开发开源智能农业系统

文章作者:丹尼尔·布朗宁

在过去的20年里，计算大大改变了世界，农业产业感受到了影响。先进的设备现在可以导致更高效的生产;改性种子可以让害虫管理更容易;和自动化允许许多琐事要改变，即使他们没有消失。然而，农民越来越多地发现了他们依赖的技术双刃剑。

与此同时，农民们也在为抵抗战争而斗争不断增加的商业挑战。他们还发现自己无法以与软件数字权利管理和其他有利于农民设备制造商的服务收入的其他设备设计决策的相同方式为其进行维修或修理他们的机器。在供应商和农民之间的这种紧张局势最极端的地方，农民甚至都会成为一些作物的种子生产者的观众作为具有专利的交叉授粉，毗邻领域的基因改性植物，从种子生产商中汲取诉讼。

这些斗争使世界各地的农民努力保持竞争力。在这场竞争中，他们发现自己被供应商推向种子、设备、化学品和其他他们无法完全控制的业务投入。农民正在失去修理设备、保存种子或采取其他经过时间考验的节约成本措施的选择。他们对工作中未提及的技术成本心存警惕。

这一挑战带来了一个创造农业工具的机会，可以把权力还给农民。如果农民能够建立或保留编辑和使用更多设备的权利，那么通向“更智能”农场的道路对农民来说就会变得更有吸引力。总体而言，农业正迎来物联网和人工智能等前沿技术的巨大机遇。开放源代码和其他可服务的手段来实现这些工具对于农民保持他们的竞争优势至关重要。

设计开源、低成本的智能农场系统

一个最近的研究项目在孟加拉国进行的，通过为智能农业创建开源模型，建立了以前的工作。该模型致力于使用Arduino组件，设计了一个全面的环境监测系统，定义了数据分析的方法，并为自动化农业投入管理创建了路径。虽然建立的测试系统的主要重点是田间生产，但人们已经预期，通用架构可以应用于温室、牲畜生产，以及未来更多的农业应用。

基于Arduino Mega 2560上的所有监控设备，该项目以一个遍布农田的“监控节点”网格为中心，单个“中心节点”聚集所有数据，触发自动事件，并将数据传递到云。

构建传感器网格

每个“监控节点”都向Arduino Mega板添加一组传感器。研究人员根据成本、易用性和灵活性选择适合广大人口的设备。

要装备单个监控节点，Arduino Loard延长了以下内容：

• nRF24L01 + PA /放大器无线收发模块用于通信回中央节点 - 使用嵌入式无线协议和2.4GHz频谱，该设备可以传输到1,100米;2.4-GHz频谱允许125个唯一通道，扩展单个农场和中央节点的连接数。
• DHT11温度和湿度传感器，用于表面温度和湿度测量。
• PIR运动传感器，这取决于红外成像来检测警报农民到害虫或侵入者的动作。
• MQ-135气体传感器，其检测空气中的几种有机化合物，包括烟雾。
• BMP180气压传感器检测气压的变化，表明风暴或其他入境天气模式的潜力。
• 土壤湿度传感器，通过测量土壤内部的电阻来确定地面的含水饱和度。
• 降雨探测传感器，通过测量感应板上的电阻来检测降雨。
• pH仪表，确定土壤酸度和潜在需要土壤添加。

有了广泛选择的附件在手，该研究项目创建了几个传感单元，可以部署在一个大领域。考虑到选定的无线通信硬件，单个中心节点可以为直径2200米的分散监控节点提供服务。为了准备每个监控节点，每个Arduino都与传感器阵列相连，编程来存储和共享所有传感器数据，并为了通信而编好地址。

一旦创建了监视节点，该团队将注意其关注中心节点，任务是进一步分析和通信的现场条件。

装备通信和农业管理

监视监视节点的集合是旨在聚合，报告的“中央节点”，并在从字段周围收集的数据。建于同一个Arduino Mega 2560平台，它继电了整个农场发生的事情。代替与每个监控节点打包的传感器设备，中央节点具有Wi-Fi卡和蜂窝无线电，其中SIM卡“始终开始”数据传输到云。研究团队进一步概念化添加伺服电机，电机和类似的硬件如果它对测试农场的管理自动灌溉和其他互补系统有用。

通过这种设计，单个中央计算机和GSM通信设备可以在大型地上收集的信息中继信息。其他优点是众多 - 鉴于其集中功能，中央节点被编程为：

• 通过短信向农民通报不断变化的条件和需要的干预措施
• 管理可访问的输入，例如打开需要水的区域的灌溉
• 将收集到的数据推送到云中进行额外的处理、分析和操作

将数据收集绑定到智能农场管理

要为节点网络供电，团队将光伏太阳能电池板配对电池，允许在该字段中保持一致的功率可用性。所用组件的基本性质可确保从每个节点的低功率抽取，从而降低操作系统所需的整体供应。

随着从现场流动的稳定的公开访问数据流，自动化更多农场管理的选项变得灵活。作为示例，研究项目选择了Google Sheet，用于传感器数据的聚合和分析。尽管谷歌的软件非常适合此目的特别是谷歌套件是免费的，许多数据存储和分析工具可以满足相同的功能。

在专门制造农业无人机的话题上，该团队同样能够用现成的组件创建一个基本的四轴飞行器。对典型无人机的具体改进将最终包括携带和精确施用农药和化肥的能力。时间上的进一步改进可能包括先进的方法害虫检测和消除，额外的庄稼数据收集，甚至可以利用分级生产的机器学习进步。

当每个部分都就位时，一个管理整个农场的高性能、开放的概念就形成了。虽然在这个概念中没有详细明确地说明安全性等其他考虑事项，但设计的开放性允许任何潜在的构建者考虑管理自己的数据时的这一点和其他问题。通过控制专门构建的“物联网”，农民可能能够在不丧失服务能力的情况下享受物联网所承诺的洞见和效率的改进。

接下来会发生什么

虽然该研究项目旨在添加到智能农业经济访问的工作组，但该值进一步扩展。使用流行和广泛可用的组件的概念，例如Arduinos不仅可以降低进入智能农业的成本;它也意味着农民更多地控制他们的业务。

特别是对于世界过度的农民和中型行动，这种民主化正在发生在艰苦的经营决策中的关键时期。

这篇文章最初发表在我们的姐妹网站，EEWEB.。