Дистанційний моніторинг вологості ґрунту LoRaWAN для точного зрошення

Ефективне зрошення не повинно базуватися виключно на фіксованому розкладі. Фермам, теплицям, садам, виноградникам і плантаціям потрібні актуальні дані про стан ґрунту, щоб визначати оптимальний час поливу та необхідну кількість води.

Датчик вологості ґрунту LoRaWAN вимірює вміст води в кореневій зоні рослин і передає дані через бездротову мережу великої дальності з низьким енергоспоживанням.

Ця технологія дає змогу контролювати віддалені та розподілені сільськогосподарські ділянки без прокладання комунікаційних кабелів і без встановлення SIM-картки в кожному датчику.

Shenzhen Jinshengchang Technology Co., Ltd. розробляє індивідуальні сільськогосподарські пристрої LoRa та LoRaWAN. Комплексне рішення OEM або ODM може включати ґрунтові датчики, шлюзи LoRaWAN, клапани дистанційного керування, IoT-платформу, застосунки для Android та iOS, а також інтеграцію через API.

Що таке датчик вологості ґрунту LoRaWAN?

Датчик вологості ґрунту LoRaWAN — це сільськогосподарський IoT-пристрій, який збирає дані про стан ґрунту та бездротово передає їх на шлюз LoRaWAN.

Залежно від обраного зонда пристрій може вимірювати:

• Об’ємний вміст води;
• Температуру ґрунту;
• Електропровідність;
• Засоленість ґрунту;
• Вміст азоту, фосфору та калію;
• Температуру й вологість навколишнього середовища;
• Напругу акумулятора;
• Стан роботи та несправність зонда.

Шлюз приймає пакети даних LoRaWAN і передає їх на мережевий сервер або IoT-платформу через 4G, Ethernet чи Wi-Fi.

Типова архітектура системи:

Ґрунтовий зонд → Термінал LoRaWAN → Шлюз LoRaWAN → Мережевий сервер → IoT-платформа → Вебінтерфейс, застосунок або API

Один шлюз може обслуговувати багато датчиків. Реальна дальність зв’язку залежить від рельєфу, рослинності, висоти встановлення, конструкції антени, потужності передачі та місцевих вимог до радіочастот.

Чому LoRaWAN підходить для сільського господарства?

Бездротовий зв’язок на великі відстані

LoRaWAN призначена для передавання невеликих пакетів даних на значні відстані. Технологія підходить для полів, пасовищ, садів, виноградників і плантацій, де точки вимірювання розташовані далеко одна від одної.

Фактичну дальність необхідно перевіряти безпосередньо на об’єкті. Пагорби, дерева, будівлі, волога рослинність і занадто низько встановлений шлюз можуть зменшувати зону покриття.

Низьке споживання енергії

Більшу частину часу термінал може залишатися в режимі енергозбереження. Через налаштований інтервал пристрій активується, зчитує показання зонда, передає дані та знову переходить у режим сну.

Такий алгоритм допомагає збільшити строк роботи від акумулятора. Для віддалених ділянок також можна інтегрувати сонячну панель.

Без окремої SIM-картки в кожному датчику

Польові датчики передають інформацію на спільний шлюз LoRaWAN. Тому кожна точка вимірювання зазвичай не потребує окремої SIM-картки або власного тарифного плану.

Якщо шлюз використовує 4G для передавання даних на сервер, мобільне підключення потрібне лише шлюзу. Це може зменшити регулярні витрати та спростити керування великою мережею.

Можливість розширення системи

Проєкт можна почати з кількох точок вимірювання, а потім додати нові датчики, шлюзи, клапани та зони зрошення.

У платформі пристрої можна розподіляти за такими категоріями:

• Господарство;
• Поле або ділянка;
• Тип культури;
• Теплиця;
• Зона зрошення;
• Клієнт або дистриб’ютор.

Основні сфери застосування

Зрошення сільськогосподарських культур

Датчики, встановлені в репрезентативних точках, можуть відстежувати зміну вологості ґрунту до та після поливу.

Якщо значення залишається нижчим за встановлений поріг, платформа може надіслати повідомлення відповідальному працівнику. Це зменшує залежність від візуального огляду та жорсткого графіка.

Сади та виноградники

Потреба дерев і винограду у воді може відрізнятися залежно від типу ґрунту, рельєфу, глибини коріння та сонячного освітлення.

Мережа датчиків LoRaWAN дає змогу порівнювати різні зони та створювати окрему стратегію зрошення для кожної ділянки.

Теплиці

У теплиці можна одночасно контролювати вологість і температуру ґрунту, температуру повітря та відносну вологість.

