SISTEMA DE CULTIVO DE LIMONES AUTOMATIZADO MEDIANTE EL MICORCONTROLADOR ARDUINO H.Alvarado1,J.Arango2,A.Pinto3,S.Limas4,M.Landeo 5,M. Quintero6 ,Students University National of Callao-Peru, {1423225092,1423215108,1423225754,1423215216,1423225479}@unac.pe {1423225092,1423215108,1423225754,14232 15216,1423225479}@unac.pe , Adviser M. Chauca , Chauca , member IIITEC, IEEE MWSCAS, AOTS and University National of Callao-Peru,
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We choose to do the greenhouse automation because it is a great idea, since it would allow, for example, to grow plants that grow in heights on a level ground simulating the climate, and automation would allow greater efficiency of results and greater production, This paper aims to explain the operation of an automated greenhouse, for which we use different components that help us to better control the greenhouse, such as: temperature sensor, humidity sensor, among others. It will explain why each component was chosen and how it will help us, so that the reader can better understand our work, and explain the process of the installation of the greenhouse.
Palabras Clave: Invernadero, Luz.
Arduino,
Sensores,
Automatización,
Nomenclatura: PWM: Modulación por ancho de pulso.
I. Este proyecto se hizo con la finalidad de prevenir la escasez de productos obtenidos por cultivo en cualquier tipo de circunstancia, mediante la elaboración de un invernadero, este nos permitiría por ejemplo en caso de algún desastre natural que impida el paso del producto de una región a otra, poder cultivar el producto en la región afectada. Se consideró en este proyecto el cultivo del limón, ya que en estos últimos días el limón sufrió de un alza de precio, debido a que es difícil el traslado de limón de una región a otra, esto no solo permitirá que se obtenga el limón, si no también obtener el limón a un precio bajo , accesible para los consumidores . Para la realización de un invernadero es necesario conocer los factores que rigen el buen funcionamiento de este mismo, como son: la temperatura, la humedad, la presión, entre otros aspectos. Para esto se utilizó ciertos sensores y actuadores que nos ayudó a tener un buen control de cada factor. La automatización de un invernadero tiene que generar condiciones de microclima adecuado para el cultivo de la planta, y es beneficioso ya que genera mayor productividad, con mucha eficacia. Para esto utilizamos:
MICROCONTROLADOR
Para el control de los sensores y actuadores de nuestro proyecto usamos la placa ARDUINO UNO, ya que nos permite controlar de una manera fácil y sencilla estos elementos que se usó, este microcontrolador puede funcionar con energía pública que serviría mucho para hacer trabajos a gran escala, también se puede alimentar de energía renovable.
Sensor de temperatura: Este nos ayudó para tener un buen control de la temperatura, Se utilizó el sensor LM35, ya que tiene ventaja sobre los demás sensores lineales debido a que permite que el usuario no esté obligado a restar una gran tensión para obtener grados centígrados. Es un sensor de Temperatura de precisión, y no requiere de calibración externa o algún ajuste.[4]
Características: Calibrado directamente en grados Celsius(Centígrados). 0,5°C de precisión a +25°C. Rango de trabajo: -55 ºC a +150 ºC Apropiado para aplicaciones remotas. Bajo coste. Funciona con alimentaciones entre 4V y 30V. Menos de 60 µA de consumo. Bajo auto-calentamiento (0,08 ºC en aire estático). Baja impedancia de salida, 0,1W para cargas de 1mA. Para poder controlar este sensor se tuvo en cuenta que dicta la temperatura de acuerdo a este parámetro (10mv/°C), entonces la fórmula a usar en nuestra programación para hallar la temperatura es: = /10 /10(1)
Donde: Xmv: es el voltaje de entrada que en la programación lo leeremos con el comando analogRead().
Características:
Microcontrolador ATmega328. Voltaje de operación: 5V. Voltaje de entrada 7-12V. Voltaje de entrada(Límite):6-20V Corriente continua por pin IO: 40mA. Corriente continua en el pin 3.3V 14 pines digitales de I/O (6 salidas PWM). 6 entradas análogas. 32k de memoria Flash. Reloj de 16MHz de velocidad.
Fig2.-Datasheet del sensor de temperatura LM35
Sensor de Humedad: Se utilizó el sensor HIH-4030.
V= (%RH * 0.0307)+ 0.958 Donde: V: voltios.
