Invernadero Automatizado con Arduino “Invernarduino”. Iván Fernández, Jesús González, Berta Urieta, Jonathan Rodr!uez, Rosmel" Rodr!uez. Lic. en Ing. en Sistemas y Computación. Centro Regional de Veraguas – Universidad Tecnológica Tecnológica de Panamá
Resumen !ste tra"a#o de investigación pretende $acer una pe%ue&a demostración de una ma%ueta de automati'ación de un invernadero con la tecnolog(a )R*UI+, y as( conocer las "ondades de producción %ue este podr(a "rindar a las personas %ue se interesen en $acer una plantación o cultivo en casa o a mas escala- ya %ue el tiempo de dedicación riego y lu'/ %ue una persona podr(a "rindar $acia sus plantas disminuir(a considera"lementeconsidera"lemente- por%ue este sistema de control $ar(a todo el tra"a#o di0(cil en tiempo y momento adecuado y sin e1cederse en su tra"a#o.
Tecnológica lógica de Panamá. #escri$tores% )rduino2 invernadero2 automati'ación2 cultivo2 tecnolog(a de cultivo2 Universidad Tecno
Automated Greenhouse &ith Arduino. “Invernarduino”. A'stract
T$is paper aims to ma3e a small demonstration o0 a model o0 an automated in4green$ouse conditions 5it$ )R*UI+, tec$nology and so 3no5 t$e "ene0its o0 production t$at could give people 5$o are interested in ma3ing a $ome planting or cultivation or more scale- as t$e time commitment irrigation and lig$t/ t$at a person could give to your plants diminis$ considera"ly- "ecause t$is system 5ould control all t$e $ard 5or3 and time rig$t time and 5it$out e1ceeding t$eir 5or3.
(e"&ords% )rduino2 green$ouse automation2 crop- cultivation tec$nology2 Universidad Tecnologica de Panama.
). Introducci*n. )rduino es una plata0orma de $ard5are li"re- "asada en una placa con un micro controlador y un entorno de desarrollo- dise&ada para 0acilitar el uso de la electrónica en proyectos relativamente sencillos. 6oy en d(a es cada ve' mayor la accesi"ilidad a nuevas tecnolog(as inteligentes- las cuales podr(an ayudar en distintas áreas en el campo la"oral. !n esta ocasión se $a"lara so"re la automati'ación- %ue es la capacidad de las má%uinas para llevar a ca"o determinadas tareas anteriormente e0ectuadas por seres $umanos- y para controlar la secuencia de las operaciones sin intervención $umana. Resulta sumamente interesante sa"er cómo es posi"le %ue diversos sistemas sean tan precisos- rápidos- económicos y so"re todo- autónomos. Pues gracias a la automati'ación es como o"tenemos todas estas grandes venta#as. !l presente tra"a#o tra"a#o trata de e1plicar la resolución resolución de un pro"lema de la vida real el cual se planteó con
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Invernadero )utomati'ado con )rduino. 8Invernarduino9.
el a0án de darle una solución e0ica' por medio de la automati'ación. !sta idea 0ue orientada $acia el sector agropecuario- más directamente al cultivo de plantas en invernaderos. Un invernadero es un espacio con un microclima apropiado para el óptimo desarrollo de una plantación espec(0ica. Partiendo de un estudio t:cnico de am"ientación climática- es necesario o"tener en :l- la temperatura- la $umedad relativa y la ventilación apropiadas para alcan'ar alta productividad a "a#o costoen menos tiempo- sin da&o am"iental- protegiendo al cultivo de lluvias- plagas y e1ceso de vientos per#udiciales. Con la tecnolog(a )R*UI+, la automati'ación de un espacio cerrado un invernadero/ se $ace muy 0ácilmente- ya %ue las cone1iones el:ctricas %ue se le pueden $acer son sencillas y no cuestan tanto dinero. )demás se le a&ade la gran venta#a de programación- por%ue es s;per sencillo implementar acciones de control so"re esta plata0orma de programación. Si se llegaras alg;n d(a a implementar un sistema de control "a#o la tecnolog(a )R*UI+,- entenderás %ue es muy 0acti"le $acerlo mediante esta tecnolog(a. Como menciona <=> en su art(culo so"re invernaderos. “El sistema de cultivo bajo invernadero automatizado proporciona un microclima adecuado para la producción de cultivo de frutas, flores y hortalizas. La ventajas del sistema de invernaderos automatizados es la mayor productividad por m2, la garantía detener una producción de calidad, el control eficiente de plagas y enfermedades del cultivo, un mayor control de los factores ambientales, poder producir fuera de poca, tener las condiciones ambientales para producir cultivos inocuos, tener m!s oportunidad de comercializar cultivos de alta calidad en un mercado competitivo."
