AMMS Smart Irrigator, la tecnologia al servizio delle piante

Bentornati nel nostro laboratorio, quest’oggi vi parleremo di un progetto che da mesi portiamo avanti assieme a Paolo e Idris, due nostri collaboratori, ovvero un “irrigatore smart multicanale” interconnesso alla rete AMMS.

Cos’è un irrigatore?

Un irrigatore è un dispositivo elettronico che consente di gestire e automatizzare l’irrigazione del giardino o del prato, utilizzando sensori e algoritmi intelligenti per regolare l’irrigazione in base a vari fattori ambientali e alle necessità specifiche delle piante, nonchè ottimizzando i consumi abbattendo gli sprechi d’acqua. Alcuni modelli inoltre sono capaci di monitorare quanta acqua piovana è stata utilizzata rispetto quella prelevata dall’acquedotto, gestire il serbatoio in autonomia e dedicare ad ogni pianta una quantità personalizzata di acqua.
L’irrigatore può essere usato in vari contesti, sia domestici che agricoli, e trovano elevato utilizzo soprattutto durante periodi di siccità o in zone con assenza di precipitazioni naturali adeguate.

Ci sono molti tipi di irrigatori, di cui vi lasciamo i più noti nel seguente elenco:

Irrigatori a goccia (o microirrigazione): Questi irrigatori rilasciano acqua lentamente e direttamente alla base delle piante tramite tubi e gocciolatori. Sono ideali per l’irrigazione di precisione e sono molto efficienti dal punto di vista dell’uso dell’acqua.

Irrigatori statici: Questi irrigatori hanno una testa fissa che spruzza acqua in una direzione specifica. Sono ideali per aree più piccole e per aiuole. Esempi comuni includono gli irrigatori a spruzzo fisso.

Irrigatori oscillanti: Questi irrigatori hanno una barra che si muove avanti e indietro, spruzzando acqua in un arco rettangolare. Sono utili per irrigare superfici rettangolari come prati e giardini.

Irrigatori rotanti: Questi irrigatori hanno bracci rotanti che girano a 360 gradi, spruzzando acqua in un cerchio completo o parziale. Sono efficaci per coprire ampie aree in modo uniforme.

Irrigatori a impulsi: Questi irrigatori utilizzano un meccanismo a impulsi per spruzzare acqua in getti intermittenti, coprendo grandi distanze e aree estese. Sono spesso utilizzati in applicazioni agricole e in grandi prati.

Perchè fare un irrigatore smart?

Gli irrigatori sopracitati spesso lavorano tramite meccanismi meccanici, o tramite un circuito on-off, quindi senza monitorare quanta acqua effettivamente riceve la pianta e le sue reali necessità di irrigazione, portando anche a situazioni di elevato spreco di risorse idriche e danni alle colture.

Per rimediare a ciò nel tempo sono usciti una serie di irrigatori sempre più tecnologici, a partire dai timer, che fanno andare il meccanismo solo in certe condizioni di orario, piuttosto che a singolo relay, ovvero tramite un sensore posto nel terreno avvia tutto l’irrigatore. Queste soluzioni, per lo più commerciali, mitigano solo in parte i problemi procedurali, in quanto risultano comunque insufficienti a monitorare in tempo reale tutta la linea di un irrigatore. I più comuni si possono individuare in piante lontane dal sensore, il gocciolatore troppo vicino al sensore (quindi uno stacco troppo anticipato della routine di erogazione dell’acqua), residui di pressione che lasciano uscire ancora acqua dal gocciolatore e tubi troppo lunghi per garantire un irrigazione costante.

La nostra soluzione – il prototipo “Springarol”

Springarol, questo il nome del primo prototipo realizzato dal duo, è pensata principalmente per essere applicata in campo aperto, senza collegamento all’acquedotto nè alla rete elettrica abbinato all’irrigazione a goccia; viene applicato a cisterne IBC da 1000 litri o ad altro serbatoio e viene alimentato da un pannellino solare che carica una batteria da 12 Volt tramite un regolatore di tensione. Il sistema utilizza un sensore di umidità inserito nel terreno e attiva l’elettrovalvola e la pompa ad immersione quando l’umidità scende sotto la soglia impostata. Per favorire la diffusione dell’acqua nel terreno e per evitare surriscaldamenti della pompa per un uso prolungato, la fase di irrigazione turna fra un periodo di attivazione della pompa e uno di pausa, il tutto gestito da una semplice interfaccia locale. È presente inoltre un controllo del livello del serbatoio, in modo da evitare di bruciare la pompa in mancanza d’acqua.

