電源も WiFi もない圃場のための ESP-NOW センサー
圃場に出ると、コンセントも WiFi もありません。ESP-NOW サテライトはどちらも要らず、バッテリーかソーラーパネルで動いて、オンラインのゲートウェイへ測定値を送ります。
ESP-NOW サテライトとは何なのか
サテライトは ESP32 ファミリーを基盤にした小さな測定機器で、作物のある場所に置いて使います。WiFi の認証情報も、自分専用の契約も持ちません。目を覚まし、つながっているセンサーを読み取り、値を数十バイトのパケットにまとめて ESP-NOW で送信します。ESP-NOW は WiFi と同じ 2.4 GHz のハードウェアを使いながら、ネットワーク接続の手続きをすべて省く無線プロトコルです。
だからこそサテライトはバッテリーや小さなソーラーパネルで長く動けます。無線が入るのは一度にわずか数ミリ秒だからです。そしてネットワークに加わらないため、圃場で設定することが何もありません。電源を入れれば、送信が始まります。センサーを WiFi につなぐ場合と比べてみてください。WiFi 機器はどれも、まずその手順を通らなければなりません。
測定値がダッシュボードに届くまで
4つの手順があり、ネットワークが必要なのはそのうち1つだけです。
サテライトが測る
自分のプローブを読み取り、測定項目ごとに別のチャンネルを持つ1つのパケットを組み立てます。
そのまま送信する
ペアリングも、応答待ちもありません。受け取る相手がいなければパケットはそのまま失われ、次のパケットが次の送信周期で続きます。
ゲートウェイが受け取る
ESP-NOW ゲートウェイは、構成の中で唯一 WiFi を備えた機器です。電波の届く範囲にあるすべてのサテライトのパケットを集め、あなたの FairGrow アカウントへ送ります。
残りは FairGrow が引き受ける
カード、グラフ、推移、アラーム、そしてオートメーションは、すべて Zigbee の測定値とまったく同じ経路で動きます。ダッシュボードの中では、サテライトも他の機器と変わらない1台のデバイスです。
チャンネルについて知っておきたいこと
サテライトの電波は、同じ無線チャンネルで待ち受けているゲートウェイにしか届きません。ゲートウェイは接続先の WiFi アクセスポイントのチャンネルに合わせるため、アクセスポイントがサテライトの使わないチャンネルへ移ると、どちらの機器も正常に見えるまま測定値だけが届かなくなります。FairGrow はこれを確認し、見つかったチャンネルと想定していたチャンネルを挙げて、デバイスカードでお知らせします。
サテライトが今測れるもの
ここに挙げるものはどれも、どこでも調達できる標準の ESP32 シリコンを使い、弊社が自分で製作して書き込んでいます。
土壌サテライト
土壌水分と土壌温度を、1台のサテライトに2組または3組のプローブで測ります。1台の機器で複数の深さや複数の畝を読めます。土壌水分センサーはどのくらいの間隔で測るべきかもご覧ください。
光と土壌
土壌プローブの隣に光センサーを置き、同じ地点の光と水分を同時に見られるようにしたものです。小さなディスプレイを備えた仕様もあり、サテライトの上で現在の測定値を表示するので、そばに立ったときにそのまま読めます。
葉面湿潤
葉面湿潤を独立した種類の測定値として報告する濡れ検知プレートです。グラフでは専用の色が与えられ、オートメーションでも自分の居場所を持ちます。このセンサーにはコンパレータ出力もあり、葉が濡れた瞬間に次の送信周期を待たずにすぐ送信します。病害モデルが必要とするのはまさにその瞬間なので、作物保護にとって意味があります。
ポンプとバルブ
測るだけでなく切り替えもできるサテライトです。12 V 以下のポンプやバルブを動かし、その状態を報告するので、いつどれだけ動いたかをグラフでそのまま確認できます。
ESP-NOW ゲートウェイ
すべてを集め、WiFi でプラットフォームと通信する機器です。自分自身でも測定するので、ゲートウェイは中継局であるだけでなくデータロガーでもあります。
新しいセンサーは増え続けます
新しいセンサーの開発は続けています。生産者がまだ存在しないものを必要とする場合もあれば、病害モデルが誰も測っていない値を求める場合もあります。必要なものがこの一覧にないときは、お知らせください。ここにあるものの多くはそうして始まりました。
工業用センサーを、工業用の価格なしで
ESP-NOW サテライトはネットワークスタックも自分専用の契約も必要としないので、ハードウェアは単純なままです。だからこそ、どこかから密閉された製品を買うのではなく、IP65 の筐体と工業用部品で、私たちが自分で設計し製作できます。
私たちは自分たちで管理できる環境で小ロット生産しています。この規模でも認証が現実的になるのはそのためで、CE 認証は2027年半ばを予定しています。そして原価を抑えられるのもそのためです。工業用センサーを、通常それに付いてくる価格なしで手に入れられます。
校正はサテライトではなくプラットフォーム側で
土壌や濡れの生の測定値はアナログ入力から得られる数値にすぎず、どこからを乾きとし、どこからを濡れとするかはプローブごと、土壌ごと、サテライトごとに違います。そのためサテライトは生の値を送り、換算は FairGrow が行います。
