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天然橡膠與鋼鐵、煤炭和石油并稱為四大工業(yè)原料，目前被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、軍事和民用等各個領(lǐng)域，是國防、航空及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要原料。中國是全球最大的天然橡膠進(jìn)口國和消費國，據(jù)中國橡膠工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示，我國有85%以上的天然橡膠依賴進(jìn)口，且該比例呈現(xiàn)逐年攀升的態(tài)勢。
傳統(tǒng)橡膠采集（即割膠生產(chǎn)）高度依賴人工。當(dāng)前，全球天然橡膠產(chǎn)業(yè)遇到的最大發(fā)展瓶頸是割膠工嚴(yán)重短缺。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球膠工缺失過半，極大制約了橡膠行業(yè)的發(fā)展。
割膠工作晝伏夜出，勞動強度高，工作環(huán)境惡劣，工人從事割膠工作的意愿下降。隨著社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，膠工流失日趨嚴(yán)重，膠工隊伍面臨著后繼無人的困境。受新冠肺炎疫情影響，一些產(chǎn)膠大國由于國外勞動力無法流動，大量膠樹無人割膠，也影響了近年來的橡膠產(chǎn)量。
因此，實現(xiàn)天然橡膠生產(chǎn)自動化，用機(jī)器割膠替代人工割膠，已經(jīng)成為促進(jìn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，相關(guān)智慧膠園解決方案也成為技術(shù)剛需。Semtech合作伙伴杭州海聯(lián)物聯(lián)科技有限公司（以下簡稱“海聯(lián)物聯(lián)”）為農(nóng)業(yè)自動化、消防安全、智慧工業(yè)等領(lǐng)域提供物聯(lián)網(wǎng)通訊系統(tǒng)方案。針對智慧膠園的市場需求，海聯(lián)物聯(lián)使用Semtech LoRa? 器件開發(fā)了AsterNet組網(wǎng)方案，實現(xiàn)了精準(zhǔn)割膠，相比人工割膠，產(chǎn)能提升50%以上。
自動化橡膠采集系統(tǒng)的技術(shù)痛點：
1.?? ?橡膠園橡膠樹排布密集，往往每3-5米就有一棵橡膠樹，且傳輸環(huán)境為熱帶雨林環(huán)境，因此需要傳輸方案解決高設(shè)備密度通訊時的信號碰撞問題和覆蓋距離問題。
2.?? ?橡膠樹的產(chǎn)量與割膠時機(jī)有非常大的關(guān)系，割膠指令需要根據(jù)環(huán)境參數(shù)調(diào)整后下發(fā)，因此通訊延遲將直接影響橡膠樹的膠水產(chǎn)量，要求方案具有低延遲、高并發(fā)的特點。
3. 為了減少割膠機(jī)維護(hù)工作，割膠機(jī)采用電池供電，要求傳輸方案具有較低的功耗。
基于LoRa的自動化橡膠采集系統(tǒng)
海聯(lián)物聯(lián)基于Semtech LoRa器件開發(fā)的AsterNet自組網(wǎng)系統(tǒng)，深度結(jié)合TDMA和FDMA方案，能夠針對性地滿足割膠機(jī)應(yīng)用中對通訊系統(tǒng)低功耗、低延遲、高密度等需求，很好地解決了上述智慧橡膠園部署的痛點。
同時，海聯(lián)物聯(lián)開發(fā)了端到端的自動化橡膠采集控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含設(shè)備端（即割膠機(jī)）、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器四大主要模塊。其中，設(shè)備、網(wǎng)關(guān)之間用基于LoRa的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)或4G和服務(wù)器通信。該套物聯(lián)網(wǎng)平臺具有強大的連接能力，支持本地和云端部署模式、橫向拓展計算能力，能夠無縫接入更多的設(shè)備。
根據(jù)海聯(lián)物聯(lián)的統(tǒng)計，使用該系統(tǒng)進(jìn)行智能割膠和精準(zhǔn)割膠，相比人工割膠提升了50%以上的產(chǎn)能，大大減少了天然橡膠對人工割膠的依賴，解決了目前人工割膠產(chǎn)能嚴(yán)重不足、人工缺失、大量棄割等痛點。目前，海聯(lián)物聯(lián)已經(jīng)協(xié)助終端客戶在海南、廣東、云南、泰國等地的橡膠園實現(xiàn)了批量部署。
