智能作物：在传统农业中实施物联网

描述

问题

在哥伦比亚乃至整个世界，由于气候变化导致生态系统受到影响，迫切需要获得可再生能源。

这是由于缺乏可再生替代品而可能发生的事件的一个明显示例：

在 Cesar Gaviria 政府执政期间（1992 年），哥伦比亚因干旱而遭受能源配给。用于发电的水库枯竭；这一现象影响了我们，使我们处于这样一种境地：尽管人们相信系统已准备好支持它，但能源的产生仍然受到很大影响。能源供应的持续削减影响了生产部门（商业、工业）、教育和家庭。在一些家庭中，由于缺乏这种液体，性能非常受限（照明、通风、冷却），影响了其居民。城镇的高温使得每栋房子都必须至少配备：两个风扇、一台冰箱，以及夜间照明。提供这项服务的公司没有提供我们社会所需的足够能源。

除此之外，干旱导致我们农场的数百万农作物损失

在世界许多地方，儿童和青少年发现由于缺乏精力而难以完成他们的教育任务。

此外，我们必须找到更多可再生能源替代品的一个明显例子是我国目前由于工程错误而发生的危机，目前处于危急状态：Hidroituango 是哥伦比亚最大的水电项目，几乎产生了第二个历史上最大的工程错误导致的灾难。

面对上面显示的例子，再加上世界各地发生的更多例子以及缺乏传统电流的人群，显然需要找到解决方案。

这就是为什么我被委以调查任务的原因——。一点点，并找到提供无限资源的环保替代品。

我对实施和更新农场、农作物和牲畜以及携手合作以获得能源的需求很感兴趣。换句话说，我的目标不仅是找到能源问题的替代方案，而且是实施可编程技术，发起和开展学习活动，最重要的是，提高当地公民的意识。

我们的问题不仅在于世界各地缺乏电力流体，而且在整个作物和农业领域，因为它的使用建立了我们自然资源的耐久性。

我们的使命是找到一种方法来监控环境中最小的问题并迅速采取行动。

需求

迫切需要为外地工作提供便利！

可以说，没有科技，农业就不会出现；今天，如果我们不依赖精确的现代技术系统，就不能指望农业经济会有所改善。

不幸的是，在一些农村地区，落后仍然是长期的，因此即使使用看似过时的技术，他们也能从中受益。但让我们看看在该领域实施技术的一些一般优势。

正是针对以上所有问题，我被问到：如何设计、构建和实施氦气技术在农业中的应用，并以同样的方式寻找产生可再生能源的替代方案，通过采取行动设法延长我们的自然资源提前？

这项研究

经过不同的草图和设计，以及通过网络和机构进行了长时间的调查，我正在获取有关该主题的知识，我想出了一个实现这个项目的想法。

地球从大气层的最高层接收到 174 拍瓦的入射太阳辐射（日照）。大约 30% 返回太空，而云层、海洋和陆地吸收其余部分。地球表面太阳光的电磁波谱主要由可见光和红外线占据，还有一小部分紫外线辐射。

辐射的功率根据一天中的时间、抑制它的大气条件和纬度而变化。在可接受的辐射条件下，地球表面的功率大约为 1000 W/m²。这种力量被称为辐照度。请注意，在全球范围内，几乎所有接收到的辐射都会重新发射到太空中（否则会发生突然加热）。但是，接收和发射的辐射之间存在明显差异。（维基百科）

