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Proyecto Final
(Sistema de Riego Automatizado)
Camilo Alexander Hernández Hernández
Nelson Esteban Escarraga Escobar
Estudiantes
Universidad Piloto de Colombia Seccional Alto Magdalena
Área de Estructura de Datos
Girardot
2019
Proyecto Final
(Sistema de Riego Automatizado)
Entregado por:
Camilo Alexander Hernández Hernández
Nelson Esteban Escarraga Escobar
Estudiantes
Entregado a:
Claudia Isabel Benavides Puerto
Docente
Universidad Piloto de Colombia Seccional Alto Magdalena
Área de Estructura de Datos
Girardot
2019
Contenido 1. Resumen ....................................................................................................................................................... 4
1.1 Abstract .......................................................................................................................................................... 5
2. Introducción ............................................................................................................................................... 6
1. Argumento a la pregunta ...................................................................................................................... 7
2. Análisis del Sistema ................................................................................................................................. 7
3. Descripción del problema .................................................................................................................... 8
4. Planteamiento de la pregunta ............................................................................................................ 8
6. Argumento a la pregunta ...................................................................................................................... 9
1. Objetivos .................................................................................................................................................... 10
7.2 Objetivo general ............................................................................................................................ 10
7.3 Objetivos Específicos .................................................................................................................. 10
Hipótesis ............................................................................................................................................................. 11
Variables ............................................................................................................................................................. 11
Variables independientes: ..................................................................................................................... 11
Variables dependientes: ......................................................................................................................... 11
Indicadores ........................................................................................................................................................ 11
1. Breve Reseña Histórica ...................................................................................................................... 12
Justificación ....................................................................................................................................................... 14
Alcance del Proyecto ..................................................................................................................................... 14
Marco Teórico .................................................................................................................................................. 15
Enfoque de las TGS: .................................................................................................................................. 18
Referencias ........................................................................................................................................................ 19
1. Resumen
El presente trabajo tiene como objetivo el desarrollo e implementación de un
sistema inteligente de riego de plantas mediante el uso de elementos
electrónicos, los cuales facilitan muchas tareas y potencializan la productividad.
El diseño del sistema de riego, está fundamentada en la sección administrativa,
encargada de los procesos estadísticos y rutinarios necesarios para el correcto
desarrollo de los cultivos.
Para el monitoreo de la temperatura, luminosidad y humedad se hizo uso de
componentes electrónicos como sensores y arduinos que por su tamaño y
precisión permiten realizar un muestreo constante en vivo de las condiciones
exactas del entorno de los cultivos. También el sistema cuenta con mini bombas
que son activadas al detectar que los cultivos carecen de humedad o se
encuentran expuestos a temperaturas demasiado altas.
Palabras claves: Sistema de riego, software, monitoreo, circuitos integrados.
Figura. imagen sistema de riego
Fuente: Elaboración propia
1.1 Abstract
The present work has as objective the development and implementation of an
intelligent plant irrigation system, through the use of electronic elements, which
facilitate many tasks and enhance productivity. The design of the irrigation
system is based on the administrative section, in charge of the statistical and
routine processes necessary for the correct development of the crops.
For the monitoring of temperature, luminosity and humidity, electronic
components such as sensors and arduinos were used which, due to their size and
precision, allow a constant live sampling of the exact conditions of the crop
environment. The system also has mini pumps that are activated by detecting
that the crops lack moisture or are exposed to too high temperatures.
Keywords: Irrigation system, software, monitoring, integrated circuits.
Figura. Imagen Sistema de riego
Fuente: Elaboración propia
2. Introducción
A partir de la revolución industrial, el hombre enmarco en la historia el inicio
de una nueva era diferente a las demás caracterizada por el desarrollo de nuevas
técnicas aplicadas en la creación de máquinas mucho más potentes que el
hombre a la hora de desarrollar sus quehaceres. Esto permitió que durante el
transcurso de la historia hasta la actualidad cada vez sean más los avances en el
desarrollo de máquinas cada vez con mayor capacidad de procesar y ejecutar
miles de operaciones en tiempos considerablemente pequeños.
Con el desarrollo de microcontroladores y circuitos integrados, surgió la idea
del proyecto sistema de riego automatizado de plantas, en el cual la
problemática se enfoca en el desarrollo de un sistema de riego de inteligente,
con el objetivo de poder brindar una herramienta de apoyo para el monitoreo
adecuado de los cultivos de plantas. El proyecto abarca la programación y
transmisión de datos en tiempo real entre arduino y pc.
