滴翠智能 I 打造低成本智慧农业物联网系统

2023-06-13 17:18:34

近几年,在国家政策、资金的持续引导下,我国建设了一批国家智慧农业示范区,自主研制了一批智慧农业传感器、智能控制器、水肥一体化智能灌溉设备以及智慧农业大数据平台等,对提高我国农业智能化水平发挥了重要作用,我国智慧农业应用得到了长足发展。

滴翠智能科技(上海)有限公司经过多年潜心科研,自主研发了一套基于LoRa+5G的无线自组网技术的智慧农业物联网系统。

 

智慧农业物联网

智慧农业物联网系统概念 

智慧农业物联网系统以先进的传感器、物联网、云计算、大数据、人工智能等信息技术为基础,由监测预警系统、有线/无线数据传输系统、智能控制系统及软件平台组成,通过对监测区域的土壤资源、水资源、气候信息及农情信息(苗情、墒情、虫情、灾情)等进行统一化监控与管理,构建以标准体系、评价体系、预警体系和科学指导体系为主的网络化、一体化智能监管平台。实现农业生产的精准感知、智能分析、主动预警和自动控制,使传统农业更“智能”,大大提高农业生产效率,显著降低生产成本,最终达到改善产量品质、节水节肥、绿色种植的目的,保障我国农业增产增收和粮食安全。

 

智慧农业物联网系统三层体系架构

智慧农业物联网系统通常分为三个层次:感知层、传输层(网络层)和应用层。

/感知层/

该层主要包括农业生产场景中各种农业生产信息的采集,进行智能控制的信息的接收和执行。智慧农业物联网传感器主要包括温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、水流量、PH值、土壤墒情、土壤养分、重金属探测,气象探测等传感器。绝大部分传感器技术基本成熟,可以做到实时在线精准探测。

/传输层/

传输层是智慧农业的神经中枢,主要涉及将感知层采集的各类信息,通过物联网网络进行汇总,并将各种农业信息进行融合,通过有线或无线方式,向智慧农业信息平台网络发布。网络层包含通信技术与计算机网络技术的结合的网络、信息中心和数据处理中心等。早期的智慧农业物联网系统,传感器基本上采用的都是有线组网的方式。有线组网在农业生产过程中存在诸多问题:一是设备的安装比较麻烦,成本也较高;二是在生产过程中容易出现损坏。随着无线传输技术的不断发展,现在滴翠智能科技(上海)有限公司多采用无线组网的方式来建设智慧农业物联网系统

/应用层/

该层涉及的任务是将传输来的信息进行分析和处理,并根据信息进行分类和数据挖掘,为农业决策提供数据依据,并对农业生产设备进行远程控制,实现农业生产智能化和智慧化,应用层主要应用包括:农业生产数据实时监测、水肥一体化智能灌溉、农事记录和管理、农作物追踪溯源、灾害早期预警和后期评估、专家系统等。

LoRa

远距离无线电(Long Range Radio LoRa)是低功耗广域网(LPWAN)通信技术中的一种,是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术。LoRa基于CSS(Chirp Spread Spectrum,CSS)调制技术,在保持低功耗的同时极大地增加了通信范围,具有功耗低、传输距离远、抗干扰能力强等特点。

5G

第五代移动通信技术,是最新一代蜂窝移动通信技术,也是继2G(GSM)、3G(UMTS、LTE)和4G(LTE-A、WiMax)系统之后的延伸。5G网络具有高速率、低时延、大带宽、广连接等特性。5G的主要优势在于:数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络,最高可达10Gb/s,比4G LTE蜂窝网络快100倍,满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输;较低的网络延迟,低于1 ms,满足自动驾驶、远程医疗等实时应用;频谱效率要比4G LTE提升10倍以上;超大网络容量,提供千亿设备的连接能力,满足万物互联网络需求;连续广域覆盖和高移动性下,用户体验速率达到100 Mb/s;系统协同化、智能化水平提升,表现为多用户、多点、多天线、多摄取的协同组网,以及网络间灵活地自动调整。

基于LoRa+5G的无线自组网的智慧农业物联网系统

基于LoRa+5G的无线自组网的智慧农业物联网系统是一种低成本、高效率的智能化农业物联网系统。系统利用自主开发的 LoRa物联网智能网关,将各类传感器通过无线自组网的方式实现互联互通和互操作;通过自建LoRa基站,实现区域信号覆盖,从而实现各物联网网关的数据汇集;再通过LoRa基站与5G基站的连接 实现数据的上下贯通。系统通过移动智能终端或PC,可实时监测农作物生长环境、智能化诊断和分析预警、智能化精准农事管理和设备管理,实现农产品全过程可追溯,确保农产品品质高和安全可控。系统运行模式如下所示:

