Умная система полива почвы

Умная система полива следит за влажностью почвы и запускает орошение при необходимости. Сеть автономных датчиков и модуль управления формируют карту влажности почвы и управляют поливочной техникой.

Наша роль

Промышленный дизайн
Разработка печатных плат
Разработка встроенного ПО
Разработка механических частей
Прототипирование
Испытания

Описание проекта

Система предназначена для работы на открытом грунте. Это потребовало от нас при разработке учитывать:

Необходимость обеспечить автономную работу всех модулей системы на удаленных сельскохозяйственных участках – система должна быть надежной, а периодическое обслуживание редким, чтобы достичь приемлемого для конечных пользователей уровня эксплуатационных расходов.
Плохое покрытие мобильной связи затрудняет работу с удаленным сервером. Таким, образом мы не могли рассчитывать на постоянный удаленный доступ к системе.

Разработка системы велась в два этапа.

На первом этапе работ мы разработали модуль анализатора, который с заданным в системе интервалом проводит измерения влажности и содержания солей в почве и передает данные по сети LoRaWAN на центральный модуль управления. При этом для проверки локальных показателей мы добавили возможность подключаться к модулю анализатора по BLE с помощью смартфона. В этом сценарии использования модуль анализатора можно рассматривать, как отдельное смарт-устройство, которое можно использовать без центрального модуля.

3д модель модуля химического анализа почвы

На втором этапе работ мы разработали два модуля: центральный и исполнительный. Центральный модуль собирает данные с модуля анализатора и передает сигналы исполнительному модулю, а исполнительный модуль запускает процесс полива и удобрения почвы.

3д модели центрального модуля и исполнительного модуля

Для систем Интернета вещей в сельском хозяйстве приоритетом является надежность и невысокая стоимость. Зачастую сельхозугодья находятся в местах с плохим покрытием сотовой связи, поэтому для повышения надежности систем нужно на этапе разработки предусматривать дублирующие способы связи и управления, такие как Wifi или BLE модули, а также размещать сервера приложений не в облаке, а на одноплатных компьютерах в модулях управления системами.

Чтобы обеспечить автономную работу всех модулей системы на удаленных сельскохозяйственных участках мы установили в корпуса модулей солнечные батареи, мощности которых хватает на подзарядку встроенных в корпуса литьевых аккумуляторов.

При разработке модуля управления, чтобы обеспечить автономность системы, мы отказались от облачных серверов и разместили сервера приложения на одноплатном компьютере центрального модуля. При наличии подключения к интернету система управляется удаленно, а при его отсутствии изменение настроек и управление работой системы можно делать вручную, подключившись по Wi-Fi.

Устройство крупным планом с проводами, печатными платами

Чтобы уменьшить себестоимость системы, мы заменили готовое решение LoRaWAN модема на модуль RFM95, который выступает в роли трансивера, а не модема. Такое решение увеличило трудозатраты на разработку прошивки, однако это позволило применить радиомодуль для реализации связи по LoRaWAN в 3 раза дешевле предыдущего.

Результаты

EnCata разработала интеллектуальную систему полива почвы и изготовила прототипы 3-х модулей системы:

модуль анализатора - собирает показатели почвы;
центральный модуль - собирает данные с модуля анализатора и на их основе, передает команды исполнительному модулю;
исполнительный модуль - принимает команды от центрального модуля, управляет процессом полива и удобрения почвы.

Система использует разные технологии связи в зависимости от задачи пользователя:

LoRaWAN – для подключения модулей анализатора к центральному модулю;
Wi-Fi – для управления центральным модулем и сбора телеметрии с модулей анализатора при отсутствии подключения к Интернет;
BLE – для прямого подключения к модулю анализатора с помощью смартфона.

до 5 км

радиус действия системы
в 3 раза

уменьшили стоимость системы
2 варианта

управления системой

НАЗАД К ПРОЕКТАМ