舜为互联农业大棚物联网系统采集方案

农业大棚联网的现状及存在问题

农业大棚作为种植业中集约化种植的代表之一,是农业信息化中的先锋,众多的农业新技术从实验室到规模化推广,农业大棚一般都是先行者。而在农业信息化到智慧农业的过程中,科技工作者及农业主都积极进行了不断的尝试,也积累了众多的经验及教训。虽然农业是一个基础产业,但从农田到餐桌需要众多的步骤,涉及到不同领域及行业的专业知识,今天仅仅就农业种植方面进行探讨。 

在农业种植上,目前已经探索出一整套的农业信息化解决方案,包括环境的监测、水费一体化的控制、光线的监测与管理等,甚至部分做智慧农业的公司在实现前端监测的基础上,结合专业技术的能力,将专家资源与农业实现直接对接,从而实现更为科学的种植,实现优质、高产,取得了卓越的成果。但在实际应用中却存在一些问题,主要表现如下: 

1、农业大棚虽然是集约化的种植代表,但面积较大,种植小区或种植户存在多个大棚共同管理的问题,在信息化时,网络的部署存在一定的困难;
2、农业业主知识水平较低,而且农业均具有季节性,大棚会有间种或晾晒的过程,而检测设备若不能方便拆卸,容易在夏季损毁;
3、若采用有线的方式,施工成本较高,而且后续维护困难;使用ZigBee等mesh自组网的系统,一旦中间环节出现问题,业主不能自我维护,造成整个系统瘫痪;
4、部分设备因安装位置原因,电源不容易获取,造成选址时不是从专业的需求角度出发,而是考虑整体便利性,从而达不到预期效果;
5、种植大棚内湿度相对较大,设备需防护处理。

农业大棚物联网解决方案

结合农业大棚种植中存在的问题,若能够很好的解决,设备需有以下特点:
1、星形组网,在一定范围内,所有的节点都直接与中心节点通讯,减少中间环节;
2、低功耗设计,特别是传输端的低功耗设计。对不方便供电的设备可以通过软件配置将供电方式从电源供电转变为电池供电,满足现场不同安装的需要;
3、设备拆装方便,采用无线的管理与传输方式,拆装简单、便捷;
4、传输距离远,覆盖半径不得小于2KM;
5、通信必须采用无线通讯方式,并且因农业大棚相对位置较为偏远,要保障信号的稳定性;

在了解需求后,我们再了解下市场主流的无线通信技术:
1、NB-IOT
NB-IOT是电信运营商主导的物联网应用技术,相对于传统的蜂窝无线技术,最大的优势在于容量和低功耗。随着运营商投入的不断加大,NB-IOT在国内的很多城市均已部署。但对于广大的农业生产区域,实现全覆盖还需要很长的路去走。
2、SIGFOX
sigfox是由一家公司提供相应技术,在全球推广的运营级物联网技术。基本的思路是所有的部署于运营均需要于sigfox的公司合作。
3、ZIGBEE
zigbee是相对成熟的物联网技术,因其传输距离限制,主要应用于智能家具行业。为突破这种限制,zigbee提供mesh的技术方案,最多实现9级,传输距离达到1公里。但mesh组网多级跳转后,网络稳定性存在风险。
4、LoRa
LoRa是美国升特公司(semtech)提供的低功耗、广域网解决方案。升特公司提供芯片(SX1301、SX1278、SX1276),可自行组网。具有功耗低、抗干扰、距离远等特性。
5、蓝牙
蓝牙是很成熟的物联网应用技术,目前应用主要的难点在于传输距离太近,在农业大棚中,难以实现广域的覆盖;
6、WIFI
WiFi是大家最为熟悉的无线传输技术,其特点为传输距离较近,并且功耗相对其他技术来说比较高。

在了解农业大棚的需求及部分无线技术的特点后,在农业大棚应用中,因地处偏远,运营商网络覆盖难以保障,并且相对费用较高,不建议采用运营商的网络,而WIFI、蓝牙因距离近首先排除,而ZIGBEE因传输距离较近,多采用mesh的问题,而一旦中间节点存在问题,造成运维管理成本较高,所以建议采用LoRa网络。

而在应用LoRa网络中也存在部分问题:
1、组网问题
虽然LoRa能够有效实现覆盖,但在建设中也存在选址、信号测试等情况;
2、设备读取问题
种植大棚的众多设备采用的是485或模拟量的方式,需要提供相应的读取设备;
3、低功耗的问题
虽然LoRa支持低功耗,但是如何与前端传感设备共同使用,达到低功耗的效果;
舜为互联公司结合自身在LoRa方面的优势以及农业大棚信息化(智慧农业、物联网)推出DP109系列数传电台,其特点为IP67设计,可以有效的防尘、防水,并且支持低功耗模式,若1个小时取一次数据,4节5号碱性电池即可使用2年以上。同时DP109还支持对传感器供电,即在传感器读取前1s给传感器供电,从而实现整个设备的低功耗管理。而DP109(RTU)自身带有电量监测及预警的功能,实现低电量报警,从而保证前端设备的供电安全。为广大农业信息化公司、种植户提供最为便捷的传感设备接入方案。针对网关选址及信号的问题,舜为互联公司提供网关、节点双向的信号强度管理,即实时可查看网关、节点的信号强度、信噪比等数据,无需借助专业的设备即可实现网关的选址工作。在传感器的支持上,DP109系列支持485、模拟量、IO量等设备的输入与输出,可以很好的满足当前的农业种植中数据采集及设备控制的要求。

在具体应用中,舜为互联公司提供从端到端的信息传输解决方案,具体的网络TOP图如下:

舜为互联公司在信息传输中,以用户数据安全为最高优先级,不搭建自身的物联网平台,随硬件设备附赠网络管理平台——IsLoRa平台,从而实现从传感器到自身服务器的数据双向传输。

舜为互联公司种植大棚案例

某花卉种植基地,之前采用ZigBee的方案,但因部分mesh节点出现问题,造成整个网络不稳定,同时在间歇期,因场地无人看守,部分设备需拆除后保存,后续安装困难。在比较众多方案后选择舜为互联公司的方案。

传感器与DTU连接图

二氧化碳温湿度变送器


土壤水分传感器

现场网络TOP图

应用价值:

舜为互联的物联网传输方案,使用简单方便,在设备连接好后,只要根据需要安装在必要的位置即可,无需配置,后续管理中,可根据电量的情况更换电池即可,使用简单。

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