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1. Figura 1 Distribuci n Sensores Dentro del Invernadero wH E 100 2 Para calibrar el sensor se realizaron pruebas con tres tipos de suelos diferentes suelo franco arenoso con cascarilla de arroz y suelo mixto De cada una de ellas se tomaron tres muestras de 1 2 Kg las cuales fueron secadas a 110 C durante 24 horas para tener un punto de referencia constante entre las muestras Luego a cada muestra se le agregaron inicialmente 200 ml de agua se tom la medida de humedad del suelo con el sensor y se tomaron tres muestras peque as de tierra que fueron puestas en cajas de Petri para luego ser secadas durante 4 horas con el fin de determinar la humedad del suelo a trav s del m todo gravim trico para la medici n de la humedad del suelo Este mismo procedimiento se realiz para 300 400 500 y 600 ml de agua con el fin de obtener una curva de respuesta para el sensor de humedad DRC 00400 Luego se realiz una prueba para un suelo tipo franco arenoso tomando datos como se muestran en la Tabla 1 para los cuales se obtuvo la gr fica que se observa en la Figura 2 El sensor fue acondicionado para que 100 de humedad del suelo correspondiera a 3 3V este fue realizado con amplificador operacional LF353 en configuraci n no inversor con un factor de amplificaci n para la se al de entrada de 32 B Visualizaci n dentro del invernadero En el interior del invernadero se realiz la visualizaci n de la te2. SETIA DE TUPERVEGA o Unidadde Procesamiento Estaci n Remota Tx Rx Informaci n Tal Rx Informaci n Unidad de Interfaz LabWIEW Riego Electrov lvula Procesamiento Motobomba Invernadero 15 rmia Oi nstrumentaci r S2n350T d SEnSsoOr de lumedad Relativa lemperatura Figura 4 Diagrama general para la transmisi n de datos entre el invernadero y la estaci n remota Para llevar a cabo esta transmisi n se utilizaron dispositivos transceptores TRF2 4GHz que operan en la banda libre de frecuencia de 2 4GHz con modulaci n GFSK y comunicaci n Full D plex poseen un alcance de 150 metros con una tasa de transferencia de 1Mbps su consumo de potencia es bajo Tambi n se utiliz el microcontrolador PIC18F2350 para adquirir las se ales del invernadero las cuales son transmitidas a trav s del protocolo de comunicaci n RS232 hacia el microcontrolador PIC16F628 quien se comunica con el dispositivo de transmisi n inal mbrica los datos viajan hacia la estaci n remota donde el transceptor env a la informaci n hacia la unidad de procesamiento para luego transmitirlos a trav s del protocolo de comunicaci n USB a un computador personal donde son visualizados en una herramienta desarrollada en LabView El esquema electr nico de la unidad de procesamiento ubicada en la estaci n remota se puede observar en la Figura 5 y en la Figura 6 se puede observar el esquema electr nico de la unidad de pr
3. Dicho dise o consiste en una red de dispositivos de medici n sus se ales son adquiridas por medio de microcontroladores localizados espec ficamente los datos de las mediciones se entregan v a radiofrecuencia a una computadora de administraci n por software y en Bucaramanga 8 se estudia la forma de racionalizar la cantidad de agua requerida por una planta adem s de la automatizaci n de los sistemas de riego A pesar de que el tema es amplimente conocido a nivel naional e internacional en el Quind o no se contaba con invernaderos que cumplieran con caracter sticas tecnol gicas para el desarrollo de cualquier tipo de cultivo o por lo menos no existe literatura que lo registre unicamente se conoce de un proyecto con algunas similitudes en el muncipio de filandia del cual no se tiene mayor referencia El presente art culo muestra el dise o y la implementacion de un sistema de instrumentacion y monitoreo para un invernadero El cap tulo 2 detalla el acondicionamiento de las se ales tratadas la visualizaci n de las ellas en un pantalla LCD en el interior del invernadero la transmisi n de datos a una estaci n remota la activaci n de la electrov lvula para el riego el uso de la herramienta LabView para visualizaci n remota adem s Scientia et Technica A o XVI No 49 Diciembre de 2011 Universidad Tecnol gica de Pereira de la vista final del sistema implementado en el invernadero en el cap tulo 3 se hacen una s
