IoT ในเกษตรอัจฉริยะ: เซนเซอร์ ตัวควบคุม และตัวอย่างการใช้งาน

IoT ในเกษตรอัจฉริยะคืออะไร?

IoT ในเกษตรอัจฉริยะหมายถึงการใช้เซ็นเซอร์ ตัวควบคุม และซอฟต์แวร์ที่เชื่อมต่อกัน หรืออินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง เพื่อวัดสภาวะในแปลง โรงเรือน หรือฟาร์มในอาคารแบบเรียลไทม์ และสั่งงานตามสภาวะเหล่านั้นโดยอัตโนมัติหรือจากระยะไกล ระบบทั่วไปติดตามความชื้นดิน สภาพอากาศ น้ำ และธาตุอาหาร แล้วสั่งเปิดปิดวาล์วน้ำ พัดลม ไฟ หรือปั๊มจ่ายสารแบบกำหนดปริมาณ ตามกฎที่กำหนดหรือการตัดสินใจของผู้ปลูก

เกษตรอัจฉริยะเป็นแนวคิดที่กว้างกว่าในการบริหารฟาร์มโดยอาศัยข้อมูลแทนกิจวัตรที่ตายตัว ส่วน IoT คือชั้นของฮาร์ดแวร์และเครือข่ายที่ทำให้แนวคิดนี้เกิดขึ้นได้ เกษตรอัจฉริยะที่ใช้ IoT ประยุกต์ใช้ได้กับทั้งแปลงกลางแจ้ง สวนผลไม้ โรงเรือน ฟาร์มตู้คอนเทนเนอร์ และโรงเรือนเลี้ยงสัตว์ แม้จะใช้เซ็นเซอร์และเครือข่ายต่างกัน คู่มือนี้อธิบายการสร้างระบบ IoT ทางการเกษตร เซ็นเซอร์ IoT ที่สำคัญที่สุดในภาคเกษตร วิธีที่อุปกรณ์สื่อสารกัน ตัวอย่างการใช้งานจริงด้านการให้น้ำและการปลูกพืชในสภาพแวดล้อมควบคุม ตลอดจนวิธีวางแผนนำระบบมาใช้ หากคุณต้องการเพียงอัปเกรดตัวตั้งเวลารดน้ำ ให้เริ่มจาก คู่มือตัวควบคุมระบบให้น้ำอัจฉริยะ ของเรา ส่วนบทความนี้ครอบคลุมระบบทั้งฟาร์ม

ระบบ IoT ทางการเกษตรทำงานอย่างไร?

ระบบ IoT ทางการเกษตร หรือระบบเกษตรอัจฉริยะ ทำงานเป็นชั้น: เซ็นเซอร์เก็บข้อมูล เครือข่ายส่งข้อมูล เกตเวย์หรือตัวควบคุมประมวลผล แพลตฟอร์มบนคลาวด์หรือภายในพื้นที่จัดเก็บและแสดงข้อมูล และอุปกรณ์ขับเคลื่อนทำงานตามคำสั่ง แต่ละชั้นอาจมาจากผู้จัดจำหน่ายต่างรายกัน โพรโทคอลแบบเปิดจึงมีความสำคัญ

1. การตรวจวัด เซ็นเซอร์ที่ใช้แบตเตอรี่หรือไฟฟ้าจากระบบสายส่งวัดตัวแปร เช่น ปริมาณน้ำในดิน อุณหภูมิอากาศและความชื้นสัมพัทธ์ CO2 แสง ค่าการนำไฟฟ้า (EC) และ pH
2. การเชื่อมต่อ ข้อมูลส่งผ่านฟิลด์บัสแบบมีสาย เช่น RS485/Modbus สัญญาณวิทยุระยะสั้น เช่น Wi-Fi, Zigbee หรือ Bluetooth สัญญาณวิทยุระยะไกล เช่น LoRaWAN หรือเครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ เช่น NB-IoT, LTE-M และ 4G
3. การควบคุมที่อุปกรณ์ปลายทาง เกตเวย์ PLC (ตัวควบคุมลอจิกแบบตั้งโปรแกรมได้) หรือคอมพิวเตอร์ควบคุมสภาพอากาศที่ติดตั้งในพื้นที่ ทำหน้าที่ดำเนินวงจรควบคุม ฟังก์ชันสำคัญ เช่น การปิดช่องระบายอากาศเมื่อเกิดพายุ ควรทำงานต่อได้หากการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตขาดหาย
4. แพลตฟอร์ม แดชบอร์ดบนคลาวด์หรือที่ติดตั้งภายในสถานที่บันทึกข้อมูล ส่งการแจ้งเตือนผ่านแอป SMS หรืออีเมล และให้ผู้จัดการปรับค่าที่ตั้งไว้จากระยะไกลได้
5. การสั่งให้อุปกรณ์ทำงาน รีเลย์และวงจรขับสั่งเปิดปิดปั๊ม โซลินอยด์วาล์ว พัดลม เครื่องทำความร้อน ม่าน ไฟ LED และอุปกรณ์จ่ายสารแบบกำหนดปริมาณ

