![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image038.jpg")
=
ISSN: 2602-8085
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image039.png")
9
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image040.png")
A=
plicación
de un prototipo de control remoto para un galpón de pollos y un invernadero
según parámetros ambientales de la zona
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image041.png")
Applica=
tion
of a remote control protocol for a farm house and a greenhouse according to
zonal environmental parameters
Cristian Germán
Santiana Espín.[1],
Darío Fernando Guamán Lozada.[2],
Juan José Flores Fiallos. [3]
Recibido: 12-09-2019 / Revisado: 10-1=
0-2019
/Aceptado: 20-10-2019/ Publicado: 08-11-2019
Abstract =
DOI: https://doi.org/10.33262/cienciadigital.v3i4.1.998
This work has been developed thinking about the
evolution of agricultural production, so it is applied in a prototype of gr=
eenhouses
and a broiler house, in order to provide the entrepreneur in this area with=
a
tool for remote control and monitoring of their culture or its birds. To ob=
tain
this monitoring, measurements were obtained of the fundamental parameters
involved, such as temperature, relative humidity, CO2, lighting and, for the
greenhouse, as a particular case, soil moisture; Based on these parameters,=
the
control system makes automatic decisions about the lighting, ventilation,
irrigation and activating systems of pumping services for irrigation or
drinking water respectively, all these options were proposed so that it cou=
ld
be monitored and controlled from either of these two stations, linked toget=
her
by wireless Ethernet communication with a point-to-point radio link. For the
measurements several sensors are used for each parameter to be measured loc=
ated
in strategic sites, depending on the extension of the facilities, these data
will be subsequently averaged, for the comparison of the parameterized valu=
es as
minimum and maximum in each installation. Finally, favorable results were
obtained in what corresponds to the system, in its operation it has a stable
system in what corresponds to the communication with an update in the 50 ms
measurements according to the programming, the control of activation and
deactivation of the actuator systems respond under the parameters set by the
operator and above all a very friendly system, not at all complex in its
handling.
Keywords: agricultural production, control =
and monitoring,
parameters, actuators, operator.
Resumen
Este trabajo ha sido desarro=
llado
pensando en la evolución de la producción agrícola, por eso se aplicado en =
un
prototipo de invernaderos y un galpón de crianza de pollos, con el fin de
proporcionar al emprendedor en esta área una herramienta de control y monit=
oreo
remoto de su cultivo o a sus aves. Para conseguir este monitoreo se obtuvo
medidas de los parámetros fundamentales que intervienen, como es la
temperatura, la humedad relativa, CO2, iluminación y para el invernadero co=
mo
caso particular la humedad del suelo; en base a estos parámetros el sistema=
de
control toma decisiones automáticas sobre los sistemas actuadores de
iluminación, ventilación, riego y activaciones de servicios de bombeo para =
el regadío
o para los bebederos respectivamente, todas estas opciones se planteó para =
que
se pudiera monitorear y controlar desde cualquiera de estas dos estaciones,
enlazadas entre sí por medio de una comunicación Ethernet inalámbrica con un
radio enlace de punto a punto. Para las mediciones se usan varios sensores =
por
cada parámetro a medir ubicados en sitios estratégicos, dependiendo de la
extensión de las instalaciones, estos datos posteriormente van a ser
promediados, para la comparación de los valores parametrizados como mínimos=
y
máximos en cada instalación. Finalmente se obtuvo resultados favorables en =
lo
que corresponde al sistema, en su funcionamiento se tiene un sistema establ=
e en
lo que corresponde a la comunicación con una actualización en las medicione=
s de
50 ms de acuerdo a la programación, el control de activación y desactivació=
n de
los sistemas actuadores responden bajo los parámetros configurados por el
operador y sobre todo un sistema muy amigable, para nada complejo en su
manipulación.
Palabras
Claves: Producción agrícola, control y monitoreo, parámetro=
s,
actuadores, operador.
1.
INTRODUCCIÓN
En la crianza de pollitos es crítico
mantener la temperatura correcta, especialmente durante sus tres primeras
semanas de vida (May & Lott, =
2000), esto por la dificultas del animal en
regular su temperatura corporal . La crianza de pollos se ve afectada por la
altura a la cual están expuestos los animales, esto puede dar alteraciones
metabólicas en el control de la temperatura de vivencia (Menocal et al., =
2002).
