Diseño e implementación de una red inalámbrica, aplicando el estándar de comunicaciones ZIGBEE, para el monitoreo de los sistemas: antiheladas, regadío y ventilación de un prototipo de invernadero inteligente para el cultivo de rosas

Abstract

La producción de flores es una de las actividades más importantes que sustenta la economía del Ecuador, siendo la rosa una de las especies más cotizadas a nivel mundial. Sin embargo en la actualidad existe muy poca investigación orientada al monitoreo de los sistemas de ventilación, regadío y anti-heladas, que contribuyan al mejoramiento de la producción del cultivo. En el presente trabajo se ha diseñado e implementado una red inalámbrica aplicando el estándar de comunicaciones ZIGBEE, dedicada al monitoreo de las variables físicas de: temperatura, humedad relativa, humedad del suelo, concentración de CO2 y luminosidad, que permitan optimizar el manejo de invernaderos, permitiendo la toma de acciones correctivas oportunas. Se ha desarrollado una red conformada por tres nodos sensores encargados de recolectar datos de cada uno de los sensores distribuidos en el interior de un prototipo de invernadero ubicado en las instalaciones de la Escuela Politécnica del Ejército Extensión Latacunga ¿ Ecuador. Cada nodo sensor está conformado por un microcontrolador y un módulo de comunicación inalámbrica ZIGBEE. El microcontrolador se encarga de digitalizar las señales provenientes de cada sensor, procesar los datos y enviarlos a través del puerto UART al módulo ZIGBEE. Además llevan incorporada una batería de 12Vcd, para la alimentación de cada uno de los componentes del nodo. Otro elemento integrante de la red es un nodo coordinador encargado de gestionar la comunicación con los nodos sensores. Este nodo está integrado por un microcontrolador y un módulo ZIGBEE. El modulo ZIGBEE se encarga de comunicarse directamente con cada nodo sensor. El microcontrolador recibe datos enviados por el módulo RF a través del puerto UART, los procesa y envía por medio del puerto USB al computador destinado para el manejo de la interfaz HMI. El nodo coordinador fue configurado como un dispositivo USB con transferencia de datos tipo BULK. La interfaz HMI se desarrollo en LABVIEW. Para enlazar el puerto USB del microcontrolador con LABVIEW, se manejo librerías dinámica DLL de MICROCHIP que permiten la creación de enlaces virtuales ¿pipes¿. La pantalla principal de la interfaz HMI diseñada realiza el monitoreo en cuatro secciones bien definidas que son: monitoreo del canal virtual USB, monitoreo del estado de la batería, monitoreo de las cinco variables del invernadero y panel de alarmas en caso de exceder los valores óptimos de alguna de las variables. A fin de que el operador del sistema adopte las acciones correctivas inmediatas.