Sistema de control de secado natural en agricultura poscosecha con monitoreo LoraWAN

Historia

Introducción

Una aplicación de IoT es un sistema de control y monitoreo que conecta sensores y actuadores a un entorno. Los datos de medición del sensor se pueden enviar a un servidor en la nube para que los usuarios que deseen conocer una condición o medición de cantidades físicas de ese entorno puedan acceder a él. El actuador se puede controlar en respuesta a la lectura de los valores del sensor obtenidos del entorno. La expectativa importante del sistema construido a partir de IoT es ejecutar la comunicación entre la máquina y otras máquinas para que el sistema pueda proporcionar información precisa. Como consecuencia, el sistema puede volverse más inteligente en la toma de decisiones. Una de las cosas que se están volviendo populares ahora es la disponibilidad de hardware y software electrónicos cada vez más económicos,

Problema

Indonesia es el cuarto productor y exportador de café del mundo. El mercado de los granos de café arábica es un mercado prometedor en el futuro, especialmente cuando se habla de cafés especiales. El café de baja calidad comparado con los precios C, mientras que el café de especialidad es vago, pero muchos argumentan que está fuertemente vinculado a la calidad pura. Precios bajos causados ​​por mala calidad. Mala calidad afectada por muchos factores, uno de los más importantes es el procesamiento. La producción de café consta de varias fases. En general, hay recolección o recolección, procesamiento y molienda. El procesamiento, si se hace a la perfección, podría ser una actividad de valor agregado importante para mejorar la calidad del café y, por lo tanto, el precio. Procesamiento deficiente causado por prácticas tradicionales, de prueba y error. Sin tecnología actualizada ni utilización de datos. El procesamiento tiene varios tipos, cada uno de los cuales se puede distinguir de uno a otro según la etapa y el tipo de tratamiento. Pero al final, todos los tipos de procesos tienen la misma etapa importante, que es la etapa de secado. La etapa de secado se suele realizar en invernadero (secadero) para optimizar el proceso. El proceso de secado exige más atención y precaución, ya que si no se cumplieran las variables deseadas, se podrían producir diversos productos degradados.

La calidad de los granos de café en juego en el proceso de secado está relacionada con el tiempo que se secan los granos de café. Lo que se desea es un proceso de reducción de humedad que no sea extremo, con condiciones estables y consistentes.

  • Las prácticas tradicionales, de prueba y error. No existe un sistema de recopilación y seguimiento de datos para su posterior utilización.
  • La variable importante que afecta la etapa de secado es la temperatura y la humedad del secadero.

Solución

El kit de revelador de helio de IoT recoge la temperatura y la humedad, dentro y fuera de la casa de secado de café. Entonces, los datos podrían ser la base para un tratamiento y / o prácticas adicionales para mejorar la calidad de los granos de café. Con IoT, esto se puede superar mediante el proceso de monitoreo y acceso a datos de redes de sensores.

Intentamos implementar la tecnología LoraWAN capaz de monitorear todos los días el secado de los granos de café. La duración del seguimiento se puede configurar, así como los datos, los resultados del seguimiento también se conectan directamente y se registran realmente en la base de datos. Así que esperamos que esta tecnología IoT pueda actualizar la información sobre el proceso de secado de sus granos de café.

  • El tema de discusión en este proyecto es cómo la aplicación de tecnología de sensores a través de la solución LoraWAN-IoT para monitorear las condiciones ambientales afecta la calidad de los granos de café.
  • ¿Cuál es la relación entre las condiciones ambientales dentro del invernadero y el exterior del invernadero? Se modelará mediante análisis estadístico, cómo influye en el microclima puede afectar el precio y la calidad de los granos de café.

Se trata de diseñar e implementar hardware Helium Developer Kit (LoraWAN) y DHT22 como nodo y Things Network y Helium Console como visualización de datos de medición y enviar y recibir datos usando Uplink y Downlink por protocolo LoraWAN.

Infraestructura del sistema de secado

Este proyecto tiene como objetivo utilizar el protocolo LoraWAN de IoT con un kit de desarrollo de helio y una puerta de enlace interior de Things Network (TTN). Se hizo programando con Arduino IDE que podemos enviar los datos a la nube de Helium Console en tiempo real. Los datos se pueden visualizar en la plataforma de IoT como Things Network y Helium.

