智能作物：在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)

描述

問題

在哥倫比亞乃至整個(gè)世界，由于氣候變化導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)受到影響，迫切需要獲得可再生能源。

這是由于缺乏可再生替代品而可能發(fā)生的事件的一個(gè)明顯示例：

在 Cesar Gaviria 政府執(zhí)政期間（1992 年），哥倫比亞因干旱而遭受能源配給。用于發(fā)電的水庫(kù)枯竭；這一現(xiàn)象影響了我們，使我們處于這樣一種境地：盡管人們相信系統(tǒng)已準(zhǔn)備好支持它，但能源的產(chǎn)生仍然受到很大影響。能源供應(yīng)的持續(xù)削減影響了生產(chǎn)部門（商業(yè)、工業(yè)）、教育和家庭。在一些家庭中，由于缺乏這種液體，性能非常受限（照明、通風(fēng)、冷卻），影響了其居民。城鎮(zhèn)的高溫使得每棟房子都必須至少配備：兩個(gè)風(fēng)扇、一臺(tái)冰箱，以及夜間照明。提供這項(xiàng)服務(wù)的公司沒有提供我們社會(huì)所需的足夠能源。

除此之外，干旱導(dǎo)致我們農(nóng)場(chǎng)的數(shù)百萬農(nóng)作物損失

在世界許多地方，兒童和青少年發(fā)現(xiàn)由于缺乏精力而難以完成他們的教育任務(wù)。

此外，我們必須找到更多可再生能源替代品的一個(gè)明顯例子是我國(guó)目前由于工程錯(cuò)誤而發(fā)生的危機(jī)，目前處于危急狀態(tài)：Hidroituango 是哥倫比亞最大的水電項(xiàng)目，幾乎產(chǎn)生了第二個(gè)歷史上最大的工程錯(cuò)誤導(dǎo)致的災(zāi)難。

面對(duì)上面顯示的例子，再加上世界各地發(fā)生的更多例子以及缺乏傳統(tǒng)電流的人群，顯然需要找到解決方案。

這就是為什么我被委以調(diào)查任務(wù)的原因——。一點(diǎn)點(diǎn)，并找到提供無限資源的環(huán)保替代品。

我對(duì)實(shí)施和更新農(nóng)場(chǎng)、農(nóng)作物和牲畜以及攜手合作以獲得能源的需求很感興趣。換句話說，我的目標(biāo)不僅是找到能源問題的替代方案，而且是實(shí)施可編程技術(shù)，發(fā)起和開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，最重要的是，提高當(dāng)?shù)毓竦囊庾R(shí)。

我們的問題不僅在于世界各地缺乏電力流體，而且在整個(gè)作物和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，因?yàn)樗氖褂媒⒘宋覀冏匀毁Y源的耐久性。

我們的使命是找到一種方法來監(jiān)控環(huán)境中最小的問題并迅速采取行動(dòng)。

需求

迫切需要為外地工作提供便利！

可以說，沒有科技，農(nóng)業(yè)就不會(huì)出現(xiàn)；今天，如果我們不依賴精確的現(xiàn)代技術(shù)系統(tǒng)，就不能指望農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)會(huì)有所改善。

不幸的是，在一些農(nóng)村地區(qū)，落后仍然是長(zhǎng)期的，因此即使使用看似過時(shí)的技術(shù)，他們也能從中受益。但讓我們看看在該領(lǐng)域?qū)嵤┘夹g(shù)的一些一般優(yōu)勢(shì)。

正是針對(duì)以上所有問題，我被問到：如何設(shè)計(jì)、構(gòu)建和實(shí)施氦氣技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，并以同樣的方式尋找產(chǎn)生可再生能源的替代方案，通過采取行動(dòng)設(shè)法延長(zhǎng)我們的自然資源提前？

這項(xiàng)研究

經(jīng)過不同的草圖和設(shè)計(jì)，以及通過網(wǎng)絡(luò)和機(jī)構(gòu)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)查，我正在獲取有關(guān)該主題的知識(shí)，我想出了一個(gè)實(shí)現(xiàn)這個(gè)項(xiàng)目的想法。

地球從大氣層的最高層接收到 174 拍瓦的入射太陽(yáng)輻射（日照）。大約 30% 返回太空，而云層、海洋和陸地吸收其余部分。地球表面太陽(yáng)光的電磁波譜主要由可見光和紅外線占據(jù)，還有一小部分紫外線輻射。

