Diseño de un prototipo sembrador de semillas y control de temperatura y humedad para UAVs (Vehículo aéreo no tripulado).

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Diseño de un prototipo sembrador de semillas y control de temperatura y

humedad para UAVs

(Vehículo aéreo no tripulado).

Cristian Camilo González Daza Raúl Ernesto Roberto Vera Jesús David Arévalo Cadena José Oswaldo Antolínez Wilches

Fundación Universitaria Compensar Facultad de Ingeniería de Telecomunicaciones

Bogotá D.C. Colombia 2021

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Diseño de un prototipo sembrador de semillas y control de temperatura y

humedad para UAVs

(Vehículo aéreo no tripulado).

Cristian Camilo González Daza Raúl Ernesto Roberto Vera Jesús David Arévalo Cadena José Oswaldo Antolínez Wilches

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de:

Ingeniero de Telecomunicaciones

Director (a):

Ing. Jaime Andrés Chaparro Sánchez Tutor (a):

Ing. Pedro Herbert Peñuela Arce

Línea de Investigación:

Agricultura de precisión con vehículo aéreo no tripulado Grupo de Investigación:

GIIS

Fundación Universitaria Compensar

Facultad de Ingeniería, Ingeniería de Telecomunicaciones Bogotá D.C. Colombia

2021

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Agradecimientos I

Dedicatoria

Esta tesis de grado está dedicada a Dios por brindarnos sabiduría a lo largo de esta carrera de ingeniería, a nuestras familias por ser el pilar más importante de nuestras vidas, por demostrarnos siempre su cariño y apoyo incondicional sin importar nuestras diferencias, a nuestros maestros que nos impulsaron paso a paso para lograr esta gran meta

“La ciencia no es perfecta, con frecuencia se utiliza mal, no es más que una herramienta, pero es la mejor herramienta que tenemos, se corrige a sí misma, está siempre evolucionando y se puede aplicar a todo. Con esta herramienta conquistamos lo imposible”

Carl Sagan

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Agradecimientos I

Agradecimientos

En primer lugar, queremos agradecer a Dios por permitirnos desarrollar esta tesis, a nuestro tutor Pedro Herbert Peñuela Arce, quien con sus conocimientos y apoyo nos guio a través de cada una de las etapas de este proyecto para alcanzar los resultados que buscábamos. También quiero agradecer a la fundación universitaria Compensar por brindarnos todos los conocimientos que fueron necesarios para llevar a cabo el proceso de investigación. No hubiese podido arribar a estos resultados de no haber sido por su incondicional ayuda. Por último, quiero agradecer a todos mis compañeros y a nuestras familias, por apoyarnos aun cuando nuestros ánimos decaían. Ellos siempre estuvieron ahí para darnos palabras de apoyo y un abrazo reconfortante para renovar energías.

Muchas gracias a todos

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Resumen y Abstract II

Resumen

En el presente trabajo se muestra el diseño de un esparcidor de semillas, control de temperatura y humedad que diseñamos por medio de Arduino para poder lanzar semillas de Fukuoka, el cual consiste en recubrir una semilla con greda en forma de bola y lanzarla a una parte de la tierra la cual al hacer contacto con la tierra crea raíces como una planta y de esta forma no tuvimos que cavar para sembrarla, elegimos este método de sembrado ya que nuestro proyecto se enfoca en la siembra por medio de un dron el cual lleva un microcontrolador que nos permitió lanzar la semilla de una forma más dinámica.

Palabras clave: sensor, temperatura, humedad, Arduino, agricultura, dispensador, semilla Fukuoka, dron.

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Abstract

This work shows the design of a seed spreader, temperature and humidity control that we designed through Arduino to be able to launch Fukuoka seeds, which consists of coating a seed with ball-shaped clay and throwing it to a part of the earth which when making contact with the earth creates roots like a plant and in this way we did not have to dig to sow it, we chose this method of sowing since our project focuses on sowing by means of a drone which carries a microcontroller that allowed us to launch the seed in a more dynamic way.

Keywords: sensor, temperature, humidity, Arduino, agriculture, dispenser, Fukuoka seed, drone.

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Contenido

PÁG.

