Sistema De Riego Automático.docx

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Investigación del tema escogido Control de sistema de riego automático Riego: Se definen el riego como el aporte artificial de agua a la tierra, con el fin de suministrar a las especies vegetales la humedad necesaria para su desarrollo (Israelsen y Hansen, 1962 citado por Capraro F; Tosetto S. & serman F. (2010)). Se complementa esta definición al considerar que el riego sigue los siguientes objetivos: compensar deficiencias de humedad en el suelo, mejorar las condiciones ambientales del suelo y el cultivo, y aplicar nutrientes y medios protectores (Nugteren, 1970 citado por Capraro et. al (2010))). Control automático: Los controles automáticos comparan el valor efectivo de la salida de una planta con el valor deseado, determina la desviación y produce una señal de control que reduce la desviación a cero o a un valor pequeño. La forma en que el control automático produce la señal de control recibe el nombre de acción de control. (EcuRed) Para que el riego sea eficiente, uno de los factores más importantes es la correcta programación del mismo. La programación del riego corresponde al conjunto de procedimientos técnicos que permiten decidir cuándo y cuánto regar. (Capraro et. al (2010)) El sistema de riego debe ser capaz de aplicar la cantidad justa de agua para cubrir el consumo hídrico del cultivo. En este sentido, el riego puede ser entendido como la aplicación artificial de agua a un perfil de suelo de manera oportuna, con el objetivo de mantener constante el balance hídrico del sistema suelo-plantaatmosfera (Allen et. al, 1998 citado por Capraro et. al. (2010)). La programación del riego se lleva a cabo con un controlador de riego. La estructura del controlador pueden diferenciarse entre: lazo abierto (figura 1) o lazo cerrado (figura 2). En los sistemas de riego presurizado, como lo es el riego por goteo o con microaspersores, la acción de control consiste en abrir y cerrar una válvula solenoide que permite la circulación o corte de agua. (Capraro et. al. (2010))

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Imagen 1: lazo abierto y cerrado. (Capraro et. al. (2010))

Variables a controlar: Temperatura: Propiedad física que se refiere a las nociones comunes de calor o ausencia de calor. Es una de las magnitudes más utilizadas para describir el estado de la Atmósfera. (EcuRed) Humedad: La humedad es el agua de que impregna un cuerpo o, también, el agua, en forma de vapor, que está presente en la atmosfera. (Significados) 

Humedad atmosférica: En Meteorología, como humedad atmosférica se denomina la cantidad de vapor de agua que hay en la atmósfera. Como tal, es medida con el higrómetro. (Significados)

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Humedad del aire: La humedad del aire es el vapor de agua presente en la atmósfera. Como tal, el vapor de agua se origina por la evaporación de las aguas marinas y continentales (ríos, lagos, etc.), así como aquella que proviene de los seres vivos, como los animales y las plantas. (Significados)

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Humedad absoluta: Como humedad absoluta se denomina el peso del vapor de agua que, por unidad de volumen, contiene el aire de ambiente. Por lo general, se mide en gramos por metro cúbico. (Significados)

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Humedad relativa: La humedad relativa es el porcentaje de la masa de vapor de agua que hay en un volumen de aire, y la que este tendría si estuviera saturado. Mientras más próximo se encuentra este valor a 100% es indicativo de que más húmedo está el ambiente. (Significados)

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Humedad del suelo: Como humedad del suelo se denomina la cantidad de agua que, por volumen de tierra, hay presente en un terreno. Como tal, es una característica fundamental para la formación, conservación, fertilidad y productividad de los suelos, así como para la germinación, crecimiento y desarrollo de las plantas. (Significados)

