Sistema de monitoreo y control semiautomático para la implementación de un huerto urbano comunitario mediante la técnica de organopónia
Resumen
El deterioro ambiental de nuestro planeta presenta continuos retos para las actividades humanas, entre ellas la obtención de alimentos, los retos en este sector (sequias, químicos, etc.) han propiciado nuevas maneras de cultivar alimentos en lugares no “tradicionales”, como hortalizas adaptando espacios disponibles en zonas urbanas.
Está practica de huertos urbanos es ampliamente usada en Japón, Cuba, Europa, etc., pero en México se encuentra en desarrollo, y se presenta como una opción con múltiples beneficios, como acceder a alimentos cultivados bajo condiciones sustentables con el medio ambiente, por desgracia no tienen tanto impacto en la sociedad debido a que requieren de un tiempo considerable para su preparación y cuidado al no presentar ningún grado de tecnificación.
En la presente investigación se usó un sistema embebido de gama media para controlar las variables físicas del huerto de 4.5 m2 en una comunidad urbana, el sistema se comunica inalámbricamente con un servidor, que permite el almacenamiento, consulta y manipulación del sistema mediante una página web que le otorga alta portabilidad.
Este sistema probo ser funcional para especies de leguminosas y solanáceas al obtener frutos en periodos promedio a las opciones comerciales además de ser cultivados mediante la técnica de organopónia.
Palabras clave: sistema embebido, control web, organopónia.
Abstract
The environmental deterioration in our planet presents continuous challenges for human activities, among them the food cultivation, the challenges in this sector (droughts, chemicals, etc.) have fostered new ways of growing food in non-traditional places, such as vegetables adapting spaces available in urban areas.
This practice of urban gardens is used in Japan, Cuba, Europe, etc., but in Mexico it is in development as an option with multiple benefits for the environment among them, to access agricultural products under environmentally sustainable regulations, unfortunately they do not have so much impact on society, because they require a considerable time for their preparation and does not have high degree of technification.
In this research we use a medium-range embedded system to control the physical variables of an orchard of 4.5 m2 in an urban community, the system communicates wirelessly with a server, which allows the storage, consultation and manipulation of the system, that use a web page for the control, this interface gives high portability.
This system proved to be functional for legume and solanaceous species to obtain fruits in periods common to the commercial options additionally being crops by the organophone technique without chemical products.
Keywords: Embedded system, web control, organopony.
Introducción
En el mundo alrededor del 55% de la población se encuentra asentada en zonas urbanas que en su mayoría no cuentan con planes de urbanización ni control de impacto en los ecosistemas (FAO, 2015), por lo que las comunidades se enfrentan a una gran cantidad de retos para la satisfacción de sus necesidades tales como, vivienda, transporte, alimentación, etc. Siendo este último un problema de gran peso debido a que en el proceso de distribución de los alimentos hacia los centros de consumo final existen un desperdicio mundial de más del 35% (FAO, 2015), para solucionar esta situación se han implementado diversas opciones entre ellas los huertos urbanos.
Los huertos urbanos han reintroducido el cultivo de alimentos en áreas adaptadas tales como balcones, azoteas, techos, jardines pequeños o cualquier otro espacio con acceso a luz solar, en ellos se pueden obtener distintas variedades como hortalizas, leguminosas, flores, etc. con la desventaja de no tener ningún tipo de proceso o herramienta automatizada que asista en el cuidado de estas áreas.
Para mantener el monitoreo y control de un huerto se requiere el uso de un sistema embebido con las capacidades específicas para controlar las variables físicas, así como un medio de comunicación entre el sistema y una base de datos externa.
Control
Para la implementación del sistema de monitoreo, se empleó el microcontrolador 18F4620 con encapsulado de 40 pines, programado con el IDE MPLAB X (Microchip Technology Inc., 2016) y con xc8 v1.37 (Microchip, 2017), esto permitió que se leyeran conjuntos de sensores LM35 y sensores combinados de temperatura y humedad relativa, la comunicación entre estos se realiza empleando protocolo serial. El microcontrolador posee un módulo de comunicación inalámbrica mediante wifi, el ESP-8266 nativo de la plataforma Arduino (Arduino AG, 2017), el cual no cuenta con un firmware de comunicación estable con microcontroladores de Microchip, por este motivo se desarrolló una biblioteca de firmware para el modelo ESP-8266-01 y ESP-8266-12.
Figura 1. ESP-8266-12, modulo activo de comunicación wifi
Integración
Después de obtener la información de los sensores pasa a una etapa de análisis, donde al evaluarla mediante la programación interna del microcontrolador, se decide si se activaran los actuadores, después de este proceso la información es puesta en cola de envió hacia la base de datos externa.
Esta base de datos está alojada en un servidor propio montado en una placa de raspberry pi 3 (raspberrypi Org, 2017) y el servidor está basado en raspbian (Raspberry PI Foundation, 2017), al tener un servicio de IP publica dinámica se procedió a usar un servicio de DNS dinámico el cual nos proporcionó un dominio fijo que apuntaba al servidor independiente a su IP.
Este sistema está destinado al monitoreo de un huerto urbano el cual tenía previsto tres productos. Actualmente se mantiene trabajando en la producción de leguminosas (frijol negro y bayo) y solanáceas (pimiento morrón) de los cuales se han obtenido frutos que no presentan daños ni deformaciones.
El tercer producto (khalé) debido a su naturaleza requiere de un clima templado-frío resistiendo hasta una temperatura de 24°C, la temperatura promedio que se registró por el sistema se mantuvo por encima de los 26°C, provocando que después de la germinación las plantas murieran.
Tabla 1. Temperaturas óptimas y críticas de las especies cultivadas
| Productos | Temperatura optima | Temperatura critica |
| Pimiento | 20-26°C | 32°C |
| Khalé | 18-21°C | 24°C |
Dados estos resultados se pueden extender el uso del prototipo como un sistema de producción de hortalizas y demás vegetales de clima templado a templado-cálido, debido a que la actual configuración de los actuadores no puede reducir la temperatura a menos de 25°C cuando el clima exterior se mantiene sobre los 27°C, cuando los actuadores no están en operación la temperatura que se alcanza dentro del huerto es de 33°C.
Conclusiones
Por medio de la implementación de un sistema embebido de gama media y con base en los resultados obtenidos se observa que el sistema para monitorear y controlar un huerto urbano permite controlar las variables de temperatura y humedad relativa para lograr un ambiente controlado en el cual puedan ser cultivadas diversas especies para consumo humano. Además de que es posible realizar consultas de las variables monitoreadas de manera remota en tiempo real, esto serviría para informar por medio de internet sobre una operación anormal del huerto.
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[a]Escuela Superior de Tizayuca, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo Tizayuca, Hidalgo, 43800, México ve296664@uaeh.ed.mx
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