MONITOREO Y CONTROL INALMBRICO DEL BROTE DE SOJAWIRELESS MONITORING AND CONTROL OF BEAN SPROUTErnesto Zayas-Olguin1; Liliana Wilson-Herrn1; David Haro-Trasvia1; Gilberto Garca-Bez1.1Alumno Instituto Tecnolgico de Los Mochis, Departamento de Ingeniera Elctrica y Electrnica,Blvd. Juan de Dios Batiz y 20 de Noviembre, Los Mochis, Sinaloa.

RESUMENEl presente trabajo describe el desarrollo de un sistema de monitoreo y control inalmbrico del cultivo de brote de soja con capacidad de comunicarse inalmbricamente. El sistema est constituido por dos partes importantes: la adquisicin de los datos y control se realiza por medio de un microcontrolador arduino y un mdulo de comunicacin inalmbrica xbee S1 basado en protocolo de comunicacin DIGIMESH, el cual enviar los datos, as mismo incluye una herramienta de software para el monitoreo del proceso con la finalidad de centralizar la informacin y mostrar los sucesos del proceso en una computadora. Para llevar a cabo el monitoreo de las variables del proceso se utiliza el termmetro digital DS18B20 con capacidad de operar en red, de igual forma un sensor de humedad relativa DHT11 para el monitoreo de la humedad.Palabras clave: digimesh, mesh, 1-wire.

SUMMARYThis work describes the development of a Wireless monitoring and control system of bean sprout cultivation with capacity to communicate wirelessly. The system is formed by two important parts: the data acquisition and control is performed by a arduino with a shield module to adapt a Xbee S1 to send data wirelessly and a software tool for monitoring and control of the process in order to centralize information and display events of the process by computer. For monitoring of the process variables is used a DS18B20 digital thermometer with capacity to work in network, the same way a relative humidity sensor DHT11 for monitoring of the humidity.Keywords: digimesh, mesh, 1-wire.

INTRODUCCINHoy en da en la regin norte del estado de Sinaloa, el proceso de produccin del brote de soja es muy rudimentario. Ya que no cuentan con un sistema de monitoreo y control automatizado.Para cultivar el brote de soja se requiere un contenedor y tul o jarcia. Primeramente se llena un cuarto del contenedor con las semillas y se aade agua para que estn en remojo, despus de un lapso de 8 a 12 horas, se drena el agua y en funcin del clima donde se cultiva se estima un tiempo para lavar la semilla del brote de soja. Tambin se expone a la luz del sol por 4 horas y se deja en reposo en un lugar clido y oscuro por 20 horas para favorecer el germinado.Este proceso se repite durante 3 o 5 das en funcin del clima, cuando los brotes tienen una longitud de pulgada ya pueden ser cosechados y refrigerados. Hay que prestar atencin al proceso de germinado, ya que el no hacerlo puede perjudicarnos ya sea perdiendo el producto o disminuyendo la produccin.Por cada kilo de semilla de brote de soja se puede obtener de 5 a 8 kilogramos ya germinado. Las temperaturas optimas de la semilla esta entre los 25C y los 33, en caso de exceder o disminuir la temperatura de estos rangos podra perjudicar el germinado de la semilla. Al automatizar este proceso podemos optimizar la produccin sin tener la necesidad de intervenir en alguna etapa del proceso, simplemente en el llenado de los contenedores con semilla y en la cosecha, ya que el riego y exposicin al sol seran automticos.De esta manera la produccin aumentara al mantener las condiciones ptimas para el germinado de la semilla proporcionando mayores ganancias al productor.Por esto proponemos automatizar el proceso por medio de unidades de control por secciones, las cuales se harn cargo de cierta cantidad de contenedores y enviarn remotamente sus datos a la unidad de monitoreo. La unidad remota se manejar mediante protocolo de comunicacin inalmbrica denominado DIGIMESH, el cual nos permite operar en topologas de redes complejas como: malla y rbol para recopilar los datos de las unidades de control.Haciendo referencia a las capacidades funcionales del termmetro digital DS18B20 y el sensor de humedad DHT11, cabe destacar el protocolo de comunicacin que maneja llamado 1-wire, que es un protocolo de comunicacin en serie basado en un bus, un maestro y varios esclavos de una sola lnea de datos en la que se alimentan y por su puesto la tierra comn en todos los dispositivos.Anteriormente se mencion las topologas en que puede operar el protocolo digimesh, las cuales son malla y estrella.La topologa malla es un diseo descentralizado en el cual cada nodo de la red se conecta al menos a otros dos nodos lo que nos indica que si algn nodo se encuentra dentro del rango de un nodo de la red este formara parte de la red y permanecer comunicado las topologas de malla pueden ser parciales o completas.