Durante el desarrollo del proyecto se tuvo en cuenta que durante los últimos
años los efectos del fenómeno de calentamiento global, las quemas y talas
indiscriminadas de árboles son aspectos que cada vez más generar afectaciones
en el medio ambiente, haciendo que se de paso a temporadas de sequía y lluvias
de manera simultánea haciendo que los cultivos no tengan la capacidad de
soportar los cambios bruscos de clima.
Por otra parte, otro factor determinante en el desarrollo del sistema de riego es
poder brindar una herramienta de bajo costo y de fácil manejo para personas de
escasos recursos y que tengan cultivos de bajo o mediano tamaño y que
requieran de un sistema de información que brinde un soporte técnico.
1. Argumento a la pregunta
Para poder consolidar el sistema de Riego Inteligente fue necesario la
formulación de la “pregunta problema”, ya que este el pilar base para el
desarrollo de teorías, técnicas y datos del proyecto, para poder llegar a la
pregunta fue necesario realizar un análisis reduccionista y global acerca de los
sistemas de riego en la actualidad con el fin de poder llegar a formular
cuestionamientos acerca de las causas que generan o que posiblemente puedan
generar daños, desperdicios de recursos e incluso la pérdida total de los cultivos,
por tanto, se definió un planteamiento conciso del problema siguiendo la
estructura propuesta en la figura número 1, con el objetivo de poder evidenciar
el transcurso recorrido hasta llegar a la pregunta problema.
Figura. Imagen esquema secuencia planteamiento de pregunta
Fuente: (Kreiner, 2010)
2. Análisis del Sistema
El avance tecnológico ha incrementado durante los últimos años y los métodos
de riego han ido evolucionando a la par. Por tal razón los cultivadores y
campesinos son una de las entidades que deben estar al tanto de estas
tecnologías con el fin de poder maximizar su productividad y calidad de sus
servicios, ya que con el aumento poblacional es cada vez más alta la tasa de
demanda de alimentos. Por el contrario, a esto se observó que gran parte de las
empresas cultivadoras del sector presentan alto grado de descuido y atraso en el
campo tecnológico, esto a su vez genera el no cubrimiento de la demanda de
alimentos. Por lo tanto, se planteó la construcción de un sistema de información
que monitoree los cultivos.
3. Descripción del problema
El principal problema al que se enfrentan los cultivadores son a la falta de
manejo del monitoreo y la gestión de recursos en los cultivos como son la
humedad, temperatura y luminosidad, los cuales son factores que a corto y
mediano plazo pueden acarrear grandes consecuencias que en el peor de los
casos puede terminar con la perdición parcial o total de los cultivos.
Figura3. Imagen planteamiento del problema
Fuente: (Public Domain, 2017)
4. Planteamiento de la pregunta
Por último, se plantearon las preguntas de acuerdo al análisis y definición del
problema, con el objetivo de poder dar una base constituyente para el
planteamiento de soluciones que logren potenciar la productividad de los
cultivos.
1. ¿Cuál es el tiempo regular de riego de los cultivos?
2. ¿Cuáles son los problemas específicos y las características de los
principales sistemas de riego actuales?
3. ¿Por qué gran parte de los cultivadores del sector rural de la zona
presentan alto grado de descuido y atraso en el campo tecnológico?
4. ¿Por qué es importante hacer seguimiento del estado de los cultivos?
5. ¿Cómo influye la tecnología en el desarrollo de una empresa?
6. Argumento a la pregunta
Para llegar al planteamiento de las preguntas anteriores, se realizó un análisis
siguiendo la metodología de Hall y Jenkins, la cual se basa en el análisis de
sistemas blandos, vistos desde un enfoque reduccionista y global, lo cual
permitió plantear un esquema sistémico del problema y así poder llegar a las
preguntas. Esta metodología cuenta con siete pasos los cuales son:
Definición del problema
Selección de objetivo
Síntesis del sistema
Análisis del sistema
Selección del sistema
Desarrollo del sistema
Ingeniera
Para el desarrollo de la pregunta problema solamente se implementó la
definición del problema y síntesis del sistema. También se implementó una
técnica comparativa la cual, mediante comparaciones con otras entidades
similares, nos permitió evidenciar algunas problemáticas actuales y posibles
problemáticas futuras debido al monitoreo de datos.
Figura. Imagen comparación de sistemas
Fuente: (ENTREPARQUES, 2018)
1. Objetivos
1.2 Objetivo general
Desarrollo e implementación de sistema inteligente de riego que permita el
monitoreo y gestión tecnificado y refleje también la descripción de los procesos
de la irrigación del terreno.
1.3 Objetivos Específicos
Diseñar una estructura base para la implementación del prototipo.
Analizar la situación actual (hoy) de los sistemas de riego en Colombia.
