A continuación, se presenta el análisis de los datos recolectados en las diferentes pruebas que se realizaron a los elementos que componen el sistema de riego y que fueron descritos a lo largo de este libro cerrando con las pruebas de cada uno de los módulos Central y Final.
5.1. COMUNICACIÓN LORA
Se realizaron pruebas de distancia entre los módulos de comunicación LoRa realizando una conexión punto a punto, en la tabla X se muestran los resultados de las pruebas que se realizaron con el módulo RFM96W de Hope RF y el módulo RN2903 de microchip, para ambos casos con línea de vista y sin línea de vista entre los módulos.
Modulo Hope RFM96W Modulo Microchip RN2903
Metros Con línea de vista(5voltios)
Sin línea de vista (5 Voltios)
Con línea de vista(3.3voltios)
Sin línea de vista (3.3 Voltios) 1 Ok Ok Ok Ok 10 Ok Ok Ok Ok 20 Ok Ok Ok Ok 50 Ok Ok Ok Ok 100 Ok Ok Ok Ok 150 Ok Error Ok Error 200 Ok Error Ok Error
300 Error Error Ok Error
400 Error Error Ok Error
Tabla 22. Resultados de prueba de distancia para módulos LoRa. Fuente: propia
5.2. CONSUMO DE ENERGIA Y OPTIMIZACIÓN
En el análisis del consumo de energía de los dispositivos electrónicos implementados en las diferentes tarjetas implementadas anteriormente, se observó una diferencia relativa respecto a su consumo en tiempo real de la potencia que necesitan cada uno para su funcionamiento. Los resultados comparativos entre potencia del sistema en estado de reposo y en estado de transmisión fueron objeto de análisis respectivamente, junto con los tiempos de capacidad de las baterías implementadas. En las siguientes tablas, se muestran los registros de consumo de corriente de los dispositivos implementados en diferentes estados de funcionamiento, (estado de inicio, estado de transmisión), para las diferentes tarjetas por separado e igualmente para los módulos que se pueden implementar. Se alimenta todo el modulo por medio de una batería de litio de 7.8 V.
5.2.1. Consumo del sistema de riego hjn Consumo mA Trasmitiendo Tarjeta de energía 8.8 Tarjeta base 1.1 Tarjeta LoRa 1.6 13.3 Tarjeta Electroválvulas 40.4 Módulo de Bluetooth 50 9.8 a 29.1 Módulo Básico 100.3 73.4 a 92.7 Módulo Central 61.5 33 a 52.3 Módulo Final 51.9 63.6
Tabla 23. Datos de consumo de energía de las tarjetas y módulos del sistema. Fuente: propia
Consumo mA/h Horas Días
Modulo Base 131.7 41.8 1.74
Modulo Central 145.4 37.8 1.57
Modulo Final 94.9 57.9 2.41
Tabla 24. Capacidad de funcionamiento con batería 5500mAh. Fuente: propia
5.2.2. Consumo de tarjeta de actuadores
Para el análisis de consumo de la tarjeta de actuadores, se realizó una medición de las corrientes pico que generan las bobinas de las electroválvulas, las cuales se consideran significativas para el circuito. En respuesta a estas corrientes pico que pueden dañar el Driver, se diseña un circuito electrónico como protección para cada señal digital de salida entre el Driver y las electroválvulas, llamado Push Pull.
El driver de referencia L293D tiene un consumo aproximado de 4W en su máximo rango de trabajo según la hoja de datos, para este trabajo la fuente de alimentación es de 12 Voltios y 5 Voltios. 12 Voltios para energizar electroválvulas y 5 Voltios (Regulador AMS1117), para alimentar los Enable internos del L293D y los circuitos de protección Push Pull.
En general el sistema de módulos de actuadores mantiene un consumo uniforme y bajo hasta cuando se realiza una activación o desactivación de las electroválvulas.
Comportamiento eléctrico de la electroválvula 1
Con ayuda del osciloscopio, se logra tomar la tensión de sobre pico con una resistencia de 10 ohmios. El voltaje de arranque al que alcanza a llegar esta electroválvula es de 3.64 voltios, entonces a si la corriente pico es de 364mA. Corriente la cual no representa mayor riesgo para el driver ya que este a su vez tiene en las salidas de cada señal provenientes del micro unos arreglos push-pull que lo protegen de grandes sobre voltajes.
Figura 51. Sobrepico de voltaje de encendido de electroválvula 1
Al igual que el caso anterior, para el apagado de la electroválvula 1, se genera una sobretensión alrededor de 3.4 voltios teniendo así una corriente pico de 340mA, sin presentar mayor riesgo para el driver y microcontrolador.
Figura 52.Sobrepico de voltaje de apagado de electroválvula 1
Comportamiento eléctrico de la electroválvula 2
Existe un sobre pico de voltaje cerca de los 3.72 voltios, teniendo entonces una corriente pico cerca a los 372mA. Para el caso de la activación de la electroválvula 2.
Figura 53. Sobre pico de voltaje de encendido de electroválvula 2
Para el apagado de la electroválvula existe un sobre pico de voltaje cerca de los 3.80 voltios, teniendo entonces una corriente pico cerca a los 380mA.
CAPITULO VI: CONCLUSIONES
• El desarrollo del presente proyecto deja como resultado un prototipo funcional y practico de muy bajo costo en comparación con los dispositivos que se encuentran en el mercado y que son diseñados con un solo fin o esquema de funcionamiento para cumplir tareas específicas. • El prototipo es un sistema de riego multifuncional que se adapta gracias a su estructura a
desarrollar tareas diferentes por ser un sistema modular. Dependiendo de la necesidad o tarea que se requiera, el prototipo podrá codificarse para que funcione como modulo independiente para un espacio pequeño o como un Gateway para una crear una red punto a punto de largo alcance.
• El diseño de acople de impedancias para la antena del módulo LORA es esencial para una trasmisión de largo alcance, esto debido a que se necesita transmitir con la mayor potencia posible los paquetes de datos modulados por SFK y evitar ondas de reflexión que puedan generar ruido y alterar la comunicación.
• La exposición de los módulos Lora a zonas con alto grado de radiación electromagnética, ocasiona en la transmisión de los módulos Lora, pérdidas significativas de paquetes. Realizando pruebas dentro de una zona se presenta un alto índice de radiación electromagnética por diferentes antenas que trabajan a una frecuencia del rango AM, la distancia de la red punto a punto se reduce en un 50% aproximadamente.
• Para la implementación del prototipo se requiere una buena cobertura o caja de protección para los diseños de las tarjetas de los módulos. Esto debido a que los microcircuitos pueden llegar a estar expuestos a ambientes naturales extremos. El material de cobertura propuesto y que obtuvo los mejores resultados es el plástico ABS (familia de los termoplásticos o plásticos térmicos que contienen una base de elastómeros a base de poli butadieno que los hace más flexibles y resistentes a los choques)