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基於STM32之物聯網節點與Semtech的長距離農業管理系統

 2016-04-25

農業在人類的歷史上佔有了非常重要的一部分,許多的社會動盪或是朝代的交替都是因為農業的欠收造成不足以供應人口的需求而起。而現今世界上的人口以倍數的增,如果農業的產能或是效率不能跟隨著提升。那將在不久的未來造成所有人類的大題。在此需求下傳統的小農耕作已經不足以提供需求,取而代之的是如工業一般的有計畫、系統化地種植大米、小麥等農作物或是養殖牛羊雞豬等肉類供應來源。在此需求下我們必須有幾種需求如收集氣溫,氣壓的變化來預估氣候的變化供做應變;並可以把想做的應變以無線信號來傳輸指令控制環境如灑水來防霜害,控制濕度等。對於畜牧部分可以追蹤放養的牛羊,並監控其生理狀態以控制疫情等情事來避免大規模的損失。對此一趨勢我們提供以ST 32位元處理器為主再加上ST溫、溼度及動作等傳感器為輔及GPS位置傳輸的終端節點收集器。再加上Semtech長距離的LoRa無線傳輸技術下使用一個多工容量的閘道機來收取距離可達10公里及5000組資料節點,讓客戶可以再寬闊的環境下長時間並即時的了解環境變化並反映。如此便可提升生產效率並避免意外的損失。

GPS Module

HTS221_Board

SX1301 Gateway

【展示板照片】

展示板照片(正面)

【方案方塊圖】

方案方塊圖

【系統功能】

① 感測器端 : 以STM32F103 32位元處理器接收由HTS221溫溼度Sensor及GPS接收器收到的衛星資料後經UART送至LoRa模組發送至空中。
② 資料接收端 : 由SX1301 LoRa閘道機處理從節點送來的資料整理為Load Data後經USB 送至PC端後顯示農場及家畜等資料於UI。
③ 網路端 : SX1301 LoRa閘道機並把整理後的Load Data經RJ45上傳至雲端供可連結上網路的設備如手機或平板等遠端監控。
④ 用戶端 : 管理者可以於電腦上監控農場狀態,或是另外把農場生產過程公布於網路讓客戶可以知道生產履歷而安心購買。

【方案特性】

① STM32L 系列為在Cortex-M3的低功耗條件下,STM32L還引進了獨特的節能技術,即以意法半導體130nm製程的EnergyLite超低功耗產品平台為基礎,可實現超低漏電流特性。此外該平台整合了意法低功耗快閃記憶體,並支援直接記憶體(DMA),由於採用最佳化的節能架構,能在應用系統作業過程中關閉快閃記憶體和CPU,週邊設備仍可保持作業狀態,讓產品的性能、功能及電池壽命達到最佳化的狀態。
② LoRa技術具超長距離,低成本 : 因其Sensitivity 可達-148dB,此點可以讓感測器部件的範圍大幅增加。此點可減少repeater 用量節省成本。另可延長使用時間 : 由於待機電流低至2.5uA, 此低耗電特性比起GPRS來可以大大的減少耗電。所以可減小電池體積而增加其感測器待機時間。