Реалізація моніторингу ґрунтових датчиків через мобільний додаток

Реалізація моніторингу почвених датчиків через мобільний додаток

Почвений датчик — звичайно Modbus RTU або SDI-12 на проводовому інтерфейсі, або LoRaWAN/NB-IoT для безпроводового. Популярні моделі: Sentek Drill & Drop (SDI-12), Vegetronix VH400 (аналоговий 0-3В), TEROS 12 (SDI-12), Decagon 5TM — всі з різними форматами виводу даних. Мобільний додаток отримує ці дані через IoT-шлюз або LoRaWAN Network Server — ніколи напрямку.

Що вимірює датчик та як інтерпретувати

Три основні параметри ґрунту:

VWC (Volumetric Water Content) — об'ємна вологість у відсотках. Значення 0-100%, на практиці для більшості ґрунтів робочий діапазон 10-40%. Датчик вимірює діелектричну проникність ґрунту, перерахунок у VWC — за формулою Топпа або за калібрувальними даними виробника для конкретного типу ґрунту.

EC (Electrical Conductivity) — електропровідність, мСм/см. Показує засоленість та концентрацію поживних речовин. Норма для більшості культур: 0,5-2,0 мСм/см. Вище 4 мСм/см — стрес для рослин.

Температура ґрунту — важлива для проростання насіння (більшість культур не проростають нижче 8-10°C) та активності мікроорганізмів.

Додаток повинен показувати не лише сирі значення, але й агрономічну інтерпретацію. «Вологість 19% при ПВ=45% для супіську» — це суходіл. Без контексту типу ґрунту та повної вологоємності (ПВ) число бессмисленне.

Отримання даних: LoRaWAN через ChirpStack

ChirpStack — open-source LoRaWAN Network та Application Server. REST API та gRPC інтерфейс:

// Kotlin, Retrofit для ChirpStack API
interface ChirpStackApi {
    @GET("api/devices/{devEui}/events")
    suspend fun getDeviceEvents(
        @Header("Grpc-Metadata-Authorization") token: String,
        @Path("devEui") devEui: String,
        @Query("limit") limit: Int = 100,
    ): DeviceEventsResponse
}

data class DeviceEvent(
    val publishedAt: String,
    val data: String,  // Base64-encoded payload
    val rxInfo: List<RxInfo>,
)

fun decodePayload(base64Data: String): SoilReading {
    val bytes = Base64.decode(base64Data, Base64.DEFAULT)
    // Декодування залежить від кодування виробника датчика
    // TEROS 12 Cayenne LPP формат:
    val vwc = ((bytes[1].toInt() and 0xFF) shl 8 or (bytes[2].toInt() and 0xFF)) / 100.0
    val temp = ((bytes[4].toInt() and 0xFF) shl 8 or (bytes[5].toInt() and 0xFF)) / 100.0 - 40
    val ec = ((bytes[7].toInt() and 0xFF) shl 8 or (bytes[8].toInt() and 0xFF)) / 100.0
    return SoilReading(vwc = vwc, temperature = temp, electricalConductivity = ec)
}

Для реального часу через MQTT — ChirpStack публікує події в топіки вида application/{appId}/device/{devEui}/event/up.

Дашборд: кілька датчиків на полі

Стандартна конфігурація — 3-5 датчиків на горизонти глибини (10, 30, 60, 90 см) в одній точці вимірювання. Дашборд показує профіль вологості за глибиною — вертикальний бар-чарт ефективніше звичайного списку:

Widget buildMoistureProfile(List<SoilLayerReading> layers) {
  return Padding(
    padding: const EdgeInsets.all(16),
    child: Row(
      children: [
        // Вісь глибини
        Column(
          mainAxisAlignment: MainAxisAlignment.spaceBetween,
          children: layers.map((l) => Text('${l.depthCm} см')).toList(),
        ),
        const SizedBox(width: 8),
        Expanded(
          child: Column(
            children: layers.map((layer) {
              final isLow = layer.vwc < layer.fieldCapacity * 0.5;
              return Container(
                margin: const EdgeInsets.symmetric(vertical: 2),
                height: 32,
                child: LinearProgressIndicator(
                  value: layer.vwc / 60.0,  // нормуємо до 60% макс
                  backgroundColor: Colors.grey.shade200,
                  color: isLow ? Colors.orange : Colors.blue,
                ),
              );
            }).toList(),
          ),
        ),
      ],
    ),
  );
}

Тренди та поріг поливу

Головна аналітична функція — показати момент, коли вологість опустилася до порога поливу (irrigation threshold), та коли повернулася до цільового рівня після поливу. Це допомагає агроному підтвердити, що система зрошення відпрацювала коректно.

График з fl_chart з горизонтальною лінією порога:

LineChartData buildTrendChart(List<SoilReading> readings, double threshold) {
  return LineChartData(
    extraLinesData: ExtraLinesData(
      horizontalLines: [
        HorizontalLine(
          y: threshold,
          color: Colors.orange,
          strokeWidth: 1.5,
          dashArray: [5, 5],
          label: HorizontalLineLabel(
            show: true,
            labelResolver: (_) => 'Поріг поливу',
          ),
        ),
      ],
    ),
    lineBarsData: [
      LineChartBarData(
        spots: readings
            .map((r) => FlSpot(r.timestamp.toDouble(), r.vwc))
            .toList(),
        isCurved: true,
        color: Colors.blue,
        dotData: const FlDotData(show: false),
      ),
    ],
  );
}

Алерти

Два типи алертів для почвених датчиків: за порогом вологості (нижче X% — потрібен полив) та за EC (вище Y мСм/см — ризик засолення). Доставка через FCM. Важливо: алерт за вологістю потрібно фільтрувати за часом доби та днями — якщо щойно пройшов дощ, алерт «потрібен полив» надлишковий. Backend повинен враховувати дані метеостанції або прогнозу погоди.

Розробка додатка моніторингу почвених датчиків з LoRaWAN-інтеграцією, профілями вологості та алертами: 3-5 тижнів. Вартість розраховується індивідуально.