.
יעילות:0 (Labor יעילות: FLT:1) אוטומטית משימות חוזרות ונשנות (השקיה, אוורור, לוחות זמנים של האכלה) משחררת עובדים חקלאיים לפעילות מיומן.
(FLT:0) החלטות מונחות נתונים: נתונים של חיישן היסטורי 1:1 חושפים דפוסים - זמני נטיעה, מחזורי מזיקים, ומחסור תזונתי - מובילים לתשואות גבוהות יותר.
(ב) מערכת מיקרו-בקר יחיד יכולה לשלוט בחממה קטנה; רשת של לור נודס יכולה לכסות מאות דונם ללא קנונית יקרה.
(FLT:0) Cost:BuildFLT:1; לוחות מיקרובקר בסיסיים עולים פחות מ 10 $. אפילו צומת חיישן מלא עם כוח סולארי ניתן לבנות עבור מתחת 100 $, מה שהופך חקלאות מדויקת נגיש לבעלי חיים קטנים.

אתגרים ופתרונות

(FLT:0)Power באזורים מרוחקים: FLT:1 יש לנפח כראוי את לוח השמש על ידי 30-50% כדי לקחת בחשבון ימים מעוננים.לשימוש בשינה עמוקה.עבור ל-LRA nodes, פאנל סולארי 2W ו-18650 סוללה יכול לשמור על המערכת פועל במשך שנים.

(FLT:0)Connectivity: FLT:1 סלולארי ו-Wi-Fi עשויים להיות לא זמינים באזורים כפריים. LoRaWAN ו-Wi-Fi backhauls (למשל, Iridium) לפתור זאת, אם כי עם שיעורי נתונים נמוכים יותר.

(FLT:0)Sensor סחף וכישלון: FLT:1 כל החיישנים מתפוגגים לאורך זמן. ליישם את האבחון העצמי: להשוות קריאה על פני חיישנים מרובים, מפרי דגל, ולשלוח התראות תחזוקה. השתמש בחיישנים איכותיים במקום ביישומי התנגדות כדי להפחית את קורוזיון.

(FLT:0) סודיות: 1FLT (תקני IoT) פגיעים.התעבורת MQTT עם TLS, השתמש בסיסמאות חזקות, ולעולם לא לחשוף מיקרו-בקרים ישירות לאינטרנט הציבורי ללא חומת אש או VPN.

(FLT:0) Cost של קנה מידה: FLT:1 בניית עשרות צמתים מותאמים אישית יכול להיות יקר אם כל אחד הוא יד פתור.עבור ל- PCB מותאם אישית ולשקול באמצעות קובצי חיישן סטנדרטיים. Open-source פלטפורמות כמו Open-source כמו OpenAg ו- FarmBot לספק עיצובים מודולריים כדי להאיץ את הפיתוח.

מגמות עתידיות במיקרובקרים של החקלאות החכמה

אדג'י מגיע למיקרו-בקרים בעלי כוח נמוך. צ'יפס חדש כמו ESP32-S3 ו- Raspberry Pi Pico 2 כוללים מאיצים חומרה ללמידה מכונה.זה אומר שצומת חיישן יכול לזהות מחלות צמחיות מתמונות עלות או לחזות צורכי השקיה המבוססים על נתוני מיקרו-בקרה של חיזוי מזג האוויר - כל זאת ללא שליחת נתונים לענן.

מסקנה

[ה] בניית מערכת חקלאית חכמה עם מיקרובקרים אינה רק יעילה, אלא מתגמלת מאוד.הוא מעצים את החקלאים למשימות בעלות ערך אוטומטי, אופטימיזציה לשימוש במשאבי, ומקבל החלטות מושכלות בהתבסס על נתונים בזמן אמת, החל קטן - עם חיישן אדמה יחיד ומסר - אז להרחיב ככל שתקבל ביטחון על ידי מעקב אחר הגישה השיטתית המפורטת במדריך זה, תוכל לפרוס מערכת ייצור שמשפרת את היבולים ולהפחית את ההשפעה הסביבתית של 24%: