FR2691608A1

FR2691608A1 - Automatic spraying system which can be used for variety of different cultivation techniques - has series of capacitors buried in ground to measure humidity and to turn on or off irrigation according to pre-set requirements.

Info

Publication number: FR2691608A1
Application number: FR9206890A
Authority: FR
Inventors: Del Giudice Pascal; Esquier Gerard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-06-01
Filing date: 1992-06-01
Publication date: 1993-12-03

Abstract

The spraying system is controlled by one, or a series of capacitative sensors, buried in the ground. The sensors are of the form of at least two rods, of which the shape and dimensions are suitable for the range of humidity and the type of cultivation to be irrigated. The sensors are linked to an electronic controller which controls the starting and stopping of the spraying, when the value of the measured capacitance falls below or passes above the pre-set values. ADVANTAGE - It allows greater and localised control of the water levels to suit the requirements of the cultivation.

Description

SYSTEME D'ARROSAGE OPTIMISE POUR CULTURES
ET ESPACES VERTS
La présente invention a pour objet un système d'arrosage optimise pour cultures et espaces verts.OPTIMIZED WATERING SYSTEM FOR CROPS
AND GREEN AREAS
The present invention relates to an optimized sprinkler system for crops and green spaces.

I1 peut convenir à tous les types de cultures, quelles que soient leur importance, des plantes en pots aux exploitations agricoles de grandes dimensions, et est applicable à tous les systèmes d'irrigation, aspertion, goutte-à-goutte, subirrigation, etc. It can be suitable for all types of crops, whatever their size, from potted plants to large farms, and is applicable to all irrigation, sprinkler, drip, subirrigation, etc. systems.

Les systèmes d'arrosage automatisés réalisés à ce jour sont tous assimilables à des programmateurs horaires. Les plus complexes estiment à I1 avance, de façon empirique, les besoins des plantes et modifient les durées d'arrosage. Ces systèmes admettent une marge d'erreur importante, et pour éviter toute carence, sont programmés de façon pesssimiste. L'arrosage souvent trop important qui en résulte entraîne le iessivage du sol et le maintien d'une humidite trop élevée. Cela a pour consequence l'apauvrissement du sol et la prolifération des maladies auxquelles il faut palier en augmentant l'épandage d'engrais et de pesticides. The automated watering systems implemented to date are all comparable to time programmers. The most complex estimate at I1 empirically, the needs of the plants and modify the watering durations. These systems admit a large margin of error, and to avoid any deficiency, are programmed in a pesssimistic way. The often too much watering which results therefrom results in the iessivage of the soil and the maintenance of too high humidity. This results in the impoverishment of the soil and the proliferation of diseases which must be alleviated by increasing the spreading of fertilizers and pesticides.

Conscients du fonctionnement aléatoire de leurs produits, les fabricants de régulateurs d'arrosage ont accru le nombre de paramètres estimes (évapotranspiration, conditions météorlogiques sur les différents sites, débits des electrovannes, etc). Le traitement de ces donnees, sur ordinateur central, nécessite d'importantes liaisons informatiques limitant la fiabilité. L'augmentation du niveau de complexité a, en quelques années, fait croître le cout total des installations de façon exponentielle (achat et maintenance). Aware of the random operation of their products, the manufacturers of watering regulators have increased the number of estimated parameters (evapotranspiration, meteorological conditions on the various sites, flow rates of the solenoid valves, etc.). The processing of these data, on a central computer, requires significant computer links limiting reliability. The increase in the level of complexity has, in a few years, increased the total cost of the installations exponentially (purchase and maintenance).

Le système selon la présente invention supprime tous ces inconvenients. En effet, il permet d'obtenir la régulation au plus juste de l'apport en eau et présente plusieurs avantages importants:
- Amélioration du rendement des cultures,
- Elimination des asphyxies racinaires dues aux excès d'eau,
- Réduction de la consommation d'eau,
- Reduction des apports d'engrais de pesticides et autres,
- Réduction des pollutions dues aux écoulements de ces produits dans les nappes phréatiques.The system according to the present invention eliminates all these drawbacks. Indeed, it makes it possible to obtain the most accurate regulation of the water supply and has several important advantages:
- Improvement of crop yields,
- Elimination of root suffocation due to excess water,
- Reduction in water consumption,
- Reduction in the use of pesticides and other fertilizers,
- Reduction of pollution due to the flow of these products into the groundwater.

