por Walter Jerusalinsky, sobre proyecto de investigación y desarrollo de Marcelo F. Warnes
Introducción
El seguimiento sanitario y fenológico de cultivos requiere la medición, recolección y análisis mediante técnicas de tratamiento de big data .
Se trata en estas anotaciones del desarrollo experimental de estaciones nodales de bajo costo para el monitoreo y adquisición de ciertas magnitudes físicas ( humedad y temperatura del suelo, humedad y temperatura ambiente, temperatura de las hojas, presión atmosférica , niveles de radiación solar, etc) , en campos de cultivo.
Estas estaciones nodales serán instaladas en forma distribuida en los campos bajo estudio, en una disposición similar a la de una red inalámbrica de sensores, con una densidad aproximada de una unidad por hectárea.
Dado que algunas de las magnitudes a medir, como por ejemplo la presión atmosférica o el nivel de radiación solar , son más uniformes y requieren menor densidad de sensores, o sea un menor número de unidades para una superficie determinada , se estima que habrá estaciones que incluirán todos los sensores y otras que incluirán solamente algunos, por lo que se considera una arquitectura modular.
Requerimientos básicos
El dispositivo debe realizar por lo menos 3 lecturas diarias de los sensores conectados, en horarios estratégicamente predefinidos por el biólogo de acuerdo al metabolismo diario de los cultivos.
Las lecturas de los sensores deben ser almacenadas localmente hasta que sean transmitidas a otro dispositivo recolector que las leerán periódicamente mediante una conexión inalámbrica.
El dispositivo deberá observar periodicamente por la presencia del dispositivo recolector, que puede ser por ejemplo otro microcontrolador a bordo de un UAV (drone) o un dispositivo mobile en manos de un operador que se acercaría con ese fin a las estaciones.
El dispositivo deberá entrar en un modo de "stand by" durante el tiempo que trascurre entre lecturas y chequeos de la presencia del dispositivo recolector, con la finalidad de hacer un uso óptimo de la energía.
El dispositivo será alimentado por baterías recargables, con respaldo de algún método de energy harvesting , basado en paneles fotovoltaicos, procurando reducir al mínimo la necesidad de mantenimiento, recarga manual o reemplazo de las baterías.
Selección del microcontrolador
Se decidió usar como corazón del nodo el microcontrolador ESP8266EX de Espressif , montado en un módulo ESP-12e de AI-THINKER
por las siguiente razones:
Es un módulo de montaje superficial que mide solamente 24mm x16mm x 3mm y pesa apenas 2 gramos.
Se puede programar mediante la IDE de Arduino, y se pueden aprovechar muchas de las bibliotecas en C++ disponibles para Arduino, incluyendo las que corresponden a los sensores utilizados en esta estación.
Incluye Wi Fi, puede ser utilizado como cliente o como access point (softAP), incluso en las dos modalidades a la vez como con soporte para modo mesh.
Si bien consume bastante mientras se produce la conexión WI-FI , el ESP8266 tiene un modo "sleep" o "stand by" que permite conservar la energía de las baterias activando el dispositivo sólo durante pulsos cortos de tiempo, suficientes para realizar la adquisición de datos y ponerlo nuevamente a "dormir" .
Incluye 4Mb de memoria Flash
Bajo costo y amplia disponibilidad
Funciones
- Adquisición de las lecturas de los sensores
- Almacenamiento temporario de las lecturas obtenidas en la memoria flash.
- Chequeo periódico de la presencia del dispositivo de recolección y upload de los datos.
- Puesta en estado latente ( sleep) de mínimo consumo de energía en los lapsos intermedios.
Alimentación
Energy harvesting con 2 paneles de 40mm*50mm , y pack de 4 pilas recargables AA NiMh
Sensores
Sensores básico
Humedad del suelo: sensor capacitivo de diseño propio, con especificaciones a definir según la aplicación.
Temperatura del suelo: Dallas/Maxim DS18B20 , mide de -10°C a +85°C con ±0.5°C de precisión.
Aire: humedad y temperatura , Aosong DHT22 , mide de 0 a 100% de humedad relativa ambiente, con una precisión mínima de ±5% y temperatura de -40°C a 80°C con precisión de ±0.5°C.
Sensores adicionales
Presión atmosférica + temperatura . Bosch Sensortec BMP180, mide de 300 hectopascales a 1100 hectopascales , que corresponden respectivamente a +9000m y -500m en relación al nivel del mar.
Nivel de luz ambiental - luxómetro RHOM BH1750FVI, mide desde 1 lux hasta 65535 lux , en el espectro visible desde 450nm a 650nm.
Temperatura de las hojas ( termómetro a termopila) Melexis MLX90614 , puede medir desde -70°C a 382°C con 0.5°C de precisión.
Pluviómetro : sensor de diseño propio, con especificaciones a definir según la aplicación.
continuará...