Biofermeil bâtit son système ! ... et nous franchissons une étape majeure
A l'ère de l'Internet des Objets, des technologies IoT, BioFermeil crée une solution de contrôle intelligent pilotable à distance de son système d'irrigation.
Une ferme pédagogique doit aussi être un modèle solutions innovantes, ancrées dans le 21ème siècle.
Un modèle d'ingéniérie avancée que BioFermeil crée de toute pièce, sur mesure, à partir d'aucune solution existante, permet de gérer l'arrosage de nos 13 zones
de culture depuis n'importe où, au travers d'une page WEB, et localement via notre dashboard!.
Nous recevons les parametres de l'exploitation, et contrôlons les arrosages
Deux approches possibles:
- Le Contrôle humain à distance
- La Programmation horaire locale, système d'horloge, sans contrôle distant
Notre choix, les raisons de ce choix, philosophie de sa mise en oeuvre:
Dès le départ nous mettons en place la première approche, plus puissante, qui pourra par seul
ajout de routines de programmation, inclure la deuxième approche, si elle devient un jour nécessaire.
L'approche initiale purement programmatique, permet plus difficilement d'inclure la première une fois en place.
Nous ne dépendons d'aucun fournisseur ni organisme externe, notre solution ouverte et documentée, assure une perennité forte
et la capacite totale d'une maintenance aisée.
Chacun de ses composants est disponible, remplaçable.
Nous rejettons totalement les systèmes avec "boite noire" mystérieuse nous précipitant à plus ou moins long terme dans une situation
d'obsolescence pouvant stopper notre exploitation...
Et l'obligation d'un remplacement intégral et très couteux de l'installation, retour case départ pour cause de non suivi
par un fournisseur X ou Y de la solution en place...
Plaque de relais envoyant des impulsions de 100ms vers les électrovannes
Credit photo Olegs Bugrovs
Nos microprocesseurs communicants: 2x LoraESP32 et le Raspberry Pi4
©photo Pascale-Alexandra Lecina
Sur le moniteur ou par le Web, contrôle des fonctions et paramètres de la ferme
©illustration BioFermeil
Pourquoi ce contrôle de l'irrigation ?
La gestion de l'eau est cruciale en maraîchage biologique.
Trop d'eau favorise les maladies,
pas assez compromet les récoltes.
Avec 4 serres et plusieurs parcelles de plein champ,
il est impossible de gérer/surveiller l'arrosage de manière optimale quand nous ne sommes pas sur place.
- Nous ne sommes pas en permanence sur le site, nous avons conçu:
- Un écran de monitoring (dashboard) dans le bureau donne une vue d'ensemble, et son interface tactile permet d'ouvrir ou fermer les vannes.
- Les volumes d'eau distribués en instantané sont, une donnée cruciale, car notre source d'eau est un forage profond, qui a un
débit comportant une limite raisonnable à ne pas dépasser, pour assurer la perennité de la ressource.
En plus de l'affichage qui nous informe sur le débit instantané nous avons placé une limite logicielle qui ne permet pas
d'ouvrir des vannes supplémentaires quand on approche du plafond permis.
- Les paramètres de températures et hygrométries sont rapportés, des serres et des parties hautes et basse du terrain.
💧 Objectif : Réduire la consommation d'eau significativement tout en améliorant la qualité des cultures grâce à un arrosage précis et adapté à chaque zone.
Le système en détail
Notre système repose sur une architecture totalement privée, innovante, conçue et réalisée par nos soins,
utilisant des microcontrôleurs LoRaESP32 communicant par ondes radio LoRa,
et collaborant avec un micro computer Raspberry programmé spécifiquement.
Ceci offre des capacités d'évolutions pouvant staisfaire des projets de fonctionnalités telles que les suivis et statistiques
sur les dépendances entre météo, irrigation et résultats maraichers au fil des saisons.
Les technologies LoRa et LoRaWan, de bas débit permettent une portée de plusieurs centaines de mètres, voir plusieurs kilomètres,
même en agglométation, idéale pour couvrir l'ensemble de notre terrain. Elle est très utilisé par des villes pour récolter
et centraliser toutes sortes de données urbaines de faible volume. En effet il n'est autorisé pour chaque uneté LoRa de
n'occuper sa bande passante que 1% du temps.
