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

2513556 2022-12-13 | zip | 1.38 MB | 次下載 | 2積分

資料介紹

描述

問題

在哥倫比亞乃至整個世界，由于氣候變化導致生態(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)已準備好支持它，但能源的產(chǎn)生仍然受到很大影響。能源供應的持續(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、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：兩個風扇、一臺冰箱，以及夜間照明。提供這項服務的公司沒有提供我們社會所需的足夠能源。

除此之外，干旱導致我們農(nóng)場的數(shù)百萬農(nóng)作物損失

每年，成千上萬的動物和生態(tài)系統(tǒng)消失或受到氣候變化的影響。

全球數(shù)百萬家庭沒有電

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。

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

面對上面顯示的例子，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)查任務的原因——。一點點，并找到提供無限資源的環(huán)保替代品。

我對實施和更新農(nóng)場、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，我的目標不僅是找到能源問題的替代方案，而且是實施可編程技術(shù)，發(fā)起和開展學習活動，最重要的是，提高當?shù)毓竦囊庾R。

我們的問題不僅在于世界各地缺乏電力流體，而且在整個作物和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，因為它的使用建立了我們自然資源的耐久性。

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。

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)濟會有所改善。

不幸的是，在一些農(nóng)村地區(qū)，落后仍然是長期的，因此即使使用看似過時的技術(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。

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

這項研究

經(jīng)過不同的草圖和設(shè)計，以及通過網(wǎng)絡(luò)和機構(gòu)進行了長時間的調(diào)查，我正在獲取有關(guān)該主題的知識，我想出了一個實現(xiàn)這個項目的想法。

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。請注意，在全球范圍內(nèi)，幾乎所有接收到的輻射都會重新發(fā)射到太空中（否則會發(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。

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

過程的機械化和自動化、經(jīng)過認證的種子的使用、農(nóng)用化學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)意識帶來了基于使用植物化學物質(zhì)、生物肥料以及自然保護和土壤改良機制的其他技術(shù)。

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域需要24小時實時監(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、太陽光線的強度、害蟲和昆蟲的存在。

通過設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)，可以將農(nóng)業(yè)的災害和損失減少 60% 以上，因為我們將能夠在危機發(fā)生前采取行動。

一個潛在的解決方案

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

計劃建造一個由太陽能供電的電氣系統(tǒng)，這種捕獲的太陽能儲存在電池中。

顯然太陽能是不夠的，因此決定使用太陽獲得的電能為電動機提供動力，該電動機將驅(qū)動釹磁鐵發(fā)電機，以極大地復制我們的能源儲備。

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

所有這個系統(tǒng)都將存放在一個金屬盒子中，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農(nóng)業(yè)系統(tǒng)提供食物。

原型

為了測試上述想法，在較小的生產(chǎn)規(guī)模上制作原型：

最初它是通過測試開始的：頻率為 12, 000 rpm 的 12 伏電機；一個 12 伏、150 瓦的干電池和一個 24 伏、400 瓦的釹發(fā)電機，其頻率為 400 轉(zhuǎn)/分。這些測試是在銀行進行的。經(jīng)過一番討論，得出的結(jié)論是，可以進入變速系統(tǒng)第一臺原型機的研究，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 電機小齒輪
F1 = 發(fā)動機頻率 = 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)動機轉(zhuǎn)速從 12000 rpm 降低到 476 rpm，這是建議目標的最佳數(shù)據(jù)，但在組裝原型時獲得的數(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，我去嘗試用鏈條作為樂隊因為齒輪無法正常工作，也會產(chǎn)生很多噪音。如圖所示，它們與鏈條放在一起。

為了使原型投入運行，有必要設(shè)計一個隔間來放置每個必要的設(shè)備并優(yōu)化小齒輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量，其中三個階段可用：

第 1 階段：太陽能電池板（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)動機運行儲存足夠的能量，負載將累積在電池，將保持發(fā)動機運轉(zhuǎn)，有測量 V 和 A 的指示器，位于設(shè)計的原型板上，這種能量來自當?shù)剡m當?shù)奶柲茈姵匕濉?/font>

階段 2：我們找到永磁電機，它與 12 v、su 和發(fā)電機一起工作，由變速系統(tǒng)驅(qū)動，使用釹磁鐵將機械能轉(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ΨQ的交流輸出電壓，具有所需的幅度和頻率。

在我們的意識小組的幫助下，我們成功地構(gòu)建了第一個原型：

考慮到我們電氣系統(tǒng)的消耗，以及獲得的能量、強度和能量水平，我們在金屬盒中嵌入了一個 OLED 屏幕，它可以以數(shù)據(jù)的形式提供所有基本信息。

原型

正如目標是實施盡可能高的技術(shù)一樣，我正在為我們的移動設(shè)備設(shè)計和編寫一個應用程序，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...

我們可以在模型中觀察我們的傳感器系統(tǒng)

我們的作物原型。| 2 Phaseolus vulgaris 豆 | 2 豌豆 Pisum sativum | 常見植物：仙人掌科 |

在已經(jīng)構(gòu)建了我們的農(nóng)場發(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。

活化原子

活化氦元素

配置谷歌云項目

安裝和配置 ARDUINO 到 HELIUM 連接

第一個數(shù)據(jù)

有必要執(zhí)行配置并驗證系統(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);
}