LoraWAN网关智慧农业解决方案——LoraWAN网关构建智能农田

1.介绍

世界上大约有45%的人口直接从事农业。此外，很大一部分也与这一领域间接相关。如果你是其中一员，或者打算成为其中一员，这篇文章将会给你一个好的开始。你可以利用最新的技术进步来提高你的农业技能。

最近的进展和未来一代的农业趋势不仅提高了农业产量，也有助于实现可持续发展目标。这些智能农业趋势包括改良的土壤准备、智能灌溉系统、创新的作物检测方法、智能肥料系统和多种作物种植方法。对你来说听起来太复杂了吗？不要害怕，因为我会告诉你如何用简单和容易得到的工具来使用它们。所以，让我们开始吧！

2.智能农业

智能农业和智能耕作是描述现代工具和技术以及传统程序的术语。目的是提高你的产品质量和你的田地的总产量。你可以使用多种传感器、互联网连接设备、基于位置的系统、智能农业机器人、机器学习（ML）和人工智能（AI）工具。此外，这些工具还可以帮助您优化人力资源的使用。

2.1.定义和背景

智能农业的概念主要集中在为农业提供使用先进技术的基础设施。包括物联网（IoT）、ML、AI、大数据、云架构。我们可以将整个智能农业行业的使用大致分为三类。

跟踪监视（使）自动化

精准农业也有类似的情况。计算机软件根据传感器获得的数据管理智能农场和田地。

你会发现智能农业的讨论无处不在，因为全球人口正在快速增长，人们需要更高的产量。有效利用自然资源、现代技术和智能方法是实现这些目标的关键因素。

2.2.智能农业技术

任何可以帮助你改善农业体验的技术都可以归入这一类，但我将指导你一些事情，让你在智能农业方面有一个kickstart。

2.2.1.智能领域使用的传感器类型电子的视觉的电化学的机械的2.2.2.监控智能农业的关键参数温度湿度液面阳光降雨空气中的气体风速和风向土壤——pH值、养分、紧实度和湿度位置——场地、机械、仓库、安全和牲畜。

2.2.3.在智能农业中部署传感器和系统所需的技术物联网人工智能通信协议软件平台用于自主操作的执行器无人机和机器人2.3.智能农业的目标

2.4.智能技术的优势

对于智能农场，天空是你的极限，但如果你聪明，你会得到一些关键的好处。

增加你产品的数量。提高质量。降低成本。减少废物。监管监测和控制。作物异常的识别。牲畜保健。日常农业活动的自动化。

2.5.部署智能农场的主要挑战

智能农业的概念、部署和持续利用存在一定的挑战。

人们总是倾向于抵制改变。尽早采用最新的物联网设备和农业传感器一直是人们关注的焦点。包括智能电网、网络系统和蜂窝塔在内的基础设施要求并不是随处可用。它还要求在偏远地区保持持续的互联网连接。这种设施在发展中国家并不容易获得。

2.6.农业4.0——智能农业的未来

图 1

用网关构建智能农业

农业4.0不仅仅是一个术语；这是时代的需要，也是全球的目标。在这里，农业与技术相结合，以实现粮食目标和气候目标。这场农业革命将不再需要在整个田地里统一使用水、肥料和杀虫剂。基于人工智能和最大似然的模型将有助于农民在非常具体的目标区域使用所需的最小数量。

最新的趋势和技术正在迅速取代传统方法。根据农业资助者农业科技是最热门的投资选择之一。2021年，风险资本家向农业食品技术投资了517亿美元；与2020年相比增长了85%。

此外，许多服务提供商和移动运营商正在更新他们的基础设施，以将网络资源置于边缘。小蜂窝、大规模MIMO、边缘计算、物联网和5G等技术让我们能够实现下一次农业革命的概念。

3.远程广域网

3.1.什么是LoRaWAN技术？

LoRa（源自远程）是一种在很长的区域范围内传输无线电信号的技术。LoRaWAN是使用LoRa方法的广域网（WAN）通信的标准协议。当该协议在跨领域的几个传感器之间通信时，物联网网络就出现了。LoRaWAN是一个合适的选择，因为它能够以极低的功耗进行远距离通信。

3.2.LoRaWAN在智能农业革命中的作用。

到目前为止，我们已经建立了一个叙事，智能农业是通过合适的网络协议连接的多个传感器的集合。你已经熟悉这样一个事实，即跨越数公顷的土地将数百个传感器与电力连接起来实际上是不可行的。你必须使用电池供电的设备。当你有一个有限的供应，肯定需要优化其使用。洛拉万人作为救世主出现了。它的功耗如此之低，以至于电池供电的传感器可以在不更换电池的情况下工作长达十年。此外，LoRaWAN的低带宽通信使其成为定期传输的实际部署的绝佳选择。假设您正在部署一个自主灌溉系统，您需要监控田地不同位置的土壤湿度。在这种应用中，您不需要每秒或每分钟检查水分。你只需要周期性地获取数据，也许是每天，并相应地控制灌溉过程。

