今天，我們想重點(diǎn)介紹康奈爾大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院畢業(yè)生的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)。類似于加州大學(xué)洛杉磯分校 William Kaiser 教授監(jiān)督下的SensorTile 頂點(diǎn)項(xiàng)目，這個(gè)智能灌溉系統(tǒng)在Joseph Skovira教授的指導(dǎo)下，旨在為未來(lái)的專業(yè)人士提供應(yīng)對(duì)明天挑戰(zhàn)的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。我們還要贊揚(yáng)工程碩士研究生徐博一和布賴恩格羅斯，他們領(lǐng)導(dǎo)了這一開(kāi)創(chuàng)性（雙關(guān)語(yǔ)）智能灌溉系統(tǒng)的工作。

根據(jù)世界銀行的說(shuō)法，氣候智能型農(nóng)業(yè) （CSA） 是“一種管理景觀的綜合方法——農(nóng)田、牲畜、森林和漁業(yè)——應(yīng)對(duì)糧食安全和氣候變化的相互關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)?！?到 2050 年，世界將需要多生產(chǎn) 70% 的糧食來(lái)維持將生活在我們星球上的 90 億人，但這將需要“對(duì)水、土壤、養(yǎng)分和其他農(nóng)業(yè)資源的管理方式進(jìn)行重大轉(zhuǎn)變，”根據(jù)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的說(shuō)法。像康奈爾這樣的一流大學(xué)因此承擔(dān)起讓學(xué)生理解和創(chuàng)造能夠更好地管理這些資源以塑造未來(lái)社會(huì)的技術(shù)的準(zhǔn)備。

康奈爾及其他地區(qū)！

乍一看，這個(gè)設(shè)計(jì)看似簡(jiǎn)單，但更深入的研究揭示了它的獨(dú)創(chuàng)性。主設(shè)備向一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備發(fā)送命令，每個(gè)從設(shè)備控制灌溉系統(tǒng)沿線的滴管閥。因此，該網(wǎng)絡(luò)可以在特定時(shí)間自動(dòng)開(kāi)始澆水，檢測(cè)和報(bào)告泄漏，或快速將新閥門集成到網(wǎng)絡(luò)中以促進(jìn)灌溉系統(tǒng)的擴(kuò)展。主機(jī)和從機(jī)都使用NUCLEO-L152RE作為基礎(chǔ)和STEVAL-FKI915V1擴(kuò)展板，其中包括一個(gè)S2-LP模塊以利用 Sigfox 網(wǎng)絡(luò)。然后將該堆棧連接到外部閥門控制電路、電磁閥和水流量傳感器。

因此，該項(xiàng)目的第一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于其巨大的成本效益。灌溉系統(tǒng)往往非常昂貴，有些型號(hào)的成本為 100，000 美元。然而，通過(guò)使用 ST 產(chǎn)品，學(xué)生們能夠設(shè)計(jì)出一種價(jià)格更實(shí)惠的設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備的成本不到 100 美元，并有可能惠及中小型農(nóng)場(chǎng)。 第二個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是其體積小，這使得部署和管理相當(dāng)容易。奴隸可以在田間使用電池運(yùn)行，小型外殼可以保護(hù)他們免受元素的影響，使整個(gè)安裝更加實(shí)用，特別是對(duì)于技術(shù)投資較少的農(nóng)民。這可能是該項(xiàng)目最被低估的方面之一，因?yàn)槠湟子诓渴馂樾枰?CSA 以減少浪費(fèi)和大幅提高效率的發(fā)展中國(guó)家的出色應(yīng)用打開(kāi)了大門。

自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的起源

康奈爾大學(xué)的學(xué)生通過(guò)試驗(yàn)STSW-S2LP-DK快速使用無(wú)線電，該開(kāi)發(fā)套件提供圖形用戶界面以增加 STEVAL-FKI915V1 擴(kuò)展板上 S2-LP 模塊的可訪問(wèn)性。使用該開(kāi)發(fā)套件的應(yīng)用示例還有助于創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)以體驗(yàn)硬件功能。

學(xué)生們開(kāi)始使用示例應(yīng)用程序的源代碼，然后根據(jù)他們的需要進(jìn)行構(gòu)建。例如，他們使用STM32CubeMX配置 NUCLEO-L152RE 的微控制器以初始化附加功能并超越原始功能集。他們還使用 Nucleo 板上的調(diào)試器來(lái)檢查寄存器并更快地找到錯(cuò)誤，這有助于他們解決在構(gòu)建代碼時(shí)出現(xiàn)的一些問(wèn)題。

Sigfox：讓數(shù)據(jù)和水流動(dòng)

Joseph Skovira 教授還深入研究了使用 Sigfox 低功耗廣域網(wǎng) （LPWAN） 連接主設(shè)備和從設(shè)備的決定。學(xué)校曾為其他項(xiàng)目使用定制的亞千兆赫網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生們知道他們有多種選擇，但 Sigfox 和 ST 之間的良好關(guān)系促使他們利用這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。

這種整合水平還降低了成本，這是試圖普及氣候智能型農(nóng)業(yè)的項(xiàng)目的一個(gè)重要目標(biāo)。此外，使用 Sigfox 加速了開(kāi)發(fā)。例如，學(xué)校有一個(gè) S2-LP 模塊，其中預(yù)裝了 Sigfox 固件。此外，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中包含的安全功能為學(xué)生提供了抵御入侵的重要保護(hù)層。

學(xué)校的經(jīng)歷也非常積極。Sigfox 的現(xiàn)場(chǎng)銷售工程師 David Baughman 告訴我們，安裝網(wǎng)絡(luò)非常簡(jiǎn)單，不到半小時(shí)就完成了。確實(shí)，主設(shè)備目前在迪爾蒙山學(xué)生農(nóng)場(chǎng)的谷倉(cāng)中。然而，學(xué)生們擔(dān)心這個(gè)位置可能不夠好，因?yàn)檫@座建筑坐落在山腳下，視線不是最理想的。盡管如此，所有連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和帶寬都非常好，這證明了 Sigfox 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性。 該項(xiàng)目的下一步是利用該網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化主從設(shè)備之間的通信，以節(jié)省資源并展示該自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的可靠性和有效性。

審核編輯：郭婷