אם אתם מגדלים, יש לכם כבר רשם נתונים איפשהו בנכס. הוא עשוי להיות תחנת מזג אוויר זולה שמזינה PC במשרד, יחידת Campbell Scientific תעשייתית של $2,000 שמוברגת בתוך ארון אטום למזג אוויר, או כמה חיישני לחות קרקע שמחווטים לבקר שהשכן התקין לכם לפני שלוש שנים ואף אחד לא נכנס אליו מאז.
מה שהופך רשם נתונים ל”IoT” הוא הקישור האחרון בשרשרת: במקום שתצאו החוצה להוריד את הנתונים או תחכו לסיכום חודשי, המכשיר דוחף קריאות לפלטפורמת ענן שבה אתם, או אלגוריתם, או קבלן במדינה אחרת, יכולים לראות מה קורה בקרוב לזמן אמת.
זה נשמע פשוט. בפועל, בחירת רשם נתונים IoT הנכון לחווה היא איפה שרוב האנשים מפסידים כסף. רשמים בדרגה תעשייתית לא שורדים תנאים חקלאיים. מכשירי IoT בדרגת צרכן לא מדברים עם החיישנים שאתם באמת צריכים. והמפרטים שנראים דומים על הנייר (“סלולרי, סולארי, 8 כניסות”) מסתירים הבדלים שמופיעים בחודש שלישי, בשטח, בשלוש לפנות בוקר.
המדריך הזה הוא לאנשים שהחליטו שהם צריכים לנטר משהו בחווה ורוצים לבחור חומרה שעדיין תעבוד בעוד חמש שנים. נכסה מה הופך רשם ל”חקלאי” ולא תעשייתי או צרכני, את המפרטים המרכזיים שבאמת חשובים, איך לבחור בין סלולרי ל-LoRaWAN, מתי להשתמש ברשם נתונים לעומת בקר, וטווחי המחירים שאתם צריכים לצפות להם.
מה הופך רשם נתונים ל”חקלאי”
יש אלפי רשמי נתונים בשוק. רובם לא מתאימים לשימוש בחווה. אלה שכן מתאימים חולקים סט תכונות ספציפי המונע ממה שתנאי החווה באמת עושים לאלקטרוניקה.
טווח טמפרטורות קיצוני. רשם שדה באקלים יבשתי רואה -25 °C בינואר ו-+55 °C באוגוסט בתוך ארון שסופג שמש. רשמים מדורגים ל-0 עד 40 °C “סביבת משרד תעשייתית” יכזיבו אתכם. חפשו טווח פעולה של -20 עד +60 °C לפחות, ובדקו את מפרט הסוללה בנפרד כי סוללות ליתיום מתנהגות אחרת מהאלקטרוניקה.
הגנה גבוהה בפני חדירה. IP67 הוא המינימום המעשי. IP68 עדיף אם אתם עשויים להיות קרוב לריסוס השקיה, אזורי הצפה או מלח חופי. אטמי גומי מתפוררים, אז דירוג הארון תלוי כמו בארון עצמו גם במחברים. צורות כבל מדורגות לשימוש חיצוני עם הקלת מתח הן לא ניתנות למשא ומתן.
סבילות חשמל. לחוות יש חשמל מלוכלך. אם הרשם שלכם מופעל מרשת, צפו לנפילות מתח, קפיצות מקצף מנועים, ונפילות מוחלטות בסופות. רשם עם גיבוי סוללה מובנה וסבילות ל-brownout שורד תנאים שהורגים מכשיר בדרגת מעבדה בסופה הראשונה שלו.
תאימות חיישנים. חיישנים חקלאיים משתמשים בתערובת של 4-20 mA, 0-10 V, SDI-12, RS485 Modbus, ולפעמים פרוטוקולים דיגיטליים ייחודיים. רשם עם כניסות אנלוגיות בלבד הוא חסר תועלת במחסנית חקלאות מדויקת מודרנית שבה חצי מהחיישנים דיגיטליים. לפירוט מעמיק של יתרונות וחסרונות של פרוטוקולים, ראו את מדריך פרוטוקולי חיישנים חקלאיים.
עיצוב לשינה עמוקה וחשמל נמוך. אם הרשם ישן גרוע בין קריאות, סוללה של 20Ah מחזיקה שבוע במקום שישה חודשים. זה ההבדל בין מכשיר שתוכנן לשימוש בשטח לכזה שתוכנן לספסל מעבדה עם חשמל מהרשת.
