Elaboración de Una Herramienta Para La Medición de Humedad Del Suelo y Temperatura Del Ambiente Para El Campo

ELABORACIÓN DE UNA HERRAMIENTA PARA LA MEDICIÓN DE HUMEDAD DEL SUELO Y TEMPERATURA DEL AMBIENTE PARA EL CAMPO Jhoni Maike da Silva Diedrich; Kevin Velastiqui; Luis Carlos Ortiz, Universidad Privada del Este, Paraguay  [email protected]  jhonimaike@g mail.com;; [email protected] [email protected];; [email protected]

Resumen

El presente trabajo de investigación consiste en la fabricación un dispositivo de medición de temperatura y humedad del ambiente a bajo costo, basado en el sistema Arduino, se ha recogido y analizado las necesidades de los  pequeños agricultores que muchas veces veces no pueden acceder a una herramienta tecnológica por el alto costo que esto implica. La Metodología del este trabajo es de enfoque cualitativo de alcance exploratorio cuya técnica de muestreo es de tipo no probabilístico, transaccional, y las técnicas de recolección de datos utilizadas son el cuestionario y entrevista. En el presente trabajo se ha diseñado e implementado una herramienta informática de medición de temperatura del ambiente y humedad relativa del suelo  basada en la plataforma Arduino y dotada de sensores para la medición

de

las

variables

con

la

hipótesis

“La

implementación de una herramienta de recolección de datos climáticos facilita el proceso de acompañamiento de cultivos en el campo.” Y cuyos resultados de la investigación

constataron que la hipótesis de investigación es cierta y se ha cumplido con todos los objetivos propuestos en investigación. I. I NTRODUCCIÓN La agricultura tiene una gran importancia en la economía de nuestro país debido a su significativa contribución a la  producción interna y el empleo, así como por su aporte en la exportación, básicamente nuestro país depende de la agricultura. Mujeres y hombres participan en forma diferente en las diversas actividades agrícolas, como la producción  pecuaria o la de cultivos de exportación. Dado que las repercusiones de la liberalización del comercio en estos sectores no son iguales, sus efectos sobre mujeres y hombres también son diferentes; pudiendo ampliar o reducir las disparidades de género existentes. Por otra parte, dado que a menudo la formación y aptitudes de mujeres y hombres, así como sus ingresos son distintos, también difiere su capacidad de respuesta ante los cambios en las políticas. Así pues, la liberalización del comercio repercute en forma distinta en las mujeres y los hombres porque son diferentes las respectivas funciones de ambos en la agricultura y la posición que históricamente han tenido en relación al acceso y el manejo de los recursos productivos según García (2006). Consiguientemente así surge la idea fabricar un dispositivo de medición de temperatura y humedad del

ambiente a bajo costo basado en el sistema Arduino, analizando las necesidades de los pequeños agricultores que muchas veces no pueden acceder a una herramienta tecnológica por el alto costo que esto implica. De esta forma queremos ayudar a estos horticultores específicamente en la ciudad de Santa Rita que tengan acceso, un aplicativo y hardware de bajo costo que les ayude tomar las temperaturas del aire y humedad del suelo, pudiendo así disminuir las  pérdidas en sus cosechas. cosechas. En el presente trabajo se realiza e implementa una herramienta informática de medición de temperatura del ambiente y humedad relativa del suelo basada en obtener las medidas de temperatura y humedad del suelo. La herramienta está basada en la plataforma de Arduino dotada de sensores  para medir la temperatura ambiente y humedad del suelo y almacenar dicha información y ser visualizada en tiempo real mediante consultas por mensajes texto y tener un control de las mismas. Después de implementar la herramienta en el campo se procede a realizar las consultas de temperatura y humedad para que luego dicha información sea guardada en un fichero de bloc de notas. II. DESAROLLO Dispositivos electrónicos utilizados para la construcción del dispositivo La placa controladora GBoard v1.0 Según ITEAD (2013) la placa controladora utilizada fue la ITEAD GBoard v1.0, es una placa Arduino única que cuenta con un módulo SIM900 GSM / GPRS, un zócalo XBee, nRF24L01 + interfaz del módulo y un controlador ATmega328P. La cual es programada utilizando lenguaje C/C++, la misma tiene un costo muy reducido.

Figura 1. Placa GBoard v1.0 Sensor de temperatura y humedad ambiente Sensor DHT11

Alonso (2014) afirma que: Para obtener la temperatura ambiente se puede utilizar el sensor DHT11 porque es un sensor bastante económico que  permite realizar mediciones de temperatura y humedad. El DHT11 no utiliza una interfaz serial estándar como I2C, SPI o 1Wire. En cambio, requiere su propio protocolo para comunicarse a través de un solo hilo. Afortunadamente el  protocolo es simple y puede implementarse implementarse tranquilamente usando los pines de I/O en un PIC o cualquier otro micro controlador. Este sensor está hecho a base de otros 2 sensores, un sensor capacitivo de humedad y un termistor. Además de esto cuenta con un pequeño chip que hace las conversiones de señal análogo a digital generando una única señal digital con la temperatura y la humedad.

semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico capaz de generar una corriente.

