Development of a Pilot Smart Irrigation System for Peruvian Highlands

Abstract

With growing developments in the technology of cloud storage and the Internet of Things, smart systems have become the latest trend in major agricultural regions of the world. The Arequipa and Caylloma provinces of Peru are highly productive agricultural areas that could benefit from these technologies. This region has low precipitation, generally less than 100 mm per year. Electricity is not available in most of the agricultural fields, limiting the types of irrigation methods and technologies that can be supported. Currently, 20 ponds supplied by water runoff from the Andean glaciers are used for irrigating approximately 545 hectares of land in the Majes district (Caylloma province). In order to develop optimal techniques for water irrigation in Arequipa and improve the infrastructure, there is a need for development of a smart water irrigation system applicable to the existing conditions in the region. The current study proposes a pilot smart water irrigation framework comprised of a drip irrigation module, wireless communication module, and a sensor network for intelligently regulating water flow from the cloud. In this study, a TEROS 12 soil moisture sensor is connected to a Digi XBee wireless module for collecting measurements of volumetric water content, temperature, and electrical conductivity, which are sent through a secure IP gateway to the cloud. A user-friendly web interface is available for end-users to access and analyze real-time data. The proposed framework is easily implementable, low-cost, and is predicted to conserve water through optimization of irrigation cycles based on a set moisture threshold.

Spanish Translation

Desarrollo de un Sistema Piloto de Riego Inteligente para la Sierra Peruana

Resumen: Con los recientes avances tecnológicos de procesamiento en la Nube y el Internet de las cosas, los sistemas inteligentes se han convertido en la última tendencia, y son cada vez más populares alrededor del mundo. Las regiones Peruanas de Arequipa y Caylloma son áreas agrícolas productivas que se podrían beneficiar de éste tipo de tecnologías. La región cuenta con poca precipitación, usualmente menos de 100 mm anuales. La mayoría de los campos agrícolas no cuentan con electricidad, limitando las técnicas de riego y tecnologías que se pueden implementar. Actualmente, 20 reservorios alimentados por agua de escorrentía proveniente de los glaciares de los Andes son usados para regar alrededor de 545 hectáreas en el distrito de Majes (Provincia de Caylloma). Para desarrollar técnicas de riego optimas en Arequipa y mejorar la infraestructura, se requiere el desarrollo de un sistema de riego inteligente adaptado a las condiciones actuales de la región. El presente estudio propone un sistema piloto de riego inteligente compuesto por un módulo de riego por goteo, un módulo de comunicación inalámbrica y una red de sensores para regular de manera estratégica y remota el caudal desde la Nube. En este estudio se emplea un sensor de humedad de suelo TEROS 12 conectado a un módulo inalámbrico Digi XBee para capturar medidas de contenido volumétrico de agua en el suelo, temperatura y conductividad eléctrica, las cuales son luego enviadas a través de una puerta de enlace IP a la Nube. Una interfaz amigable permite a los usuarios acceder y analizar la información en tiempo real. El esquema de trabajo propuesto es fácil de implementar, de bajo costo y se espera que reduzca el consumo de agua mediante la optimización de los ciclos de riego de acuerdo con un contenido de humedad objetivo.