Diseñar y evaluar el funcionamiento de los sistemas de control, sensores
y actuadores.
Implementar el prototipo haciendo uso de arduino, sensores y circuitos
electrónicos.
Simular el sistema de Riego de manera automática un jardín haciendo uso
del prototipo.
Visualizar gráficas estadísticas de temperatura y riego.
Hipótesis
La implementación de un sistema de control de riego por goteo automatizado,
reducirá el consumo de agua en los cultivos.
Variables
Variables independientes:
Las variables independientes en este proyecto, es el desarrollo e instalación del
sistema de riego por goteo impulsado por mini bombas entre los cultivos de
plantas.
Variables dependientes:
La variable dependiente, es el consumo de agua es decir la cantidad de metros
cúbicos por segundo que se consumen.
Indicadores
Los indicadores serán los estados actuales de cada uno de los elementos del
sistema de riego, como son las bombas y sensores se encuentren encendidos o
apagados, de tal manera que el usuario tenga conocimiento de cada uno de los
procesos. Figura. consumo de agua
Fuente: (red Agricola, 2018)
1. Breve Reseña Histórica
La palabra riego viene del latín “irrigatio” que significa regar, son los distintos
métodos por los cuales se aporta agua a los cultivos para su correcto desarrollo.
Su origen se remonta a las primeras civilizaciones, las cuales se ubicaban
principalmente en las riberas de los ríos, en donde mediante sistemas de
almacenamiento y distribución transportaban agua a los distintos sectores de la
población.
Entre las civilizaciones más destacadas por sus estructuras y sistemas de riego
se encuentra Egipto y Mesopotamia, aplicaban sistemas de riego de los ríos
Tigris, Nilo y Éufrates.
Figura. imagen sistema de riego egipcio
Fuente: (González Alijarcio, 2016)
Más adelante en Asia se implementaron sistemas de riego por superficie, los
cuales se basaban en construcción de canales para el transporte de agua para las
zonas más alejadas de la civilización.
Por otra parte, en Europa aparecieron la enormes estructuras y acueductos
romanos construidos con rocas, los cuales transportaban grandes cantidades de
agua salvando los desniveles del terreno.
Figura. imagen de acueductos de roma
Fuente: (Ingenieria Romana, 2016)
En américa, también surgieron diversos sistemas de riego como los de desnivel
y zonas inundadas, creados por las primeras civilizaciones indígenas como los
mayas y aztecas. Figura. imagen sistema de riego inca
Fuente: (técnicas de cultivo y ubicación geográfica de los aztecas, mayas e incas, 2012)
A partir de la revolución industrial hasta la época actual, los sistemas de riego
son más mecánicos y cada vez más exactos a la hora de monitorear los cultivos,
ya que se logran vincular con aspectos tecnológicos como sensores y
computadoras que hacen que los cultivos tengan un mejor desarrollo.
Figura. imagen sistema de riego actual
Fuente: (Pornan, 2014)
Justificación
Mediante el desarrollo de nuevas tecnologías y el advenimiento de la
inteligencia artificial, el hombre ha logrado la vinculación de las máquinas y
demás sistemas tecnológicos en los sectores, sociales y económicos,
permitiendo llevar una logística y contabilidad más exacta de sus procesos
administrativo.
Por otra parte, el propósito de los ingenieros de sistemas es lograr la vinculación
de las TICS en proyectos que beneficien los distintos sectores de la sociedad,
entre los cuales se encontró que en primer lugar en ranking de abandono en
materia tecnológica están las zonas rurales. Es por tal motivo que es importante
lograr la vinculación de las tecnologías en cultivos de tal forma que se pueda
realizar un monitoreo constante y por ende asegurar un desarrollo adecuado de
las plantaciones.
Alcance del Proyecto
El alcance del proyecto son netamente el desarrollo del software y acoplamiento
de los diferentes sensores de riego, temperatura y humedad en una planta
ejemplar. Lo que se busca es poder formalizar un modelo económico y sencillo
para mantener un control del estado de las plantas.
Por otra parte, una posible proyección futura del proyecto es poder llegar a
implementarlo en nuestra universidad para el riego de plantas y el ahorro de los
recursos hídricos de manera automatizada.
Marco Teórico
El objetivo de este proyecto es crear un sistema de riego inteligente de nueva
generación. Es decir, donde se puedan almacenar, monitorear y buscar los
estados actuales, anteriores y posibles futuras estadísticas de las plantas.
Es importante señalar que en la actualidad existen diversos tipos de sistema de
riego tanto formales como informales; los primeros usan sensores y ordenadores
para monitorear los cultivos, los segundos son más artesanales y usan medios
más antiguos como canales de riego o sistemas que ejecutan el riego en el
momento en el que la persona accione los interruptores.