Зібрана інформація може допомагати оператору приймати рішення або використовуватися для автоматичного керування системою поливу.

Пасовища та віддалені ферми

У віддалених сільськогосподарських районах часто немає стабільного електроживлення та дротового доступу до інтернету.

Датчики з акумуляторним або сонячним живленням можуть працювати разом з автономним сонячним шлюзом LoRaWAN.

Парки та міські зелені зони

Бездротові ґрунтові датчики також можна встановлювати в парках, садах, на спортивних майданчиках, у міських зелених зонах і ландшафтних проєктах.

Система допомагає виявляти пересушені ділянки, надмірний полив або можливі несправності мережі розподілу води.

Інтеграція з розумним клапаном LoRaWAN

Датчик надає інформацію про стан ґрунту, а розумний водяний клапан LoRaWAN виконує керувальну команду.

Коли обидва пристрої підключені до однієї платформи, система може працювати так:

1. Датчик виявляє низьку вологість ґрунту.
2. Платформа перевіряє, чи залишається показник нижчим за налаштований поріг.
3. Система надсилає команду відкриття клапана відповідної зони.
4. Полив виконується протягом заданого часу.
5. Клапан автоматично закривається.
6. Датчик повторно вимірює вологість.
7. Платформа зберігає повну історію події.

Для підвищення надійності автоматизація також повинна враховувати опади, тиск і витрату води, зворотний сигнал від клапана та стан зв’язку.

Одне аномальне вимірювання не повинно одразу запускати полив без додаткового підтвердження.

Типи ґрунтових зондів

Для різних культур і типів ґрунту можуть знадобитися різні технології вимірювання. Не рекомендується вибирати зонд лише за ціною.

Можливі варіанти інтеграції:

• Ємнісний датчик вологості;
• FDR-зонд;
• TDR-зонд;
• Комбінований датчик вологості й температури;
• Зонд вологості, температури та електропровідності;
• Багаторівневий зонд для вимірювання на різній глибині;
• Сільськогосподарський датчик RS485 Modbus;
• Зонд з аналоговим виходом;
• Екологічний датчик із підтримкою SDI-12.

Діапазон вимірювання, точність і спосіб калібрування залежать від складу та засоленості ґрунту, глибини встановлення й вимог проєкту.

Налаштовувані технічні характеристики

Наведені параметри є варіантами індивідуальної розробки, а не фіксованими характеристиками однієї стандартної моделі.

Остаточні параметри визначаються після вибору зонда, інтервалу передавання та умов експлуатації.

IoT-платформа та керування даними

Комплексна платформа сільськогосподарського моніторингу може підтримувати:

• Відображення поточної вологості;
• Історичні дані та графіки;
• Керування полями й зонами зрошення;
• Мінімальні та максимальні порогові значення;
• Попередження про низький заряд;
• Сигналізацію про відключення пристрою;
• Контроль стану шлюзів;
• Зберігання даних калібрування;
• Керування користувачами та правами доступу;
• Доступ через браузер і мобільний застосунок;
• Експорт даних;
• Багатомовний інтерфейс;
• API для зовнішніх систем;
• Віддалене налаштування пристроїв;
• Правила автоматичного керування клапанами.

Платформа lora8 може об’єднувати дані датчиків, стан шлюзів, тривожні події та пристрої дистанційного керування в одному інтерфейсі.

Обладнання також можна підключити до власного LoRaWAN-сервера або сільськогосподарської платформи замовника.

Планування розміщення шлюзів

Місце встановлення шлюзу безпосередньо впливає на стабільність зв’язку.

За можливості шлюз потрібно встановлювати:

• Вище сільськогосподарських культур і рослинності;
• Подалі від великих металевих конструкцій;
• У точці з хорошими умовами поширення радіосигналу;
• У корпусі, придатному для зовнішнього використання;
• У місці з доступом до 4G, Ethernet або Wi-Fi;
• Із захистом від блискавки та перенапруги.

Для великих господарств може знадобитися кілька шлюзів. Часткове перекриття зон покриття допомагає зменшити кількість сліпих ділянок і підвищити доступність системи.

Перед масовим розгортанням рекомендується провести пілотне випробування з реальною антеною, робочою частотою, висотою встановлення та інтервалом передавання.

Точність і правильне встановлення

LoRaWAN відповідає за передавання інформації, але не визначає точність вимірювання.

Якість даних насамперед залежить від зонда, калібрування, стану ґрунту та способу монтажу.

