DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA INALÁMBRICO PARA LA SUPERVISIÓN EN LÍNEA DEL MICROCLIMA DE INVERNADEROS ARTESANALES DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A WIRELESS SYSTEM FOR ONLINE MONITORING OF THE MICROCLIMATE OF ARTISAN GREENHOUSES José Guerra Salazar1, Víctor Escartín Fernández2, Alberto Lastres Capote3 1 Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Ecuador, [email protected] 2 Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cuba, [email protected] 3 Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Cuba, [email protected]

RESUMEN: Se desarrolló un prototipo de sistema electrónico modular, parametrizable y de bajo costo, de fácil instalación y manejo, que permite supervisar áreas climáticas en invernaderos artesanales. El sistema se estructura como una red unidireccional tipo estrella, lo que permite incorporar nuevos módulos e identificar áreas críticas. De las pruebas realizadas se comprobó que el sistema diseñado es capaz de medir las variables climáticas con una exactitud acorde a las de los sensores inteligentes utilizados como las temperaturas ambientes y del suelo con errores absolutos máximos de ± 1°C y ± 0,5°C respectivamente, y de la humedad relativa ambiente con error absoluto máximos de ± 3 % HR. Su tamaño y complejidad obedece a las dimensiones del invernadero y al número de zonas en que lo divida el usuario. Consta de tres módulos independientes, basados en la plataforma de hardware libre Arduino, que se comunican entre sí por radiofrecuencia hasta 41 metros entre ellos sin obstáculos con una alimentación de 5 V. El primer módulo posee los sensores y sus lecturas son enviadas a los módulos restantes. El segundo recolecta, visualiza y almacena la información trasmitida. El tercero identifica valores críticos y envía mensajes por la red celular. La información que se pueda recopilar con el sistema ayuda a generar bases de datos históricas que permitan desarrollar modelos matemáticos para predecir comportamientos climáticos en invernaderos artesanales que eviten afectaciones en los cultivos.

. Palabras Claves: Herramientas virtuales, hardware libre, invernaderos artesanales, supervisión inalámbrica ABSTRACT: An electronic system prototype, modular, programmable, with low cost, with easy installation and handling that allows supervising climatic areas in craft greenhouses was developed. The system is structured like a unidirectional start type net, that allows to incorporate new modules and to identify critical areas. The designed system was tested to prove that is able to measure the climatic variables with an agreement accuracy to those of the intelligent sensors used for the ambient and ground temperatures with maximum absolute error of ± 1°C and ± 0,5°C respectively, and the system also measure the relative humidity of the atmosphere with maximum absolute error of ± 3% HR. Their size and complexity obeys to the dimensions of the greenhouse and the number of areas divides by the user. It consists of three independent modules, based on free hardware plataform of Arduino that communicate to each other by radiofrequency until 41 meters among them without “V Simposio Internacional de Electrónica: diseño, aplicaciones, técnicas avanzadas y retos actuales”

Guerra, J.; Escartín, V., Lastres, A. | “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA INALÁMBRICO PARA LA SUPERVISIÓN EN LÍNEA DEL MICROCLIMA DE INVERNADEROS ARTESANALES”

obstacles when it has a power supply of 5 V. The first module reads the sensors and sent the readings to the remaining modules. The second collects, visualizes and stores information transmitted, the third identifies critical values and sends messages to the cellular net. The information collected can be used to generate historical data bases in order to develop mathematical models to predict climatic behaviors in Greenhouses to avoid affectations in crops.

