Come nasce SPRITZ?
Si è partiti da una semplice domanda: è possibile sapere, in tempo reale, quanta acqua usa un campo e quale impatto ambientale produce?
Spritz (Sensorized Platform for the Reconfiguration of IrrigaTion based on Zone measurements), progetto di ricerca e sviluppo, si pone come obiettivo quello di fornire un sistema di controllo e misura dell’impronta idrica ed energetica, prevedendo la progettazione e la realizzazione di una centralina di irrigazione intelligente, in grado di rispondere alle emergenti problematiche sul costo dell’energia e sulla necessità di ridurre gli sprechi della risorsa acqua.
L’Architettura generale della centralina
Il sistema Spritz è strutturato come ecosistema IoT distribuito, composto da nodi di misura, nodo di controllo e piattaforma cloud.
Componenti principali
- Centralina intelligente Spritz, basata su microcontrollore ESP32
- Gateway LoRaWAN RAKwireless, dotato di SIM IoT per la trasmissione diretta dei dati al cloud
- Sensori LoRaWAN: sensore di bagnatura fogliare, stazione meteo, sensore PAR, 4 sensori Seeed Studio S2105, uno per ciascun filare, water meter LoRaWAN
- Box di alimentazione dedicato per gateway e centralina Spritz
Flusso operativo del sistema
I sensori installati nei filari acquisiscono parametri ambientali e agronomici, questi dati vengono trasmessi tramite rete LoRaWAN al gateway. Quest’ultimo inoltra i dati al cloud Lifely ed è qui che avviene la normalizzazione e l’aggregazione dei dati.
La centralina Spritz utilizza tali informazioni per eseguire l’algoritmo decisionale e in base all’esito pilota in modo indipendente le elettrovalvole di irrigazione.
Il sistema è stato implementato e validato su 4 filari, ciascuno gestito come unità logica autonoma.
Approccio modulare
La centralina è progettata secondo una logica modulare, composta da: scheda MCU principale, sotto-moduli di I/O per l’interfacciamento con gli attuatori e separazione funzionale tra: alimentazione, logica di controllo e interfacce di uscita e ingresso per espansione moduli (sensori/attuatori).
La modularità non è limitata all’hardware della centralina, ma estesa all’intero sistema Spritz. I sensori LoRaWAN sono completamente disaccoppiati dalla centralina, inoltre ogni filare è gestito come entità indipendente, pertanto l’aggiunta di nuovi filari o sensori non richiede modifiche hardware.
Questo approccio garantisce replicabilità e scalabilità, requisiti chiave per contesti agricoli reali.
Sistema di misura dei consumi energetici
I dati energetici vengono elaborati tramite infrastruttura AWS EC2, che svolge le seguenti funzioni:
- normalizzazione e storicizzazione dei consumi
- acquisizione dei dati di energia prodotta da impianto fotovoltaico (se presente)
- distinzione tra energia prelevata, prodotta e autoconsumata
- monitoraggio del carico elettrico complessivo
Il sistema EC2 è configurato per:
- confrontare il consumo istantaneo con la potenza massima del contatore
- generare allarmi automatici quando il consumo si avvicina alla soglia di 15 kW
- prevenire distacchi di fornitura e sovraccarichi.
Il valore aggiunto di SPRITZ: Il modulo LCA
Un elemento che distingue il progetto è sicuramente l’integrazione del Life Cycle Assessment (LCA) realizzata in collaborazione con il CNR di Sassari.
Grazie all’integrazione dei consumi energetici e i dati idrici e agronomici dei sensori è possibile calcolare, per ogni ciclo produttivo, quattro indicatori LCA:
- Cambiamento climatico
Quantifica le emissioni di gas serra (es: CO₂, CH₄, N₂O) convertite in kg di CO₂ equivalente tramite il potenziale di riscaldamento globale a 100 anni (GWP100). Si articola in tre sotto-categorie: fossile, biogenico e uso del suolo
- Eutrofizzazione
L’eccesso di azoto (N) e fosforo (P) negli ecosistemi acquatici e terrestri, causato da fertilizzanti, reflui zootecnici e scarichi civili. Si distingue tre sotto-categorie: acqua dolce (kg P eq), marina (kg N eq) e terrestre (mol N eq)
- Uso dell’acqua
Quantifica il consumo di acqua dolce ponderato in base alla sua disponibilità locale, attribuendo maggiore peso ai prelievi nelle regioni più aride. Si esprime in m³ di acqua deprivata (m³ world eq)
- Uso di risorse fossili
Quantifica l’energia estratta da risorse fossili (petrolio, gas naturale, carbone) in relazione alla loro disponibilità geologica residua. Si esprime in MJ, riferiti al contenuto energetico della risorsa consumata
Il caso di riferimento è la coltivazione del pomodoro presso l’Agriturismo AGAVE, confrontata con la produzione tradizionale.
La Dashboard
Naturalmente tra gli obiettivi del progetto vi era anche quello di rendere i dati leggibili e facilemente interpretabili per l’agricoltore.
La dashboard ha proprio questa funzionalità, ossia far in modo che tutti i dati più rilevanti siano presenti in un unico contenitore.
Attualmente la piattaforma è strutturata in 5 pagine, ognuna dedicata ad un aspetto specifico: dashboard, campi e sensori, consumi idrici ed elettrici, modelli LCA e storici e grafici esportabili.
La dashboard è la pagina principale che contiene un sunto delle informazioni e dei dati più rilevanti, come i valori dei vari sensori, i trend di umidità, temperatura e conducibilità elettrica di ciascun terreno, nonchè i valori relativi ai consumi idrici ed elettrici.