+. AR#UI- #FRo'otho$ Rover /0B. )rduino es una plata0orma de código a"ierto "asado en prototipos de electrónica 0le1i"le y 0ácil de usar $ard5are y so0t5are. !stá pensado para artistas- dise&adores- a0icionados y cual%uier persona interesada en la creación de o"#etos o entornos interactivos. !l Rover *?Ro"otS$op es un tan%ue versátil ro"ot móvil el cual incluye una placa de )rduino V=.@%ue contiene =A pines digitales- @ pines análogos- adicional un sensor de lu'. !sta placa )rduino 0ue la util'ada para la implementación del proyecto de )utomati'ación de un invernadero. La "ase Rover utili'a la ca#a de cam"ios Tamiya do"le motor- pero tam"i:n se pueden comprar en una variedad de 3its y con0iguraciones. !l *?Ro"otS$op Rover PCB incorpora un estándar de )rduino monta#e en super0icie )TegaD7E/- controlador de motor do"le conectado a los pines digitales @ a E/- el regulador de tensión a "ordo y el área de creación de prototipos. La propia PCB está parcialmente utili'ada en la estructura mecánica del ro"ot. !l regulador de tensión permite %ue toda la placa para ser alimentada con tan poco como D-F V $asta G HV . Versiones =.@ o superior incorporan un cargador a "ordo D.FV LiPo. Con el 0in de $acer el monta#e lo más 0ácil posi"le- ri'os de alam"re se $an incluido para darle la opción de prensar los ca"les a los motores soldadura siempre es pre0eri"le si se trata de una opción/. !l Rover *?Ro"otS$op es compati"le con una variedad de escudos cuando se utili'a al mismo tiempo %ue el controlador de motor/ y es compati"le con todos los escudos si los motores no están conectados. ,tras caracter(sticas comunes a todas las versiones incluyen pinout para el Bluetoot$ *?Ro"ot y *?Ro"ot )PC77J módulos de R?- K1 0resco L!* a'ul selecciona"le por #umper/ colocado en el ta"lero y un punto de monta#e universal para soportes Lyn1motion en la parte delantera de la tar#eta.
?igura = *?Ro"otS$op Rover V=.@
Conector
= 7 D A @ K F E H =J == =7 =D =A =@ =K =F =E =H 7J 7= 77 7D
Descripción
Bater(a de D.FV LiPo de carga del puente. !l circuito de carga.
ini Conector USB programación y carga LiPo- no puede motores de potencia/. Volta#e de circuito de regulación más o menos detrás de USB y el conector de "arril/. ?T*I USB a serie Pines de cone1ión. )T!)D7EP microcontrolador. Botón de restauración. )PC77J R? o Bluetoot$ *?Ro"ot conector. *entro de la programación del sistema ICSP/ enca"e'ados. ST L7HDB do"le controlador de motor. !spacio vac(o para carga M sin soldadura proto"oard. L!* otor de encendido M apagado. ini conector NST poderes "ordo y motores/. Cone1ión a PC. Sensor de lu' sensor de lu' se conecta al pin analógico J/. Sensor de temperatura sensor de temperatura se conecta a la clavi#a analógica =/. Conector I7C. Sensor de temperatura LD@. Sensor de lu'. A1)) agu#eros de soporte de la "ater(a. Punto de cone1ión universal.
Importante: Jumper (1) en la figura 1 sólo debe estar en su lugar cuando se utiliza una batería LiPo conectado a (1)! de otro modo retirar" <7>
+. 1ateriales " m2todos $ara el armaz*n del invernadero. 4 Ta"las de madrera 4 Cinta m:trica 4 Tornillos para madera 4 Plástico grueso 4 Segueta 4 *estornillador de estrella 4 7 "isagras de metal 4 rapas para madera o tac$uelas #ota: algunos de estos materiales se pueden encontrar en casa"
+.). /asos $ara armar el invernadero. =. Se mide la madera con la cinta m:trica y se cortan los peda'os necesarios para armar nuestra ma%ueta. 7. Para la "ase o la parte de a"a#o del invernadero se tomaron peda'os de madera de 7 y 7.@ 0t pie/ de largo y se unieron de manera %ue estos 0ormaran un cu"o. D. Para el tec$o se unieron los peda'os de madera de la misma manera 0ormando un triángulo. A. Una ve' terminada la parte de arri"a del invernadero el tec$o/- procedemos a unir am"as partes con las "isagras de metal de manera %ue %uede en 0orma de una casa @. Con el plástico- 0orramos toda la ma%ueta con el mismo. Para 0i#ar el plástico a la madera se utili'aron grapas para madera- pero utili'ar tac$uelas tam"i:n es 0uncional.
A
Invernadero )utomati'ado con )rduino. 8Invernarduino9.
+.+. istema de /lantado " #renado. 1ateriales.
4 4 4 4 4 4 4
aseteros o una vasi#a rectangular de "uen tama&o. Tu"os pvc de O pulgadas. Uniones para tu"os pvc de O pulgadas. oma para pvc Tierra negra )rena Piedras
+.3. /asos $ara armar el sistema. =. Colocar una capa de piedras de al menos 7 cm de espesor para el 0iltrado del agua. 7. Luego $acer una capada de arena de más o menos D ó A cm de espesor. D. Terminar de rellenar el masetero o la vasi#a con tierra negra. A. Se $ace un agu#ero pe%ue&o la vasi#a o pote en la parte de de"a#o de tal manera %ue el tu"o em"one en el mismo- esto es para %ue el agua en e1ceso salga de la plantación. ota% 4l e5tremo contrario del tu'o 6ue va unido al macetero o la vasi7a de'e 6uedar 8uera del invernadero.
