EE-10

Memoria Técnica

3er Congreso Nacional de Electromecánica Electromecáni ca y Electrónica

9-11 de abril de 2014

Sistema de gestión de datos vía web de un invernadero E. Navarro-Sánchez1, L.E. Zapata-Valenzuela 1, V.A. Ramírez-Sánchez1

Resumen Este artículo presenta una descripción del sistema de — — Este gestión de datos vía web de un invernadero. En un principio se realiza el estudio de un invernadero y sus componentes. En seguida se realiza el estudio de la medición de la temperatura del mismo mediante Arduino Leonardo y un transductor de temperatura temperatura y el cuál cuál envíe datos por internet internet mediante mediante el componente externo Shield Ethernet de Arduino a un servidor con Windows server 2003 R2 para almacenar la temperatura mediante el uso de una base de datos de MySql y permitiendo su visualización a través de un sistema web. Temas claves Arduino Ethernet Shield, Arduino Leonardo, — Arduino MySql, PHP, Servidor, Windows Server 2003 R2. Abstract — This article shows a description of the on line data management system of a greenhouse. Firstly, there is a study of a greenhouse and its components. Later, there is a study of the temperature measurement in the greenhouse using a temperature transducer and an Arduino Leonardo which sends data on li ne by means of the external component Shield Ethernet of Arduino to a server with Windows Server 2003 R2 to store the temperature on a database in MySql and allowing its visualization using a web system. keywords — Arduino Ethernet Shield, Arduino Leonardo, MySql, PHP, Servidor, Windows Server 2003 R2.

Arduino, la cuál es su Shield Ethernet basado principalmente en el chip Wiznet W5100, para la utilización de envío y recepción de datos en una red LAN [2]. Al tener conocimientos básicos de la programación de este módulo Arduino Leonardo, se agrega código para realizar la lectura desde un transductor de temperatura, temperatura, conectando su salida salida a la entrada analógica analógica de Arduino en la cual realiza realiza la lectura. Entre otras ventajas que tienen en la actualidad también es el contar con conexiones a internet privadas y gratuitas, en ciertas regiones del país dando la oportunidad para implementar sistemas web capaces de capturar y almacenar información a través de la web. Una vez obtenida la información del sensor de temperatura, solo se almacena vía internet dentro de una red LAN (red de área local) [3] a un servidor y así tener una forma de gestión de datos dentro de un invernadero con nuevas tecnologías. Servidor. La era tecnológica nos brinda muchas facilidades y una de esas es tener una computadora que simplemente se le da utilización personal para convertirla en una máquina que brinde el servicio de almacenamiento almacenamiento de datos, para que solo sea servidor y almacene datos mediante vía web. Un servidor, como la misma palabra indica, es un ordenador o máquina informática que está al “servicio” de otras máquinas,

ordenadores o personas llamadas clientes y que le suministran a estos, todo tipo de información información [4]. Usualmente Usualmente se utilizó de NTRODUCCIÓN I. I NTRODUCCIÓN distinta manera el uso de la programación web como lo son el En la actualidad los invernaderos del siglo XXI siguen siendo PHP y MySql [5]. para almacenamientos de datos de de usos manuales por los usuarios, por lo tanto es necesario formularios con información de personas, compras, materiales estar presentes para el mantenimiento y desarrollo en el etc., dando un uso también importante en el área de la mismo. En la era actual de la comunicación comunicació n y tecnología es agricultura, dando una alternativa de solución a la necesidad necesario estar a la vanguardia a nivel nacional e internacional internacional de la comunidad de agrarios agrarios con invernaderos, invernaderos, para hacer más así dándole una característica a los invernaderos de uso común fácil la obtención de datos vía web del mismo. mismo. elaborado con tecnología nacional. La implementación de A continuación se explicara brevemente el desarrollo del nuevas tecnologías como los nuevos módulos de Arduino sistema. sistema. En el capítulo segundo inciso a se habla acerca de del (placa compuesta de ciertos componentes electrónicos con un proyecto de gestión de datos vía web del invernadero, en el software libre para su programación), ha dado una gran batalla inciso b del capítulo segundo abarca el tema de la a otras plataformas plataformas embebidas actuales, tomando tomando a cuenta que programación web, en el tercer inciso c del capítulo segundo por parte de esta nueva tecnología utiliza un potente se hace referencia a la base de datos en MySql utilizado. En el Microcontrolador de Atmel [1]. Algunas de las ventajas que capítulo tres de resultados, se da la información obtenida del tienen es que existen complementos de esta nueva tecnológica desarrollo del sistema de gestión de datos, manejado por el inciso a en resultado de la programación Arduino, en el b refiere a los resultados de PHP y por último en el c hace mención a resultados de MySql. 1