Les composants du système
- 1 LoRaESP32 Maître : Le cerveau du système, processeur que j'ai programmé sous langage C gére les états des electrovannes qu'il trasmet aux "esclaves" , reçoit les paramètres de température et hygrométrie, les volumes d'eau utilisés, et assure la robustesse des échanges. Le protocole Lora est une sorte de "super WiFi" à faible débit et longue portée
- 2 LoRaESP32 "Esclaves" : Répartis sur le terrain, ils commandent les plaques relais distribuant les impulsions de changement d'état des électrovannes, remontent les paramètres
- 1 processeur Raspberry abrite la page web du dashboard, l'affiche localement sur un écran tactile de contrôle, communique en direct avec le loraESP32 maitre et assure la fonction de serveur local connecté.
- 13 électrovannes : Une par zone d'irrigation. Le changement d'état se fait l'envoi d'une impulsion de 100 ms sous une tension de 12V continu, par inversion de polarité
- 6 capteurs température/humidité : Pour surveiller les conditions en serres et plein champs
- 2 compteurs de volume d'eau avec tête émettrice
- Des petits systèmes locaux de mini installations d'alimentation par panneau solaire assurent l'autonomie des appareillages distribués
- .............pour l'instant !
Comment ça fonctionne ?....
- Sur le moniteur tactile local, ou à distance depuis n'importe quel navigateur de téléphone ou d'ordinateur, je suis sur le Dashboard.
- Je visualise l'état de toutes les zones d'arrosage (ouvert/fermé), les températures des serres, les volumes distribués.
- Je clique sur une zone pour ouvrir ou fermer la vanne correspondante, bascule rouge/vert de la zone
- La commande est transmise par les protocoles radio LoRa à l'esclave concerné
- L'esclave actionne l'électrovanne et confirme l'opération
- Les nouveaux débits établis, les compteurs connectés me transmettent les débits instantanés, des sécurités logicielles limitent la surexploitation du forage
Quand ce système sera-t-il opérationnel ?
Ce système sera opérationnel quand le bâtiment de la ferme sera construit et disponible, l'appareillage devant être à l'abri.
Nous avons un coffret contenant l'alimentation secteur pour produire du 5 Volts et du 12 Volts continu, les protections, une alimentation par batterie
de secours à bascule automatique, écran, voyants, afficheurs, actionneurs de contrôle, le Raspberry, et le LoRa maitre avec son antenne.
Le développement de cette solution est exigeant, nous devons assurer la sécurité logicielle et logique des différentes fonctions, la protection par rapport aux conditions spécifiques des matériels situés à l'extérieur, aux intempéries, à la sécurité des communications radio, assurer un solution techniquement solide et fiable, comportant la gestion automatique des erreurs, des déconnections, des coupures etc...
Le système est en phases de test en "labo", une grosse partie du matériel est assemblée, ce système qui se veut de qualité industrielle demande encore du travail et
une mise au point méticuleuse pour satisfaire à la qualité de service voulue.
Les maitres mots sont sécurité et contrôle.
Le système est pensé pour accepter des développements futurs sans avoir à remettre en cause l'existant, il faut voir plus loin...
" 🍃 L'agriculture de demain sera connectée ou ne sera pas.
Mais cette connexion doit rester au service du vivant, pas l'inverse. 🍃 "
— Notre philosophie chez BioFermeil
Un projet ouvert, pédagogique aussi dans cette ingéniérie
Ce projet fait appel aux domaines de connaissances appliqués suivants:
Fidèles à notre engagement pédagogique, nous pourrons partager avec d'autres maraichers, visiteurs, scolaires, cette riche expérience.
Nous concevons chaque élément de ce projet dans un but didactique, pédagogique, à chaque étape.
Des semaines de travail passionnantes sont encore devant nous, nous en rapporterons l'avancement
Restez connectés pour suivre l'avancement de ce projet passionnant !
Pascale-Alexandra
Les Amis de BioFermeil