SWIFF COVER

Bacci L., Battista P., Rapi B., Sabatini F.

2009 - 2013

Nella gestione di un ambiente produttivo protetto, qual è una serra, la sola introduzione di regolatori automatici, sia pure elettronici, non è in grado di garantire il rispetto di tutte le condizioni richieste per una produzione economicamente vantaggiosa, che sia allo stesso tempo sostenibile dal punto di vista ambientale e al riparo da errori o malfunzionamenti.
Il progetto SWIFF si proponeva di sviluppare un sistema innovativo per il controllo dell’irrigazione e di altre importanti funzioni gestionali tipiche delle attività produttive operanti nel settore florovivaistico. L’obiettivo principale della ricerca era quello di individuare soluzioni modellistiche ed elettroniche (HW/SW) in grado di aumentare la rappresentatività e l’affidabilità dei sistemi, garantendo la massima sicurezza operativa e una graduale ottimizzazione nell’uso delle risorse (acqua, soluzione fertilizzante, termoregolazione, trattamenti fitosanitari, ecc.) all’interno della struttura produttiva.

 

 

Sistema wireless per il controllo dell’irrigazione e di altre funzioni in ambito florovivaistico Risultati del progetto MIPAF “SWIFF”

 Nell’ultimo decennio l’attività di ricerca del nostro gruppo si è concentrata sull’ottimizzazione delle risorse idriche mediante lo sviluppo di modelli e sistemi esperti per la gestione dell’irrigazione e fertirrigazione sia in pieno campo, su colture agrarie, sia in vivaio e serra, su colture orticole e ornamentali.

Oggi vi è una maggiore esigenza di risparmiare acqua, per varie ragioni tra cui possiamo sottolineare:

  • Minore disponibilità di acqua per la crescente competizione con altri settori di impiego (es. usi civili, turismo)
  • Progressiva salinizzazione delle falde idriche
  • Legislazione che impone ai vivaisti l’impiego di tecniche e tecnologie con maggiore efficienza idrica.

Una efficiente gestione dell’irrigazione significa limitare le perdite di drenaggio,  che si traduce in una riduzione della dispersione nell’ambiente sia di concimi sia di pesticidi ed erbicidi.

Una gestione integrata dell’ambiente controllato garantisce una graduale ottimizzazione nell’uso delle risorse (acqua, soluzione nutritiva, termoregolazione, ecc.) all’interno della struttura produttiva.

Obiettivi del progetto

Sviluppo di un sistema automatico, mediante l’uso di nuove tecnologie e soluzioni wireless, per il:

  • Controllo ottimale dell’irrigazione di piante ornamentali in vaso e di specie da fiore reciso, coltivate in serra, a partire da misure di umidità del suolo e dei principali parametri micrometeorologici.
  • Controllo del microclima della serra mediante la gestione dei sistemi di condizionamento ambientali esistenti: apertura/chiusura sportellature, termoventilatore, impianto di ventilazione, impianto di nebulizzazione, teli ombreggianti, illuminazione, ecc.

Il sistema con il controllo dell'irrigazione e del microclima si propone di:

  • Rispettare le esigenze idriche della pianta.
  • Ridurre l’impiego di acqua e nutrienti
  • Ridurre i consumi energetici
  • Limitare l’impatto ambientale

L’uso della tecnologia wireless consente di migliorare il monitoraggio e la gestione dei principali parametri ambientali e colturali all’interno della serra, riducendo al contempo le problematiche legate alla presenza dei cavi di connessione e risolvendo i problemi di rappresentatività dei punti di misura.

 SWIFF Hardware

Configurazione base: 8 ingressi analogici, 4 uscite digitali (relè), 4 ingressi digitali (counter)

Espandibilità: RS-485, moduli wireless (64), moduli S-BUS (128).
Sistemi di connessione: RS-232, Ethernet, modem GSM/GPRS.
Flessibilità: Alimentazione sistema (Vin=24 Vcc; 18 Va), Range ingressi sensori (0-5V; 0-20 mA), Alimentazione disponibile (sensori): 5Vcc; 12 Vcc
Modularità: moduli wireless, moduli S-BUS

Display + Tastiera per visualizzazioni e modifiche alla configurazione in locale. Archivio locale degli ultimi m giorni (es. 58 grandezze -> 12 giorni)

 Sulla scheda madre è presente un’interfaccia S-BUS, che consente il collegamento di moduli SBUS, per gestire sensori e attuatori mediante un unico bus a 4 fili che porta sia l’alimentazione (12 Vcc) sia il contenuto informativo.

