Come gestire convenientemente il monitoraggio ambientale economico in un vigneto giapponese con Raspberry Pi 3B+ traendone benefici.

Continuiamo la nostra serie di articoli relativi all’utilizzo di SBC Raspberry in ambiente industriale. Per Vineyard Kikushima, l’ecosistema Raspberry Pi ha fornito supporto e informazioni per aumentare la resa sana dell’uva con un regime di pesticidi mirato e minimalista basato sul monitoraggio della temperatura e dell’umidità.

Il primo lavoro di Kunio Kikushima è stato come dipendente di uno dei “grandi nomi” produttori di elettronica del Giappone. Nel 2015 ha cambiato carriera e ha iniziato a gestire un vigneto, cosa che gli piaceva e che ha sostenuto il suo stile di vita modesto. Tuttavia, desiderava anche produrre “ottimo vino” e con il decollo dell’enoturismo nella regione di Katsunuma, a nord di Tokyo, dove vive, ha intuito un’opportunità. Un percorso per farsi un nome e per il suo vino sarebbe stato quello di investire ed espandersi, ma Kikushima era molto più interessato alla qualità che a competere con marchi di vino affermati. Anche i metodi di produzione responsabili erano importanti per lui ed era desideroso di ridurre al minimo l’uso di pesticidi e altri prodotti chimici.

Nel 2020, quando è iniziato il progetto, ha dichiarato il suo obiettivo “per un vino ecologico senza prodotti chimici agricoli ove possibile“.

La sfida

La regione di Katsunuma è calda e soffre di un’elevata umidità, che può attirare molti insetti indesiderati che poi attaccano le viti o diffondono malattie. Per avere successo nella sua nascente attività vinicola, Kikushima aveva bisogno di aiuto per respingere la minaccia dei parassiti, ma senza danneggiare il gusto o la qualità del suo vino.

Più in particolare, aveva bisogno di un mezzo preciso per applicare prodotti chimici e pesticidi agricoli, utilizzandoli solo quando le condizioni meteorologiche erano ideali, massimizzandone così l’efficacia. Un’ulteriore sfida è stata quella di trasmettere informazioni dal campo all’ufficio di Kikushima, per il quale sarebbero state necessarie energia solare e connettività wireless.

L’idea era quella di controllare i tempi dell’umidità elevata mediante la raccolta dei dati misurati automaticamente a intervalli regolari. I vigneti sono infatti spesso sparsi, e comunque lontani dall’ufficio.

La soluzione

Kikushima ha trovato il supporto del Japanese Raspberry Pi Users Group quando ha spiegato i problemi che stava affrontando nel monitorare efficacemente i suoi raccolti di vite. Il progetto proposto è una configurazione IoT che coinvolge il monitoraggio della temperatura e dell’umidità . Tali valori, raccolti tramite Raspberry Pi, informerebbe Kikushima del momento ottimale per applicare i pesticidi per proteggere le viti. Permettendo inoltre di tenere d’occhio le condizioni atmosferiche dei vigneti dal suo ufficio.

Con l’aiuto del Gruppo raspberry giapponese, Kikushima ha sviluppato un sistema che utilizza computer Raspberry Pi 3B+ da 35 dollari per aggregare i dati dai sensori di temperatura e umidità dell’aria sul campo. Il sistema è alimentato da un pannello solare e da una batteria che funziona con un controller del sistema di carica/scarica, fornendo una fonte di energia sostenibile e a basso costo.

I dati del sensore vengono inviati alla dashboard basata su cloud, in modalità wireless e tramite 3G, a intervalli orari. Qui può essere visualizzato come grafico per ulteriori analisi nella piattaforma di visualizzazione IoT AmbiData.io. Viene anche visualizzato su Twitter in tempo reale, quindi può essere facilmente monitorato e accessibile da qualsiasi luogo.

Quando Kikushima ha intrapreso il progetto di monitoraggio dei vigneti non aveva ancora acquisito alcuna capacità di programmazione. Ha imparato tutto ciò di cui aveva bisogno per assemblare tutto osservando e imitando altri utenti di Raspberry Pi, implementando inizialmente il sistema in un campo prima di aggiungere sensori per coprire i suoi altri tre campi di viti. È fiducioso che una simile configurazione di misurazione della temperatura e dell’umidità possa essere applicata ad altri scenari agricoli.

Kikushima desiderava utilizzare l’energia solare per quello che chiama il suo sistema IoT “Hinno” – il termine giapponese suggerisce che si tratta di un semplice approccio contadino alla viticoltura – perché potrebbe anche essere utilizzato per alimentare recinzioni elettriche per tenere gli animali lontani dai suoi raccolti. In quanto agricoltore con mezzi modesti, mantenere i costi al minimo era un fattore importante.

Perché Raspberry Pi?

Una volta che Kikushima ebbe escogitato una configurazione tecnica che avrebbe fatto ciò di cui aveva bisogno, era chiaro che Raspberry Pi poteva essere utilizzato con grande efficacia nel suo vigneto. È stato attratto dal “costo ultra basso” di Raspberry Pi e dalla sua facile disponibilità, e come nuovo arrivato nell’utilizzo di Raspberry Pi è stato rassicurato dalla ricchezza di informazioni relative a come ottenere il monitoraggio della temperatura e il test dell’umidità. È rimasto impressionato dalla possibilità di cercare semplicemente come ottenere qualcosa utilizzando Raspberry Pi e dalla facilità d’uso di Linux. Kunio è stato in grado di configurare sia una versione di prova della sua configurazione IoT sia una versione sul campo dal vivo che fornisce risultati reali.

I risultati

Kikushima ha iniziato con una fase di prova composta da un test sul campo, più un setup riservato allo sviluppo del sistema. Il costo totale era di circa 300-400 euro inclusa l’attrezzatura per l’energia solare. Aggiungendo dongle 3G al sistema, il costo totale non superava i 520 euro.

Il progettista afferma che il processo di installazione, in cui ha messo insieme un prototipo che coinvolge sensori appesi al lato di una scatola, è stato completato “con facilità”. Fortunatamente, è riuscito a risparmiare denaro anche durante la fase di prova: fin dall’inizio, il processo di segnalazione a distanza ha eliminato la necessità di visitare fisicamente i vigneti per raccogliere dati di persona.

Ben presto ha riferito di aver “apprezzato il processo di impostazione della sperimentazione, tanto da estendere il sistema ad altri tre vigneti”. Ha anche aggiunto nuove funzionalità, come l’impostazione di avvisi se la temperatura o l’umidità superano una certa soglia, e il calcolo delle temperature accumulate per informare meglio la prevenzione di parassiti e malattie.

Nei due anni trascorsi da quando Kikushima Vineyard ha aperto la strada all’introduzione di un sistema di monitoraggio IoT, sono arrivati molti altri piccoli vigneti e Kunio Kikushima è sicuro che il sistema aiuti la loro viticoltura.

Da quando Kikushima ha iniziato a monitorare il suo raccolto utilizzando Raspberry Pi, è stato in grado di distribuire pesticidi al momento ottimale. Questo ha contribuito a ridurre il numero di malattie che affliggono l’uva, aumentando così la resa di uve sane.

Fondamentalmente, questo significa che Kikushima è stato in grado di raggiungere il suo obiettivo di produrre un ottimo vino: “Potrei fare un vino delizioso con Raspberry Pi”.

 

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