【人手不足解消にスマート農業を】 AWS IoT を使ってクラスメソッドが農業を始めてみた

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【⼈⼿不⾜解消にスマート農業を】 AWS IoT を使ってクラスメソッドが農業を始めてみた 2024.7.4 クラスメソッド株式会社菊地武

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⾃⼰紹介 3 菊地武 KIKUCHI Takeshi (キクタケ) 出身/居住地 ● 出身地：岩手県奥州市（大谷翔平と同郷） ● 居住地：宮城県仙台市宮城野区経歴 ● 国内大手通信キャリアでマネージドサービスの立ち上げなどに従事 ● 2021年4月にクラスメソッドへ入社 ○ 2023年7月よりAWS事業本部運用イノベーション部へ異動好きなこと草むしり、土いじり、開墾

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いま農業が危機的な状況です 4

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農業における課題 ● ⼈⼿不⾜（ 3K 労働の代表格） ● 後継者不⾜ ● 担い⼿の⾼齢化 ● 離農の増加 ● ⽶の買取価格の下落などなど 5 ちょっと⽥んぼの様⼦を⾒てくる

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地元の農家さんとの会話相⼿：来年８０歳のおじいちゃん（後継者なし） ● 葬式とか介護とかの話 ● 近所が離農した or 業者に任せた ● ⽶価が安くて割にあわない ● ⾜腰が痛くてしんどい ● 猛暑で朝晩しか仕事が出来ないなどなど（頃合いをみて退散...） 6

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IT を使って地元東北の農業に何か貢献したい 7

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IoT デバイスが⼈⼿不⾜の解消に役⽴つかも 8

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IoT デバイスの開発 9

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デバイスの選定 10

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IoT マイコン「ESP32」 11 ● 名刺サイズ ⅓ ほどの⼤きさ ● 1,600 円程度と低価格 ● Wi-Fi と Bluetooth を内蔵 ● IoT として必要⼗分なスペック ● -40℃ から +125℃ で安定動作 ● 消費電⼒が低い ○ DeepSleep が可能

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他デバイスとの⽐較 12 Raspberry Pi Raspberry Pi Pico ESP32 参考価格 11,550 - (Raspberry Pi 5 / 4GB) 1,540- (Raspberry Pi Pico WH) 1,600- (ESP32-DevKitC-32E 4MB) CPU quad-core 64bit 2.4GHz dual-core 32bit 133MHz dual-core 32bit 240MHz Wi-Fi ありありあり OS 搭載可能不可不可消費電力大きい小さい小さい安定性普通高い高い情報量多い少ない多い

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センサーの選定 13

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接続可能なセンサー 14 ESP32 は、オンボードの GPIO（汎⽤ IO ）を経由して、様々なセンサーを接続することが可能【開発イメージ】ブレッドボードとジャンパーピンを経由して ESP 32とセンサーを繋ぐ（センサーの例） ● 温湿度センサー ● 距離センサー ● ⽔分量センサーなどセンサーは１個３００円〜と安価で、選択肢も豊富

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プログラムの開発 15

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統合開発環境「Arduino IDE」 16 ● マイコン⽤統合開発環境の１つ ○ C ⾔語ベースでマイコン開発⽤の機能追加 ○ プログラミング学習などで使われる ○ Windows / Linux / macOS に対応 ● 元々は Arduino ⽤に開発されたものの、それ以外のボードにも対応可能 ● サンプルやライブラリ、情報量が豊富

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Arduino IDE 画⾯イメージ 17

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スケッチ（コード） 18 １４４⾏のスケッチ

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低コスト化の⼯夫 19

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低コスト化の⼯夫 20 ● ESP32「DeepSleep」機能の活⽤ ○ 待機時間に消費電⼒を⼤幅に抑えることが可能 ● オフグリッド環境での乾電池駆動の採⽤ ○ DeepSleep の活⽤により、安価な動⼒源を採⽤ ■ 太陽光パネルや蓄電池を搭載するより安価 ■ リチウムイオン電池を搭載するより安全 ○ １時間１回の通信で２ヶ⽉程度の動作（机上検証）

