90007-CULTURA POLITICA

Trabajo Colaborativo 2 Parte II

PROYECTO DE GRADO

GRUPO COLABORATIVO 205101_140

Jhon Fredy Cardozo Gmez COD: 79620219Jos Gregorio Caro (Cd.)Pedro Elas Muoz (Cd. 76319730)Jos Giovanni Pinto (74862031)Omar E. Ramrez C. (Cd. 79474833)

TUTOR: MARIO GERMAN ROCHA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNADFACULTAD DE CIENCIAS BSICAS TECNOLOGA E INGENIERIAMAYO - 2013TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIN2. OBJETIVOS3. CONTROL CLIMTICO DE INVERNADEROS

3.1. Resumen crtico3.2. Fenmeno fsico3.3. Utilizacin en la horticultura3.4. Formulacin de objetivos3.4.1. Objetivo general3.4.2. Objetivos especficos3.5. Formulacin de hiptesis3.5.1. Hiptesis general3.6. Marco terico3.7. Planteamiento del estudio3.8. Parmetros a controlar3.9. Resultados esperados3.10. Etapas del desarrollo4. MENTEFACTO5. CONCLUSIONES6. REFERENCIAS

1. INTRODUCCIN

Este trabajo pretende afianzar los conocimientos del mdulo de Proyecto de Grado (Electrnica), adems de poner en prctica todos los conceptos aprendidos a travs de un ejercicio de aplicacin, consistente en una solucin para el control climtico de invernaderos.

2. OBJETIVOSSe pretende con este ejercicio proporcionar y suministrar los elementos, los conceptos y la informacin necesaria para el desarrollo de las actividades a tener presentes para la planificacin y el desarrollo de un trabajo prctico de investigacin, para ir inculcando el correcto planteamiento, desarrollo y formulacin de actividades propias de la investigacin con racionalizacin de los recursos asignados.

(DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD)

3. CONTROL CLIMTICO DE INVERNADEROS3.1. Resumen crticoUn invernadero es un lugar cerrado destinado a la produccin de cultivos. Funciona debido a una cubierta exterior traslcida de plstico, que permite el control de la temperatura, la humedad y otros parmetros del medio ambiente que favorecen el desarrollo de las plantas.

3.2. Fenmeno fsicoAprovecha el efecto producido por la radiacin solar que, al atravesar un material traslcido, calienta los objetos que hay adentro; estos, a su vez, emiten radiacin infrarroja, con una longitud de onda mayor que la solar, por lo cual no pueden atravesar el material traslcido a su regreso quedando atrapados y produciendo el calentamiento.

3.3. Utilizacin en la horticultura La horticultura bajo invernadero es, quizs, la actividad agrcola en la que se va implantando con mayor rapidez la informtica y el control automtico. En la bsqueda continua de aumentar la rentabilidad, bien sea a travs de un mayor rendimiento de los cultivos o bien buscando un aprovechamiento ms eficiente de la energa empleada o, finalmente, por una mejora del rendimiento del trabajo aplicado en todo el proceso de la produccin, los dos primeros aspectos son los que dependen de un mejor control del clima del invernadero.Numerosos horticultores han incluido en sus objetivos de inversin construir mejores invernaderos en los que equipos e instalaciones hagan posible la regulacin ms automatizada del clima y el control automtico de otros factores (riego y fertilizacin), de modo que permitan que el cultivo produzca en condiciones ms favorables, para obtener alto rendimiento y mayor calidad. El control climtico del invernadero es un arma de enorme eficacia para la prevencin de enfermedades y plagas de los cultivos, que facilita y aumenta de manera clara, las posibilidades de aplicar programas de lucha integrada. Los avances en la tecnologa de los sensores, actuadores, autmatas programables y de los ordenadores, cada vez ms precisos y baratos favorecen, sin lugar a duda, esta evolucin de los agricultores.En la produccin hortcola intervienen muchas variables que participan en procesos fsicos y biolgicos y por lo tanto el nmero de factores que es necesario regular en un invernadero es grande, temperaturas del aire y sustrato, humedad, CO2, luz, pH, CE, etc. Existen adems interacciones entre muchas de estas variables y regular su combinacin ptima no es posible sino con la ayuda de sistemas ms capaces y complejos, con posibilidad de llevar algoritmos de control que integran o relacionan varias variables climticas y de usar modelos que faciliten la prediccin del comportamiento del sistema ante las diversas condiciones posibles, con lo cual la regulacin del clima se puede hacer con mayor precisin y estabilidad, que hasta hace poco no se haban generalizado en este sector. El objetivo es conseguir los niveles convenientes de temperatura, de humedad, luz, CO2 no limitante, para lo que frecuentemente se necesita la actuacin combinada de los equipos del invernadero, como es el caso de la apertura controlada de las ventanas y el funcionamiento simultneo de la calefaccin, cuando se produce un exceso de humedad ambiente, que es conveniente eliminar. La introduccin de la informtica ha permitido proponer sistemas de control que son capaces de manejar algoritmos con niveles de consignas de varias variables climticas importantes para el cultivo, as como de instrucciones para la actuacin de los equipos de climatizacin de modo combinado y jerarquizado.El reto actual es conseguir optimizar estas herramientas de decisin y manejo con la mayor simplicidad posible, para que el productor disponga de la informacin que necesita de modo sinttico, sin sentirse desbordado.Asimismo los sistemas de control deberan complementarse con medios y datos de tipo biolgico y, particularmente, fisiolgico, que sirvan para obtener informaciones prcticas sobre el estado del cultivo, que ayuden a su manejo.Los invernaderos en Colombia son muy utilizados para cultivar setas o flores, estas ltimas son un rengln importante en las exportaciones del pas, sin embargo la automatizacin de invernaderos es muy reducida, los pocos proyectos de automatizacin han llevado a procesos ms eficientes.Por lo anterior expuesto es de suponer que habr un aumento en la demanda de sistemas de telecontrol, telemetra, software de aplicacin, sensores y actuadores que permitan un control de los parmetros que intervienen en la obtencin de un ambiente artificial con invernadero.Es as como los autores del presente proyecto deciden hacer un sistema de control en base a micro controladores, este sistema deber ser flexible, de fcil instalacin, escalable y con una buena relacin costo beneficio.3.4. Formulacin de objetivos

