Ingeniería Electrónica · 2019
Diseño e implementación de un sistema de comunicación y de información para un proceso agrícola: caso lechuga
En Colombia y el mundo, la incorporación de la tecnología para ayudar a solucionar los graves problemas ambientales, y avanzar hacia la sustentabilidad, requiere una visión diferente en la investigación; por lo que, a lo largo de este proyecto, se realizó el diseño e implementación de un sistema de comunicación y de información para un proceso agrícola para el caso de la lechuga, en el cual se extrajo la mayor cantidad de información posible para así comparar el uso de los métodos tradicionales de cultivo y el uso de la tecnología, en todo el proceso, se realizaron pruebas de los componentes, los módulos y la página web comprobando el correcto funcionamiento de los mismos, al igual que la implementación del sistema de comunicación y de información de dicho proceso agrícola. Ahora bien, el diseño consta de un módulo de adquisición de datos que obtiene información de variables (humedad y temperatura del suelo, humedad y temperatura del ambiente, niveles de CO2, entre otras), tomadas dentro de un invernadero para luego ser transmitidas por medio de un protocolo de comunicación ZigBee a un módulo de recolección, donde son almacenadas y revisadas mediante la pantalla de dicho módulo, esta revisión también se podrá realizar desde una página web que muestra la información de cada variable en tablas y gráficas. Así las cosas, con los datos de estas variables se interactúa con el cultivo de manera oportuna, mejorando la eficiencia de la tierra y minimizando el error humano en el desperdicio de recursos naturales y sustancias que la tierra requiere volviendo más productivo el sistema agrícola. En otras palabras, se realizó la comparación entre la técnica tradicional de cultivo y la técnica de tratamiento del cultivo a través de la tecnología, para lograr el propósito de este trabajo, consistente en diseñar e implementar un sistema de comunicación que extrajera la información de las variables mencionadas de la tierra y del ambiente en el sistema agrícola para posteriormente enviarla a la nube, colaborando así en la obtención de eficiencias en dicho sistema.
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Contenido
- Introducciónp. 13
- Definición del problemap. 13
- Contextop. 14
- Manifestaciónp. 15
- Causasp. 15
- Efectosp. 16
- Aspectos a solucionarp. 16
- Justificación del proyectop. 16
- Propuesta de soluciónp. 17
- Estado del artep. 18
- Bases teóricasp. 18
- Tecnologíap. 19
- Glosario de términosp. 20
- Objetivos:p. 22
- Generalp. 22
- Específicosp. 22
- Requerimientosp. 22
- Funcionalesp. 22
- De calidadp. 22
- Restrictivosp. 23
- Diseño Funcionalp. 23
- Sensores de monitoreo agrícola por protocolo ZigBee a placa reducidap. 23
- Alternativas a nivel de bloquesp. 24
- Alternativa Ap. 24
- Alternativa Bp. 24
- Nombre de señales entre cajasp. 24
- Nombres de señales Alternativa Ap. 24
- Nombres de señales Alternativa Bp. 27
- Funciones de cada cajap. 30
- Funciones de cada caja alterativa Ap. 30
- Funciones de cada caja alterativa Bp. 34
- Selección de alternativap. 38
- Diseño detalladop. 38
- Requerimientos de subsistemasp. 38
- Requerimientos de componentesp. 42
- Componentes de la etapa de sensóricap. 42
- Requerimientos técnicos del componentep. 51
- Requerimientos técnicos de la redp. 52
- Requerimientos técnicos de la topologíap. 52
- Esquemáticos del sistemap. 53
- Esquemático del subsistema de sensóricap. 54
- Plan de Pruebas del Sistemap. 59
- Plan de pruebas de componentesp. 59
- Plan de pruebas de subsistemasp. 60
- Plan de pruebas de integraciónp. 61
- 10 Diseño industrialp. 62
- 10.1 Casos de usop. 62
- Análisis de contextop. 62
- Casos típicosp. 65
- Casos atípicosp. 65
- 10.2 Requerimientos industrialesp. 65
- Requerimientos de uso y funciónp. 65
- Requerimientos de producciónp. 66
- Requerimientos estéticos y de identificaciónp. 67
- 10.3 Materialesp. 68
- Materiales de producciónp. 68
