Diseño y desarrollo de un prototipo de riego automático controlado con Raspberry Pi y Arduino by Gabriel Escalas Rodríguez

Sistema de Riego Automático

Sistema de Riego Automático

El presente artículo completo lo puedes encontrar en el siguiente link: Diseño y desarrollo de un prototipo de riego automático controlado con Raspberry Pi y Arduino

Algunos de los materiales que utilizarán los puedes encontrar en nuestra tiena online Ferrustronix:

RESUMEN

En la actualidad, disponemos de una multitud de recursos tecnológicos que permiten automatizar procesos físicos. Estos procesos ahorran tiempo y energía al hombre. Internet, la interconexión de redes y la potencia computacional de los dispositivos permiten generar nuevos servicios y aplicaciones que mejoran la calidad de vida de las personas. Vivimos una época en la que van apareciendo nuevos dispositivos potentes y de bajo coste, junto con los recursos y conocimientos que disponemos, podemos innovar y crear sistemas automatizados prácticamente para cualquier tipo de aplicación o servicio.

Por otro lado, las empresas son conscientes que para progresar deben hacer uso de las nuevas tecnologías para poder mejorar sus servicios. Los objetivos para las empresas son, mediante una inversión con enfoques tecnológicos, conseguir un ahorro en personal y mantenimiento de los servicios, así como recopilar la información y datos sobre sus clientes. A su vez, estos clientes recibirán un servicio de mayor calidad, el cual podrán controlar a distancia mediante plataformas que muestren todas las opciones de la aplicación de una manera amigable.

En este proyecto se propone automatizar los sistemas de riego que instala una empresa de jardinería. Para ello se va a crear una plataforma que va a permitir al usuario ver los datos meteorológicos y tener un control total sobre su sistema de riego. Este sistema engloba una serie de sensores conectados a un micro-controlador, a su vez controlado por un micro-procesador con salida a internet, lo que permitirá controlar la aplicación a distancia. Tanto los sensores como los dos dispositivos son de bajo coste.

El sistema se va a llamar Regpi, y este proyecto contempla una primera parte de este. Esta primera parte permitirá obtener los datos de los sensores a través de un navegador, con lo que se permitirá monitorizar todo el sistema. El objetivo final de todo el sistema contempla una plataforma que permita la automatización total del sistema, manteniendo informado al usuario de los datos meteorológicos, la cantidad de agua consumida, y ser notificado en caso que haya alguna fuga en el sistema. Además, se podrá ampliar fácilmente la red de sensores y configurarlo en función de las necesidades.

Este trabajo propone la creación de un sistema, el cual vamos a nombrar Regpi a partir de este momento. El mundo de la jardinería debe aprovechar las nuevas tecnologías, por lo que se pretende ofrecer una plataforma que carezca de interactuación del usuario con los programadores de riego. De esta manera, los clientes podrán tener un control total de su riego y programar las tareas sin centrarse en las herramientas para ello. Además, la empresa encargada del mantenimiento de las diferentes instalaciones de jardinería (Jardinería Coll) se beneficiaría de un sistema que minimiza la acción humana y el consumo de recursos.

Se va a partir de un material y unos dispositivos de bajo coste y de altas prestaciones computacionales, que permitirán ofrecer una solución y un servicio efectivo. El sistema Regpi ocupará un pequeño espacio en el jardín o finca donde se desee instalar, junto con sus sensores. Se pretende que la instalación sea muy sencilla para el usuario, y después de una pequeña configuración se pueda conectar al punto de acceso del hogar, ya sea por cable o por Wifi.

Se ha implementado una interfaz que va a permitir monitorizar los sensores a distancia. Esta monitorización es posible gracias a la interconexión de dispositivos. Se ha separado el hardware que programa los sensores de la inteligencia del sistema, y este hardware se ha preparado para posibles ampliaciones futuras. El dispositivo inteligente utilizado es como un ordenador, y va a ser el intermediario encargado de leer y enviar los datos a la nube (cloud computing) cuando reciba órdenes.

La segunda parte de Regpi debe contemplar la gestión de estos datos y permitir una plataforma, como podría ser una aplicación Android, que permita mantener el control de toda información.

El documento está dividido en cinco capítulos. El CAPÍTULO 1 define el contexto en el que se encuentra actualmente la jardinería, así como las necesidades que debería cubrir Regpi. El CAPÍTULO 2 pretende mostrar una visión global del sistema, explicando la solución que propone. Por otro lado, el CAPÍTULO 3 se entra con una perspectiva más técnica en las partes que componen el proyecto. El CAPITULO 4 se puede ver el plan de trabajo seguido para la finalización de este proyecto. Por último, el CAPÍTULO 5 recoge las conclusiones del proyecto, incluyendo coste del producto, futuras mejoras e impacto medioambiental.

Situación actual

El contexto actual del mundo agrario es el ámbito en el cual tendría función el programador de riego. A su misma vez, nos encontramos que hay un subconcepto con sus propias características y necesidades que se desmarcan del mercado agrario; este es el ámbito de la jardinería. Así pues, el contexto tiene que ir encarado a definir cuál es la situación del mundo agrario pero sin olvidar que nuestra solución se aplica en la jardinería.

