天然橡膠與鋼鐵、煤炭和石油并稱為四大工業原料，目前被廣泛地應用于工業、軍事和民用等各個領域，是國防、航空及基礎設施建設的重要原料。中國是全球最大的天然橡膠進口國和消費國，據中國橡膠工業協會的數據顯示，我國有85%以上的天然橡膠依賴進口，且該比例呈現逐年攀升的態勢。
傳統橡膠(jiao)采集（即割膠(jiao)生產）高度依賴(lai)人工(gong)。當前(qian)，全球天然橡膠(jiao)產業(ye)遇到的(de)最大發(fa)展(zhan)瓶頸(jing)是割膠(jiao)工(gong)嚴重短缺。據不完全統計，全球膠(jiao)工(gong)缺失過半，極大制約了橡膠(jiao)行業(ye)的(de)發(fa)展(zhan)。
割膠(jiao)工(gong)作(zuo)晝(zhou)伏夜出，勞(lao)動強(qiang)度高，工(gong)作(zuo)環境惡劣，工(gong)人(ren)(ren)從事割膠(jiao)工(gong)作(zuo)的意愿下降。隨著(zhu)社會(hui)和經濟的發(fa)展，膠(jiao)工(gong)流(liu)失日趨嚴重，膠(jiao)工(gong)隊伍面臨著(zhu)后繼(ji)無人(ren)(ren)的困境。受(shou)新冠肺炎(yan)疫情(qing)影(ying)響(xiang)，一些產(chan)膠(jiao)大國(guo)由于國(guo)外勞(lao)動力(li)無法(fa)流(liu)動，大量(liang)膠(jiao)樹(shu)無人(ren)(ren)割膠(jiao)，也影(ying)響(xiang)了近(jin)年(nian)來的橡膠(jiao)產(chan)量(liang)。
因此，實現天然橡膠生產自動化，用機器割膠替代人工割膠，已經成為促進行業可持續發展的必由之路，相關智慧膠園解決方案也成為技術剛需。Semtech合作伙伴杭州海聯物聯科技有限公司（以下簡稱“海聯物聯”）為農業自動化、消防安全、智慧工業等領域提供物聯網通訊系統方案。針對智慧膠園的市場需求，海聯物聯使用Semtech LoRa? 器件開發了AsterNet組網方案，實現了精準割膠，相比人工割膠，產能提升50%以上。
自動化橡膠采集系統的技術痛點：
1. 橡膠園橡膠樹排布密集，往往每3-5米(mi)就有一棵橡膠樹，且傳輸環境為熱帶雨林環境，因此(ci)需要傳輸方案解決高(gao)設備密(mi)度(du)通訊時的信號碰撞問題和覆(fu)蓋距離問題。
2. 橡膠樹的產(chan)量(liang)與割(ge)膠時(shi)機有非常大(da)的關(guan)系，割(ge)膠指令(ling)需要根據(ju)環(huan)境參數調整后下發(fa)，因此通訊延遲(chi)(chi)將直接影響橡膠樹的膠水產(chan)量(liang)，要求(qiu)方案具有低延遲(chi)(chi)、高并發(fa)的特點。
3. 為了減少割膠機維護(hu)工作，割膠機采(cai)用電池供電，要求傳(chuan)輸方案具有較低的功(gong)耗。
基于LoRa的自動化橡膠采集系統
海聯物聯基于Semtech LoRa器件開發的(de)AsterNet自組網(wang)系(xi)統，深度結合TDMA和FDMA方案，能夠(gou)針對性地(di)滿足割膠機應用中對通訊系(xi)統低(di)功耗、低(di)延遲、高密度等需求(qiu)，很好地(di)解決(jue)了上述智慧橡膠園部署的(de)痛點。
同時，海聯物聯開發了端到端的自動化橡膠采集控制系統。該系統包含設備端（即割膠機）、網關、網絡服務器、應用服務器四大主要模塊。其中，設備、網關之間用基于LoRa的通信網絡進行數據傳輸，網關通過以太網或4G和(he)服(fu)務器通信。該套物聯網平(ping)臺具(ju)有強大的連接能力(li)，支持(chi)本(ben)地和(he)云端部(bu)署模式、橫(heng)向拓(tuo)展計算能力(li)，能夠(gou)無縫接入更多的設備。
根據海聯物聯的統計，使用該系統進行智能割膠和精準割膠，相比人工割膠提升了50%以上的(de)(de)產能(neng)，大大減少了天然橡膠對(dui)人工割膠的(de)(de)依賴，解決了目(mu)前人工割膠產能(neng)嚴重不(bu)足、人工缺失、大量(liang)棄(qi)割等痛(tong)點。目(mu)前，海(hai)(hai)聯物(wu)聯已(yi)經協助終端(duan)客戶在海(hai)(hai)南(nan)、廣東、云(yun)南(nan)、泰國等地的(de)(de)橡膠園實現了批量(liang)部(bu)署。