המפרטים שבאמת חשובים
רוב דפי הנתונים מדגישים את המפרטים הלא נכונים. הנה מה לבדוק, לפי סדר כמה פעמים זה חשוב בשטח.
כניסות חיישנים
ספרו את הכניסות הפיזיות, ואז חלקו בשתיים. זה כמה חיישנים אתם באמת יכולים לחווט בלי ליצור בלגן. אם דף הנתונים אומר “8 כניסות”, ארבע מהן יהיו אנלוגיות (משותפות עם ארבע אחרות), אפיק ה-SDI-12 יתייחס באופן אמין רק לשלושה חיישנים לפני שרעש הופך לבעיה, ואפיק ה-RS485 יעבוד עבור תריסר חיישנים בתיאוריה אבל צריך סיום זהיר וכבל נאות בפועל.
לפריסת חווה מעשית, אתם רוצים לפחות: ארבע כניסות אנלוגיות (4-20 mA ו-0-10 V), אפיק SDI-12 אחד, אפיק RS485 Modbus RTU אחד, וכניסה דיגיטלית אחת או שתיים למדי גשם דלי ההטיה או מדי זרימה בפולסים. אם לרשם יש אפיק ייעודי לכל אחד, אתם יכולים להריץ יותר חיישנים בלי הפרעות צולבות.
מרווח קריאה
הרבה רשמים מפרסמים “רזולוציה של שנייה”. בשטח, אתם רוצים קריאות כל 5 עד 30 דקות לרוב הפרמטרים החקלאיים. לחות קרקע לא משתנה בשניות. שיא מהירות רוח כן, אבל אתם רוצים מקסימום וממוצעים של משבים במקום נתוני 1-Hz גולמיים אם אתם משדרים על סלולרי. וודאו שהרשם יכול לממע קריאות בין שידורים ולאחסן נתונים מקומית כשהקישוריות נכשלת.
אחסון מקומי
נפילות סלולרי קורות. רשם טוב מאחסן לפחות 30 ימי קריאות מקומית וממלא לענן כשהחיבור חוזר. בלי זה, כל הפסקה היא פער נתונים קבוע. בדקו בדף הנתונים “אחסון לא מקוון” או “גודל מאגר” והתעקשו על לפחות 30 יום במרווח הקריאה המתוכנן שלכם.
סנכרון זמן
כל קריאה צריכה חותמת זמן מדויקת. הרשם צריך לסנכרן את השעון הפנימי דרך רשת הסלולרי או LoRaWAN באופן אוטומטי. סנכרון GPS הוא בונוס להתקנות נייחות ודרישה לניידות. רשם שנסחף עשר דקות בשנה חסר תועלת לתיאום אירועים בין מכשירים מרובים.
עדכוני קושחה
האם הרשם יכול לעדכן את הקושחה דרך האוויר? אם לא, כל תיקון באג דורש ביקור באתר עם מחשב נייד. זה חשוב מאוד בקנה מידה ולא חשוב בכלל להתקנה יחידה שאתם מתכננים לשכוח ממנה.
סלולרי מול LoRaWAN
זו ההחלטה שמכשילה את רוב הרוכשים לראשונה.
סלולרי (4G/LTE או NB-IoT)
השתמשו בסלולרי כאשר:
- יש לכם מכשיר אחד עד עשרה באתר
- האתר מרוחק ללא תשתית קיימת
- קיים כיסוי אמין (בדקו עם מכשיר נייד לפני שאתם מתחייבים)
- תקציבי נתונים חודשיים לא דאגה
סלולרי נותן לכם מכשירים עצמאיים שלכל אחד חיבור אינטרנט משלו. כל מכשיר עולה $5-15 לחודש בנתונים, כך שעשרה מכשירים עולים $50-150 לחודש. מכשיר יחיד עובד בכל מקום עם אות. אין גייטוויי, אין תשתית.
NB-IoT הוא וריאנט סלולרי למכשירים עם קצב נתונים נמוך. הכיסוי באזורים חקלאיים משתפר אבל עדיין מקוטע מחוץ לאירופה. אם NB-IoT עובד באתר שלכם, חיי הסוללה מכפילים או משלישים את עצמם לעומת LTE. בדקו לפני שאתם מתחייבים.
