Ingeniería Mecatrónica · 2025
Prototipo de sistema automatizado para el cultivo de naranja en ambiente controlado
In the following project, the objective is to develop an automated system that manages the temperature and humidity conditions in a greenhouse for orange cultivation, using a closed-loop PID (Proportional-Integral-Derivative) control for temperature and an ON-OFF control for humidity. The project arises from the need to mitigate the effects of climate change on crops, which significantly affect traditional open-field agriculture. The automation relies on sensors and actuators that monitor and adjust the conditions in the greenhouse, ensuring that they remain within the optimal ranges for orange cultivation: temperatures between 18°C and 30°C and relative humidity between 50% and 60%.
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Contenido
- Introducciónp. 9
- Marco teóricop. 12
- Cultivos de naranjap. 12
- 2.1.1. Invernaderosp. 12
- 2.1.2. Clasificación de los invernaderosp. 13
- Sensoresp. 14
- 2.2.1. Sensor térmico y de humedadp. 15
- Actuadoresp. 15
- 2.3.1. Sistemas de riegop. 15
- 2.3.2. Sistemas de ventilaciónp. 16
- 2.3.3. Sistemas de calefacciónp. 16
- Sistemas de controlp. 17
- 2.4.1. Control de lazo abiertop. 17
- 2.4.2. Control de lazo cerradop. 17
- Planteamiento de la soluciónp. 20
- medición y actuadores para controlar la temperatura y humedad relativap. 20
- 4.1.1. Estructurap. 20
- 4.1.2. Sensorp. 15
- 4.2.1. Actuadoresp. 15
- temperaturap. 36
- datos experimentalesp. 26
- Diseño de la PCB e implementación del circuitop. 28
- Resultados y análisisp. 29
- Ensamble de la estructurap. 29
- Resultados del diseño de controlp. 31
- 5.2.1. Control On-Offp. 31
- 5.2.2. Control en lazo cerradop. 31
- Resultados finalesp. 33
- 5.3.1. Diseño final de la PCBp. 33
- 5.3.2. Resultados de prototipo de control en el invernaderop. 35
- Conclusionesp. 37
- Referenciasp. 38
- Figura 1. Orientación del invernadero según la posición relativa al solp. 13
- Figura 2. Esquema de un control PIDp. 17
- Figura 3. Esquema de un controlador proporcionalp. 18
- Figura 4. Esquema de un controlador derivativop. 18
- Figura 5. Esquema de un controlador integralp. 19
- Figura 6. Estructura del invernadero de naranjap. 21
- Figura 7 Sensor de temperatura y humedad DHT22p. 21
- Figura 8 Bomba karson ksn 30560p. 22
- Figura 9 de 4 pulgadas a 110 voltios de la marca DRQp. 22
- Figura 10 Foco reflector Infrarrojo 250wp. 23
- Figura 11. Esquema de circuito en Proteus para detectar cruce por cerop. 23
- optoacoplador hacia el microcontroladorp. 24
- Figura 13. Esquema de circuito para control de voltaje mediante un TRIACp. 24
- Figura 14. Representación entre el ángulo de disparo y la salida de voltajep. 25
- Figura 15. Curva de respuesta exponencial en sistemas de primer ordenp. 27
- Figura 16. Ensamble del invernaderop. 29
- Figura 17. Bomba para el control de la humedad en el invernaderop. 30
- Figura 18. Configuración de los ventiladores en el invernaderop. 30
- Figura 19. Ubicación de la bombilla en el invernaderop. 31
- Figura 20. (a) Salida del sistema (b) Entrada del sistemap. 32
- Figura 21. Datos experimentales y función de control en variables de desviaciónp. 32
- Figura 22. Respuesta del sistema en lazo cerrado con un cambio escalónp. 33
- Figura 23. Esquema del circuitop. 34
- Figura 24. Layout del PCB enviado para imprimirp. 34
- Figura 25. PCB con conexión a la placa Arduino y los actuadores del sistemap. 35
- Figura 26. Datos de humedad recolectados en 3 días de toma de datosp. 36
- Figura 27. Datos de temperatura recolectados en 3 días de toma de datosp. 36
- Tabla 1. Ventajas y desventajas de los tipos de invernaderosp. 14
- Tabla 2. Módulos de sensor de temperatura y humedadp. 15
- Tabla 3. Resultados de las variables evaluadas en el prototipo de controlp. 35