輻射的功率根據(jù)一天中的時(shí)間、抑制它的大氣條件和緯度而變化。在可接受的輻射條件下，地球表面的功率大約為 1000 W/m2。這種力量被稱為輻照度。請(qǐng)注意，在全球范圍內(nèi)，幾乎所有接收到的輻射都會(huì)重新發(fā)射到太空中（否則會(huì)發(fā)生突然加熱）。但是，接收和發(fā)射的輻射之間存在明顯差異。（維基百科）

現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)

一方面，就農(nóng)業(yè)而言，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率無非是我們生產(chǎn)出來的東西所花掉的，與生產(chǎn)出來的東西賣出后得到的東西之間的關(guān)系。

看似簡(jiǎn)單，其實(shí)并沒有那么簡(jiǎn)單。但是，有一點(diǎn)非常明確：技術(shù)在田間的應(yīng)用是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素。

過程的機(jī)械化和自動(dòng)化、經(jīng)過認(rèn)證的種子的使用、農(nóng)用化學(xué)品的正確使用以及作物的充分灌溉是主要的現(xiàn)代技術(shù)。

另一方面，最近開展的生態(tài)意識(shí)帶來了基于使用植物化學(xué)物質(zhì)、生物肥料以及自然保護(hù)和土壤改良機(jī)制的其他技術(shù)。

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域需要24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控。這 100% 證明，如果農(nóng)民和相關(guān)方掌握有關(guān)其作物狀況的正確信息，則可以減少作物損失并增加產(chǎn)量。

重要的是要記住環(huán)境溫度、地球的水位、濕度、太陽(yáng)光線的強(qiáng)度、害蟲和昆蟲的存在。

通過設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)，可以將農(nóng)業(yè)的災(zāi)害和損失減少 60% 以上，因?yàn)槲覀儗⒛軌蛟谖C(jī)發(fā)生前采取行動(dòng)。

一個(gè)潛在的解決方案

在搜索結(jié)束時(shí)，可以建立一個(gè)可能的解決方案來減輕或大大減少這些缺點(diǎn)：

計(jì)劃建造一個(gè)由太陽(yáng)能供電的電氣系統(tǒng)，這種捕獲的太陽(yáng)能儲(chǔ)存在電池中。

顯然太陽(yáng)能是不夠的，因此決定使用太陽(yáng)獲得的電能為電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，該電動(dòng)機(jī)將驅(qū)動(dòng)釹磁鐵發(fā)電機(jī)，以極大地復(fù)制我們的能源儲(chǔ)備。

在此過程中獲得的能量通過逆變器以最佳電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以供家庭和工業(yè)使用。

所有這個(gè)系統(tǒng)都將存放在一個(gè)金屬盒子中，以使其更加模塊化和便攜。

為了減少噪音，我們的隔間內(nèi)襯有聚氨酯泡沫。

我剛才提到的這個(gè)系統(tǒng)能夠滿足家庭的基本能源需求，同樣也有能力為整個(gè)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)提供食物。

原型

為了測(cè)試上述想法，在較小的生產(chǎn)規(guī)模上制作原型：

最初它是通過測(cè)試開始的：頻率為 12, 000 rpm 的 12 伏電機(jī)；一個(gè) 12 伏、150 瓦的干電池和一個(gè) 24 伏、400 瓦的釹發(fā)電機(jī)，其頻率為 400 轉(zhuǎn)/分。這些測(cè)試是在銀行進(jìn)行的。經(jīng)過一番討論，得出的結(jié)論是，可以進(jìn)入變速系統(tǒng)第一臺(tái)原型機(jī)的研究，以產(chǎn)生能量。

經(jīng)過一些草圖和模型，得到了一些松子套。

理論化和使用等式：r1f1 = r2f2 (1)。我們有：

• r1 = 1 cm 電機(jī)小齒輪
• F1 = 發(fā)動(dòng)機(jī)頻率 = 2500
• R2 = 2.2 厘米
• F2 = 頻率小齒輪 2

使用 (1) 可以得到大約 f2 = 2136.4。在小齒輪 2 中，我們有 f2 = 2136.3。這又與半徑為 r3 = 3 cm、f3 =? 的小齒輪 3 嚙合。

