基于LoRa實(shí)現(xiàn)的智慧農(nóng)場(chǎng)設(shè)計(jì)方案

當(dāng)我們提到“農(nóng)場(chǎng)自動(dòng)化”或“智慧農(nóng)業(yè)”時(shí)，土壤狀況監(jiān)測(cè)和灌溉算是農(nóng)場(chǎng)最基本所需的條件。

而農(nóng)場(chǎng)土壤狀況監(jiān)測(cè)和灌溉需要以下功能：

1、多點(diǎn)土壤狀態(tài)監(jiān)測(cè)。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(chǎng)特點(diǎn)和植物需求在多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

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

3、易于安裝。在農(nóng)場(chǎng)，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(wú)線監(jiān)測(cè)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(gè)土壤監(jiān)測(cè)和灌溉，以解決農(nóng)場(chǎng)或家庭花園中的上述要求。

一、Lora

Lora代表遠(yuǎn)程無(wú)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(duì)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(guò)我沒測(cè)試這么長(zhǎng)，測(cè)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(lái)回通信。LoRaWAN需要更強(qiáng)的控制器能力來(lái)處理協(xié)議，還需要LoRaWAN路由器來(lái)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(wú)需互聯(lián)網(wǎng)連接。

二、儀器介紹

2.1土壤監(jiān)測(cè)

對(duì)于土壤監(jiān)測(cè)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(jí)規(guī)格：PH/氮/磷/鉀。

無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，使用壽命長(zhǎng)

防腐

MakerfabsLoRa土壤濕度傳感器和工業(yè)級(jí)土壤遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)器：

Makerfabs土壤濕度傳感器測(cè)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(shí)通過(guò)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(qǐng)查看Wiki。但請(qǐng)注意，對(duì)于濕度，它的輸出是“相對(duì)濕度”，這不是“真實(shí)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(huì)略有不同。

工業(yè)級(jí)土壤遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)儀更專業(yè)，可檢測(cè)溫度、水分、PH值、氮/磷/鉀的真實(shí)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(chǎng)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(guò)RS485傳輸?shù)娇刂破靼?，然后控制器?a href="http://wenjunhu.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(guò)LoRa或Wifi遠(yuǎn)程傳輸（如果有Wifi網(wǎng)絡(luò)）。

但請(qǐng)注意，該模塊出廠時(shí)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(gè)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(wú)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(gè)模塊最多控制4個(gè)閥門，然后控制4個(gè)點(diǎn)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(tái)工作，它從多個(gè)點(diǎn)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(cè)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(duì)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(yè)面。通過(guò)正確的WiFi設(shè)置，ESP32從NTP獲取實(shí)時(shí)信息，并在顯示屏上顯示：

3.2我們使用簡(jiǎn)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(hào)（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(lái)自LoRa土壤濕度傳感器的LoRa消息。由于傳感器將每1小時(shí)輸出一次數(shù)據(jù)，要驗(yàn)證連接，請(qǐng)按“重置”按鈕以獲取即時(shí)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(shí)間戳顯示在顯示屏上，每1小時(shí)更新一次。實(shí)際上，它還會(huì)在SD卡中添加一個(gè)日志以供進(jìn)一步檢查。

最多可以添加和監(jiān)控8個(gè)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(gè)進(jìn)水口和一個(gè)輸出口，將輸入口連接到你的水箱（我用一個(gè)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(bào)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(shí)際上，您也可以通過(guò)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(gè)MOSFET（8個(gè)執(zhí)行器）。

3.4將傳感器和閥門安裝到您的農(nóng)場(chǎng)/植物

該項(xiàng)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(chǎng)應(yīng)用。但是由于我的時(shí)間安排和編程經(jīng)驗(yàn)也很差，這只是一個(gè)LoRa使用的演示，展示了如何創(chuàng)建一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用程序。

對(duì)于熟悉編碼的制造商，還可以添加更多規(guī)范：

1.通過(guò)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(guò)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(gè)土壤點(diǎn)和2個(gè)支持8個(gè)閥門的MOSFET，理論上可以添加無(wú)限個(gè)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(shí)可能會(huì)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(jí)濕度傳感器，進(jìn)行更詳細(xì)的土壤監(jiān)測(cè)。

4.連接執(zhí)行器的PWM占空比控制，以控制負(fù)載速度