IIoT技术应用于室内农业灌溉监测资料下载

作者： Steven Keeping 当某个工程师轻蔑地描述某项技术是“农业技术”时，通常，他是暗指这项技术格局有限或已过时。但实则，这种暗示是不公平的。农业经营关乎商业化作物和畜牧生产，以及将粮食运送到人们餐盘里的过程，这里是最早采用高科技的领域。现代联合收割机具有许多计算机控制的属性，如采用GPS、激光制导、自我水准测量和液压传动等。况且目前，农业经济也投身行业物联网(IIoT)，以此提高可控环境农业(CEA或“室内农业”)的商业可行性。 CEA使用全封闭式温控设备来消除外部环境因素的干扰，如疾病、害虫或恶劣天气。有了这项技术，我们不需要昂贵肥沃的耕地，便可以在任何地方建立农业基地，甚至是在城市的社区中心。根据2012年的一项研究显示，在美国，将粮食从传统的农场运输给城市居民，这个过程占总能量预算的10%，而在临近消费者的地方生产粮食则有效解决了这一问题。 水资源的关键角色 早期采用的技术已经使农业的产量显示提高。例如，根据美国农业部(USDA)的数据显示，2000年，农民每小时的产量是1950年时的12倍。然而，这些收益是有代价的，其中最为明显的就是居高不下的用水量。这并不为奇，因为水资源是作物产量最大化的关键因素，即使所有其他促进作物生长的因素已达到平衡，但若没有可靠的水源供应，作物也无法存活。 近年来，尽管农业经济取得了长足的进步，但传统的农业灌溉仍然十分浪费资源，主要原因在于，灌溉用水在被作物吸收之前，70%~90%都已随着土壤流失。就全球而言，农业是最大的水资源消耗者——尤其是在一些干旱的国家和地区，约有85%的水用于农作物的灌溉。 削减过度用水是CEA最大的优势之一。不过，节约用水不仅是出于环保的要求，也是出于经济效益的考虑。搭建CEA设施可谓造价昂贵，且仅有优化投入成本和作物生长时，这些投资才有合理的回报。而水资源的利用在这个过程中扮演着至关重要的角色。 IIoT的控制 一家不依赖大自然灌溉的农业企业，可以通过IIoT大幅降低用水量——与传统农业相比，用水量可以减少90%。流入土壤的水可以将颗粒、氟化物和重金属污染物去除，并在输送前控制营养物质的添加。蒸发的水分也可以达到最小化，且可以再获取及再利用(封闭的环境可以简化循环利用)。外排的污水同样可以被处理后进行再利用。这里使用的技术包括滴灌。滴灌可以保持土壤永久湿润，甚至还可以完全不经过土壤，便直达作物的裸根。 通过无线连接到IIoT的传感器可以对作物进行密切监视，如水量吸收了多少，流失了多少，以此来控制用水情况。传感器还可以将作物的生长与供水量和养分浓度关联起来。通过实时分析收集的数据可以控制闭环系统，甚至还可以调节单个作物的用水量。 创建IIoT灌溉系统 IIoT灌溉系统通过利用先进的无线传感器和执行器、无线传感器网络和云资源，可以从容应对CEA过程控制系统在工程上的挑战。无线传感器使用蓝牙低功耗等技术监测作物的生长参数。随着室内农场的发展，传感器将成为网状网络的一部分，并改善可靠性，支持快速扩展。根据传感器的输出数据，信号返回网状网络指示传动器，以此增减灌溉量。 尽管有这些已验证的系统，但设计基于网状网络的灌溉系统并非易事。不过，通过使用芯片厂商的开发工具，最困难的部分——构建无线系统，也变得相当容易。例如，微控制器和模拟半导体供应商的领导者Microchip，提供了一系列的组件和工具，包括启动工具包、开发工具包扩展板以及蓝牙低功耗系统芯片(SoC)，这样，即使欠缺RF经验的工程师也可以设计CEA应用程序的无线网络。 IIoT连接的最大优点在于其对云资源的访问。IIoT使用云资源运行强大的算法，对来自室内农场的持续数据流进行分析，从而使生长过程不断改进。随着时间的推移，信息被构建至数据库中，以作出即时回应，了解特定增长参数的微小变化对输入成本、作物质量及最终的室内农场盈利能力有何影响。 帮助农民创收 为证明与传统农场相比，它们的高成本是合情合理，CEA的安装必须提高产量，这就要求对灌溉进行精确的监测和控制。通过使用网络无线IIoT传感器，工程师可以设计一套实时提供用水量数据的系统，并作为闭环控制系统的一部分，以最大限度地提高产量。 采用CEA的农民希望创建盈利可观的粮食销售业务，而不是对技术进行修修补补。通过使用IIoT控制农业过程，CEA的企业主可以依赖已验证成功的技术，即来自电子产品供应商和成熟的平台(互联网)的技术，并将精力集中在手头的业务上。 尽管CEA不可能完全取代种植大宗商品作物的大型农场，如小麦或常见的根菜类蔬菜，同时，也不适合饲养家畜的农场。但这种技术对于流动率高且具有可观利润的作物来说是理想的选择，如：绿叶菜、草药、甚至可食用的花。预计到2050年，全球人口将接近100亿(根据联合国的预测)，任何可促进粮食产量的可持续发展战略都将广受欢迎。 史蒂文•科平获得了英国布莱顿大学本科学位，后在Eurotherm和BOC公司电子部工作7年。随后，他加入《电子产品》杂志，并在接下来的13年里，担任电子产品制造、测试和设计等领域的高级编辑和出版人，包括英国和澳大利亚的三一镜报、CMP和RBI的《电子产品的新技术》、《澳大利亚电子工程》等。2006年，史蒂文成为专攻电子领域的自由撰稿人，目前在悉尼定居。 原文链接： 发布文章均为独家原创文章，转载请注明来源。对于未经许可的复制和不符合要求的转载我们将保留依法追究法律责任的权利。 (mbbeetchina)