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農業感測計畫 - 專案早期相關雜記

最後編輯：2016-07-02 建立：2016-06-10 歷史紀錄

 

    陳幸延一開始的討論

陳幸延https://www.facebook.com/groups/1607718702812067/permalink/1639972896253314/

https://www.facebook.com/groups/1607718702812067/permalink/1640151199568817/

 

    WUULONG S第一步建議

  • WUULONG S柏儒已經給出好建議
  • 第一步這樣如何？用目前的 Field Try #1 加上這些功能，先做 prototype, 不需要的部分，隨使用者拔掉
  • 遠端開啟灌溉設計：
    • 老爸不用特別開一個多小時的車程開到農地，遠端操控農地地下水馬達啟動灌溉。
      MingWei ChengRELAY 5V - 模組
      MingWei Cheng電磁接觸器 士林 -1.5HP
      MingWei Cheng電源供應器12V （24V)
      MingWei Cheng12V轉5V 模組
      MingWei Cheng國際牌漏電斷路器 30A 快速型
      MingWei Cheng2P20A開關
      MingWei Cheng12V relay配relay座
    MingWei Cheng304防水白鐵開關箱
    MingWei Cheng2.0單心線，壓接端子。
    MingWei Cheng304白鐵自供螺絲。
    MingWei Cheng
  • - 農地雨量 sensor：
    • 可以知道一個禮拜農地下了多少雨水，決定哪些時間要灌溉。
    • MINGWEI CA雨量計4-20mA loop powered
  • WUULONG S- 土壤濕度檢測：
    • 有些菜不適合高濕度。
      MingWei ChengA白鐵封管EC模組4-20mA looppowered
  • - 水位計：
    • 隔壁田種水稻，租那塊地的農夫很缺德每次都會不小心把水淹過來。
    MingWei Cheng水位開關 電極式
    MingWei Cheng12V relayㄇㄛˊㄗㄨ
  • 如果有人能用 MTK7688 上到這一步，就加入一下
    • - 影像監視系統＋人體紅外線感測器：農舍旁邊有種芒果跟龍眼，很多路人甲都會偷摘來吃 XD 另外，農地的電纜常常會被偷剪斷拿去賣（看來之前的 IoT 水果偷竊監控平台又有新章節 XD）
    MingWei Cheng如果你不想睡覺的話應該是可以
    Yang Chang其實紅外線還可以做Alarm來警報, 防偷或是防生物都有效果, 影像部分也略懂,含在網路內一起交給我吧

 

    WUULONG S什麼技術問題需要克服

WUULONG S取樣似乎是個大問題，sensor不可能裝太多，要裝幾的地方，以及裝哪些地方才有代表意義是大學問

有一個是主設備，可以提供幾公里的田區共同使用。

但土壤狀況可能要根據需要做觀察的菜畦佈置

 

    WUULONG S場域 1 - 田園特性

WUULONG S目前我們菜畦平均爲 30cm

田區在宜蘭縣員山鄉深溝村

小農水稻種植面積階段爲 1~5分，1甲，2甲，3甲，5~6甲

 

    WUULONG S網路設計

WUULONG S大氣候的一組就行，菜畦細部的再設計成可以多點部署

 

YANG C首先

WSN的起點是電網

  • 電池方式

電網需要計算功率, 若是板子功率小可以使用汽車/機車電瓶來使用

這兩者大多12-24V可以使用, 且能夠回充,另外購買也方便

 

  • 直接拉電

另外的連電方式, 是直接拉電纜

可適用在一般溫室 (高價無衰減的電纜很容易被偷)

  • 太陽能板

太陽能板是一種方式, 可提供12v存至電瓶

再透過電路轉5v給板子

 

張揚的架構

太陽能板 -> 電瓶 -> 並聯逆變器轉110V(非必要)

  • -> or 並聯MPPT (太陽能發電數據統計,可用直流Power Meter替代)
    • => 連結板子(device gateway)

太陽能板

http://goods.ruten.com.tw/item/show?11091223250804

(太陽能板補充說明, 台灣位於38.5度線,因此太陽會有面南的仰角約30度

將太陽能板面南,且拉高30度左右能提高日照的面積%)

 

MPPT

http://goods.ruten.com.tw/item/show?21521498331043

12-24轉5V

http://goods.ruten.com.tw/item/show?21534405293378

 

 

WSN network

  • Zigbee

Zigbee可以有mesh 功能, 但Mesh的要維持幾跳的佈建?