Figura 4. Placa de Panel Solar Fotovoltaica. Placa de programación USBtinyISP AVR Es un programador de micro controlador AVR de código abierto y la interfaz SPI. Es de bajo costo, fácil de hacer, funciona muy bien con avrdude, es compatible con AVRStudio y compatible con Windows, Linux y Mac OS X según Kamiyama, Mori, Kawahara, Harada y Hasegawa (2009) .

Figura 2. Sensor DHT11 Sensor de humedad de suelo HL-69 Según Silva (2005) en sensor de humedad HL  –  69 consiste en dos placas separadas entre sí por una distancia determinada. Al verificar esta placa se observa que están recubiertas de una capa de material conductor. Si existe humedad en el suelo se creará un puente entre una punta y otra, lo que será detectado por un circuito de control con un amplificador operacional que será el encargado de transformar la conductividad registrada a un valor analógico que podrá ser leído por Arduino.

Figura 5.USBtinyISP Programador AVR. Conversor USB a TTL UART La tarjeta USB-TTL crea un COM virtual y crea una interfaz hacia UART TTL, ideal para comunicar el PC con tu PIC, Atmega u otro micro controlador según Shamoun, Cohen, Sarne y Miller (2015).

Figura 3. Sensor HL-69 Panel de Placa Solar Fotovoltaica 10w 18v Desde las primeras aplicaciones de paneles solares Ralph y Linder (1995) afirman que: Un panel solar (o módulo solar) es un dispositivo que aprovecha la energía de la radiación solar. Los paneles fotovoltaicos: están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad. Las celdas a veces son llamadas células fotovoltaicas, del griego "fotos", luz. Estas celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energía lumínica produce cargas positiva y negativa en dos

Figura 6. Conversor USB a TTL UART. Batería 12v 7Ah Porciuncula, Oliveira, Sausen, y Sausen (2011) afirman que: Se denomina batería, batería eléctrica, acumulador eléctrico o simplemente acumulador, al dispositivo que consiste en una o más celdas electroquímicas que pueden convertir la energía química almacenada en electricidad. Cada

celda consta de un electrodo positivo, o ánodo y un electrodo negativo, o cátodo y electrolitos que permiten que los iones se muevan entre los electrodos, facilitando que la corriente fluya fuera de la batería para llevar a cabo su función.

Figura 7. Batería 12v 7Ah Controlador de carga para panel solar 6V/12V 2Ah Porciuncula, Oliveira, Sausen y Sausen (2011) afirman que: Un controlado de carga es un dispositivo encargado de  proteger a la batería frente a sobrecargas y sobre descargas  profundas. El regulador de tensión controla constantemente constantemente el estado de carga de las baterías y regula la intensidad de carga de las mismas para alargar su vida útil. También genera alarmas en función del estado de dicha carga. Los reguladores actuales introducen micro controladores para la correcta gestión de un sistema fotovoltaico.

Figura 8. Controlador de Carga Soporte y caja Soporte de metal para panel solar y caja de protección hecha en madera con pintura impermeable para placa, batería, controlador de energía.

Figura 9. Soporte y Caja.

Metodología Enfoque de investigación El enfoque de la investigación es cualitativo. Diseño de investigación  No experimental de corte corte transversal Alcance de investigación Exploratoria. Universo Productores agrícolas del Alto Paraná. Población Productores agrícolas de las ciudades de Santa Rita y Santa Rosa del Monday del Alto Paraná. Muestra Se tomó la muestra de 8 personas de un silo agrícola en la ciudad de Santa Rita y 2 personas de haciendas en la ciudad de Santa Rosa del Monday. Técnica de muestreo Se utilizará el método probabilístico con la técnica de muestreo aleatorio simple y el método no probabilístico con la técnica de muestreo por conveniencia. Perfil de inclusión Empresas de producción agrícolas y personas relacionadas a la producción agrícola. Perfil de exclusión Empresas y personas que no estén relacionadas a las actividades agrícolas Técnica de recolección de datos Se aplicaron cuestionarios con preguntas cerradas con el fin de analizar la importancia de la implementación de esta herramienta en el acompañamiento del cultivo en el campo y entrevistas posteriores a la implementación para a constatar dicha importancia. Técnica de procesamiento de datos Una vez aplicado el instrumento de recolección de datos, se obtendrán los datos numéricos el cual mediante las estadísticas será procesado y representado en gráficos. Y también se procederá a realizar el análisis de las entrevistas  para verificar los resultados. Técnica de muestreo La técnica de muestreo fue del método no  probabilístico por qué no todos los integrantes del universo  pudieron formar parte de la muestra y la técnica fue intencional por que se tomó a los agricultores que realizaron consultas de los datos climáticos con el sistema implementado en sus campos. Delimitación del tema La delimitación del tema en su interés principal es analizar la importancia de desarrollar una herramienta que  permita determinar si el suelo se encuentra apto para realizar cultivos. Delimitación geográfica Santa Rita y Santa Rosa del Monday  –  Alto  Alto Paraná

