Prototipo IoT de monitoreo y control de variables ambientales para un cultivo hidropónico de hortalizas en sectores suburbanos de Ballenita

Abstract

La producción de hortalizas a través de la tecnología hidropónica es una realidad eficiente y de actualidad. Entre sus ventajas permite un mejor aprovechamiento del agua, reduce el efecto de factores ambientales y posibilita el control de las condiciones del cultivo. En este contexto, el presente trabajo pretende mostrar el diseño e implementación de un prototipo IoT para el monitoreo y control inteligente de las variables ambientales de un sistema hidropónico. Se fusionaron las tecnologías de comunicación y los sistemas embebidos para vigilancia remota y automatización de procesos. El sistema con una tarjeta ESP32 basada en el microcontrolador fue diseñado como nodo de adquisición única para recolectar, procesar y enviar datos. Sensores fueron añadidos para la medición de la temperatura, humedad relativa, potencia del hidrógeno (pH) y nivel del agua. Se añadió además el control de los actuadores y se implementó el control automático de una bomba de recirculación, de un sistema de ventilación. Esto se hizo usando reglas de decisión dentro de un conjunto predefinido de rangos de operación. La infraestructura de comunicaciones fue diseñada sobre redes inalámbricas Wi-Fi basada en el estándar IEEE 802.11n, operando en la banda de 2.4 GHz mediante el módulo inalámbrico integrado del ESP32. También, se empleó el protocolo MQTT bajo el modelo Publicador/Suscriptor, utilizando una arquitectura de múltiples brokers para incrementar la disponibilidad del servicio y la continuidad de la transmisión de datos. La información generada por el nodo sensor es distribuida en tiempo real hacia una aplicación de escritorio desarrollada en Python y una aplicación móvil para Android, permitiendo la supervisión simultánea del cultivo desde diferentes dispositivos. La validación del prototipo se llevó a cabo con las pruebas funcionales de adquisición de datos, comunicaciones inalámbricas, transmisión vía MQTT, sincronización con otras aplicaciones cliente, operación automática y control manual. Los resultados mostraron una performance estable de la infraestructura de comunicaciones, una sincronización apropiada de la información entre ambas plataformas, y una respuesta adecuada a modificaciones en las variables ambientales monitoreadas. En definitiva, el prototipo constituye una solución tecnológicamente viable para el desarrollo de sistemas inteligentes para agricultura, evidenciando la convergencia de tecnologías IoT, protocolos de comunicación, aplicaciones multiplataforma, y soluciones de inteligencia artificial como herramientas que potencian la generación de soluciones disruptivas en el ámbito de la Ingeniería en Telecomunicaciones.