Neuvěřitelných 70 % světového odběru vody se používá na zavlažování. Zde také dochází k největšímu plýtvání vodou, přičemž přibližně 60 % závlahové vody se ztrácí v důsledku stékání, odparu a neefektivního způsobu zavlažování. V tomto článku prozkoumáme klíčové faktory inteligentního zavlažování, identifikujeme konkrétní problémy a představíme řešení od RIIM (Radiocrafts Industrial IP Mesh).

Obrázek 1. Systém zavlažovacího postřikovače. (Zdroj obrázku: Radiocrafts )

Proč využívat inteligentní zavlažování?

Poptávka po ekologických systémech a udržitelném řízení se stala hnací silou na trhu inteligentního zavlažování. Přibývají požadavky na vývoj efektivní a ekologicky odpovědné architektury, která minimalizuje ekologickou stopu. To vše je nutné řešit nákladově efektivním způsobem, aby byl rozvoj takové infrastruktury dostupnější a proveditelnější. Chytré zavlažování má schopnost umožnit rozvoj zavlažovacích systémů a produkci potravin na dříve nehostinných místech jako je například pouštní krajina. Může se to zdát jako nesmysl, ale s inteligentním zavlažováním lze změnit způsob, jakým pohlížíme na pouště. Už ne jako na pusté krajiny, ale jako na úrodnou půdu pro produkci potravin. Inteligentní zavlažování je navíc důležité v regionech jako je saharská oblast v Africe, kde místní produkce potravin hraje zásadní roli při zásobování obyvatelstva a zlepšování potravinové bezpečnosti.

Obrázek 2. Pokročilé zemědělství v pouštním prostředí. (Zdroj obrázku: Radiocrafts)

Jaké problémy je nutné řešit v inteligentním zavlažování?

Pokud jde o vybudování účinného inteligentního zavlažovacího systému, existuje několik požadavků na bezdrátovou komunikaci, které je nutné vyřešit:

• Spolehlivá konektivita: Nízká ztráta paketů zajistí robustní komunikaci se spolehlivostí přenosu až 99,99 %.
• Nízká latence: Dosažení nízké latence okolo 10 ms pro aplikace v reálném čase, kde jsou zpoždění nepřijatelná. Zároveň zohlednění aplikací, které tolerují o něco delší zpoždění jako je monitorování procesů a dohled nad údržbou.
• Dostatečný dosah a pokrytí: Je nutné poskytnout rozsáhlý dosah a pokrytí ve venkovním prostředí, aby bylo zajištěno bezproblémové připojení napříč celým zavlažovacím systémem.
• Obousměrná komunikace: Obousměrná komunikace je důležitá nejen pro shromažďování dat ze senzorů, ale také k ovládání ventilů. Díky ní jsme schopni dálkově ovládat zavlažovací systému.
• Jednoduchá implementace: Snadná implementace v zařízeních, které musí odolat i v drsných podmínkách v poušti.
• Vysoká spolehlivost: Dlouhá životnost baterie zajistí spolehlivý provoz a eliminuje častou výměnu baterie na vzdálených místech.
• Jednoduchá instalace: Jednoduchá instalace bez potřeby dodatečného lokálního napájení po kabelu usnadňuje nastavení systému na různých místech.
• Aktualizace OTA (Over-the-Air): OTA umožňuje vzdálenou aktualizaci v těžko dostupných místech, kde může být fyzický přístup náročný.

Výše uvedené požadavky je nutné vyřešit během vývoje robustního a efektivního inteligentního zavlažovacího systému, který bude spolehlivě fungovat v různých prostředích a pomůže efektivně optimalizovat spotřebu vody pro zemědělství.

Obrázek 3. Monitorování dat senzoru. (Zdroj obrázku: Radiocrafts)

Radiocrafts Long Range Mesh jako efektivní řešení pro inteligentní zavlažovací systémy

RIIM ( Radiocrafts Industrial IP Mesh ) je plně vestavěný síťový modul průmyslového IoT, který je dodáván se všemi základními součástmi pro vybudování kompletní bezdrátové síťě bez jakýchkoli licenčních poplatků nebo nákladů na předplatné. Modul RIIM je plně připravené řešení pro inteligentní zavlažovací systém. Síťová architektura RIIM navíc umožňuje, aby se sama formovala, opravovala a optimalizovala. A to výrazně zjednodušuje instalaci a implementaci.

(Zdroj obrázku: Radiocrafts)

RIIM nabízí působivé pokrytí přibližně 80 x 80 km² ve venkovském prostředí, kde mezi zařízeními může být vzdálenost až 1400 m. RIIM je mesh síť, která dokáže data přeposlat ze zařízení na zařízení (tzv. hop) až 28 krát ( 28 mesh hops ). RIIM je schopen pojmout až 1000 uzlů pro jeden border směrovač (bránu), a to pomáhá snížit náklady na instalaci tím, že vyžaduje méně bran pro rozsáhlá území. Pokud je nutné pokrýt ještě větší oblast, lze snadno přidat další border router.

Jednou z jedinečných vlastností RIIM je jeho framework ICI (Intelligent C-Programmable I/O), který zajišťuje, že chování modulu lze přizpůsobit specifickým požadavkům každého zákazníka. Aplikace ICI je vždy spuštěna na modulu a umožňuje konfiguraci rádiové sítě, hardwarových rozhraní a operace čtení/zápisu. To znamená, že lze přímo komunikovat se širokou škálou senzorů a akčních členů jako jsou senzory vlhkosti půdy, ovládání vodních ventilů, UV senzory, senzory deště/mrazu, senzory větru a další, aniž by bylo zapotřebí externích obvodů.

