doi: 10.24411/0044-3913-2020-10702

УДК 631.58:551:5

С. Ю. БЛОХИНА, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник (e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Ю. И. БЛОХИН, научный сотрудник (e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Агрофизический научноисследовательский институт, Гражданский просп., 14, СанктПетербург, 195220, Российская Федерация

В статье представлен обзор современного состояния и рассмотрены перспективные направления применения технологий Интернета вещей (IoT) в земледелии. Разработана научно-техническая структура IoT для информационного обеспечения умного земледелия, включающая три основных уровня: устройств, сетевого взаимодействия и конкретного применения. Предложенная структура IoT обеспечивает интеллектуальный, автоматизированный сбор, обработку и комплексирование разнородных данных, поступающих с датчиков и различных систем, и обеспечивает высокий уровень интерпретации и масштабируемости процесса оценки агрофизических свойств почвы сельскохозяйственных земель. Разработана информационно-измерительная система с применением беспроводной сенсорной сети (БСС) для мониторинга пространственной неоднородности основных характеристик почвы в режиме реального времени. Передача данных в сети между сенсорными узлами и координатором осуществляется по протоколу ZigBee, а отправка данных на интернетсервер – с использованием 4G модема. Размещенные в оптимальных местах под поверхностью земли автономные датчики автоматически измеряют и передают данные для дальнейшей обработки и использования при решении задач прогнозирования или управления. Для мониторинга основных характеристик почвы и детализации их пространственно-временного распределения разработан прототип сенсорного узла БСС, включающий пятиканальный емкостной скважинный влагомер для оперативного мониторинга влажности и температуры почвы с глубины 10, 20, 30, 50 и 100 см от поверхности на сельскохозяйственном поле в режиме реального времени. Каждый сенсорный узел оснащен блоком электроники с аккумулятором, системой управления питанием, стабилизации напряжения и контроля разряда батареи. После выхода из режима ожидания головная плата управления узла подает с использованием реле питание на влагомер и актуатор, проводит поочередный опрос микроконтроллеров влагомера, преобразует полученные данные в значения влажности и температуры, и осуществляет передачу данных с использованием внешней выдвижной антенны.

Ключевые слова: умное земледелие, Интернет вещей, информационные системы управления, беспроводные сенсорные сети, информационно-измерительные системы, сенсорный узел, скважинный влагомер.

Для цитирования: Блохина С. Ю., Блохин Ю. И. Интеллектуальное земледелие на основе Интернета вещей // Земледелие. 2020. № 7. С. 7–13. doi: 10.24411/0044-3913-2020-10702.

A smart farming concept based on the Internet of things

S. Yu. Blokhina, Yu. I. Blokhin

Agrophysical Research Institute, Grazhdanskiy prosp., 14, Sankt-Peterburg, 195220, Russian Federation

Abstract. The article contributes an overview of the current state and perspectives of the Internet of Things (IoT) technology implementation in farming. The scientific and technical structure of the IoT has been developed for information support of smart agriculture, which includes three main levels: devices, network and application. Each level of the structure is discussed in detail in terms of interoperability, accessibility, usability. The developed IoT structure provides intelligent, automated collection, processing and integration of heterogeneous data from sensors and various systems, and provides a high level of interpretation and scalability of the assessment of the agrophysical properties of agricultural lands. The information-measuring systems, including wireless sensor networks (WSN) has been developed to monitor the spatial heterogeneity of the main soil characteristics in real-time. When the data are transferred between the sensor nodes and the coordinator in the network it typically uses the ZigBee protocol, and when the data are transferred to the Internet server it uses a 4G modem. Located in the most optimal positions below the earth’s surface, autonomous sensors automatically measure and transmit data for further processing and applying in forecasting or management tasks. To monitor the main characteristics of soils and detailing their spatial and temporal distribution, the authors have developed a prototype WSN sensor unit, including a five-channel capacitive borehole moisture meter for real-time monitoring of soil moisture and temperature in an agricultural field. A detailed description of the sensor node structure providing sequential measurement and data transmission using an external retractable antenna is presented.

Keywords: smart farming; Internet of things; management information system; underground wireless sensor network; information-measuring systems; sensor node; borehole moisture meter.

Author Details: S. Yu. Blokhina, Cand Sc. (Biol.), senior research fellow (e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.); Yu. I. Blokhin, research fellow (e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.).

For citation: Blokhina SYu, Blokhin YuI [A smart farming concept based on the Internet of things]. Zemledelie. 2020. (7):7-13. Russian. doi: 10.24411/0044-3913-2020-10702.