keyWords: Arduino, LabVIEW, monitoring of greenhouses, wireless system. 1. INTRODUCCIÓN En Ecuador actualmente el cultivo bajo invernadero no se considera como una actividad agropecuaria representativa por lo que no se ha encontrado información relacionada al número de hectáreas destinadas a los invernaderos. Predominan los invernaderos artesanales multicapilla de cubierta plana, metálicas o con estructuras de madera recubiertas de plástico. Su manejo en cualquiera de los casos lo realizan sin ningún tipo de asesoría técnica, pues existe desconocimiento en la necesidad de una supervisión adecuada de los parámetros ambientales (temperatura, humedad y luminosidad) para el cual el cultivo presenta un óptimo desarrollo. Se basa fundamentalmente en la experiencia adquirida por el personal lo que provoca en algunos casos altos costos de producción por pérdidas de cultivos o por baja productividad, así como el incremento de enfermedades y uso indiscriminado de productos químicos. La automatización de invernaderos en nuestro país busca desarrollar e incorporar tecnología propia, acorde a nuestro medio, como forma de mejorar la producción. Entre estas se puede mencionar un sistema basado en una red de sensores inalámbrico mediante ZigBee, que controla temperatura y humedad en el invernadero, que se conecta por medio del puerto USB a la computadora [1]. En otro trabajo publicado, se desarrolla un sistema que monitorea la temperatura y humedad del suelo en invernaderos, se almacenan los datos y se controlan diferentes electroválvulas por medio de un microcontrolador al recibir información en forma inalámbrica de la computadora [2]. Estas investigaciones se centran en la automatización de los invernaderos y no orientan su diseño a la generación de alertas para dispositivos móviles, al registro histórico de la información por sectores como elemento esencial para la toma de decisiones y el tratamiento diferenciado por zonas del cultivo.

alta inversión que el sector no está en condiciones de realizar en forma inmediata y que actualmente no se justifica. Puntualizan la necesidad de contar con equipos de supervisión del microclima y que emitan avisos de ayuda para el personal responsable del invernadero. La necesidad anterior motiva el diseño e implementación de un prototipo de sistema electrónico modular, parametrizable y de bajo costo, para la supervisión en línea del microclima en invernaderos artesanales y que por medio de comunicación inalámbrica registre, visualice, almacene y reporte su comportamiento climático. 2. CONTENIDO 2.1 Módulos del sistema inalámbrico de registro climático En el diseño del sistema de supervisión inalámbrico en línea de registro climático se destacan tres módulos fundamentales: Lector, Recolector y de Aviso. Estos tres módulos se comunican en forma unidireccional por radiofrecuencia a 433 MHz. 2.1.1 El módulo Lector En la figura 1 se presenta el diagrama en bloques del módulo Lector, que tiene como función principal medir y transmitir en tiempo real la información suministrada por los sensores. Posee un bloque que permite la comunicación con los otros dos módulos por radiofrecuencia (RF). También posee un bloque que utiliza la tecnología inalámbrica Bluetooth para la comunicación con cualquier dispositivo que posea este tipo de comunicación. Esto permite simplificar el ingreso de datos tales como la zona a la que pertenece, la fecha y la hora del sistema, característica que lo hace parametrizable. De ser necesario, los módulos lectores y recolector permiten intercambiar información con una PC mediante un puerto USB.

Expertos en el área de cultivo bajo invernadero que conocen la realidad de la zona, consideran que la automatización de invernaderos requiere de una “V Simposio Internacional de Electrónica: diseño, aplicaciones, técnicas avanzadas y retos actuales”

Guerra, J.; Escartín, V., Lastres, A. | “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA INALÁMBRICO PARA LA SUPERVISIÓN EN LÍNEA DEL MICROCLIMA DE INVERNADEROS ARTESANALES”

con comunicación serie en standard I2C. Posee un convertidor analógico digital de 16 bits que genera la señal con una exactitud de un Lux en el rango de medición [7].

Figura 1. Diagrama de bloques del hardware que conforma el módulo Lector

Hardware básico del módulo lector En la figura 2 se muestra el esquema de conexión del módulo Lector, que dispone de un circuito de procesamiento de la información basado en una tarjeta SIMULINO MEGA, que es un clon del ARDUINO MEGA [3]. Utiliza el microcontrolador Atmega 2560 encargado de ejecutar el programa que controla y maneja todos sus elementos. Dispone de 54 entradas/salidas digitales, 15 de las cuales pueden configurarse como salidas PWM (pulse-width modulation por sus siglas en inglés) y 16 entradas analógicas [4]. En este diseño se utilizan 17 entradas/salidas digitales y una salida analógica, por lo que quedan disponibles 37 entradas/salidas digitales y 15 entradas analógicas para incorporar nuevos sensores. Para esta aplicación, cada módulo Lector incorpora los siguientes componentes: •

Un sensor de humedad AM2301, que también mide temperatura ambiental, fabricado por Aosong (Guangzhou) Electonics Co. Ltd que proporciona una salida digital serie OneWire de 40 bits. Sus 16 bits más significativos representa el valor de la humedad relativa con exactitud de ± 3 % HR, los 16 bits siguientes representan el valor de la temperatura con exactitud de ± 1 °C y los restantes 8 bits son para detección de errores en la comunicación. [5].

