塑造智慧城市：農業2.0 ：Arduino使農場垂直發展

　　若您覺得這不足以構成挑戰，那么，接下來看看耶魯大學近的一項研究預測：在人口數字打破100億的同時，約有70%的人口生活在城市。鑒于2008年，城市居民數量剛剛超過非城市居民數量，這一預測結果著實令人難以置信。若考慮氣候和生態變化對傳統耕地造成的影響，即過度耕作或土地無法使用的情況，由此產生大規模的糧食短缺時，人類文明將陷入前所未有的人道主義危機中。換言之，我們需要開始以不同的方式思考農業經營。對于迫在眉睫的糧食危機，人類已高談闊論數十年，但直至目前，我們才擬出實際的方案來解決這一問題。這個概念就是：垂直農場(圖1)。

　　圖1：垂直農場將農業從農村轉移到城市(來源：維基百科)

　　垂直農場的概念直截了當：通過在摩天大樓里建造農場，使作物生產接近人口中心，以此取代傳統的耕地。農場不再以英畝的面積進行測量，而是以樓層數進行衡量。這是一個有趣的概念，既具有優勢，又富于挑戰。在一個封閉的垂直農場里，全年都將適合作物的生長。但獲得優勢的同時，付出的代價是，放棄了作物生長所需的充足的陽光和雨露。相反，必須通過技術給予作物生長所需的貼近自然的環境。智能、自動化的環境監測和控制是垂直農場的關鍵推動者。

　　即使具有工業規模的垂直”工廠農場”看似有點未來主義，但它并沒有阻止人們采用一種DIY的態度去進行嘗試。制造界正致力于將制造精神和電子產品應用到種植作物的藝術上。垂直農場，以及如霧培和水培這樣的技術，都為當下熱衷食物研究的技術愛好者帶來了福音。從技術角度看，垂直農場就是控制環境條件。通過控制溫度、水合作用和光照射，將生長周期縮短50%，這便是基于霧培的垂直農場。對于許多制造商以農場為中心的環境控制產品，Arduino則扮演著重要的角色。

　　FarmBot包含了Arduino和另一個電機控制器盾，可以提供類似機器人控制的3D打印，以此利用各種設備，包括測量土壤含水量的濕度傳感器，以及種植種子、水作物，甚至去除雜草的機制。經證明，機器人控制在垂直農場中發揮著重要作用，因為鑒于垂直農場的垂直高度，人類的參與是十分低效且不安全的。對于這些復雜的農產品來說，Arduinos系列Arduino Mega這樣的產品十分受歡迎，因為其增加了GPIO針腳的數量，從而得以控制大量的外部傳感器和執行器(圖2)。

　　圖2：FarmBot使用了Arduino Mega和電機控制器盾(來源：維基百科)

　　當然，Arduino平臺能準確地監控傳感器，并與執行器或其他電子設備進行接口。垂直農場依賴這些傳感器，需要單個傳感器在生長周期中不斷監測和照料作物。技術的發展可謂日新月異，物聯網的出現使得這些資源和管理數據得到了更有效的利用。從傳感器中收集的數據將被傳送到收發器芯片中，如智能農場環境傳感器中的Microchip ATA8520單片機SIGFOX™射頻收發器，隨后又將傳送至無線媒介。這樣，農場主就可以通過無線媒介，了解作物生長情況，并在必要時做出調整。

　　圖3：Arduino MKR1000適合于許多物聯網技術

　　一些技術友好的社區，如Modern Farmer和FarmHack，則對垂直農場提供了指導，即如何構建自身的電子硬件，并將其融入垂直農場中。其中，一項名為Fido的項目則取得了立竿見影的效果，該項目旨在協助那些尋找簡單的基于SMS解決方案以遠程監控溫度條件的農場主。簡單則意味著設計非常緊湊，這樣，使用更小型的Arduino產品如Nano或MKR1000則非常合適。

　　后，機器人城市農場系統(RUFS)明確了垂直農場和水培法的概念，這些概念可以適用于單個家庭或小型社區合作社(圖4)。RUFS是一個相當大膽的嘗試，但它為DIY垂直農場帶來了巨大的優勢。其開源計劃承諾，將創建一個垂直的水培花園，涵括自動灌溉周期、作物養分輸送、pH值監測和維護、溫度監測和維護、空氣循環控制，甚至是LED照明控制。實際上，RUFS由三個基于Arduino的子系統組成(可以稱之為機器人)，包括氣候機器人、pH值機器人及水棲機器人。它們都將歸于基于Linux的計算機上進行更復雜的數據分析，并為垂直農場主提供用戶界面。

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