憑借LoRa遠(yuǎn)距離、低功耗、易部署的技術(shù)特點，以及“自組、安全、可控”的應(yīng)用優(yōu)勢，該方案的主要技術(shù)特點包括：
- 支持高設(shè)備密度：單個網(wǎng)關(guān)即可輕松覆蓋上萬個終端節(jié)點，實現(xiàn)數(shù)萬個設(shè)備同時割膠及短時間回傳，降低了部署成本。
- 支持高系統(tǒng)容量：組網(wǎng)協(xié)議運行在NS（Network Server），設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等設(shè)計與運行在網(wǎng)關(guān)的自主網(wǎng)相比，相對不受算力限制。
- 低通訊延遲：網(wǎng)關(guān)使用了LoRa CoreTM SX130x系列基帶芯片，可以輕松實現(xiàn)FDMA，使整個系統(tǒng)支持高設(shè)備密度的同時保證通訊低延遲；單網(wǎng)關(guān)下上萬個設(shè)備于短時間內(nèi)數(shù)據(jù)回傳，滿足智慧膠園應(yīng)用對低延遲、高并發(fā)的需求。
- 低功耗：同等功耗下，LoRa器件可以將信號傳輸得更遠(yuǎn)。相比其他通訊技術(shù)，該方案具有更高的時間與能量利用效率。
- 高可靠性：物聯(lián)網(wǎng)平臺采取一機(jī)一密的模式，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽俊?/li>
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圖1：系統(tǒng)框圖——海聯(lián)物聯(lián)基于LoRa的橡膠采集控制系統(tǒng)
在具體的部署方面，如圖1的系統(tǒng)框圖所示，設(shè)備端由主控和LoRa射頻組成，通過基于LoRa的自組網(wǎng)絡(luò)連接到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)則通過以太網(wǎng)或4G連接服務(wù)器，設(shè)備管理在服務(wù)器端執(zhí)行。物聯(lián)網(wǎng)平臺將數(shù)據(jù)推送給割膠應(yīng)用平臺，在應(yīng)用端進(jìn)行集中化割膠管理，輸出大屏顯示模塊，同時配備APP，方便用戶在手機(jī)端隨時隨地查看、操作割膠動作。
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圖2：智慧膠園管理應(yīng)用界面
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圖3：海聯(lián)物聯(lián)自動化橡膠采集系統(tǒng)現(xiàn)場部署1
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圖4：海聯(lián)物聯(lián)自動化橡膠采集系統(tǒng)現(xiàn)場部署2
海聯(lián)物聯(lián)基于LoRa的智慧膠園組網(wǎng)系統(tǒng)也將在農(nóng)業(yè)滴灌、工業(yè)控制等市場領(lǐng)域大幅度應(yīng)用，目前海聯(lián)物聯(lián)正在規(guī)劃多套組網(wǎng)系統(tǒng)，為不同的應(yīng)用市場或領(lǐng)域提供最合適的組網(wǎng)系統(tǒng)。
海聯(lián)物聯(lián)總經(jīng)理徐海表示：“海聯(lián)物聯(lián)所推出的基于Semtech LoRa器件的AsterNet組網(wǎng)系統(tǒng)，已經(jīng)很好地應(yīng)用于智慧膠園，主要實現(xiàn)同步控制及單網(wǎng)關(guān)下上萬個設(shè)備于短時間內(nèi)數(shù)據(jù)回傳。目前該方案在批量應(yīng)用中效果顯著，真正滿足了客戶的需求，解決了客戶的痛點，并且相比人工提升了50%以上的產(chǎn)能。未來，我們將在智慧農(nóng)業(yè)、工業(yè)、消防等應(yīng)用領(lǐng)域推出更多基于LoRa的組網(wǎng)系統(tǒng)。”
Semtech中國區(qū)銷售副總裁黃旭東表示：“物聯(lián)網(wǎng)部署能夠幫助人們提高生產(chǎn)效率，并且更好地保護(hù)自然資源，在綠色低碳發(fā)展時代將迎來更大的發(fā)展機(jī)遇。Semtech將持續(xù)支持海聯(lián)物聯(lián)開發(fā)智慧膠園方案，解決行業(yè)痛點。我們也期待與更多生態(tài)圈伙伴一起，開發(fā)基于LoRa的創(chuàng)新方案，推動更多行業(yè)的產(chǎn)能提升和智慧轉(zhuǎn)型?！?/p>
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