Monitoramento Ambiental Agrícola com LoRaWAN: Hardware, Implantação e Interfaces

Aviso de uso

Este é um painel de operações, não um sistema de medição certificado: o valor exibido é o valor bruto relatado pelo nó, com uma unidade anexada.

O que esta solução faz

A umidade e a CE do solo em uma estufa determinam quando irrigar e quando adubar; a chuva e a temperatura do solo em um campo aberto determinam o mesmo para uma cultura diferente. Os nós LoRaWAN SenseCAP medem esses valores e os reportam pelo ar. Os uplinks se tornam entidades do Home Assistant com a unidade correta, classe de dispositivo e classe de estado: elas aparecem em um painel, acumulam histórico e disparam uma notificação quando um valor cruza um limite.

É destinada a estufas, talhões em campo aberto, locais sem internet utilizável e implantações SenseCAP existentes que desejam um painel local sem mover nada.

• Seleção e implantação: página de reference design

• Os nós SenseCAP funcionam imediatamente

  Os nós S210x reportam no ciclo configurado no nó, sem nada para enviar para eles. As entidades são criadas por descoberta MQTT com unidades e classes definidas; nenhum YAML para escrever.

• Sondas de terceiros se conectam da mesma forma

  Sondas RS485 ou analógicas existentes entram pelo data logger S2100 e usam o mesmo mapeamento de medições. O mapeamento, arquivos compose, painel e automações são fornecidos no pacote público da solução; adicionar uma grandeza é uma linha em um arquivo de configuração.

• Pode funcionar totalmente sem internet

  O ChirpStack roda no gateway M2, a ponte e o Home Assistant em um host local. Nenhuma conta em nuvem, nenhuma conexão de saída.

• Altere o network server, mantenha o painel

  Os nomes das entidades são idênticos na nuvem SenseCAP, em um The Things Stack auto-hospedado e em um ChirpStack local, então trocar de caminho deixa painéis, automações e exportações intactos.

De que hardware você precisa

Quatro coisas no local: os nós LoRaWAN, um gateway que os ouça, um network server e um host Linux com Docker.

① Os nós — sensores SenseCAP S210x medem diretamente; um data logger S2100 traz sondas RS485 ou analógicas de terceiros existentes para a mesma rede LoRaWAN. Nada é implantado em nenhum dos dois — eles medem e reportam periodicamente em um ciclo configurado no nó.

② O gateway e o network server — os três caminhos diferem apenas aqui, e a escolha decide se o local precisa de internet.

	Dispositivo	Função	Quando escolhê-lo
	SenseCAP S210x Nós sensores de solo e ar	Medem e reportam	Sempre. Escolha a variante pela grandeza de que você precisa e a banda pela sua região
	SenseCAP S2100 Data logger LoRaWAN	Sonda de terceiros para LoRaWAN	Você já tem sondas RS485 ou analógicas
	S-Soil MTEC-02B Sonda RS485 de umidade, temperatura e CE do solo	Liga-se ao S2100 por RS485 (Modbus-RTU); o S2100 envia o uplink LoRaWAN	Você precisa de umidade, temperatura e CE do solo pelo caminho do S2100
	SenseCAP M2 Gateway LoRaWAN indoor	Encaminha para a nuvem SenseCAP ou roda o próprio ChirpStack	Você quer um site totalmente local: mude para o network server embutido na interface web do M2
	reComputer R12 Series Gateway LoRaWAN e controlador industrial	É o gateway e hospeda o The Things Stack na mesma máquina	Você está auto-hospedando o The Things Stack e não tem gateway
	reRouter CM4 Host reRouter CM4	Roda o network server ou roda o painel	Você precisa de um host e ainda não tem uma máquina Linux com Docker

③ O host do painel — qualquer máquina Linux com Docker. Ela roda o Home Assistant, o broker MQTT e agri-env-bridge, e não precisa de acesso à internet de entrada.

Peça nós, gateway e concentrador para a mesma banda (EU868 / US915 / AS923, etc.). A banda é fixada na fábrica e não pode ser alterada por software. Para os dois caminhos auto-hospedados você também precisa do DevEUI, JoinEUI e AppKey de cada nó para registrá-lo no network server.