•

Un sensor de temperatura de suelo DS18b20, fabricado por Dallas Semiconductor, que proporciona una salida con comunicación serie OneWire, en binario natural con una palabra de 16 bits, de los cuales los 12 bits menos significativos representan el valor con una exactitud de ± 0.5 °C [6].

•

•

Dos sensores genéricos de humedad de suelo, el YL69 conectado al YL38, que entregan una salida digital D0 que indica si se han violados los límites de humedad configurados por medio de un potenciómetro y otra salida analógica (A0) [8].

•

Un reloj de tiempo comunicación I2C [9].

•

Un transmisor de radio frecuencia MX-FS-03V, que mantiene con el procesador una comunicación serie asincrónica con niveles RS232 [10].

•

Una pantalla gráfica LCD de 1.8 pulgadas con resolución 128x168 pixel y comunicación serie I2C que permite la visualización de la información suministrada por los sensores. Esta incluye un lector para memorias SD con comunicación serie SPI que podría ser usado para almacenar información cuando se requiera [11].

•

Un dispositivo Bluetooth HC-05 [12] que se enlaza mediante comunicación serie asincrónica con el procesador. Este permite la conexión con un dispositivo Android, si posee una aplicación desarrollada específicamente en este sistema operativo, para la actualización de la fecha y hora.

real

DS1307con

Figura 2. Esquema de conexión del módulo Lector

Un sensor de luminosidad GY302-BH1750FVI, fabricado por ROHM Semiconductor, que no requiere calibración y entrega sus resultados “V Simposio Internacional de Electrónica: diseño, aplicaciones, técnicas avanzadas y retos actuales”

Guerra, J.; Escartín, V., Lastres, A. | “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA INALÁMBRICO PARA LA SUPERVISIÓN EN LÍNEA DEL MICROCLIMA DE INVERNADEROS ARTESANALES”

2.2.2

El módulo Recolector

En la figura 3 se presenta el diagrama en bloques del módulo Recolector. Es el encargado de concentrar todas las lecturas recibidas vía RF de los diferentes módulos Lectores, la visualiza por zonas del invernadero y almacena en memoria SD en un solo archivo. Utiliza un formato compatible con un procesador de texto u hoja de cálculo. De esta manera el usuario no requiere acceder a cada módulo Lector para conocer las condiciones climáticas en el que se encuentra el cultivo.

Figura 4. Esquema de conexión del módulo Recolector

2.2.2

Figura 3. Diagrama de bloques del módulo Recolector Hardware básico del módulo Recolector La figura 4 muestra el esquema de conexión del módulo Recolector que igual al módulo anterior, el procesamiento lo realiza con una tarjeta FUNDUINO MEGA con el microcontrolador Atmega 2560. Consta con un receptor de radiofrecuencia MX-JS-05V que mantiene una comunicación serie asincrónica con el procesador. Dispone de una pantalla gráfica, similar a la del módulo Lector, cuyo lector para tarjetas SD es utilizado para almacenar la información proveniente de todos los módulos Lectores que integren el sistema. También permite conectar mediante un puerto USB una PC para obtener toda la información que está siendo almacenada.

El módulo de Aviso

En la figura 5 se muestra el diagrama en bloques del módulo de Aviso, el cual recibe la información vía RF transmitida por los diferentes módulos Lectores, la que evalúa para determinar si alguna lectura sobrepasa los límites máximo o mínimo permitidos por el cultivo. De ser así, genera un mensaje de aviso que es enviado a un teléfono móvil previamente establecido. Este módulo es el encargado de realizar la transmisión GSM.