Tipos de Sistemas de Riego: para la construcción de un sistema de riego, se
debe tener en cuenta ciertos factores como las condiciones climáticas de la zona,
el tipo de suelo y los cultivos para poder escoger el tipo de sistema de riego
adecuado, los sistemas de riego se dividen en:
Riego por goteo: el riego por goteo es un método utilizado principalmente para
el riego en zonas áridas y sistemas agrícolas, este método permite una muy
buena hidratación de las plantas, ya que el agua se infiltra directamente en la
zona de riego.
Figura. imagen sistema de riego por goteo
Fuente: (Muñoz, 2014)
Bases Teóricas:
Lenguaje de Programación: los lenguajes de programación son herramientas
que facilitan la comunicación entre el hombre y la máquina. Dentro de los más
usados en la actualidad se encuentra Java, Python, Visual Basic entre otros. Para
el desarrollo del proyecto se implementará el lenguaje de programación java,
con el IDE Netbines por su fácil manejo y diseño de interfaz.
Figura. imagen comunicación Shell-kernel
Fuente: (Olaya, 2017)
Bases de datos: las bases de datos que se encuentran estructurados y
almacenados mediante una estructura determinada. Las bases de datos se
componen de tablas que a su vez se componen de campos y registros. Un campo
en cierto modo puede definirse como una columna que almacena información
del mismo tipo, por ejemplo, un campo que almacene los nombres de los
usuarios registrados en un determinado programa o por ejemplo un campo que
almacene las edades de los usuarios.
Figura. imagen campo de base de datos
Fuente: Elaboración Propia
Por otra parte, los registros son el conjunto de información que se encuentran
almacenados en los campos y que pertenecen al mismo elemento, por ejemplo,
un registro podría ser el conjunto de información de un usuario como su
nombre, edad, lugar de residencia, tipo de identificación.
Figura. imagen registro de base de datos
Fuente: (Bases de datos relacionales, 2017)
En el presente proyecto se implementará, el sistema de bases de datos MYSQL,
por su confiabilidad y fácil manejo de tablas y entidades relacionales.
Enfoque de las TGS:
el enfoque de la teoría general de sistemas concebida por Ludwig von
Bertalanffy en la década de 1940, permite definir, identificar y exponer la
relación que existe entre una estructura y cada una de sus partes. Así mismo
expone que los sistemas están formados por subsistemas y estos a su vez forman
parte de sistemas más complejos, manteniendo entre sí relación, lo cual se
generaliza en que todo está relacionado de alguna forma.
En la investigación realizada es de vital importancia considerar la biblioteca
como un sistema y a su vez como un subsistema que forma parte de un supra
sistema complejo, puesto que las TGS permitirá realizar un análisis profundo
acerca de las problemáticas causantes de la entropía al sistema analizado.
Figura. Imagen esquema de las tgs
Fuente: (Montalvo, 2017)
Referencias ENTREPARQUES. (24 de 10 de 2018). sistema de bibliotec. Obtenido de
http://www.rmbs.es/blog/biblioteca-entreparques/?p=2848 González Alijarcio, L. (12 de 03 de 2016). sistemas de riego egipcios. Obtenido de
https://www.pinterest.es/pin/329607266463468076/?lp=true Ingenieria Romana. (06 de 09 de 2016). Obtenido de
http://www.rtve.es/alacarta/videos/ingenieria-romana/ingenieria-romana-acueductos/3333455/
Kreiner, A. (30 de 10 de 2010). El ansia de saber. Obtenido de http://neurotransmisores.blogspot.com/2010/10/el-ansia-de-saber.html
Montalvo, E. (28 de 01 de 2017). Análisis conceptual de la teoría general de sistemas (TGS). Obtenido de https://www.elsaber21.com/analisis-conceptual-de-la-teoria-general-de-sistemas-tgs
Pornan, G. (2014). Diseño del sistema de riego. Obtenido de http://servipasto.mundomas.com/sistemas_de_riego_automatico/
Public Domain. (02 de 2017). Hombre pensando. Obtenido de https://www.publicdomainpictures.net/es/view-image.php?image=238001&picture=hombre-pensando
red Agricola. (04 de 2018). Obtenido de http://www.redagricola.com/pe/6792-2/ técnicas de cultivo y ubicación geográfica de los aztecas, mayas e incas. (2012).
Obtenido de https://sites.google.com/site/cuartovirtualdepestalozzi2012/tecnicas-de-cultivo-de-los-mayas-aztecas-e-incas
