INFORME DEL PROYECTO

Tema: Miniinvernadero Programado por Arduino

En la actualidad, gracias al avance de la tecnología que nos permite hacer posible la incorporación de sistemas controlados de manera artificial, en diversos procedimientos como, por ejemplo: la automatización de procesos domésticos(domótica) o la implementación de un control sobre entornos naturales (invernadero automatizados), se obtiene como principal resultado, una mayor optimización del rendimiento en los productos que se desarrollan.

Objetivo Principal.

Realizar un estudio y construcción de un miniinvernadero en el que se instale un sistema controlado por Arduino, que se automatice mediante múltiples programas de monitorización y ejecución.

Objetivos específicos

·         Utilizar el microcontrolador Arduino sinérgicamente con los diferentes sensores, para así asegurar un entorno ideal que permita el proceso de crecimiento óptimo de las diferentes plantas,

·         Simular un hábitat natural y estableciendo las condiciones de humedad, riego y temperatura ideales para el desarrollo de cada planta.

MARCO TEÓRICO

En la actualidad, gracias al avance de la tecnología que nos permite hacer posible la incorporación de sistemas controlados de manera artificial, en diversos procedimientos como, por ejemplo: la automatización de procesos domésticos(domótica) o la implementación de un control sobre entornos naturales (invernadero automatizados), se obtiene como principal resultado, una mayor optimización del rendimiento en los productos que se desarrollan.

El invernadero

Es una construcción agrícola usada para el cultivo y/o protección de plantas, con cubierta de película plástica traslucida que no permite el paso de la lluvia al interior y que tiene por objetivo reproducir o simular las condiciones climáticas más adecuadas para el crecimiento y desarrollo de las plantas cultivadas establecidas en su interior, con cierta independencia del medio exterior y cuyas dimensiones posibilitan el trabajo de las personas en el interior. Los invernaderos pueden contar con un cerramiento total de plástico en la parte superior y malla en los laterales.

Arduino.

Arduino es una plataforma de desarrollo basada en una placa electrónica de hardware libre que incorpora un microcontrolador re-programable y una serie de pines hembra. Estos permiten establecer conexiones entre el microcontrolador y los diferentes sensores y actuadores de una manera muy sencilla (principalmente con cables dupont).

Construcción de la estructura del invernadero y las plantas a utilizar

El invernadero tiene dimensiones de 30x40x30 cm está construido con madera y con un plástico de policarbonato el cual ayudara a incrementar la temperatura idónea para que las plantas puedan crecer de una manera más efectiva.

Plantas que se van a utilizar y sus propiedades

La granadilla:

Se cultiva en Colombia de un> manera óptima, entre las 1.400 y los 2.200 msnm, con temperatura promedio de 14a 22 grados centígrados y humedad relativa del 70%, bajo una pluviosidad de 1.500 a 1.800 mm de precipitación al año, en suelos de textura franco-arenosa con una profundidad mínima efectiva de 60 cm y un pH de 6.5 (6). Esta planta se reproduce por semilla y se siembra por dos sistemas: emparrado con densidad de siembra de 400 plantas por Ha, y por espalmadera con densidad de siembra de 666 unidades/Ha. Su ciclo de vida es de cinco años e inicia su producción al noveno mes, con rendimiento de 10-15 t/Hafaño.

Perrito

El óptimo térmico para el desarrollo de esta planta ornamental durante el día es de 23-25 ºC y de 15-17 ºC durante la noche; mientras que la humedad relativa apropiada es del orden de 70%. Las temperaturas por debajo de 8 ºC y por encima de 30 ºC, alteran el desarrollo del perrito y suelen provocar una deficiente fructificación.

Uvilla

Requerimientos agroclimáticos del cultivo

• Altitud: En Ecuador la uvilla crece en sitios entre 1300 y 3500 msnm aunque los mejores resultados se obtienen entre los 2000 y 3000 msnm.

• Temperatura: La planta crece bien a una temperatura entre los 11 y 17°C. Es susceptible a heladas.

• Precipitación: Las precipitaciones deben oscilar entre 600 a 1500 mm bien distribuidos a lo largo del año.

• Humedad: El cultivo se desarrolla en zonas con una humedad relativa que varía entre 50 y 80%. Es importante el suministro de agua de manera constante para evitar que se rajen los frutos.

• Requerimientos edáficos: se recomiendan suelos de textura franco, o franco arenoso / arcilloso. El pH debe estar entre 5.5 y 7.0.