Figura 5. Diagrama de bloques del módulo de Aviso

Hardware básico del módulo de Aviso La figura 6 muestra el esquema de conexión del módulo de Aviso. El circuito que procesa la información en este módulo es una tarjeta ARDUINO UNO, otra versión que dispone la plataforma de hardware libre Arduino pero con el microcontrolador Atmega 328 [13]. Este módulo posee un circuito receptor de radiofrecuencia para la comunicación con el resto del sistema. Además, posee un transmisor GSM (Global System for Mobile Communications por sus siglas en inglés) SIM900’s de SIMCOM [14], que mantiene una comunicación serie asincrónica con el procesador. El GSM es utilizado para generar mensajes de aviso en caso de situación de emergencia por la violación de algún valor límite.

“V Simposio Internacional de Electrónica: diseño, aplicaciones, técnicas avanzadas y retos actuales”

Guerra, J.; Escartín, V., Lastres, A. | “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA INALÁMBRICO PARA LA SUPERVISIÓN EN LÍNEA DEL MICROCLIMA DE INVERNADEROS ARTESANALES”

Para esto se hizo uso de la interfaz VISA serie que dispone LabVIEW que permite reconocer al Arduino como un puerto serie, manteniendo intacta su potencialidad e independencia [16]. La herramienta virtual desarrollada es la encargada de tomar la cadena de caracteres con estructura similar a la mostrada en la figura 7, que es enviada por el módulo Lector. La información recibida es presentada y graficada en la pantalla del computador, y se almacena en el archivo. Esta información puede ser leída en un procesador de texto o en hojas de cálculo.

Figura 6. Esquema de conexión del módulo de Aviso

2.3 SOFTWARE DEL SISTEMA INALÁMBRICO DE REGISTRO CLIMÁTICO El sistema implementado está constituido por tres tipos de software: 2.3.1

Software para los módulos del sistema

Para los módulos del sistema se desarrollaron tres programas, uno para cada módulo que conforma el sistema (Lector, Recolector y de Aviso), que se encargan de ejecutar los procesos acordes al hardware de ellos. Se implementaron en el IDE (Integrated Development Environment por sus siglas en inglés) de Arduino versión 1.0.5-r2, donde se desarrollan los sketch, un conjunto de instrucciones de código fuente que permiten la inclusión de bibliotecas que contienen funciones que facilitan la programación de cada aplicación. Generalmente están asociadas al uso de un sensor o componente hardware [15] y contienen funciones que facilitan su programación. 2.3.2

Herramienta virtual para comunicación con el computador

Figura 7. Estructura de la cadena de caracteres a transmitir por RF y por el puerto USB

En la figura 8 se muestra el panel frontal de la herramienta virtual desarrollada en LabVIEW para la supervisión de las variables climáticas. En esta, se visualiza la zona monitoreada y el número del puerto serie que corresponde al módulo a supervisar, el cual debe ser seleccionado antes de su ejecución. Se presenta en forma gráfica y numérica los valores actuales, máximos y mínimos de las cinco variables climáticas monitoreadas. Adicionalmente se presenta una gráfica en tiempo real de los valores actuales de las variables climáticas

la

Una prestación adicional del prototipo de sistema desarrollado es que sus módulos presentan la facilidad de conectarse por medio del puerto USB a un computador para transmitir los resultados de las lecturas obtenidas. Esta comunicación se realiza con ayuda de una herramienta virtual desarrollada en LabVIEW 2011, que es la encargada de visualizar la información en tiempo real. Aunque LabVIEW dispone de la interfaz LIFA, para conectar el computador con el Arduino, el diseño de la herramienta virtual no se realizó con ayuda de esta, para no perder potencialidad, ya que la convierte en una tarjeta de adquisición de datos con operación obligatoria conectado a un computador.

Figura 8. Panel frontal de la herramienta virtual desarrollada en LabVIEW para la supervisión de las variables climáticas

“V Simposio Internacional de Electrónica: diseño, aplicaciones, técnicas avanzadas y retos actuales”

Guerra, J.; Escartín, V., Lastres, A. | “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA INALÁMBRICO PARA LA SUPERVISIÓN EN LÍNEA DEL MICROCLIMA DE INVERNADEROS ARTESANALES”

2.3.3

Software para la comunicación con el reloj de tiempo real (RTC)

Es necesario tener actualizada la fecha y hora en el sistema, pues son valores importantes para la supervisión y registro de lecturas de las variables climáticas dentro del invernadero. Estos datos son indispensables para el análisis estadístico y la toma de decisiones por parte del usuario. Al no existir la posibilidad de inicializar y actualizar el RTC (Real Time Clock) en el momento del arranque del sistema, en su diseño se incluyó una etapa que permite su actualización y es manejada por medio de una aplicación software. Es de fácil uso y cuenta con una interfaz gráfica, como se muestra en la figura 9. Fue desarrollada por medio de la herramienta software App Inventor, que puede ser instalada en dispositivos móviles que cuenten con el sistema operativo Android [17].