Para que el pollo de engorde durante su
proceso de crianza es necesario que mantengan sus parámetros micro climátic=
os a
los que están expuestos como: la temperatura, la humedad relativa y la
velocidad del aire (Calvet & Est=
ellés,
2016). Es importante considerar que las condiciones
meteorológicas son cambiantes durante el día y a lo largo del año, con
comportamientos cambiantes dependiendo de las estaciones y la región en don=
de
se instale las naves avícolas (Calvet & Est=
ellés,
2016).
Entre estos parámetros la temperatura =
a la
que debería estar un galpón de pollos oscila entre 26 y 29 °C en donde se t=
iene
una disminución leve de alimento con una ingesta nutricional adecuada, con =
una
humedad relativa de 50 a 70%, teniendo como resumen que a temperaturas <=
10
°C decremento la ganancia en peso, entre los 29 a 32 °C vamos a tener una
disminución en la alimentación y en la ganancia de peso, entre los 32 a 35 =
°C
la alimentación y la ganancia de peso continua disminuyendo, desde 35 a 38 =
°C
disminuye la alimentación e incrementa la bebida y finalmente en temperatur=
as
> 38 °C las condiciones de vida de los pollos se ven amenazadas <=
!--[if supportFields]>ADDIN CSL_CITATION
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ta":{"DOI":"10.1063/1.4958751","ISBN":&q=
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"","family":"Abdullah","given":&quo=
t;A
H","non-dropping-particle":"","parse-names&qu=
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A
A","non-dropping-particle":"","parse-names&qu=
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A
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S
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itle":"Chicken
Barn Climate and Hazardous Volatile Compounds Control using Simple Linear
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s/?uuid=3D0c191159-d0aa-4dc1-94fb-44104edaf7f4"]}],"mendeley"=
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et al., 2016)","plainTextFormattedCitation":"(Abdullah =
et
al., 2016)","previouslyFormattedCitation":"(Abdullah et
al., 2016)"},"properties":{"noteIndex":0},"sc=
hema":"https://github.com/citation-style-language/schema/raw/mast=
er/csl-citation.json"}(Abdullah et al.,=
2016).
Otro de los factores a monitorear y
controlar es con respecto a la contaminación interna del aire esto dice que=
los
pollitos pueden comenzar a intoxicarse con la presencia de 20ppm de amoniac=
o,
esto puede llevar a una reducción considerable del peso, mientras que la al=
ta
concentración del sulfuro de hidrogeno puede causar problemas respiratorios=
en
los animales (Abdullah et al.,=
2016).
En cuanto al uso de invernaderos para =
el
cultivo de vegetales, Steta, V, &
Qro-bernal ( 2004) dice que en el mundo el tomate es el
vegetal que en su mayoría se cultiva bajo invernaderos, sin descartar que
también se puede producir otros tipos de productos incluidos las orquídeas,
esto gracias el mejor control que se puede tener en las condiciones y varia=
bles
ambientales.
En el caso de las orquídeas es necesar=
io
mantener las condiciones ambientales bajo parámetros establecidos como valor
del PH de 6 a 7, temperatura entre 25-30 °C, humedad relativa en el aire de
60-70 %, una humedad del suelo entre los 60 a 70 % y una intensidad luminosa
alrededor de 60 %, condiciones a las cuales las orquídeas tienen un buen cr=
ecimiento
(Khummanee, Wiang=
samut,
Sorntepa, Jaiboon, & Agriculture, 2016).
Otro factor que involucre mayor
preocupación en el cultivo de es el uso eficiente del agua, Li, Chiu, & M=
u,
(2019) no dice que es uno de los factores principales que
afecta el rendimiento es la aplicación oportuna y suficiente del riego, esto
puede traer complicaciones de orden fisiológico y también contribuir a las
enfermedades de la planta
De este modo por ejemplo para cultivos=
de
tomate varia de 200ml por cada planta en su etapa inicial, mientras que en =
su
máxima demanda necesitará aproximadamente 1500ml (Flores J., W.
Ojeda-Bustamante , I. López , A. Rojano, 2007), partiendo de esos datos se conoce qu=
e el
consumo de agua va a variar dependiendo el estado de la planta y sus especi=
e.
Entre otros parámetros que debemos med=
ir
se encuentra el CO2, esto debe ser controlado para darle una
ventilación adecuada al ambiente del invernadero, para disminuir la
contaminación ambiental para la planta y los trabajadores (Shi, Li, & Q=
ian,
2019).
