El circuito electrónico se elaboró primero en protoboard para verificar que funcionara correctamente antes de montarlo fijamente en el prototipo, inicialmente se conecta el circuito con lo sensores, el controlador y la pantalla LCD, de esta manera se realizan pruebas de medición con el objetivo de validar la lectura de los sensores y la relación de comunicación de estos con el dispositivo controlador. Una vez probados estas conexiones y viendo la viabilidad del circuito, se procede a elaborar el circuito en una baquelita y posteriormente a conectar el mismo circuito en el modelo a escala extendiendo las conexiones de los sensores y los actuadores para ubicarlos en el punto definitivo donde estos se encontrarán dentro del prototipo. Después de conectar los elementos y fijar el circuito a la base del prototipo se procede a realizar pruebas de funcionamiento nuevamente y se realizan ajustes para rectificar que el circuito sense las variables dentro de los umbrales definidos.
5.2.1 Sistema de lectura: este circuito se encarga de determinar las mediciones de las condiciones ambientales internas del prototipo que proporcionan los sensores de temperatura, humedad y luminosidad, estas mediciones en datos serán reflejadas de forma numérica en una pantalla LCD.
Materiales:
Microcontrolador (Arduino Nano)
Pantalla LCD 16×2 Sensor de temperatura LM35 Sensor de humedad DHT 22 Fotorresistencia (LDR) Resistencias de 5K. Potenciómetro de 100k
Placa universal para montaje
Pulsadores
Figura 42 - Pantalla LCD
Fuente: BLOG MICROPINGUINO, Electrónica y Programación, Manejo Pantalla LCD 1602 en un microcontrolador. [En línea] [Citado el 16 de noviembre de 2015]. Disponible en: http://micropinguino.blogspot.com.co/2013/04/manejo-pantalla- lcd-1602-con-el.html)
Se usa un potenciómetro de 100 K, para el contraste de fondo de la pantalla LCD. Los potenciómetros tienen 3 conexiones, una a 5V en el microcontrolador, otra conexión a GND y la pata del centro va conectada al 3 del LCD que es Voltaje de contraste, se usan 6 puertos digitales del microcontrolador para realizar la comunicación de datos. En cuanto al sensor de luminosidad va con conexión a 5V y a GND por medio de una resistencia de 5k ohm pull-up y a su vez se conecta a una entrada análoga del microcontrolador, El sensor de humedad DHT22 es digital, se conecta a GND y a 5v mientras su pata de datos va conectada a una entrada digital del microcontrolador, en cuanto al sensor de temperatura por ser este análogo se alimenta y se conecta a una entrada análoga del microcontrolador.
Se utiliza un lenguaje de programación Processing basado en Java para configurar las entradas, salidas y proceso de datos con la ayuda de librerías, que se generan en los sensores y serán mostradas en la pantalla LCD. En este proceso se declaran sentencias que involucran las conexiones físicas con los puertos análogos y digitales del microcontrolador, en estas sentencias se determinan los datos de temperatura, luminosidad y humedad que se medirán constantemente en tiempo real.
5.2.2 Sistema autónomo: este circuito nos automatiza el prototipo generando señales a sistemas actuadores cuando se superan rangos específicos de lectura en los sensores, mediante un sensor de humedad que cuando supere una medida umbral active la motobomba para empezar a bombear agua a las tuberías y realizar el sistema de riego.
Así mismo el sistema de extractores que se activa cuando, por un sensor de temperatura, se detecte que el ambiente es demasiado caluroso, activando 2
extractores y un ventilador para generar aire fresco además de 2 techos corredizos automatizados y el control de Intensidad de luz que se activara al oscurecer con el fin de encender unas lámparas de sodio recreando los rayos ultravioleta proporcionados por el sol.
Materiales:
Motobomba de agua
Ductos para riego
Extractores
1 Ventilador
Mecanismo para 2 techos corredizos
Sensor de temperatura LM 35 Sensor de humedad DTH22 Sensor de luminosidad LDR Relés de 12v Condensadores cerámicos de 22pF Pulsadores Amplificadores operacionales 741, lm 324 PIC 16f877a Potenciómetro de 10Kohm
Resistencias de 1kohm, 100kohm,900ohm, 220ohm
Diodos n4001
Cristal de 4Mhz
Transistores 2n2222
Este sistema realiza la función de leer los estados de entrada que proporcionan los sensores estos van conectados a las entradas del microcontrolador RB 0, 1, 2. En la programación se asignan los puertos de entrada como RB y los de salida como RA, el código se diseñó con el fin de permanecer leyendo los datos de entrada constantemente, con el fin de verificar los estados de entrada en 0 o 1 de cada puerto RB, sus funciones de lectura activan las salidas cuando en la entrada esta un 0 o un 1 se envía las señales de activación por los puertos RA, el sistema es constante en cuanto a sus mediciones y cuando las variables físicas cambian los actuadores lo hacen por medio de una etapa de potencia accionada por relés. El microcontrolador se caracteriza por recibir las señales provenientes de los sensores físicos, luego estas señales son filtradas se amplifican y posteriormente se digitalizan para actuar automatizando el cultivo.
El sensor LDR se conecta a GND y su otro extremo a una resistencia de 1kohm en pull-up 5v y entra al PIC (microcontrolador) en la pata RB0, cuando hay ausencia de luz se genera un 1 lógico que va a la entrada y a su vez actuara, el sensor de temperatura será conectado al PIC en la entrada RB1, este actúa por cada grado de temperatura enviando un voltaje de 0.01v, ya que el microcontrolador PIC no
incluye en su arquitectura conversores análogos-digitales, se usara el LM-324 como un comparador en una configuración con dos resistencias de 10kohm en retroalimentación y 900ohm en el pin 2, se establece que cuando allá un voltaje en la resistencia de 900ohm de 0.01v se genere en forma digital hasta llegar al umbral de 22 °C y se forme el 1 lógico para así activar la salida RA1 del PIC y a su vez el techo corredizo y los extractores.
En cuanto al sensor de humedad este funciona con un comparador, en este caso el amplificador operacional 741 se conecta con un potenciómetro de 10kohm con el fin de tener un voltaje de referencia, el sensor funciona con condiciones como temperatura y presión atmosférica, cuando el voltaje del sensor sea igual al del comparador y pase el umbral enviara un 1 lógico a RB2 y a su vez en la salida del PIC en RA2 para activar la bomba de agua y el sistema de riego.
5.2.3 Etapa de potencia: la salida del microcontrolador es de 5v y se usan actuadores de diferentes voltajes superiores a 5v, para esto se usa los relés que son bobinas que internamente tienen unos contactos, se usan de 5v y maneja 30 VDC, la salida del microcontrolador va directamente a una resistencia de 10kohm, entra a la base de un transistor 2N2222, el emisor del transistor va a GND y el colector va conectado a la bobina del relé y la otra pata de la bobina va a 5v, se usa el diodo 1N4004 se utiliza para protección de corrientes inversas que se generan por la bobina del relé, por el lado de los contactos del relé se utiliza normalmente abierto con el común para la conexión de los actuadores.
Figura 43 - Circuito de Potencia