Si può tenere sotto controllo un'azienda agricola senza corrente di rete e senza fibra mantenendo il progetto su tre livelli semplici: piccoli nodi sensore alimentati a energia solare sparsi nei campi, una radio a lungo raggio e basso consumo che ne trasporta le letture e un unico gateway che usa il segnale cellulare (LTE) per l'ultimo tratto verso internet. Progettatelo perché vi avvisi quando qualcosa cambia, invece di trasmettere dati tutto il giorno, e l'intero sistema andrà avanti con la luce del sole e una sola SIM.

Prima di tutto, quanto costa davvero un viaggio in campo

Prima di comprare qualsiasi cosa, elencate le cose che oggi controllate andandoci di persona. Nella maggior parte delle aziende agricole è un elenco breve: il serbatoio dell'acqua è pieno, la pompa del pozzo sta girando, il cancello è rimasto aperto, la cella frigorifera è ancora fredda, il recinto elettrico è in tensione, il livello del gasolio sta calando più in fretta del previsto.

Ognuno di questi controlli vi costa carburante e un'ora che non tornerete ad avere. Il valore del monitoraggio da remoto non è il dispositivo: sono i viaggi che non fate più e i guasti che intercettate presto. Una pompa che gira a secco tutta la notte o un abbeveratoio che si svuota in una giornata calda costano in un modo in cui un sensore non costerà mai. È da qui che dovete partire, non dalla tecnologia.

Alimentate i nodi con il sole, non con la rete

Un nodo sensore è un piccolo microcontrollore, uno o due sensori, una batteria ricaricabile e un pannello solare. Il trucco per andare avanti mesi senza un cavo è il deep sleep. Il nodo si sveglia ogni pochi minuti, esegue una lettura, invia un breve pacchetto radio e torna a dormire. Sveglio un secondo, addormentato tutto il resto: così l'assorbimento resta minimo.

Un pannello poco più grande di una mano può tenere in vita un nodo per tutto l'inverno del Capo, se dimensionate la batteria con qualche giorno di riserva per il cielo coperto. Montate i pannelli rivolti a nord e inclinateli per il sole basso invernale, così una serie di giornate grigie di luglio non scaricherà il pacco. Le celle al litio ferro fosfato reggono meglio le mattine fredde e durano di più rispetto al litio economico, il che conta quando il nodo è imbullonato a un palo a tre chilometri da casa.

Portate il segnale con LoRa, non con il Wi-Fi

Wi-Fi e Bluetooth si arrendono dopo qualche decina di metri, il che non serve a nulla nel veld aperto. LoRa, abbreviazione di long range, baratta velocità di trasmissione con distanza. Invia solo un filo di dati, ma quel filo percorre chilometri su terreno pianeggiante in vista ottica. È la soluzione perfetta per un'azienda agricola, dove serve un numero breve due volte al minuto, non un flusso video.

Disponetelo a stella: tanti nodi economici che sussurrano tutti a un unico gateway. Mettete il gateway in alto, su un mulino a vento, una torre dell'acqua o il colmo di un tetto, perché l'altezza guadagna più portata della potenza. Colline e boscaglia fitta bloccano il segnale, quindi se un pascolo lontano si trova dietro un dosso potete piazzare un semplice nodo ripetitore sul crinale per far scavalcare il messaggio al terreno. La radio in sé lavora su spettro non licenziato, quindi non c'è nessun canone mensile per il collegamento tra i vostri nodi.

Un gateway, un backhaul

Ecco la parte che tiene bassi i costi: i nodi in campo non toccano mai internet. Lo fa solo il gateway. Dove non c'è fibra, il gateway usa una normale SIM cellulare su LTE per mandare i dati a casa. Una sola SIM copre tutta l'azienda, per quanti nodi aggiungiate, perché i nodi parlano con il gateway gratis via radio.

Poiché inviate avvisi e brevi riepiloghi invece di immagini, il costo del traffico dati resta abbastanza piccolo da dimenticarsene. Date al gateway un pannello solare e una batteria propri, così un blackout della rete non vi toglie gli occhi dall'azienda, e aggiungete un semplice buffer store-and-forward: quando il segnale cellulare cade per un'ora, l'arretrato riparte appena la copertura torna.

