Microlaben

1. WGS – Wireless Greenhouse System
Intervento cofinanziato dall’U.E.
F.E.S.R. sul P.O. Regione Puglia 2007-2013
Asse I – Linea 1.1 “Aiuti agli investimenti in ricerca per le PMI - Azione 1.1.2
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E L’INNOVAZIONE

2. Società: Microlaben S.r.l.
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Microlaben S.r.l. nasce nel 2004 come spin-off del gruppo di Elettronica
Applicata del Politecnico di Bari, con l’obiettivo di trasferire l’esperienza
maturata nel settore di ricerca, nello sviluppo e la realizzazione di prototipi di
circuiti e sistemi elettronici avanzati da impiegare in applicazioni industriali di
vario tipo.
La missione
L'azienda si propone di fornire dispositivi ed apparati elettronici innovativi, ad elevato
contenuto tecnologico per:
sistemi elettronici di automazione industriale
sistemi informatici
sistemi di telecomunicazioni

3. Microlaben S.r.l.
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Competenze
Sistemi di monitoraggio
• Progettazione e realizzazione di circuiti
elettronici per reti di sensori
Sistemi per l’automazione industriale
• Progettazione hardware/firmware e
realizzazione di sistemi di acquisizione,
controllo e trasmissione dati basati su
microcontrollore e logiche programmabili
(CPLD, FPGA)
Sistemi di telecomunicazioni
• Integrazione di sistemi e tecnologie di
comunicazione ibride wired/wireless su
dispositivi embedded (UMTS, GPRS,
Bluetooth, Zigbee, Ethernet, USB, SPI, I2
C,
RS-232, RS-485, CAN, ecc)
Organizzazione

4. Referenze
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• Politecnico di Bari. Bari, Italy.
• INFN – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Bari, Italy.
• CERN – European Organization for Nuclear Research. Geneve,
Switzerland.
• ISS – Istituto Superiore di Sanità. Roma, Italy.
• Philips Research. Eindhoven, Netherlands.
• TIMA Laboratories. Grenoble, France.
• BNL - Brookhaven National Labs. Upton, NY, USA.
• DISAAT - Dipartimento di Scienze Agro-ambientali e Territoriali,
Università degli Studi di Bari. Bari, Italy.
• Ser&Practices – Spin Off dell’Università degli Studi di Bari. Bari, Italy.
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5. Partner di progetto
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Politecnico di Bari – Dipartimento di Elettrotecnica ed Elettronica
Responsabile Scientifico: Ing. Gianvito Matarrese.
Università degli Studi di Bari– Dipartimento di Progettazione e
Gestione dei Sistemi Agro - Zootecnici e Forestali
Responsabile Scientifico: Ing. Giuliano Vox.
Agricultural University of Athens
Responsabile Scientifico: Prof. Demetrios Briassoulis.
Universidad Politécnica de Madrid
Responsabile Scientifico: Prof. Francisco Ayuga

6. Scenario di riferimento: La coltivazione in serra
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• Riduzione dell’influenza delle
condizioni climatiche esterne sulla
crescita delle colture
• Incremento di produttività e
miglioramento della qualità del
prodotto.
Controllo delle condizioni microclimatiche
interne alla serra:
• raggiungimento delle condizioni
ottimali per la crescita delle colture
• riduzione di impiego di indesiderati
trattamenti fungicidi e battericidi
Vantaggi:

7. Caratteristiche del sistema WGS
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Il sistema WGS è finalizzato al mantenimento all’interno della serra delle condizioni
microclimatiche ottimali per la crescita delle specie vegetali ed è composto da:
•rete wireless di nodi sensore per la rilevazione dei parametri di interesse in serra
(temperatura, umidità relativa, umidità del terreno, pressione atmosferica, velocità e
direzione del vento, radiazione solare, concentrazione di anidride carbonica)
•rete wireless di nodi attuatore per il controllo (automatico o su richiesta) dei sistemi di
attuazione presenti in serra (apertura tetto, ventilatori, estrattori d’aria, pompe di ricircolo
solare termico, elettrovalvole per irrigazione);
•nodo centrale di controllo caratterizzato da:
 comunicazione GPRS con un server di gestione remoto
 comunicazione bluetooth con un dispositivo mobile
 gestione del sistema tramite SMS su rete GSM
•modulo di alimentazione autonomo con pannello fotovoltaico, batterie agli ioni di litio e
sistema intelligente di monitoraggio e controllo cicli di carica/scarica.
•Server Remoto di gestione e controllo

