Zdalny pomiar wilgotności gleby LoRaWAN dla rolnictwa precyzyjnego i automatycznego nawadniania

Efektywne nawadnianie nie powinno opierać się wyłącznie na stałym harmonogramie. Gospodarstwa rolne, szklarnie, winnice, sady i plantacje potrzebują aktualnych danych o stanie gleby, aby określić właściwy moment rozpoczęcia nawadniania i potrzebną ilość wody.

Czujnik wilgotności gleby LoRaWAN mierzy zawartość wody w strefie korzeniowej roślin i przesyła dane przez energooszczędną sieć bezprzewodową o dużym zasięgu.

Technologia ta umożliwia monitorowanie rozległych i oddalonych działek bez układania przewodów komunikacyjnych oraz bez instalowania karty SIM w każdym czujniku.

Shenzhen Jinshengchang Technology Co., Ltd. projektuje niestandardowe urządzenia rolnicze wykorzystujące LoRa i LoRaWAN. Kompleksowe rozwiązanie OEM lub ODM może obejmować czujniki gleby, bramy LoRaWAN, zdalnie sterowane zawory, platformę IoT, aplikacje na Androida i iOS oraz integrację przez API.

Czym jest czujnik wilgotności gleby LoRaWAN?

Czujnik wilgotności gleby LoRaWAN to rolnicze urządzenie IoT, które zbiera dane z gleby i przesyła je bezprzewodowo do bramy LoRaWAN.

W zależności od wybranej sondy urządzenie może mierzyć:

• Objętościową zawartość wody;
• Temperaturę gleby;
• Przewodność elektryczną;
• Zasolenie gleby;
• Zawartość azotu, fosforu i potasu;
• Temperaturę i wilgotność otoczenia;
• Napięcie baterii;
• Stan pracy i ewentualną awarię sondy.

Brama odbiera pakiety danych LoRaWAN i przekazuje je do serwera sieciowego lub platformy IoT przez 4G, Ethernet albo Wi-Fi.

Typowa architektura systemu wygląda następująco:

Sonda glebowa → Terminal LoRaWAN → Brama LoRaWAN → Serwer sieciowy → Platforma IoT → Panel internetowy, aplikacja lub API

Wiele czujników może korzystać z jednej bramy. Rzeczywisty zasięg zależy od ukształtowania terenu, roślinności, wysokości montażu, konstrukcji anteny, mocy nadawczej oraz lokalnych przepisów dotyczących częstotliwości radiowych.

Dlaczego warto stosować LoRaWAN w rolnictwie?

Bezprzewodowa komunikacja na duże odległości

LoRaWAN służy do przesyłania niewielkich pakietów danych na duże odległości. Technologia dobrze sprawdza się na polach, pastwiskach, winnicach, plantacjach i w sadach, gdzie punkty pomiarowe są znacznie od siebie oddalone.

Rzeczywisty zasięg należy sprawdzić bezpośrednio w miejscu instalacji. Wzgórza, drzewa, budynki, mokra roślinność i zbyt nisko zamontowana brama mogą ograniczać pokrycie radiowe.

Niskie zużycie energii

Przez większość czasu terminal może pozostawać w trybie oszczędzania energii. W skonfigurowanym odstępie urządzenie aktywuje się, odczytuje dane z sondy, wysyła je i ponownie przechodzi w tryb uśpienia.

Taki sposób pracy pomaga wydłużyć czas działania baterii. W odległych lokalizacjach można również zastosować ładowanie solarne.

Brak oddzielnej karty SIM w każdym czujniku

Czujniki terenowe komunikują się ze wspólną bramą LoRaWAN. Każdy punkt pomiarowy zazwyczaj nie potrzebuje własnej karty SIM ani osobnego abonamentu komórkowego.

Jeżeli brama korzysta z 4G jako połączenia z serwerem, karta transmisji danych jest potrzebna tylko w bramie. Może to zmniejszyć regularne koszty i uprościć zarządzanie dużą siecią.