設定するのは2点です。センサーが乾いているときに示す値と、濡れているときに示す値です。以降はサーバーが百分率を計算し、後から校正を調整すれば、新しい測定値だけでなく過去の履歴すべてに適用されます。やや高すぎる、あるいは低すぎるセンサー向けに小さなオフセットが別に用意されているので、2点を触らずに1台だけ微調整できます。
圃場にあるデータロガーを更新する
ファームウェアは無線で更新します。ただし隠すよりも名前を挙げておきたい制約が1つあります。
仕組み
- ゲートウェイが URL 付きの更新指示を中継します。
- サテライトは HTTP から直接、使っていないアプリケーション領域へイメージを書き込みます。
- SD カードもファイルシステムもケーブルも現地訪問も不要です。
- 更新は無線のコールバックではなくメインループから実行し、失敗した場合はデータロガーが再起動してファームウェアはそのまま残ります。
正直にお伝えする1つの制約
- サテライトには自分を確認するための上り回線がないため、ゲートウェイとは違い、不正なイメージを自動で戻す期限もありません。
- だからこそ、サテライト向けのビルドはライブラリに入る前に必ず実機で検証しています。
これから出てくるもの
計画に組み込んでいただけるようここに挙げます。時期を書いているのは、その責任を負う覚悟があるものだけです。
PAR
光合成有効放射、つまり植物が実際に使う波長の光を測るセンサーです。光サテライトとは意図的に別のセンサーにしています。ルクスと PAR は異なる量であり、通関や認証の区分も違うからです。
赤外線で測る葉面湿潤
MLX90614 赤外線温度センサーを使った葉面湿潤センサーを開発しています。自分が濡れなければならないプレートではなく、葉の温度を読み取って空気の温度と比べる方式です。結露はまずそこに現れます。このセンサーの CE 認証は2027年半ばを予定しています。
長距離向けの LoRaWAN
ESP-NOW は見通しのよい場所ならかなり遠くまで届きますが、どこでもというわけではありません。届かない距離のために、LoRaWAN のデータロガーと、すでにこのプロトコルを使っているセンサーへの対応を計画しています。LoRaWAN は 868 MHz 帯のオープン規格なので、そこでも当社から買う必要はありません。
Zigbee か ESP-NOW か
多くの生産者は両方を使っており、すべてが同じダッシュボードに集まります。
Zigbee が向いている場合
- センサーが自宅、温室、ゲートウェイの近くにある場合。
- 市販のハードウェアを買いたい場合。ロックインのない標準センサーをご覧ください。
- 間に並ぶ機器のメッシュが電波をつないでくれる場合。
- 自分のコーディネーターを使いたい場合。
ESP-NOW が向いている場合
- コンセントもアクセスポイントもない場合。
- 圃場が Zigbee のメッシュの外にある場合。
- 圃場にあるポンプを切り替えたい場合。
- 動かしている機器のソースが欲しい場合。
ESP-NOWセンサーのソースコード付き
私たちは毎週ファームウェアの改良に取り組んでおり、ESP-NOWセンサーのソースコードも追加費用なしで提供します。ロックインはありません。センサーは標準品で、データはあなたのものです。ラベルを貼ったバイナリではなく、MITライセンスのスケッチそのものなので、判断をセンサーに委ねる前に、それが何をしているかを自分で読めます。
よくいただくご質問
ESP-NOW サテライトとは何ですか。
バッテリーまたはソーラーで動く、小さく自立した測定機器です。WiFi も SIM カードも必要なく、測定値を FairGrow のゲートウェイへ送信し、そこからダッシュボードへ転送されます。
圃場に WiFi は必要ですか。
いいえ。WiFi が必要なのはゲートウェイだけです。サテライトはネットワークに加わらないので、圃場で設定する作業も何もありません。
どのくらいの距離まで届きますか。
見通しのよい場所では Zigbee より遠くまで届き、サテライト同士が互いに中継できるため、何台かまとめれば広い範囲をカバーできます。壁、密に茂った作物、金属はいずれも距離を削るので、どこで見た数値も出発点として扱い、実際の現場はご自分で測ってください。配置の検討を手伝ってほしい場合はサポートからお問い合わせください。
測定値が届かないのはなぜですか。
最も多い原因は、ゲートウェイとサテライトのチャンネルの不一致です。デバイスカードをご確認ください。見つかったチャンネルと想定していたチャンネルが書かれており、たいていはそれで話が済みます。
自分のセンサーを使えますか。
サテライトが対応できる範囲で可能です。ESP-NOWセンサーのソースコードも手に入るので、どこに追加すればよいかも見えます。サテライトが認識しないチャンネルは捨てられるのではなく汎用の測定値として届くため、ラベルが追いつくまでの間もデータは残ります。
サテライトは葉面湿潤を測れますか。
はい。葉面湿潤センサー以降は独立した種類の測定値として扱われ、アラームやオートメーションを紐づけられます。MLX90614 を使った赤外線方式も開発中で、認証は2027年半ばを予定しています。
サテライトを自分で更新できますか。
はい、無線で可能です。ゲートウェイが指示を伝え、データロガーが自分でイメージを取得するので、現場に設置したセンサーにケーブルをつなぐ必要は一度もありません。
コンセントのない場所で測る
その圃場がどんな場所で、そこから何を知りたいのかをお知らせください。どの機器が合い、どの機器が合わないかをお伝えします。