evoluzione del sistema-base in varianti wireless per applicazioni di serra e pien aria. Parte seconda - Dal monitoraggio alla gestione.

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1 Automazione con sonde X-DR: X evoluzione del sistema-base in varianti wireless per applicazioni di serra e pien aria. Parte seconda - Dal monitoraggio alla gestione. E. Farina, F.Di Battista Unità di ricerca CRA-FSO Sanremo; respons. dott. Enrico Farina - Rapporto di attività del secondo anno Progetto ECO.IDRI.FLOR. ECO-efficienza della gestione IDRIca nel FLORovivaismo risorse, tecnologie e sistemi per l'ottimizzazione Lecce - 23 aprile 2008

2 Indice dei contenuti diapo n. Assemblaggio del prototipo di automazione di gestione irrigua: elettroe lettro-idraulica 3 Alimentazione componenti remoti di monitoraggio/trasmissione wireless dei dati 5 Trasmissione wireless dei dati di monitoraggio dello stato idrico o della coltivazione 6 Ricezione dei dati di monitoraggio dello stato idrico e trasferimento ad unità di processo 7 Funzionalità del software 8 La rete dell informazione sullo stato del sistema 15 Alcuni risultati conseguiti sulla automazione della gestione irrigua igua 21 Alcuni risultati conseguiti sulla portabilità del sistema di informazione 24 E possibile utilizzare il sensore FDR per gestire irrigazione in condizioni d d uso di acque saline e/o di soluzioni fertirriganti? 29 Valutazione critica dell informazione originale 35 Informazioni su alcune tecnologie utilizzate: trasmissione, sensoristica 44

3 Assemblaggio del nuovo prototipo di automazione della gestione irrigua: elettro-idraulica Vasca Pompa a immersione Scheda di controllo Unità di processo ( Software) Ricevente EV1 EV2 Appezzam.1 Appezzam.2 Trasmittente EV3 Appezzam.3 Trasmissione del segnale elettrico via cavo (attuatori gestiti da scheda = Elettrovalvole e Pompa)

4 Assemblaggio del nuovo prototipo di automazione per la gestione irrigua su colture di pien aria: Il sistema di distribuzione localizzata di acqua gestita dal prototipo agisce su un impianto di viburno di 3 o più anni (più specie e varietà,, a foglie caduche o sempreverdi)

5 Alimentazione componenti remoti di monitoraggio e trasmissione wireless dei dati Pannello fotovoltaico: Alimentazione Sonda e trasmittente (batteria tampone) Alloggiamento dell unit unità trasmittente e della batteria alimentata dal pannello Sonda

6 Trasmissione wireless dei dati di monitoraggio dello stato idrico della coltivazione Pannello Alloggiamento dell unit unità trasmittente e della batteria alimentata dal pannello Sonda

7 Unità ricevente connessa a Unità di Processo Unità di processo con output ad antenna wi-fi fi. (L Unità di Processo è interrogabile da locale) Ricezione dei dati di monitoraggio dello stato idrico e trasferimento ad unità di processo Interfaccia tra unità di processo e dispostivi elettromeccanici di servizio all impianto di irrigazione (scheda)

8 Scheda di controllo Unità di processo ( Software) Note sulle funzionalità del software: Software Agrimonitoring (Ditta Rinnovando S.r.l.)

9 Software Agrimonitoring (Ditta Rinnovando) Monitoraggio dello stato idrico del terreno in tempo reale; in alto a a dx, indicatori di allarme Allarmi -in tempo reale (con segnalazione di preallarme in giallo, determinato dal valore monitorato dal sensore ML2x); -di tipo statistico (condizioni da verificare nell insieme dei dati rilevati); -di sistema (malfunzionamenti di componenti)

10 Software Agrimonitoring (Ditta Rinnovando) Setup 855 mv unzione di monitoraggio dello stato idrico del terreno su lunghi i periodi (a scelta dell utente) In alto a destra (scritta su fondo blu), selezione del sensore cui c il monitoraggio si riferisce Il valore di setup per l l intervento irriguo utilizzato nel periodo è 855 mv

11 Software Agrimonitoring (Ditta Rinnovando) Menu Configurazione,, opzione Soglie operative : impostazione del setup Nelle opzioni a lato (non attive), inpostazioni di criteri di intervento differenziati per esigenze stagionali o correlate a parametri fisio sio-agronomici.