I1 est constitué par la combinaison d'un ou plusieurs capteurs capacitifs enfoncés dans le sol et reliés à une unité électronique arrêtant l'arrosage des qu'il n'y a plus de variation de leur capacité, la valeur maximale de cette capacité étant mémorisée à chaque arrosage et utilisée pour déterminer une capacité de réarrosage, un nouvel arrosage étant déclenché lorsque la capacité du ou des capteurs atteint cette capacité. I1 consists of the combination of one or more capacitive sensors sunk into the ground and connected to an electronic unit stopping watering as soon as there is no more variation in their capacity, the maximum value of this capacity being stored at each watering and used to determine a watering capacity, a new watering being triggered when the capacity of the sensor or sensors reaches this capacity.

La description détaillée ci-après se rapporte à un exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention et se réfere au dessin annexé sur lequel:
La figure 1 est une représentation du pourcentage d'humidité ( Ht ) pour les trois états de l'eau dans le sol, définis par les points suivants:
- Hst Point de saturation
- Hcr Point de ressuyage
- Hmini Minimum de l'eau facilement utilisable par la plante
- Hf 1 Point de flétrissement. The detailed description below relates to a nonlimiting example of one of the embodiments of the subject of the invention and refers to the attached drawing in which:
Figure 1 is a representation of the percentage of humidity (Ht) for the three states of water in the soil, defined by the following points:
- Hst Saturation point
- Hcr Drying point
- Minimum Hmini of water easily usable by the plant
- Hf 1 Withering point.

La zone 1 entre Hst et Hcr correspond à l'eau de saturation, superflue
La zone 2 entre Hcr et Hmini est la réserve facilement utilisable par la plante: RFU.Zone 1 between Hst and Hcr corresponds to superfluous saturation water
Zone 2 between Hcr and Hmini is the reserve easily usable by the plant: RFU.

La zone 3 ajoutée à la zone 2 représente la reserve utile R.U. Zone 3 added to zone 2 represents the useful reserve R.U.

La zone 4 est la partie de l'eau inutilisable par la plante. Zone 4 is the part of the water unusable by the plant.

La figure 2 illustre par une série de courbes la variation de la capacité en eau ( H ) d'un sol en fonction de sa texture ( T ). Figure 2 illustrates by a series of curves the variation of the water capacity (H) of a soil according to its texture (T).

La figure 3 représente le profil hydrique de la redistribution de l'eau en indiquant la variation d'humidité ( H ) en fonction de la profondeur ( P ) du sol. Figure 3 shows the water profile of the redistribution of water, indicating the variation in humidity (H) as a function of the depth (P) of the soil.

Le procéde selon l'invention est basé sur un concept d'arrosage par optimisation de la rétention d'eau. The method according to the invention is based on a concept of sprinkling by optimizing water retention.

I1 a pour but d'améliorer le rendement des arrosages de cultures et espaces verts par la modification fondamentale du regime de régulation. Pour conserver de bonnes conditions de croissance de la plante, il est nécessaire qu'elle ait constamment la possibilité de puiser dans la réserve facilement utilisable RFU (2, figure 1). It aims to improve the yield of watering crops and green spaces by fundamentally modifying the regulatory regime. To maintain good growing conditions for the plant, it is necessary that it has the constant possibility of drawing on the easily usable reserve RFU (2, Figure 1).

Le principe de l'invention est de réaliser un asservissement en boucle fermée d'un seul parametre: la quantité d'eau. I1 consiste à maintenir l'humidité entre le point de ressuyage Hcr et la quantité minimale d'eau facilement utilisable Hmini, avec Hmini compris entre 1/2 et 2/3 de Hcr. The principle of the invention is to provide a closed loop control of a single parameter: the amount of water. I1 consists in maintaining the humidity between the drying point Hcr and the minimum quantity of easily usable water Hmini, with Hmini being between 1/2 and 2/3 of Hcr.

La valeur de l'humidité H% au point de ressuyage dépend de la texture T du substrat comme le montre la figure 2, dans laquelle:
- la zone 5 represente l'eau utilisable correspondant aux zones 2 et 3 de la figure 1,
- la zone 6 etant l'eau non utilisable (zone 4 de la figure 1),
- la courbe 7 représente la capacité de rétention en eau du sol,
- la courbe 8 représente le point de flétrissement Hfl,
- la courbe 9 montrant l'augmentation de la capacité de rétention en eau due à l'humus.The humidity value H% at the drying point depends on the texture T of the substrate as shown in Figure 2, in which:
zone 5 represents the usable water corresponding to zones 2 and 3 of FIG. 1,
- zone 6 being unusable water (zone 4 of FIG. 1),
- curve 7 represents the water retention capacity of the soil,
- curve 8 represents the wilting point Hfl,
- curve 9 showing the increase in the water retention capacity due to humus.