Eduardo Navarro Sánchez ([email protected] [email protected])), Luis Enrique Zapata Valenzuela ([email protected]) [email protected]),, Víctor Andrés Ramírez Sánchez ([email protected] [email protected])). Instituto Tecnológico Superior de Lerdo, Av. Tecnológico S/N, Col. Periférico C.P. 35150 Cd. Lerdo, Durango, México.

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II. DESARROLLO DEL SISTEMA GESTION DE DATOS VIA WEB DE UN INVERNADERO


por vía internet. La conexión de los dispositivos se muestra en la figura 3.

A. ARMADO DEL CIRCUITO Al comenzar con el desarrollo del sistema de gestión de datos vía web del invernadero, se investigó el uso de cada una de las nuevas tecnologías que se implementó en el sistema, como lo son Arduino Leonardo junto su complemento Shield Ethernet para envió y recepción de datos vía web, al igual que la programación web y el uso de servidores. Se inició la etapa de armado del circuito la cual era unir las 2 placas de Arduino como lo son el Leonardo y su Shield Ethernet con los cuales se realizara la recepción de datos y a su vez enviarlo vía web a un servidor, después se armó en una protoboard el sensor de temperatura, después de esto se procedió a conectar su salida al 1 pin de puerto analógico del Arduino como se muestra en la figura 1. Figura 3. Servidor Windows Server 2003

B. PROGRAMACIÓN WEB

Figura 1. Sensor de temperatura LM35 conectado al pin analógico del Arduino Leonardo con su complemento de Shield Ethernet.

Una vez armado el circuito que se mencionó anteriormente, se construyó un prototipo de invernadero en menor escala en el cual se realizarían las pruebas de obtención de la temperatura dentro de mismo como se muestra en la figura 2.

En esta esta etapa del proyecto se necesitó de conocimientos de programación web, como la forma nueva planeada de obtención de datos vía web, es que el usuario vea la temperatura de su invernadero, sin la necesidad de estar en su invernadero personalmente, se requiere de conocimiento básico en el área, puesto como se ha comentado anteriormente se manejan dos tipos de programaciones tanto a objetos como a web. Arduino se hace cargo de realizar las 2 tareas al mismo tiempo, puesto que el primero obtiene datos de la temperatura y el segundo envía datos vía web a un servidor Windows Server 2003 R2. En este caso se utiliza el lenguaje de programación web PHP del lado del servidor para cuando se capture la temperatura del sensor enviara esa información automáticamente a una base de datos. C. BASE DE DATOS EN MYSQL

Figura 2. Prototipo de Invernadero a escala

Después de haber armado el circuito para la obtención de datos de la temperatura y el prototipo del invernadero, se procedió a instalarle un sistema operativo a una máquina para hacerla servidor, en el presente proyecto se utilizó Windows Server 2003 R2 donde se almacenan los datos desde Arduino

La utilización de las bases de datos en nuestra era es muy importante, puesto que son un conjunto de datos pertenecientes al mismo contexto y almacenados sistemáticamente para su posterior uso. En este sentido; una biblioteca puede considerarse una base de datos compuesta en su mayoría por documentos y textos impresos en papel e indexados para su consulta. En el proyecto se utilizó el gestor de base de datos MySql, puesto que es software libre de código abierto no tiene costo para poderlo utilizarlo y ser implementado en un sistema informático. Aprovechando que tiene gran soporte también es frecuentemente utilizado por los usuarios para proyectos de bajo, medianos y altos costos. Como no se cuenta con los recursos financieros adecuados para implementarlo en un sistema de alta gama, como lo son gestores de datos como los de Oracle o SQL Server de Microsoft, se pensó utilizar éste por su uso libre y de código abierto.

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Con lo que respecta al proyecto solo se obtuvo información de la temperatura del invernadero mediante un script de PHP el cual realiza la acción de envío de información que recibe directamente a la base de datos. En la base de datos se creó el script en consola el cual abarco los campos deseados para el almacenamiento de datos, en la figura 4 se muestra el script utilizado.


