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Piani di Settore
 

Bando D.M. prt. n. 186 del 01 agosto 2007
G.U. n. 208 del 07/09/2007

 

SWIFF

Sistema Wireless per il controllo dell'Irrigazione e di altre Funzioni in ambito Florovivaistico
Approvato con D.lgs 11903/7643/08 del 19/12/2008
Importo totale € 394.659,59 - Contributo € 180.118,62 pari al 41% della spesa ammessa


SOGGETTO PROPONENTE

TECKNA s.r.l.

 

COORDINATORE DEL PROGETTO

Laura Bacci - IBIMET Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto di Biometeorologia

 

PARTNER COINVOLTI

TECKNA s.r.l.
CNR-IBIMET Consiglio Nazionale delle Ricerche -Istituto di Biometeorologia
Ce.Spe.Vi. - Centro Sperimentale per il Vivaismo di Pistoia
Associazione Vivaisti Pistoiesi - Pistoia

 

PRESENTAZIONE DEL PROGETTO

A livello europeo, l'Italia è al primo posto nel settore del florovivaismo con oltre 35 mila ha (floricoltura e vivaismo), a netta distanza seguono l'Olanda, il Regno Unito, la Germania, la Spagna con superfici comprese tra i 6.000 e gli 8.000 ha. (MiPAAF , 2012).
Il settore florovivaistico, nonostante la sua diffusione e dinamicità, necessita in molte realtà dell'introduzione di innovazione al fine di aumentarne la competitività riducendo  l'impatto ambientale e i costi gestionali della propria attività. In  particolare necessita di aggiornamento e miglioramento dei sistemi di controllo dei processi produttivi, in gran parte obsoleti (soprattutto al sud) e non rispondenti alle nuove esigenze di razionalizzazione e ottimizzazione dell'uso delle risorse energetiche e idriche, in funzione delle reali esigenze delle piante e delle condizioni ambientali esterne. Tenendo contro dell'attuale livello tecnologico dei sistemi produttivi nazionali, un significativo vantaggio operativo potrebbe venire dall'adozione di sistemi di  controllo computerizzato del micro-clima e delle condizioni di crescita delle piante, integrando quando possibile sistemi di controllo esistenti e procedure gestionali specifiche. Per quanto riguarda la gestione dell'irrigazione, si osserva che a livello tecnico i vantaggi legati all'impiego di  sensori di misura dell'umidità del suolo sono da considerarsi largamente dimostrati  (Oksanen et al., 2004; Zhang, 2004; Kim et al., 2009, Bacci et al., 2008), anche se permangono delle carenze nel sistema di gestione automatica dell'irrigazione che si basa sulle misure di tali sensori poiché i sistemi risultano spesso carenti da un punto di vista di affidabilità, rappresentatività e robustezza. Accanto allo sviluppo di nuovi sensori di misura dell'umidità del suolo dobbiamo ricordare i progressi fatti dai MEMS (MicroElectro- Mechanical Systems), che stanno rivoluzionando il concetto di monitoraggio e controllo ambientale, e dalla tecnologia wireless per lo sviluppo di sensori nel settore dell'agricoltura di precisione (Wang et al., 2006; Camilli et al., 2007; Vellidis et al., 2008; Anurag et al., 2008; Pierce and Elliot, 2008, Matese et al.,2009).
Tra tutte le possibili soluzioni tecniche, SWIFF ha cercato di prendere in esame quelle più accreditate e che offrono le maggiori garanzie da un punto di vista di affidabilità, semplicità, costi contenuti, ecc. integrandole con altre soluzioni appositamente sviluppate per realizzare un sistema unico per il controllo automatico dell'irrigazione e del microclima di colture ornamentali in serra.
Lo sviluppo del sistema automatico SWIFF prevedeva le seguenti azioni
 