Características: Lineal, salida analógica. Tensión de alimentación 4 a 5.8VDC. Diseño de bajo poder, corriente típica de sólo 200μA. Mayor precisión. Rápido tiempo de respuesta. Estable. Dimensiones: 19 x 7,6 mm. En este sensor el voltaje de salida es según la humedad relativa(0.958v.-->0.0% de humedad hasta 4.028v100% de humedad) La mayoría de estos sensores son afectados por la luz brillante, varían algún porcentaje en su salida por variación en el voltaje(se hizo uso de un regulador) y hay una curva por efecto de la temperatura. Podemos hacer nuestra propia escala marcando cada voltaje con su porcentaje de humedad relativa de acuerdo a la tabla:
Voltaje de salida
HR a 25°C
HR a 40°C
1.1115V
5%
5.164%
1.265 V
10 %
10.328%
1.4185V
15%
15.49
1.572 V
20%
20.656
1.7255 V
25%
25.821%
1.879V
30%
30.98%
2.0325V
35%
36.149%
2.186V
40%
41.31%
2.3395 V
45%
46.478%
2.493V
50%
51.642%
2.6465V
55%
56.8%
2.8V
60%
61.97%
2.9535V
65%
67.13%
3.107V
70%
72.299%
3.2605V
75%
77.46%
3.414V
80%
82.62%
3.5675V
85%
87.791%
3.5675V
90%
92.956%
3.8745V
95%
98.12%
4.028V
100%
“103.28%”
También en el invernadero se necesita controlar la iluminación para esto utilizamos fotorresistencia o resistencia dependiente de la luz, es resistente a la humedad gracias a que está compuesta por una célula de Sulfuro de Cadmio altamente estable, encapsulada con una resina epoxi transparente. Su nivel de resistencia aumenta cuando el nivel de luz disminuye. Esto constituye nuestro sensor de luz LDR
Fig 4.-Comportamiento de la resistencia a una longitud de onda Características: Potencia máxima: 90mW. Tensión máxima: 150 Vdc. Temperatura:-25°C a 75°C. Resistencia 10 lux:>50Kohm. Resistencia 0 lux:>0.9 ohm.
La fórmula ideal a 25° Centígrados y 5 voltios es:
%RH = (VOUT – 0.958)/0.0307
(2)
II.
Con una precisión de 3.5%.
A. Diseño:
• Para calcular la desviación por temperatura se utiliza
esta fórmula: True RH = (Sensor RH)/(1.0546 – 0.00216T)
(3)
Donde: T en °C • Para conocer el voltaje de salida a partir de la humedad
relativa:
(4)
Fig5.- Diagrama del invernadero
Primero se empezó por el control de la temperatura, donde se fijó una temperatura en la programación de 27°c ala que le denominaremos temperatura definida, entonces colocamos nuestro sensor de temperatura, si este detecta una temperatura menor o mayor a la temperatura definida entonces se activará un sistema de enfriamiento o de calefacción según sea el caso.
Posteriormente se pasó al control de la humedad, en donde se colocó nuestro sensor de humedad, para el control de este sensor el microcontrolador recibirá valores de tensión que indican el porcentaje de humedad relativa, en caso de insuficiencia de humedad por el microcontrolador manda una señal a una etapa de potencia para la activación de electro válvulas para realizar el riego donde sea necesario.
Luego instalamos la iluminación, se debe saber que con una mayor calidad de iluminación se puede mejorar el crecimiento y el valor nutritivo de las plantas, para esto se utilizó la fotorresistencia.
Fig.6.-Circuito de conexión del sensor de temperatura al microcontrolador
Se hizo pruebas al sensor de humedad, para verificar su correcto funcionamiento, ya que de acuerdo al resultado de este, se activará la electrobomba, para ello se utilizó el siguiente circuito.
B. Programación: Como antes mencionado, para la parte del control de los sensores y actuadores se utilizó el microcontrolador ARDUINO UNO, en dónde se programó las funciones respectivas. A continuación se mostrará parte de la programación, que controla el sensor de temperatura. Aquí se utilizará la fórmula (1). constint sensor=0; constintledrojo=5; constintledblanco=6; longmilivolts; longtemperatura; intbrillo; void setup() { Serial.begin(9600);
Fig7.- Conexión del Sensor de humedad al ARDUINO UNO
III. RESULTADOS:
} void loop() { milivolts=(analogRead(sensor)*5000L)/1023; temperatura=milivolts/10; Serial.print("temperatura: "); Serial.print(temperatura); Serial.println("°C"); delay(1000); brillo=map(temperatura,10,40,0,255); brillo=constrain(brillo,0,255); analogWrite(ledrojo,brillo); analogWrite(ledblanco,255-brillo);
Correcto funcionamiento de nuestros sensores. Garantía de tener una producción de buena calidad, debido al correcto control de los factores climáticos adversos al cultivo.
