设计高效智能的灌溉系统：关键的功能和成功策略

您是否知道，全球的灌溉用水已经达到了惊人的 70%？可悲的是，大部分水资源浪费也发生在灌溉领域，约 60% 的灌溉用水因蒸发、土地径流和使用方法低效而被浪费。随着全球人口的不断增长和淡水资源的日益减少，我们需要立即采取行动，在全球范围内改善水资源的收集、使用和储存方式。这凸显了以更智能、更高效的方式管理资源的迫切性，在物联网 (IoT) 推动的新兴产业中尤其如此。今天，我们将深入探讨智能灌溉领域，以及智能灌溉如何在缓解全球日益严重的水资源压力方面发挥重要作用。

图 1：喷灌系统。（图片来源：Radiocrafts）

因此，在这篇博文中，我们将探讨深度影响智能灌溉市场的主要因素，找出需要应对的具体挑战，并介绍一种前景光明的智能灌溉解决方案——Radiocrafts 工业 IP 网状网解决方案 (RIIM)。

智能灌溉市场的驱动力是什么？

对环保型系统和可持续资源管理的需求已成为智能灌溉市场的驱动力。人们越来越需要开发高效、环保的基础设施，以最大限度地减少生态影响。此外，越来越多地要求以高性价比方式来实现这些目标，从而使此类基础设施的开发更加方便可行。

灌溉智能灌溉系统功能强大，可在以前荒凉的地方（包括沙漠地区）发展灌溉系统和耕种粮食。这似乎有悖常理，但有了智能灌溉，我们就能彻底改变对沙漠的看法——沙漠不再是贫瘠的荒废之地，而是能够生产粮食的沃土。这项技术有可能将干旱的土地变成农作物葱郁茂盛的大粮仓，让我们能够满足全球人口日益增长的粮食需求。此外，智能灌溉在非洲撒哈拉地区等贫困地区尤为重要，当地的粮食生产可以在养活人口和改善粮食安全方面发挥至关重要的作用。

图 2：沙漠环境中的先进农业。（图片来源：Radiocrafts）

尽管如此，智能灌溉市场仍面临一定的制约，如取水、耕地可用性以及有效管理灌溉系统所需的充足劳动力等。

期待智能灌溉解决哪些具体问题？

就建立高效的智能灌溉系统而言，需要解决无线通信方面的几个难题。其中的一些关键要求包括：

• 连接可靠：确保数据包丢失率低，并实现数据包接收率高达 99.99%，以确保通信稳健、可靠。
• 低延迟：对于无法接受延迟的实时应用，实现 10 毫秒左右的低延迟，同时也考虑到可容忍稍长延迟的应用，如过程监控和维护监督等缓慢移动的过程。
• 足够大的覆盖范围：在大型半开放式农村环境中实现广泛的覆盖范围，以确保整个灌溉系统的无缝连接。
• 双向通信：实现双向通信，不仅能从传感器收集数据，还能控制阀门等设备，从而进行远程操作和控制灌溉系统。
• 实施简单：确保易于实施，尤其是在沙漠等恶劣环境中，需要系统承受极端的环境条件。
• 可靠性高：确保电池能够长时间续航，可靠运行，从而减少在偏远地区更换电池的次数。
• 安装简单：无需另行布线，即可在各种不同地点安装系统。
• 空中下载 (OTA) 更新： 支持对固件进行 OTA 更新，实现无接触式更新，尤其是在难以到达的偏远地区。

对于开发强大高效的智能灌溉系统来说，解决这些无线通信难题至关重要，以确保灌溉系统可在各种环境中可靠运行，并能有效优化用水，满足农业需求。

图 3.监控传感器数据。（图片来源：Radiocrafts）

搞笑的智能灌溉系统解决方案：Radiocrafts 长距离网状解决方案

Radiocrafts 的 RIIM（Radiocrafts 工业级 IP 网状网解决方案是一个完全嵌入式工业物联网网状模块，包含完整无线网络的所有基本组件，且无需任何许可费或订阅费用。购买 RIIM 模块后，您就能部署一个即用型智能灌溉系统解决方案。此外，RIIM 的网状网络架构能实现灌溉系统的自我形成、自我修复和自我优化，从而大大简化其安装和实施。

（图片来源：Radiocrafts）

Radiocrafts 的 RIIM 可在半开放的农村环境中实现约 80 x 80 平方公里的惊人覆盖范围。此项技术可支持设备间长达 1400 米的距离，并可通过在设备间中继数据多达 28 次（28 次网状跳转）的方式在整个网络中传播数据。RIIM 的单个边界路由器（网关）还可容纳多达 1000 个节点，这有助于减少大规模部署所需的网关数量，从而降低安装成本。此外，需要覆盖更大的区域时， 可轻松地添加另一个边界路由器。

RIIM 的独特功能之一是其 ICI（智能 C 可编程 I/O）框架，该框架可确保模块的性能符合每个客户的具体要求。ICI 应用始终在模块上运行，可对无线电网络、硬件接口和这些接口的读/写操作进行配置。这意味着你可以直接连接各种传感器和执行器，如土壤湿度传感器、水阀控制器、紫外线传感器、雨量/冰冻传感器、风传感器等，而无需外部电路。