Con los avances tecnológicos estos
parámetros ambientales, técnicas de riego y control de otros parámetros se
puede realizar de forma remota, utilizando variedad de sensores se puede te=
ner
un sistema de monitoreo y de control inteligente como se propone en la
aplicación(Andrew, 2018), con modelos de control ordinarios o
inteligentes como lo muestra.(Khummanee et al.,
2016)
Con esto se piensa plantear un prototi=
po
que permita monitorear y gestionar los parámetros de producción en el
invernadero y la crianza de pollos, automatizando esta gestión desde un con=
trol
remoto, el mismo que brinda al operario el uso de cualquier lugar, ya sea d=
esde
el galpón de pollos poder controlar y monitorear el invernadero y de forma
viceversa.
2.
MÉTODOS
Para el desarrollo del Sistema de cont=
rol
remoto se utilizó dos tarjetas de adquisición de datos NI DAQ de National
Instruments que sirve para la adquisición de datos medidos en y el control =
de
actuadores, mientras que para la gestión y tratamiento de estos datos se
utilizó LabView 2016 del mismo fabricante el que realizó las técnicas de
control.
En lo que corresponde a los instrument=
os
de medida se utilizó los siguientes sensores LM35 (sensor de temperatura) q=
ue
entrega una señal analógica en una razón de 10 mV/ °C, ubicados
estratégicamente en el área tanto del galpón de pollos como del invernadero
para la prueba del sistema.
Para la maqueta del galpón de pollos e=
n el
cual se desea controlar la temperatura interna y ciclo de crianza de las av=
es
utilizando un motor para abrir el techo de la estructura para controlar la
temperatura, que será medida por el sensor LM35 y la activación de un siste=
ma
de iluminación que funciono a 110Vca el mismo que regulará la iluminación
dependiendo de la necesidad, que dará el sensor de iluminación.
A diferencia del galpón de pollos para=
el
invernadero se mide Humedad del suelo con un higrómetro FC-01, se desea
controlar rangos de temperatura y humedad a través y un ventilador y una bo=
mba
de agua destinada para el regadío por goteo. Los dispositivos sensoriales
utilizados para controlar dichos parámetros son: el sensor de temperatura L=
M35
y el sensor de humedad relativa HS-02, sensores lineales los cuales nos
entregan un voltaje analógico proporcional a la magnitud medida.
Para la comunicación entre el galpón y=
el
invernadero se utilizó un radio enlace con antenas de comunicación
bidireccional, formando un sistema de comunicación punto a punto entre los
procesos estarán ubicados a una distancia de 180m, para establecer la
comunicación se utiliza antenas sectoriales polarización marca Teletronic q=
ue
funcionan a una frecuencia de 5.8Ghz y una potencia de 15dBi. bajo el proto=
colo
Ethernet TCP/IP.
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image042.png")
Figura <=
!--[if supportFields]> SEQ Figura \* AR=
ABIC 1. Diseño del Sistema de Control Remoto
En la figura 1 se muestra que la medic=
ión
física de los parámetros ambientales se realiza en campo, en la maqueta del
galpón y en el invernadero, esta adquisición se realiza con la tarjeta de NI
DAQ, para luego elevar esas mediciones y proponer las estrategias de contro=
l en
LabView, el mismo que sirve como interfaz hombre maquina HMI en donde se
parametriza las condiciones ambientales, dependiendo de los productos y la =
edad
de los pollos que se está produciendo.
Estos datos medidos y los ingresados d=
eben
actualizarse en tiempo real, de manera que se pueda monitorear y tomar las
decisiones de control de forma rápida y oportuna.
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image043.png")
Figura 2. Sistema de control del Invernadero
Partiendo
de la figura 2; e es la señal =
de
error emitida por todas las señales medidas comparadas con un punto seteado=
del
mismo tipo de señal de ingreso en este caso son H señal proporcional de voltaje en relación a la humedad medida=
, I señal proporcional de voltaje en
relación a la temperatura medida y J
señal proporcional de voltaje en relación al nivel del reservorio medido. V es una señal de varios tipos de datos procedentes de la diferencia de las
señales de medición y el setpoint correspondiente con las cuales se procede=
rá a
tomar las decisiones más adecuadas para el funcionamiento del sistema. W corresponde a las decisiones to=
madas
por el proceso de control la cuan sirve para activar los actuadores. X señal de activación de los actu=
adores
finales. Y es la salida del si=
stema.