再次使用 (1)，f3 = 1, 566.6

可以將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?12000 rpm 降低到 476 rpm，這是建議目標(biāo)的最佳數(shù)據(jù)，但在組裝原型時(shí)獲得的數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)不符。

經(jīng)過幾次嘗試，有可能得到一些小齒輪組和r1 = 2.5 cm和r2 = 1.25 cm的摩托車鏈條，在決定不放置相互嚙合的齒輪組時(shí)，我去嘗試用鏈條作為樂隊(duì)因?yàn)辇X輪無法正常工作，也會(huì)產(chǎn)生很多噪音。如圖所示，它們與鏈條放在一起。

為了使原型投入運(yùn)行，有必要設(shè)計(jì)一個(gè)隔間來放置每個(gè)必要的設(shè)備并優(yōu)化小齒輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量，其中三個(gè)階段可用：

第 1 階段：太陽(yáng)能電池板（95 瓦，21 伏）的位置一直是為我們的系統(tǒng)產(chǎn)生燃料的設(shè)備，蓄電池或電池為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行儲(chǔ)存足夠的能量，負(fù)載將累積在電池，將保持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，有測(cè)量 V 和 A 的指示器，位于設(shè)計(jì)的原型板上，這種能量來自當(dāng)?shù)剡m當(dāng)?shù)奶?yáng)能電池板。

階段 2：我們找到永磁電機(jī)，它與 12 v、su 和發(fā)電機(jī)一起工作，由變速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，使用釹磁鐵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，利用排斥力產(chǎn)生電能 這是旨在以 420 rpm 的頻率產(chǎn)生 24 V、400 瓦的電壓。

第3 階段：發(fā)電機(jī)獲得的電能根據(jù)逆變器的使用而增加或減少，逆變器將直流輸入電壓改變?yōu)閷?duì)稱的交流輸出電壓，具有所需的幅度和頻率。

在我們的意識(shí)小組的幫助下，我們成功地構(gòu)建了第一個(gè)原型：

考慮到我們電氣系統(tǒng)的消耗，以及獲得的能量、強(qiáng)度和能量水平，我們?cè)诮饘俸兄星度肓艘粋€(gè) OLED 屏幕，它可以以數(shù)據(jù)的形式提供所有基本信息。

原型

正如目標(biāo)是實(shí)施盡可能高的技術(shù)一樣，我正在為我們的移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)和編寫一個(gè)應(yīng)用程序，以便讓這些信息觸手可及。

一旦我嘗試并提出了缺乏能量的替代方案，我就采取了為該領(lǐng)域開發(fā)解決方案的形式。

這個(gè)想法是利用我們系統(tǒng)的部分能量來為高精度 Seeed 和 Arduino 可編程的傳感器和模塊系統(tǒng)供電，以研究和收集我們作物的數(shù)據(jù)和信息，并通過 Helium 發(fā)送。

使用的基本傳感器是：

• 溫度和濕度
• 水位
• 土壤濕度
• 酸堿度
• 紫外線
• 空氣質(zhì)量
• 氣體水平
• 晴雨表
• 其中...

在已經(jīng)構(gòu)建了我們的農(nóng)場(chǎng)發(fā)電原型、帶傳感器的監(jiān)控系統(tǒng)和文化原型基地之后，我們開始實(shí)施我們的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

從下到上的連接：Arduino UNO - Helium Atom - Base Shield - Grove Sensors。

有必要執(zhí)行配置并驗(yàn)證系統(tǒng)的操作：

#include "Arduino.h"
#include "Board.h"
#include "Helium.h"
#include "HeliumUtil.h"
#define CHANNEL_NAME "Helium_Smart_Farms"
Helium  helium(&atom_serial);
Channel channel(&helium);
void
setup()
{
   Serial.begin(9600);
   DBG_PRINTLN(F("Starting"));
   helium.begin(HELIUM_BAUD_RATE);
   helium_connect(&helium);
   channel_create(&channel, CHANNEL_NAME);
}
void
loop()
{
   const char * data = "PROJECT SMART FARMS EXAMPLE CONFIGURATION!";
  channel_send(&channel, CHANNEL_NAME, data, strlen(data));
   delay(5000);
}

我們項(xiàng)目的動(dòng)畫模擬及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用：

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概括：

智能農(nóng)場(chǎng)由一個(gè)復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)由存儲(chǔ)在電池中的太陽(yáng)能供電。這種存儲(chǔ)的能量用于為發(fā)電機(jī)供電，發(fā)電機(jī)將復(fù)制獲得的能量，并通過逆變器將其轉(zhuǎn)換為適合消耗的能量。