Sensores a implementar: DTH11: sensor digital de temperatura y humedad. Utiliza un sensor capacitivo de humedad y un termistor para medir el aire circundante, y emite una señal digital en el pin de datos (no se necesitan pines de entrada analógica). (Invent Electronics) LM35: es un circuito integrado de precisión que actúa como un sensor de temperatura calibrado directamente en grados centígrados, por cada grado centígrado medido,

entregara

en

su

salida

un

valor

de voltaje de 10

ejemplo: 150ºC equivale a 1500mV; -55ºC equivale a -550mV. (EcuRed)

mV,

por

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Controlador: Arduino Mega 2560: es un tablero de microcontroladores basado en el ATmega2560 . Tiene 54 pines digitales de entrada / salida (de los cuales 15 se pueden usar como salidas PWM), 16 entradas analógicas, 4 UART (puertos serie de hardware), un oscilador de cristal de 16 MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, un encabezado ICSP, y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para soportar el microcontrolador.

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Introducción El presente trabajo propone el diseño y desarrollo de un control para sistema de riego automático que permita la supervisión y el manejo de la variables humedad y temperatura por medio de un controlador arduino mega 2560 y display lcd, que posibilite la visualización de dichas variables, Para garantizar la precisión en la aplicación de riego e indicar la temperatura del sistema a monitorear, con el fin de dar un adecuado desarrollo al problema a resolver para el trabajo final.

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Planteamiento del problema El desarrollo en las nuevas tecnologías implementadas en la agricultora es cada vez más importante para lograr un aumento en la sostenibilidad de los cultivos, esto genera la creación de nuevos métodos que permitan mejorar el sistema de riego, controlando variables como humedad y temperatura para lograr precisión del mismo y disminuir el desperdició de agua producto de un riego excesivo que afecta el medio ambiente. El presente trabajo propone el diseño y desarrollo de un control para sistema de riego automático que permita la supervisión y el manejo de la variables humedad y temperatura por medio de un controlador arduino mega 2560 y display lcd, que posibilite la visualización de dichas variables, Para garantizar la precisión en la aplicación de riego e indicar la temperatura del sistema a monitorear con el fin de mitigar el consumo de agua en el riego y garantizar un óptimo desarrollo del cultivo.

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Justificación La mayor parte de consumo de agua, se encuentra en el sector agrícola, producto de grandes extensiones de tierra cultivadas con riego excesivos que conllevan a al desperdicio del agua, siendo necesario tomar medidas para hacer uso eficiente de la misma. “Generalmente en la agricultura se tienen altos consumos de agua causados por la sobre irrigación, lo cual no sólo genera un desperdicio de agua, sino que también, debido a los agroquímicos disueltos, provoca la contaminación de corrientes de agua superficiales y subterráneas” (IMTA, 1995 citado por Capraro et. al. (2010)). Desarrollar exitosamente este proyecto, permitirá contar con un control de un sistema de riego automático, que posibilite la supervisión y manejo de las variables humedad y temperatura, para mitigar el impacto ambiental que generan los riegos tradicionales, permitiendo ahorra en el consumo de agua y disminuir la contaminación de la corrientes de agua producto del riego excesivo.

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Objetivos Objetivo General Diseño y desarrollo de control para sistema de riego automático con supervisión de la variables humedad y temperatura. Objetivo Especifico 

Diseñar un control para un sistema de riego automático.

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Identificar y relacionar las Variables humedad y temperatura para su supervisión y control

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Desarrollar un sistema de riego automático que permita la supervisión y control de las variables humedad y temperatura.

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Metodología Para el desarrollo del trabajo se implementará una metodología de investigación y simulación por medio de la revisión y análisis de información sobre sistemas de riego, además de realizar la implementación y validación de funcionamiento del sistema en el simulador. Determinando e implementado el sistema de control para el manejo del riego y supervisión de variables humedad y temperatura.

