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LoRaWAN農業環境モニタリング：機器選定・導入・インターフェース

利用上の注意

これは運用ダッシュボードであり、計測認証を受けたシステムではありません。表示される値はノードが送信した値そのもので、単位を付けているだけです。

このすぐに導入できるソリューションでできること​

温室では土壌水分と EC が灌水や施肥の判断材料になり、露地では降雨量と土壌温度が作物ごとの判断材料になります。SenseCAP LoRaWAN ノードが値を測定して無線送信し、uplink は正しい単位、device class、state class を持つ Home Assistant エンティティになります。ダッシュボードに表示され、履歴が蓄積され、しきい値を超えると通知が出ます。

温室、露地、利用できるインターネットがない場所、既存の SenseCAP 設備を移設せずローカル表示したい場所を対象にしています。

  • SenseCAP ノードは箱から出してすぐ使えます

    S210x ノードはノードに設定された周期で送信し、ノードへの設定配信は不要です。エンティティは MQTT discovery で単位と種別付きで作成され、YAML を書く必要はありません。

  • 他社製プローブも同じ方法で接続

    既存の RS485 またはアナログプローブは S2100 データロガー経由で接続し、同じ測定マッピングを使います。マッピング、Compose ファイル、ダッシュボード、オートメーションは公開のソリューションパッケージに含まれ、項目の追加は設定ファイルに 1 行です。

  • インターネットなしで運用できます

    ChirpStack は M2 ゲートウェイ上で、ブリッジと Home Assistant はローカルホスト上で動きます。クラウドアカウントも外向き接続も不要です。

  • ネットワークサーバーを変えてもダッシュボードはそのまま

    SenseCAP クラウド、自社運用の The Things Stack、ローカル ChirpStack でエンティティ名は同じです。経路を変えても、ダッシュボード、オートメーション、エクスポートは変更不要です。

土壌水分、環境温湿度、導電率センサーの Home Assistant ダッシュボード監視画面

必要な機器​

現場に必要なのは 4 つです。LoRaWAN ノード、ノードを受信するゲートウェイ、ネットワークサーバー、Docker を動かす Linux ホストです。

① ノード — SenseCAP S210x センサーは直接測定します。S2100 データロガーを使えば、既存の第三者製 RS485 またはアナログプローブを同じ LoRaWAN ネットワークに接続できます。どちらにも何も配信する必要はなく、ノードで設定した周期で測定・送信します。

② ゲートウェイとネットワークサーバー — 3 つの経路の違いはここだけで、どれを選ぶかで現場にインターネットが必要かが決まります。

デバイス役割選択する条件
SenseCAP S2101SenseCAP S210x
土壌・空気センサーノード		測定して送信常に使用。必要な測定項目でモデルを選び、地域に合った周波数帯を選ぶ
SenseCAP S2100SenseCAP S2100
LoRaWAN データロガー		第三者製プローブを LoRaWAN に接続RS485 またはアナログプローブがすでにある場合
S-Soil MTEC-02BS-Soil MTEC-02B
RS485 土壌水分・温度・EC プローブ		RS485（Modbus-RTU）で S2100 に接続し、S2100 が LoRaWAN uplink を送信S2100 経路で土壌水分、温度、EC が必要な場合
SenseCAP M2 gatewaySenseCAP M2
屋内 LoRaWAN ゲートウェイ		SenseCAP クラウドへ転送するか、ChirpStack 自体を実行完全ローカル構成への最短経路。ネットワークサーバーは Web インターフェースで設定
reComputer R1225reComputer R12 Series
LoRaWAN ゲートウェイ兼産業用コントローラ		ゲートウェイとなり、同じマシンで The Things Stack をホストThe Things Stack を自社運用し、ゲートウェイがない場合
reRouter CM4reRouter CM4
reRouter CM4 ホスト		ネットワークサーバーまたはダッシュボードを実行ホストが必要で、Docker を動かす Linux マシンがない場合

③ ダッシュボードホスト — Docker を動かせる Linux マシンです。Home Assistant、MQTT ブローカー、agri-env-bridge を実行し、外部からの着信インターネット接続は必要ありません。