Łatwa rozbudowa systemu

Projekt może rozpocząć się od kilku punktów pomiarowych, a następnie zostać rozszerzony o kolejne czujniki, bramy, zawory i strefy nawadniania.

Urządzenia można uporządkować na platformie według:

• Gospodarstwa;
• Pola lub działki;
• Rodzaju uprawy;
• Szklarni;
• Strefy nawadniania;
• Klienta lub dystrybutora.

Najważniejsze zastosowania

Nawadnianie upraw

Czujniki zainstalowane w reprezentatywnych punktach mogą rejestrować zmiany wilgotności gleby przed nawadnianiem i po jego zakończeniu.

Jeśli wartość przez określony czas pozostaje poniżej ustawionego progu, platforma może wysłać alarm. Rolnik nie musi wówczas polegać wyłącznie na oględzinach lub sztywnych godzinach nawadniania.

Sady i winnice

Drzewa owocowe i winorośle mogą mieć różne zapotrzebowanie na wodę w zależności od rodzaju gleby, nachylenia terenu, głębokości korzeni oraz ekspozycji na słońce.

Sieć czujników LoRaWAN pozwala porównywać warunki w poszczególnych obszarach i tworzyć osobną strategię nawadniania dla każdej strefy.

Szklarnie

W szklarni można jednocześnie monitorować wilgotność i temperaturę gleby, temperaturę powietrza oraz wilgotność względną.

Zebrane informacje mogą wspierać decyzje operatora albo stanowić podstawę automatycznych reguł nawadniania.

Pastwiska i odległe gospodarstwa

Wiele odległych terenów rolniczych nie ma dostępu do stabilnego zasilania elektrycznego ani przewodowego Internetu.

Czujniki zasilane bateryjnie lub solarnie mogą pracować wspólnie z autonomiczną solarną bramą LoRaWAN.

Parki i miejska zieleń

Bezprzewodowe czujniki można również instalować w parkach, ogrodach, na boiskach sportowych, terenach zieleni miejskiej i w projektach krajobrazowych.

System pomaga identyfikować obszary zbyt suche, nadmiernie podlewane lub dotknięte awarią instalacji wodnej.

Integracja z inteligentnym zaworem LoRaWAN

Czujnik dostarcza informacje o warunkach glebowych, a inteligentny zawór wodny LoRaWAN wykonuje polecenie sterujące.

Po podłączeniu obu urządzeń do tej samej platformy proces może przebiegać następująco:

1. Czujnik wykrywa niski poziom wilgotności gleby.
2. Platforma sprawdza, czy odczyt nadal pozostaje poniżej ustalonego progu.
3. System wysyła polecenie otwarcia zaworu odpowiedniej strefy.
4. Nawadnianie działa przez zaprogramowany czas.
5. Zawór zamyka się automatycznie.
6. Czujnik ponownie mierzy wilgotność gleby.
7. Platforma zapisuje pełną historię zdarzenia.

W celu zwiększenia niezawodności automatyka powinna również uwzględniać opady, ciśnienie i przepływ wody, potwierdzenie położenia zaworu oraz stan komunikacji.

Pojedynczy nietypowy pomiar nie powinien natychmiast uruchamiać nawadniania bez dodatkowej weryfikacji.

Rodzaje obsługiwanych sond

Różne uprawy i rodzaje gleby mogą wymagać odmiennych technologii pomiarowych. Sondy nie należy wybierać wyłącznie na podstawie ceny.

Dostępne możliwości integracji mogą obejmować:

• Pojemnościową sondę wilgotności gleby;
• Sondę FDR;
• Sondę TDR;
• Połączony czujnik wilgotności i temperatury;
• Sondę wilgotności, temperatury i przewodności elektrycznej;
• Wielopoziomową sondę do pomiarów na różnych głębokościach;
• Rolniczy czujnik RS485 Modbus;
• Sondę z wyjściem analogowym;
• Czujnik środowiskowy zgodny z SDI-12.

Zakres pomiarowy, dokładność i sposób kalibracji zależą od składu i zasolenia gleby, głębokości instalacji oraz wymagań projektu.