Figura 10. Fotografías de los prototipos de los módulos Lector (izquierda), Recolector (centro) y de Aviso (derecha)

2.4.1

Caracterización de las mediciones de los sensores

Al no disponer de referencias de mediciones costosas, con mejor exactitud que la de los sensores empleados, con el objetivo de tener un criterio evaluativo de las mediciones que el módulo diseñado realiza, se decidió comparar sus respuestas con equipos comerciales con características similares. Además se tomó en cuenta que el presente proyecto implementa un prototipo con sensores que tienen salida digital y que vienen calibrados de fábrica. Este criterio se aplicó en la caracterización de las respuestas de los sensores de temperatura ambiente, temperatura del suelo y humedad relativa ambiente. Figura 9. Interfaz de la aplicación en App Inventor para actualiza el RTC

2.4 VALIDACIÓN DE LOS MÓDULOS PROTOTIPO IMPLEMENTADO

DEL

En la figura 10 se presentan las fotografías de los prototipos de los módulos implementados, con los que se procede a realizar las pruebas de funcionamiento.

Se tomó como referencia al sensor comercial QUARTZ que tiene una exactitud de ± 1,0°C. Las mediciones se obtuvieron sometiendo en funcionamiento continuo al módulo Lector durante ocho días, en los cuales sin considerar el horario, se tomaron 19 muestras para su análisis. Estas mediciones se realizaron para comprobar si el sistema no incorpora más error que el introducido por los sensores correspondientes, que como máximo son ± 2,0°C (considerando el error total como la suma de cada uno) para la temperatura ambiente y de ± 1,5°C (considerando el error total como la suma de cada uno) para la medición de la temperatura del suelo. Con estos resultados se comprobó experimentalmente que el sistema diseñado no introduce errores adicionales y es capaz de medir las temperaturas ambiente y del suelo con errores absolutos máximos de ± 1,0°C y de ± 0,5°C respectivamente, que corresponden a de los sensores utilizados en el sistema.

“V Simposio Internacional de Electrónica: diseño, aplicaciones, técnicas avanzadas y retos actuales”

Guerra, J.; Escartín, V., Lastres, A. | “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA INALÁMBRICO PARA LA SUPERVISIÓN EN LÍNEA DEL MICROCLIMA DE INVERNADEROS ARTESANALES”

Se analizaron los resultados de las mediciones realizadas con el sensor de humedad relativa ambiente del sistema que tiene una exactitud de ± 3 % HR y del sensor utilizado como patrón (TL8015A con exactitud de ± 5 % HR). Estas mediciones se realizaron para comprobar si el sistema no incorpora más error del introducido por ambos sensores que como máximo es del ± 8 % HR (considerando el error total como la suma de cada uno). Con estos resultados se comprobó experimentalmente que el sistema diseñado no introduce errores adicionales y es capaz de medir la humedad relativa ambiente con errores absolutos menores de ± 3 %, que corresponde al del sensor utilizado en el sistema. Estos resultados se ajustan a los requerimientos de diseño previsto para esta aplicación y que son compatible con la exactitud que garantizan los equipos comerciales similares. 2.4.2

Caracterización de las comunicaciones entre módulos

Esta caracterización se realizó en dos etapas: una durante la implementación de cada módulo y la otra con el sistema en su conjunto. Durante este proceso se realizaron varias modificaciones al diseño para ajustarlo a los requerimientos establecidos para obtener el resultado más económico. Las pruebas diseñadas se concibieron para evaluar la integridad de los datos transmitidos en las diferentes comunicaciones que realiza, las cuales se detallan a continuación. 2.4.3

Pruebas y puesta a punto de comunicación para actualizar el RTC

la

De las pruebas realizadas para actualizar el RTC se comprobó que la comunicación correcta entre el dispositivo Android y el módulo Lector se realiza a distancias hasta de 10 m. En la figura 11 se muestra los mensajes generados en la pantalla gráfica del módulo Lector y el dispositivo Android.