IV. CONCLUSIONES:
} C. Pruebas: Se realizó la prueba al sensor de temperatura, para comprobar su correcto funcionamiento, y así generar la temperatura necesaria para el invernadero, para ello se utilizó el siguiente circuito, en el cual se muestra la conexión del sensor y led al microcontrolador.
Ya que nosotros simulamos el clima correspondiente al cultivo entonces podemos cultivar productos fuera de época. La resistencia del fotorresitor LDR disminuye directamente proporcional al aumento de la luz ambiental. A nivel empresarial se llega a tener un ahorro de tiempo y costos económicos debido a que todos los procesos son automáticos ya que es un invernadero automatizado.
V. OBSERVACIONES:
Calibrar todos los elementos a usar: los sensores, actuadores, debido a que estos son necesarios para los sistemas de riego , de calefacción , de enfriamiento, entre otros.
VI.
Realizar distintas pruebas al sensor de temperatura y comparar con la tabla (1). Mejorar la iluminación debido a que esto ayuda a tener mayor calidad de producción, tener un cultivo más nutritivo.
VII. En primer lugar agradecemos al profesor que con este trabajo nos ayuda a relacionarnos más con la tecnología, permitiéndonos aprender nuevos conceptos o perfeccionar temas ya aprendidos, también por habernos orientado en la realización de nuestro trabajo. Agradecemos a nuestros padres por el apoyo económico y moral hacia nosotros.
VIII. Libros:
[17].
SENSSORES Y ACTUADORES –SEAT.
[18].
SENSORES Y ACTUADORES EN MOTORES.
Links: [19]. https://sites.google.com/site/ronnyf7/p8 [20]. https://www.pce-instruments.com/espanol/sistemasregulacion-control/sensorica/sensor-humedadkat_158678_1.htm
IX. Nació en lima el 15 de Mayo de 1997. Estudiante de pregrado en la Universidad Nacional del Callao-Perú, cursando el V semestre de la carrera de Ingeniería Electrónica.
[1]. MICROCONTROLADORES. Tercera edición-pag100. [2]. CURSO PLC Y ROGRAMACION-todo sobre PIC-José Bustamante [3]. SENSORES Y ACTUADORES –APLICACIONES EN ARDUINO-AUTORES: Leonel G., Jesús Mares Carreño, Griselda S. [4]. SENSORES Y ACONDICIONADORES 4°edición-Autor:Ramón Pallas Areny
DE
SEÑAL-
[5]. GUIA PRACTICA DE SENSORES-Antonio Serna Ruiz,Francisco Antonio Ros García,Juan Carlos Rico Noguera [6]. SENSORES ELECTRICOS-Aplicable en informática, mediciones, regulación y control automático-Autores: Marcelo Antonio Sobrevila y Alejandro Marcelo Sobrevila. [7]. MECATRONICA-CONTROL Y AUTOMATIZACIONFernando Reyes Cortes, Jaime Monjaras, Emilio Vargas Soto. [8]. ARDUINO-Aplicaciones en robótica, mecatrónica e Ingernierías [9]. ELECTRONICA-2°Edición-Autor:Allan R. Hambley [10].
SENSORES Y ANALIZADORES-Harry N. Norton
[11]. ARDUINO-curso Torrente Artero
práctico
de
formación-Oscar
[12]. MECATRONICA-SISTEMAS DE CONTROL ELECTRÓNICO EN INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA-2°EDICION-W. BOLTON [13].
ELECTRONICA para todos-Tomo 5-SALVAT
[14]. DISPOSITIVOS OPTOELECTRONICOS-José Ramón Sendra [15]. SENSORES Escobar, 2011
OPTICOS-
Angelica
[16]. SENSORES Conde,1996
INFRARROJOS-
Mesa,
Concepcion
Nació en 1995 el 3 de septiembre, Estudiante de pregrado en la Universidad Nacional del Callao-Perú, cursando el V semestre de la carrera de Ingeniería Electrónica.
Andres Perez
Nació el 20 de Abril de 1997 Estudiante de pregrado en la Universidad Nacional del Callao-Perú, cursando el V semestre de la carrera de Ingeniería Electrónica.
Nació el 19 de Agosto de 1997. Estudiante de pregrado en la Universidad Nacional del Callao-Perú, cursando el V semestre de la carrera de Ingeniería Electrónica.
Nació el 9 de febrero de 1996 Estudiante de pregrado en la Universidad Nacional del Callao-Perú, cursando el V semestre de la carrera electrónica