En los últimos años, la industrialización y los cambios sociales han hecho que en el marco económico el sector primario (basado en la ganadería y la agricultura) haya perdido fuerza en frente de los sectores secundario y terciario.

La aplicación de máquinas y la tecnología ha reducido la mano de obra y agilizado la producción y el rendimiento en muchos casos. Sin embargo, todavía se usa tecnología muy rudimentaria y en la mayoría de ámbitos no se ha modernizado. Debido a estos cambios en la economía y más concretamente en este sector, en Cataluña el sector agrario representa sólo el 0,9 % del PIB1.

Necesidades a cubrir en un programador de riego

En este contexto, las necesidades a cubrir por un sistema de riego son muchas y específicas.

Una de las necesidades más primordiales es la fiabilidad. Un programador de riego automático no se puede permitir errores en la ejecución de su planificación de riego. El sistema tiene que ser riguroso con los programas de riego guardados por el jardinero o programador. Un mal funcionamiento de este podría provocar que se sequen las plantas o un desperdicio de agua, ligado a un aumento del coste de la factura. También es importante la fiabilidad del programador a nivel de automatismos y funciones programadas, como por ejemplo, que se riegue cuando está lloviendo. Un correcto funcionamiento de estos puede sustituir con toda fiabilidad el criterio humano en determinadas situaciones en las que no se cuente con la presencia de un profesional.

Por otro lado tendríamos la facilidad de uso. La fiabilidad mencionada anteriormente ha de ir directamente acompañada de un fácil uso del sistema. El programador tiene que ser fácil de programar y entender, nos tiene que permitir configurarlo de manera intuitiva, saber el estado y a la vez controlar todos los parámetros necesarios para un correcto y eficiente uso. Finalmente, este no se tiene que estancar en el ámbito profesional, y que la gente sin conocimiento pueda entender los reglajes y usarlo. Otra necesidad básica es la capacidad de guardar diferentes programas de riego y con diferentes características. Es decir, el programador tiene que ser capaz de guardar diferentes programas de riego a medida para cada sector.

Poder separar electroválvulas y programar cada riego individualmente dependiente de las exigencias hídricas de cada uno de los sectores que controla una electroválvula. En esencia, personalizar e individualizar al máximo cada sector para hacer un riego mucho más cuidadoso y adaptado en cada zona.

Las instalaciones que se van a monitorizar vienen representadas por las distintas casas. Estas casas disponen de un jardín, huerto, o cualquier región que necesite de un programador de riego para su correcto mantenimiento. En un punto estratégico de esta región (situación de los sensores y conectividad al punto de acceso del hogar) se instalará la centralita.

En esta centralita, la cual se describirá en el siguiente apartado, encontraremos los dispositivos que permitirán la obtención de datos de los sensores. Principalmente, mediante el protocolo HTTP4 , se accederá a los datos cada centralita a través de internet. Paralelamente, el Cloud5 actuará como repositorio de estos datos.

Por último, desde un ordenador para llevar la gestión de datos desde Jardinería Coll, se podrá acceder a estos datos almacenados en el Cloud. Como ya se ha mencionado anteriormente, la parte de gestión vendrá a ser la continuación de este proyecto.

Estructura interna Regpi

Se van a diferenciar dos partes dentro de esta estructura. La parte hardware7 vendrá compuesta por la red de sensores junto con Arduino. Como software8 , se va a considerar a la Raspberry Pi, ya que dentro de este dispositivo se sitúa toda la inteligencia del servicio.

Una persona con conocimientos en el mundo de Arduino y Raspberry Pi y la interconexión de sensores se podría preguntar: ¿Por qué no prescindir de Arduino y conectar estos sensores directamente a los pines de entrada GPIO de la Raspberry Pi? Hay varios motivos para responder a esto:

Raspberry Pi

La Raspberry Pi tiene la limitación que sólo dispone de pines de entrada digitales, y hay una gran mayoría de sensores que transmiten los datos en formato analógico. A su favor, Arduino tiene tanto pines de entrada tanto digitales cómo analógico. Usar Arduino como conversor A/D simplifica los circuitos, además de proporcionar la ventaja de incorporar otros sensores fácilmente en un futuro.

Raspberry Pi 2 Model B

Raspberry Pi 2 Model B

Arduino

Arduino es un micro-controlador muy barato, el beneficio que ofrece su uso compensa en la optimización del proyecto y evita cargar aún más los procesos de la Raspberry Pi. Además, Arduino se alimenta de la energía de la Raspberry Pi y transmite sus datos por el puerto serial USB de manera sencilla.

Arduino (El modelo puede variar en la imagen)

En caso de producirse algún fallo o deterioro en la parte de los sensores, sólo sería necesario modificar la parte hardware y no afectaría a la Raspberry Pi, ya que es un dispositivo más caro y el que dispone de toda la configuración del sistema. – Mediante la instalación del programa Arduino en la Raspberry Pi, se puede configurar el código de Arduino desde el mismo microprocesador.

BIBLIOGRAFÍA

Escalas Rodriguez, G. (2015). Diseño y desarrollo de un prototipo de riego automático controlado con Raspberry Pi y Arduino.

 

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