오픈 소스 스마트 농업 시스템 설계

지난 20년 동안 컴퓨팅은 세상을 극적으로 변화시켰고 농업 산업은 그 영향을 느꼈습니다. 고급 장비는 이제 보다 효율적인 생산으로 이어질 수 있습니다. 수정된 종자는 해충 관리를 더 쉽게 할 수 있습니다. 자동화는 사라지지 않더라도 많은 집안일을 변경할 수 있게 했습니다. 그러나 농부들은 점점 더 자신이 의존하는 기술이 양날의 검임을 알게 되었습니다.

동시에 농부들은 증가하는 비즈니스 문제에 맞서 고군분투하고 있습니다. 그들은 또한 농부보다 장비 제조업체의 서비스 수익을 선호하는 소프트웨어 디지털 권한 관리 및 기타 장비 설계 결정으로 인해 이전과 같은 방식으로 기계를 수리하거나 수리할 수 없음을 알게 됩니다. 공급업체와 농부 사이의 이러한 긴장이 극도로 극단에 달하면 인접 밭에서 특허를 받은 유전자 변형 식물과의 이종 수분이 종자 생산자로부터 소송을 일으키기 때문에 농부들은 일부 작물의 독점적인 종자 생산자에게 의존하게 되었습니다.

이러한 투쟁은 전 세계의 농부들이 경쟁력을 유지하기 위해 깊이 도달하도록 합니다. 이 경쟁에서 그들은 자신이 불완전하게 통제할 수 있는 종자, 장비, 화학 물질 및 기타 비즈니스 투입물에 대해 공급업체에 의해 밀려나고 있음을 알게 됩니다. 농부들은 장비를 수리하거나, 종자를 저장하거나, 시간을 두고 검증된 비용 절감 조치를 취할 수 있는 선택권을 잃고 있습니다. 그들은 작업에서 언급되지 않은 기술 비용을 경계합니다.

이 도전과 함께 농부에게 힘을 되돌려주는 농업 도구를 만들 기회가 옵니다. 농부들이 더 많은 장비를 편집하고 사용할 수 있는 권한을 구축하거나 유지할 수 있다면 "스마트" 농장을 향한 길은 농부들에게 훨씬 더 매력적입니다. 일반적으로 농업은 사물 인터넷 및 인공 지능과 같은 첨단 기술에 대한 엄청난 기회를 보고 있습니다. 오픈 소스 및 이러한 도구를 구현하는 기타 서비스 가능한 수단은 농부들이 경쟁력을 유지하는 데 매우 중요합니다.

오픈 소스, 저비용 스마트 팜 시스템 설계

방글라데시에서 수행된 최근 연구 프로젝트는 스마트 농업을 위한 오픈 소스 모델을 만들어 이전 작업을 기반으로 합니다. 이 모델은 Arduino 구성 요소를 많이 사용하고, 포괄적인 환경 모니터링 시스템을 배치하고, 데이터 분석을 위한 접근 방식을 정의하고, 자동화된 농장 입력 관리를 위한 경로를 생성합니다. 구축된 테스트 시스템의 주요 초점은 현장 생산이었지만, 일반적인 아키텍처는 미래에 온실, 가축 생산 및 더 많은 농업 응용 분야에 적용될 수 있을 것으로 이미 예상됩니다.

Arduino Mega 2560에 모든 모니터링 장비를 기반으로 하는 이 프로젝트는 모든 데이터를 집계하고, 자동화된 이벤트를 트리거하고, 데이터를 클라우드로 전달하는 단일 "중앙 노드"를 사용하여 농업 분야 전체에 설정된 "모니터링 노드"의 메시에 중점을 둡니다.

센서 메시 구축

각 "모니터링 노드"는 Arduino Mega 보드에 센서 어레이를 추가합니다. 관련된 연구원들은 비용, 사용 용이성 및 유연성을 기반으로 광범위한 인구 통계학적으로 액세스할 수 있는 장치를 선택했습니다.

단일 모니터링 노드를 구성하기 위해 Arduino 보드는 다음과 같이 확장되었습니다.

• 중앙 노드로 다시 통신하기 위한 nRF24L01+PA/LNA 무선 송수신기 모듈 — 내장된 무선 프로토콜 및 2.4GHz 스펙트럼을 사용하여 이 장치는 1,100m까지 전송할 수 있습니다. 2.4GHz 스펙트럼은 125개의 고유한 채널을 허용하여 단일 팜 및 중앙 노드에 대해 가능한 연결 수를 확장합니다.
• 표면 온도 및 습도 측정을 위한 DHT11 온도 및 습도 센서.
• 해충이나 침입자에 대해 농부들에게 경고하기 위해 모션을 감지하기 위해 적외선 이미징에 의존하는 PIR 모션 센서.
• 연기를 포함한 공기 중의 여러 유기 화합물을 감지하는 MQ-135 가스 센서.
• BMP180 기압 센서는 기압의 변화를 감지하여 폭풍이나 기타 유입되는 기상 패턴의 가능성을 나타냅니다.
• 지반의 수분 포화도를 결정하기 위해 토양 내의 전기 저항을 측정하는 토양 수분 센서.
• 감지판의 저항을 측정하여 강우량을 확인하는 강우 감지 센서입니다.
• 토양 산성도와 토양 첨가의 잠재적 필요성을 결정하는 pH 측정기

다양한 부착물을 손에 들고 연구 프로젝트는 넓은 분야에 배포할 수 있는 여러 감지 장치를 만들었습니다. 선택한 무선 통신 하드웨어가 주어지면 단일 중앙 노드가 최대 직경 2,200m의 분산된 모니터링 노드에 서비스를 제공할 수 있습니다. 각 모니터링 노드를 준비하기 위해 각 Arduino는 센서 어레이와 연결되었으며 모든 센서 데이터를 저장 및 공유하도록 프로그래밍되었으며 통신을 위해 주소가 지정되었습니다.