這種能量及其變量（安培??數(shù)、電壓、瓦特）可以通過指示器和儀表來評(píng)估。

從該系統(tǒng)獲得的能量將滿足由 Arduino UNO Base Shield V2 板控制的生物傳感器系統(tǒng)的能量需求，該板將按部門監(jiān)測(cè)農(nóng)作物，從而在需要時(shí)獲得真實(shí)和精確的數(shù)據(jù)。

得益于 Helium 和 Google Cloud IoT 的技術(shù)，這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在互聯(lián)網(wǎng)上，讓農(nóng)民和感興趣的人能夠掌握重要信息。

在發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下校準(zhǔn)我們的傳感器：這里

所有這些傳感器將以一種戰(zhàn)略方式連接起來，代表收獲的一個(gè)部門，從而創(chuàng)造不同的區(qū)域來促進(jìn)他們的研究和觀察。

為了讓我們的農(nóng)民和利益相關(guān)者獲得信息，有必要使用氦原子和接入點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到站點(diǎn)或觀察基地，在那里人們將接收并完全可視化所有信息，并通過這種方式做出有關(guān)情況的決定.

負(fù)責(zé)檢查接收到的數(shù)據(jù)的人員將能夠發(fā)出命令，以電子方式自動(dòng)激活灌溉閥或執(zhí)行其他任務(wù)。

上述能源生成系統(tǒng)與我們的作物系統(tǒng)相連并攜手合作，將使我們能夠?qū)崿F(xiàn)田間自動(dòng)化并實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)。

這個(gè)想法的最大優(yōu)點(diǎn)：

• 為缺乏電力的偏遠(yuǎn)地區(qū)提供電力。
• 在所有方面將污染降低到 0%。
• 自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)工作。
• 為農(nóng)民提供有關(guān)其手掌工作的信息。
• 避免農(nóng)作物損失。
• 它提前通知我們并解決我們農(nóng)場(chǎng)的問題。
• 它 100% 由可再生能源供電。
• 它提供了有關(guān)每個(gè)地方許多方面的有價(jià)值的信息和信息。
• 提高我們農(nóng)民和農(nóng)民的工作質(zhì)量。

像這樣的想法的發(fā)展將在以下領(lǐng)域幫助我們。

在教育領(lǐng)域：

• 兒童和青少年將日夜都能用上電。
• 對(duì)于高溫人群，我們的孩子將擁有最佳的學(xué)習(xí)條件。
• 讓年輕人了解當(dāng)前可用的替代品和新技術(shù)。

在經(jīng)濟(jì)方面：

• 這是一個(gè)需要投資的系統(tǒng)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看會(huì)帶來可觀的利潤(rùn)。
• 它在很大程度上避免了因溫室或病蟲害或干旱造成的災(zāi)害的投資。
• 它將大大減少對(duì)能源領(lǐng)域的資本投資，因?yàn)榕c其他系統(tǒng)相比它更便宜。

日常生活中：

• 提高人們的生活質(zhì)量。
• 它將產(chǎn)生一個(gè)生態(tài)環(huán)境。
• 改善數(shù)百萬人的生活條件。

此外

該計(jì)劃仍在進(jìn)行中，我們很有可能會(huì)使用 Helium 和 Twilio 來實(shí)施和改進(jìn)該技術(shù)。

由于我沒有足夠的資源，我不能說可以單獨(dú)進(jìn)行這個(gè)項(xiàng)目。

我們的社會(huì)需要像我們今天在這場(chǎng)比賽中展示的每一個(gè)人的想法和建議。

我看到有必要傳播我的想法，并教授兒童、青年和成人每一種這些教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)技術(shù)。

我很榮幸能發(fā)展這個(gè)想法并在國(guó)際層面開展環(huán)保運(yùn)動(dòng)，始終承載著地球的理想

我熱愛技術(shù)和創(chuàng)新的動(dòng)力是因?yàn)槲以谄渲姓业搅税l(fā)展我所有想法的機(jī)會(huì)。我最大的滿足感是我的想法得到認(rèn)可，因?yàn)槲疫@樣做是為了帶動(dòng)我的母親和兄弟們，他們是我的動(dòng)力源泉。

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