12 Software Agrimonitoring (Ditta Rinnovando) Vasca Pompa a immersione EV1 EV2 EV3 Menu Configurazione,, opzione Azioni : verifica dell esecuzione dell ultimo intervento irriguo (per ogni attuatore)

13 Software Agrimonitoring (Ditta Rinnovando) on off Vasca Pompa a immersione EV1 EV2 EV3 enu Configurazione,, opz. Azioni Azioni :attivazione di interventi irrigui indipendenti da sensore (in fig., per attuatore 1, comando on/off).possibile anche per tutti gli attuatori (non visualizz.)

14 Software Agrimonitoring (Ditta Rinnovando) Menu Mappe :: es. di visualizzazione del sito coinvolto nella gestione irrigua e posiz. sensore

15 La rete dell informazione sullo stato del sistema: da locale (realizzata) a remota (realizzata) a diffusa (in realizzazione)

16 da locale a remota privata S1 UP Ro UI Verde: sito con piante a gestione irrigua automatizzata (S1); Rosso: Unità di Processo Azzurro: trasmissione wireless; Viola: rete interna privata connessa all UP via router (Ro) ; Bianco singolo utente interno alla rete (UI) abilitato all accesso al sistema di gestione irrigua

17 da locale a remota pubblica a diffusa S1 UP UE1 S2 Ro S3 UE2 UI Linee Rosse: utenti esterni (UE1, UE2) abilitati all accesso al sistema di gestione irrigua; Azzurro: trasmiss. wireless verso tutti i siti (S1, S2, S3) da servire s a livello di gestione irrigua automatizzata tramite le risorse di elaborazione facenti capo alla la stessa Unità di Processo UP

18 SMS/GPS/GPSR UE1 UE2 UI Ulteriori estensioni: possibilità di inviare via SMS/GPS(R) allarmi in automatico o istruzioni/dati di gestione idrica verso siti geograficamente anche molto lontani

19 Ulteriori estensioni: possibilità di inviare via SMS/GPS(R) istruzioni/dati di gestione idrica verso siti geograficamente anche molto lontani

20 Ulteriori estensioni: possibilità di inviare via SMS/GPS(R) allarmi in automatico

21 Alcuni risultati agronomici conseguiti utilizzando il prototipo di automazione della gestione irrigua

22 A Picchi di intervento in situazione ordinaria C Picchi di intervento in giornate ventose D Precipitazioni intense B Lieve precipitazione Setup 855 mv Interventi irrigui ogni due giorni circa (A); ; al verificarsidi lievi pioggie gli interventi vengono fermati (B); ; successivamente intervengono alcune giornate ventose e la conseguente maggior perdita di acqua determina interventi irrigui i frequenti (C) poi fermatisi al verificarsi di forti pioggie (D). -Irrigazione solo quando serve!-

23 Alcuni dati agronomici relativi all irrigazione automatizzata test su Viburnum sp. A B um. piante irrigate: 400; Ogni irrigazione 2000 litri ; Vol. medio irriguo = 5 litri/pianta eriodo A: 1 irrig./2,5 giorni = 2 l/pianta/giorno Periodo B: 2 irrig/giorno = 10 l/pianta/giorno -Regime di apporto idrico su base razionale!