La nostra soluzione – Una centralina smart a 7 canali

La principale limitazione di Springarol deriva dall’essere singolo canale, ovvero un singolo sensore di umidità e un singolo canale di irrigazione. In aggiunta non è contemplata l’analisi meteorologica, di conseguenza c’è il rischio di irrigare le piante appena prima di fenomeni piovoso, andando a sprecare acqua dalla vasca e rischiando sovraerogazioni idriche alla pianta.

Per rimediare a ciò abbiamo fatto un totale revamp dell’elettronica di Springarol, passando in primis da un ESP8266 a un molto più performante ESP32, che ci consente di estrarre molte più potenzialità dal progetto, grazie alla maggior memoria e frequenza operativa del microprocessore, garantendoci sempre connettività WiFi e Bluetooth.

Per aumentare i canali di irrigazione invece ci siamo basati su un driver ULN2003A, che ci consente di pilotare senza necessità di altri componenti i 7 relè. Nel caso non si usassero i relè, è possibile tramite dei jumper disabilitare la linea in questione e estrarre ulteriori GPIO a quelle predisposte sulla scheda

Sono presenti inoltre dei led di stato per indicare quale relè è attivo in quell’istante, utile per operazioni di debug del sistema.

L’aspetto previsionale del sistema invece viene garantito grazie a un pluviometro a bilanciere, il cui circuito di connessione è presente copiandolo da quello della WeatherIOT

Il pinout della scheda garantisce un elevata personalizzazione dei sensori installabili, consentendo di utilizzare la scheda come base anche per applicazioni IoT differenti dall’irrigatore, come ad esempio il progetto idroponica in collaborazione con Phil3D, di cui vi parleremo più avanti.

Integrazione con AMMS

Lo scopo principale del progetto è integrare applicativi smart ad AMMS, consentendo di monitorare l’ambiente circostante e sfruttarne i dati per migliorare ed efficientare le attività di irrigazione

Ad esempio è possibile prevedere un temporale improvviso ed attendere il termine dell’evento per capire se è ancora necessario irrigare le piante, oltre che monitorare quanta acqua piovana è stata recuperata magari da una gronda e quanta viene utilizzata nella successiva irrigazione, andando a misurare cosi il rapporto “prelievo-erogazione” e riducendo gli sprechi idrici. È possibile inoltre interpellare il sistema AMMS per misurare altri parametri come le temperature ambientali per evitare irrigazioni in orari sfavorevoli per la pianta, salvando in una microSD o nel database dell’irrigatore i parametri di configurazione oltre che i valori misurati, fornendo un servizio fondamentale per l’agricoltore.

In futuro sarà possibile interfacciare ulteriori sensori dedicati alla piante, rendendo così l’AMMS Smart Irrigator la soluzione perfetta per orti e coltivazioni rispettose dell’ambiente e efficienti sotto ogni punto di vista, riducendo l’impatto ambientale e limando i danni che il cambiamento climatico sta apportando alle coltivazioni in montagna.

Stato attuale dei lavori

Attualmente il sistema funziona tramite un “porting” del programma di Springarol, adattato alla GPIO nuova dell’ESP32 rispetto l’8266, con un solo sensore di umidità del terreno, anche se sono già in corso dei test per implementare ulteriori sensori e canali di irrigazione. Il sistema regge anche in condizioni di elevato carico, testandolo per irrigare una linea di fiori da balcone presso un nostro cliente.

Il sistema attualmente è alimentato da un pannello fotovoltaico con batteria, in ottica di fare dei test per ottimizzare i consumi, con i primi risultati che stanno facendoci ben sperare in vista delle future migliorie, in quanto ci danno una base ottima su cui lavorare per ampliare il progetto.