Progettate per gli avvisi, silenzio come impostazione predefinita

Il modo più comune in cui fallisce il monitoraggio agricolo è una dashboard che nessuno apre. Ribaltate la logica. Il sistema dovrebbe restare in silenzio a meno che non venga superata una soglia: serbatoio sotto un livello prefissato, pompa che non assorbe corrente, cella frigorifera sopra una temperatura di sicurezza, tensione del recinto crollata, batteria di un nodo agli sgoccioli. Il silenzio significa che va tutto bene.

Inviate quegli avvisi via SMS o notifica push, così arrivano su un telefono anche con segnale debole, e aggiungete un messaggio di heartbeat giornaliero. Se l'heartbeat si ferma, sapete che è il gateway stesso a essere fuori uso, invece di dare per scontato che nessuna notizia sia una buona notizia. Il silenzio predefinito fa risparmiare anche batteria e dati, perché un nodo che parla solo quando serve dorme per gran parte della giornata.

Partite in piccolo e tenete tutto identico

Non serve strumentare tutta l'azienda il primo giorno. Dimostrate l'idea sul singolo segnale che vi costa di più andare a controllare di persona, poi crescete.

1. Scegliete per primo il segnale di maggior valore, di solito il livello di un serbatoio d'acqua o una pompa in funzione.
2. Costruite un nodo solare e un gateway, poi verificate il collegamento radio alla distanza reale prima di fidarvene.
3. Impostate un'unica soglia di allarme e collaudatela provocando davvero la condizione.
4. Aggiungete i nodi uno alla volta, mantenendo ogni nodo identico agli altri, così i ricambi sono intercambiabili.
5. Tenete dei ricambi a magazzino, un paio di nodi e un pannello di scorta, perché le cose si rompono sotto la pioggia.

Le competenze che ci stanno dietro

Niente di tutto questo è esotico. Un microcontrollore, un sensore, una radio, una batteria e un po' di logica sono mattoncini ordinari, ed è esattamente ciò che gli studenti mettono insieme nella nostra accademia di coding e robotica. Imparare il deep sleep, leggere un sensore e inviare un messaggio radio su una scheda amichevole come sheenbot∞ è un modo a basso rischio per capire i pezzi in gioco prima di imbullonarne uno a una pompa vera lontano da casa. I workshop delle vacanze invernali coprono le basi di sensori e radio, e lo store ha in catalogo i componenti su cui esercitarsi.

In sintesi

Non servono corrente di rete o fibra per sapere cosa sta facendo la vostra azienda agricola. Il sole alimenta i sensori, la radio a lungo raggio trasporta le letture, un unico gateway cellulare le porta a casa e una progettazione onesta degli avvisi fa sì che il sistema si ripaghi risparmiando viaggi e intercettando guasti nel cuore della notte. Cominciate dal singolo segnale che vi costa di più andare a controllare di persona, verificate il collegamento e crescete da lì.

Fin dove arriva davvero LoRa in un'azienda agricola?

Su terreno aperto e in vista ottica, diversi chilometri sono realistici. Alberi, capannoni e colline riducono in fretta quella distanza, quindi montare il gateway in alto e aggiungere un nodo ripetitore su un crinale risolve la maggior parte dei buchi.

Cosa succede durante una serie di giornate invernali nuvolose?

Dimensionate la batteria di ciascun nodo per diversi giorni di autonomia e tenete basso l'assorbimento con il deep sleep. L'heartbeat giornaliero e l'avviso di batteria scarica vi avvertiranno se un nodo si sta spegnendo lentamente prima che si zittisca del tutto.

Serve una SIM per ogni sensore?

No. I nodi in campo usano la radio a lungo raggio gratuita per raggiungere il gateway. Solo l'unico gateway ha bisogno di una SIM per inoltrare i dati a internet, quindi pagate una sola connessione a prescindere da quanti nodi avete in funzione.