3.4.1. Objetivo general Controlar y automatizar el ambiente dentro de un invernadero.

3.4.2. Objetivos especficos Controlar los sistemas de calefaccin, luminosidad y ventilacin dentro del invernadero, haciendo uso del micro controlador PIC16F877A. Programar y reprogramar las condiciones del micro clima del invernadero, haciendo uso de un teclado matricial, que se observaran por medio de una pantalla de cristal lquido (LCD). Aplicar tecnologas ecolgicas para el control del micro clima del invernadero.

3.5. Formulacin de hiptesis

3.5.1. Hiptesis general Se modificara el sistema manual de control de un invernadero, por un sistema de control automtico basado en un circuito integrado programable (PIC), que permitir mantener el micro clima del invernadero entre un rango de valores adecuados para el cultivo.

3.5.2. Hiptesis especfico Se dar a conocer los valores de las variables de temperatura y humedad y iluminacin del micro clima del invernadero a travs de una pantalla de cristal, el sistema de control contara con una interfaz que le permitir al usuario ingresar y/o modificar los parmetros de control de estas variables. Se har uso de sensores de temperatura (LM35), humedad (HS1101) y resistores dependientes de la luz (LDR). Se implementara un sistema control seguro y completo, que permitir generar empleo en el sector agrcola.

3.6. Marco terico

Este proyecto inicialmente tiene en cuenta medir y controlar las variables humedad absoluta, humedad relativa y temperatura.

Se define HUMEDAD como la medida del contenido de agua en la atmsfera. La atmsfera contiene siempre algo de agua en forma de vapor. La cantidad mxima depende de la temperatura; crece al aumentar sta: a 4,4 C, 1.000 kg de aire hmedo contienen un mximo de 5 kg de vapor; a 37,8 C 1.000 kg de aire contienen 18 kg de vapor.

El peso del vapor de agua contenido en un volumen de aire se conoce como humedad absoluta y se expresa en unidades de masa de agua por unidades de masa o de volumen de aire seco.

Frecuentemente se utiliza la medida de gramos de vapor de agua por metro cbico de aire. La HUMEDAD RELATIVA, dada en los informes meteorolgicos, es la razn entre el contenido efectivo de vapor en la atmsfera y la cantidad de vapor que saturara el aire a la misma temperatura.

Si la temperatura atmosfrica aumenta y no se producen cambios en el contenido de vapor, la humedad absoluta no vara mientras que la relativa disminuye. Una cada de la temperatura incrementa la humedad relativa produciendo ROCO por condensacin del vapor de agua sobre las superficies slidas.

La temperatura a la cual se empieza a formar el roco en el aire que contiene una cantidad conocida de vapor de agua se llama PUNTO DE ROCO

Continuamente en los ltimos aos se evidencian las ventajas de las aplicaciones en base al micro controlador. Las principales ventajas son el bajo costo y la flexibilidad por ser reprogramables. Pero ltimamente resalta una ventaja an ms importante, esta es el Tiempo y costo de desarrollo, no es lo mismo desarrollar una aplicacin en 7 das que en 3 meses de arduo y desgastante trabajo. Los causantes de esta revolucin en tiempo y costo son bsicamente el Software, tanto simuladores como compiladores en lenguajes de nivel medio.