• Luminosidad: Para obtener un fruto de óptima calidad se requiere de entre 1500 y 2000 horas luz / año

Manzanilla:

Tecnología del cultivo

Clima

La altura y el clima recomendado es de 450 a 2900 cálido a frío (SUQUILANDA, 1995).

Suelo

No es muy exigente en el tipo de suelo, pero prefiere los de consistencia media, profundos frescos, permeables, así como los de aluvión, fértiles y con buen drenaje.

Siembra

Previo a la siembra el suelo deberá humedecerse adecuadamente para que las semillas encuentren el medio propicio para germinar y desarrollarse posteriormente

Por semilla: el peso medio de 1000 semillas es de 0,512g. Su poder germinativo es del 35% con temperaturas de 20 a 30ºC, durante veinticuatro días. Se prefiere utilizar semilleros ya que el precio de la semilla es alto.

Tabla de materiales y costos

MATERIALES	UNIDADES	COSTOS
ARDUINO UNO	1	8$
PLUG DC 2.1 PLASTICO	1	0.30$
RESISTENCIA 1/2W	6	0.30$
RELE SV RH-005C	2	1.60$
FOTO CELDA 10MM	1	1$
POTENCIOMETRO 100K SIMPLE	1	0.50$
DIODO LED ROJO DL-502	1	0.10$
DIODO LED VERDE DL-505	2	0.20$
DIODO LED AZUL DL-506	3	0.30$
CIRCUITO INTEGRADO LM35	1	2$
MOTOR DE AGUA PUM 550 GRANADE	1	14. 80$
PROTOBOARD PEQUEÑO 8.2X5.3X0.385 OM BB801	1	3$
VENTLADOR 12V 3.1°3 PINES PARA	1	2.50$
CABLE PARA PROTO MACHO A MACHO BBJ65	20	1.60$
CABLE PARA PROTO MACHO A HEMBRA	20	1.60$
RESISTENCIAS 1*220 ohms	2	0.10$
RESISTENCIAS 1KXohms	1	0.05$
MANGERAS DE RIEGO	1	1.60$
SENSOR DE HUMEDAD YL-69	1	2.50$
TRANSISTORES 2N2222	2	0.50$
TRANSISTORES C2073	2	0.50$
FOTO RESISTENCIA LDR	1	0.80$
TRANSISITOR BIPOLAR PN2222	1	0.80$
DIODO 1N4007	1	0.40$
FOCO Y RELE	1	1$
BATERIA	1	4$
RECIPIENTE PLASTICO	1	4$
TOTAL		44.6$

Sistemas Utilizados

·         sistema de riego.

La humedad del suelo es algo vital para las plantas y controlarla automáticamente es vital para su buen desarrollo, es por eso por lo que para este sistema de riego se pensó usar un sistema de riego mediante goteo. Para esto el principal componente es el sensor de humedad YL-69, que mide la humead de la tierra en intervalos anteriormente definidos en su programación, para el riego del agua se usó un motor de agua PUM 550. Para la activación del motor de agua es necesario una energía superior a los 5 voltios que proporciona la placa de Arduino, es por eso que para esto se necesita una batería que alimente al motor, en este caso se usó una de 9v que mediante un relé activa el circuito de activación de la bomba cuando el sensor YL-69 lea una falta de humedad en el suelo. El relé actúa como un interruptor magnético, es por eso que mediante el sensor de humedad se puede activar sin ningún tipo de fuerza física externa.

·         Sistema de luz.

Para el sistema de luz automático se usó una foto resistencia o también conocida como fotocelda, que lee el umbral de luz. Su forma de trabajar consiste en que si existe mucha más luz disminuye su resistencia. Entonces al momento de que la luz excede el umbral decidido enciende la luz led.

·         Sistema de Temperatura.

Dado a que el invernadero mantiene el calor dentro del él es necesario un sistema de enfriamiento, para esto se usa un ventilador que es accionado mediante un sensor de temperatura LM35 y un transistor 2N2222.

Cuando la temperatura aumente a un valor crítico, el ventilador se activará para reducir la temperatura.   El parámetro que buscamos controlar, la temperatura, este tiene la virtud de variar con lentitud, es por eso que simplemente con el ventilador podemos bajar la temperatura progresivamente sin que afecte al crecimiento de las plantas.

Este conjunto de sistemas se logro adaptar a un solo código de programación para optimizar espacio, este código se lo realizo en Arduino.