- Aplicacionesp. 69
- Material por usarp. 69
- 10.4 Procesos de producciónp. 69
- 10.5 Planificación de la producciónp. 70
- Evaluación y presentación de la alternativa a implementarp. 71
- Definición de componentes principalesp. 74
- 10.6 Modelos bidimensionalesp. 76
- Bocetosp. 76
- 10.7 Métodos de construcciónp. 78
- Proveedoresp. 78
- 11 Implementaciónp. 79
- 11.1 Implementación de subsistemasp. 79
- Subsistema módulos Xbeep. 79
- Subsistema módulo de adquisición de muestrasp. 80
- Subsistema módulo de adquisición de datosp. 83
- Subsistema página webp. 90
- 11.2 Integración del sistemap. 92
- 12 Pruebasp. 96
- 12.1 Pruebas de componentesp. 96
- 13 Ajustesp. 101
- 14 Pruebas del Sistemap. 101
- 15.1 Manual de usuario, se encuentra en el anexo 19.1p. 105
- 16 Resultadosp. 61
- 17 Discusiónp. 107
- 18 Conclusionesp. 107
- 19 Anexosp. 108
- proceso agricolap. 108
- Informacion Generalp. 109
- Instrucciones y característicasp. 109
- Especificacionesp. 109
- Almacenamientop. 110
- Teoría de Operaciónp. 110
- Mantenimientop. 110
- 20 Referencias Documentalesp. 109
- Ilustración 1: Diseño Funcionalp. 23
- Ilustración 2: Diseño Propuesta Ap. 24
- Ilustración 3: Diseño Propuesta Bp. 24
- Ilustración 4: Diagrama del subsistema A, B, C, D, E, Fp. 30
- Ilustración 5: Diagrama del subsistema Gp. 31
- Ilustración 6: Diagrama del subsistema Hp. 32
- Ilustración 7: Diagrama del subsistema Ip. 33
- Ilustración 8: Diagrama del subsistema Jp. 33
- Ilustración 9: Diagrama del subsistema A, B, C, D, E, Fp. 34
- Ilustración 10: Diagrama del subsistema Gp. 35
- Ilustración 11: Diagrama del subsistema Hp. 36
- Ilustración 12: Diagrama del subsistema Ip. 37
- Ilustración 13: Diagrama del subsistema Jp. 37
- Ilustración 14: Diagrama del subsistema A, B, C, D, E, Fp. 38
- Ilustración 15: Diagrama del subsistema Gp. 39
- Ilustración 16: Diagrama del subsistema Hp. 40
- Ilustración 17: Diagrama del subsistema Ip. 41
- Ilustración 18: Diagrama del subsistema Jp. 41
- Ilustración 19: Sensor de temperatura de suelop. 44
- Ilustración 20: Sensor de humedad del suelop. 45
- Ilustración 21: Sensor de acidez del suelop. 46
- Ilustración 22: Sensor de acidez de co2p. 47
- Ilustración 23: Módulo de comunicación inalámbricap. 48
- Ilustración 24: Módulo de adquisición de muestrasp. 48
- Ilustración 25: Módulo de adquisición de datosp. 49
- Ilustración 26: Módulo de placa reducidap. 50
- Ilustración 27: Pantalla placa reducidap. 51
- Ilustración 28: Esquemático módulo adquisición de muestrasp. 54
- Ilustración 29: Esquemático módulo adquisición de datosp. 54
- Ilustración 30: Conexión de sensor de temperatura y humedad al Arduino FIOp. 55
- Ilustración 31: Conexión de sensor de temperatura del suelo al Arduino FIOp. 55
- Ilustración 32: Conexión de sensor de humedad del suelo al Arduino FIOp. 56
- Ilustración 33: Conexión de sensor de acidez al Arduino FIOp. 56
- Ilustración 34: Conexión de sensor de co2 al Arduino FIOp. 57
- Ilustración 35: Conexión módulo de adquisición al Arduino FIOp. 58
- Ilustración 36: Diagrama esquemático del sistemap. 58
- Ilustración 37: Conexión módulo de adquisición al Arduino UNOp. 58
- Ilustración 38: Conexión módulo de placa reducida a Arduino UNOp. 59
- Ilustración 39: Posicionamiento geográfico de los invernaderosp. 64
- Ilustración 40: Posicionamiento geográfico de los invernaderosp. 64
- Ilustración 41: Posicionamiento de los sensores en los invernaderosp. 65
- Ilustración 42: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 70
- Ilustración 43: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 71
- Ilustración 44: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 71
- Ilustración 45: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 72
- Ilustración 46: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 72
- Ilustración 47: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 72
- Ilustración 48: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 73
- Ilustración 49: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 73