Figura 11. Mensajes generados en la pantalla gráfica del módulo Lector

2.4.4 Pruebas y puesta a punto de la comunicación USB entre los módulos y la herramienta virtual desarrollada en LabVIEW Se realizó una valoración inicial de la comunicación por medio de simulaciones con ayuda del VSPE (Virtual Serial Ports Emulator por sus siglas en inglés) que permite crear puertos virtuales, el programa Proteus y LabVIEW 2011. Al programa de simulación Proteus V7.10 se le incorporaron dos bibliotecas en su lista de componentes de algunos tipos de Arduino denominados SIMULINO, entre estos se encuentran los Arduinos UNO y MEGA. El sketch fue desarrollado en el IDE de Arduino 1.0.5r2 y el archivo con extensión hex resultante de su compilación se asignó al SIMULINO [18]. Esto permitió verificar la correcta transmisión por el puerto serie de los datos obtenidos de la medición de los sensores a LabVIEW. En la figura 12 se muestran las pantallas capturadas con la escritura de los datos en el puerto al ejecutarse la simulación en Proteus así como la recepción de los mismos en la herramienta virtual una vez creados los puertos virtuales COM1 y COM2. Esto permitió en la misma pantalla del computador ejecutar, en dos ventanas diferentes, un programa desarrollado en LabVIEW y otro en Proteus. De esta manera se probaron los programas desarrollados para la recolección de los datos generados por los sensores del módulo Lector y su transmisión al computador.

“V Simposio Internacional de Electrónica: diseño, aplicaciones, técnicas avanzadas y retos actuales”

Guerra, J.; Escartín, V., Lastres, A. | “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA INALÁMBRICO PARA LA SUPERVISIÓN EN LÍNEA DEL MICROCLIMA DE INVERNADEROS ARTESANALES”

SMS y su envió por el puerto USB al computador. La segunda etapa consistió en verificar la correcta comunicación del SMS por la red GSM. En la figura 14 se presenta el mensaje recibido en el dispositivo móvil como resultado de la respuesta emitida por el módulo de Aviso al detectar violación de los límites en las lecturas de los valores recibidos.

Figura 12. Pantallas capturadas en la simulación de la comunicación entre Proteus (izquierda) y LabVIEW (derecha)

Las pruebas experimentales de comunicación realizadas entre el módulo y la herramienta virtual desarrollada en LabVIEW se efectúan comparando en línea y en diferentes instantes de tiempo los datos visualizados en la pantalla del computador y en su pantalla gráfica, como se muestra en la figura 13 (izquierda). La comunicación no presentó problemas ni pérdida de datos. También se valoró el almacenamiento de los datos en el computador. El resultado del almacenamiento se verificó leyendo el archivo creado con el programa Microsoft Excel 2010 como se muestra en figura 13 (derecha).

Figura 13. Herramienta virtual de LabVIEW supervisando el módulo (izquierda) y el archivo generado visualizado en Microsoft Excel 2010 (derecha)

2.4.4

Pruebas y puesta a punto de la comunicación entre el módulo de Aviso y la red GSM

Las pruebas se realizaron en dos etapas debido al costo que implica el uso de la red GSM. La primera etapa consistió en minimizar los errores, constatando la estructuración correcta del mensaje

Figura 14. Mensaje recibido por el dispositivo móvil generado por el módulo de Aviso

