Plataforma Multiparametros para mediciones en los

invernaderos para garantizar un optimo creciemiento

de las plantas

Gloria Montoya, Andres Navarro and Julieth Revollo

Department of Electrical and Electronic Engineering

Universidad Tecnologica de Bolivar

Cartagena de Indias,Bolivar

AbstractEl control climatico en invernaderos es posiblegracias al uso de sensores capaces de medir diferentes variablesclimaticas: temperatura, humedad y radiacion solar. Un sensores un dispositivo que produce una senal utilizable en funcion delvalor de una magnitud fsica, propiedad o condicion especificaque se desea medir. El objetivo de este proyecto es monitorearvariables como la humedad, la temperatura y la resistividad delsuelo, con el fin de lograr ambientes artificiales e ideales para eluen creciemiento de algun cultivo o planta en especifico,conocerla estructura y funcionamiento de los sensores que integraran laplataforma multiparametros que se encargaran de las medicionesde las variables a medir, aprender la conexion fsica entre lossensores a implementar y el micro controlador ARDUINO UNO,disenar un instrumento virtual utilizando una herramienta comoNetbeans que permita observar la variacion en el tiempo delas variables que estan siendo objeto de analisis, por medio delmonitoreo del ambiente, mediante los sensores en interconexioncon arduino y activar mecanismo de solucion antes un cambiodel ambiente. [?]

I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La importancia de mantener en un ambiente artificial ciertas

condiciones ideales que permitan un buen cultivo, es decir,

que las plantas crezcan con las condiciones ideales de cre-

ciemiento, esto nos lleva a la necesidad de dar solucion a

los invernaderos artificiales, donde conociendo que cada da

seran mas difciles mantener un ambiente ideal de alcanzar

debido a los cambios climaticos que se vienen dando en los

ultimos anos y que afectan la produccion del invernadero. Por

tal razon, los cultivadores se ven en la necesidad de crear

ambiente que recreen estas condiciones y seguir produciendo

sin ningun tipo de problema climatico.

En un pas como Colombia los invernaderos son muy utiliza-

dos para el cultivo de flores y otras plantas, y el cultivo de estas

es vital para la economa del pas, siendo uno de los principales

productos de expotancion. Para mantener condiciones ideales

es necesario el monitoreo de variables tales como temperatura,

humedad relativa y resistividad del suelo, y mantener estas

variable dentro de los niveles que permitan el crecimiento y

produccion de los cultivos. [?]

II. MARCO TEORICO

Los invernaderos fueron creados para simular ambientes

optimos en el desarrollo de cultivos y flores, sin embargo

para lograr esto, es necesario un monitorio de las distintas

variables que afectan el clima deseado, como la temperatura,

la humedad del ambiente y humedad del suelo. La temperatura

es un factor importante ya que influye en el crecimiento de

las plantas por lo que es necesario mantenerla en un rango

determinado segun el tipo de cultivo, por ejemplo en el caso

de las flores las altas temperaturas las marchitan y las bajas

temperaturas atrasan su crecimiento, por esto deben estar en

un nivel adecuado que favorezca su crecimiento. El control de

humedad del ambiente tambien es vital, si no se mantiene en

un rango considerable puede ocasionar danos en la estructura

del invernadero y generar plagas en los cultivos como hongos

lo cual ocasionara la propagacion de enfermedades [?].

El monitorear el contenido de agua en el suelo es esencial

para ayudar a los agricultores a optimizar la produccion,

conservar agua, reducir los impactos ambientales y ahorrar

dinero. Monitorear la resistividad del suelo puede ayudar a

tomar mejores decisiones en la programacion del riego, tales

como el determinar la cantidad de agua y cuando aplicarla.

La humedad del suelo se requiere monitorear, para tener

el control del riego de la planta, cuando esta lo requiera, ya

que el exceso de agua tambien es perjudicial para la planta ya

que la inunda y puede morir. Debido a estos problemas se han

realizado estudios en la tecnologa necesaria para llevar a cabo

un buen funcionamiento de los invernaderos monitoreando

estas variables por medio de sensores de temperatura, humedad

del suelo y del ambiente, y asi poder controlarla con los

instrumentos adecuados. En los invernaderos para medir la

temperatura el sensor mas utilizado son los termopares tipo T

debido a que responden rapido a los cambios de temperatura

y tienen una buena precision en la medida, estos proporcionan

una senal de tension electrica que depende de la variacion en

la temperatura. Para medir la humedad los sensores capacitivos

son los mas recomendados, estos estan formados por dos

electrodos entre los cuales se encuentra un polmero el cual

se encarga de absorber el agua en el aire, por lo que el

resultado del sensor vara linealmente con la humedad relativa,

sin embargo cuando esta es muy elevada el sensor puede

saturarse afectando su resultado ademas su gran ventaja es que

se puede conectar facilmente a equipos de control automatico.