8. Vantaggi del sistema WGS
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• Elevata affidabilità ed efficienza
• Flessibilità e facilità di installazione
• Bassi costi di manutenzione
• Scalabilità attraverso l’aggiunta o rimozione di uno o più nodi della rete
• Riprogrammabilità da remoto delle modalità operative
• Rilevazione e gestione in tempo reale di situazioni critiche

9. Obiettivi Realizzativi
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OR1 - STUDIO PRELIMINARE DELL'ARCHITETTURA E DELLE RELATIVE COMPONENTI
Fase preliminare di studio delle problematiche da affrontare
Scelta delle tipologie di sensori e attuatori
Definizione dell'architettura di rete wireless
OR2 - PROGETTAZIONE HARDWARE/FIRMWARE
Progettazione hardware/firmware dei nodi sensore/attuatore
Progettazione hardware/firmware della centrale di controllo
Dimensionamento e progettazione degli apparati di "power management“
OR3 - SVILUPPO DEL SOFTWARE DI GESTIONE
OR4 - REALIZZAZIONE E TEST DELLE PRIME SCHEDE PROTOTIPO
OR5 - DEBUG ED OTTIMIZZAZIONE DEL SISTEMA
Debug ed ottimizzazione degli apparati
Debug ed ottimizzazione del software
OR6 - PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE SCHEDE FINALI
OR7 - TEST SUL CAMPO

10. Architettura del sistema WGS
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Architettura di rete gerarchica su due livelli
1)Rete wireless IEEE 802.15.4 (Personal
Area Network)
2)Rete GPRS (Wide Area Network)
Personal Area Network
•Nodi Sensori - SN
•Nodi Attuatori - AN
•Nodi Router - RN
•Nodo Centrale - CN
Server Remoto di Gestione - DCM

11. Personal Area Network - Nodi Sensori/Attuatori
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Nodo Sensori Attuatori:
Architettura hardware composta da due schede
elettroniche:
WGS_DEV_MAIN BOARD
•gestione delle comunicazioni wireless
WGS_DEV_DAUGHTER BOARD
•Interfaccia con sensori e attuatori:
• WGS_DEV_SENS METEO - rilevazione dati meteorologici
esterni alla serra;
• WGS_DEV_SENS SHT75 - rilevazione dei valori di
temperatura ed umidità relativa all’interno della serra;
• WGS_DEV_SENS CO2 – rilevazione della concentrazione di
anidride carbonica all’interno della serra;
• WGS_DEV_SENS ADIS16201 - monitoraggio del livello di
apertura dei portelli presenti sul tetto della serra;
• WGS_DEV_SENS EC-5 – rilevazione dell’umidità del suolo
• WGS_DEV_MC – controllo dei teleruttori di comando dei
motori relativi ai sistemi di attuazione e monitoraggio dei valori
delle correnti sulle fasi.
• WGS_DEV_SENS_CMAG – monitoraggio spostamento del
telo ombreggiante.

12. Personal Area Network - Nodo Centrale
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Funzionalità :
• gestione della rete IEEE 802.15.4;
• controllo, in tempo reale, dello stato dei sensori /attuatori, per la
verifica delle situazioni di allarme, da segnalare tempestivamente
al Server remoto;
• gestione della comunicazione GPRS con il Server
• la gestione del ricevitore GPS con l’acquisizione dei dati attraverso
le stringhe previste dallo standard NMEA 0183
• gestione di una periferica che comunica, utilizzando lo standard
Bluetooth, con un dispositivo palmare che, attraverso un
particolare applicativo software, è in grado di ricevere e
visualizzare i dati provenienti dai sensori;
• memorizzazione dei dati acquisiti dal sistema attraverso un
supporto rimovibile di tipo Secure Digital;
• implementazione di un Web Server Embedded, utilizzato per la
visualizzazione dei valori relativi ai sensori , nonché per
l’impostazione di alcuni parametri di funzionamento del sistema.

