Crop nitrate level monitoring with Arduino microcontroller and printed electronics

Abstract

[CA] L'alt nombre de fonts d’aigua subterrània contaminades per nitrats degut a l’agricultura intensiva i la utilització excessiva de químics a les terres de l’estat de Wisconsin ens porta a la necessitat d’una monitorització acurada dels nivells de nitrat a les terres de cultiu per poder recolzar les diferents lleis i iniciatives amb la finalitat d’afrontar aquest problema dutes a terme per l’estat aquests darrers anys. Amb aquest objectiu, hem desenvolupat un aparell capaç de mesurar temperatura, humitat i el nivell de nitrat a diverses profunditats baix terra, podent obtindre dades a temps real i avaluar si aquests nivells es troben per damunt dels límits permesos. El prototip està basat en un microcontrolador ESP32 programat amb l’entorn Arduino i compta amb diversos multiplexadors, un mòdul de rellotge a temps real i un espai per a targetes micro-SD. Finalment, hem realitzat el disseny d’una placa PCB per tal d’integrar els diferents mòduls i apropar-nos a un model comercial.

[EN] The high number of underground water sources contaminated by nitrates due to intensive farming and overuse of chemicals in the lands of the state of Wisconsin leads us to the need for an accurate monitoring of the nitrate levels in the crop fields with the aim of enforcing the different laws and motions attempting to tackle this issue that have been passed by the state during recent years. Bearing this objective in mind, we have developed a device capable of measuring temperature, humidity, and the level of nitrate at different depths, being able to obtain real-time data and assess whether these levels surpass the permitted thresholds. The prototype is based on an ESP32 microcontroller programmed in the Arduino environment and includes various multiplexers, a real-time clock module and a slot for micro-SD cards. Finally, we have designed a printed circuit board that integrates the different modules and enables us to get closer to an actual commercial device.