Mit IoT Wasser (und Geld) sparen

Ziel dieses Projekts ist es, eine IoT (Internet of Things) Anwendung zu testen und zu verbessern, damit Landwirte bis zu 30% Wasser sparen können. Mit anderen Worten, ich möchte ein Werkzeug zur Verfügung stellen, das die Bodenbewässerung in Echtzeit besser verwaltet, Pumpkosten einspart und gleichzeitig Ihren Ertrag steigert.

Um diese Ergebnisse zu erzielen, benutze ich eine vielversprechende Technologie: LoRaWAN. Diese Technologie ist besonders interessant, da sie es ermöglicht, Daten im Umkreis von 3 bis 10 km (je nach Landschaftsform) bei sehr geringem Stromverbrauch per Funk zu übertragen.

Im aktuellen Experiment sind zwei Stationen mit folgendem ausgestattet:

  1. drei bzw. 6 tensiometrische Sensoren mit Wasserzeichen, um den Wassergehalt des Bodens in kPa zu messen

  2. einen Sensor zur Messung der Bodentemperatur

  3. einen Regenmesser zum Zählen der Tropfen, die vom Bewässerungssystem abgegeben werden.

  4. einen Sensor zur Messung von Lufttemperatur, -druck und -feuchtigkeit

  5. einen Sensor zur Messung der Lichtstärke

  6. einen IR-Sensor zum Messen der Temperatur (in der Testphase)

Auf der zweiten Station haben wir 3 zusätzliche tensiometrische Sensoren hinzugefügt, die so positioniert sind, dass sie die Bildung von Kondenswasser (was meinst du mit ’des Wasserkolbens’?) beobachten können, der bei Eintreffen von Wärme und Bewässerung entsteht.

Jede Stunde nehmen die Stationen die Messungen vor und senden sie an das Gateway, das die empfangenen Daten verarbeitet und an einen entfernten Server sendet. Eine Webschnittstelle ermöglicht es dem Landwirt, den Status seiner Ernte zu verfolgen, von seinem Smartphone aus und in Echtzeit, von überall her, z.B. während des Frühstücks.

So wird es einfacher sein, den richtigen Zeitpunkt für die Bewässerung Ihrer Böden zu wählen und den Wasserbedarf zu quantifizieren.

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Wir wollen mehr

Ich möchte das Projekt noch verbessern. Die Landschaftskonfiguration spielt eine wichtige Rolle bei der Datenübertragung. So kann beispielsweise der Höhenunterschied, der durch einen Hügel oder einen Wald verursacht wird, die Datenübertragung stören.

Eine Station, die zu weit vom Gateway entfernt ist und auch natürliche Hindernisse berücksichtigt, kann keine Daten über das Gateway übertragen. Um dieses Problem zu beheben, wird ein zusätzliches Gateway einschliesslich Akku, Solarpanel und SIM-Karte benötigt.

Mit dieser Technologie (LoRaWAN) ist es jedoch möglich, mit nur einer 3000mA Lithium-Batterie einen Gateway-Repeater mit deutlich geringeren Kosten und einer extrem langen Akkulaufzeit (mehrere (?) Jahre) zu realisieren. Auf diese Weise bieten wir eine kostengünstigere Alternative zu einem zusätzlichen Gateway und garantieren eine optimale Datenübertragung im Hinblick auf Bodenunebenheiten.

Abschließend möchte ich diesen Sommer nutzen, um die Stationen zu verbessern, damit sie während der kommenden Wintersaison laufen, insbesondere zur Überwachung der Temperatur der Knospen und der Folgen von Spätfrost.

Ich möchte neue Sensoren erwerben, d.h. ein Pyranometer (zur Messung der Sonneneinstrahlung), ein Anemometer (zur Messung der Windgeschwindigkeit) und einen Infrarot-Temperatursensor, um die Evapotranspiration von Pflanzen zu erfassen.

VERBESSERUNG UND FERTIGSTELLUNG Elektronische Schaltungen werden durch ein neues und verbessertes Modell ersetzt:

  1. Austausch einer Schaltung, die zu viel Batterieleistung verbraucht.

  2. Änderung der Programmierung des Mikrocontrollers zur Verbesserung der Autonomie (58 Minuten im Schlafmodus alle 60 Minuten).