Se utiliza un sistema de sensores de red que consta de IoT Helium Developer Kit y una puerta de enlace interior LoraWAN programada en el sistema operativo (SO) Linux en las computadoras para recopilar datos de temperatura y humedad del aire en el invernadero. El sensor de transmisión de datos utiliza un protocolo de comunicación tipo protocolo LoraWAN a una puerta de enlace. Al utilizar el protocolo LoraWAN, la comunicación entre Indoor IoT Gateway y Things Network Cloud se puede realizar de forma inalámbrica. La infraestructura global de recopilación de datos de LoraWAN consta de un sensor conectado al kit de desarrollador de helio llamado sensores de red.

Ubicación de la puerta de enlace interior

Descripción general de la puerta de enlace

Luego, los datos pueden enviarse a la nube y almacenarse en la base de datos de The Things Network. Los datos de los sensores almacenados en la base de datos se pueden utilizar para el proceso de visualización en tiempo real en la nube de helio. Por ejemplo, para realizar un modelado computacional, se puede acceder a los datos de los sensores en la base de datos para integrarlos en la nube de AWS o Google.

Descripción general del dispositivo

Monitoreo en tiempo real

Podría proporcionar datos confiables en tiempo real al procesador para monitorear la etapa de secado de los granos de café. El objetivo es mejorar la calidad reduciendo el riesgo de condiciones indeseables. El procesador podría utilizar los datos para planificar y mantener el tratamiento necesario para garantizar que se cumplan las condiciones deseadas.

Carga útil de sensores de datos

Medición de microclima

También podría actuar como recolector de datos para una condición y predicción del microclima en el futuro. Al combinar los datos de varias ubicaciones, los datos procesados ​​podrían usarse en amplias variaciones de uso, como la optimización de otras plantaciones y también el cálculo de riesgos y logística.

uint16_t humidity = dht.readHumidity(false) * 100;

// false: Celsius (default)

// true: Farenheit

uint16_t temperature = dht.readTemperature(false) * 100;

// Split both words (16 bits) into 2 bytes of 8

 

byte payload[4];

payload[0] = highByte(temperature);

payload[1] = lowByte(temperature);

payload[2] = highByte(humidity);

payload[3] = lowByte(humidity);

Envío de datos a la red de cosas

LoRaWAN.beginPacket();

LoRaWAN.write(payload, sizeof(payload));

LoRaWAN.endPacket();

Implementación

Importar dispositivo de Things Network a The Helium

Después de probar el hardware, que es la integración del Helium Developer Kit como nodo sensor y The Things Network Indoor Gateway como servidor local, la visualización de los datos de medición se realiza a través del tablero de Things Network. La implementación del diseño del software de interfaz tiene como objetivo mostrar los datos de medición de ambos nodos sensores en tiempo real. Hay 2 cantidades físicas visualizadas tanto en Helium Console como en el tablero de Things Network, incluida la temperatura y la humedad.

El diseño del sistema de adquisición de datos que utiliza el protocolo LoraWAN se probó con éxito mediante la integración del kit de desarrollador de helio como nodo sensor y The Things Network Indoor Gateway como intermediario.

Los escenarios de medición de temperatura y humedad como una implementación de todo el sistema se han visualizado con éxito utilizando The Things Network y el dispositivo de importación a Helium Console. Los datos de medición del sensor / carga útil de los nodos del sensor del kit de desarrollador de helio se han almacenado correctamente en la base de datos de The Things Network Platform.


Kit de desarrollador de helio y puerta de enlace interior The Things Network

Carga útil de sensores

Conclusiones

  • El uso de dispositivos LoraWAN como Helium Developer Kit podría usarse realmente en casos de uso agrícola poscosecha en muchas áreas rurales para ayudar a los caficultores y procesadores de café a mejorar su práctica, así como a mejorar la calidad de los granos de café.
  • A través de la plataforma Helium, la integración se basará en los datos a los que acceden muchas plataformas de IoT que pueden visualizar y monitorear la calidad de los granos de café durante las actividades de poscosecha en tiempo real.
  • Tanto los agricultores como los procesadores y los compradores pueden conectarse fácilmente.

 

Bajá el código fuente

Acerca de Ahmad Radhy 1 Article
Soy cofundador de CeriTech Indonesia, una pequeña empresa que se centra en la producción de café poscosecha con la habilitación de IoT y la nube. Tengo una maestría en el Instituto de Física Teknologi Bandung Indonesia.

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