Los simuladores con Modelos Virtuales de Simulacin (VSM) como el Proteus, permiten ejecutar programas de simulacin con nfasis en circuitos integrados (Spice). Incluso pudindose integrar anlisis en el tiempo y en la frecuencia.

Ya pudindose integrar en un simulador tantas y buenas caractersticas solo falta el lenguaje de programacin.

El lenguaje C para programacin de micro controlador ha venido ganando amplia aceptacin gracias a compiladores muy potentes como el PIC C COMPILER.

Una de las mejores caractersticas que puede poseer un compilador, es que ofrezca la posibilidad de programar en modo de tiempo real (RTOS) o Multitarea (Multi-Task), esta caracterstica de sistema operativo de tiempo real, evita desperdiciar maquina en rutinas de demora, en cambio permite que varias tareas o rutinas se estn ejecutando simultneamente.

3.7. Planteamiento del estudioLos invernaderos fros son los ms comunes por ser ms econmicos, ya que consiste en una estructura que slo recibe el calor del sol. Sin embargo, en nuestra regin los climas son muy variables: Sistemas de calefaccin que pueden ser con tuberas de agua caliente hecho a base de un calentador solar esto permitir ahorrar constes en cuanto a energa elctrica, adems de ser ecolgico. Tambin se har uso de ventiladores refrigerantes para altas temperaturas. El sistema de irrigacin ser mediante riego por goteo as se reduce al mnimo la utilizacin de agua. Sistema de ventilacin y apertura del invernadero para la expulsin de gases CO2. Sistemas de Iluminacin para completar el tiempo de iluminacin necesario de las plantas.Todos estos sistemas sern ledos con sensores, controlados y automatizados por el PIC 16F877A.3.8. Parmetros a controlar Temperatura: habr que controlar la temperatura del Ambiente del Invernadero Generalmente, la temperatura mnima requerida para las plantas de invernadero es de 10-15C, mientras que 30C es la temperatura mxima. As como tambin un ventilador refrigerante para regular la temperatura del ambiente, se cuenta con un sensor de temperatura (LM35), el cual trabaja en un rango de temperatura en escala centgrada que va desde -55 C. hasta 150 C., la precisin del sensor es de 0.5 C., mientras que la temperatura incrementa 10mv por grado centgrado. Humedad: se cuenta con un sensor de humedad HS1101 y con una bomba (electro vlvula) y picos de riego encargados de humidificar la tierra.

3.9. Resultados esperados El control de invernadero ofrece mayor productividad dentro del invernadero. Garanta de tener una produccin de calidad debido a tener un mayor control de los factores climticos adversos al cultivo (heladas, granizo, sequas, excesos de viento). Poder producir fuera de poca. Tener ms oportunidad de comercializar cultivos de alta calidad en un mercado competitivo.

3.10. Etapas del desarrollo

El proceso de desarrollo del sistema se llev a cabo a partir de las siguientes tareas:

Diseo e implementacin de la Unidad central de control Diseo e implementacin del mdulo de actuadores con control inalmbrico. Diseo e implementacin del mdulo de sensor con enlace inalmbrico.

Todas las tareas se disearon apoyadas en el simulador Proteus, mientras que para el diseo de las tarjetas de circuito impreso se hizo con un programa de diseo de diagramas y circuitos impresos con auto enrutador (EAGLE) y la construccin se realiz en forma sincronizada de acuerdo a un diagrama de eventos previamente establecido. El Mdulo o Unidad Central de Control consta de los siguientes circuitos.

Reloj tiempo real: El reloj de tiempo real elegido es el DS1302 del fabricante Dallas Semiconductor. Este integrado es una memoria serial con funciones de reloj calendario. Utiliza el protocolo de comunicaciones serial sincrnico tpicamente utilizado por el micro controlador PIC.

Banco de memoria: Este tiene por objetivo almacenar los datos adquiridos por los mdulos de sensores y los datos de las acciones de control, se form un banco de 4 memorias seriales compuesto por integrados de referencia 24lC512 que tienen un bus de datos I2C y juntos forman una capacidad de almacenamiento de 256 Kbyte.

Interfaz grfica a usuario: consiste de un teclado matricial de 4 x 4 y una pantalla de cristal lquido controlador por un micro controlador de la serie 0108, a travs de una librera grfica del compilador PIC C, especial para este controlador grfico se pueden graficar lneas, texto, curvas y puntos.