+.9. istema de /lantado " #renado. Para armar de manera correcta el sistema de plantado y drenado es necesario tener a mano los siguientes materiales y elementos : oma para pvc 4 Tu"os pvc de O pulgadas. 4 7 tan%ues plásticos de pintura de = galón 4 7 uniones con rosca de pvc de O pulgadas. 4 = codo pvc de O pulgadas. 4 Un peda'o de manguera transparente de =.@ cm apro1imadamente. 4 Una "om"a de agua. #ota: algunos de estos materiales se pueden encontrar en casa"
+.;. /asos $ara armar el sistema de rie!o. =. )gu#erar en la parte in0erior de am"os tan%ues para insertar las uniones a cada uno de ellos. 7. Pegar las uniones con la goma para sellar y evitar %ue el agua se salga de los tan%ues. D. Unir am"os tan%ues a conveniencia con el resto de los materiales de manera %ue uno de los tan%ues %uede más arri"a %ue el otro. A. Unir la manguera transparente a la "om"a de agua. @. Colocar la "om"a de agua dentro del tan%ue %ue se encuentra más a"a#o primer tan%ue/. K. )gu#erar la manguera agu#eros pe%ue&os/ para %ue estos agu#eros sean la salida del agua para regar. F. 6acer %ue la manguera pase por encima de las plantas y %ue el e1tremo de la misma %uede dentro del tan%ue %ue está más arri"a segundo tan%ue/ para %ue el agua en e1ceso pase a ese tan%ue y sirva como retroalimentación de agua al primer tan%ue. 3. Germinaci*n de la semilla. =. Seleccionar semillas de lente#as en "uen estado. 7. Colocar una =/ a tres D/ semillas en una mota de algodón. D. 6umedecer el algodón. A. Colocar el algodón dentro de un 0rasco de vidrio y de#arlo en un lugar 0resco y donde llegue la lu' del sol.
3.).
=umedad
Iluminaci*n
*atos
)ctivación de la "om"a
EJ
4
+o
FJ
4
+o
KH
S(
4
*atos
)ctivación de la lu'
FJ
4
+o
KJ
4
+o
@H
S(
4
Ta"la = Ta"la de valores 6umedad- Iluminación.
;. Resultados. !l proyecto 0unciona sin necesidad de supervisión $umana- es capa' de mantener en "uenas condiciones cual%uier tipo de invernadero ya sea casero o tipo industrial. ) continuación se presentan los principales resultados o"tenidos en la investigación reali'ada.
?igure =. Invernadero )utomati'ado con )R*UI+,.
?igure 7. Sistema el:ctrico de control del invernadero.
K
Invernadero )utomati'ado con )rduino. 8Invernarduino9.
>. 0onclusiones !l invernadero automati'ado integra tecnolog(a innovadora del área de )utomática y Control %ue ayuda a me#orar el control y cuidado de invernaderos. !l resultado de aplicar este tipo de tecnolog(a se traduce en un aumento de la productividad- aumento de la calidad- me#or aprovec$amiento de los recursos de agua- energ(a- y una reducción de en0ermedades con un entorno muc$o me#or controlado. La gran capacidad de un sistema computari'ado con caracter(sticas de control automati'ado placa )R*UI+,/ permite alcan'ar una producción de plantas de distintos tipos en un invernadero a muc$a más escala. !l control %ue este sistema "rinda permitirá %ue las plantas se desarrollen y produ'can sus 0rutos si es el caso de plantas 0rutales o comesti"les- de"ido a la e1actitud en los grados de $umedad o lu' %ue estas necesitan para su completo desarrollo. ?. Recomendaciones. Los sensores de lu' como los detectores de nivel de agua se a#ustan "asándose en las condiciones reales de cada invernadero- esto $acen %ue cada invernadero 0uncione adecuadamente y %ue cada invernadero se personalice al gusto de cada persona. A!radecimientos. Por su incansa"le apoyo y tiempo dedicado a este proyecto de investigación %uisi:ramos dar los agradecimientos a los pro0esores *r. Cristian Pin'ón de la ?acultad de Ing. en Sistemas Computacionales y al Ing. !uclides Quiel de ?acultad de Ing. !l:ctrica de la Universidad Tecnológica de Panamá- Centro Regional de Veraguas.
Re8erencias <=> <7>
C,L,BI+I C2 ?,R)+- !2 on'ále'- 2 IB!- S2 art(n- !. &In%ernadero 'utomatizado& Centro +acional de !ducación Tecnológica- ==E- 7J=J. ,C6,) ))*,R- ?. ,. &In%ernadero 'utomatizado!& Universidad de uadala#ara- :1ico- =@7JJH. LU!- I. $e *arduino *arden Controller+" a3e maga'ine v. =E. p. HD.
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