4.使用LoRaWAN打造智能农场的机会。

在这里，我将向您展示部署智能农业技术的实用选项，以有效管理您的农场和田地。您的农业用地范围很广，您希望对其进行监控，以便在关键时刻采取果断措施。手动操作是一项耗时的工作，需要大量的人力。因此，明智之举是使用传感器、物联网和LoRaWAN来远程监控广泛的关键因素。

4.1.牲畜管理

如果你不能有效地管理你的牲畜，那么你应该转向一些聪明的解决方案。市场上有许多现成的设备。许多公司提供从牲畜跟踪到健康监测的全面解决方案。

4.1.1.跟踪

现在你可以用GPS项圈追踪、定位和保护你的牛了。GPS牛项圈会间歇性地向你的牲畜发出信号管理仪表板。设置地理围栏，以便在您的牛离开指定区域时收到通知警报。

4.1.2.健康监控

更健康的奶牛能提高牛奶和肉类的质量和数量，最终增加你的收入。基于LoRa的物联网硬件解决方案提供了生物胶囊；一种装置被植入牛的反刍胃中。该设备持续向中央仪表盘或应用软件传输数据。你可以自己监控数据，或者使用人工智能工具来检测牛的关键身体参数的不规则性。你可以识别疾病的开始，并预测小牛的分娩。

4.1.3.自主进料

有时候家畜需要特定的饮食一段时间。根据健康监测系统提供的数据，你可以让你的牛严格控制饮食，或者在它们的常规食物中添加一些营养物质。

4.2.土壤监测

田地周围的土壤并不一致。根据天气条件和土壤成分的不同，它在不同的地区保持不同的水分。你应该监测土壤参数，以有效利用水资源和提高总产量。

4.2.1.温度

作为一个农民，当你的植物无法呼吸时，你会感觉到。相对湿度是背后的关键因素。如果你跟踪土壤温度以及其他重要方面，你可以迅速采取行动拯救你的植物。土壤温度影响通风、土壤水分含量和植物养分的有效性。此外，温度数据也将表明灌溉的要求。

4.2.2.水分

如果没有基于LoRaWAN的低成本无线远程系统来实时了解农田的土壤水分状况，真正的智能农场是不完整的。根据湿度条件和作物要求，手动或自动采取及时措施。

4.2.3.电导率

另一个关键参数是土壤电导率，它衡量土壤含盐量。土壤电导率还可以帮助您估计土壤除草剂的需求量，并预测作物产量。如果你灌溉的土壤水含有高水平的溶解盐，会导致土壤盐碱化。一段时间后，作物产量会显著减少。

4.2.4.土壤pH值

经常检查土壤的酸碱度对庄稼的健康生长至关重要。pH值为4.0-5.0的酸性土壤对作物有害。这表明植物的有毒物质浓度较高，包括可溶性铝、铁和锰。保持大约6到7的pH值范围，以提供理想的生长条件。

4.3.环境监测

在任何农业领域，环境对产出结果起着决定性的作用。开发智能农场时，应在列表中勾选监控环境因素。让我们探索一些可以使用LoRaWAN监控的重要参数。

4.3.1.温度

无论您的智能农场是室内还是室外，环境温度监测对作物至关重要。特别是易受温度变化影响的作物，如小麦。温度数据将帮助您采取适当的可用措施，使您的作物免受恶劣温度条件的影响。

4.3.2.湿度

炎热和热带的条件可能对你的作物不利。湿度促进细菌生长，导致植物死亡，农作物无法达到目标产量。此外，害虫在潮湿的条件下最容易滋生。因此，湿度监测对你估计水分损失和灌溉需求是必要的。

4.3.3.风

合适的风速和风向可以改善你农场的环境。风的任何变化都会对你的作物产生积极或消极的影响。一个消息灵通的牧场主可以及时做出决策来缓解问题。

您可以通过强大且反应灵敏的风力传感器获得实时风力数据。这些传感器测量整个场地的风速和风向。这些数据在精确的作物喷洒、高效的无人机飞行以及采取预防措施抑制水果脱落方面非常有用。

4.3.4.雨

全世界都在关注如何用更少的水资源种植更多的作物。基于雨水可用性的最佳利用是最简单的解决方案之一。如果最后一场雨够再下几天，现在就不要灌溉。

你所要做的就是明智地灌溉你的农场。在您的智能农业领域部署雨量计，根据天气情况控制水资源的利用。

4.4.自主灌溉

如果您正在观察智能农业领域的所有重要参数，这是添加智能灌溉以远程控制用水的最佳时机。您可以将智能水与您的系统集成，无需任何额外的布线。

自主灌溉系统（AIS）基于对通过监测传感器收集的数据的分析，包括压力、流量、土壤湿度、湿度和温度。

5.智能农场

在整个系统实施后，您可以在多种不同土壤类型中实现产量最大化，同时优化人力和其他投入资源。您还可以为各种作物部署定制的解决方案，包括小麦、水稻、浆果、坚果和棉花。

在开发该解决方案时，我们的目标是在田间创建最高质量和最可靠的智能农业网络。为了实现这一点，我们使用了低功率传感器单元进行数据收集，并使用LoRaWAN技术进行数据传输。