现场技术

一方面，就农业而言，农业生产率无非是我们生产出来的东西所花掉的，与生产出来的东西卖出后得到的东西之间的关系。

看似简单，其实并没有那么简单。但是，有一点非常明确：技术在田间的应用是提高农业生产力的关键因素。

过程的机械化和自动化、经过认证的种子的使用、农用化学品的正确使用以及作物的充分灌溉是主要的现代技术。

另一方面，最近开展的生态意识带来了基于使用植物化学物质、生物肥料以及自然保护和土壤改良机制的其他技术。

农业领域需要24小时实时监控。这 100% 证明，如果农民和相关方掌握有关其作物状况的正确信息，则可以减少作物损失并增加产量。

重要的是要记住环境温度、地球的水位、湿度、太阳光线的强度、害虫和昆虫的存在。

通过设计监控系统，可以将农业的灾害和损失减少 60% 以上，因为我们将能够在危机发生前采取行动。

一个潜在的解决方案

在搜索结束时，可以建立一个可能的解决方案来减轻或大大减少这些缺点：

计划建造一个由太阳能供电的电气系统，这种捕获的太阳能储存在电池中。

显然太阳能是不够的，因此决定使用太阳获得的电能为电动机提供动力，该电动机将驱动钕磁铁发电机，以极大地复制我们的能源储备。

在此过程中获得的能量通过逆变器以最佳电流进行转换，以供家庭和工业使用。

所有这个系统都将存放在一个金属盒子中，以使其更加模块化和便携。

为了减少噪音，我们的隔间内衬有聚氨酯泡沫。

我刚才提到的这个系统能够满足家庭的基本能源需求，同样也有能力为整个农业系统提供食物。

原型

为了测试上述想法，在较小的生产规模上制作原型：

最初它是通过测试开始的：频率为 12, 000 rpm 的 12 伏电机；一个 12 伏、150 瓦的干电池和一个 24 伏、400 瓦的钕发电机，其频率为 400 转/分。这些测试是在银行进行的。经过一番讨论，得出的结论是，可以进入变速系统第一台原型机的研究，以产生能量。

经过一些草图和模型，得到了一些松子套。

理论化和使用等式：r1f1 = r2f2 (1)。我们有：

• r1 = 1 cm 电机小齿轮
• F1 = 发动机频率 = 2500
• R2 = 2.2 厘米
• F2 = 频率小齿轮 2

使用 (1) 可以得到大约 f2 = 2136.4。在小齿轮 2 中，我们有 f2 = 2136.3。这又与半径为 r3 = 3 cm、f3 =? 的小齿轮 3 啮合。

再次使用 (1)，f3 = 1, 566.6

可以将发动机转速从 12000 rpm 降低到 476 rpm，这是建议目标的最佳数据，但在组装原型时获得的数据与理论数据不符。

经过几次尝试，有可能得到一些小齿轮组和r1 = 2.5 cm和r2 = 1.25 cm的摩托车链条，在决定不放置相互啮合的齿轮组时，我去尝试用链条作为乐队因为齿轮无法正常工作，也会产生很多噪音。如图所示，它们与链条放在一起。

为了使原型投入运行，有必要设计一个隔间来放置每个必要的设备并优化小齿轮旋转产生的能量，其中三个阶段可用：

第 1 阶段：太阳能电池板（95 瓦，21 伏）的位置一直是为我们的系统产生燃料的设备，蓄电池或电池为发动机运行储存足够的能量，负载将累积在电池，将保持发动机运转，有测量 V 和 A 的指示器，位于设计的原型板上，这种能量来自当地适当的太阳能电池板。

阶段 2：我们找到永磁电机，它与 12 v、su 和发电机一起工作，由变速系统驱动，使用钕磁铁将机械能转化为电能，利用排斥力产生电能 这是旨在以 420 rpm 的频率产生 24 V、400 瓦的电压。

第3 阶段：发电机获得的电能根据逆变器的使用而增加或减少，逆变器将直流输入电压改变为对称的交流输出电压，具有所需的幅度和频率。

在我们的意识小组的帮助下，我们成功地构建了第一个原型：

考虑到我们电气系统的消耗，以及获得的能量、强度和能量水平，我们在金属盒中嵌入了一个 OLED 屏幕，它可以以数据的形式提供所有基本信息。

原型

正如目标是实施尽可能高的技术一样，我正在为我们的移动设备设计和编写一个应用程序，以便让这些信息触手可及。

一旦我尝试并提出了缺乏能量的替代方案，我就采取了为该领域开发解决方案的形式。

这个想法是利用我们系统的部分能量来为高精度 Seeed 和 Arduino 可编程的传感器和模块系统供电，以研究和收集我们作物的数据和信息，并通过 Helium 发送。

使用的基本传感器是：

• 温度和湿度
• 水位
• 土壤湿度
• 酸碱度
• 紫外线
• 空气质量
• 气体水平
• 晴雨表
• 其中...