3

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Al analizar los resultados obtenidos se comprueba que el sistema diseñado es capaz de medir las temperaturas ambientes y del suelo con errores absolutos máximos de ± 1°C y ± 0,5°C respectivamente, y de la humedad relativa ambiente con error absoluto máximos de ± 3 % HR. Esto se ajusta a los requerimientos de diseño previsto para esta aplicación y que resulta compatible con la exactitud que garantizan los equipos comerciales similares. Al analizar los resultados obtenidos en las pruebas de comunicación por RF entre sus módulos se determinó que alcanza hasta 41 metros sin obstáculos, con una alimentación de 5 V. Las pruebas realizadas para la comunicación por Bluetooth demostraron que se puede establecer un enlace fiable hasta 10 m. Todos los módulos permiten la comunicación con el computador utilizando el bus USB con una aplicación desarrollada en LabVIEW, sin afectar las demás comunicaciones. Se puede concluir que el prototipo del sistema de supervisión cumple satisfactoriamente con los requerimientos de diseño establecidos para esta aplicación, que una de las fortalezas es su modularidad y las diversas formas de comunicación que dispone para la entrega y

“V Simposio Internacional de Electrónica: diseño, aplicaciones, técnicas avanzadas y retos actuales”

Guerra, J.; Escartín, V., Lastres, A. | “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA INALÁMBRICO PARA LA SUPERVISIÓN EN LÍNEA DEL MICROCLIMA DE INVERNADEROS ARTESANALES”

registro de información y que resulta compatible con la precisión que garantizan los equipos comerciales similares.

4

CONCLUSIONES

Se diseñó e implementó un sistema electrónico de bajo costo, que permite la supervisión remota de invernaderos artesanales y utiliza tres tipos de comunicaciones inalámbricas: radiofrecuencia, Bluetooth y GSM. El sistema está diseñado en tres módulos que realizan funciones específicas . Se comprobó que el sistema diseñado es capaz de medir las temperaturas ambientes y del suelo con errores absolutos máximos de ± 1°C y ± 0,5°C respectivamente, y de la humedad relativa ambiente con error absoluto máximos de ± 3 % HR. Esto se ajusta a los requerimientos de diseño previsto para esta aplicación y que resulta compatible con la exactitud que garantizan los equipos comerciales similares. De las pruebas realizadas para la comunicación por RF entre sus módulos se determinó que alcanza hasta 41 metros sin obstáculos, con una alimentación de 5 V. Las pruebas realizadas para la comunicación por Bluetooth demostraron que se puede establecer un enlace fiable hasta 10 m. Todos los módulos permiten la comunicación con el computador utilizando el bus USB con una aplicación desarrollada en LabVIEW, sin afectar las demás comunicaciones. El crecimiento del sistema está determinado por el número de módulos Lectores que se le incorporen; la configuración más pequeña la integra un módulo Lector. El gran número de entradas y salidas que dispone el Funduino MEGA permite incorporar nuevas prestaciones a los módulos, como son la adición de sensores digitales o analógicos en el módulo Lector. El prototipo del sistema de supervisión implementado es en una herramienta de ayuda de bajo costo para el desarrollo de la agricultura de precisión en el país. Puede visualizar y almacenar los resultados de las mediciones, que permite proporcionar información para la toma de decisiones acordes a la situación reales del cultivo. El software realizado utiliza programación estructurada por medio de funciones, para mantener claridad e independencia en el código. Este permite de forma sencilla su adaptación a nuevas situaciones.

La información que se pueda recopilar con el sistema de supervisión, permitirá generar bases de datos históricas que permitan desarrollar modelos matemáticos para predecir comportamientos climáticos en invernaderos artesanales que posibilitará la toma de decisiones en pos de mejorar la calidad y cantidad de producción con costos reducidos y eviten afectaciones en los cultivos. 5