LoRaWAN
השתמשו ב-LoRaWAN כאשר:
- יש לכם יותר מעשרה חיישנים על נכס רציף
- אתם רוצים להימנע מעמלות חודשיות פר-מכשיר
- חיי סוללה פר צומת חשובים יותר מרוחב פס פר צומת
- יש לכם יכולת טכנית (או שותף) להפעיל גייטוויי
LoRaWAN נותן לכם רשת פרטית בעלת חשמל נמוך. גייטוויי אחד מכסה 2-10 ק”מ בשטח כפרי עם קו ראייה, מטפל בעשרות צמתים. עלות פר מכשיר אחרי הגייטוויי היא אפס לנתונים. חיי סוללה פר מכשיר ב-LoRaWAN יכולים להיות 2-5 שנים על תא בגודל AA יחיד לצמתים עם קצב נתונים נמוך.
החיסרון הוא שאתם בעלי הגייטוויי. אם הוא נכשל, כל צומת בחווה משתתק. שימו גיבוי סלולרי משני על הגייטוויי עצמו, או שמרו גייטוויי נוסף על המדף.
WiFi
WiFi מתאים רק לחממות, מנהרות, רפתות, או כל אתר עם כיסוי אלחוטי קיים. טווח ואמינות לא מתאימים לפריסות שדה פתוחות. צריכת החשמל גבוהה יותר מסלולרי או LoRaWAN לאותו מחזור פעולה. השתמשו ב-WiFi כשהרשם נמצא בתוך 30 מ’ מנקודת גישה אמינה ובשום מקום אחר.
גישות היברידיות
ההגדרות העמידות ביותר שאנחנו רואים משתמשות בסלולרי לגייטוויי או בקר מרכזי ו-LoRaWAN לצמתים מבוזרים. הגייטוויי מטפל בחיבור הענן ובכל החלטות בקרה; הצמתים מטפלים בקריאות החיישנים. זה מבודד את מצבי הכישלון: אם צומת מת, הגייטוויי עדיין משדר; אם סלולרי נופל, הגייטוויי מאחסן וממלא מחדש.
אספקת חשמל: סוללה, סולארי ורשת
הרשם הזול ביותר הוא זה שאתם לא צריכים לבקר. אספקת החשמל היא זו שקובעת כמה פעמים אתם עושים.
סוללה בלבד
טוב לצמתי LoRaWAN עם מרווחי קריאה של 15-30 דקות. אורך חיים צפוי הוא 2-5 שנים על תא ראשוני יחיד. טוב לרשמי סלולרי רק אם אתם מקבלים לוח החלפה של 3-12 חודשים ותדירות קריאה מוגבלת.
סולארי עם סוללה נטענת
ברירת המחדל המעשית לרשמי סלולרי. פאנל סולארי של 10-20W עם סוללת LiFePO4 או עופרת-חומצה אטומה של 7-20Ah מפעיל ללא הגבלת זמן ברוב האקלימים. LiFePO4 מתמודד עם מזג אוויר קר טוב יותר מעופרת-חומצה ומחזיק 3-5 פעמים יותר, שווה את העלות הנוספת כמעט בכל המקרים.
תכננו את גודל הפאנל לפי השבוע הגרוע ביותר, לא לפי הממוצע. באקלים ממוזג עם שלושה שבועות של מזג אוויר מעונן בחורף, מערכת מתוכננת לפי הממוצע תכזיב בפברואר. הכפילו את ספקות הפאנל או את קיבול הסוללה, או את שניהם, לאתרים עם חשיפה סולארית גבולית.
רשת עם גיבוי סוללה
השתמשו ברשת רק ברפתות, חממות או בתי אריזה שבהם זמין 120/240 VAC אמין. תמיד ציינו רשם עם גיבוי סוללה מובנה, לפחות לכיבוי מסודר במהלך הפסקות, באופן אידיאלי לכמה שעות של פעולה המשך.
מתי אתם צריכים בקר, לא רשם
רשם נתונים הוא מכשיר קריאה בלבד. הוא לוקח קריאות חיישנים ומשדר אותן. בקר עושה את זה וגם מפעיל יציאות: פותח ברזים, מפעיל משאבות, משמיע התראות, שולח הודעות SMS.
אתם צריכים בקר, לא רשם, כאשר:
- אתם רוצים לסגור ברז השקיה אוטומטית לפי לחות קרקע
- אתם רוצים להפעיל משאבה כשמיכל יורד מתחת לרמה מוגדרת
- אתם רוצים להתריע למשמרת לילה ב-SMS כשפרמטר חוצה סף, עם לולאת תגובה לאישור
- אתם רוצים שהבקרה המקומית תמשיך לעבוד כשהסלולרי נופל
בקרי Omni Genesis וOmni Exodus של Agrinovo נמצאים בקטגוריה הזו. הם קוראים חיישנים דרך RS485 Modbus וכניסות אנלוגיות, מפעילים עד שש יציאות ממסר או 4-20 mA, רצים על סולארי, ומשדרים בסלולרי. לפריסות שבהן המכשיר בשטח חייב לפעול, לא רק לצפות, בקר הוא נקודת ההתחלה הנכונה.