Azione A - Progettazione e sviluppo
Fase 1. Progettazione del sistema di gestione per l'acquisizione e amplificazione dei segnali provenienti dai diversi sensori, l'elaborazione dei dati e il controllo degli attuatori, sia dell'impianto irriguo sia dei principali controlli della serra.
Fase 2. Sviluppo di componenti innovative (dove necessario) e dei sensori wireless finalizzati al monitoraggio microclimatico e alla misura dell'umidità del substrato.
Fase 3. Assemblaggio e attivazione delle componenti hardware del sistema, definizione dei protocolli e delle procedure.
Azione B - Studio degli algoritmi e implementazione software
Fase 4. Definizione dell'architettura software e degli algoritmi necessari alla gestione dell'irrigazione e delle altre componenti funzionali (riscaldamento, teli ombreggianti, avvisi, ecc.).
Fase 5. Implementazione del software per la gestione "intelligente" dei dati e il calcolo dei parametri necessari alla gestione dell'intervento irriguo e delle altre funzioni di controllo.
Fase 6. Sistema SWIFF - realizzazione del sistema prototipale, per la gestione di tutte le funzioni definite nel progetto esecutivo (fase1). 
Azione C - Test e verifica
Fase 7.  Test di verifica del sistema, da effettuare presso il Centro Sperimentale per il Vivaismo di Pistoia (CeSPeVi).
Fase 8.  Ottimizzazione del sistema a partire dai risultati delle verifiche fatte nell'ambito della fase 7.
 
Metodi utilizzati
Il sistema è composto da:
-    centralina di rilevamento e raccolta delle informazioni che si interfaccerà con il centro di controllo. Tale centralina si basa sull'adozione di una CPU RISC CMOS a 32 bit con bus dati esterno a 32 bit progettata esplicitamente per la realizzazione di applicazioni "embedded". La periferica adotta un Sistema Operativo Multitasking in Tempo Reale (RTOS) ed un File System standard. Su questo "cuore" costituito da Sistema Operativo e File System, si appoggiano i modi di funzionamento, i programmi (task) operativi che personalizzano la periferica per l'applicazione specifica e le capacità di comunicazione basate sul protocollo TCP/IP (porta ethernet o modem GSM/GPRS).
-    una componente hardware, rappresentata da schede elettroniche per la gestione dei sensori (meteorologici, temperatura e umidità del suolo, ecc.) e degli attuatori, via bus e/o wireless;
-    un'interfaccia wireless per i sensori di misura delle principali grandezze fisiche; 
-    una componente software, a bordo del microprocessore installato sulla scheda madre, per la gestione del sistema mediante l'integrazione delle informazioni fornite dai sensori e dai modelli (modelli per la  stima del  consumo e del bilancio idrico e modelli per la gestione delle componenti microclimatiche);
-    un'interfaccia PC, per l'impostazione dei parametri operativi e la visualizzazione delle comunicazioni tra PC e sistema.
-    un'interfaccia Utente, per la visualizzazione in campo e remota di alcuni parametri operativi, per la modifica degli stessi, al fine di  agevolare le operazioni di manutenzione del sistema
-    un sistema di messaggistica per garantire un'alta affidabilità dell'intero sistema.

Contributo innovativo
La componente innovativa più importante del sistema SWIFF consiste nella possibilità di interfacciarsi con sistemi già installati all'interno delle serre (attuatori, impianti d'irrigazione, climatizzatori, ecc.), prendendone il controllo e gestendoli secondo moderni criteri di razionalità ed efficienza. Per svolgere questo compito, il sistema è dotato di una porta di comunicazione RS 485, per rendere possibile l'interfacciamento  con  molteplici apparati già esistenti nell'ambiente di lavoro, e supporta vari protocolli di comunicazione standardizzati nell'ambito industriale.
Oltre a questo, lo sviluppo di specifici moduli 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. In questa ottica sono stati sviluppati il modulo S-Bus "tensiometro" per la misura del potenziale idrico, il modulo S-Bus "ingresso analogico" che accetta segnali nel range 0- 5Ve  il modulo "umidità volumetrica del suolo" basato su EC5 nelle versioni S-Bus e wireless.
Nel caso in cui siano richieste modifiche alla rete di monitoraggio, come ad esempio l'introduzione di nuovi sensori o moduli, SWIFF può essere riconfigurato, adattandolo alle esigenze degli utenti finali, secondo un sistema semplice e modulare. 