ノード、ゲートウェイ、コンセントレータは同じ周波数帯で購入してください（EU868 / US915 / AS923 など）。周波数帯は出荷時に固定され、ソフトウェアでは変更できません。2 つの自社運用経路では、各ノードの DevEUI、JoinEUI、AppKey をネットワークサーバーに登録する必要があります。

選定における制約・非推奨条件​

  • 大容量・高頻度データ：LoRaWAN は 5〜60 分間隔の環境データ向けです。連続映像監視や秒単位の高速制御には LoRaWAN ではなく、4G または有線 LAN を選定してください。
  • 密閉された金属・地下空間：金属製サイロや分厚いコンクリート地下室では LoRaWAN の電波が大きく減衰するため、外部アンテナや RS-485 有線中継を組み合わせてください。

現場への展開​

1. ノードを設置する​

プローブの深さは根域で決め、設置後は動かさないでください

土壌プローブは設置された層を読み取ります。10 cm と 40 cm の値は別のエンティティ（soil_moisture_10cm … soil_moisture_40cm）です。最初に穴を掘る前に作物の根域から深さを決めてください。設置後にプローブを動かすと、そのエンティティに記録済みの履歴と比較できなくなります。

無線範囲は現場で測定する必要があり、ここでは距離の数値を示しません。センサー位置を確定する前に、各ノードの uplink がゲートウェイで受信できることを現場で確認してください。

2. ソフトウェアを導入する — 経路により 3〜6 ステップ​

デバイスごとの手順とアプリケーションパッケージはすぐに導入できるソリューションページにあります。現場に合わせて構成を選び、ダウンロードしてください。

構成を選んでダウンロード 🖱️

手順の概要：

  1. Linux ホストに Home Assistant とブローカーを導入する（3 経路とも 1 つの Docker Compose 構成）。
  2. ネットワークサーバーを起動する — クラウド経路では作業不要。ChirpStack 経路では Web インターフェースで M2 を内蔵ローカルネットワークサーバーに切り替えるか、Linux ホストで ChirpStack の Compose スタックを起動する。The Things Stack 経路では reComputer R12 Series ゲートウェイ上で Postgres と Redis を含むスタックを起動する。
  3. デコーダーを導入する（自社運用経路のみ） — The Things Stack では payload formatter、ChirpStack では device-profile codec を設定する。これがないとエンティティは表示されない。
  4. ノードを Join させる（自社運用経路のみ） — 各 DevEUI、JoinEUI、AppKey をネットワークサーバーに登録する。
  5. ブリッジを配置する — 経路に合わせてソースを設定し、ブローカーの認証情報を入力する。
  6. ダッシュボードとオートメーションをインポートする — エンティティに値が入ることを確認する。

所要時間の目安は 45 分、難易度は 中級 です。The Things Stack 経路が最も長く、コンセントレータの物理設置に加えて、独自のデータベースとキャッシュを起動します。

3 経路すべてで検証方法は同じです：最後の手順でインポートした Lovelace ダッシュボードに、値付きのエンティティが表示されます。

利用できるインターフェース​

すべてのデータはダッシュボードホスト上の MQTT ブローカー（ポート 1883）から出ます。3 つの retained topic がインターフェース全体を構成します。

  • Home Assistant — 設定不要。ブリッジが discovery config を公開するため、正しい単位、device class、state class を持つエンティティが自動的に表示され、YAML を手書きする必要はありません。
  • 灌水・農場管理システム — 値は agri_env/sensecap_<deveui>/<entity_key>/state、ノードが稼働中かどうかは agri_env/sensecap_<deveui>/availability を購読します。どちらも retained のため、後から接続した購読者も現在の状態をすぐ取得できます。
  • 独自サービス — homeassistant/… の discovery config にはエンティティのメタデータ（単位、device class、state class、デバイス識別子）がすべて含まれており、それを基にスキーマを構築できます。

トピックとペイロード​

トピック / ポートペイロード保持
homeassistant/sensor/sensecap_<deveui>/<entity_key>/config (1883)エンティティごとの discovery config：name、unique_id、object_id、state_topic、availability_topic、unit_of_measurement、state_class、device.identifiersあり
agri_env/sensecap_<deveui>/<entity_key>/state (1883)1 つの測定値（例：33.8）あり
agri_env/sensecap_<deveui>/availability (1883)online または offlineあり