憑借LoRa遠距(ju)離、低功耗、易部(bu)署的(de)技術(shu)特(te)點，以及“自(zi)組、安全(quan)、可控”的(de)應用優勢，該方案的(de)主要技術(shu)特(te)點包括：
支(zhi)持(chi)高設備(bei)密度：單個(ge)網關即(ji)可輕松(song)覆(fu)蓋上萬個(ge)終端節(jie)點，實現數萬個(ge)設備(bei)同(tong)時(shi)割膠及短時(shi)間回傳，降低了部(bu)署成本。
支持高系統容量：組網協議運行在NS（Network Server），設(she)備管理、網(wang)絡優化等(deng)設(she)計與運行(xing)在網(wang)關的自主(zhu)網(wang)相(xiang)比，相(xiang)對不受算力限制。
低通訊延遲：網關使用了LoRa CoreTM SX130x系列基帶芯片，可以輕(qing)松實現FDMA，使整個系統(tong)支(zhi)持高(gao)設備密度的同時保證通訊低延遲(chi)；單網關下(xia)上萬個設備于短時間(jian)內數據回(hui)傳，滿足(zu)智慧膠園應用(yong)對(dui)低延遲(chi)、高(gao)并發(fa)的需(xu)求。
低功耗：同(tong)等(deng)功耗下，LoRa器件可以將信號傳(chuan)輸得更遠。相比其他通訊技術，該方案具有(you)更高(gao)的時間與(yu)能量利用效率(lv)。
高可(ke)靠(kao)性(xing)：物聯網(wang)平臺采取一機一密的(de)模式(shi)，保證數據傳輸(shu)的(de)安全可(ke)靠(kao)。
圖1：系(xi)統(tong)框圖——海聯(lian)物聯(lian)基于LoRa的橡膠(jiao)采集控制系(xi)統(tong)
在具體的部署方面，如圖1的系統框圖所示，設備端由主控和LoRa射頻組成，通過基于LoRa的自組網絡連接到網關，網關則通過以太網或4G連接服務器，設備管理在服務器端執行。物聯網平臺將數據推送給割膠應用平臺，在應用端進行集中化割膠管理，輸出大屏顯示模塊，同時配備APP，方便用戶在手機(ji)端隨時隨地查看、操(cao)作割(ge)膠動作。
圖(tu)2：智慧膠園管理應用界(jie)面
圖3：海聯物聯自動化橡膠采集系統現場部署1
圖4：海聯物聯自動化橡膠采集系統現場部署2
海聯(lian)物(wu)聯(lian)基于LoRa的(de)智慧(hui)膠園組(zu)網(wang)系(xi)統(tong)也將在農業(ye)滴灌、工業(ye)控制(zhi)等市場領(ling)域大(da)幅度應(ying)(ying)用，目前海聯(lian)物(wu)聯(lian)正在規劃多套組(zu)網(wang)系(xi)統(tong)，為不同的(de)應(ying)(ying)用市場或(huo)領(ling)域提供(gong)最(zui)合適的(de)組(zu)網(wang)系(xi)統(tong)。
海聯物聯總經理徐海表示：“海聯物聯所推出的基于Semtech LoRa器件的AsterNet組網系統，已經很好地應用于智慧膠園，主要實現同步控制及單網關下上萬個設備于短時間內數據回傳。目前該方案在批量應用中效果顯著，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%以上的產能。未來，我們將在智慧農業、工業、消防(fang)等應用領(ling)域(yu)推(tui)出更多基于LoRa的(de)組網系統。”
Semtech中國區銷售副總裁黃旭東表示：“物聯網部(bu)署(shu)能夠幫助人(ren)們提高(gao)生產效(xiao)率，并且更(geng)(geng)(geng)好地(di)保護自然(ran)資源(yuan)，在綠色低碳發(fa)展(zhan)時代將迎來更(geng)(geng)(geng)大的發(fa)展(zhan)機遇。Semtech將持續支持海聯物聯開發(fa)智(zhi)慧(hui)膠(jiao)園方案，解決(jue)行業痛點。我們也(ye)期待與更(geng)(geng)(geng)多生態(tai)圈伙伴一(yi)起，開發(fa)基于LoRa的創新方案，推動(dong)更(geng)(geng)(geng)多行業的產能提升和智(zhi)慧(hui)轉型。”