4. an instrumentation system for greenhouse unit agroecological the Aldana the University of Quindio which involves measurement of physical variables such as temperature relative humidity and soil moisture these variables are displayed inside the greenhouse and parallel are monitored wirelessly through software on a remote station located at 20m from the greenhouse also we designed a hysteresis control for activating a solenoid valve that holds the drip irrigation in seedlings of bamboo this irrigation depends on the percentage of soil moisture Key Word Data acquisition greenhouse irrigation monitoring relative humidity soil moisture temperature transmission visualization I INTRODUCCI N En la universidad del Quind o en la ciudad de Armenia se cuenta con un invernadero con un cultivo numeroso de pl ntulas de guadua para investigaciones de diferentes reas acad micas sin embargo este invernadero no contaba con ningun sistema de riego el riego se realizaba de forma manual sin conocer las condiciones ambientales a las cuales las plantas estaban sometidas es decir no se conocian las verdaderas necesidades h dricas de las mismas Por estas razones se decidi implementar un sistema de instrumentaci n y monitoreo para medir variables f sicas de importancia en el proceso del desarrollo del cultivo estas variables son medidas y visualizadas en el interior del invernadero con el fin de que las personas encargadas de l p
5. Scientia et Technica A o XVI No 49 Diciembre de 2011 Universidad Tecnol gica de Pereira ISSN 0122 1701 219 Sistema de instrumentaci n y monitoreo para el invernadero la Aldana de la universidad del Quind o Implementation and monitoring system for the greenhouse the Aldana the University of Quind o Pablo Mu oz Juli n Buitrago Angela Arboleda Oscar Cortes Andr s S nchez Carlos Zapata Universidad del Ouind o Armenia Colombia pamunoztuniquindio edu co julianbuitragoltuniquindio edu co Angier31005t hotmail com oscareduardo crthotma1l com calochoztfihotmail com Andres_sanchez18fthotmail com Resumen Se implement un sistema de instrumentaci n para el invernadero de la unidad agroecol gica La Aldana de la Universidad del Quind o que consiste en la medici n de variables f sicas como temperatura humedad relativa y humedad del suelo Estas variables son visualizadas en el interior del invernadero y paralelamente son monitoreadas inal mbricamente a trav s de una herramienta computacional en una estaci n remota ubicada a 20 m del invernadero adem s se dise un control por hist resis para la activaci n de una electrov lvula que permite el paso de agua para el sistema de riego por goteo instalado en el invernadero Palabras clave Adquisici n de datos humedad del suelo humedad relativa invernadero monitoreo riego transmisi n temperatura visualizaci n Abstraci We performed
6. as para ser procesadas a trav s de un microcontrolador el proyecto se hace con el fin de ahorrar considerablemente el agua que se utiliza en el riego de plantas en Per 3 se desarroll un sistema de para adquirir las variables f sicas de un invernadero usando telemetr a la adquisici n se hace por medio de un microcontrolador que es conectado a un tel fono celular el cual transmite las variables a trav s de llamadas de datos usando el est ndar Hayes Comandos AT que son protocolos de comunicaci n De igual forma se han desarrollado proyectos similares en Ecuador 4 y Argentina 5 donde se implementaron sistemas de instrumentaci n para diversos cultivos de plantas flores y verduras En Colombia se encuentran tambi n trabajos de investigaci n en la Universidad Pontifiia Bolivariana de Bogot 6 d nde se automatiz un sistema de riego por goteo para flores se emple un m dulo de transmisi n RF donde la informaci n es programada por el operario del invernadero o es adquirida por las mediciones de humedad del suelo El dise o se basa en la adquisici n de las se ales a trav s de microcontroladores las cuales son enviadas v a RF a una estaci n remota donde se controlan y supervisan los estados de las variables a trav s de una herramienta computacional En Medell n 7 en la Universidad de la Salle se dise un sistema inal mbrico para el monitoreo de la temperatura y la humedad relativa de un invernadero
7. do en IWS 2001 VI Workshop IBERCHIP Montevideo Uruguay 2001 En l nea Disponible http A1e fing edu uy investigacion grupos microele berchi p pdf 21 pdf 2 P Garc a V L pez y R S nchez Proyecto invernadero Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenier as DIVISION DE ELECTRONICA Y COMPUTACION 2002 3 G Berenz L Grande y O Pariona Lectura remota de las variables de un invernadero usando telemetr a Uuniversidad nacional de ingenier a Facultad de Ingenier a Mec nica Especialidad de Ingenier a Mecatr nica 2007 En l nea Disponible http www radiocomunicaciones net pdf telemetria lectura remota invernadero telemetria pdf 4 F Porras M Niola y J Villag mez Plan de negocios para una empresa que comercializara y construir sistemas para el control ambiental de invernaderos 2006 Resumen Scientia et Technica A o XVI No 49 Diciembre de 2011 Universidad Tecnol gica de Pereira 225 en l nea Disponible http www dspace espol edu ec handle 123456789 72 0 5 E Fliger y L Padovani Sensor de humedad conductivo en s lidos con aplicaci n en invernaderos Ingenier a en Automatizaci n y Control Industrial Universidad Nacional de Quilmes 2004 En l nea Disponible http A1aci unq edu ar seminarios Archivos FligerPadov an1 pdf 6 R Agudelo D Castellanos y M Medina Automatizaci n del sistema de riego para el cultivo de flores tipo expor
8. ema electr nico para transmisi n y recepci n de se ales La estaci n remota donde se realiza la supervisi n del sistema de instrumentaci n y el control del sistema de riego y su respectiva unidad de procesamiento se muestran en la Figura 11 MI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se dise e implement un sistema de instrumentaci n y supervisi n para el invernadero de la unidad agroecol gica La Aldana de la Universidad del Quind o donde se miden diferentes variables f sicas como temperatura y humedad relativa estas se ales se acondicionan y se visualizan en el interior del invernadero donde anteriormente realizaban investigaciones a diversos cultivos mediante consideraciones subjetivas pues no contaban con sistemas que les permitiera conocer las caracter sticas ambientales del invernadero Figura 11 Visualizaci n de se ales adquiridas en estaci n remota Se acondicion de igual forma un sistema para medici n de la humedad del suelo para determinar el momento apropiado y las cantidades necesarias de agua requeridas por la planta para as para activar el sistema de riego del invernadero Con la medici n de la humedad del suelo se tuvo complicaciones debido a que ella var a seg n el tipo de suelo esto se asocia a las caracter sticas de retenci n de agua del mismo Adem s el agua normal no es buena conductora y el sensor utilizado se basa en el principio de medici n de la conductividad el ctrica del suel
9. erie de conclusiones y recomendaciones acerca del trabajo desarrollado Il METODOLOG A A Acondicionamiento de se ales El sistema de instrumentaci n dise ado cuenta en el interior del invernadero con seis puntos para la medici n de temperatura se utilizaron seis sensores LM35 los cuales fueron acondicionados de forma tal que su rango de operaci n fuera entre 0 C y 100 C correspondientes a OV y 3 3V debido a los requerimientos de los dispositivos inal mbricos dicho acondicionamiento se realiz con amplificadores operacionales LF353 Para la medici n de humedad relativa se implementaron dos puntos utilizando el sensor HIH 4000 002 el cual var a el voltaje linealmente con respecto a la humedad 9 la ecuaci n caracter stica 1 del sensor es dependiente de la temperatura a la que el invernadero se encuentra sometido en dicha ecuaci n HR corresponde con el porcentaje de humedad relativa en el ambiente Vo es el voltaje de salida del sensor y T la temperatura a la que se encuentra sometido el recinto Yas 0 9237 0 0041 T C0000040 r3 1 0 0305 0 00004 7 0 000001 7 El acondicionamiento para este sensor se realiz con amplificadores LF353 uno para acoplar la se al de salida del sensor con ganancia unitaria ya que ste posee una impedancia de salida baja y otro en configuraci n restador para eliminar el offset presente de esta manera se fija una referencia de 0 96V para qu e