Limites de seleção negativa

• Transmissão de alta largura de banda: LoRaWAN é projetado para telemetria periódica (intervalos de 5–60 min); para monitoramento contínuo de vídeo ou controle em sub-segundos, use 4G ou Ethernet industrial cabeada.
• Invólucros metálicos e silos: Silos metálicos espessos ou obstruções pesadas subterrâneas causam forte atenuação de RF; use antenas externas ou sensores cabeados RS-485.

Como um site é implantado

1. Monte os nós

Defina a profundidade da sonda a partir da zona radicular e depois deixe a sonda no lugar

Sondas de solo leem a camada em que estão. Leituras a 10 cm e a 40 cm são entidades separadas (soil_moisture_10cm … soil_moisture_40cm). Decida a profundidade a partir da zona radicular da cultura antes de cavar o primeiro buraco; mover uma sonda depois torna o histórico já registrado nessa entidade incomparável.

A cobertura de rádio precisa ser medida no local; nenhum valor de alcance é fornecido aqui. Antes de fixar as posições dos sensores, confirme no local que o gateway recebe os uplinks de cada nó.

2. Instale o software — de 3 a 6 etapas dependendo do caminho

As etapas por dispositivo e os pacotes de aplicação estão na página de reference design; escolha uma configuração para o seu site e faça o download.

Escolha uma configuração e faça o download 🖱️

Esboço:

1. Implantar o Home Assistant e o broker no host Linux (todos os três caminhos, um único deployment com Docker compose).
2. Subir o network server — nada a fazer no caminho em nuvem; no caminho com ChirpStack, mude o M2 para o network server local integrado na interface web, ou suba uma stack ChirpStack com compose em um host Linux; no caminho com The Things Stack, suba a stack com seu Postgres e Redis no gateway reComputer R12 Series.
3. Instalar o decodificador (somente caminhos self‑hosted) — o payload formatter no The Things Stack, ou o codec do device-profile no ChirpStack. Sem isso, nenhuma entidade aparece.
4. Fazer o join dos nós (somente caminhos self‑hosted) — registrar cada DevEUI, JoinEUI e AppKey no network server.
5. Implantar a bridge com a origem configurada para o caminho e as credenciais do broker preenchidas.
6. Importar o dashboard e as automações e confirmar que as entidades carregam valores.

Tempo estimado 45 minutos, dificuldade intermediária. O caminho com The Things Stack leva mais tempo: o concentrador precisa ser instalado fisicamente e a stack sobe seu próprio banco de dados e cache.

A verificação é a mesma nos três caminhos: o dashboard Lovelace importado na última etapa mostra as entidades com valores.

Interfaces disponíveis

Tudo sai por um único broker MQTT na porta 1883, em execução no host do dashboard. Três tópicos retidos carregam toda a interface.

• Home Assistant — zero configuração. A bridge publica discovery configs, então as entidades aparecem sozinhas com a unidade, device class e state class corretas; nenhum YAML é escrito manualmente.
• Um sistema de irrigação ou de gestão agrícola — assine agri_env/sensecap_<deveui>/<entity_key>/state para o valor e agri_env/sensecap_<deveui>/availability para saber se o nó ainda está ativo. Ambos são retidos, então um assinante que se conecta mais tarde ainda obtém imediatamente o estado atual.
• Seu próprio serviço — o discovery config em homeassistant/… carrega todos os metadados da entidade (unidade, device class, state class, identificadores do dispositivo), o que é suficiente para construir um esquema.

Tópicos e payloads

Tópico / porta	Payload	Retido
homeassistant/sensor/sensecap_<deveui>/<entity_key>/config (1883)	Discovery config, um por entidade: name, unique_id, object_id, state_topic, availability_topic, unit_of_measurement, state_class, device.identifiers	Sim
agri_env/sensecap_<deveui>/<entity_key>/state (1883)	O valor de uma medição, por exemplo 33.8	Sim
agri_env/sensecap_<deveui>/availability (1883)	online ou offline	Sim

Nomeação de entidades: o entity id é sensor.sensecap_<deveui>_<entity_key>, com o DevEUI completo em minúsculas; uma forma abreviada entra em colisão entre nós cujos endereços compartilham um sufixo. Mudar a regra depois significa limpar as mensagens retidas do broker e o registro de entidades do Home Assistant ao mesmo tempo, caso contrário os tópicos antigos voltam após um restart.