Для отримання надійних результатів необхідно:

1. Вибрати зонд, що відповідає конкретному типу ґрунту.
2. Встановити його на фактичній глибині кореневої зони.
3. Забезпечити щільний контакт зонда з ґрунтом.
4. Усунути повітряні порожнини навколо чутливої частини.
5. Не розміщувати всі датчики безпосередньо біля точок подачі води.
6. Порівняти початкові дані з контрольними вимірюваннями.
7. Повторно виконати калібрування після перенесення зонда в ґрунт іншого типу.
8. Захистити кабелі та з’єднання від техніки й тварин.

Один датчик не завжди відображає стан усього поля. Великі або неоднорідні території потрібно розділяти на зони з урахуванням типу ґрунту, висоти, культури та схеми зрошення.

OEM-розробка сільськогосподарських датчиків LoRaWAN

Jinshengchang може розробити повноцінний вимірювальний пристрій, а не лише надати комунікаційний модуль.

Послуги OEM та ODM можуть включати:

• Вибір та інтеграцію вимірювального зонда;
• Проєктування плати LoRaWAN;
• Розробку енергоощадної прошивки;
• Індивідуальний формат uplink-даних;
• Downlink-команди для віддаленого налаштування;
• Підтримку регіональних частотних діапазонів;
• Розробку батарейного та сонячного живлення;
• Проєктування водозахищеного корпусу;
• Власний логотип, маркування та упаковку;
• Підбір і планування розміщення шлюзів;
• Інтеграцію з хмарною платформою;
• Підтримку застосунків Android та iOS;
• Підключення через MQTT, HTTP та API;
• Виготовлення прототипів;
• Польові випробування;
• Серійне виробництво.

Індивідуальна розробка прошивки LoRaWAN також може підтримувати адаптивні інтервали передавання.

Наприклад, пристрій може рідше надсилати дані, коли стан ґрунту стабільний, і збільшувати частоту передавання під час швидкої зміни вологості.

Які дані потрібні для розрахунку проєкту?

Для підготовки технічної пропозиції бажано вказати:

1. Яка культура або сфера застосування контролюватиметься?
2. Які параметри необхідно вимірювати?
3. На якій глибині потрібно виконувати вимірювання?
4. Скільки точок моніторингу необхідно?
5. Яка площа та топографія території?
6. Який діапазон LoRaWAN дозволений у країні експлуатації?
7. З якою частотою потрібно передавати дані?
8. Чи потрібне батарейне або сонячне живлення?
9. Чи повинна система автоматично керувати клапанами?
10. Використовуватиметься платформа lora8 чи власний сервер?
11. Чи потрібні індивідуальний корпус, протокол, логотип або упаковка?

Ця інформація допоможе вибрати зонд, розрахувати місткість акумулятора, визначити кількість шлюзів і налаштувати параметри зв’язку.

Чому варто вибрати Jinshengchang Technology?

Shenzhen Jinshengchang Technology Co., Ltd. має досвід у розробці GPS-обладнання, зв’язку LoRa, вбудованої електроніки, енергоощадних прошивок та IoT-платформ.

Можливості компанії включають:

• Розробку терміналів LoRa та LoRaWAN;
• Інтеграцію сільськогосподарських датчиків;
• Дистанційне керування клапанами зрошення;
• Внутрішні та зовнішні шлюзи LoRaWAN;
• Пристрої з батарейним і сонячним живленням;
• Розробку вбудованого програмного забезпечення мовою C;
• Вебплатформи та мобільні застосунки;
• Інтеграцію через API;
• Розгортання на приватному сервері;
• OEM- та ODM-виробництво;
• Технічну й післяпродажну підтримку.

Такий комплексний підхід підходить замовникам, яким потрібна повна система розумного сільського господарства, а не окремий вимірювальний зонд.

Висновок

Датчик вологості ґрунту LoRaWAN надає важливі дані для точного зрошення полів, теплиць, садів, виноградників, плантацій і міських зелених зон.

Надійність рішення залежить від правильно підібраного зонда, якісного встановлення, стабільного покриття LoRaWAN і продуманих правил автоматизації.

Об’єднання ґрунтових датчиків, водяних клапанів LoRaWAN, шлюзів і централізованої платформи перетворює окремі вимірювання на комплексну систему керування водними ресурсами.

Для розробки OEM-датчика LoRaWAN, шлюзу або індивідуальної системи автоматичного зрошення зв’яжіться з Shenzhen Jinshengchang Technology Co., Ltd.

Контактна інформація

Компанія: Shenzhen Jinshengchang Technology Co., Ltd.
Контактна особа: Wang Tao
Електронна пошта: 397017470@qq.com
WhatsApp: +86 134 8088 1974
Телефон: +86 134 8088 1974 / +86 177 2242 0256
Вебсайт: www.lora8.net
Адреса: офіс 305, Ailian Chuangzhao Plaza, район Лунган, Шеньчжень, провінція Гуандун, Китай.