Le systeme prend automatiquement en compte ces variations. Il se base sur une propriété de propagation de l'eau dans le sol: la redistribution. En effet, après l'arrêt de l'arrosage, l'humidité s'homogénéise à la valeur de la capacité de rétention de l'eau, ce qui est illustré par la figure 3 où l'on peut voir la courbe 10 de la variation d'humidité H en fonction de la profondeur P du sol, la courbe Il représentant cette même variation pour une humidité supérieure à la capacité du substrat. The system automatically takes these variations into account. It is based on a property of propagation of water in the soil: redistribution. In fact, after the watering stops, the humidity is homogenized to the value of the water retention capacity, which is illustrated in Figure 3 where we can see the curve 10 of the variation in humidity H as a function of the depth P of the soil, the curve II representing this same variation for a humidity greater than the capacity of the substrate.

Le système selon l'invention mesure, au moyen d'une sonde plongeant dans le sol, l'augmentation de l'humidité au cours d'un arrosage. L'augmentation de la valeur cesse lorsque le front d'humectation a dépasse l'extrémité de la sonde. La valeur d'humidité à la capacité de rétention (valeur haute) d'eau est ainsi déterminée. L'arrosage est stoppé. Le seuil bas commandant un nouveau cycle d'arrosage est calculé à partir de la valeur haute. The system according to the invention measures, by means of a probe immersed in the soil, the increase in humidity during watering. The increase in value stops when the moistening edge a exceeds the end of the probe. The humidity value at the water holding capacity (high value) is thus determined. Watering is stopped. The low threshold controlling a new watering cycle is calculated from the high value.

L'humidité dans les substrats peut etre mesurée soit par leur résistivité, soit par la capacité d'un condensateur dont ils constituent le diélectrique. The humidity in the substrates can be measured either by their resistivity or by the capacity of a capacitor of which they constitute the dielectric.

La restitivité dépend de nombreux facteurs (pH, tassement, forme des électrodes du capteur, composition du mélange, etc), alors que la capacité est independante de ces facteurs. C'est pourquoi le systeme utilise un capteur à capacité variable. Il est basé sur la grande différence entre la constante dielectrique de l'eau et celle des autres matériaux (environ 4). Restitivity depends on many factors (pH, compaction, shape of the sensor electrodes, composition of the mixture, etc.), while the capacity is independent of these factors. This is why the system uses a variable capacity sensor. It is based on the big difference between the dielectric constant of water and that of other materials (about 4).

La capacité d'un condensateur plan est donne par la formule:

The capacity of a planar capacitor is given by the formula:

dans laquelle:
C = Capacité en pF
S = Surface des plaques en cm2
d = Distance entre les plaques en cm
sa = Constante diélectrique de l'eau
êo = Constante diélectrique du matériau sec
H% = Pourcentage d'humidité du matériau
Cette relation montre que la capacite varie linéairement avec l'humidité H%. Cependant, pour déduire l'humidité du substrat, il est nécessaire de connaître avec précision la constante diélectrique du matériau aux environs de la sonde. L'hétérogénéité de la terre ne permet pas de considérer sur site une constante diélectrique mesuree en laboratoire.in which:
C = Capacity in pF
S = Surface of the plates in cm2
d = Distance between plates in cm
sa = Dielectric constant of water
êo = Dielectric constant of dry material
H% = Percentage of material humidity
This relationship shows that the capacity varies linearly with humidity H%. However, to deduce the humidity of the substrate, it is necessary to know precisely the dielectric constant of the material around the probe. The heterogeneity of the earth does not allow to consider on site a dielectric constant measured in the laboratory.

C'est pourquoi nous ne retiendrons qu'une seule particularité du capteur capacitif, à savoir:
delta C
= Constante
delta H%
Le système selon l'invention utilise une ou plusieurs sondes capacitifs comportant au moins deux tiges dont la forme et les dimensions sont adaptées au type de culture à irriguer. Cette ou ces sondes sont reliées à une contrôle électronique commandant l'interruption de l'arrosage dès qu'il n'y a plus de variation de leur capacité. La valeur maximale de cette capacité est mémorisée à chaque arrosage et utilisée pour déterminer une capacité de réarrosage, par application d'un coefficient correspondant à la valeur de réarrosage minimale de la réserve d'eau facilement utilisable par les plantes, et compris entre 1/2 et 2/3.This is why we will only retain one particularity of the capacitive sensor, namely:
delta C
= Constant
delta H%
The system according to the invention uses one or more capacitive probes comprising at least two rods whose shape and dimensions are adapted to the type of crop to be irrigated. This or these probes are connected to an electronic control ordering the interruption of watering as soon as there is no more variation in their capacity. The maximum value of this capacity is memorized at each watering and used to determine a watering capacity, by applying a coefficient corresponding to the minimum watering value of the water reserve easily usable by plants, and between 1 / 2 and 2/3.