Para lograr una interfaz grfica a base de iconos se utiliz un software que convierte un icono de formato BMP a BMP2LCD, luego otro software (LCD2ASM) entrega una tabla que se puede utilizar tanto en lenguaje ensamblado como en lenguaje C. Esta ltima tabla representa puntos que en conjunto formaran finalmente un grfico en la pantalla de cristal lquido.

Interfaz de Comunicacin al Computador: Consiste de una interfaz segn el protocolo RS232, configurado a 9600 bps, 8 bits y un bit de parada. Adems se utiliz para lograr los voltajes adecuados de transmisin y recepcin el tpico integrado MAX232.

Mdulo actuador: El actuador consiste de un rel de estado slido con trodo alternador de corriente (TRIAC), y posee un sistema de proteccin para los elementos activos de conmutacin (snubber) que ayudan en el adecuado manejo de las cargas inductivas con una capacidad de 220 voltios y 16 Amperios. Un micro controlador PIC16F84A recibe las rdenes va inalmbrica del mdulo de control y por medio de un opto acoplador con salida de diodo para corriente alterna (DIAC) controla el rel de estado slido.

Modulo sensor: El dispositivo principal es un circuito integrado especfico cuya referencia es SHT11 y un micro controlador que se encarga de configurar y leer los datos de humedad relativa y temperatura. Descripcin: El SHT11 de la casa es un sensor integrado de humedad calibrado en fbrica con salida digital mediante un bus serie sncrono y protocolo especfico.El dispositivo tambin dispone de un sensor de Temperatura integrado para compensar la medida de humedad dependiendo de la temperatura, en casos extremos. Cuenta tambin en su interior con un calefactor para evitar condensacin en el interior de la cpsula de medida para condiciones de niebla o similar donde existe condensacin.

Funcionamiento: El SHT11 se puede alimentar con un rango de tensin continua comprendido entre 2,4 a 5 Voltios y es necesario proveer lo ms cerca posible del circuito integrado un condensador de desacoplo de 100nF entre tierra (GND) y el punto de voltaje de corriente continua (VCC). Como puede encontrarse en la hoja de datos (Datasheet) del SHT11,el circuito integrado dispone de 10 pines aunque solo se usan 4 de ellos y los dems se debern soldar en plantillas de espuma (PAD) al aire, simplemente para la sujecin del integrado.

El pin DATA corresponde a la salida/entrada de datos para comandar y leer el sensor y es un pin triestado por lo que necesita de una resistencia de polarizacin al punto de voltaje continuo (Vcc). SCK se utiliza para sincronizar la transmisin y no dispone de frecuencia mnima.

Comunicacin inalmbrica: Durante la fase de desarrollo del equipo se fabric un sistema de comunicaciones basado en una red de tipo maestro esclavo, en donde el mdulo de comunicaciones maestro se coloc dentro de la unidad central y los mdulos esclavos se situaron en algunos puntos estratgicos dentro del invernadero destacndose dos tipos distintos de funcionalidades:

Mdulos inalmbricos para sensado de variables. Mdulos inalmbricos para el accionado actuadores.

4. MENTEFACTO

Electro vlvulasSupervisinHUMEDADMARCHAVariadoresVentiladoresTECLADO DISPLAY SensoresCONTROLLucesPARADAIHM

5. CONCLUSIONES

El sistema de control y automatizacin de invernaderos en nuestro pas es un proceso muy poco aplicado debido a que la mayor parte del control se realiza manualmente. Se logra un ahorro de tiempo y costos econmicos al agricultor del invernadero en el proceso de riego y calefaccin debido a que este proceso es automtico. Es necesario calibrar bien todos los sensores antes de ser ledos por el PIC, debido a que por medio de estos se logra el control de los sistemas de riego, calefaccin y ventilacin.

6. REFERENCIAS

[1] TORRES, Alberto. CAMARGO, Luis Enrique. Ao 2009. Mdulo del Curso Proyecto de Grado de Ingenieras. Universidad Abierta y a Distancia UNAD-[2] Invernadero. 18 de abril de 2013. En https://es.wikipedia.org/wiki/Invernadero[3] HEINEMAN Klaus. (2003). Introduccin a la metodologa de la investigacin emprica: en las ciencias, pgina 174, editorial Paidotribo.[4] EYSSAUTIER de la Mora, (2006) Metodologa de la investigacin: desarrollo de la inteligencia, Editores Cengage Learning[5] Calero JL. Investigacin cualitativa y cuantitativa. Problemas no resueltos en los debates actuales. Rev. Cubana Endocrinol 2000; 11 (3): 192-8.[6] BLANCO Adolfo. Formulacin y Evaluacin de Proyectos.Espaa: Ediciones Torn, 4ta edicin, 1999. 258p.