10. l sensor tome valores de salida entre OV y 3 04V por los requerimientos de los dispositivos Los seis 6 puntos de medida de temperatura y los dos 2 puntos de medida de humedad relativa fueron ubicados dentro del invernadero a una altura 2 30 metros del suelo y a una distancia promedio entre ellos de 4 5 metros como se muestra en la Figura 1 Para la medici n de humedad del suelo se utiliz el sensor DRC 00400 del Departamento T cnico Dr Calder n Laboratorios Ltda La visualizaci n del sistema de medida entrega variaciones en el display de visualizaci n que corresponden a 1mV por cada cambio del 1 en la humedad en el suelo El dispositivo de medida viene provisto de unos electrodos que deben ser calibrados en una soluci n con conductividad el ctrica de 0 666 mmhos cm la cual se obtiene con la mezcla entre agua destilada y cierta cantidad de soluci n hidrop nica para cultivos este sensor es sitio espec fico por lo cual debe ser calibrado para cualquier tipo de tierra a utilizar ya que la humedad del suelo depende de la capacidad de retenci n de agua del mismo 10 por esta raz n el sensor de humedad del suelo se calibr Scientia et Technica A o XVI No 49 Diciembre de 2011 Universidad Tecnol gica de Pereira 29 utilizando el m todo de medici n gravim trica de la humedad del suelo 11 donde se utiliza 2 teniendo en cuenta la masa suelo h medo y la masa del suelo seco AR ol pus M 2 MM AA
11. macenar los datos de los sensores del invernadero adem s se controla el sistema de riego en el interior del mismo El algoritmo est dise ado de tal forma que solicita al m dulo del invernadero el sensor que desea visualizar luego de tener respuesta desde el m dulo del invernadero se le aplican las ecuaciones respectivas para hallar el valor de las variables medidas y se visualizan todas las se ales en un panel frontal y seg n el porcentaje de humedad del suelo se env a la se al de activaci n de la electrov lvula el sistema de supervisi n general se puede observar en la Figura 7 a a m w ahi z Bh H j S Figura 7 Herramienta de supervisi n en la estaci n remota a trav s de la herramienta de Labview F Sistema implementado para el invernadero La Figura 8 muestra una fotograf a con la distribuci n general de los sensores de temperatura y humedad relativa dentro del invernadero Figura 8 Distribuci n de sensores en el interior del invernadero El sistema electr nico o estaci n central ubicada en el invernadero se muestra en la Figura 9 Adicionalmente se muestra la ubicaci n del sensor de humedad del suelo w del suelo La Figura 10 muestra con m s detalle la distribuci n de los sistemas electr nicos ubicados en la caja central dentro del invernadero 224 Scientia et Technica A o XVI No 49 Diciembre de 2011 Universidad Tecnol gica de Pereira Figura 10 Sist
12. mperatura la humedad relativa y la humedad del suelo para que las personas que desarrollan investigaciones all puedan acceder a esta informaci n de manera gil y precisa La visualizaci n se hace en una pantalla LCD LCM1602A de doble l nea utilizando un microcontrolador ATMEGA16 12 como se muestra en la Figura 3 Bolsa de prueba Humedad del Suelo Agua mL Sensor D N a a Ta IO IE A IE A IE A A 76 6 Tabla 1 Respuesta del sensor de humedad del suelo DRC 00400 Suelo franco arenoso e 0 E 150 200 250 300 350 400 450 500 CANTIDAD DE AGUA mL Figura 2 Curva de respuesta del sensor de humedad del suelo DRC 00400 suelo franco arenoso 222 Scientia et Technica A o XVI No 49 Diciembre de 2011 Universidad Tecnol gica de Pereira Figura 3 Visualizaci n en pantalla LCD C Transmisi n de datos Luego de estar las se ales medidas y acondicionadas en su totalidad se procede a la transmisi n de las mismas a la estaci n remota La unidad ubicada en el invernadero transmite por radiofrecuencia las se ales a una unidad de procesamiento remota encargada de llevar la informaci n hasta un computador personal para visualizar y almacenar los datos adem s de realizar el control del sistema de riego y enviar la se al de activaci n v a radiofrecuencia a la unidad de procesamiento en el invernadero El dise o general del sistema completo se puede observar en la Figura 4
13. o esto significa que se depende de las propiedades del suelo y del tama o de la muestra Se implement un sistema de supervisi n remota con el cual se adquieren las se ales de las variables f sicas mencionadas ubicadas dentro del invernadero Estas se ales son enviadas v a RF a una estaci n remota donde son visualizadas y almacenadas en un computador El sistema monitorea constantemente la humedad del suelo permitiendo activar el sistema de riego a trav s del sistema de control por hist resis de esta forma los investigadores no necesitan regar las pl ntulas manualmente lo que evita que la planta pasa mas tiempo de lo requerido sin agua adem s de que autom ticamente se le proporciona la cantidad de agua necesaria evitando desperdicios del recurso h drico La herramienta desarrollada en LabVIEW almacena los datos obtenidos guard ndolos en un archivo que es compatible con Microsoft Office Excel facilitando el tratamiento O procesamiento de los datos y su posterior an lisis Este sistema busca aportar a desarrollos futuros donde se pueda correlacionar el comportamiento de las variables medidas y su impacto en el desarrollo de alg n tipo de planta adem s evitar el gasto innecesario de agua ya que anteriormente las plantas eran regadas sin conocer sus verdaderas necesidades h dricas REFERENCIAS 1 A Barriga J Ceballos y B Linares Sensor de Humedad del Suelo de Bajo Coste para Control de Regad os Presenta