Es recomendable colocar el sensor de temperatura en la zona

que rodea a las plantas, el de humedad del ambiente no debe

colocarse cerca de elementos de ventilacion o calefaccion y el

sensor de humedad del suelo, sumergido correctamente en la

tierra o arena donde este la planta.

A. Planta Millonaria

En este proyecto se pretende monitorear el ambiente

propicio para el crecimiento de la Planta Millonaria: De

crecimiento medio, origen exotico (Africa o Australia,

dependiendo del ejemplar) y follaje exuberante, la Australis o

planta del dinero destaca por lo facil que es su reproduccion,

ya que, recogiendo un esqueje y poniendolo en agua, en

pocos das ya tendremos un planton listo para cultivar. Se

desarrolla adecuadamente en la sombra o semi-sombra, por

eso es ideal para cualquier rincon oscuro. [?]

B. Cuidados

Respecto al cultivo, prefiere un suelo fresco, drenado y

humedo. Al ser una planta procedente de lugares calidos y

tropicales (nativa del sudeste de Africa), exige un ambiente

humedo y temperaturas estables, que no bajen nunca de 10

grados Celsius. En cuanto al riego, lo ideal es regarla tres o

cuatro veces a la semana en verano y una vez en invierno

para cubrir sus necesidades.Pero debe mantenerse en lugares

con una elevada humedad relativa [?]

C. Enfermedades y Plagas

La planta millonaria es muy susceptible a las enfermedades

fungicas(Hongos), ya que un exceso de humedad del suelo

puede perjudicarlas de manera grave. Si las hojas empiezan a

ennegrecerse es porque la planta tiene un exceso de agua. Hay

que estar atento al riego para evitar posibles enfermedades. [?]

D. Rangos de variables a controlar

Variable Rango

Temperatura 20-45

Humedad Rel 50%

Resistividad 300-700

III. METODOLOGIA

A. Fase: Vision

Construir una plataforma multiparametros que permita la

medicion de las variables mencionadas en el planteamiento

del problema, por medio de la integracion de sensores de

temperatura, humedad del suelo y ambiente que se conectaran

a un microcontrolador que a su vez enviara guardara y enviara

la informacion a un instrumento virtual que mostrara la

variacion de todas las variables con respecto al tiempo. Este

a su vez al detectar un parametro fuera de rango, actuara para

controlarlo con los mecanismos que se exponen en el item 3.3

B. Fase: Planificacion

Identificacion del problema a solucionar: Mantener condi-

ciones de humedad, temperatura y resistividad del suelo

propicias para el crecimiento de la Planta Millonaria.

Saber de que forma se solucionar el problema teniendo

en cuenta los recursos que se tienen tanto fsicos como

economicos: Para mantener y monitorear las condiciones

se debe controlar los dispositivos que implementaremos

tales como se detalla en el siguiente punto. Por medio

de la interfaz de arduino, estos equipos, que se exponen

mas adelante podran activarse y hacer sus funciones para

intervenir y controlar el ambiente.

Una vez teniendo clara la solucion se realiza la lista de

materiales a usar en este caso los materiales a implemen-

tar son:

Fig. 1. Esquematico del Prototipo

C. Fase: Implementacion

El objetivo del montaje es monitorear y controlar las condi-

ciones de temperatura, humedad del suelo y aire, para esto se

deben establecer rango de control, es decir, en el programa

del microcontrolador designar los rangos en los cuales deben

permanecer estas condiciones, por ejemplo la temperatura debe

estar entre 25 y 50 grados celsius, si esta condicion no se

cumple, es decir s la lectura del sensor de temperatura se

sale del rango por debajo de 25 grados celsius este debe

actuar, activando en este caso la bombilla incandescente que

al encender, por la radiacion de la luz, proporcionara calor

al ambiente, aumentando as la temperatura hasta el valor

adecuado, cuando se normalize el parametro, la bombilla

debera apagarse.

En caso que el Sensor de Humedad del Suelo detecte que

el suelo no esta lo suficientemente humedo para la planta, se

debera activar la bomba de agua, que esta sumistrara agua

a la planta, por un tiempo determinado para cumplir con la

necesidad de agua.

El Ventilador y Extractor se usaran respectivamente para

controlar el ambiente en cuanto a humedad relativa del ambi-

ente y temperatura.

