基于LoRa实现的智慧农场设计方案

当我们提到“农场自动化”或“智慧农业”时，土壤状况监测和灌溉算是农场最基本所需的条件。

而农场土壤状况监测和灌溉需要以下功能：

1、多点土壤状态监测。土壤状况，基本上是湿度和温度，以及土壤质量数据，如PH/氮/磷/钾，需要根据农场特点和植物需求在多个点进行监测。

2、多点灌溉，或其他一些执行器，如风扇，以控制/调节多点环境，包括湿度/温度。

3、易于安装。在农场，由于环境潮湿和潜在的昆虫和老鼠，很难安装电线。因此需要远程无线监测和控制，以便传感器/灌溉可以轻松安装。

带着这些需求，我用LoRa演示了这个土壤监测和灌溉，以解决农场或家庭花园中的上述要求。

一、Lora

Lora代表远程无线电，它灵活适用于农村或室内用例，例如智能农业和智能城市，主要针对M2M。理论上，LoRa在市区可以排到几公里，在农村可以排到10多公里（不过我没测试这么长，测试的最大距离在3公里左右）。

LoRaWAN是一种软件协议，用于处理LoRa消息以及与互联网的来回通信。LoRaWAN需要更强的控制器能力来处理协议，还需要LoRaWAN路由器来连接互联网。

在我的演示中，需要LoRaWAN。所以我们直接使用LoRa，无需互联网连接。

二、仪器介绍

2.1土壤监测

对于土壤监测仪，核心规格：

土壤规格检查，主要是：湿度/温度；如有必要，高级规格：PH/氮/磷/钾。

无线数据传输，使用寿命长

防腐

MakerfabsLoRa土壤湿度传感器和工业级土壤远程监测器：

Makerfabs土壤湿度传感器测量土壤湿度（采用电容机制，详细信息）和温度，并每1小时通过LoRa发送数据。它是防腐涂层的。使用2节AAA电池，使用寿命可达2年。它带有预程序固件，用户可以安装电池然后直接使用。有关更多详细信息，请查看Wiki。但请注意，对于湿度，它的输出是“相对湿度”，这不是“真实湿度”，而是反映湿度变化的数值。例如值《500表示土壤被浸泡，而》800表示非常干燥。此外，根据传感器的安装方式，它会略有不同。

工业级土壤远程监测仪更专业，可检测温度、水分、PH值、氮/磷/钾的真实参数，可用于分析环境和植物，主要用于研究或这些领域的现场应用规格很重要，需要。传感器是防水的，它监控规格并通过RS485传输到控制器板，然后控制器（ESP32）板可以在0.93英寸OLED上本地显示，或者通过LoRa或Wifi远程传输（如果有Wifi网络）。

但请注意，该模块出厂时没有任何预编程，需要用户自己编码，主要用于创客开发。

2.2LoRa执行器

这种便宜且易于使用的LoRaMOSFET可用于控制多个执行器，例如风扇/阀门/电磁锁/电机……最大电流为2A。它附带Makerfabs默认固件（代码可在GitHub上找到），用户无需任何编码/编程即可使用它。它接收LoRa消息并充当命令（PWM为0%~100%），并将其状态反馈给其他LoRa模块。我们可以使用这个模块最多控制4个阀门，然后控制4个点的灌溉。

2.3ESP32TFTTouch与LoRa扩展

ESP323.5英寸带LoRa扩展的显示器作为控制台工作，它从多个点接收土壤状态，并向LoRaMOSFET发送命令，以控制阀门的打开/关闭。

您还可以使用此套件获得所有组件：Lora土壤监测和灌溉套件。

3.安装

3.1将LoRa扩展板插入ESP32显示分线板，并使用GitHub上的代码对其进行编程。在SD卡中设置Wifi连接参数。

ESP32显示屏上电，logo显示3秒后，进入工作页面。通过正确的WiFi设置，ESP32从NTP获取实时信息，并在显示屏上显示：

3.2我们使用简单的LoRa土壤湿度传感器，从包装中取出传感器，用2节AAA电池为传感器供电。电池槽上有传感器ID号（机械箱上也有），

如ID010040：

按下ESP32显示屏上的“加湿按钮”，即可输入ID。

设置完成后，ESP32显示屏将收到来自LoRa土壤湿度传感器的LoRa消息。由于传感器将每1小时输出一次数据，要验证连接，请按“重置”按钮以获取即时消息：

显示的ADC数据表示湿度传感器输出，数值越低，湿度越高，检查典型输出。传感器数据和时间戳显示在显示屏上，每1小时更新一次。实际上，它还会在SD卡中添加一个日志以供进一步检查。

最多可以添加和监控8个LoRa湿度传感器。

3.3将阀门连接到LoRaMOSFET输出

那里的值，它有一个进水口和一个输出口，将输入口连接到你的水箱（我用一个大矿泉水瓶作为水箱），输出到植物。我们采用一进四出端子，方便安装。

按下ESP32显示屏中的addMOS，输入MOSFETID，如ID060000，给LoRaMOSFET上电：

LoRaMOSFET将向ESP32显示屏报告其状态，您现在可以控制MOSFET连接的阀门。

按MOSX后，将其从OFF更改为ON，然后按发送。

连接的阀门状态改变。尝试控制其他执行器，例如FANS/DC。实际上，您也可以通过LoRa发送指令，改变PWM占空比，控制连接的FANS/DC速度。最多可以添加2个MOSFET（8个执行器）。

3.4将传感器和阀门安装到您的农场/植物

该项目使用基本模块远程监控土壤状态/控制灌溉，可用于现场应用。但是由于我的时间安排和编程经验也很差，这只是一个LoRa使用的演示，展示了如何创建一个现场应用程序。

对于熟悉编码的制造商，还可以添加更多规范：

1.通过互联网进行远程监控。由于ESP32连接到Wifi，所有传感器数据都可以通过MQTT重新路由到互联网或远程控制阀门。

2.更多LoRa传感器，现在支持8个土壤点和2个支持8个阀门的MOSFET，理论上可以添加无限个传感器，但由于LoRa单向数据传输不安全，传感器质量差时可能会丢失数据较大。LoRawan可以确保安全连接，但我没有这样做。而且，更多的执行器。

3.配备工业级湿度传感器，进行更详细的土壤监测。

4.连接执行器的PWM占空比控制，以控制负载速度