13. Server Remoto di Gestione
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Funzionalità:
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• raccolta dei dati provenienti dalla serra
• creazione di un database di supporto
• storicizzazione dei dati
• produzione di report personalizzabili
• localizzazione del sistema su mappa
• invio dei comandi di configurazione e controllo al
sistema
• gestione dei messaggi di alert (SMS/eMail) verso
gli operatori
Componenti:
 Modulo Raccolta Dati
 Database di supporto
 Modulo Gestione
 Modulo di Monitoraggio e Controllo

14. WGS: Utilizzabilità dei risultati
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Obiettivo raggiunto: sviluppo di prototipo di un sistema per
il monitoraggio delle condizioni climatiche all’interno della
serra ed il controllo automatico e/o remoto degli attuatori.
I risultati scientifici ottenuti sono ampiamente trasferibili dopo
un’accurata fase di collaudo del sistema per un periodo
minimo di sei/nove mesi.
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15. WGS: Brevetti
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A seguito dello studio di fattibilità del presente progetto,
nell’anno 2008 Microlaben ha depositato domanda di brevetto:
•Nazionale - “Sistema wireless di monitoraggio e controllo per
serre”. Num. Domanda BA2008A46
•Europeo ed Internazionale – “Wireless System for
greenhouse monitoring and control”. PCT/IT2008000671
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16. WGS: Mercato
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Mercato di riferimento: Agricolo - settore florovivaistico e della
coltivazione di ortaggi in serra
Area geografica: Regione Puglia – Provincia di Bari
Clienti potenziali: 230 aziende, registrate presso la CCIAA di Bari al
luglio 2008, coltivano ortaggi, frutta, e piante in serra
Punti di forza del prodotto: prezzo inferiore rispetto ai prodotti
esistenti; tecnologia innovativa non presente sul territorio; efficienza
energetica ed ambientale; aumento produttività nelle serre.
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17. WGS: Ricadute economiche
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Dopo un’accurata fase di test del sistema si procederà
all’ingegnerizzazione e la messa sul mercato del prodotto.
Microlaben prevede un aumento dei ricavi dovuti alla:
•Vendita del sistema WGS ad aziende agricole
•Assistenza tecnica sul sistema
•Cessione in fitto ad enti di ricerca per scopi scientifici
La futura ingegnerizzazione e la commercializzazione del prodotto darà luogo
ad un aumento della base occupazionale della società, inoltre si avranno
ricadute economiche positive anche sul tessuto economico locale, si pensi al
coinvolgimento di aziende terziste per la produzione del sistema su larga scala .
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18. Il Progetto: Scenari Applicativi
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L’insieme di competenze acquisite durante la ricerca riguarda i seguenti
filoni scientifici:
architettura di reti di comunicazioni gerarchiche basate su più livelli;
implementazione su dispositivi embedded di stack protocollari per reti
wireless basate su standard IEEE802.15.4;
studio rete di sensori wireless per la rilevazione di parametri fisico-ambientali
(Wireless Sensor Network);
power management di dispositivi;
memorizzazione e storicizzazione di dati;
comunicazione GPRS con server remoto di gestione;
progettazione di sistemi embedded basati su dispositivi logici programmabili.
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19. Il Progetto: Scenari Applicativi
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Le conoscenze ed esperienze tecniche nonché alcuni risultati
sperimentali (in particolar modo relativi alla robustezza delle
interfacce di comunicazione) si prestano ad una facile
trasferibilità in ambiti operativi strategici quali ad esempio:
domotica
logistica integrata
automazione industriale.
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20. Il Progetto: Diffusione dei risultati
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•Seminario dal titolo “WGS – Wireless Greenhouse System” tenutosi presso il DEE Politecnico di Bari
in data 10/05/2011;
•Articolo scientifico dal titolo “A Wireless Telecommunications Network for the Real-Time Monitoring
and Control of a Greenhouse” sottoposto per la pubblicazione sulla rivista “Computer and Electronics
in Agricolture”, Elsevier.
•Incontri con studenti e dottorandi del DEE del Politecnico di Bari presso il laboratorio di Microlaben
per illustrare le strategie progettuali adottate per i diversi apparati che compongono il sistema WGS.
•Incontri con studenti e dottorandi del Dipartimento di Scienze Agro-Ambientali e Territoriali (ex
PROGESA) per illustrare le caratteristiche di monitoraggio e le funzionalità di controllo implementate
dal sistema WGS.
•Link ad un abstract del sistema WGS sulle homepage dei siti web di Microlaben S.r.l. e dei Partner
del progetto.
•Partecipazione al progetto transatlantico EU-USA ATLANTIS “Transatlantic Biosystem
Engineering Curriculum and Mobility – TABE-NET”. (http://www.ucd.ie/tabe)
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21. WGS: Riferimenti
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Prof. Francesco Corsi – Responsabile del progetto
Ing. Pierfrancesco Losito - Referente tecnico
tel. 080 596 3536
E-mail: info@microlaben.com
Web: http://www.microlaben.com/
Abstract WGS:
http://www.microlaben.com/WGS%20-%20Abstract.pdf
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