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Diseño del prototipo a mostrar El problema pide realizar un control de sistema de riego automático con medición de humedad, temperatura (promedio) 3 sensores de humedad y 3 de temperatura, con indicación de variables y control de 3 servomotores (compuertas) con aperturas variables de 0, 50.75, 100% dependiendo la variación de humedad. Con 3 setpoint variables por medio de 2 pulsadores por salida controlada, uno de humedad y uno de temperatura. La humedad se simula con el sensor dth11

El esquema cuenta con un controlador arduino Mega 2560 para el control y un display LCD para la supervisión de las variables humedad y temperatura, los sensores que se implementaron fueron el LM35 (Temperatura) y el DTH11 (Humedad).

Esquema General

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sensado

•lectura de variables humedad y temperatura promedio •adecuación de señales

control

•automatización del proceso •manipulación de compuertas por medio de servomores •Programación

visualización

•indicar 3 variables porcentuales de humedad y una variables de temperatura producto de la lectura promedio de los 3 sensores •indicador de la manipulación del setpoint

simulación

•ejecución del programa •indicador del funcionamiento del control del sistema de riego.

validación

•verificar visualización de variables •verificar apertura de compuertas, es decir, accionamiento de servomotores •verificar control del setpoint

Análisis de resultados 

Se logra obtener una respuesta óptima en el control de apertura de las compuertas por medio de servomotores a partir del valor porcentual de humedad que es establecido

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por pulsadores para lograr la adecuación del setpoint del sistema, implementando un control de lazo cerrado en el dispositivo. 

Se visualiza los valores de humedad y temperatura por medio de un LCD donde se muestra 3 valores porcentuales de humedad y un valor de temperatura producto del promedio de los 3 sensores LM35.

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El control del sistema de riego se puede realizar con una tarjeta más pequeña como arduino mini o nano, disminuyendo los pines usador por el LCD, implementando un adaptador I2C que permite la comunicación serial con el display, permitiendo usar los otros pines para los actuadores y lecturas digitales.

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Para la lectura del sensor de temperatura LM35 es necesarios utilizar una fórmula que permita la conversión de los milivoltios generados en el LM35 a un código en bit de 1024, correspondiente a la lectura análoga de 5v en el arduino.

Conclusiones

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El desarrollo de este tipo de problemas da inicio a nuevas alternativas de control, como planteamiento de soluciones en problemáticas reales, que puede ayudar a optimizar procesos industriales, ayudando a mitigar los errores humanos en un proceso productivo.

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Con el presente trabajo se lograr comprender e interpretar las diferentes formas y variaciones de señales indicadas por los sensores, aplicando diferentes métodos de programación o en electrónica que permita adecuar esas señales para un lectura adecuadas, que permita la visualización del valor establecido para la medición de las variables. Como por ejemplos, la adecuación de la señales del sensores de temperatura por medio de fórmala matemática en el controlador, o la implementación de un amplificador operacional que permita adecuar esa señales a un rango manejado por la entrada análoga del controlar.

 se pueden implementar en diferentes métodos para tecnificar procesos, sistemas de bajo costo como Arduino que proporcionan grandes herramientas para desarrollar prototipos, generando nuevas ideas que permitan la interacción entre el medio y la maquina para mejorar el control de dicho proceso.

Referencia o fuente utilizada para el desarrollo de la problemática

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Capraro F; Tosetto S. & serman F. (2010). Laboratorio virtual y Remoto para simular, monitorizar y controlar un sistema de riego por goteo en olivo. San Juan, Argentina. Recuperado de https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1697791210700108

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EcuRed. Control automático. Recuperado de https://www.ecured.cu/Control_autom%C3%A1tico

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Invent electronics. DHT11 INTERRUPCIÓN DEL SENSOR DE TEMPERATURA Y HUMEDAD. Recuperado de https://www.inventelectronics.com/product/dht11temperature-humidity-sensor/ EcuRed. LM35. Recuperado de https://www.ecured.cu/LM35

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Significados. Significado de humedad. Recuperado de https://www.significados.com/humedad/

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EcuRed. Temperatura. Recuperado de https://www.ecured.cu/Temperatura

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