Un nouveau cycle d'arrosage est déclenché lorsque la capacité du ou des capteurs atteint cette capacité de réarrosage réajustée à chaque cycle, ce qui permet de tenir compte des modifications du substrat pouvant se produire dans le temps. A new watering cycle is triggered when the capacity of the sensor (s) reaches this re-watering capacity readjusted at each cycle, which makes it possible to take account of the modifications of the substrate which may occur over time.

La ou les sondes capacitives peuvent être reliées à l'unité de contrôle électronique soit par des câbles électriques, soit par une liaison sans fil telle que liaison hertzienne ou liaison infrarouge. The capacitive probe (s) can be connected to the electronic control unit either by electric cables or by a wireless link such as a radio link or an infrared link.

La prise en compte de la mesure de capacité du ou des capteurs peut être retardée grâce à une temporisation réglable déclenchée au début de l'arrosage, de façon à ce que cet arrosage ne soit pas interrompu prématurément avant que l'eau ait atteint les électrodes. The taking into account of the capacity measurement of the sensor (s) can be delayed thanks to an adjustable delay triggered at the start of watering, so that this watering is not interrupted prematurely before the water has reached the electrodes .

De même, l'interruption de l'arrosage peut n'être commandé qu'apurés une temporisation réglable déclanchée par la cessation de variation de la capacite du capteur pour éviter un arrêt avant la stabilisation définitive de la capacité du ou des sondes capacitives. Similarly, the interruption of watering can only be ordered after an adjustable delay triggered by the cessation of variation of the capacitance of the sensor to avoid stopping before the final stabilization of the capacity of the capacitive probe (s).

Par ailleurs, l'arrosage peut être rendu intermittent par programmation pour palier à un débit trop élevé. In addition, watering can be made intermittent by programming to stop at a too high flow rate.

Dans certains cas l'irrigation ne peut se produire qu'à certaines heures, la nuit par exemple. Dans ce but, L'unité de contrôle électronique peut avantageusement être équipée d'un dispositif permettant d'inhiber l'arrosage durant certaines périodes prédéterminées. In some cases irrigation can only occur at certain times, for example at night. For this purpose, the electronic control unit can advantageously be equipped with a device making it possible to inhibit watering during certain predetermined periods.

Pour les exploitations importantes, l'unité de contrôle électronique peut comporter plusieurs circuits de sortie permettant de gérer plusieurs secteurs d'arrosage en agissant sur autant d'électrovannes. For large operations, the electronic control unit can include several output circuits making it possible to manage several watering sectors by acting on as many solenoid valves.

Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas ete, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires. The positioning of the various constituent elements gives the object of the invention a maximum of useful effects which had not, to date, been obtained by similar devices.

Claims

10. optimized watering system for crops and green spaces, suitable for all types of crops, whatever their size and applicable to all irrigation systems,

characterized by the combination of one or more capacitive sensors comprising two rods sunk into the ground, of shape and dimensions adapted to the type of crop, this or these sensors being connected to an electronic control unit interrupting watering as soon as it n there is more variation in their capacity, the maximum value of this capacity being memorized at each watering and used to determine, by application of a coefficient, a watering capacity, a new watering being triggered when the capacity of the sensor (s) reaches said watering capacity.

20. The system of claim 1, characterized in that the coefficient corresponds to the minimum watering value of the water reserve easily usable by plants, and is between 1/2 and 2/3.

30. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the measurement of the capacity of the sensor (s) is only taken into account after an adjustable delay triggered at the start of watering.

40. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the interruption of watering is only controlled after an adjustable delay triggered by the cessation of variation in the capacity of the sensor.

5. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the watering is made intermittent.

60. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the electronic control unit inhibits watering during certain predetermined periods.

70. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the electronic control unit manages several sprinkler sectors.

80. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the capacitive sensor (s) are connected to the electronic control unit by wireless link.