Σχεδίαση και ανάπτυξη συστήματος γεωργίας ακριβείας με εφαρμογή τεχνολογιών του διαδικτύου των πραγμάτων

Παπανικολάου, Απόστολος

Design and development of precision agriculture system by using IoT technologies

Διπλωματική εργασία

Author

Παπανικολάου, Απόστολος

Date

2022-07

Advisor

Kandris, Dionisis

Papanikolaou_212017146.pdf (12.82Mb)

Keywords

LPWAΝ ; LoRa gateway ; End-devices ; Αισθητήρες ; LoRa networks ; LoRaWAN ; LoRa protocol ; Γεωργία ακριβείας ; Precision agriculture ; Διαδίκτυο πραγμάτων ; Internet of things ; IoT ; InfluxDB ; Grafana ; Sensors

Abstract

Η σημερινή εξέλιξη της τεχνολογίας αλλάζει δραστικά την ζωή των ανθρώπων, τις επιχειρήσεις αλλά και την παγκόσμια οικονομία. Μετά την σπουδαία ανακάλυψη του διαδικτύου ακολουθεί ακόμη και στις μέρες μας η ανάπτυξη του ΙοΤ που έχει απώτερο σκοπό να θέσει το τεχνολογικό πλαίσιο της επικοινωνίας μεταξύ αντικειμένων. Έτσι, από τις αρχές της δεκαετίας του 90 και την ανακάλυψη της RFID ετικέτας, πραγματοποιήθηκαν σημαντικότητα βήματα στον τομέα της επικοινωνίας συσκευών τα οποία οδήγησαν σε ασύρματα δίκτυα ευρείας περιοχής χαμηλής ισχύος LPWAN (Low Power Wide Area Network). Μέρος των LPWAN αποτελεί και το LORAWAN το οποίο είναι ένα πρωτόκολλο σύνδεσης ασυρμάτων συσκευών μέσω της τεχνολογίας LORA. Η τεχνολογία LoRa χρησιμοποιείται σήμερα από διάφορους τομείς όπου απαιτείται επικοινωνία μικρού όγκου δεδομένων με ελάχιστη ενέργεια και μεγάλη εμβέλεια κάλυψης. Ένας από τους τομείς όπου έχει ήδη ξεκινήσει να εφαρμόζεται είναι ο τομέας της γεωργίας. Η ιδέα είναι ότι σύγχρονοι αλλά και έξυπνοι αισθητήρες διαφόρων ειδών συλλέγουν σημαντικές πληροφορίες με εξαιρετική ακρίβεια από διαφορετικά σημεία του χώρου. Στην συνέχεια, με την χρήση της τεχνολογίας LoRa όλα αυτά τα δεδομένα αποστέλλονται ασύρματα προς επεξεργασία με σκοπό να αυτοματοποιηθούν διαδικασίες για την μεγιστοποίηση της παραγωγής. Συνεπώς, σιγά-σιγά πραγματοποιείται μετάβαση από ένα κλασικό μοντέλο γεωργίας σε ένα νέο μοντέλο “γεωργίας ακριβείας” όπου η τεχνολογία υπόσχεται να συμβάλει τα μέγιστα με απόλυτη ακρίβεια στους χειρισμούς που απαιτούνται. Στην πορεία της παρούσας εργασίας θα γίνει ανάλυση της τεχνολογίας LoRa και θα εξηγήσουμε τους λόγους για τους οποίους θεωρείται σήμερα η βέλτιστη επιλογή για τις αγροκαλλιέργειες. Επίσης, υλοποιείται μια κατασκευή από διάφορους αισθητήρες μετρήσεων έτσι ώστε να λαμβάνονται δυναμικά δεδομένα, τα οποία σε τακτά χρονικά διαστήματα θα αποστέλνονται προς αποθήκευση και επεξεργασία σε μια πλατφόρμα διαχείρισης με απώτερο σκοπό την αυτόματη λήψη αποφάσεων βελτιστοποίησης.

Abstract

Today's development of technology drastically changes the lives of people, businesses and the global economy. After the great discovery of the internet follows even today the development of IoT which has the ultimate goal to set the technological framework of communication between objects. Thus, since the beginning of the 90's and the discovery of the RFID tag, significant steps have been taken in the field of device communication which have led to LPWAN (Low Power Wide Area Network) wireless networks. Part of LPWAN is LORAWAN which is a protocol for connecting wireless devices through LORA technology. LoRa technology is currently used in various fields where small data communication with minimal energy and wide coverage is required. One of the areas where it has already started to be implemented is the agricultural sector. The idea is that modern as well as smart sensors of various types collect important information with great accuracy from different parts of the space. Then, using LoRa technology, all this data is sent wirelessly for processing in order to automate processes to maximize production. Therefore, there is a gradual transition from a classic model of agriculture to a new model of "precision agriculture" where technology promises to contribute the maximum with absolute precision to the manipulations required. In the course of this work, LoRa technology will be analyzed and we will explain the reasons why it is currently considered the best choice for agricultural crops. Also, a construction is implemented by various measurement sensors so as to receive dynamic data, which at regular intervals will be sent for storage and processing on a management platform with the ultimate goal of automatic optimization decisions.