Fig. 2. Conexion del sensor DHT al microcontrolador Arduino

D. Circuito Arduino-Sensor

IV. CARACTERIZACION DE LOS SENSORES

A. Sensor de Temperatura y Humedad Relativa DHT22

Los DHT22 se componen de un sensor capacitivo para

medir la humedad y de un termistor. Ambos sensores estan

calibrados por lo que no es necesario anadir ningun circuito

de tratamiento de senal. Esto sin duda es una ventaja porque

nos simplifica las cosas en el circuito impreso. Este sensor

funcionan con ciclos de operacion de duracion determinada (2s

en el caso del DHT22). En este tiempo, el microcontrolador

externo (Arduino por ejemplo) y el microcontrolador que lleva

integrado el sensor, se hablan entre si. [?]

1) Especificaciones Sensor DHT22:

Parametro Valor

Alimentacion 3.3V-6V

Salida Digital

Rango de Temp -40 a 80

Precision Temp 0.5C

Resolucion Temp 0.1C

Rango Hum 0-100%

Precision Hum 2%

Resolucion Hum 0.1%

2) Caracterizacion:

Temperatura: Para la calibracion del sensor DHT22, fue

necesario tomar como referencia el valor medido por el

sensor analogo LM35. Con el fin de lograr resultados

validos, se sometieron los dos sensores a un mismo

ambiente y se programaron de manera que la lectura de

temperatura se hizo simultanea. La medida de referencia

fue 33,2 grados Celsius tomada del sensor LM35, Los

resultados obtenidos se muestran a continuacion:

Medida-X Error % X-P (X-P)

32.3 2.71 0.02 0.0004

32.3 2.71 0.02 0.0004

32.3 2.71 0.02 0.0004

32.3 2.71 0.02 0.0004

32.3 2.71 0.02 0.0004

32.3 2.71 0.02 0.0004

32.2 3.01 -0.08 0.0064

32.2 3.01 -0.08 0.0064

P-32.8 2.79 -0.0004 0.00152

Promedio 32.28

Varianza 0.00217

Desv.Estandar 0.05

B. Sensor de Resistividad del Suelo SEN92355P

Este sensor es un dispositivo que permite conocer la canti-

dad de agua que posee un determinado tipo de suelo, para esto

mide la resistividad del suelo [?]. Con este sensor se controlara

una bomba de agua, que se activara, segun los valores de

umbral que se establecieron mediante una prueba en la que se

obtuvo un patron de referencia, este patron indica que cantidad

de agua esta presente en el suelo. En resumen, se obtuvo que

para un rango de 0-300, se tiene un suelo seco y por lo tanto

sera necesario la activacion de la bomba. [?]

1) Especificaciones SEN92355P:

Parametro Valor

Voltaje 3.3V-5V

Corriente 0-35mA

2) Caracterizacion: La prueba para crear el patron de

referencia, tomamos cinco recipiente donde agregamos 100gr

de tierra abonada a cada uno.A cada recipiente se le agrego una

cantidad distinta de agua, para tomar medidas y as caracterizar

el rango y la condicion del suelo, la cantidad de agua agregada

fueron fracciones del volumen de tierra, es decir, un medio del

volumen de la tierra o un cuarto.

Masa de Tierra Porcion de Agua Medida

100gr 0 0

100gr 1/4 630

100gr 1/2 670

100gr 3/4 710

100gr 1 820

V. CONCLUSIONES

La presente investigacion, realizada en el periodo del

primero semestre del 2014 ha permitido disenar un sistema

de control de ambiente de una planta utilizando sensores

de temperatura, humedad relativa y humedad del suelo junto

con un sistema de actuadores que permiten el control de las

variables a medir. Con respecto a los sensores implementados

se puede concluir que: Se comprendio el funcionamiento

de los sensores, es decir, se estudio su principio basico

de funcionamiento lo cual permitio que al momento de su

caracterizacion se escogiera un metodo adecuado para lograr

resultados validos. Con lo anterior se logr una calibracion

para cada uno se los sensores implementados para esto fue

necesario aplicar una metodologa acorde a el comportamiento

de cada uno y analizar si tenan mediciones correctas o

erraticas, con el fin de as evitar un comportamiento erroneo

del sistema de actuadores que seran los ventiladores y la

bomba de agua. Para el mencionado proyecto fue necesario

estudiar y manejar la programacion en JAVA ya que fue

necesario el diseno de una interfaz grafica con el usuario el

cual permita tener opciones como: el apagado manual de los

actuadores, el establecimiento de los valores de umbral para

las variables a controlar entre otras opciones que se terminaran

de disenar antes de la presentacion final del proyecto.

REFERENCES

[1] M. M. Clay, Becoming literate: The construction of inner control.Heinemann Portsmouth, NH, 1991.