Konfigurowalne parametry techniczne

Poniższe dane przedstawiają możliwe opcje projektowe, a nie stałe parametry jednego modelu.

Parametry końcowe należy ustalić po wyborze sondy, częstotliwości raportowania i środowiska pracy.

Platforma IoT i zarządzanie danymi

Kompletna platforma monitorowania rolniczego może oferować:

• Aktualne odczyty wilgotności;
• Dane historyczne i wykresy;
• Zarządzanie polami i strefami nawadniania;
• Minimalne i maksymalne wartości progowe;
• Powiadomienia o niskim poziomie baterii;
• Alarmy urządzeń offline;
• Monitorowanie stanu bram;
• Rejestry kalibracji;
• Zarządzanie użytkownikami i uprawnieniami;
• Dostęp przez przeglądarkę i aplikację mobilną;
• Eksport danych;
• Wielojęzyczny interfejs;
• API dla systemów zewnętrznych;
• Zdalną konfigurację;
• Reguły automatycznego sterowania zaworami.

Platforma lora8 może łączyć w jednym interfejsie dane z czujników, stan bram, alarmy i zdalnie sterowane urządzenia.

Sprzęt można również podłączyć do prywatnego serwera LoRaWAN lub istniejącego systemu rolniczego klienta.

Planowanie zasięgu bram

Miejsce montażu bramy bezpośrednio wpływa na stabilność komunikacji.

Jeżeli jest to możliwe, bramę należy instalować:

• Powyżej upraw i otaczającej roślinności;
• Z dala od dużych konstrukcji metalowych;
• W miejscu zapewniającym dobre rozchodzenie się sygnału;
• W obudowie przystosowanej do pracy na zewnątrz;
• W lokalizacji z dostępem do 4G, Ethernetu lub Wi-Fi;
• Z ochroną przed wyładowaniami atmosferycznymi i przepięciami.

Duże gospodarstwa mogą wymagać kilku bram. Częściowe nakładanie się obszarów pokrycia pomaga ograniczyć martwe strefy i zwiększyć dostępność systemu.

Przed masową instalacją należy przeprowadzić test pilotażowy z planowaną anteną, częstotliwością, wysokością montażu i interwałem transmisji.

Dokładność i prawidłowy montaż czujnika

LoRaWAN odpowiada za przesyłanie informacji, ale nie decyduje o dokładności pomiaru.

Jakość danych zależy przede wszystkim od sondy, kalibracji, warunków glebowych i sposobu instalacji.

Aby uzyskać wiarygodne wyniki:

1. Wybierz sondę odpowiednią do rodzaju gleby.
2. Zainstaluj ją na rzeczywistej głębokości strefy korzeniowej.
3. Zapewnij dobry kontakt sondy z glebą.
4. Unikaj pustych przestrzeni powietrznych wokół części pomiarowej.
5. Nie umieszczaj wszystkich czujników bezpośrednio przy wylotach wody.
6. Porównaj pierwsze odczyty z pomiarem referencyjnym.
7. Wykonaj ponowną kalibrację po przeniesieniu sondy do wyraźnie innego rodzaju gleby.
8. Zabezpiecz przewody i złącza przed maszynami rolniczymi oraz zwierzętami.

Jeden czujnik może nie odzwierciedlać warunków na całym polu. Duże lub niejednorodne obszary należy podzielić według rodzaju gleby, wysokości, uprawy i układu nawadniania.

Produkcja OEM czujników rolniczych LoRaWAN

Jinshengchang może opracować kompletne urządzenie pomiarowe, a nie tylko dostarczyć moduł komunikacyjny.

Usługi OEM i ODM mogą obejmować:

• Wybór oraz integrację sondy;
• Projektowanie płytki PCB LoRaWAN;
• Oprogramowanie wbudowane o niskim poborze energii;
• Niestandardowy format danych uplink;
• Polecenia downlink do zdalnej konfiguracji;
• Obsługę regionalnych pasm częstotliwości;
• Projekt zasilania bateryjnego i solarnego;
• Opracowanie wodoodpornej obudowy;
• Własne logo, etykietę i opakowanie;
• Dobór i planowanie rozmieszczenia bram;
• Integrację z platformą chmurową;
• Obsługę aplikacji na Androida i iOS;
• Integrację przez MQTT, HTTP i API;
• Wykonanie prototypów;
• Testy terenowe;
• Produkcję seryjną.