Una vez que el mismo programa en Arduino capturo el valor de la temperatura solo se insertó el código mediante el cual esa información obtenida iba ser enviada a la pág. web en PHP que se alojó en el servidor para ser insertado en la base de datos como se muestra en la figura 7.

Figura 7. Código para dirigir los datos a la pág. web de PHP que se aloja directamente en el servidor.

Figura 4. Script de MySql para el almacenamiento de datos p rovenientes del script de PHP.

Conforme a su seguridad, se hizo hincapié en la necesidad de proteger totalmente la máquina completa (no únicamente el servidor MySql) contra todos los tipos de ataques posibles; intercepción pasiva de paquetes, alteración, reproducción de comandos (playback), y denegación de servicio. Aquí no se tratan todos los aspectos de disponibilidad y tolerancia a fallos. Para todas las conexiones, consultas, y otras operaciones que los usuarios pueden intentar realizar, MySql utiliza seguridad basada en Listas de Control de Acceso (ACLs). También hay algún soporte para conexiones cifradas mediante SSL entre clientes y servidores MySql. III. R ESULTADOS A. PROGRAMACIÓN WEB EN ARDUINO En la programación de Arduino Leonardo, se manejó la conectividad directamente con el servidor tal cual se muestra en la figura 5, en donde se declaró la dirección IP estática del cliente que es el Arduino y el servidor que será la maquina con Windows server 2003 r2.

B. PROGRAMACION WEB EN PHP Una vez enviado los datos vía web los captura el script de PHP para hacer la inserción directamente en la base de datos, como se muestra en la figura 8, obtiene los datos provenientes de modulo, para así consecutivamente en la siguiente figura 9, fuera insertado directamente mediante el código de Insert en la base de datos del sistema invernadero, así teniendo gestión de datos vía web desde un módulo Arduino Leonardo con Shield Ethernet, conectado a su vez a un transductor de temperatura

Figura 8. Código de los valores que recibe desde Arduino en php.

Figura 9. Código de Insert para ingresar los datos directamente a la base de datos.

C. BASE DE DATOS EN MYSQL Como anteriormente se mencionó una base de datos o banco de datos es un conjunto de datos pertenecientes a un mismo contexto y almacenados sistemáticamente para su posterior uso, prácticamente se obtuvo el resultado de recolección de datos vía web desde el Arduino al servidor como se muestra en la figura 10.

Figura 5. Código para dirigir los datos directamente al servidor.

Una vez ingresado las direcciones IP correspondientes, se ingresó el código en el cual obtenemos la lectura del sensor de temperatura mediante el siguiente código mostrado en la figura 6. Figura 10 Visualización de datos capturados vía web desde Arduino a la base de datos MySql.

Figura 6. Código para dirigir los datos directamente al servidor.

En la figura anterior nos muestra como resultado de la obtención de datos, la fecha de captura de la temperatura , así como el nombre de usuario que lo envía, nombre de dato que

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envía que es el de temperatura y por último el valor que envía del transductor de temperatura vía web. IV. AGRADECIMIENTOS Damos las gracias al Instituto Tecnológico Superior de Lerdo por dar la oportunidad a jóvenes investigadores en participar en proyectos, como en el que actual mente se participó. El primer autor agradece la confianza de los Ing. Luis Enrique Zapata y al Ing. Víctor Ramírez por dar la oportunidad de participar en este proyecto y así llevarlo a cabo. V. CONCLUSIONES

El presente artículo deja como una conclusión, la factibilidad de desarrollar un sistema para un proyecto de invernadero, así logrando el objetivo de obtención de datos vía web de un invernadero mediante un prototipo didáctico, pero que podría llevarse a cabo a gran escala siendo una alternativa en la recolección de datos vía web. El proyecto dejó grandes conocimientos en el área de la programación web al manejarlo de distinta manera como usualmente se utiliza y dándole así no solo uso de sistemas de almacenamiento de datos de información personal, artículos, etc. sino enfocándolo al área de la agricultura como es el fin del mismo , se obtuvo buenos resultados dejando gran satisfacción de obtener datos vía web del invernadero, entre otros conocimientos que dejo fue en la práctica de manejar un computador como servidor y el armado de un prototipo de invernadero con su respectivo lector de temperatura conectado vía web al servidor Windows server 2003 r2. Lo que motiva a seguir trabajando e investigando para lograr desarrollar nuestra propia tecnología en gestión de datos vía web de invernaderos a nivel nacional e internacional. Sin embargo, al ser un prototipo de investigación y al estar limitados de recursos económicos el proyecto está un tanto limitado, pero con la opción de mejorarse implementándolo con un invernadero de gran escala y con mejores circuitos para la gestión de datos vía web del invernadero así obteniendo mayor calidad en su desempeño. VI. R EFERENCIAS [1].