REFERENCIAS

1. GARCÉS, David; JIMÉNEZ, Sergio. “Sistemas de control y supervisión de invernadero del Centro Experimental de Riego de la ESPOCH mediante Tecnología ZigBee”. Director: Romero Paúl. Tesis de Grado, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Ecuador, 2012. 2. CANDO, Danilo, VILLAGRÁN Wilson. “Diseño y construcción de un prototipo de control para un invernadero de tomate (riñón) mediante comunicación inalámbrica”. Director: Altamirano Edwin. Tesis de Grado, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Ecuador, 2007. 3. Análisis comparativo de las placas Arduino (oficiales y compatibles) [en línea]. Disponible en web: http://comohacer.eu/analisis-comparativoplacas-arduino-oficiales-compatibles/. 4. Arduino MEGA 2560.[en línea]. [ref. de marzo 2014]. Disponible en web: http://www.mantech.co.za/datasheets/products/A0 00047.pdf. 5. AOSONG. Temperature and humidity module AM2301 product manual [en línea]. [ref. de mayo 2014]. Disponible en web: meteobox.tk/files/AM2301.pdf. 6. DALLAS Semiconductor. DS18B20 datasheet [en línea]. [ref. de mayo 2014]. Disponible en web: http://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront.net/datasheets/Se nsors/Temp/DS18B20.pdf. 7. ROHM Semiconductor.BH1750FVI datasheet [en línea]. [ref. de mayo 2014]. Disponible en web: http://www.elechouse.com/elechouse/images/prod uct/Digital%20light%20Sensor/bh1750fvi-e.pdf. 8. Módulo YL69 y YL38 datasheet [en línea]. [ref. de mayo 2014]. Disponible en web: https://es.scribd.com/doc/233114065/ModuloYL69-y-YL38. 9. Real time clock module [en línea]. [ref. de junio 2014]. Disponible en web: http://www.hobbyist.co.nz/?q=real_time_clock. 10. 433MHZ wireless modules MX-FS-03V & MX-05 (HCMODU0007)[en línea]. [ref. de mayo 2014]. Disponible en web:

“V Simposio Internacional de Electrónica: diseño, aplicaciones, técnicas avanzadas y retos actuales”

Guerra, J.; Escartín, V., Lastres, A. | “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA INALÁMBRICO PARA LA SUPERVISIÓN EN LÍNEA DEL MICROCLIMA DE INVERNADEROS ARTESANALES”

http://forum.hobbycomponents.com/viewtopic.php? f=25HYPERLINK "http://forum.hobbycomponents.com/viewtopic.php ?f=25&t=1324"&HYPERLINK "http://forum.hobbycomponents.com/viewtopic.php ?f=25&t=1324"t=1324. 11. MARTIN. Toying with a 1.8″ tft lcd display[en línea]. [ref. de agoto 2014]. Disponible en web: http://harizanov.com/2013/02/toying-witha-1-8-tft-lcd-display/. 12. Módulo Bluetooth master/slave (HC-05) [en línea]. [ref. de agosto 2014]. Disponible en web: http://botscience.net/store/index.php?route=produc t/productHYPERLINK "http://botscience.net/store/index.php?route=produ ct/product&product_id=70id=70"&HYPERLINK "http://botscience.net/store/index.php?route=produ ct/product&product_id=70id=70"product_id=70id=7 0. 13. Arduino UNO [en línea]. [ref. de mayo 2014]. Disponible en web: http://arduino.cc/en/pmwiki.php?n=Main/ArduinoBo ardUno. 14. Arduino GPRS shield [en línea]. [ref. mayo 2014]. Disponible en web: http://www.geeetech.com/wiki/index.php/Arduino_ GPRS_Shield. 15. EVANS, Brian. Arduino programming notebook [en línea]. [ref. de marzo 2014].

Disponible en web: http://playground.arduino.cc/uploads/Main/arduino _notebook_v1-1.pdf. 16. LabVIEW interface for Arduino [en línea].[ ref. de junio 2014]. Disponible en web: https://decibel.ni.com/content/groups/labviewinterface-for-arduino. 17. MIT APP INVENTOR [en línea]. [ ref. de septiembre 2014]. Disponible en web: http://appinventor.mit.edu/explore/. 18. ALONSO, Cesar. Librería Arduino para Proteus [en línea]. [ref. de junio 2014]. Disponible en web: https://es.scribd.com/doc/215528604/LibreriaArduino-Para-Proteus.

6. SÍNTESIS CURRICULARES AUTORES

DE

LOS

José Enrique Guerra Salazar, Ing. en Electrónica y Computación, Docente Principal, Facultad de Informática y Electrónica, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador. Víctor Eugenio Escartín Fernández, Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Auxiliar, Centro de Investigaciones en Microelectrónica, Facultad de Ingeniería Eléctrica, CUJAE. Alberto Ramón Lastres Capote, Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Titular, Centro de Investigaciones en Microelectrónica, Facultad de Ingeniería Eléctrica, CUJAE.

“V Simposio Internacional de Electrónica: diseño, aplicaciones, técnicas avanzadas y retos actuales”