Kromě toho RIIM podporuje tzv. mist computing, které snižují požadavky na šířku pásma a umožňují rychlé reakce na lokální události. Tím se dosáhne efektivního zpracování dat a rozhodování přímo na místě, minimalizuje se přenos dat do cloudu a umožňuje akce v reálném čase založené na datech lokálních senzorů. Framework ICI a mist computing nabízí výkonné a flexibilní řešení pro inteligentní zavlažovací systémy, které poskytuje spolehlivý a nákladově efektivní provoz.

Obrázek 4. Framework ICI Radiocrafts. (Zdroj obrázku: Radiocrafts)

Jednou z klíčových výhod RIIM je jeho podpora 2-cestné symetrické komunikace, která je zásadní pro ovládání ventilů v inteligentních zavlažovacích systémech. Na rozdíl od mnoha jiných řešení konektivity IoT, která se zaměřují na jednosměrnou datovou komunikaci senzorů, byl RIIM navržen tak, aby zvládal komunikaci oboustrannou (up-link i down-link). To znamená, že RIIM může nejen shromažďovat údaje ze senzorů, ale může také efektivně řídit zařízení jako jsou například ventily. Díky tomu je RIIM plně symetrické řešení umožňující bezproblémovou komunikaci v obou směrech. To je zvláště důležité pro inteligentní zavlažovací systémy, kde řízení ventilů hraje klíčovou roli při řízení průtoku vody a optimalizaci plánů zavlažování.

Mnoho populárních technologií LPWAN (Low Power Wide Area Networking) se potýká se škálovatelnou down-link komunikací, ale RIIM je účelově vytvořen tak, aby tento požadavek zvládl efektivně. V sítí LPWAN může otevření a zavření ventilu trvat přibližně 1 minutu nebo déle, zatímco v RIIM lze toho dosáhnout během několika sekund. Rychlá reakce na změřená data je základní vlastností komplexního a spolehlivého řešení inteligentního zavlažování.

Obrázek 5. Ventil-Control. (Zdroj obrázku: Radiocrafts)

Plně symetrická komunikace umožňuje Over-The-Air Updates (OTA). To znamená, že lze aktualizovat firmware ICI, i když je síť již v provozu. To umožňuje bezproblémovou integraci nových senzorů nebo ovladačů podle potřeby. RIIM nabízí také velmi vysokou spolehlivost díky podpoře Time Synchronized Channel Hopping (TSCH). TSCH je síťová technika navržená tak, aby minimalizovala kolize paketů a zvýšila celkovou spolehlivost sítě. Ve skutečnosti bylo prokázáno, že sítě založené na TSCH dosahují úrovně spolehlivosti až 99,99 %. RIIM využívá šifrování pomocí pre-shared key a podporuje zabezpečení DTLS end-to-end. To zajišťuje, aby inteligentní zavlažovací systém byl chráněn před potenciálními hackery. Systémová data jsou zabezpečena a zavlažovací procesy jsou zabezpečeny, což poskytuje klid a důvěru v integritu celého inteligentního zavlažovacího systému.

Obrázek 6. Senzor větru. (Zdroj obrázku: Radiocrafts)

RIIM je speciálně navržen pro provoz s nízkou spotřebou energie, takže je ideální pro projekty, které spoléhají na provoz z baterie. Modul RIIM je schopen vydržet v provozu 7 let se dvěma bateriemi AA. Toho je dosáhnuto díky integrovaným funkcím, které spolupracují na minimalizaci spotřeby energie:

• Nízkoenergetické elektronické součástky: RIIM využívá energeticky účinné elektronické součástky, které zajišťují, že celková spotřeba energie je od počátku minimalizována.
• Režim „Sleepy“ pro síťové koncové uzly: RIIM umožňuje, aby síťové koncové uzly byly uvedeny do režimu „Sleepy“ s nízkou spotřebou, čímž se sníží jejich proudová spotřeba na pouhých 4,7 uA.
• Konfigurovatelný výstupní výkon: Výstupní výkon modulu lze upravit, čímž se zabrání zbytečné spotřebě energie během přenosových operací a zajistí se využití pouze požadovaného výkonu.
• Časově synchronizované přeskakování kanálů (TSCH): RIIM využívá TSCH, který umožňuje síťovým směrovačům přejít do režimu spánku, když nejsou k dispozici časové sloty pro příchozí nebo odchozí RF datové pakety.
• Zpracování dat pomocí ICI: RIIM podporuje zpracování dat prostřednictvím uživatelem definovaného firmwaru ICI. To umožňuje cloud computing, kdy se do cloudu odesílají pouze relevantní data jako jsou alarmy spouštěné překročením prahových hodnot, čímž se minimalizuje zbytečný přenos dat a šetří se energie.

Díky této působivé výdrži baterie je RIIM vynikající volbou pro projekty, které vyžadují dlouhodobý provoz s nízkou spotřebou energie bez časté výměny baterie.

Závěr

Vzhledem k tomu, že celosvětová populace neustále roste bezprecedentním tempem a přírodní vodní zdroje jsou stále vzácnější je nutné pomocí inteligentního zavlažovacího systému efektivně pracovat s vodou. Vytvoření efektivního inteligentního zavlažovacího systému vyžaduje splnění požadavků na dlouhým dosah, rozsáhlé pokrytí, obousměrnou komunikaci a nízká spotřeba energie. Radiocraft Industrial IP Mesh tyto požadavky splňuje a s využitím síly internetu věcí lze učinit významné kroky směrem k udržitelnému využívání a ochraně vody, čímž přispějeme k ekologičtější a efektivnější budoucnosti.

Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com