Sistema de monitoreo y control en tiempo real para un invernadero de tomate a través de un aplicativo móvil

La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO, de sus siglas en inglés Food and Agriculture Organization), ha pronosticado que, para alimentar a la creciente pobla-ción de la tierra, el mundo necesitará producir un 70 % más de la producción actual para alimentar a...

Full description

Autores:: Barrera Rojas, Danny Sebastián

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2021

Institución:: Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB

Repositorio:: Repositorio UNAB

Idioma:: spa

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Colombia, siendo uno de los países con grandes recursos naturales, se encuentra entre los 7 países del mundo con capacidad para conver-tirse en despensa agrícola del planeta. Sin embargo, en la agricultura colombiana, el sector agrícola se explota y/o aprovecha en un bajo porcentaje. Tal caso puede ser representado en los sistemas de invernaderos de tomate, en donde los agricultores, a fin de obtener las condiciones óptimas de crecimiento para la producción de cultivos agrícolas , regulan las variables de temperatura y hume-dad, basándose en una inspección visual o intuición basada en el cambio climático. Lo que significa que está presente los tiempos de respuesta y el error humano. Razón por la cual, la industria de la agricultura colombiana debe adoptar métodos de producción más eficaces y sostenibles en aras mejorar su desempeño y eficiencia. Por esta razón, este trabajo propone diseñar e implementar un sistema de monitoreo y control en tiempo real de bajo costo para un invernadero de tomate, mediante la implementación de software y hardware open source, el cual permite sensar las variables físicas más importantes a fin de obtener las condiciones óptimas para los cultivos.INTRODUCCIÓN 18 1. OBJETIVOS 21 1.1. Objetivo general 21 1.2. Objetivos específicos 21 2. MARCO TEÓRICO 22 2.1. INVERNADERO 22 2.1.1. Tipos de invernaderos 22 2.2. TOMATE 24 2.3. SISTEMA DE GOTEO POR LABERINTO 27 2.4. TIPOS DE SUELO 27 2.5. COMPONENTES PRINCIPALES DEL DISEÑO DEL SISTEMA 29 2.6. SISTEMA DE CONTROL EN LAZO CERRADO 38 2.6.1. Controlador ON/OFF 39 3. ESTADO DEL ARTE 41 4. METODOLOGÍA 46 4.1. ETAPA I: RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN 46 4.1.1. Determinación de las variables a monitorear y controlar del invernadero de tomate 47 4.1.2. Determinación de los sensores adecuados a trabajar para el inverna-ero de tomate48 4.2.ETAPA II: DESARROLLO DE ALGORITMOS48 4.3.ETAPA III: APLICATIVO MÓVIL48 4.4.ETAPA IV: PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN49 4.5 ETAPA V: ACONDICIONAMIENTO DE LA ESTRUCTURA FÍSICA DEL INVERNADERO 49 4.6. ETAPA VI:TEST DE PRUEBAS 51 4.6.1. Invernadero de Estudio 51 5. SIMULACIONES Y RESULTADOS 53 5.1. DETERMINACIÓN DE LAS VARIABLES A MONITOREAR Y CONTROLAR DEL INVERNADERO DE TOMATE 5.1.1. Determinación de los sensores adecuados para el invernadero de tomate 55 5.2. CÓDIGOS PARA EL TRATAMIENTO DE DATOS PROPORCIONADO POR LOS SENSORES PARA EL MONITOREO DEL MICROCLIMA DENTRO DEL INVERNADERO 56 5.2.1. Algoritmo de autenticación por medio de comandos de voz para el con- trol de acceso56 5.3,DISEÑO DEL APLICATIVO MÓVIL PARA EL MONITOREAR EN TIEMPO REAL EL ESTADO DEL CULTIVO 63 5.4.DISEÑO DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN ENTRE EL SISTEMA EMBEBIDO OPEN HARDWARE Y EL APLICATIVO MÓVIL A TRAVÉS DE LA PLATAFORMA LIBRE FIREBASE68 5.5.ACONDICIONAMIENTO DE LA ESTRUCTURA FÍSICA DEL INVERNADERO DE TOMATE Y LOS DIFERENTES SISTEMAS DE SENSADO71 5.5.1. Diseño del sistema de riego por goteo71 5.5.2. Calculo de consumo de potencia83 5.6.REGISTRO DE PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO87 6. CONCLUSIONES91 BIBLIOGRAFÍA94 ANEXOS96 6.1.Código Python96 6.2.Código Android Studio100 6.3.HOJA DE DATOS DHT22110 6.4.HOJA DE DATOS FS-400A115 6.5.HOJA DE DATOS Electroválvula121 6.6.HOJA DE DATOS Raspberry122 6.7.HOJA DE DATOS Relay126 6.8.HOJA DE DATOS MCP3008128PregradoThe Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) has predicted that, to feed the earth's growing population, the world will need to produce 70% more from current production to feed nearly 10 billion people by 2050. Securing the food supply chain will therefore be an interesting challenge for agriculture. Colombia, being one of the countries with great natural resources, is among the 7 countries in the world with the capacity to become the planet's agricultural pantry. However, in Colombian agriculture, the agricultural sector is exploited and/or exploited in a low percentage. Such a case can be represented in tomato greenhouse systems, where farmers, in order to obtain optimal growth conditions for the production of agricultural crops, regulate the variables of temperature and humidity, based on a visual inspection or intuition based on climate change. Which means that response times and human error are present. For this reason, the Colombian agriculture industry must adopt more efficient and sustainable production methods in order to improve its performance and efficiency. For this reason, this work proposes to design and implement a low-cost real-time monitoring and control system for a tomato greenhouse, through the implementation of open source software and hardware, which allows sensing the most important physical variables in order to obtain optimal conditions for crops.