エンティティ命名：エンティティ ID は sensor.sensecap_<deveui>_<entity_key> で、完全な DevEUI を小文字で使います。短縮形では末尾が同じノード同士で衝突します。後から規則を変更する場合は、ブローカーの retained message と Home Assistant のエンティティレジストリを同時に削除してください。そうしないと再起動後に古いトピックが戻ります。

ブローカーは信頼できる LAN 内に置き、インターネットに公開しないでください。 認証情報はホスト上の .env ファイルにあり、ChirpStack 経路では LNS 側のブローカーが Compose ネットワーク上で認証なしに動作します。

性能と実測データ​

ランタイムと主要パラメーター​

3 経路すべての背後で 1 つのサービス agri-env-bridge が動作し、Home Assistant、MQTT ブローカーとともにダッシュボードホスト上で実行されます。

経路ブリッジが読むもの
SenseCAP クラウドSenseCAP OpenAPI とクラウド MQTT ストリーム。初回起動時に履歴を月単位でバックフィルします
The Things Stackpayload formatter が uplink をデコードした後のスタック MQTT 統合
ChirpStackdevice-profile codec が uplink をデコードした後の ChirpStack MQTT 統合
  • 測定マッピング表：assets/config/measurements.yaml。4 深度の土壌温度・水分、土壌張力、熱流束、体積含水率、気温、湿度、CO2、気圧、PM2.5、PM10、騒音、pH、溶存酸素、濁度、TDS、塩分、水温、風速、風向、日射量、日照時間、PAR、光量子、流量、積算流量、水位、漏水に対応します。項目の追加は 1 行の追加で済み、コード変更は不要です。値そのものはスケーリングせず、単位だけを付けます。
  • オフライン判定しきい値：既定値は S210x の報告周期 2 回分に余裕を加えた値です。期限を超えると、そのノードのエンティティは Home Assistant で unavailable になり、最後の値は保持されます。
  • 重複排除：測定値は (DevEUI, measurementId, timestamp) をキーに重複排除されるため、クラウドのバックフィルとライブストリームで同じ測定値を二重計上しません。同じエンティティに 2 つの値がある場合は後の値を採用します。
  • 機能確認：記録済み uplink を 3 つのソース形式でブローカーへ再生し、計 15 エンティティが作成されました。
  • 再現手順：リプレイテストはリポジトリの tests/replay_bench.py に配置されています。python3 tests/replay_bench.py --fixtures tests/data/ を実行して、3 種類の上り形式と 15 エンティティの自動登録を検証できます。

既知の劣化​

  • ブローカーは単一障害点です：ブローカーが停止している間は 3 経路とも更新されません。state topic は retained のため、再起動後も Home Assistant は最後の値を復元できます。

データと素材の出典​

  • measurementId と物理量の対応表は、コミット d0a2342 の Seeed-Solution/SenseCAP-Decoder にあるデコーダーソースから assets/config/measurements.yaml に読み出しました。S210X シリーズは third_party/SenseCAP-Decoder/S210X/Helium/SenseCAP_S210X_Helium_Decoder.js、T1000 は third_party/SenseCAP-Decoder/T1000/TTN/SenseCAP_T1000_TTN_Decoder.js を参照しています。YAML の各項目には出典ファイルと行番号が記録されています。
  • そのリポジトリのライセンスは未確認です：LICENSE ファイルも README のライセンス節もなく、唯一の宣言は第三者提供ファイルのヘッダーにある Unlicensed for internal use です。ソリューションパッケージはデコーダーを再配布しません。 id -> quantity の対応だけを使い、自社運用 2 経路の導入ガイドから上流リポジトリへリンクしています。デコーダー自体を配布する場合は、先に Seeed にライセンスを確認してください。
  • device_class、unit_of_measurement、state_class の列はデコーダー由来ではありません。デコーダーにはその情報がないため、Home Assistant センサーのドキュメントから導出しました。
  • すぐに導入できるソリューションページのアーキテクチャ図は Architecture IR から描画し、製品アートはレビュー済みの Seeed 製品ステッカーカタログから取得しています。
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