คุณค่าเกิดจากการทำงานแบบวงจรปิด: ค่าที่อ่านได้จากเซ็นเซอร์กระตุ้นให้เกิดการทำงานที่กำหนดไว้ และมีการบันทึกผลเพื่อให้ผู้ปลูกปรับปรุงกฎการทำงานได้

มีการใช้เซ็นเซอร์ IoT ชนิดใดบ้างในภาคเกษตร?

เซ็นเซอร์เกษตรอัจฉริยะที่มีประโยชน์มากที่สุดคือเซ็นเซอร์ที่เชื่อมโยงโดยตรงกับการตัดสินใจในแต่ละวัน เช่น ควรให้น้ำ ระบายอากาศ หรือเปลี่ยนสารละลายธาตุอาหารเมื่อใด ตารางนี้แสดงเซ็นเซอร์ที่ใช้ทั่วไปในเกษตรอัจฉริยะและการตัดสินใจที่อาศัยข้อมูลจากเซ็นเซอร์เหล่านั้น

ควรวางแผนการใช้เซ็นเซอร์ดินโดยเฉพาะ เนื่องจากตำแหน่งติดตั้ง ความลึก และการสอบเทียบเป็นตัวกำหนดว่าข้อมูลจะเชื่อถือได้หรือไม่ คู่มือ เซ็นเซอร์ความชื้นดินสำหรับระบบให้น้ำ ของเราอธิบายเรื่องนี้ไว้อย่างละเอียด

อุปกรณ์ IoT ในฟาร์มสื่อสารกันอย่างไร?

อุปกรณ์ IoT ในฟาร์มสื่อสารผ่านเครือข่ายที่เหมาะกับระยะทาง ปริมาณข้อมูล และแหล่งจ่ายไฟ การใช้งานระยะไกลและใช้แบตเตอรี่เหมาะกับเครือข่ายบริเวณกว้างที่ใช้พลังงานต่ำ ส่วนโรงเรือนและฟาร์มในอาคารที่มีไฟฟ้าจากระบบสายส่งมักเหมาะกับบัสแบบมีสายหรือ Wi-Fi

• LoRaWAN: ใช้พลังงานต่ำและสื่อสารได้ระยะไกล โดยมักครอบคลุมหลายกิโลเมตรในพื้นที่ชนบทเปิดโล่ง และแบตเตอรี่เซ็นเซอร์ใช้งานได้นานหลายปี อัตราการส่งข้อมูลต่ำ ซึ่งเพียงพอสำหรับการส่งค่าที่วัดทุก 5–15 นาที คุณสามารถติดตั้งเกตเวย์ของตนเองหรือใช้เครือข่ายสาธารณะในพื้นที่ที่มีบริการ
• NB-IoT และ LTE-M: เครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ที่ใช้พลังงานต่ำ ไม่ต้องมีเกตเวย์ส่วนตัว แต่ขึ้นอยู่กับพื้นที่ครอบคลุมของผู้ให้บริการและต้องสมัครแพ็กเกจ SIM สำหรับอุปกรณ์แต่ละเครื่อง
• เราเตอร์เครือข่ายโทรศัพท์เคลื่อนที่ 4G/5G: สำหรับเกตเวย์ กล้อง และตัวควบคุมที่ส่งข้อมูลปริมาณมากกว่า
• Wi-Fi, Zigbee และ Bluetooth: สื่อสารระยะสั้น เหมาะกับห้องปลูกพืช ฟาร์มตู้คอนเทนเนอร์ และพื้นที่บรรจุผลผลิต
• RS485/Modbus และ Ethernet: เชื่อมต่อแบบมีสายและทำงานได้อย่างมั่นคง เป็นมาตรฐานที่ใช้ภายในโรงเรือน เครื่องให้ปุ๋ยทางระบบน้ำ และโรงงานผลิตพืชที่มีอุปกรณ์จำนวนมากอยู่ใกล้กัน

