Implementación de un sistema inteligente para invernadero de cultivos de hortalizas utilizando tecnología IoT y energía solar

Abstract

En esta propuesta se realiza el diseño e implementación de un prototipo de invernadero automatizado para el cultivo de hortalizas, en específico, la hortaliza rábano, el suministro de energía para los respectivos componentes eléctricos y electrónicos está dado por un módulo fotovoltaico constituido por dos paneles solares monocristalinos de 120 Watts de potencia pico, a los cuales se le implementa un seguidor solar para de esta forma captar la mayor radiación solar que permita aprovechar al máximo la generación de energía solar y por ende cubrir la demanda energética de los componentes del invernadero. Haciendo uso de la plataforma IoT ThingSpeak, en donde se monitorea de manera remota a través del protocolo HTTP las variables de temperatura, humedad del suelo, humedad relativa, CO2, nivel del depósito, iluminación, voltaje y corriente, cada una de las lecturas de estas variables están dadas por el uso de un sensor en específico los cuales son LM35, HD38, SHT3X, MG811, AJSR04M, BH1750, FZ0430 y ASC712, dichos sensores son conectados a puertos analógicos, digitales e I2C de una tarjeta ESP32. La comunicación mediante el protocolo MQTT entre la tarjeta ESP32 y el broker MQTT Mosquitto de manera inalámbrica hace posible que cada una de las variables antes mencionadas sean publicadas en dicho broker, teniendo los datos en este sitio y utilizando la plataforma Node-RED es posible extraer dichos datos para posteriormente almacenarlos en la base de datos de series temporales InfluxDB, esta última plataforma se usa como fuente de datos para de esta forma visualizar mediante dashboards de manera local a través de Grafana el comportamiento de las variables físicas que inciden en el crecimiento del cultivo de rábano; cada uno de los servicios Mosquitto, InfluxDB y Grafana son instalados en la tarjeta Raspberry Pi la cual, cumple la funcionalidad de servidor IoT dentro de la propuesta. Para obtener un control automático y manual sobre los actuadores eléctricos conectados en el PLC LOGO 8 se diseña un servidor web para controlar dichos actuadores mientras que, para el caso automático la plataforma Nodered se comunica mediante el protocolo S7 hacia el PLC para de esta forma enviar las señales que activen los actuadores al momento de presentarse condiciones anormales en las variables del invernadero. Se tiene como resultado datos en tiempo real almacenados en ThingSpeak y Grafana correspondientes a las variables físicas del invernadero, esto permitió visualizar el estado de las variables durante las 24 horas del día, además, tener un control adecuado sobre la activación o desactivación de los actuadores eléctricos acorde a las condiciones climáticas dadas dentro del invernadero y un aprovechamiento máximo de los paneles solares al implementar un algoritmo de programación de seguimiento astronómico del sol alrededor de un 50% más en comparativa con un sistema que no posee seguidor solar.