III. RESULTADOS Posterior a la aplicación del cuestionario se procedió a realizar el ensamblaje y programación del dispositivo para medición de temperatura ambiente y humedad del suelo, luego se dispuso a ponerlo a prueba en la empresa DEKALPAR S.A. una empresa empresa líder en el agro negocio negocio  paraguayo con énfasis en semillas, que contribuye al desarrollo integral y sustentable del sector ubicado en la ciudad de Santa Rita, Alto Paraná, el dispositivo fue ubicado en una parcela de trigo experimental ubicada en las instalaciones de la empresa, dejando a cargo a un técnico en el área para realizar las mediciones de temperatura ambiente y humedad del suelo a través de mensajes de texto realizados con un dispositivo de telefonía móvil por 30 días. Luego se trasladaron los equipos en dos haciendas a la Ciudad de Santa Rosa del Monday con un periodo de 15 días en cada hacienda donde los dueños realizaron las consultas a través de mensajes de texto al dispositivo para tener información sobre el estado del suelo.

Roma. Recuperado de http://www.fao.org/docrep/009/a0493s/a0493s02.htm Itead. (2013). Gboard Arduino Sim900 Gsm Gprs Module  Board Atmega328p for home automation or Robot Recuperado de Control.

https://www.itead.cc/gboard.html Kamiyama, N., Mori, T., Kawahara, R., Harada, S., & Hasegawa, H. (2009). ISP-Operated CDN. In Proceedings IEEE INFOCOM . https://doi.org/10.1109/INFCOMW.2009.5072157 Porciuncula, C., Oliveira, A., Sausen, P., & Sausen, A. (2011). APLICAÇÃO DO MODELO ELÉTRICO BATTERY NA ESTIMAÇÃO DO TEMPO DE VIDA DE BATERIAS UTILIZADAS EM DISPOSITIVOS MÓVEIS. Sbmac.org.br , 285 – 288. 288. Recuperado de http://www.sbmac.org.br/dincon/2011/f http://www.sbmac.org.br/dincon/2011/files/articles/073. iles/articles/073.  pdf

Los resultados de las mediciones fueron analizados y se constató el funcionamiento del dispositivo a través de entrevistas posteriores.

Ralph, E. L., & Linder, E. B. (1995). Advanced solar panel designs. Conference Record of the Twenty Fifth IEEE 300. Photovoltaic Specialists Conference 1996 , 297 – 300. https://doi.org/10.1109/PVSC.1996.564004

IV. CONCLUSIONES La herramienta de medición de temperatura ambiente y humedad del suelo es un ejemplo de desarrollo de tecnología de bajo costo mediante el uso de hardware libre que en este caso sirvió para la monitoreo de la humedad del suelo y la temperatura ambiente en el campo ayudar a conocer el terreno donde se realizara una siembra. Este dispositivo es de fácil construcción y requiere conocimientos básicos en electrónica ni programación, y puede p uede ser fácilmente mejorable y ampliable ya que las placas Arduino tienen esa capacidad, al ser hardware libre se pueden realizar cualquier modificación deseada en el código fuente del mismo.

Shamoun, S., Cohen, R., Sarne, D., & Miller, G. (2015). Combined TTL-based search algorithm. In Proceedings

El dispositivo puede tener múltiples aplicaciones  para el medio ambiente, ya que los datos obtenidos pueden ayudar a conocer las variaciones de la humedad del terreno en función de las condiciones ambientales y, con ello, a realizar riegos adecuados de acuerdo a la temperatura y humedad existentes. Con los resultados demostrados damos por cumplido los objetivos planteados y que la hipótesis de que la implementación de una herramienta de recolección de datos climáticos puede facilitar el proceso de acompañamiento de cultivos en el campo es acertada R EFERENCIAS EFERENCIAS Alonso, J. (2014). Obtener temperatura y humedad con Arduino. Retrieved from http://www.ajpdsoft.com/m http://www.ajpdsoft.com/modules.php?name=Ne odules.php?name=News&fil ws&fil e=article&sid=572 García, Z. (2006).  Agricultura, expansión del comercio y equidad de género . Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación Roma .

of the 2015 14th Annual Mediterranean Ad Hoc  Networking Workshop, MED-HOC-NET 2015 .

https://doi.org/10.1109/MedHocNet.2015.7173172 Silva, G. M. da. (2005). Dispositivos utilizados para medir temperatura. Termopares, 2