且農場分佈多大, 要用星狀佈建需要考慮到節點(zigbee gateway)的設計位置

  • ESP8266 14dbm (訊號相當好的小板,功率也相當低)

http://wiki.iteadstudio.com/ESP8266_Serial_WIFI_Module

*

其實Zigbee的Mesh在某種程度上來說也是樹狀,當node不通時才會切換路徑

如果用這出發點來考量, 其實設計好路徑的ESP8266會是價格最經濟的作法

  • Wifi AP/Client

有些不在同一區塊, 且遠距離的農場可以使用Wifi AP/Client的方式

一般的Dlink就可以使用(找高功率)

高功率AP/Client 20dbm

http://24h.pchome.com.tw/prod/DRAF4F-A72261608

戶外指向型天線

http://goods.ruten.com.tw/item/show?99141121474496

(戶外的指向型天線需要良好的固定方式,不然颱風來臨會造成天線位移而喪失功能)

 

    WUULONG S感測器設計

WUULONG S可能的第一步

 

陳幸延板子：

    陳幸延RPi, Banana Pi, CubeBoard
    wuulong sheu就用目前的 LinkItONE 先上，後面 7688 接上來就更便宜，也強大

 

氣象站：

  • WUULONG S溫溼度：現有
    陳幸延DHT22
  • 光照：現有
    • 光照會有問題，因為這次需要透明上蓋
    • 建議改用太陽能板 從發電率換算光照
    • 用太陽能板同時可以避掉拉電的問題，除非萬一好幾天陰天 那就少幾天記錄吧
      陳幸延GY-30
  • 大氣壓力：現有
  • 陳幸延風速計：能用葉輪綁上磁鐵，加上霍爾感應器，葉輪每轉通過一次霍爾感應器就會產生電壓變化，然後求一段時間內產生電壓變化的次數，就可以推估出來
  • 雨量計：用個壓力感測器跟一個空的桶子，空桶子重量與最大容積已知；求取一段時間內桶子的重量變化，由於水的比重為一，重量等於質量！這樣就能推算時間內雨水增加的量
    • CO2：
      陳幸延MG-811、MH-Z16
  • O2：
    陳幸延tag 建宏，有此感測器的使用經驗
  • GPS：

 

菜田，菜畦部署：

  • WUULONG S土壤溼度：只有驗證 code
  • 土壤 pH 值：因爲會噴灑酵素
    • Ph值這個溫室的作法和田耕不同
    • 因為ph也是超貴
    • 而且故障率嚇死人
    • pH Sensor Kit
  • 陳幸延土壤溫度：
    • 聽說土壤溫度很關鍵，比氣溫還重要
      • WUULONG S溫度差跟覆蓋，深度，土壤有關係
        wuulong sheu請問找出這些特性之後有什麼用？
        陳幸延如同底下說的：用兩個溫度感測器，看土內和土外，溫度的相依性如何？
        陳幸延另可以測試有覆蓋稻草或螢黑布對土壤溫度的影響
        陳幸延
  • 陳幸延土壤 EC 值：

 

水田部署：

 

陳幸延作物：

 

    WUULONG S佈建建議

  • WUULONG S要上鎖
  • 賴建宏可以用汽車電瓶，然後用車用的12V換流器產生基本的AC電源。其實那就是個震盪器而已，透過矽鋼片變壓器跟電晶體放大電流讓驅動力加大

 

    後續延伸

WUULONG S[ TBD ]

 

    WUULONG S感測器經驗

  • WUULONG S在設計之前，先最大化前人的經驗，麻煩大家填上自己農業相關的感測器經驗，包含使用過的感測器，自己用 Open hardware 接的感測器

 

    WUULONG S感測器驗證

  • WUULONG S我們需要列出可能需要驗證的感測器，讓 Makers 們先開始進行感測器基本驗證。請列出可能需要的感測器與購買處。我們先組織 Makers 上 Driver.

 

  • 買不到的不用列，太貴的不用列，不能普及化的東西，留給需要的人自己開發。我們做大家用得起的東西，就算不夠好用。

 

  • [ 請大家推薦 ]

 

    WUULONG S先期研究

  • WUULONG S用兩個溫度感測器，看土內和土外，溫度的相依性如何？

 

  • 陳幸延有了自己架的氣象站，配合生產履歷的記錄，可以找出作物較適合的生長環境
    陳幸延九月播種的蘿蔔與十月播種生長期有什麼不同？
    陳幸延找出我們的田區適合栽種什麼作物
    wuulong sheu看來最好是將一些現場現象當作感測值上傳，這樣對後處理能比較有意義。或是建立一些另外的參考資料庫，讓交叉分析可以進行。LASS 有團隊做交叉分析的，先建立資料單元

 