Indywidualne oprogramowanie LoRaWAN może również obsługiwać adaptacyjne interwały transmisji.

Urządzenie może przykładowo rzadziej wysyłać dane, gdy warunki pozostają stabilne, oraz zwiększać częstotliwość raportowania podczas szybkich zmian wilgotności.

Informacje potrzebne do przygotowania oferty

Przed opracowaniem rozwiązania technicznego warto podać:

1. Jaka uprawa lub zastosowanie będzie monitorowane?
2. Jakie parametry należy mierzyć?
3. Na jakiej głębokości ma być wykonywany pomiar?
4. Ile punktów monitorowania potrzebuje projekt?
5. Jaka jest powierzchnia i topografia obszaru?
6. Jakie pasmo LoRaWAN jest dozwolone w kraju docelowym?
7. Jak często czujniki powinny wysyłać dane?
8. Czy wymagane jest zasilanie bateryjne lub solarne?
9. Czy system ma automatycznie sterować zaworami?
10. Czy będzie używana platforma lora8, czy prywatny serwer?
11. Czy potrzebna jest własna obudowa, protokół, logo lub opakowanie?

Informacje te pomagają dobrać sondę, obliczyć pojemność baterii, określić liczbę bram i skonfigurować komunikację.

Dlaczego Jinshengchang Technology?

Shenzhen Jinshengchang Technology Co., Ltd. posiada doświadczenie w opracowywaniu urządzeń GPS, komunikacji LoRa, elektroniki wbudowanej, energooszczędnego oprogramowania i platform IoT.

Możliwości firmy obejmują:

• Projektowanie terminali LoRa i LoRaWAN;
• Integrację czujników rolniczych;
• Zdalne sterowanie zaworami nawadniającymi;
• Wewnętrzne i zewnętrzne bramy LoRaWAN;
• Urządzenia zasilane baterią lub energią słoneczną;
• Tworzenie oprogramowania wbudowanego w języku C;
• Platformy internetowe i aplikacje mobilne;
• Integrację przez API;
• Wdrożenie na prywatnym serwerze;
• Produkcję OEM i ODM;
• Pomoc techniczną i obsługę posprzedażową.

Takie kompleksowe podejście jest odpowiednie dla klientów potrzebujących pełnego systemu inteligentnego rolnictwa, a nie wyłącznie niezależnej sondy pomiarowej.

Podsumowanie

Czujnik wilgotności gleby LoRaWAN dostarcza ważnych informacji potrzebnych do precyzyjnego nawadniania pól, szklarni, winnic, sadów, plantacji i miejskich terenów zielonych.

Niezawodność rozwiązania zależy od prawidłowo dobranej sondy, fachowej instalacji, stabilnego pokrycia LoRaWAN oraz właściwie przygotowanych reguł automatyzacji.

Połączenie czujników gleby, zaworów LoRaWAN, bram i centralnej platformy pozwala przekształcić pojedyncze pomiary w kompletny system zarządzania wodą.

W sprawie opracowania czujnika LoRaWAN OEM, bramy lub niestandardowego systemu automatycznego nawadniania skontaktuj się z Shenzhen Jinshengchang Technology Co., Ltd.

Dane kontaktowe

Firma: Shenzhen Jinshengchang Technology Co., Ltd.
Osoba kontaktowa: Wang Tao
E-mail: 397017470@qq.com
WhatsApp: +86 134 8088 1974
Telefon: +86 134 8088 1974 / +86 177 2242 0256
Strona internetowa: www.lora8.net
Adres: Pokój 305, Ailian Chuangzhao Plaza, dzielnica Longgang, Shenzhen, Guangdong, Chiny.