Proposals of universal algorithms for the automation of the irrigation process of plant crops

• Autorzy: Chwietczuk Paweł

Identyfikatory

DOI

10.2478/agriceng-2021-0009

Warianty tytułu

PL

Propozycje uniwersalnych algorytmów zaprojektowanych do automatyzacji procesu nawadniania upraw roślinnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the issues of water saving, declining freshwater resources in the world, and the problems of drought in the context of proper and effective irrigation of various types of crops. The use of microprocessor irrigation management systems has a significant impact on the quality of the yield and the rational use of water. An example of the irrigation system construction scheme is presented. The system uses strain gauge soil moisture sensors, which can be used to determine the relative water demand of plants, depending on the growing substrate. Additional system security in the form of rainfall and wind speed sensors provide the necessary information for the correct operation of the irrigation system. Then, two universal algorithms were proposed to automate the irrigation process of plant crops due to the way water is supplied to the plants. The first algorithm is designed for systems using drip lines - they are widely used in various types of crops where there is a need to precisely supply water to the plant, such systems are destined especially for crops grown undercover or for nursery crops. The second algorithm for sprinkler-based systems is mainly used in field crops and in mushroom farms. The presented algorithms can be used to design and implement intelligent irrigation systems, and after adding an additional module - for plant fertilization.

PL

W artykule przedstawiono problematykę oszczędzania wody, zmniejszających się zasobów wody słodkiej na świecie oraz suszy w kontekście prawidłowego i efektywnego nawadniania rożnego rodzaju upraw. Zastosowanie mikroprocesorowych systemów zarządzania nawadnianiem ma znaczący wpływ na jakość plonu oraz racjonalne zużycie wody. Zaprezentowany został przykładowy schemat budowy systemu nawadniającego. W układzie zastosowane zostały tensometryczne czujniki wilgotności gleby, za pomocą których można określić relatywne zapotrzebowanie roślin na wodę, w zależności od podłoża uprawy. Dodatkowe zabezpieczenia systemu w postaci czujników opadów i prędkości wiatru dostarczają niezbędnych informacji dla prawidłowej pracy systemu nawadniającego. Następnie zaproponowano dwa uniwersalne algorytmy służące do automatyzacji procesu nawadniania upraw roślin ze względu na sposób doprowadzania wody do roślin. Pierwszy algorytm przeznaczony jest dla systemów wykorzystujących linie kroplujące - posiadają one szerokie zastosowanie w rożnego rodzaju uprawach, gdzie musimy precyzyjnie doprowadzić wodę do rośliny, taki system sprawdza się szczególnie w uprawach pod osłonami czy uprawach szkółkarskich. Drugi algorytm przeznaczony jest dla systemów opartych na spryskiwaczach - mają one zastosowanie przede wszystkim w uprawach polowych oraz pieczarkarniach. Przedstawione algorytmy mogą posłużyć do projektowania i wdrażania inteligentnych systemów nawadniania oraz po dołączeniu modułu dodatkowego - także do nawożenia roślin.

Słowa kluczowe

EN

crop irrigation; process automation; microprocessor system; control algorithms

PL

nawadnianie upraw; automatyzacja procesów; system mikroprocesorowy; algorytmy sterowania

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Rolniczej
• Czasopismo: Agricultural Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 25, No. 1
• Strony: 115--124
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Chwietczuk Paweł

• Faculty of Technical Sciences, University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2234-0554

Bibliografia

• Al-Omary, A., Alsabbagh, H. M., Al.-Rizzo, H. (2018). Cloud based loT Smart Garden Wattering System using Arduino Uno. Smart Cities Symposium.
• Amanat ur Rahman, Marzia Tuz Zahura, Aashique Rezwan. (2014). Simplified Design and Fabrication of Water Sprinkler System: A Survey Based Analysis. Procedia Engineering, 90, 692-697.
• Chwietczuk, P., Lipiński, S., Zdziech, M. (2020a). Czujnik pomiaru objętości opadu. Zgłoszenie wzoru użytkowego nr P.128227, Biuletyn Urzędu Patentowego 48(23), 51.
• Chwietczuk, P., Lipiński, S., Zdziech, M. (2020b). Czujnik do pomiaru prędkości wiatru. Zgłoszenie wzoru użytkowego nr P.128214, Biuletyn Urzędu Patentowego 48(22), 59.
• Chwietczuk, P., Lipiński, S., Siarnowski, M. (2020c). Optimizing mushroom cultivation process - concepts for control and monitoring system. Agricultural Engineering, 24(4), 13-22.
• Godwin, Premi, M.S., Malakar, J. (2019). Automatic Water Tank Level and Pump Control System. International Conference on Intelligent Computing and Control Systems (ICCS), 401-405.
• Jury, W. A., Vaux, H. J. (2007). The emerging global water crisis: Managing scarcity and conflict between water users. Advances in Agronomy, 95, 1-76.
• Neugebauer, M., Nalepa, K., Sołowie,j P. (2007). Sieci Neuronowe jako narzędzie umożliwiające prognozowanie zapotrzebowania na wodę w uprawach rolnych. Agricultural Engineering, 2(90), 205-210.
• Nolz, R., Kammerer, G., Cepuder, P. (2013). Calibrating soil water potential sensors integrated into a wireless monitoring network. Agricultural Water Management, 116, 12-20.
• Mansour, H.A, Jiandong, H., Kheiry, A.N.O., Abd-Elmabod, S.K., (2019). Influence of using automatic irrigation system and organic fertilizer treatments on faba bean water productivity. International Journal of GEOMATE, 17(62), 250-259.
• Prathyusha, K., Suman, M.C. (2012). Desin of embedded system for the automation of drip irrigation. International Journal of Application or Innovation in Engineering & Management (IJAIEM), 1(2).
• Rzekanowski, C. (2009). Shaping of irrigation needs for fruit plants in Poland. Infrastructure and Ecology of Rural Areas, 3, 19-27 (in Polish).
• Sharma, K., Irmak, S., Kukal, M.S. (2021). Propagation of soil moisture sensing uncertainty into estimation of total soil water, evapotranspiration and irrigation decision-making. Agricultural Water Management, 243, 106454.
• Stachowski, P., Liberacki, D., Kozaczyk, P. (2017). Evaluation of an irrigated plum orchard. Infrastructure and Ecology of Rural Areas, 1, 41-54 (in Polish).
• Taft, H. L. (2015). Water scarcity: Global challenges for agriculture. Food, Energy, and Water, 1, 295-429.
• Tarange, P. H., Mevekari, R. G., Shinde, P. A. (2015). Web based Automatic Irrigation System using wireless sensor network and Embedded Linux board. International Conference on Circuits, Power and Computing Technologies (ICCPCT-2015), 1-5.
• Treder, W., Wójcik, K., Tryngiel-Gać, A., Krzewińska, D., Klamkowski, K. (2011). Development of irrigation of orchard plants refflected by survey investigations. Infrastructure and Ecology of Rural Areas, 5, 61-69.
• Varble, J.L., Chávez, J.L. (2011). Performance evaluation and calibration of soil water content and potential sensors for agricultural soils in eastern Colorado. Agricultural Water Management, 101(1), 93-106.
• Wachowicz E. (2009). System sterowania czynnikami wzrostu w szklarni. Agricultural Engineering, 6(115), 315-321.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).