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AWS 環境の構築 21

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全体構成 22

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全体構成 23

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⼤まかな流れ 24 ● ESP32 が Wi-Fi に接続（ AP は既設を流⽤） ● AWS IoT Core に認証を⾏い、MQTT プロトコルで JSON データを Publish ● CloudWatch Logs に出⼒し、CloudWatch Alerm がメトリクスを監視して、アラート状態になったら Amazon SNS トピック経由で E メール通知

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いよいよデプロイ 25

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その前に名前をつけよう！ 26

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命名「テクノボー１号/２号」 27

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宮沢賢治「⾬ニモマケズ」 28 我が郷⼟の偉⼈の代表作より命名テクノボーテック ( Tech ) を使ったデクノボー「そういうモノ (Thing) に私はなりたい」 ※ IoT = Internet of Things の略⾬ニモマケズ⾵ニモマケズ雪ニモ夏ノ暑サニモマケヌ丈夫ナカラダヲモチ（中略）ミンナニデクノボートヨバレホメラレモセズクニモサレズサウイフモノニワタシハナリタイ

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いよいよデプロイ 29

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実験場所 30 ● 岩⼿県奥州市（私の出⾝地） ○ 近所の農家さんの⽔⽥ ○ 実家の家庭菜園 ※ 奥州市 HP より借⽤

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テクノボー１号 31 ⽔⽥の⽔位を測定（１時間に１回）

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テクノボー２号 32 畑の⽔分量を測定（１時間に１回）

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かかった費⽤はおいくら？ 33

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かかったコスト 34 テクノボー１号テクノボー２号マイコン ESP32-DevKitC-32E 1,600- 1,600- センサー超音波距離センサー HC-SR04 300- 土壌湿度センサー SEN0114 500- 電池ボックス 85- 85- 昇圧コンバータ 300- 300- 屋外設置ボックス日東工業 OP10-12A 881- 881- メッキ杭 1,480- 898- 合計 ※ 4,646- 4,264- ※ 市販品は約２万円〜（別途 API 利⽤料⾦が必要な場合あり）

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開発でハマったこと 35

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原因① AWS IoT 設定ミス 36

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①ポリシー設定ミス ● AWS IoT のポリシー設定が間違っていた ○ AWS IoT Core のログを有効化してデバッグ 37 デフォルトのログレベルが無効状態なので、ログが出⼒されないために設定ミスに気づくのに時間を要した

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原因② DeepSleep タイミング 38

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②DeepSleep タイミング ● 省電⼒化を狙うあまり、 Publish 後に DeepSleep するタイミングが早過ぎて Publish の成功率が異常に低くなってしまった ○ delay 時間を調整して Publish 成功率を⾼めた 39

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トラブルシューティングに役に⽴ったナレッジ 40

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AWSJ 三平さんのナレッジ 41 https://pages.awscloud.com/rs/112-TZM-766/images/EV_aws-iot-deep-dive-3 -310-topic1_Mar-2021.pdf

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開発を⾏ってみての感想 42

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所感 43

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所感 44 ● 開発⾃体は思っていた以上に簡単 ○ DevelopersIO の情報で簡単に動かせる ○ ⽣成 AI の活⽤も⾮常に有効？ ● ⾃宅から遠隔監視が出来るのは便利 ○ 特に⾬天時や⾼温時は⾮常に助かる ● アイディア次第で⾊々なことが出来そう ● 安価なので気軽に試せるのもメリット

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気をつけるポイント 45

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気をつけるポイント 46 ● あまり精度を追い求めない⽅が良さそう ○ 軽量プロトコル「 MQTT 」のメリットが享受出来ない（ QoS の設定も可能だが） ■ 消費電⼒の増加にもつながる ○ CloudWatch 側で閾値設定や⽋落データの処理をした⽅が良い

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今後トライしたいこと 47

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今後トライしたいこと 48 ● 動作期間の延⻑ ○ 最適な給電⽅法の模索 ● Bluetooth Long-Range の採⽤ ● アラート時のアクション呼び出し ○ ⽔⾨の調整、⽔やりの開始、など ● 他センサーやカメラとの連携 ○ 機械学習と画像認識/動画分析など

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まとめ 49

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まとめ 50 安価なデバイス、様々な開発⽀援、AWS サービスの活⽤により、思っていた以上に簡単に IoT デバイスの開発が出来ることが判りました。農業のみならず、アイディア次第で様々な創意⼯夫が出来ると思いますので、みなさんもぜひお気軽に IoT デバイス開発にトライしてみてください！