14. ocesamiento ubicada en el invernadero a 5 A HLI MICA RDR 2 ia RES AA E 2 li Je tai A m WH RANA RENG 2 A RAYO RERE S That Ea RA RESUMIDA USO r x y WL RASANE RECENT PE 2 Fi bb digu v Ta aaa eT H W T BCEMOOL EE WAA RCITKE RCM p Erm RICOH RADA Pi lt a BALAAA ES NAAA ESE b TS anan Lie L a Mmeeeeeosesliit HN a pa 0 b a bhn rwu 0 ZEEN akg inin pba A Ler Ele m l EE e ehe e EA z uia r Ham m ttem Te E OFEA PT Tal ol A elo MEIE J al i do 3 AA Li a LI Ij tl a a T AA Figura 6 Diagrama esquem tico del m dulo invernadero D Activaci n de electrov lvula El sistema de riego se activa a trav s del env o por RF de la se al de control desde la estaci n remota a la estaci n ubicada en el invernadero se env a una se al al dispositivo de potencia encargado de activar la electrov lvula y la motobomba para proporcionar el agua a trav s de un sistema de riego por goteo Scientia et Technica A o XVI No 49 Diciembre de 2011 Universidad Tecnol gica de Pereira 223 Se dise una etapa de potencia para activar y desactivar la alimentaci n AC de las cargas se utiliza un optoacoplador para aislar la etapa de potencia de la etapa de control E 2 5 Herramienta de visualizaci n en LabView En la herramienta de supervisi n se pueden visualizar y al
15. taci n Disertaci n trabajo de grado Departamento de Ingenier a Facultad de Ingenier a Pontificia Universidad Javeriana 2005 7 C P rez y L Vargas Dispositivo de bajo costo para la medici n de la velocidad del viento Revista Facultad Nacional de Agronom a No 62 Suplemento 2 2009 8 D Rozo Control y monitoreo de variables ambientales utilizando PLC y Scada Revista de Tecnolog as de Avanzada Vol 2 fasc 2 pp 71 79 2003 9 Hoja de datos sensor de humedad relativa HIH 4000 002 2006 En l nea Disponible http www farnell com datasheets 315720 pdf 10 Manual de usuario sistema para la medici n de la humedad del suelo DRC 00400 2005 En l nea Disponible www drcalderonlabs com Aparatos Medidor_de_Hum edad Medidor_de Humedad 00400 Catalogo pdf 11 W Forsythe Manual de laboratorio F sica de suelos Instituto Interamericano de Ciencias Agr colas Costa Rica 1975 12 www atmel com dyn resources prod_documents doc24 66 pdf 2010 13 Sistema para el monitoreo inal mbrico en la agroindustria Agosto 2010 resumen disponible en www guiaplaza com notas deprensa notas php idnot 4569
16. uedan conocer las condiciones en las que se encuentran simult neamente las variables f sicas temperatura humedad relativa y humedad del suelo son transmitidas a una estaci n remota v a inal mbrica a un sistema de supervisi n Este sistema se encarga de la visualizaci n y almacenamiento de los datos obtenidos de estas variables adicionalmente se implement un sistema de control ON OFF para la activaci n de forma inal mbrica del sistema de riego el cual se enciende en un nivel de humedad del suelo m nimo y se apaga cuando alcanza un nivel m ximo e humedad En los ltimos a os se han desarrollado muchos proyectos alrededor de la instrumentaci n y monitoreo en invernaderos los m s destacados se encuentran en pa ses como Espa a 1 donde se dise un sistema de medida de humedad del suelo para aplicaciones en el control de riegos En M xico 2 en el centro de ciencias exactas e ingenier as de la universidad de Guadalajara desarrollaron un proyecto que permiti automatizar 4 a AS Ingeniero Electr nico gt Ingeniero Electr nico Ingeniero Electr nico i Ingeniero Electr nico M Sc Ingeniero Electr nico M Sc 3 Ingeniera Electr nica Fecha de Recepci n 13 de Mayo de 2011 Fecha de Aceptaci n 25 de Agosto de 2011 220 cualquier cultivo de frutas flores verduras y rboles las se ales adquiridas de los sensores de temperatura y humedad relativa fueron filtradas amplificadas y digitalizad
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