  3. verbessertes Timing der Messungen mit einer Echtzeituhr (RTC)

  4. Verbesserung des Stromversorgungsmodus des tensiometrischen Sensors, um ein präziseres Ergebnis zu erhalten.

  5. neue, kleinere und kundenspezifische Leiterplatte

  6. Integration des Barometers und des Luxmeters in die Leiterplatte

  7. Austausch einiger Steckverbinder zur einfacheren Montage und zum Anschluss von Sensoren

  8. Verbesserte Anzeige der Messungen auf einem LCD-Bildschirm (seitenweise Anzeige)

  9. Verwenden der SD-Karte zum Speichern der Moduleinstellungen

Schließlich habe ich die Webanwendung (Sehen Sie die Belohnungen) durch eine benutzerfreundlichere Darstellung in Form von besseren Grafiken verbessert. Diese Webanwendung muss weiterentwickelt werden, insbesondere für das Alarmmanagement, wenn der Bodenzustand die kritische Schwelle erreicht hat.

EIN PAAR WORTE ZU DEN BEWÄSSERUNGSSENSOREN Der Tensiometersensor Watermark ® berechnet den Wassergehalt des Bodens in kpa. Mit anderen Worten, die Saugkraft, die die Wurzel ausüben muss, um dem Boden Wasser zu entziehen.

Es ist ein robustes und relativ preiswertes Messgerät, das keiner besonderen Wartung bedarf. Es ist einfach zu bedienen und die Messungen sind präzise. Seine Konstruktion ist geschickt: ein perforierter Zylinder aus Edelstahl, der eine permeable Membran trägt. Im Inneren befindet sich ein kompaktes Sandaggregat: die «granulare Matrix». An einem Ende werden eine Gipskartonplatte und Elektroden, die mit zwei Drähten verbunden sind, platziert, um auf der Erdoberfläche austreten zu können. Die Gipskartonplatte dient als Puffer gegen die Unterschiede im Säure- und Salzgehalt des Bodens, so dass der elektrische Widerstand zwischen den Elektroden wirkt, die ausschließlich von der Temperatur des Bodens abhängen.

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Wem wird Ihre Unterstützung dienen?

Ihre Unterstützung ist mir wichtig. Auf diese Weise kann ich den Landwirten ein Tool zur Verfügung stellen, mit dem sie die Bewässerung ihrer Felder in Echtzeit besser verwalten und so Pumpkosten einsparen und bis zu 30% Wasser einsparen können.

Es wird mir auch ermöglichen, die Realisierung einer Relaisstation zu finanzieren, um die Datenübertragung zu optimieren, wenn die Konfiguration des Bodens Hindernisse schafft. Schließlich kann ich die geplanten Verbesserungen finanzieren und im Übrigen die bereits angefallenen Kosten decken.

Ich möchte auch die aktuellen Gateways durch ein viel leistungsfähigeres und zertifiziertes ersetzen.

In erster Linie werde ich in neue Stationen investieren, um benachbarte Bauern ebenfalls in mein Pilotprojekt einzuschliessen. Ausserdem plane ich eine Arbeitsgruppe zu gründen, die den Betrieb meiner Technologie verfeinern und finalisieren wird.

  • 3 Wasserzeichensonden (Sfr 45 .– pro Sonde)
  • eine Station (+/- Sfr 100 .–)
  • ein Gateway (+/- Sfr 550 .–, incl 12V-Akku, Solarpanel, Solarregler, Konzentrator, Raspberry, Antenne, etc.)

Ihre Unterstützung wird mir auch ermöglichen, bereits angefallene Kosten zu decken:

  • Kauf von Komponenten zur Realisierung des Gateway-Relays, womit ich den Kauf eines zweiten teuren Gateway umgehen konnte.
  • gezielte, auf Fachleute ausgerichtete Kommunikationskampagne, die den Wert dieses Projektes vermittelt (Newsletter, E-Mail, Flyer, Poster, Anzeigen)
  • Teilnahme an der Jahreskonferenz (2020) The Things Network, Amsterdam. (Ich habe bereits 2018 an dieser Konferenz teilgenommen und fand sie sehr bereichernd, da sie relevante und informative Workshops und Konferenzen bietet.)
  • Finanzierung der neuen und verbesserten Leiterplatte (PCB) und ihrer Komponenten

So hilft ihre Unterstützung Schäden durch späten Frost zu vermeiden (März bis April 2020):

  • Kauf von Komponenten zur Überwachung des Knospengefrierens
  • Kauf eines Pyranometers zur Messung der Sonnenstrahlung
  • Infrarotsonden zur Messung der Knospentemperatur
  • Nebeneinkäufe

Um bereits angefallene Kosten zu decken:

  • Anschaffung eines Lötofens zur Montage der neuen Stationen
  • Finanzierung des Wasserzeichenlesegeräts zur Überprüfung und Validierung der Bodenfeuchtemessungen
  • Finanzierung der neuen Leiterplatte (PCB) und ihrer Komponenten
  • und alle für die Durchführung dieses Projekts erforderlichen elektronischen Geräte, Module (Lötkolben, Lupe, Zange, Module, Sonden, elektronische Bauteile usw.), einschließlich Nebenkosten
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