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image044.png")
Figura 3. Sistema de control general del Galpón de Pollos=
Refiriéndose
a la figura 3, e es la señal de error emitida por todas las señales medidas
comparadas con una referencia seteada por el operario del mismo tipo de señ=
al
de ingreso en este caso son H señal digital de voltaje en relación a la luz
emitida por el ambiente, I señal proporcional de voltaje en relación a la
temperatura medida. V es una señal de varios tipos de datos procedentes de =
la
diferencia de las señales de medición y el setpoint correspondiente con las
cuales se procederá a tomar las decisiones más adecuadas para el funcionami=
ento
del sistema. W corresponde a las decisiones tomadas por el proceso de contr=
ol
la cuan sirve para activar los actuadores. X señal de activación de los
actuadores finales. Y es la salida del sistema.
Para cada una de las señales es importante el uso de diferentes sensores ubicados estratégicamente en cada uno de los procesos con el fin de abarcar toda el = área de siembra del invernadero, de igual manera para el galpón de pollos se ins= taló sensores en lugares estratégicos, para posteriormente de cada señal pasar a tomar el valor medio como parámetro de comparación y verificación con valor= es seteados en el sistema, los mismos que servirán para tomar decisiones de encendido y regulación de los actuadores, los mismos que controlaran los parámetros de acuerdo a las necesidades del usuario.
![3D"Rectángulo:](3D"09CristianSantiana1_archivos/image045.png")
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image046.png")
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image047.png")
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image048.png")
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image049.png")
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image050.png")
![3D"Rectángulo:](3D"09CristianSantiana1_archivos/image051.png")
.
Figura
Para la adquisición de datos es import=
ante
conocer las curvas características de los sensores a utilizar para hacer el=
acondicionamiento
y la interpretación de los datos que entrega el sensor en voltaje para
convertir a temperatura y humedad respectivamente.
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image052.jpg")
Figura 5. Curvas características de los sensores
Con
estas curvas se obtiene los modelos matemáticos que relación la medida en
voltaje con los datos de temperatura y humedad según corresponda:
Modelo
para encontrar la temperatura en función del voltaje que entrega el sensor:=
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image053.png")
=
(1)
Modelo
para encontrar la humedad relativa en función del voltaje que entrega el
sensor:
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image054.png")
(2)
3.
RESULTADO DE TRABAJO
De acuerdo a la
metodología planteada podemos ver que un Sistema de control debe tener un
acceso de seguridad, ya sea de administrador, operario u invitado. Cada uno=
de
ellos tendrán permisos de control o solo monitoreo dependiendo de la
administración del sistema y validando los valores medidos de cada uno de l=
os
procesos con un razonamiento lógico del funcionamiento.
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image055.jpg")
Figura 6. Pantalla de Ingreso a Sistema
En esta pantalla podemos elegir el tip=
o de
usuario, para el acceso es necesario insertar el password para acceder a las
siguientes pantallas del sistema para cada tipo de usuario va a tener su
pantalla de presentación para el monitoreo y control, dependiendo de los
permisos que tenga el usuario y el proceso.
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image056.jpg")
Figura 7. Pantalla de Control y Monitoreo del invernadero<= o:p>
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image057.jpg")
Figura 8. Pantalla de Control y Monitoreo de Administrador=
Las pantallas que se muestran den la
figura 7 y 8 se muestra el sistema de control del invernadero y del galpón =
de
pollos respectivamente, estas pantallas son para quien accede como
administrador y operador, mientras que para el usuario invitado no contamos=
con
los módulos de control manual y control de setpoints.
En los módulos de control manual los
usuarios pueden manipular directamente los actuadores, en el caso del
invernadero puede controlar el sistema de riego, la bomba para el sistema de
riego, el sistema de ventilación del invernadero, mientras que para el galp=
ón
de pollos es posible manipular los bebederos de agua, el sistema de ventila=
ción
y la iluminación del galpón de pollos para poder dar el calor deseado.
Mientras que en el módulo de control de
setpoints los usuarios autorizados pueden manipular cuando quiere que se
enciendan automáticamente tanto los sistemas de ventilación, los sistemas de
riego y bebederos según corresponda a cada proceso, de esta manera el usuar=
io
puede mantener los parámetros ambientales del invernadero y del galpón entre
los adecuados dependiendo las necesidades del cultivo y según la edad de las
aves.