系统的主要功能

/数据采集/
农作物生长现场温度、湿度、光照度、土壤含水量、土壤养分等传感器配合LoRa采集器与LoRa网关、LoRa基站实现自适应区域组网,再通过5G基站,将数据传递给云服务中心进行智能分析和处理。
/视频监控/

用户通过智能手机或电脑可以随时随地观看到农作物种植现场实际影像,远程监控农作物生长情况。

/数据存储/

系统将采集的各类数据统一上传至云服务中心进行存储,以备随时进行处理和查询。

/数据智能分析/

系统可根据用户要求,将采集到的数值通过直观的形式向用户展示,可提供报表。

/远程控制管理/

在获得系统授权后,用户在任何时间,任何地点通过任意联网终端均可实现对大棚现场各种设备进行远程控制。

/智能预警服务/

系统允许用户制定自定义的数据范围,超出范围的错误情况会在系统中进行标注,以达到报警的目的。

/统一认证管理/

系统实现统一认证、集中管理控制,包括用户管理、设备管理、认证管理、权限管理等功能。

/智能终端监控管理/

智能终端上可以实现与电脑终端同样功能,实时查看由各种传感器传来的数据,并能手动控制大棚现场的喷淋、卷帘、风机等各种设备。

/自动控制/

通过系统专家数据库和智能AI算法,基于作物生长模型和传感器数据,可智能调节农作物生长环境参数,为农作物营造最适合的生长环境。

/农事管理/

农业管理人员可通过系统,合理制定农事计划,系统将准确记录,存储、分析和评估计划执行情况,为农产品追踪溯源提供基础数据。

系统的主要特性
/低功耗/
系统采用超低功耗设计,传感器平时处于休眠状态,采用定时唤醒和数据异常变化唤醒相结合的模式,结合智能边缘计算功能,减少正常数据频繁传输,确保异常数据及时上报等。一般一节6V/300 mA锂电池,单传感器可使用2~3年。

/低成本/

系统采用LoRa无线自组网通信技术,设备安装、使用、维护成本极低。

/无线自组网/

传感器初次加电后即发出“握手”信息,向最近的LoRa网关发出连接请求,LoRa网关自动对传感器进行身份识别和解析后,实现智能组网。

/通信距离远/

LoRa网关实际无线控制监测范围达3~5 km,开阔区域可达到10 km。

/超大容量/

单个LoRa网关可实现254个设备接入量,而且可通过中继器进行多级拓扑,可满足智能监测控制的实际应用。

/抗干扰能力强/

系统采用扩频传输技术,前向纠错技术设计,抗干扰能力强。

/安全可靠/

系统具有自我巡检功能,在固定的时间内,会自动收发数据一次,可有效预防数据传输故障;另外,设备按照军工标准进行了严格的质量检测和性能测试,设备可适用于高温、严寒、潮湿等复杂环境。

/控制模式灵活智能/

设备的控制模式采用了标准化模块设计,可根据应用场景或设备的不同而灵活选择电平控制、自动控制或者业务逻辑控制等控制模式。

结语

滴翠智能打造的基于LoRa+5G的智慧农业物联网系统,是一种低成本、低功耗、大连接、智能化农业物联网系统,在当下及未来都是一种非常实用且适合我国现代农业发展现状的智慧农业物联网系统。其以低成本,易安装、易维护、便捷性操作赢得广大农业从业者的青睐,为推进我国现代农业发展和居民食品安全做出突出贡献,具有非常广阔的市场空间和应用前景。

滴翠智能科技(上海)有限公司是一家全球领先的S2B智慧农林AIoT软硬件产品一站式供应商,已获得国家级高新技术企业、科技型中小企业、人社部全国优秀创业创新项目等认证;公司以“赋予植物数字生命”为使命,以“为全球数字农企提供科技服务”为愿景,致力于农、林等领域数据采集通信与控制硬件和软件系统的研发;公司自主研发基于植物生长AI模型的农业种植数字化控制云平台,集广域通讯、局域自组网、边缘计算、集成电路控制系统、LoRa基站为一体,快速建立完善的物联网通讯和控制系统,形成从“采集——分析——策略——执行”的AI自主决策方案,助力客户在生产端形成数字化智能化作业的完美闭环,大力提升产品竞争力。公司获得国内外多家基金参投,射频通信芯片模组销售全球超15个国家。连续两届被评为:毕马威全球“芯锐”50强。

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