สอบถามผู้ให้บริการโซลูชัน IoT สำหรับฟาร์มทุกรายว่า ฮาร์ดแวร์รองรับโพรโทคอลใดบ้างและคุณสามารถส่งออกข้อมูลดิบได้หรือไม่ การถูกผูกติดกับแอประบบปิดเพียงแอปเดียวเป็นสิ่งที่ผู้ใช้มักเสียใจภายหลัง

การใช้งาน IoT หลัก ๆ ในการทำฟาร์มมีอะไรบ้าง?

โซลูชันเกษตรอัจฉริยะที่คืนทุนเร็วที่สุดมักช่วยประหยัดน้ำ ปุ๋ย แรงงาน หรือลดการสูญเสียผลผลิต ในกิจการที่มีอุปกรณ์พร้อมทำงานตามข้อมูลอยู่แล้ว ต่อไปนี้คือรูปแบบการใช้งานที่เราพบบ่อยที่สุด

การให้น้ำและการให้ปุ๋ยทางระบบน้ำ

ข้อมูลความชื้นดิน สภาพอากาศ และอัตราการไหลใช้กำหนดเวลาให้น้ำตามความต้องการจริง ขณะที่เซ็นเซอร์ EC และ pH ควบคุมการฉีดปุ๋ย ระบบแจ้งเตือนอัตราการไหลและแรงดันช่วยตรวจพบท่อแตกและไส้กรองอุดตันได้ตั้งแต่เนิ่น ๆ ระบบให้น้ำดิจิทัล IoT ของเรารวมวาล์ว เซ็นเซอร์ และการควบคุมระยะไกลไว้ด้วยกัน สำหรับการเลือกขนาดหัวฉีด ดู วิธีกำหนดขนาดระบบให้ปุ๋ยทางระบบน้ำ

การควบคุมสภาพอากาศในโรงเรือน

เซ็นเซอร์อุณหภูมิ ความชื้น CO2 และรังสีใช้สั่งงานช่องระบายอากาศบนหลังคา ช่องระบายอากาศด้านข้าง ม่าน พัดลม และระบบทำความร้อน การแจ้งเตือนจากระยะไกลเมื่ออุณหภูมิสูงหรือไฟฟ้าดับสามารถช่วยป้องกันความเสียหายต่อพืชในช่วงข้ามคืนได้

ฟาร์มตู้คอนเทนเนอร์และโรงงานผลิตพืช

ฟาร์มระบบปิดสนิทพึ่งพาระบบเกษตรอัตโนมัติ โดยควบคุมและบันทึกทั้งช่วงเวลาให้แสง LED ระบบ HVAC และการลดความชื้น การจ่ายสารละลายธาตุอาหาร และระดับน้ำ ผู้ปลูกสามารถจัดการหลายพื้นที่ได้จากแดชบอร์ดเดียว ดูข้อมูลด้านสภาพอากาศได้ที่ ระบบ HVAC และการลดความชื้นในฟาร์มในอาคาร

การเฝ้าระวังศัตรูพืช

โคมไฟเฝ้าระวังแมลงพลังงานแสงอาทิตย์จะนับและถ่ายภาพแมลงที่ติดกับดัก แล้วอัปโหลดภาพ เพื่อแจ้งเตือนล่วงหน้าเมื่อมีแมลงศัตรูพืชบินเข้ามาในสวนผลไม้และแปลงเพาะปลูกขนาดใหญ่ คู่มือโคมไฟดักแมลงพลังงานแสงอาทิตย์ของเราอธิบายเรื่องพื้นที่ครอบคลุมและตำแหน่งติดตั้ง

น้ำ การเก็บรักษา และปศุสัตว์

เซ็นเซอร์วัดระดับน้ำในถัง เครื่องบันทึกอุณหภูมิห้องเย็น และระบบผลิตอาหารสัตว์ไฮโดรโปนิกส์อัตโนมัติ เป็นอุปกรณ์ IoT สำหรับการเกษตรที่เรียบง่ายและให้ความคุ้มค่าสูง ช่วยลดการเดินทางไปตรวจพื้นที่ในแต่ละวัน

เกษตรอัจฉริยะกับเกษตรแม่นยำต่างกันอย่างไร?