此外，RIIM 还支持薄雾计算，从而降低带宽要求，并能对本地事件做出快速反应。这样就能在边缘进行高效的数据处理和决策，从而最大限度地减少向云端传输数据的需要，并根据本地传感器数据采取实时行动。RIIM 具有 ICI 框架和薄雾计算功能，成为智能灌溉系统的强大而灵活的解决方案以已实现可靠、经济、高效的性能。

图 4.Radiocrafts 的 ICI 框架。（图片来源：Radiocrafts）

支持双向对称通信是 RIIM 的一个关键优势，这对于智能灌溉系统中的阀门控制至关重要。不同于许多专注于单向传感器数据通信的其他物联网连接解决方案，RIIM 采用了能够同时处理上行和下行链路通信的设计。这意味着 RIIM 不仅能收集传感器读数，还能有效控制阀门等需要下行链路通信的设备。这使得 RIIM 成为一个完全对称的解决方案，实现双向无缝通信。

这对智能灌溉系统尤为重要，因为阀门控制在管理水流和优化灌溉计划方面发挥着关键作用。许多常见的 LPWAN（低功耗广域网）技术都很难实现可扩展下行链路通信，但 RIIM 是专门为有效满足这一要求而设计的。因此，许多其他 LPWAN 解决方案需要 1 分钟或更长时间才能打开和关闭一个阀门，而 RIIM 只需几秒钟即可实现。有了 RIIM，你就可以放心地管理传感器数据采集和设备控制，使其成为全面、可靠的智能灌溉应用解决方案。

图 5.阀门控制。（图片来源：Radiocrafts）

此外，全对称通信方式使 RIIM 实现了空中下载更新 (OTA)。这意味着，即使网络已部署完毕并全面运行，您也可以更新用户定义的 ICI 固件，从而根据需要无缝集成新的传感器或控制器。这一点在智能灌溉系统中尤为重要，因为许多地点可能难以进入，并且长时间处于运行状态。OTA 固件更新可确保系统始终保持最新状态，且不会中断系统的运行，为添加新功能或提升性能提供了一种便捷高效的途径。

由于支持时间同步跳频 (TSCH)，RIIM 还以其卓越的可靠性而著称。TSCH 是一种网状网络技术，旨在最大限度地减少数据包碰撞并提高网络的整体可靠性。事实上，已经证实基于 TSCH 的网络可达到高达 99.99% 的可靠性水平，这使 RIIM 成为智能灌溉应用的强大、可靠的解决方案。

此外，RIIM 还将安全放在首位。此项技术使用预共享密钥进行加密，并支持 DTLS 端到端安全，以确保智能灌溉系统免受潜在黑客的攻击。有了 RIIM，你就可以相信系统数据是安全的，灌溉过程是有保障的。这样，您就可完全相信智能灌溉系统的完整性，做到高枕无忧。

图 6.风传感器。（图片来源：Radiocrafts）

RIIM 专为低功耗运行而设计，因此非常适合电池供电型长寿命项目。例如，RIIM 只需 2 节 AA 电池即可实现电池续航时间长达 7 年。如何做到？通过集成各种功能来最大限度地降低功耗，其中包括：

• 低功耗电子器件：RIIM 采用高能效电子器件，确保从一开始就将整体功耗降至最低。
• 网络叶子节点的“休眠”模式：RIIM 允许网络叶子节点进入低功耗“休眠”模式，将电流消耗降至最低 4.7 uA，这有助于延长电池续航时间。
• 可配置输出功率：模块的输出功率可以调节，以防在传输运行期间出现不必要的功耗，并确保按需供电。
• 时间同步信道跳频 (TSCH)：RIIM 采用 TSCH 技术，允许网状网路由器在输入或输出射频数据包没有时隙时进入休眠状态，从而进一步节约电能。
• 利用 ICI 进行数据处理：RIIM 支持通过用户定义的 ICI 固件进行数据处理，这可以显著降低功耗。这使得云计算成为可能，只有相关数据（如超过阈值触发的警报）才会被发送到云端，从而最大限度地减少不必要的数据传输并节省电能。

对于需要长期低功耗运行而无需频繁更换电池的项目来说，RIIM 的电池续航能力令人印象深刻。

获得什么启示？

随着全球人口以前所未有的速度持续增长，我们有限的资源，尤其是自然水资源，正变得越来越稀缺。这一紧迫的现实有力地表明，我们迫切需要尽可能高效地利用有限的资源。物联网 (IoT) 尽管是一个相对较新的概念，但已在实现这一目标方面取得了显著进展。在智能灌溉领域，物联网产业为实现最高效率和环保发挥着重大作用。构建一个高效的智能灌溉系统需要满足各种要求，如长距离射频模块、大范围覆盖、双向通信和低功耗等。Radiocrafts 工业级 IP 网状解决方案能够满足所有这些要求，是智能灌溉的理想解决方案。通过利用物联网的力量，我们可以在可持续和节约用水方面取得重大进展，为实现更加环保和高效的未来做出贡献。