Mantenha o broker em uma LAN confiável; não o exponha à internet. Suas credenciais estão em arquivos .env no host e, no caminho com ChirpStack, o broker do lado do LNS roda sem autenticação na rede do compose.

Desempenho e dados medidos

Tempo de execução e parâmetros principais

Um serviço, agri-env-bridge, fica atrás dos três caminhos e roda no host do dashboard ao lado do Home Assistant e do broker MQTT.

Caminho	O que a bridge lê
SenseCAP cloud	A SenseCAP OpenAPI mais o stream MQTT em nuvem; preenche o histórico mês a mês no primeiro start
The Things Stack	A integração MQTT da stack, depois que o payload formatter decodificou o uplink
ChirpStack	A integração MQTT do ChirpStack, depois que o codec do device-profile decodificou o uplink

• Mapeamento de medições: assets/config/measurements.yaml. Ele cobre temperatura e umidade do solo em quatro profundidades, tensão do solo, fluxo de calor e conteúdo volumétrico de água; temperatura do ar, umidade, CO2, pressão barométrica, PM2.5 e PM10, ruído; pH, oxigênio dissolvido, turbidez, TDS, salinidade e temperatura da água; velocidade e direção do vento, radiação solar, duração da insolação, PAR e quantum de luz; vazão, fluxo total, nível de líquido e vazamento de água. Adicionar uma grandeza é uma nova linha, sem mudança de código; os valores nunca são escalonados, apenas recebem uma unidade.
• Limite de offline: por padrão, dois ciclos de reporte do S210x mais uma margem. Ao expirar, as entidades do nó ficam indisponíveis no Home Assistant, mantendo o último valor.
• Desduplicação: leituras são indexadas por (DevEUI, measurementId, timestamp), então um backfill em nuvem e o stream ao vivo nunca contam duas vezes a mesma leitura; quando uma entidade tem dois valores, o mais recente prevalece.
• Verificação funcional: uplinks gravados reproduzidos no broker nos três formatos de origem criaram 15 entidades.
• Reprodução: testes de replay estão localizados no repositório em tests/replay_bench.py; execute python3 tests/replay_bench.py --fixtures tests/data/ para verificar três tipos de uplink e o registro automático de 15 entidades.

Degradação conhecida

• O broker é um ponto único de falha: enquanto ele estiver fora do ar, nenhum dos três caminhos será atualizado. Tópicos de estado são retidos, então o Home Assistant recupera o último valor após um restart.

Proveniência de dados e assets

• A tabela de measurementId para grandeza física em assets/config/measurements.yaml foi extraída das fontes do decodificador SenseCAP em Seeed-Solution/SenseCAP-Decoder, commit d0a2342 — third_party/SenseCAP-Decoder/S210X/Helium/SenseCAP_S210X_Helium_Decoder.js para a série S210X e third_party/SenseCAP-Decoder/T1000/TTN/SenseCAP_T1000_TTN_Decoder.js para o T1000. Cada entrada no YAML traz o arquivo de origem e a linha de onde veio.
• A licença desse repositório é não confirmada: ele não tem arquivo LICENSE nem seção de licenciamento em seu README; a única declaração de licença nele é um cabeçalho de arquivo contribuído por terceiros dizendo Unlicensed for internal use. O pacote da solução não redistribui o decodificador. Ele usa apenas a correspondência id -> quantity; o guia de deployment para os dois caminhos self‑hosted aponta para o repositório upstream. Confirme o licenciamento com a Seeed antes de distribuir o próprio decodificador.
• As colunas device_class, unit_of_measurement e state_class não vêm do decodificador — essa informação não existe lá. Elas foram derivadas da documentação de sensores do Home Assistant.
• Diagramas de arquitetura na página de design de referência são desenhados a partir de um Architecture IR; as artes de produto vêm do catálogo revisado de adesivos de produto da Seeed.