24 Risultato: piante correttamente gestite dal punto di vista irriguo Immagine della coltivazione in pieno periodo estivo siccitoso. Notare il contrasto fra l l erba secca e lo stato delle piante correttamente irrigate in automatico con distribuzione localizzata

25 Alcuni risultati conseguiti sulla portabilità del sistema di informazione

26 Unità ricevente Unità di processo con output ad antenna wi-fi. (L Unità di Processo è interrogabile da locale) Interfaccia tra unità di processo e dispostivi elettromeccanici di servizio all impianto di irrigazione (scheda)

27 L antenna trasmette wi-fi ad un router di ingresso ad una rete privata Alla rete privata (Server) Unità di Processo

28 In tal modo l Unità di Processo è interrogabile (e gestibile) da computer remoto interno alla rete privata

29 L Unità di Processo è interrogabile (e gestibile) da computer remoto su rete pubblica Nella foto si notano i due desktop: quello sullo sfondo è della macchina locale fruente della rete pubblica. Quello più piccolo è dell Unità di Processo dotata di software Agrimonitoring, appartenente alla rete privata e in fase di gestione dell automazione irrigua.

30 E possibile utilizzare il sensore FDR per gestire irrigazione in condizioni d d uso di acque saline e/o di soluzioni fertirriganti?

31 Valutazione in condizioni di laboratorio delle interferenze fra salinità e contenuto idrico nella risposta fornita dal sensore Sono state stabilite in mezzo di fibra di cocco le relazioni che mettono in relazione contenuto idrico e salinità alla risposta del sensore. L analisi matematica dei dati ha consentito di stabilire una relazione mv = (% vol. acqua) ms/cm Alcune considerazioni

32 mv = (% vol. acqua) ms/cm Esecuzione di simulazioni in cui l l equazione precedente è utilizzata in alcuni modelli di evoluzione delle situazioni idrico-nutrizionali: Analisi grossolana : Nel caso di situazione iniziale di % vol acqua = 30% ; EC = 1500 ms/cm mv=449.3 Se % vol acqua = 35% ; EC = 1500 ms/cm mv=509.1 Se % vol acqua = 30% ; EC = 2000 ms/cm mv=458.8 la variabilità attesa della risposta del sensore sembra poter essere influenzata dal contenuto di acqua più che da quella della C.E.

33 mv = (% vol. acqua) ms/cm analisi un poco più raffinata: Partiamo da situazione iniziale di % vol acqua = 30% ; EC = ms/cm mv= = 449,3 Se % vol acqua = 25% ; EC = 1500*30/25=1800 ms/cm (nessun assorbim. di sali) mv = ,2+34,2 = 395 delta mv = ,2 = -53,8 In evoluzionii normali (perdita di acqua veloce rispetto alla assunzione di nutrienti), la variabilità della risposta del sensore è influenzata dal contenuto di acqua 10 volte in più che da quella della C.E.

34 mv = (% vol. acqua) ms/cm analisi più raffinata: Partiamo da situazione iniziale di % vol acqua = 30% ; EC = ms/cm mv= = 449,3 Se % vol acqua = 25% ; EC = 1500*30/25 = 1800 ms/cm (nessun assorbim. a di sali) mv = ,2+34,2 = 395 delta mv = ,2 = -53,8 Se % vol acqua = 25%; EC = 1500*30/ = 1700 ms/cm (ipotesi di assorbim. di sali) mv = ,3+32,3 = 393 delta mv = ,3 = -55,7 Se insieme a perdita di acqua esiste assunzione di nutrienti, la variazione di risposta del sensore è ulteriormente aumentata; si raggiunge prima il valore di setup

35 Conclusioni Pur influenzata dalla salinità del mezzo, la sonda risulta complessivamente idonea ai fini pratici per gestire il contenuto idrico del substrato di coltivazione anche utilizzando acque relativamente saline e/o soluzioni fertirriganti rriganti Per l l uso del sensore con acque saline sarà opportuno attenersi a distribuzioni irrigue abbondanti per evitare un forte incremento della salinità nella porzione di terreno interessata al monitoraggio attraverso il sensore, incremento che potrebbe essere interpretato come maggior disponibilit bilità idrica; tale criterio soddisfa anche quello del mantenimento di condizioni ni idonee alla crescita delle piante