เกษตรแม่นยำจัดการความแปรปรวนภายในแปลง โดยให้น้ำ หว่านเมล็ด หรือใส่ปุ๋ยในอัตราที่ต่างกันตามแต่ละโซน ซึ่งมักใช้ GPS แผนที่ผลผลิต และภาพถ่ายดาวเทียมหรือโดรนเป็นข้อมูลนำทาง ส่วนเกษตรอัจฉริยะมีขอบเขตกว้างกว่า ครอบคลุมทั้งเกษตรแม่นยำ ระบบควบคุมที่เชื่อมต่อกัน ระบบอัตโนมัติ การติดตามระยะไกล และซอฟต์แวร์จัดการฟาร์ม

ในโรงเรือนและฟาร์มในอาคาร ความแม่นยำมีรูปแบบต่างออกไป โดย "โซน" หมายถึงโต๊ะปลูก ห้อง หรือแต่ละระดับของชั้นปลูก และความแม่นยำหมายถึงการรักษาค่าสภาพอากาศและสารละลายธาตุอาหารแต่ละค่าให้ใกล้เคียงค่าที่ตั้งไว้อย่างเคร่งครัด หลักการใช้ข้อมูลยังคงเหมือนกัน และปัจจุบันแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ฟาร์มจำนวนมากครอบคลุมทั้งการปลูกกลางแจ้งและการปลูกภายใต้สิ่งป้องกัน

จะนำ IoT มาใช้ในฟาร์มได้อย่างไร?

การนำ IoT มาใช้ได้ผลดีที่สุดเมื่อดำเนินโครงการเป็นระยะ เริ่มจากปัญหาที่ชัดเจนหนึ่งเรื่อง แล้วจึงขยายเมื่อพิสูจน์ได้ว่าข้อมูลมีประโยชน์ ลำดับขั้นตอนทั่วไปมีดังนี้

1. กำหนดเงื่อนไขการตัดสินใจ เช่น "ให้น้ำแต่ละโซนเฉพาะเมื่อความชื้นวัสดุปลูกลดลงต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้" หรือ "แจ้งเตือนหากอุณหภูมิในฟาร์มตู้คอนเทนเนอร์เกิน 28°C (82°F)"
2. ตรวจสอบอุปกรณ์ที่มีอยู่ จัดทำรายการปั๊ม วาล์ว พัดลม และชุดควบคุม พร้อมแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ และระบุว่ารองรับการควบคุมผ่านรีเลย์ สัญญาณ 0–10 V หรือ Modbus หรือไม่
3. เลือกเซ็นเซอร์และตำแหน่งติดตั้ง ติดตั้งเซ็นเซอร์ให้เพียงพอที่จะสะท้อนสภาพของแต่ละโซน โดยอยู่ห่างจากเครื่องทำความร้อน ประตู และบริเวณที่ละอองน้ำฉีดถึงโดยตรง
4. เลือกเครือข่าย เลือกการเชื่อมต่อ LoRaWAN เครือข่ายมือถือ Wi-Fi หรือแบบใช้สายให้เหมาะกับระยะทางและแหล่งจ่ายไฟที่มี พร้อมตรวจสอบความครอบคลุมของสัญญาณในพื้นที่
5. คงการควบคุมไว้ที่หน้างาน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าวงรอบควบคุมที่สำคัญทำงานบนชุดควบคุมในพื้นที่ และมีค่าเริ่มต้นที่ปลอดภัยเมื่อการสื่อสารขัดข้อง
6. สอบเทียบและตรวจสอบความถูกต้อง สอบเทียบเซ็นเซอร์ EC, pH และความชื้นเมื่อติดตั้ง จากนั้นสอบเทียบตามกำหนด และเปรียบเทียบค่าที่อ่านได้กับเครื่องวัดแบบพกพา
7. ตั้งค่าการแจ้งเตือนและกำหนดหน้าที่ กำหนดว่าใครจะได้รับการแจ้งเตือนประเภทใด และต้องดำเนินการอย่างไร
8. ทบทวนและขยายระบบ หลังจบฤดูเพาะปลูก ให้เปรียบเทียบการใช้น้ำ ปุ๋ย พลังงาน และแรงงานกับบันทึกเดิม แล้วขยายไปยังโซนถัดไป

จะติดตามข้อมูลและค่าใช้จ่ายของฟาร์มได้อย่างไร?

