．智慧閘道器在地質災害及農業領域的監測系統設計

How IoT Is Changing Agriculture: 

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【3S MARKET】這篇報導把 AI、IoT 相關的技術，包括軟硬體，完整的介紹出來，應用在農業與防災的應用上，但台灣的展覽到目前，看不到這麼完整的智慧物聯網應用展出……

來源：南潮信息科技

物聯網閘道器就像一座橋梁，連接感知網路與傳統通信網路，從而實現感知網路，和通信閘道器之間的數據傳輸與交互，包括不同類型感知網路之間的協議轉換，既能實現廣域互聯，也能實現局域互聯。

圖示1：智慧閘道器

本篇文章主要介紹了基於智慧閘道器，在地質災害監測、農業智慧化管理領域的運用，及系統設計，從實際案例層面，全方位瞭解閘道器，在物聯網場景下的功能及使用。

■地質災害網路監測解決方案

地質災害網路監測解決方案，主要運用先進的感測器技術、資訊採集傳輸技術、電腦資訊系統整合技術，結合地理資訊系統，透過提供專業監測儀器的定制、數據採集、數據整合、實施到專業監測預警系統的產品等服務。

以滑坡網路監測系統為例，整體系統設計是以衛星導航高精度定位技術，與地下水、深部位移、降雨量等，多種感測監測技術相組合為核心，實現對滑坡體的隱憂狀態，進行無人值守的即時、動態的採集監測分析，並預警預報。

1）系統組成

圖示2：地質災害網路監測系統架構圖

地質災害網路監測系統，主要由專業監測設備，和專業監測預警平台組成，在設備感應層，感測器透過監測採集不同的監測數據，在數據傳輸層進行匯總傳輸，智慧閘道器負責將底層監測設備，採集到的數據同步傳輸到系統中，透過數據接口匯入專業監測數據庫，透過預警分析計算引擎及分析模型，將價值數據推向監測預警平台，透過手機及Web端進行瀏覽、查詢、管理、分析，對地質災害點進行預警，及警後處理。

圖示3：滑坡網路監測

2）監測內容

■農業智慧化管理

對於農作物來說，空氣的溫濕度、土壤的溫濕度、土壤的PH值、光照的強度，以及空氣二氧化碳等數據，都是影響農作物生長品質的重要因素。目前，越來越多的瓜果蔬菜、水產養殖、溫室花卉，都開始採取物聯網手段，進行智慧化管理，從而實現智慧農業的智慧化管理及生長。

1）系統組成

圖示4：智慧農業遠端監測架構圖

如上圖，當感測器將菜園的各個數據，進行精確採集之後，數據會進行上報，在上報傳輸的過程中，MCU 和智慧閘道器，成為底層數據與雲端服務的關鍵中間層級，以菜園數據上報的通訊協議為 ZigBee 為例，那麼 MCU 最好選擇一個帶有 ZigBee 模組的 MCU。

數據透過控制器，進行集合匯總及格式轉換之後，智慧閘道器負責數據的接收及上傳。 智慧閘道器的 Ethernet 和 GPRS 等遠端通信功能，將本地局域網採集的資訊，發送到遠端的伺服器或雲端，透過專家系統分析處理後分發的指令，透過智慧閘道器，發送到局域網內相應設備執行，伺服器或雲端同時做好數據的儲存，以及其他業務接口控制等。

2）監測內容

·將需要採集的數據透過光照感測器、空氣溫濕度感測器、二氧化碳感測器，以及土壤溫濕度感測器進行採集，準確獲取農作物生長環境中的各項數據；

·透過物聯網節點，將感測器採集到的各項數據，透過 ZigBee 協議，被物聯網智慧閘道器採集；

·除了感測器獲取各項環境數據，對於遠端控制設備，也需要透過節點傳輸到閘道器；

·物聯網智慧閘道器透過節點，採集到各項數據之後，透過 MQTT 傳輸協議上傳到雲端，進行數據分析及處理；

·雲端分析處理完數據之後，反饋到終端應用，包括手機端及 PC 端等，讓客戶即時獲取菜園農作物生長情況，及遠端管理；

·此外，數據到達終端之後，還可以提供即時監測功能、曲線圖功能，以及數據導出功能，讓客戶全方位的瞭解菜園的生長情況。

圖示5：智慧菜園手機端

■智慧閘道器：軟體定義硬體

智慧閘道器是一款，可以由軟體定義的，通用型工業物聯網閘道器，擁有豐富的工業驅動庫，可以覆蓋工業自動化、能源採集、光伏運維、智慧農業、智慧環測等眾多物聯網場景，用戶只需安裝不同的軟體，就可以實現不同場景的應用，此外還提供豐富的二次開發接口，用戶只需使用 Java Script 語言，就可以實現對硬體設備的二次開發。

工業閘道器具備以下特性：

1）豐富的硬體接口：擁有豐富的硬體接口，支持多種設備的連接，包括西門子、三菱、施耐德、台達、羅克韋爾等主流PLC，同時能連接逆變器、電表等設備；

2）快速完成配置：提供配置工具，操作人員只需連接設備，輸入IP地址，按步驟配置文件，即可快速完成配置；

3）二次開發更便捷：二次開發使用 JS 語言，程序員無需學習嵌入式驅動開發；

4）遠端維護與診斷：用戶透過Web遠端，即可完成對設備的OTA，包括故障診斷及修復升級等；

5）邊緣計算：實現數據到達閘道器這一層，就能完成聚合、優化、篩選等數據處理。

圖示6：智慧閘道器（Gateway）結構圖

智慧閘道器的硬體資源如下所示：

·處理器為TI公司AM3352 CortexA8微處理器，工作頻率600MHz；

·晶片內置256MDDR3的 SDRAM，256MB的用戶可編程 Flash；

·板載基於SPI接口的256Mbit的 可編程 Flash；

·板載64Kbit的基於I2C接口的eeprom；

· 2路 100M 自適應Ethernet；

· 4路 RS－485 或者 RS－232接口；

· 2路 USB Host 接口

· 1路 DB9調試串口

· 1路 miniPCle

· 1個功能按鍵

· 2G/4G/GPS/WiFi/ZigBee（可選）

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