Código Arduino.

int Sensor = 0 ;              // Este pin lee la temperatura

int umbral = 10 ;            // Indica la temperatura en la que enciende el ventilador

const int control = 9 ;     

int UmbralNumber = 1000;     //lee el valor de umbral

int ledPin = 2;              //asigna la entrada del led para el sensor de luz

int ledPin4 = 4;             //asigna la entrada del led para el sensor de luz

int analogPin = 1;           //la entrada analógica del sensor de luz

 int valorLDR = 0; 

void setup()

{

    Serial.begin(115200);

    pinMode(control, OUTPUT) ;

    Serial.begin(9600);  

         pinMode(ledPin,OUTPUT);

         pinMode(ledPin4,OUTPUT);

}

void loop()

{

    int lectura = analogRead(Sensor);

    float voltaje = 5.0 /1024 * lectura ; // Atencion aqui

    float temp = voltaje * 100 -3 ;

    Serial.println(temp) ;

    if (temp >= umbral)                // condicional par el valor de la temperatura

        digitalWrite(control, HIGH);   // ventilador encendido si se cumple la condición

    else

       digitalWrite(control, LOW);     // caso contrario el ventilador pemanecera apagado

    delay(200);

    valorLDR = analogRead(analogPin);     //

  if (valorLDR >= UmbralNumber){          // condicional para el valor del umbral

  digitalWrite(ledPin,HIGH);               // si se cumple la condición los leds conectados en la entrada 2 y 4 se en cenderan

  digitalWrite (ledPin4,HIGH); 

  }else{

  digitalWrite(ledPin,LOW);          //si la condición no se cumple los leds no se encenderan

  digitalWrite(ledPin4,LOW);

}

}

Problemas

El principal problema ocurrido fue la dificultad para adquirir los componentes necesarios para proyecto, en especial el sensor de humedad de tierra YL-69.

Costo relativamente elevado para la adquisición de todos los materiales, dando como resultado una inversión elevada al inicio.

A lo largo de la realización de este trabajo se han ido encontrando ciertos problemas de funcionamiento que en un principio deberían funcionar sin dificultad. Algunos de los bloques programados no compilaban en las primeras pruebas debido al desconocimiento del código. Tras la lectura de varios proyectos o tesis similares se llegaba a la conclusión que, para el funcionamiento requerido por el sistema no era necesario complicar tanto el código, así que a través de la simplificación se han eliminado muchos errores.

Recomendaciones

Construir el invernadero en caso de que sea necesario o que el valor del producto a cultivar sea elevado para causar rentabilidad.

Ser lo mas optimo posible para no usar espacio innecesario dentro del invernadero.

Proteger las conexiones y los componentes electrónicos, ya que al trabajar con agua es posible sufrir cortocircuitos

En caso de ser necesario mas luz, conectar con ayuda de un relé un foco de mayor potencia.

No usar una potencia mayor a 5v ya que la placa Arduino puede quemarse, así como otros componentes como el sensor YL-69.

Realizar la estructura con otro material que sea madera, lo mas recomendable seria realizarlo en algún tipo de metal inoxidable.

Conclusiones

En la actualidad, como ya es de conocimiento, el ambiente presenta variaciones constantes, por tal motivo es necesario enfocarnos a utilizar invernaderos automatizados, en este trabajo se está demostrando que sí es posible tener un funcionamiento adecuado de un sistema de invernadero accionado por un microcontrolador Arduino, siendo este correctamente programado y haciendo uso de sensores, que permiten crear un ambiente óptimo para el desarrollo de las plantas.

Una de las ventajas que podrían obtenerse a futuro una vez instalado un sistema de automatización como el que se está presentando en el proyecto, sería un monitoreo y control de forma remota, ya sea desde un ordenador o utilizando sistemas portátiles que nos permita tener un control y manejo desde un dispositivo móvil.

La automatización puede jugar un papel importante en el control del clima, humedad, temperatura y riego. Ya que con el sistema automático se llega a tener un mejor desempeño al actuar de manera precisa e inmediata cuando alguna de las variables se ve afectada.

Finalmente podemos mencionar que el programa de automatización puede ser mejorado cuantas veces sea requerido, mediante el transcurso del tiempo y la evolución de la tecnología, se puede adecuar a las necesidades de los usuarios finales, esto permite innovar constantemente e ir progresando con los avances que implican a la mejora continua de los sistemas.