[2].

Oxer, J., & Blemings, H. (2009). Practical Arduino: Cool Projects for Open Source Hardware. Apress. Fecha de consulta : 1 Noviembre del 2013, Disponible en: http://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=CKWZiGoY8O4C&oi= fnd&pg=PP1&dq=Practical+Arduino+by+Jonathan+Oxer+&ots=i LDXr83d7A&sig=lm2Tt1NTiCXrmwFf1bTAerheVwY#v=onepage&q =Practical%20Arduino%20by%20Jonathan%20Oxer&f=false. Cobo, Á. (2005). PHP y MySQL: Tecnología para el desarrollo de aplicaciones web. Ediciones Díaz de Santos. Fecha de consulta: 1 Noviembre del 2013. Disponible en: http://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=zMK3GOMOpQ4C&oi =fnd&pg=PR17&dq=php+y+mysql.+tecnologias+para+desarrollo +web&ots=Feot02Fgrl&sig=E57UEV0rOuPi_Raw8j0icrR14Q#v=onepage&q=php%20y%20mysql.%20tecnologias%20par a%20desarrollo%20web&f=false

[3].

[4].

[5].


Philippe Atelin,, José. (2006). Redes informáticas conceptos fundamentales. Ediciones ENI. Fecha de consulta: 1 Noviembre del 2013. Disponible en: http://books.google.es/books?id=7eu6qwjNam8C&pg=PT30&dq=Re des+inform%C3%A1ticas:+conceptos+fundamentales+:+normas,+..+ citar&hl=es&sa=X&ei=nDAQU9_QPKis2QWhsYHYBA&ved=0CD gQ6AEwAA#v=onepage&q=Redes%20inform%C3%A1ticas%3A%2 0conceptos%20fundamentales%20%3A%20normas%2C%20..%20cit ar&f=false UNIVERSIDAD LABORAL DE ALBACETE. (2011). Ethernet Arduino servidor HTML. Fecha de consulta: 4 de Octubre de 2013. Disponible en: http://unicarlos.com/pezazul/index.php?articulo=4 Joniuz (2012). Capturando datos en MySql usando Apache, php, Arduino + Ethernet Shield. Fecha de consulta: 18 de Octubre de 2013. Disponible en: http://www.internetdelascosas.cl/2012/05/22/capturando-datos-enmysql-usando-apache-php-arduino-ethernet-shield/

VII. BIOGRAFÍA Eduardo Navarro Sánchez. Nació

en la ciudad de Gómez Palacio Durango México en 1991. Actualmente estudiante de 8vo semestre de la Ingeniería en Informática del Instituto Tecnológico Superior de Lerdo de la ciudad de Lerdo Durango México. Su interés en la investigación es el estudio de las tecnologías de la información y comunicación.

Luis Enrique Zapata Valenzuela. Nació

en la ciudad de Torreón Coahuila México en 1981. Ingeniero Electrónico egresado del Instituto Tecnológico de la Laguna de la ciudad de Torreón Coahuila México en 2003. Egresado del programa de maestría en ciencias en ingeniería eléctrica por el Instituto Tecnológico de la Laguna de la ciudad de Torreón Coahuila México donde obtuvo el grado Maestro en Ciencias en 2006. Actualmente es docente de tiempo completo en la carrera de ingeniería informática, en el Instituto Tecnológico Superior de Lerdo de la ciudad de Lerdo Durango México. Su interés en la investigación es el estudio de transformadores de potencia, la electrónica industrial, así como el manejo de microcontroladores. Nació en la ciudad de Torreón Coahuila en 1981. Ingeniero en Sistemas Computacionales egresado del Instituto Tecnológico de la Laguna de la ciudad de Torreón Coahuila México en 2004. Egresado del programa de maestría en ingeniería Sistemas computacionales por el Instituto Tecnológico de la Laguna de la ciudad de Torreón Coahuila México donde obtuvo el grado Maestro en Sistemas Computacionales en 2009. Actualmente él es docente en la carrera de ingeniería informática, en el Instituto Tecnológico Superior de Lerdo en la ciudad de Lerdo Durango México. Su interés en la investigación es el estudio de desarrollo de software. Víctor Andrés Ramírez Sánchez.

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