- Ilustración 50: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 74
- Ilustración 51: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 74
- Ilustración 52: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 75
- Ilustración 53: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 75
- Ilustración 54: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 75
- Ilustración 55: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 76
- Ilustración 56: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 76
- Ilustración 57: Boceto elegido para la construcciónp. 77
- Ilustración 58: Carcasa para resguardar el sistema eléctricop. 77
- Ilustración 59: Plano 1 de la carcasap. 77
- Ilustración 60: Plano 1 de la carcasap. 78
- Ilustración 61: Plano 1 de la carcasap. 78
- Ilustración 62: Configuración Xbee Coordinadorp. 80
- Ilustración 63: Configuración Xbee Routerp. 80
- Ilustración 64: Esquemático módulo adquisición de muestrasp. 81
- Ilustración 65: Módulo de adquisición de muestrasp. 81
- Ilustración 66: Esquemático módulo adquisición de datosp. 84
- Ilustración 67: Módulo adquisición de datosp. 84
- Ilustración 68: Módulo adquisición de datosp. 92
- Ilustración 69: Módulo adquisición de muestrasp. 93
- Ilustración 70: prueba de página web in sitiop. 93
- Ilustración 71: Base de datos página webp. 93
- Ilustración 72: Gráfica temperatura ambientep. 94
- Ilustración 73: Gráfica humedad ambientep. 94
- Ilustración 74: Gráfica temperatura suelop. 95
- Ilustración 75: Gráfica humedad suelop. 95
- Ilustración 76: Gráfica CO2p. 96
- Ilustración 77: Ubicación toma de muestra de conductividadp. 98
- Ilustración 78: Datos de muestreo en tiempo realp. 100
- Ilustración 79: gráfica de muestreo en tiempo realp. 100
- Ilustración 80: Módulo adquisición de datosp. 102
- Ilustración 81: Módulo adquisición de muestrasp. 102
- Ilustración 82: prueba de página web in sitiop. 102
- Ilustración 83: Base de datos página webp. 103
- Ilustración 84: Gráfica temperatura ambientep. 103
- Ilustración 85: Gráfica humedad ambientep. 104
- Ilustración 86: Gráfica temperatura suelop. 104
- Ilustración 87: Gráfica humedad suelop. 105
- Ilustración 88: Gráfica CO2p. 105
- Tabla 1: Tabla de variables para monitoreos agrícolasp. 42
- Tabla 2: Tabla de comparación de sensores de temperatura y humedad ambientep. 43
- Tabla 3: Tabla de comparación de sensores de temperatura de suelop. 43
- Tabla 4: Tabla de comparación de sensores de humedad del suelop. 45
- Tabla 5: Tabla de comparación de sensores de acidezp. 45
- Tabla 6: Tabla de comparación de sensores de co2p. 46
- Tabla 7: Tabla de comparación de módulos de comunicaciónp. 47
- Tabla 8: Tabla de comparación de módulos de adquisición de muestrasp. 48
- Tabla 9: Tabla de comparación de módulos de adquisición de datosp. 49
- Tabla 10: Tabla de comparación de placas reducidasp. 49
- Tabla 11: Tabla de conexiones sensor de temperatura y humedad al Arduino FIOp. 55
- Tabla 12: Tabla de conexiones sensor de temperatura del suelo al Arduino FIOp. 55
- Tabla 13: Tabla de conexiones sensor de humedad del suelo al Arduino FIOp. 56
- Tabla 14: Tabla de conexiones sensor de acidez al Arduino FIOp. 57
- Tabla 15: Tabla de conexiones sensor de co2 al Arduino FIOp. 57
- Tabla 16: Plan de pruebas de componentesp. 60
- Tabla 17: Plan de pruebas de subsistemasp. 60
- Tabla 18: Plan de pruebas de integración No. 1p. 61
- Tabla 19: Plan de Pruebas de integración No. 2p. 62
- Tabla 20: Tabla de requerimiento de producción de estructurap. 66
- Tabla 21: Tabla de materiales de producciónp. 68
- Tabla 22: Tabla de medidas de temperatura del suelop. 96
- Tabla 23: Tabla de medidas de humedad del suelop. 97
- Tabla 24: Tabla de medidasp. 97
- Tabla 25: Tabla de medidas de conductividadp. 98
- Tabla 26: Tabla de medidas de Acidezp. 99
- Tabla 27: Tabla de medidas mVp. 99
- Tabla 28: Resultados promedio de las mediciones módulo 1p. 106
- Tabla 29: Resultados promedio de las mediciones módulo 2p. 106