SmartAgro: Продвинутое IoT-решение для точного земледелия на Arduino MKR GSM 1400

Компоненты и материалы

Arduino MKR GSM 1400	×1
SORACOM Air Global IoT SIM	×1
Arduino MKR MEM Shield (слот для SD-карты)	×1
GY-21 (температура и влажность воздуха)	×1
Adafruit SI1145 (УФ-сенсор)	×1
SparkFun Soil Moisture Sensor (влажность почвы)	×1
Adafruit Waterproof DS18B20 (температура почвы)	×1
Провода-перемычки	×1

Инструменты

• Паяльник

О проекте

Обзор

Земля — драгоценный ресурс. Сельское хозяйство сталкивается с вызовами: нужен правильный микроклимат, защита от засухи, болезней. Концепция «умного земледелия» (smart farming) позволяет удаленно мониторить поля, но готовые системы дороги и не масштабируются.

SmartAgro создает сеть недорогих устройств, легко размещаемых на поле. Они собирают атмосферные данные, параметры почвы и освещенность, отправляя в облако для визуализации на дашборде. Любая ферма, любого размера, может внедрить масштабируемую сеть датчиков с предупреждением о засухе.

Функциональность

Устройства берут замеры с заданным интервалом. Данные логируются в CSV на SD-карту и отправляются в бэкенд (Soracom) для отображения на дашборде. Проект состоит из фронтенда (физические устройства) и бэкенда.

Фронтенд (устройство на поле)

SD-карта: Данные дописываются в datalog.csv. При старте проверяется наличие файла — дописываем или создаем новый с заголовком.

Питание: LiPo через порт, пауэрбанк или батареи на VIN. Устройство спит между замерами для экономии.

Отправка данных: Через GSM на Soracom в JSON:

{ "Latitude":53.3570404, "Longitude":-6.2609935,
  "soilTemp":20.56, "soilHumidity":40,
  "atmoTemp":22.12, "atmoHumidity":62,
  "uvLight":0.00, "irLight":257, "deviceName":"device1" }

Бэкенд (Soracom)

Данные принимает Soracom Air, собирает Soracom Harvest, визуализирует Soracom Lagoon.

Дашборд: Местоположение устройств и все сенсоры на карте/графиках.

Алерты: Email-уведомления при аномальном УФ-индексе или влажности почвы.

Преимущества

• Визуализация данных в любое время, откуда угодно.
• Легкое масштабирование — добавляйте устройства в флот.
• Ниже стоимость рыночных решений.

Сборка проекта

Шаг 1: Необходимое оборудование

• Arduino MKR GSM
• Arduino MKR MEM Shield
• GY-21 (темп. и влажность воздуха)
• Водонепроницаемый DS18B20 (темп. почвы)
• SI1145 (УФ/ИК/видимый свет)
• Soil Moisture Sensor
• 2×AA батарейный отсек (или LiPo)
• Soracom SIM
• SD-карта
• Перемычки

Шаг 2: Монтаж схемы

Требуется паяльник. Схема в Fritzing-файле. Не забудьте установить MEM Shield на плату!

Шаг 3: Структура кода

4 основных раздела:

• Prepare SD — проверка/создание datalog.csv
• Collect Data — опрос всех датчиков
• Burn Data to SD — дописывание строки в CSV
• Send Data to Soracom — HTTP POST JSON на harvest.soracom.io

Примеры функций (упрощенно):

bool checkFile() { if(SD.exists("datalog.csv")) return true; else return createFile(); }
void collectData() { /* опрос GY-21, DS18B20, SI1145, Soil Moisture */ }
bool burnData(String data) { /* append к CSV на SD */ }
void parseData(String json) { /* HTTP POST к Soracom Harvest */ }

Шаг 4: Настройка переменных

• deviceName — имя устройства (в JSON для идентификации в флоте)
• sleepTime — сон между замерами (мс)
• proDebug — true для отладки (требует Serial Monitor), false в поле

Шаг 5: Подготовка SD-карты

Форматируйте в FAT32.

Шаг 6: Загрузка кода

Подключите MKR GSM, загрузите скетч (режим 1 для настройки). Окуните датчики в воду, нажмите кнопку — данные уйдут в Soracom. Повторите несколько раз.

Шаг 7: Настройка Soracom (Аккаунт + SIM + Harvest)

Регистрация аккаунта, добавление SIM, создание группы, включение Harvest.

Шаг 8: Настройка Soracom Lagoon (Дашборд + Алерты)

Создание дашборда, добавление виджетов, настройка email-алертов по УФ и влажности почвы.

Библиотеки

• ArduinoLowPower, MKRGSM, Wire, OneWire, DallasTemperature, RTCZero, SPI, SD

Корпус

Спроектирован корпус (желательно прозрачная крышка для УФ-сенсора).

Использование стороннего SD-модуля

MEM Shield удобен и компактен. Если используете другой SD-модуль (обычно 5В) — нужен логический преобразователь 3.3В → 5В.

Предыстория

Идея пришла в автобусе мимо полей. Узнал о стоимости промышленных систем — непосильно для мелких фермеров. Решил использовать дешевый Arduino для мониторинга множества параметров, делая IoT доступным для любого хозяйства.

Код

Полный код SmartAgro

Доступен в репозитории проекта (ссылка в исходнике).

Схемы

schematics_rrBJ3HiIfc.fzz