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Sistema de monitoreo y control en tiempo real para un invernadero de tomate a través de un aplicativo móvilReal-time monitoring and control system for a tomato greenhouse through a mobile applicationIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicResearchFree softwareInnovationDatabaseGreenhouseMobile appFarmingEnvironment monitoringGreenhouse cropsMecatrónicaInvestigaciónSoftware libreInnovaciónVigilancia ambientalCultivos de invernaderoBase de datosInvernaderoAplicación móvilAgriculturaBOGOTÁ, CÁMARA DE COMERCIO DE. “Programa de apoyo agrícola y agroin-dustrial vicepresidencia de fortalecimiento empresarial cámara de comercio de Bogotá". [Internet; descargado 22-agosto-2021]. 2015 (vid. págs. 24, 25).CAMA, D., M. DAMAS y J. HOLGADO. “Path loss determination using linear and cubic regression inside a classic tomato greenhouse”. En: International journal of environmental research and public health 16.10 (2019), pág. 1744 (vid. pág. 42).CIANCAGLINI, N. “R-001-Guía para la determinación de textura de suelos por méto-do organoléptico”. En: Instituto Nacional de Tecnologìa Agropecuaria). Argentina (2010) (vid. pág. 28).D., VILLAREAL y TEATINO J. “Sistema alternativo deenergía para alimentar un in-vernaderoprototipo para el cultivo de tomates Cherry, en el departamento de Santander”. Unidades tecnológicas de Santander, 2017 (vid. pág. 43).DORF R.and BISHOP, R. H y S CANTO. Sistemas de control moderno. Pearson Educación, 2005 (vid. pág. 38).FUJINAJA, T., S. YASUKAWA y K. ISHII. “Tomato growth state map for the automa-tion of monitoring and harvesting”. En: Journal of Robotics and Mechatronics 32 (6 dic. de 2020), págs. 1279-1291 (vid. pág. 44).HERNANDEZ, J. y J. PARRA. “Evolución de las estructuras de invernadero”. En: Plasticulture: Revue du CIPA= Journal of CIPA 125 (2006), págs. 8-17 (vid. pág. 23).JARAMILLO, J., V. RODRÍGUEZ y A. GUZMÁN. Manual técnico buenas prácticas agrícolas (BPA) en la producción de tomate bajo condiciones protegidas. Inf. téc. 2007 (vid. pág. 24).KIPTO, N. y col. “Internet of things for greenhouse monitoring system using deep learning and bot notification services”. En: 2019 IEEE International Conference on Consumer Electronics (ICCE). IEEE. 2019, págs. 1-4 (vid. pág. 43).MEDINA, M. “Colombia tiene 40 millones de hectáreas para producir alimentos". [Internet; descargado 14-mayo-2021]. 2018 (vid. pág. 18).NISE, N. Control systems engineering. John Wiley & Sons, 2020 (vid. pág. 38).OGATA, K. Ingeniería de control Moderna. Pearson Education, 2010 (vid. pág. 39).PALACIOS, J. “Diseño de un sistema de monitoreo, registro y control de temperatura y humedad para un cultivo de invernadero”. Tesis doct. Universidad Tecnológica de Pereira. Facultad de Ingenierías Eléctrica, 2016 (vid. pág. 41).PAYAN, M. “Automatización de un invernadero didáctico mediante una tarjeta Ar-duino”. Universidad Tenológica de Pereira, 2015 (vid. pág. 41).TIEMPO, REDACCIÓN EL. “El 65,8 % de la tierra apta para sembrar en Colombia no se aprovecha". [Internet; descargado 18-mayo-2021]. 2016 (vid. pág. 19).UPRA. “Colombia tiene un potencial extraordinario para aumentar el área destinada a producción agrícola". [Internet; descargado 10-mayo-2021]. 2018 (vid. pág. 18).VAN, G. y F. DRAKE. El tutorial de Python. Python Software Foundation, 2017 (vid. pág. 29).ORIGINAL2021_Tesis_Barrera_Rojas_Danny_Sebastian (1).pdf2021_Tesis_Barrera_Rojas_Danny_Sebastian (1).pdfTesisapplication/pdf17249421https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/15451/4/2021_Tesis_Barrera_Rojas_Danny_Sebastian%20%281%29.pdfb0104f121f7d13f17b8a1539a3e15c19MD54open access2021_Licencia_Barrera_Rojas_Danny_Sebastian.pdf2021_Licencia_Barrera_Rojas_Danny_Sebastian.pdfLicenciaapplication/pdf49370https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/15451/2/2021_Licencia_Barrera_Rojas_Danny_Sebastian.pdf32b5abca6db7fac322180951b1893c69MD52metadata only accessTHUMBNAIL2021_Tesis_Barrera_Rojas_Danny_Sebastian (1).pdf.jpg2021_Tesis_Barrera_Rojas_Danny_Sebastian (1).pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg4303https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/15451/5/2021_Tesis_Barrera_Rojas_Danny_Sebastian%20%281%29.pdf.jpg1ae4144f21f0ad63e502dea71aa22a75MD55open access2021_Licencia_Barrera_Rojas_Danny_Sebastian.pdf.jpg2021_Licencia_Barrera_Rojas_Danny_Sebastian.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10124https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/15451/6/2021_Licencia_Barrera_Rojas_Danny_Sebastian.pdf.jpg6d3afd9bba2020f8b59e6edc9e7bde93MD56metadata only accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8829https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/15451/3/license.txt3755c0cfdb77e29f2b9125d7a45dd316MD53open access20.500.12749/15451oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/154512022-01-31 18:01:09.488open accessRepositorio Institucional \| Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABrepositorio@unab.edu.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

Sistema de monitoreo y control en tiempo real para un invernadero de tomate a través de un aplicativo móvil

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