모니터링 노드가 생성되면 팀은 현장 상황에 대한 추가 분석 및 커뮤니케이션을 담당하는 중앙 노드에 주의를 기울였습니다.

통신 및 농장 관리 장비

모니터링 노드 컬렉션을 감독하는 것은 필드 주변에서 수집된 데이터를 집계, 보고 및 조치하도록 설계된 "중앙 노드"입니다. 동일한 Arduino Mega 2560 플랫폼에 구축되어 농장 전체에서 일어나는 일을 중계합니다. 각 모니터링 노드와 함께 패키지로 제공되는 센서 장비 대신 중앙 노드에는 Wi-Fi 카드와 데이터를 클라우드로 "항상 켜져 있는" 전송을 위한 SIM 카드가 있는 셀룰러 라디오가 있습니다. 연구팀은 테스트 농장 전반에 걸쳐 자동화된 관개 및 기타 보완 시스템을 관리하는 데 유용할 경우 서보, 모터 및 이와 유사한 하드웨어를 추가하는 것을 개념화했습니다.

이 디자인을 사용하면 단일 중앙 컴퓨터와 GSM 통신 장치가 넓은 땅에서 수집된 정보를 전달할 수 있습니다. 다른 이점도 많습니다. 중앙 집중식 기능을 감안할 때 중앙 노드는 다음과 같이 프로그래밍됩니다.

• 상황 변화와 필요한 개입을 SMS로 농부들에게 알립니다.
• 물이 필요한 지역에 관개를 켜는 것과 같이 접근 가능한 입력을 관리합니다.
• 추가 처리, 분석 및 조치를 위해 수집된 데이터를 클라우드로 푸시

총 스마트 팜 관리에 데이터 수집 연결

노드 네트워크에 전력을 공급하기 위해 팀은 광전지 태양 전지판을 배터리와 연결하여 현장에서 일관된 전력 가용성을 허용했습니다. 사용되는 구성 요소의 기본 특성은 각 노드에서 낮은 전력 소모를 보장하여 시스템을 작동하는 데 필요한 전체 공급을 줄입니다.

현장에서 공개적으로 액세스할 수 있는 데이터가 꾸준히 흐르면서 더 많은 농장 관리를 자동화할 수 있는 옵션이 유연해졌습니다. 예를 들어, 연구 프로젝트는 센서 데이터의 집계 및 분석을 위해 Google 스프레드시트를 선택했습니다. Google의 소프트웨어는 이러한 목적에 매우 적합하고 특히 Google 제품군은 무료이지만 많은 데이터 저장 및 분석 도구가 동일한 기능을 제공할 수 있습니다.

특수 제작된 농업용 드론 주제에 대해 팀은 기성 부품으로 기본 쿼드콥터를 유사하게 만들 수 있었습니다. 일반적인 드론에 대한 특정 변경에는 결국 살충제와 비료의 탑재량을 운반하고 정확하게 적용하는 기능이 포함될 것입니다. 시간의 추가 개선에는 해충 탐지 및 제거, 추가 작물 데이터 수집의 고급 접근 방식이 포함될 수 있으며, 농산물 등급 지정에서 기계 학습의 이점을 활용할 수도 있습니다.

이러한 각 요소가 제자리에 놓이면 전체 농장을 관리하기 위한 고성능의 개방형 개념이 형성됩니다. 보안과 같은 추가 고려 사항은 이 개념에서 길게 명시적으로 다루지 않지만 설계의 개방형 특성으로 인해 장래의 빌더는 자신의 데이터 관리에 대한 이 문제 및 기타 문제를 고려할 수 있습니다. 목적에 맞게 구축된 "사물 인터넷"에 대한 제어를 통해 농부는 서비스 가능성을 잃지 않고 통찰력과 효율성 향상 IoT 약속을 즐길 수 있습니다.

다음 단계

이 연구 프로젝트는 스마트 농업에 대한 저렴한 접근에 대한 작업을 추가하기 위한 것이지만 그 가치는 더 확장됩니다. Arduino와 같이 널리 사용되는 널리 사용되는 구성 요소를 사용한다는 개념은 스마트 농업에 진입하는 비용을 절감할 뿐만 아니라; 이는 또한 농부들이 사업을 더 잘 통제할 수 있음을 의미합니다.

특히 전 세계적으로 생계를 유지하는 농부와 중견 기업의 경우 어려운 비즈니스 결정을 내려야 하는 중요한 시기에 이러한 민주화가 일어나고 있습니다.

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