在已经构建了我们的农场发电原型、带传感器的监控系统和文化原型基地之后，我们开始实施我们的物联网系统。

从下到上的连接：Arduino UNO - Helium Atom - Base Shield - Grove Sensors。

有必要执行配置并验证系统的操作：

#include "Arduino.h"
#include "Board.h"
#include "Helium.h"
#include "HeliumUtil.h"
#define CHANNEL_NAME "Helium_Smart_Farms"
Helium  helium(&atom_serial);
Channel channel(&helium);
void
setup()
{
   Serial.begin(9600);
   DBG_PRINTLN(F("Starting"));
   helium.begin(HELIUM_BAUD_RATE);
   helium_connect(&helium);
   channel_create(&channel, CHANNEL_NAME);
}
void
loop()
{
   const char * data = "PROJECT SMART FARMS EXAMPLE CONFIGURATION!";
  channel_send(&channel, CHANNEL_NAME, data, strlen(data));
   delay(5000);
}

我们项目的动画模拟及其在农业中的应用：

 

 

 

 

概括：

智能农场由一个复杂的监控系统组成，该系统由存储在电池中的太阳能供电。这种存储的能量用于为发电机供电，发电机将复制获得的能量，并通过逆变器将其转换为适合消耗的能量。

这种能量及其变量（安培​​数、电压、瓦特）可以通过指示器和仪表来评估。

从该系统获得的能量将满足由 Arduino UNO Base Shield V2 板控制的生物传感器系统的能量需求，该板将按部门监测农作物，从而在需要时获得真实和精确的数据。

得益于 Helium 和 Google Cloud IoT 的技术，这些数据存储在互联网上，让农民和感兴趣的人能够掌握重要信息。

在发现错误的情况下校准我们的传感器：这里

所有这些传感器将以一种战略方式连接起来，代表收获的一个部门，从而创造不同的区域来促进他们的研究和观察。

为了让我们的农民和利益相关者获得信息，有必要使用氦原子和接入点将数据发送到站点或观察基地，在那里人们将接收并完全可视化所有信息，并通过这种方式做出有关情况的决定.

负责检查接收到的数据的人员将能够发出命令，以电子方式自动激活灌溉阀或执行其他任务。

上述能源生成系统与我们的作物系统相连并携手合作，将使我们能够实现田间自动化并实现我们的目标。

这个想法的最大优点：

• 为缺乏电力的偏远地区提供电力。
• 在所有方面将污染降低到 0%。
• 自动化现场工作。
• 为农民提供有关其手掌工作的信息。
• 避免农作物损失。
• 它提前通知我们并解决我们农场的问题。
• 它 100% 由可再生能源供电。
• 它提供了有关每个地方许多方面的有价值的信息和信息。
• 提高我们农民和农民的工作质量。

像这样的想法的发展将在以下领域帮助我们。

在教育领域：

• 儿童和青少年将日夜都能用上电。
• 对于高温人群，我们的孩子将拥有最佳的学习条件。
• 让年轻人了解当前可用的替代品和新技术。

在经济方面：

• 这是一个需要投资的系统，但从长远来看会带来可观的利润。
• 它在很大程度上避免了因温室或病虫害或干旱造成的灾害的投资。
• 它将大大减少对能源领域的资本投资，因为与其他系统相比它更便宜。

日常生活中：

• 提高人们的生活质量。
• 它将产生一个生态环境。
• 改善数百万人的生活条件。

此外

该计划仍在进行中，我们很有可能会使用 Helium 和 Twilio 来实施和改进该技术。

由于我没有足够的资源，我不能说可以单独进行这个项目。

我们的社会需要像我们今天在这场比赛中展示的每一个人的想法和建议。

我看到有必要传播我的想法，并教授儿童、青年和成人每一种这些教学和实践教学技术。

我很荣幸能发展这个想法并在国际层面开展环保运动，始终承载着地球的理想

我热爱技术和创新的动力是因为我在其中找到了发展我所有想法的机会。我最大的满足感是我的想法得到认可，因为我这样做是为了带动我的母亲和兄弟们，他们是我的动力源泉。