ข้อมูลฟาร์มจะมีคุณค่าเมื่อเชื่อมบันทึกจากเซ็นเซอร์เข้ากับบันทึกทางธุรกิจ เช่น ปัจจัยการผลิต แรงงาน การเก็บเกี่ยว และยอดขาย ผู้ปลูกจำนวนมากเริ่มจากติดตามค่าใช้จ่ายฟาร์มในสเปรดชีตหรือแอปติดตามค่าใช้จ่ายฟาร์ม จากนั้นจึงเปลี่ยนไปใช้ซอฟต์แวร์จัดการฟาร์มหรือจัดการสินค้าคงคลังของฟาร์ม ซึ่งบันทึกสต็อกปุ๋ย ล็อตเมล็ดพันธุ์ รุ่นการเก็บเกี่ยว และต้นทุนแยกตามพืช

เมื่อเลือกซอฟต์แวร์หรือผู้จำหน่ายเทคโนโลยี ให้ตรวจสอบว่ารองรับการนำเข้าข้อมูลจากชุดควบคุมของคุณ ส่งออกข้อมูลเป็นรูปแบบที่ใช้ทั่วไป และจัดสรรต้นทุนแยกตามโซนหรือพืชได้หรือไม่ นอกจากนี้ ควรตั้งงบประมาณสำหรับค่าใช้จ่ายต่อเนื่องที่มักถูกมองข้าม ได้แก่ ค่า SIM หรือเครือข่าย ค่าสมัครบริการคลาวด์ ค่าเปลี่ยนแบตเตอรี่ ค่าสอบเทียบเซ็นเซอร์ใหม่ และหัววัดสำรอง ตัวอย่างเช่น หัววัด EC และ pH เป็นวัสดุสิ้นเปลืองที่โดยทั่วไปต้องเปลี่ยนทุกหนึ่งถึงสองปี ขึ้นอยู่กับการใช้งาน

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยในการใช้ IoT ในฟาร์ม ได้แก่ ติดตั้งเซ็นเซอร์น้อยเกินไปจนไม่สะท้อนสภาพของพืช ละเลยการสอบเทียบ พึ่งพาการควบคุมผ่านคลาวด์เพียงอย่างเดียว และเก็บข้อมูลโดยไม่มีใครตรวจทบทวน ความปลอดภัยของระบบก็สำคัญเช่นกัน ควรเปลี่ยนรหัสผ่านเริ่มต้น อัปเดตเฟิร์มแวร์อยู่เสมอ และแยกเครือข่ายควบคุมฟาร์มออกจาก Wi-Fi สำหรับผู้มาเยือน

ขั้นตอนถัดไป

IoT ในเกษตรอัจฉริยะให้ประโยชน์สูงสุดเมื่อผสานเข้ากับอุปกรณ์ตั้งแต่ต้น ไม่ว่าจะเป็นเครื่องให้ปุ๋ยทางระบบน้ำ โรงเรือน ฟาร์มตู้คอนเทนเนอร์ หรือโคมไฟดักแมลงที่รองรับโพรโทคอลแบบเปิดอยู่แล้วและใช้แดชบอร์ดร่วมกัน Mars Vertical Farm จำหน่ายชุดหัวระบบให้น้ำที่พร้อมใช้งานกับ IoT โรงงานผลิตพืช เช่น โรงงานผลิตพืชในตู้คอนเทนเนอร์แบบอัตโนมัติที่ควบคุมด้วยเซ็นเซอร์ IoTของเรา และโคมไฟเฝ้าระวังศัตรูพืชพลังงานแสงอาทิตย์ ส่งตรงจากโรงงาน พร้อมปรับการจัดชุดเซ็นเซอร์และระบบควบคุมตามความต้องการ แจ้งชนิดพืช พื้นที่ติดตั้ง และงานที่ต้องการให้ทำงานอัตโนมัติ แล้ววิศวกรของเราจะแนะนำระบบที่เหมาะกับการใช้งานจริง