 

OBIETTIVI E RISULTATI ATTESI

L'obiettivo generale del sistema proposto è quello di valutare le potenzialità applicative date dalle nuove tecnologie e soluzioni wireless per il settore florovivaistico e più precisamente per la gestione della fertirrigazione e di altre importanti funzioni tipiche di queste attività produttive, quali la gestione del microclima delle serre di produzione. Nello specifico, il progetto SWIFF si prefigge di sviluppare un sistema automatico, 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 meteorologici, e di gestire il microclima della serra tramite criteri e modelli logico-matematici implementati nel sistema. A partire dalle indicazioni fornite dai diversi modelli, il sistema adotta precise soglie operative da utilizzare per il controllo (attivazione/disattivazione) degli attuatori e degli elementi attivi della serra. In particolare, attraverso SWIFF è possibile:
- controllare il mantenimento delle condizioni di crescita ottimali per le piante;
- ottimizzare l'apertura e chiusura delle sportellature;
- ottimizzare la  gestione dell'impianto di riscaldamento ;
- regolare i volumi irrigui e fertirrigui, stimando il soddisfacimento delle esigenze idriche delle piante nelle diverse fasi di crescita;
- gestire i sistemi di protezione dalla radiazione (ombreggianti) ;
- gestire i sistemi di integrazione luminosa (lampade);
- gestire la notifica di eventuali anomalie;
- memorizzare e rendere fruibili all' utente tutti i valori rilevati e tutte le azioni compiute in automatico dal sistema;
- memorizzare tutte le operazioni compiute dagli operatori sul sistema.

 

STATO DI AVANZAMENTO E RISULTATI RAGGIUNTI

 Il progetto è quasi giunto alla sua conclusione. Terminerà infatti il 31 dicembre 2012. Il sistema prototipale del quale era previsto lo sviluppo nell'ambito del progetto è stato realizzato e da maggio 2012 è in fase di test presso il Centro Sperimentale per il Vivaismo (Ce.Spe.Vi.) di Pistoia. Il test in corso riguarda la gestione automatica dell'irrigazione di piante ornamentali in vaso all'interno di una delle serre del Centro. Per quanto riguarda la parte di gestione del microclima il sistema è nella fase di simulazione, cioè, contrariamente alla gestione dell'irrigazione per la quale il sistema apre/chiude fisicamente le elettrovalvole, per il momento non è stato fisicamente connesso agli impianti disponibili nella serra (impianto di riscaldamento, impianto di apertura/chiusura portelloni laterali, impianto di nebulizzazione).

 

AZIONI DI DIVULGAZIONE

All'inizio di dicembre (data da stabilire) è programmato il workshop finale del progetto che avrà luogo presso il Centro Sperimentale per il Vivaismo (Ce.Spe.Vi.) di Pistoia . Nell'ambito del workshop sarà illustrato il sistema e saranno fatte delle dimostrazioni di funzionamento del prototipo installato in una delle serre del Centro.
Durante il workshop saranno presentate anche le attività di altri gruppi di lavoro, del CNR e dell'Università, sempre relative all'agricoltura di precisione.
Pubblicazioni
Pardossi, A., Incrocci, L., Massa, D., Battista, P., Rapi, B., Bacci, L. (2010). A Decision Support System to Optimise Fertigation Management in Greenhouse Crops. Proc. XXVIIIth IHC - IS on Greenhouse 2010 and Soilless Cultivation, August  22-27, Lisboa, Portugal.Ed.: N. Castilla, Acta Hort. 927, ISHS 2012
Bacci L., Battista P., Rapi B. (2011). SWIFF - Sistema Wireless per il controllo dell'irrigazione  e di altre funzioni in ambito florovivaistico. Giornata FLORO, MIPAAF, Roma 10 febbraio.
Bacci L., Battista P., Cardarelli M., Carmassi G., Rouphael Y., Incrocci L., Malorgio F., Pardossi A., Rapi B. & Colla G. (2011). Modelling evapotranspiration of container crops for irrigation scheduling. In "Evapotranspiration / Book 2", InTech - Open Access Publisher, ISBN 978-953-307-512-9, pp.22.
Bacci L., Battista P., Rapi B. (2012). The efficiency improvement of water resource utilization by automatic management systems of irrigation. Green Week 2012, Showcasing the advanced Tuscan experiences on sustainable use and management of water, Brussels (Belgium) 23 May.
Battista P., Rapi B., Matese A., Bacci L. (2012). Il sistema CTSERRA01. FlorExpo, Roma, 22-25 marzo 2012.

CONTATTI

Dr. Alberto Simonti - Responsabile Ricerca e Sviluppo - TECKNA s.r.l., Firenze
Dr.ssa Laura Bacci - Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto di Biometeorologia, Firenze