![](3D"09CristianSantiana1_archivos/image030.png")
Figura 9. Configuración de la Estación
Esta
pantalla también está disponible para el administrador del sistema, para
configurar la estación ya sea del invernadero o del galpón en vista que est=
os
van a tener una conexión directa bajo el protocolo TCP/IP, acercando a la a=
plicación
del IoT (internet de las cosas), toda esta conexión se realiza por medio de=
un
radio enlace entre el invernadero y el galpón. La prueba se realizó a 250m,
cada estación de control. Las dos estaciones deben estar en la misma red pa=
ra
que puedan compartir datos, bajo este criterio de que se encuentra como
estaciones de control, podemos adicionar más estaciones de control, siempre=
y
cuando estas se encuentren dentro de la misma red de datos.
En
cada estación se toma datos de los diferentes parámetros que intervienen en=
el
proceso, entre estas la temperatura, humedad, CO2 e iluminación.
Como estos sensores deben ser instalados estratégicamente en diferentes pun=
tos
de las instalaciones y de los cultivos. Dependiendo de las extensiones es
necesario ubicar más que un sensor de cada parámetro. Como se había indicad=
o en
la metodología por cada parámetro se va a ubicar varios sensores y de estos=
se
tomó el promedio, para en base a ese dato realizar la toma de decisiones de
activación automática de los sistemas de actuadores sean estos de riego, de
ventilación u otros.
4. CONCLUSIONES
Con la implementación del sistema se d=
io
la facilidad a los empresarios que poseen un invernadero y un galpón de pol=
los,
pensado en un caso particular. Sin quitar de encima que, bajo el mismo
criterio, se puede controlar dos invernaderos o dos galpones de forma remot=
a.
Esta conexión remota se consiguió de f=
orma
inalámbrica con los prototipos del invernadero y el galpón de pollos con una
línea de vista directa, situados en dos localidades diferentes. Con el sist=
ema
se puede controlar cualquiera de los dos procesos, sin importar el lugar del
operador; es decir, desde el invernadero se puede controlar además el galpó=
n de
pollos y viceversa.
El control que se realiza sobre los ac=
tuadores
de los diferentes sistemas que intervienen en los procesos funcionan a 110 =
VAC,
todos estos funcionan de acuerdo a una comparación con los valores configur=
ados
de los diferentes parámetros de los procesos.
El sistema desarrollado es amigable en=
lo
que se refiere a la adquisición y procesamiento de datos, la forma de grafi=
car
todos los parámetros de cada proceso, la interface gráfica utiliza elemento=
s de
control e ingreso de datos de configuración que nos son complejos en lo que
corresponde a la operación de cada sistema.
La ubicación de los sensores es una
consideración importante en vista que la ubicación no debe ser cercana y pe=
or
muy alejada de los actuadores de los sistemas que intervienen en el proceso,
para no tener variaciones abruptas con respecto a los cambios que se está d=
ando
en las variables del proceso.
No se puede usar un único sensor por
variable para la medida de los parámetros en las instalaciones, ya sea en el
invernadero peor en el galpón, porque dependiendo de la extensión del terre=
no
no vamos a tener mediciones iguales en todos los puntos, por lo tanto lo
recomendable es que se usen varios sensores ubicados estratégicamente y de
estos se obtenga el promedio para hacer la toma de decisiones en la activac=
ión
o desactivación de los sistemas que intervienen en el cultivo o en la crian=
za
de pollos.
Recomiendo usar el sistema en el caso =
que
se quiera controlar remotamente un invernadero o un galpón de pollos, como
futura investigación se pretende que este tipo de control se realice desde =
un
dispositivo móvil, y que las mediciones internas de los parámetros también =
sean
inalámbricas y con dispositivos que dispongan de software libre.
5. REFERENCIAS
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PARA CITAR EL ARTÍCULO
INDEXADO.
<= span lang=3DES-EC>Santiana Espín, C., Guamán Lo= zada, D., & Flores Fiallos, J. (2019). Aplicación de un prototipo de control remoto para un galpón de pollos y un invernadero según parámetros ambiental= es de la zona. Ciencia Digital, 3(4.1), 113-125. https://doi.org= /10.33262/cienciadigital.v3i4.1.998
![3Deditorial1.png](3D"09CristianSantiana1_archivos/image058.jpg")
El artículo que se
publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no necesariamente
reflejan el pensamiento de la Revi=
sta
Ciencia Digital.
El artículo queda en propiedad de la revista y, por
tanto, su publicación parcial y/o total en otro medio tiene que ser autoriz=
ado
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cia
Digital.
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