Topologa malla completa y parcial

Por otro lado la topologa estrella es una de las topologas ms comunes en LAN, esta consiste en conectar todas las estaciones a un punto central y todas las comunicaciones se harn a travs de este

Topologa estrella

La ventaja principal del protocolo digimesh que utilizaremos es el no tener la necesidad de un Router para crear una red y asociar los nodos sino que este puede crear su propia red.El proceso se secciona en una unidad de monitoreo, un control general y 2 controles de contenedores, cabe mencionar que el nmero de controles de contenedores podra aumentar, dependiendo de la capacidad de produccin, el aumento de controles de contenedores no afectara el funcionamiento.La forma en que se comunicar el sistema ser el siguiente.

DESARROLLOEl sistema est conformado por 3 unidades de control remotas implementadas con arduino uno y un mdulo Xbee para la comunicacin inalmbrica. Estos mdulos se harn cargo del control de los estanques y del control del cuarto.

Mdulo de estanquesEste mdulo controla el riego de la semilla del brote de soja ya sea por temperatura o por tiempo, para esto se toma en cuenta la temperatura de la semilla y la temperatura del agua de entrada.Para la medicin de la temperatura se utiliz el sensor DS18B20 con encapsulado para poder sumergirlo en agua, este sensor es digital y se comunica por 1-wire. Se utilizaron 4 sensores para el control de dos estanques, uno toma la temperatura de la semilla y el otro la del agua entrante.Cuando la temperatura excede de 33C o se cumplan 3 horas se activa el riego del estanque que sobrepas la temperatura y se detendr cuando la sta descienda a los 25C.

Mdulo de control generalEste mdulo se encarga del control de las variables del cuarto donde se encuentran los estanques, es decir, este controla la humedad y la entrada de luz para la planta.Para el control de humedad del cuarto se utiliza el sensor DHT11, un sensor digital comunicado por 1-wire. El rango de humedad en el que opera es entre 80% y 70 %. Cuando la humedad sobrepase el 80% se activa un ventilador extractor para reducir la humedad relativa hasta descender del lmite inferior donde se apaga el ventilador. La exposicin a la luz se realiza durante 4 horas y el resto de las horas del da la semilla se mantiene a oscuras para el germinado. Para exponer a la luz la semilla, se abren unas compuertas en el techo durante 4 horas y luego se cierran. Realizando esta funcin todos los das hasta su cosecha.

Recoleccin de los datosLa recopilacin de los datos se lleva a cabo por una herramienta de software creada en labview, la cual muestra los valores de cada variable, sus lmites superiores e inferiores y los estados del actuador en tablas para cada unidad de control.

Tambin cuenta con 2 ventanas de visualizacin grficas las cuales muestran las variables reales del proceso de cada unidad de control.

Ventana de unidad de control de contenedores.

Ventana de unidad de control general del cuarto

Etapa de potenciaPara la etapa de potencia se utiliz un circuito sencillo de un opto acoplador que activa un triac que nos permite encender las bombas de CA de riego y el ventilador.

Las entradas digitales que activan los actuadores son de 5v de CD y la seal de salida de activacin puede ser de 110v de CA.

PRUEBAS Y RESULTADOSEl sistema desarrollado fue probado en una pequea maqueta poniendo a prueba la comunicacin y la lgica del funcionamiento.Para la prueba de comunicacin primeramente se puso a prueba cada unidad de control por separado durante media hora. Se observ que cada 3 segundos se actualizaban los datos sin tener falla alguna, de igual manera la lgica de funcionamiento.Posteriormente se probaron todas las unidades de control a la vez y notamos que se tardaba un poco en recibir los datos, aunque no se presentaron fallas en la recepcin de los datos.

CONCLUSIONESLas comunicaciones inalmbricas se pueden utilizar en cualquier aplicacin deseada, permitindonos manejar gran cantidad de datos utilizado aire como medio, de esta manera se ahorran costos de cableado, mantenimiento e instalaciones. En este caso la utilizamos para el monitoreo y control de cultivo de brote de soja, donde se desenvuelve sin problemas, permitindonos operar de una manera fcil y sin mucho cableado, el cual podra daarse por el tipo de proceso.

BIBLIOGRAFIAhttp://www.institutotomaspascualsanz.com/descargas/formacion/publi/LibroSoja.pdfhttp://www.dte.us.es/personal/jropero/Tema3Transp.pdfhttp://www.digi.com/pdf/wp_zigbeevsdigimesh.pdfhttp://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01199a.pdf