Monografías IST · 2009
ImPAR® : Implementación de un prototipo para automatización de riegos
Este trabajo presenta los desarrollos Hardware y Software de un prototipo para el control de los niveles de humedad en una zona determinada, mediante el uso de tecnologías Zigbee embebida en dispositivos XBEE PRO1 de la casa Digi Electonics. Se desarrollaron las etapas del control local (ubicado en la zona a controlar), con electrónica TTL (Transistor-Transistor Logic, en español, Lógica de Transistor a Transistor), consistente en una fase de sensado de humedad y adaptación de señal, cuya información de salida se entrega a un dispositivo de comunicación inalámbrica (XBEE PRO), el que a su vez se comunica con un control general. Los comandos que recibe el dispositivo de comunicaciones, ejecutan acciones sobre un optoacoplador que a su vez activa la electroválvula que controla el paso de agua hacia el aspersor. Para la etapa de comunicación se utilizó un protocolo propietario, cuya comunicación en el sentido uplink lleva la información de estado de humedad de la tierra hasta el control general en el campo “datos” y en sentido downlink, el campo “comandos AT (abreviatura en ingles de Atenttion)” lleva las instrucciones para la ejecución de acciones del optoacoplador y electroválvula. Finalmente el control general recibe la información de humedad, se gestiona por medio de un software de aplicación desarrollado para este proyecto y la almacena en una base de datos que permitirá análisis de eventos para decisiones de planeación en el cultivo que se esté monitoreando.
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Contenido
- Capítulo 1 INTRODUCCIÓNp. 16
- Capítulo 2 JUSTIFICACIONp. 19
- Capítulo 3 OBJETIVOSp. 20
- 3.1 OBJETIVO GENERALp. 20
- 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOSp. 20
- Capítulo 4 MARCO CONTEXTUALp. 21
- 4.1 PROBLEMA DEL AGUA EN COLOMBIA[1]p. 21
- 4.2 ANTECEDENTESp. 28
- Capítulo 5 MARCO TEÓRICOp. 29
- 5.1 CONDICIONES DEL CAMPO COLOMBIANOp. 29
- TEORÍA DE HUMEDAD EN LA TIERRAp. 29
- Estadísticas de Productividad en Colombiap. 30
- DESCRIPCIÓN DEL MÓDULOS XBEE Y XBEE PROp. 32
- XBEEp. 34
- XBEE PROp. 34
- Características Principalesp. 35
- COMANDOS ATp. 39
- VISUAL BASIC 2005 EXPRESS EDITIÓNp. 40
- MYSQLp. 42
- RS 232 (PUERTO SERIAL)p. 45
- Características Eléctricas De Cada Circuitop. 50
- ELECTROVALVULASp. 125
- 5.10 RADIOFRECUENCIASp. 53
- 5.11 ESTANDAR IEEE 802.15.4p. 57
- 5.11.1. Visión Generalp. 58
- Arquitectura de los protocolosp. 59
- Modelo De Redp. 61
- Arquitectura De Transporte De Datosp. 62
- Fiabilidad Y Seguridadp. 63
- 5.12 ZIGBEEp. 64
- 5.12.2. Visión Generalp. 58
- 5.12.1. Hardware Y Softwarep. 71
- Conexiónp. 71
- 5.13 2N3904p. 74
- 5.14 LM555p. 77
- 5.15 KA331p. 81
- 5.16 LM317p. 83
- 5.17 LM358p. 85
- 5.18 LM7805p. 85
- 5.19 MAX232p. 89
- 5.20 PARADIGMA ESTRUCTURADOp. 89
- Capítulo 6 MODELO TEÓRICOp. 91
- DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTOp. 91
- Zona a Controlarp. 92
- Circuito sensor de humedadp. 92
- Circuito optoacopladorp. 92
- Unidad Centralp. 101
- La Aplicaciónp. 102
- Control generalp. 102
- DESARROLLO DE SOFTWARE ImPAR®p. 105
- Planteamiento del problemap. 106
- Escenario apuestap. 106
- Paradigma estructurado y ciclo de vida en cascadap. 106
- Análisis del sistemap. 107
- 6.2.4.1 Requerimientos del sistemap. 107
- 6.2.4.2 Requerimientos funcionalesp. 107
- Modelado de datosp. 109
- Actoresp. 109
- Casos de usop. 109
- Elementos funcionales de la aplicaciónp. 110
- 6.2.8.1 Núcleo de la aplicaciónp. 110
- 6.2.8.2 Diagramas De Flujo De Datos (Dfd)p. 112
- 6.2.8.3 Diagrama de contextop. 112
- Diccionario de datosp. 119
- Diseño del sistemap. 123
- Modelo Relacionalp. 124
- Lista De Las Entidadesp. 125
- Detalles De Las Entidadesp. 125
- Lista de atributosp. 128
- Script SQL BDp. 129
- Vistasp. 134
- Desarrollo del sistema de informaciónp. 134