Moduli SBUS

Il modulo SBUS   “canali analogici”: può essere utilizzato con diverse tipologie di sensori, poiché accetta segnali di ingresso nel range 0 ÷ 5 V, 0 ÷ 20 mA, fornendo nel contempo un’alimentazione di 12 Vcc o 5 Vcc per eventuali trasduttori.

  • Modulo SBUS –Tensiometro: misura del potenziale idrico.
  • Modulo SBUS – EC5: misura del contenuto idrico volumetrico.

Il modulo SBUS  “Output digitali ”: permette la gestione a distanza di attuatori per il controllo, ad esempio, di elettrovalvole dell’impianto di irrigazione.

SWISS  SBUS Modules

I moduli funzionanti su S-BUS sono quindi delle unità slave che rispondono alle richieste del master, comunicando lo stato degli ingressi o aggiornando le uscite digitali con il valore ricevuto dal master.

Misura del potenziale idrico
(Indica la quantità di energia che deve essere
esercitata per estrarre l’acqua dal suolo) 
Misura del contenuto volumetrico
(Indica la reale quantità di acqua presente
nel suolo e disponibile per le piante)
tensiometric soil moisture sensors water-soil relation volumetric soil moisture sensors
    Torba, perlite, pomice, lana di roccia    

 

Moduli Radio

Sulla scheda madre è presente un’interfaccia RS-485 che consente il collegamento di concentratori radio per gestire moduli wireless.

 Firmware

Il firmware del sistema permette:

  • La gestione dell’acquisizione dei dati dei sensori
  • La gestione dell’irrigazione mediante il metodo soil-method
  • Il controllo dell’irrigazione mediante il sistema integrato, basato sull’uso contemporaneo del soil-method e del climate-method
  • La gestione del microclima
  • La gestione dei dati: archiviazione locale e remoto (PC, GPRS/GSM)
  • La gestione degli allarmi via modem GPRS/GSM (alimentazione, batteria tampone, sensori out, ecc…)

Soil-method Climate-method
Misura del potenziale idrico o umidità volumetrica del suolo
Problema: rischio bassa rappresentatività della misura (identificazione corretta della posizione del sensore nel vaso, scelta del vaso campione;
necessità di più sensori)
ETRc=ETP · Kc
Problema principale: valori di Kc sconosciuti per le specie ornamentali

 

Il sistema integrato, basato sull’uso contemporaneo del soil-method e del climate-method, permette di avere effetti positivi nella gestione dell’acqua, quali:

  • maggiore affidabilità del sistema automatico
  • impiego di un numero inferiore di sensori
  • migliore rappresentatività della misura

Schema Firmware

L. Bacci, P. Battista, B. Rapi (2008). An integrated method for irrigation scheduling of potted plants. Scientia Horticulturae, 116: 89-97.
L. Bacci, P. Battista, F. Sabatini, B. Rapi, F. Saccardo, E. Luccioli, A. Marcucci (2010). Applicazione e validazione del sistema integrato HYDRO per la gestione dell’irrigazione su piante ornamentali coltivate in serra. IX Giornate Scientifiche SOI, Firenze, 10-12 marzo 2010

 Interfaccia di controllo

L'interfaccia  basato sul software STR3000, consente il controllo remoto del sistema.  La connessione GPRS M2M  consente di variare tutte le variabili di setup in tempo reale in modo di adattare il funzionamento a situazioni ambientali o produttive diverse.  Tramite l'interfaccia è possibile inoltre di controllare graficamente l'andamento dei vari parametri micrometeo misurati consentendo il conrollo diretto dell'ambiente operativo.

 SWIFF GUI

(download http://www.cespevi.it/pdf/-Sistema_SWIFF_Battista-Serni.pdf)

 

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Editors

Battista Piero (piero.battista at cnr.it)

Rapi Bernardo (bernardo.rapi at cnr.it)

Romani Maurizio (maurizio.romani at cnr.it)

 

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