  • 氣候資料提供
    • 雨量溫度比：
      • 農作物生育期間雨量與溫度積算量之比值, 計算式為RQ= (R:生育期間之月降雨量,T: 生育期間之月平均溫度) 。此係數為農業氣候指數之一種。
    • 累積溫度：
      • 係某段時期內, 日平均溫度累積之和, 在農業氣候上專指作物生育期間, 日平均溫度累積之和( T,K: 生育日數,T:1至k 日之逐日平均溫度),由於各種作物不同生育階段所需之累積溫度皆有固定, 因此累積溫度可以用來推算農作物生育階段, 例如開花或成熟之日期。

    ZAK C田野筆記

ZAK C1. 農夫一天的工作(非插秧期):

  • 巡田 (看田的水位, 蟲害, 福壽螺)
  • 除雜草
  • 聊八卦 (誤)

2. 水位感測/水田相關感測部分:

  • 田地的環境變數是水位量測的準確性須考量的變因。
    • 幸田的水稻田面積共七分, 為2塊長方形對稱並排的水稻田.

  • 田地勢屬於前、後段偏高，中段偏低的地形。容易在中間端形成的低窪區形成積水。目前sensor 及水閘門擺放位置在田的後段。
  • 實地勘察後發現，發現中段某區有積水，與後段狀況不一樣，如果sensor 只擺放在靠近路邊的後段，量出的值可能無法完全可參考。

Hint: 一塊田裏面的地勢就有高低，如果要提供有意義的數據，需要考量地形的因素。

  • 中段積水的區域, 稻子正被福壽螺大軍圍攻…

 

  • 每個農夫擁有的田地可能分散在不同區，所以系統架構理論上會形成多個Lora +Sensor 回傳到1個Gateway。對於一次管理很多塊田，且田跟田中間有一定的距離的農夫來說，有個系統可以一次收到來自每塊田的資料是很有幫助的。
  • 但有個挑戰是距離越遠的田，中間間隔的障礙物越多，水稻田附近的環境，從電線桿、農具、矮屋，到移動的汽車，對無線傳輸不是一個很友善的環境。

  • 閒聊時幸延有提到，福壽螺出沒的季節隨著溫度變化有不同，但具體說不出哪裡不同。如果蒐集氣溫、水溫、土溫的資料，也許可以看出福壽螺喜歡的溫度及環境，透過水溫及水位的調節改變此環境，減少福壽螺的量。

 

3. 菜園感測部分:

  • 幸延對於菜園的定位為大自然的溫室，不追求量產反而追求多樣種植，再不施予化學藥劑的方法下進行種植。
  • 在此定位下，菜園感測主要應用為蒐集自然氣候(土壤濕度、氣象、雨量、土質、溫度)與作物生長情形的相關性資料。另外考量到履歷的製作，除了sensor 以外，系統可能要考慮預留1* USB port 作為bar code scanner 的應用。

  • 菜園環境:
    • 菜園的場域坐落於山邊的平原，周遭沒有太多建築，基本上LOS沒有問題，屬於非常適合建置Lora的地形。
    • 相對的，此場域在面對日曬及雨淋都是最直接的，高溫夏天最高可到35度C，低溫冬天最低約度7C，根據這環境系統考量建議開到0~40C ，with shielding cover。

 

4. 社會&價值觀:

此部分為關於當地人的價值觀及產業觀察的部分:

  • 價值觀:
    • 宜蘭為平原，以種植水稻為大宗。大部分農民屬於傳統路線，追求量產，對於資料蒐集的需求非常地低，除非有很明顯、直接性的減少耕作成本，否則在推廣上會有一定的難度。
    • 當地農民對於高科技類的東西不感興趣，但若定位在"中科技"或者農業機具，使用的意願相對會比較高。
    • 當地存在部分新移民，採用像幸延這樣的價值觀，不追求量產，追求天然栽種法，且對新事物有好奇心，會是LASS 第一波接觸到的對象。
  • 有趣的現象
    • 宜蘭水稻一年一收成，最忙的時間在收成完後的第一個月，會釋出許多打工機會，例如請人幫忙巡田，一個小時NT$100-NT$120，一天約2 - 3小時，田越大的巡田時間越長。為期約一個月，換言之，農民一個月請人來幫忙觀察農地的狀況成本約在NT$4,000。可從中思考延伸的意義及應用是什麼。
    • 偶爾會聽到明年有人釋出田地給其他人耕種，代表有些農民產能不足，這部分可作為下次造訪宜蘭訪問的對象，聽聽看農民遇到什麼樣麻煩的事情，導致生產進度不如前一年預期。