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(tong)(tong)橡膠(jiao)(jiao)采(cai)集(ji)（即割膠(jiao)(jiao)生產(chan)）高度依(yi)賴人工(gong)。當(dang)前，全(quan)(quan)球(qiu)天然橡膠(jiao)(jiao)產(chan)業(ye)遇到的最大(da)(da)發展瓶頸是(shi)割膠(jiao)(jiao)工(gong)嚴(yan)重(zhong)短(duan)缺(que)。據不完(wan)全(quan)(quan)統(tong)(tong)計，全(quan)(quan)球(qiu)膠(jiao)(jiao)工(gong)缺(que)失過半，極大(da)(da)制約了橡膠(jiao)(jiao)行業(ye)的發展。
割(ge)膠(jiao)(jiao)工(gong)作(zuo)晝伏夜出，勞動強度高，工(gong)作(zuo)環境惡劣，工(gong)人從(cong)事割(ge)膠(jiao)(jiao)工(gong)作(zuo)的意(yi)愿下降。隨著社(she)會和經濟的發(fa)展(zhan)，膠(jiao)(jiao)工(gong)流失日趨嚴重，膠(jiao)(jiao)工(gong)隊伍(wu)面臨著后繼無人的困境。受(shou)新(xin)冠肺炎疫(yi)情(qing)影響，一(yi)些產(chan)膠(jiao)(jiao)大國(guo)由(you)于(yu)國(guo)外(wai)勞動力無法流動，大量膠(jiao)(jiao)樹無人割(ge)膠(jiao)(jiao)，也影響了近年來的橡膠(jiao)(jiao)產(chan)量。
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米就有一(yi)棵橡膠(jiao)樹，且(qie)傳輸(shu)環境為(wei)熱帶雨林環境，因此(ci)需要傳輸(shu)方(fang)案解(jie)決(jue)高(gao)設備密度通訊時的信號碰撞問題和覆蓋(gai)距(ju)離(li)問題。
2. 橡膠樹(shu)的(de)產量與割膠時(shi)機有非常(chang)大的(de)關系，割膠指令(ling)需(xu)要根據環境(jing)參數調整(zheng)后(hou)下發(fa)，因(yin)此通訊延(yan)遲將直接影響橡膠樹(shu)的(de)膠水產量，要求方案(an)具有低延(yan)遲、高并(bing)發(fa)的(de)特點。
3. 為了減少割膠機維(wei)護(hu)工作，割膠機采(cai)用電池供電，要求傳輸方案具有較低(di)的功耗。
基于LoRa的自動化橡膠采集系統
海聯物聯基于Semtech LoRa器件開(kai)發(fa)的AsterNet自組(zu)網系(xi)統，深度(du)結合(he)TDMA和FDMA方案，能夠針對(dui)性地滿足割膠(jiao)機(ji)應用中(zhong)對(dui)通(tong)訊系(xi)統低功耗、低延遲(chi)、高密度(du)等需求(qiu)，很好地解決了(le)上(shang)述智慧橡膠(jiao)園(yuan)部(bu)署的痛(tong)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和服務器通信。該套物聯(lian)網平臺具有強大的(de)連接能(neng)力(li)，支(zhi)持(chi)本(ben)地和云端部署(shu)模式、橫向拓展計算能(neng)力(li)，能(neng)夠無縫(feng)接入更(geng)多的(de)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%以上的產(chan)能，大大減(jian)少了天(tian)然橡膠對人工割膠的依賴，解決了目前人工割膠產(chan)能嚴重不足、人工缺失、大量棄割等(deng)痛(tong)點。目前，海聯(lian)物(wu)聯(lian)已(yi)經協助終端(duan)客戶在海南、廣東、云南、泰國(guo)等(deng)地(di)的橡膠園實現了批量部(bu)署。
憑借LoRa遠距離、低功耗、易部署的(de)(de)技術特點(dian)，以及“自(zi)組、安全、可控(kong)”的(de)(de)應用優勢，該方案的(de)(de)主要技術特點(dian)包括：
支持高設備密度(du)：單(dan)個網關即(ji)可輕松覆蓋(gai)上萬個終端(duan)節點(dian)，實(shi)現數萬個設備同時割膠(jiao)及短時間回(hui)傳，降低了部署成(cheng)本。
支持高系統容量：組網協議運行在NS（Network Server），設(she)(she)備管(guan)理、網(wang)(wang)絡優化等設(she)(she)計與運行在網(wang)(wang)關的自主(zhu)網(wang)(wang)相比，相對(dui)不受(shou)算(suan)力限制。
低通訊延遲：網關使用了LoRa CoreTM SX130x系列基帶芯片，可以輕松(song)實現FDMA，使整個系統支持(chi)高設備密度的同時(shi)保(bao)證通(tong)訊低延遲；單網關下上萬個設備于短時(shi)間內(nei)數據回傳(chuan)，滿足智慧膠園應用對低延遲、高并發(fa)的需求。
低功耗(hao)：同(tong)等(deng)功耗(hao)下，LoRa器件可以(yi)將(jiang)信(xin)號傳輸得更遠。相比(bi)其他(ta)通訊(xun)技(ji)術，該方案(an)具有更高的(de)時間與(yu)能量利用效率。
高可靠性：物聯網平臺采(cai)取一機一密的模式，保證數據傳輸的安全可靠。
圖1：系(xi)統(tong)(tong)框圖——海聯(lian)物(wu)聯(lian)基于(yu)LoRa的橡(xiang)膠采集控制系(xi)統(tong)(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(bian)用戶在(zai)手機端隨時隨地查看、操作(zuo)割膠(jiao)動作(zuo)。
圖2：智慧膠(jiao)園管理應用界(jie)面(mian)
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(hai)聯物(wu)聯基(ji)于LoRa的智慧(hui)膠園組(zu)網系(xi)統也將在(zai)農(nong)業(ye)滴灌、工業(ye)控制等(deng)市(shi)場(chang)領域大(da)幅度應(ying)用，目前海(hai)聯物(wu)聯正(zheng)在(zai)規劃(hua)多套組(zu)網系(xi)統，為不(bu)同的應(ying)用市(shi)場(chang)或(huo)領域提供最合適的組(zu)網系(xi)統。
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)等應用領域推出更多基于LoRa的組網系統。”
Semtech中國區銷售副總裁黃旭東表示：“物聯網部署能(neng)夠幫助人們提高生(sheng)產效率，并且更(geng)(geng)好地保護自然資源，在綠色低碳發(fa)展(zhan)時代將(jiang)(jiang)迎來更(geng)(geng)大的(de)發(fa)展(zhan)機遇。Semtech將(jiang)(jiang)持續支(zhi)持海聯物聯開發(fa)智慧膠園方案(an)，解決行(xing)(xing)業(ye)痛點。我們也(ye)期待與更(geng)(geng)多生(sheng)態(tai)圈伙伴一起，開發(fa)基于LoRa的(de)創(chuang)新方案(an)，推動(dong)更(geng)(geng)多行(xing)(xing)業(ye)的(de)產能(neng)提升和智慧轉型。”