מחירי תרחיש
טווחי תקציב מקורבים לפריסות IoT חקלאיות טיפוסיות, המכסים חומרה ושנת תקשורת אחת:
ניטור גידולי שדה חד-אתרי (סלולרי)
- רשם אחד עם סולארי, סוללה, ארון: $700-1,100
- 2-3 חיישני לחות קרקע: $300-600
- מד גשם אחד וטמפ’/לחות: $200-400
- נתוני סלולרי, 12 חודשים: $120-180
- פלטפורמת ענן, 12 חודשים: $60-240
- סה”כ: $1,380 עד $2,520 לשנה הראשונה, $180 עד $420 לשנה אחר כך
פעולת גידולי שורה מרובת שדות (LoRaWAN + גייטוויי סלולרי)
- גייטוויי סלולרי אחד: $500-800
- 10-20 צמתי קרקע/מזג אוויר LoRaWAN: $1,500-4,000
- תקשורת גייטוויי, 12 חודשים: $120-180
- פלטפורמת ענן, 12 חודשים: $200-500
- סה”כ: $2,320 עד $5,480 לשנה הראשונה, $320 עד $680 לשנה אחר כך
בקרת סביבה והשקיה בחממה
- בקר אחד עם ממסרים, סולארי אופציונלי, ארון: $900-1,400
- חיישנים (SHT30, לחות קרקע, pH, EC): $400-900
- WiFi או backhaul סלולרי: $0-180 תלוי בבחירת הקישוריות
- פלטפורמת ענן: $60-240
- סה”כ: $1,360 עד $2,720 לשנה הראשונה
הדברים שנשברים בשנה הראשונה
רשימה קצרה של דברים שראינו נכשלים בשנה הראשונה של פריסות IoT חקלאיות. רובם נמנעים עם הבחירה הנכונה של חומרה ראשונית.
ארונות ספוגי מים. פאנלים סולאריים מעל ארונות מתכת ללא קצות טפטוף מכוונים מים ישר לתוך צורות כבל. בדקו ארונות אחרי אירוע הגשם הראשון. כל דבר שנראה לח בפנים יהיה מוצף לחלוטין בתוך חודש.
נזק לכבלי חיישנים מציוד חוות. גלגלי טרקטור, תופי מקצרות, וכלי עיבוד מוצאים כבלים חשופים. קברו או צנרו את כל מסלולי הכבלים שחוצים נתיבי רכבים.
ירידת אות סלולרי במהלך עונת הגידול. אתר עם קליטת סלולרי מצוינת במרץ יכול להיות ללא כלום ביולי ברגע שהתירס המקיף בגובה שני מטרים. התקינו אנטנות חיצוניות כיווניות על תורן, לא על הארון עצמו.
גניבה. זה אמיתי. ארונות גלויים באזורים נגישים נלקחים. הרכיבו ציוד מחוץ לראייה מקרית, או בארונות נעולים עם זיהוי חבלה.
תוכנה שדרשה אפליקציית טלפון שהספק הפסיק לתמוך בה. שאלו על תמיכה ארוכת טווח בפלטפורמה לפני הרכישה. אם התשובה היא “אתם ניגשים לקריאות דרך האפליקציה”, בחרו ספק אחר.
מה אנחנו ממליצים
לחווה קטנה או לפריסה ראשונה, התחילו עם בקר סלולרי אחד שיכול להתרחב מאוחר יותר. בקר Omni Genesis או Exodus יחיד קורא את אותם חיישנים שרשם נתונים ייעודי היה קורא, אבל נותן לכם את האפשרות להוסיף יציאות בקרה מאוחר יותר בלי להחליף חומרה. לפעולות גדולות יותר, תכננו את תשתית ה-LoRaWAN מראש והשתמשו בגייטוויים סלולריים כ-backhaul יתיר.
בכל מסלול שתבחרו, תכננו את החומרה לפי השבוע הגרוע של השנה, לא לפי השבוע הממוצע. היום שבו רשם יורד בדרך כלל לא יום שמשי במאי.
לצד החיישנים של המשוואה, המדריך לניטור קרקע IoT מנחה איך לבחור ולמקם את הבדיקות שמזינות את הרשם.