36 Valutazione critica dell informazione originale Il dato relativo allo stato idrico: -Rappresentatività del punto di monitoraggio -Significato del valore restituito dalla sonda

37 Problematiche relative alla rappresentatività del punto di monitoraggio idrico Nel punto di inserimento della sonda nel substrato (in vicinanza ad una pianta) si ha l interazione fra l l azione di interrogazione della sonda e la risposta fornita dal mezzo in funzione delle specifiche proprietà fisiche dello stesso. Alcune delle proprietà fisiche di effetto primario sulla risposta: Costante dielettrica (Contenuto idrico, salinità Contenuto in frazione grossolana (Continuità fisica)) Il valore segnalato dal sensore sarà tanto più rappresentativo della situazione di tutte le porzioni di terreno in prossimità alle piante nell intero appezzamento quanto maggiore sarà l omogeneità delle proprietà fisiche nell appezzamento

38 Problematiche relative alla rappresentatività del punto di monitoraggio idrico Alcune delle proprietà fisiche di effetto primario sulla risposta del sensore: Costante dielettrica (Contenuto idrico, salinità Contenuto in frazione grossolana (Continuità fisica) Il valore segnalato dal sensore sarà tanto più rappresentativo della situazione di tutte le porzioni di terreno in prossimità alle piante nell intero appezzamento quanto maggiore sarà l omogeneità delle proprietà fisiche nell appezzamento Forte Omogeneità Due condizioni possibili Sostanziale disomogeneità Sufficiente 1 sensore Necessari più sensori Problema: Uso razionale e funzionale dei differenti valori di monitoraggio

39 Problematiche relative al significato del valore restituito dalla sonda Il valore di ddp varia nel tempo entro limiti normalmente determinati dalle caratteristiche costruttive del sensore stesso e dalle caratteristiche dettate al terreno dal modo in cui lo stesso è utilizzato -per il nostro sensore d d uso si ha intervallo di risposta di base mv < ddp < 0 -ma in pratica ddp sarà compreso fra due valori corrispondenti a buona dotazione idrica (a fine intervento irriguo) e scarsa dotazione idrica (valore minimo pre-stress impostato come soglia per l l irrigazione) inoltre ddp dal valore massimo scenderà verso il valore minimo seguendo l l evoluzione del contenuto di acqua nel punto monitorato, dipendente da irrigazione, evapotraspirazione, precipitazioni (se in pien aria)

40 Problematiche relative al significato del valore restituito dalla sonda Il valore ha un significato in termini assoluti ddp = f (contenuto idrico, salinità,, ecc..) e in termini relativi dell insieme dei dati: (l insieme dei dati è ricco di informazioni accessorie e talora essenziali) Effetto di irrigazione determinata dal conseguimento dell output della sonda al valore di setup Precipitazione locale di breve intensità Risalita dell acqua nel terreno verso la superficie per effetto della diminuzione di U.R. conseguente all irraggiamento solare setup

41 Problematiche relative alla rappresentatività del punto di monitoraggio idrico Problematiche relative al significato del valore restituito dalla sonda Necessitano di approcci specifici da realizzare attraverso risorse di natura logica, e concretizzate con la messa a punto di software opportunamente integrato all hardware esistente o implementato (azione in corso)

42 Informazioni accessorie su Tecnologie utilizzate

43 Tecnologia di trasmissione utilizzata Sensicast System MA/USA Questo tipo di tecnologia consente la creazione di una rete di trasmissione dell informazione garantisce l affidabilitl affidabilità nella trasmissione dei dati minimizzando le possibili interferenze da RF locali

44 Sensicast System MA/USA La nostra rete di trasmissione dell informazione

45 Tecnologie sensoristiche: : sonda FDR ML2X (Delta-T Devices) La sonda: emissione a cadenza di onda in una porzione del mezzo (linea di trasmissione) e lettura dell entit entità della variazione delle caratteristiche dell onda stessa, variazione determinasta soprattutto dalle proprietrà dielettriche del substrato Il sensore restituisce un valore di d.d.p.