Diseño e implementación de sistema de monitoreo y control para invernaderos hidropónicos

Abstract

La agricultura ha sido y es un pilar fundamental en la historia de nuestra civilización, siendo la evolución de esta la llave que ha permitido el cambio en nuestra sociedad. Desde la domesticación de las plantas que dio como resultado los primeros asentamientos humanos, pasando por el uso de animales y la dependencia a los cultivos, hasta la producción masiva, el uso de químicos fertilizantes, la modificación genética de semillas y el cultivo vertical, las revoluciones agrarias siempre han sido y serán el pilar fundamental del desarrollo humano. Gracias a los elevados niveles de industrialización que existe, el día de hoy se pueden alimentar 7200 millones de personas, de las cuales, el 50% vive en áreas urbanas. Además, cada día se cuenta con menos recursos naturales disponibles, el rendimiento de las cosechas disminuye, el acceso al agua es cada vez menor y la población urbana está en constante aumento, son variables que actualmente, la agricultura que hoy llamamos tradicional no es capaz de sustentar. El actual sistema agrario está llegando a su límite, por lo que la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías que nos permita cultivar a pequeña y gran escala, utilizando mejor nuestros recursos naturales y no depender de la calidad de la tierra para la producción agrícola, marcarán la pauta para el nuevo cambio agrícola. Dado lo anterior, este proyecto tiene como fin presentar el diseño y desarrollo de un sistema de monitoreo y control de variables que influyen en la producción hidropónica, explicar el hardware y software para lograrlo y, finalmente, mostrar los resultados obtenidos en la implementación de un prototipo. Para eso, se definen las variables esenciales en un cultivo hidropónico según los datos provistos por la FAO y otros estudios relevantes, considerado el monitoreo de la humedad relativa, temperatura ambiental, concentración de CO2, luminosidad, nivel de pH, nivel de electro conductividad y temperatura del agua, como dichas variables y, a su vez, se controla la temperatura del agua, además de proponerse un control para la concentración de CO2, nivel de pH, nivel de electro conductividad y temperatura y humedad ambiental. Para lograr lo anterior, el control del sistema se basa en un microcontrolador programable en el que se cargara el código diseñado para controlar la planta, luego, mediante un módulo Wi-IV Fi con microcontrolador integrado, se levantarán los datos a una interfaz web, con el fin de poder obtener de forma eficiente, el estado de cada sensor. Finalmente, los resultados de la implementación demostraron que se logra el monitoreo y control propuesto, teniendo un nivel de repetitividad bastante alto, lo que da pie a la investigación de distintas formas de implementación.

La agricultura ha sido y es un pilar fundamental en la historia de nuestra civilización, siendo la evolución de esta la llave que ha permitido el cambio en nuestra sociedad. Desde la domesticación de las plantas que dio como resultado los primeros asentamientos humanos, pasando por el uso de animales y la dependencia a los cultivos, hasta la producción masiva, el uso de químicos fertilizantes, la modificación genética de semillas y el cultivo vertical, las revoluciones agrarias siempre han sido y serán el pilar fundamental del desarrollo humano. Gracias a los elevados niveles de industrialización que existe, el día de hoy se pueden alimentar 7200 millones de personas, de las cuales, el 50% vive en áreas urbanas. Además, cada día se cuenta con menos recursos naturales disponibles, el rendimiento de las cosechas disminuye, el acceso al agua es cada vez menor y la población urbana está en constante aumento, son variables que actualmente, la agricultura que hoy llamamos tradicional no es capaz de sustentar. El actual sistema agrario está llegando a su límite, por lo que la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías que nos permita cultivar a pequeña y gran escala, utilizando mejor nuestros recursos naturales y no depender de la calidad de la tierra para la producción agrícola, marcarán la pauta para el nuevo cambio agrícola. Dado lo anterior, este proyecto tiene como fin presentar el diseño y desarrollo de un sistema de monitoreo y control de variables que influyen en la producción hidropónica, explicar el hardware y software para lograrlo y, finalmente, mostrar los resultados obtenidos en la implementación de un prototipo. Para eso, se definen las variables esenciales en un cultivo hidropónico según los datos provistos por la FAO y otros estudios relevantes, considerado el monitoreo de la humedad relativa, temperatura ambiental, concentración de CO2, luminosidad, nivel de pH, nivel de electro conductividad y temperatura del agua, como dichas variables y, a su vez, se controla la temperatura del agua, además de proponerse un control para la concentración de CO2, nivel de pH, nivel de electro conductividad y temperatura y humedad ambiental. Para lograr lo anterior, el control del sistema se basa en un microcontrolador programable en el que se cargara el código diseñado para controlar la planta, luego, mediante un módulo Wi-IV Fi con microcontrolador integrado, se levantarán los datos a una interfaz web, con el fin de poder obtener de forma eficiente, el estado de cada sensor. Finalmente, los resultados de la implementación demostraron que se logra el monitoreo y control propuesto, teniendo un nivel de repetitividad bastante alto, lo que da pie a la investigación de distintas formas de implementación.