基于LoRa實現(xiàn)的智慧農(nóng)場設(shè)計方案

當(dāng)我們提到“農(nóng)場自動化”或“智慧農(nóng)業(yè)”時，土壤狀況監(jiān)測和灌溉算是農(nóng)場最基本所需的條件。

而農(nóng)場土壤狀況監(jiān)測和灌溉需要以下功能：

1、多點土壤狀態(tài)監(jiān)測。土壤狀況，基本上是濕度和溫度，以及土壤質(zhì)量數(shù)據(jù)，如PH/氮/磷/鉀，需要根據(jù)農(nóng)場特點和植物需求在多個點進(jìn)行監(jiān)測。

2、多點灌溉，或其他一些執(zhí)行器，如風(fēng)扇，以控制/調(diào)節(jié)多點環(huán)境，包括濕度/溫度。

3、易于安裝。在農(nóng)場，由于環(huán)境潮濕和潛在的昆蟲和老鼠，很難安裝電線。因此需要遠(yuǎn)程無線監(jiān)測和控制，以便傳感器/灌溉可以輕松安裝。

帶著這些需求，我用LoRa演示了這個土壤監(jiān)測和灌溉，以解決農(nóng)場或家庭花園中的上述要求。

一、Lora

Lora代表遠(yuǎn)程無線電，它靈活適用于農(nóng)村或室內(nèi)用例，例如智能農(nóng)業(yè)和智能城市，主要針對M2M。理論上，LoRa在市區(qū)可以排到幾公里，在農(nóng)村可以排到10多公里（不過我沒測試這么長，測試的最大距離在3公里左右）。

LoRaWAN是一種軟件協(xié)議，用于處理LoRa消息以及與互聯(lián)網(wǎng)的來回通信。LoRaWAN需要更強(qiáng)的控制器能力來處理協(xié)議，還需要LoRaWAN路由器來連接互聯(lián)網(wǎng)。

在我的演示中，需要LoRaWAN。所以我們直接使用LoRa，無需互聯(lián)網(wǎng)連接。

二、儀器介紹

2.1土壤監(jiān)測

對于土壤監(jiān)測儀，核心規(guī)格：

土壤規(guī)格檢查，主要是：濕度/溫度；如有必要，高級規(guī)格：PH/氮/磷/鉀。

無線數(shù)據(jù)傳輸，使用壽命長

防腐

MakerfabsLoRa土壤濕度傳感器和工業(yè)級土壤遠(yuǎn)程監(jiān)測器：

Makerfabs土壤濕度傳感器測量土壤濕度（采用電容機(jī)制，詳細(xì)信息）和溫度，并每1小時通過LoRa發(fā)送數(shù)據(jù)。它是防腐涂層的。使用2節(jié)AAA電池，使用壽命可達(dá)2年。它帶有預(yù)程序固件，用戶可以安裝電池然后直接使用。有關(guān)更多詳細(xì)信息，請查看Wiki。但請注意，對于濕度，它的輸出是“相對濕度”，這不是“真實濕度”，而是反映濕度變化的數(shù)值。例如值《500表示土壤被浸泡，而》800表示非常干燥。此外，根據(jù)傳感器的安裝方式，它會略有不同。

工業(yè)級土壤遠(yuǎn)程監(jiān)測儀更專業(yè)，可檢測溫度、水分、PH值、氮/磷/鉀的真實參數(shù)，可用于分析環(huán)境和植物，主要用于研究或這些領(lǐng)域的現(xiàn)場應(yīng)用規(guī)格很重要，需要。傳感器是防水的，它監(jiān)控規(guī)格并通過RS485傳輸?shù)娇刂破靼?，然后控制器?a href="http://ttokpm.com/v/tag/509/" target="_blank">ESP32）板可以在0.93英寸OLED上本地顯示，或者通過LoRa或Wifi遠(yuǎn)程傳輸（如果有Wifi網(wǎng)絡(luò)）。

但請注意，該模塊出廠時沒有任何預(yù)編程，需要用戶自己編碼，主要用于創(chuàng)客開發(fā)。

2.2LoRa執(zhí)行器

這種便宜且易于使用的LoRaMOSFET可用于控制多個執(zhí)行器，例如風(fēng)扇/閥門/電磁鎖/電機(jī)……最大電流為2A。它附帶Makerfabs默認(rèn)固件（代碼可在GitHub上找到），用戶無需任何編碼/編程即可使用它。它接收LoRa消息并充當(dāng)命令（PWM為0%~100%），并將其狀態(tài)反饋給其他LoRa模塊。我們可以使用這個模塊最多控制4個閥門，然后控制4個點的灌溉。