- Componentes necesarios para el funcionamiento de la aplicaciónp. 135
- Vistas terminadas del sistemap. 136
- Pruebasp. 146
- MANUAL BASICO PARA EL USO DEL PROTOTIPO IMPARp. 149
- Capítulo 7 CONCREACIÓN DEL MODELOp. 151
- DESARROLLO DE HARDWAREp. 151
- Capítulo 8 APORTE DE LA TESISp. 184
- Capítulo 9 CONCLUSIONESp. 185
- Capítulo 10 RECOMENDACIONESp. 187
- Capítulo 11 GLOSARIOp. 189
- Capítulo 12 BIBLIOGRAFIAp. 190
- Ilustración 1-1 Esquema general del funcionamiento ImPAR®p. 17
- Ilustración 4-1 Dinámica anual de la disponibilidad per cápita de agua registrada en Colombia [1]p. 24
- Ilustración 4-2 Oferta hídrica total anual en Colombia [1]p. 25
- Ilustración 4-3 Distribución espacial de la demanda de agua [1]p. 25
- Ilustración 4-4 Estructura de la demanda de agua en Colombia [1]p. 25
- Ilustración 4-5 Distribución de la población según índice de escasez en un año normal [1]p. 25
- Ilustración 4-6 Distribución de la población según índice de escasez en un año seco [1]p. 26
- Ilustración 5-1 Crecimiento anual del PIB trimestralp. 30
- Ilustración 5-2 Modulo XBeep. 34
- Ilustración 5-3 Modulo XBee Prop. 34
- Ilustración 5-4 Dimensiones de los módulosp. 36
- Ilustración 5-5 Vista del software X-CTUp. 38
- Ilustración 5-6 Vista del software X-CTUp. 39
- Ilustración 5-7 Vista inicial de Visual Basic 2005 Express Editionp. 41
- Ilustración 5-8 Puerto RS232p. 46
- Ilustración 5-9 Diagrama Electroválvulap. 53
- Ilustración 5-10 Pila de protocolos IEEE 802.15.4p. 59
- Ilustración 5-11 2N3904p. 75
- Ilustración 5-12 Circuito de prueba para el 23904p. 77
- Ilustración 5-13 LM555p. 77
- Ilustración 5-14 Modo de operación establep. 79
- Ilustración 5-15 Pines NE555p. 81
- Ilustración 5-16 KA331p. 82
- Ilustración 5-17 Conversor de frecuencia a voltaje a 10KHzp. 83
- Ilustración 5-18 LM 317p. 84
- Ilustración 5-19 Diagrama interno de bloque LM358p. 84
- Ilustración 5-20 Diagrama interno de un regulador 78xxp. 86
- Ilustración 5-21 LM 7805p. 88
- Ilustración 5-22 Circuito Básico MAX232p. 89
- Ilustración 6-1 Esquema general del proyecto ImPAR®p. 91
- Ilustración 6-2 Esquemático del circuito sensor de humedad + optoacopladorp. 93
- Ilustración 6-3 Esquemático del Sensor de Humedadp. 94
- Ilustración 6-4 Circuito del KA331p. 98
- Ilustración 6-5 Esquemático del circuito optoacoplador Elaboración propiap. 100
- Ilustración 6-6 Esquema general optoacoplador MOC3021p. 100
- Ilustración 6-7 Circuito de Control Generalp. 102
- Ilustración 6-8 Diagrama de Contexto Elaboración Propiap. 112
- Ilustración 6-9 DFD Figura 0p. 113
- Ilustración 6-10 DFD Figura 1 (Usuarios)p. 114
- Ilustración 6-11 DFD Figura 2 (Electroválvulas)p. 115
- Ilustración 6-12 DFD Figura 3 (Niveles de Humedad)p. 116
- Ilustración 6-13 DFD Figura 4 (Reportes)p. 117
- Ilustración 6-14 DFD Figura 5 (Gráficos)p. 118
- Ilustración 6-15 DFD Figura 6 (Gestión Control Local (CL))p. 119
- Ilustración 6-16 Modelo Relacionalp. 124
- Ilustración 7-1 Placa adquirida para montaje módulos XBEE PROp. 152
- Ilustración 7-2 Alimentación y tierra temporalesp. 152
- Ilustración 7-3 Placa XBEE PRO y Regleta universalp. 153
- Ilustración 7-4 Lectura Errónea XBEE PROp. 154
- Ilustración 7-5 Lectura Exitosa módulos XBEE PRO (1083)p. 156
- Ilustración 7-6 Diseño placa montaje de módulos XBEE PROp. 157
- Ilustración 7-7 Placa después de planchar y retirar acetatop. 159
- Ilustración 7-8 Materiales mezcladosp. 159
- Ilustración 7-9 Perforaciones placa XBEE PROp. 160
- Ilustración 7-10 Placa XBEE PRO terminadap. 161
- Ilustración 7-11 Lectura pines DI5 DI6 firmware 1083p. 167
- Ilustración 7-12 Recepción conversor ADCp. 170
- Ilustración 7-13 Trama comando remoto. Elaboración propiap. 175
- Ilustración 7-14 Sensor de humedad con optoacopladorp. 179
- Ilustración 7-15 Presentación hardware conectado al PCp. 181
- Ilustración 7-16 Sobremontaje placas módulo remotop. 182
- Ilustración 7-17 Presentación hardware módulo remotop. 183