2.3ESP32TFTTouch與LoRa擴(kuò)展

ESP323.5英寸帶LoRa擴(kuò)展的顯示器作為控制臺工作，它從多個點接收土壤狀態(tài)，并向LoRaMOSFET發(fā)送命令，以控制閥門的打開/關(guān)閉。

您還可以使用此套件獲得所有組件：Lora土壤監(jiān)測和灌溉套件。

3.安裝

3.1將LoRa擴(kuò)展板插入ESP32顯示分線板，并使用GitHub上的代碼對其進(jìn)行編程。在SD卡中設(shè)置Wifi連接參數(shù)。

ESP32顯示屏上電，logo顯示3秒后，進(jìn)入工作頁面。通過正確的WiFi設(shè)置，ESP32從NTP獲取實時信息，并在顯示屏上顯示：

3.2我們使用簡單的LoRa土壤濕度傳感器，從包裝中取出傳感器，用2節(jié)AAA電池為傳感器供電。電池槽上有傳感器ID號（機(jī)械箱上也有），

如ID010040：

按下ESP32顯示屏上的“加濕按鈕”，即可輸入ID。

設(shè)置完成后，ESP32顯示屏將收到來自LoRa土壤濕度傳感器的LoRa消息。由于傳感器將每1小時輸出一次數(shù)據(jù)，要驗證連接，請按“重置”按鈕以獲取即時消息：

顯示的ADC數(shù)據(jù)表示濕度傳感器輸出，數(shù)值越低，濕度越高，檢查典型輸出。傳感器數(shù)據(jù)和時間戳顯示在顯示屏上，每1小時更新一次。實際上，它還會在SD卡中添加一個日志以供進(jìn)一步檢查。

最多可以添加和監(jiān)控8個LoRa濕度傳感器。

3.3將閥門連接到LoRaMOSFET輸出

那里的值，它有一個進(jìn)水口和一個輸出口，將輸入口連接到你的水箱（我用一個大礦泉水瓶作為水箱），輸出到植物。我們采用一進(jìn)四出端子，方便安裝。

按下ESP32顯示屏中的addMOS，輸入MOSFETID，如ID060000，給LoRaMOSFET上電：

LoRaMOSFET將向ESP32顯示屏報告其狀態(tài)，您現(xiàn)在可以控制MOSFET連接的閥門。

按MOSX后，將其從OFF更改為ON，然后按發(fā)送。

連接的閥門狀態(tài)改變。嘗試控制其他執(zhí)行器，例如FANS/DC。實際上，您也可以通過LoRa發(fā)送指令，改變PWM占空比，控制連接的FANS/DC速度。最多可以添加2個MOSFET（8個執(zhí)行器）。

3.4將傳感器和閥門安裝到您的農(nóng)場/植物

該項目使用基本模塊遠(yuǎn)程監(jiān)控土壤狀態(tài)/控制灌溉，可用于現(xiàn)場應(yīng)用。但是由于我的時間安排和編程經(jīng)驗也很差，這只是一個LoRa使用的演示，展示了如何創(chuàng)建一個現(xiàn)場應(yīng)用程序。

對于熟悉編碼的制造商，還可以添加更多規(guī)范：

1.通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。由于ESP32連接到Wifi，所有傳感器數(shù)據(jù)都可以通過MQTT重新路由到互聯(lián)網(wǎng)或遠(yuǎn)程控制閥門。

2.更多LoRa傳感器，現(xiàn)在支持8個土壤點和2個支持8個閥門的MOSFET，理論上可以添加無限個傳感器，但由于LoRa單向數(shù)據(jù)傳輸不安全，傳感器質(zhì)量差時可能會丟失數(shù)據(jù)較大。LoRawan可以確保安全連接，但我沒有這樣做。而且，更多的執(zhí)行器。

3.配備工業(yè)級濕度傳感器，進(jìn)行更詳細(xì)的土壤監(jiān)測。

4.連接執(zhí)行器的PWM占空比控制，以控制負(fù)載速度