RESUMEN ... IX LISTA DE FIGURAS ... XV LISTA DE TABLAS ... XVII LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS ... XVIII

INTRODUCCIÓN ... 21

ANTECEDENTES ... 24

JUSTIFICACIÓN ... 25

OBJETIVO GENERAL ... 26

Objetivos Específicos ... 26

ALCANCES Y LIMITACIONES ... 26

Alcances ... 26

Limitaciones ... 27

1 MARCO TEÓRICO ... 28

1.1S^EMILLASF^UKUOKA ... 28

1.2.1 Paso a paso para usar bombas de semillas ... 28

1.2A^RDUINOU^NO ... 30

2. NORMATIVIDAD DE USO DE DRONES EN COLOMBIA. ... 33

2.1.ANÁLISIS EN MARCOS DE REFERENCIA Y NORMATIVIDAD, EL USO DE DRONES PARA AGRICULTURA EN C^OLOMBIA. ... 33

2.1.1 Normatividad drones en Colombia ... 33

2.1.2 Limitaciones de operación de los UAS de Clase A ... 34

2.1.3 Condiciones de operación de los UAS de Clase A ... 37

3. METODOLOGÍA ... 39

4. IMPLEMENTACION DEL SENSOR DE TEMPERATURA Y HUMEDAD SOBRE ARDUINO Y DISPENSADOR DE SEMILLAS. ... 40

4.1.TEMPERATURA Y HUMEDAD ... 40

4.1.1 Sensor de temperatura y humedad DHT11 ... 40

4.1.2 Sensor de temperatura y humedad DHT11 integrado con Arduino ... 42

4.2DESARROLLO PROTOTIPO DISPENSADOR DE SEMILLAS Y SENSOR DE TEMPERATURA PARA AGRICULTURA DE PRECISIÓN. ... 43

4.2.1 Prototipo Dispensador de semillas. ... 43

4.2.2. FASE 1 ... 44

4.2.3. Servo Emax ES09MD Digital ... 45

4.2.4. FASE 2 ... 47 5. DESARROLLO DEL SISTEMA GSM BASADO EN ARDUINO, PARA RECOLECCIÓN DE DATOS,

CONTROL Y MONITOREO. 48

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5.1QUE ES GSM ... 48

5.1.1 Módulo Mini GSM ... 48

6. PRUEBAS DE TRANSMISIÓN RECEPCIÓN ALMACENAMIENTO Y VISUALIZACIÓN DE LA TEMPERATURA EN EL PROYECTO. ... 52

6.1D^RONUAVDISPERSADO DE S^EMILLAS ... 57

6.2D^RONDISPERSADO DE S^EMILLAS ... 58

6.3REALIZACIÓN DE PRUEBAS EN CAMPO ... 58

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 61

CONCLUSIONES ... 61

RECOMENDACIONES ... 63

BIBLIOGRAFÍA ... 65

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Lista de figuras

Figura 1: las cifras del censo nacional agropecuario.

Figura 2: procesos de creación semillas Fukuoka.

Figura 3: Arduino UNO.

Figura 4: Sensor de temperatura y humedad DHT11.

Figura 5: Arduino UNO y Sensor DHT11.

Figura 6: Sistema liberación de semillas.

Figura 7: materiales dispersores de semillas.

Figura 8: Armado dispensador de semillas.

Figura 9: Ensamblaje Servo.

Figura 10: Especificaciones Servo ES09MD.

Figura 11: terminación ensamble dispensar de semillas Fukuoka Figura 12: Realización de pruebas dispensar de semillas

Figura 13: Módulo SIM800L

Figura 14: Montaje SIM 800 en Arduino

Figura 15: Montaje de las SIM con el módulo SIM800L.

Figura 16: Montaje del sensor DHT11 en Arduino

Figura 17: Montaje del sensor de temperatura y humedad DHT11 en Arduino Figura 18: Interfaz dende se muestra los datos del sensor DTH11

Figura 19: Cambio de temperatura del sensor DHT11

Figura 20: Especificación de pines de Arduino con la SIM800L.

Figura 21: Interfaz donde se muestra los datos del sensor DTH11 Figura 22: Cambio de temperatura del sensor DHT11

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Figura 23: Envió de MSM desde la SIM800L a un celular.

Figura 24: Dron dispersado de semillas UVAs Figura 25: Dron dispersado de semillas en madera.

Figura 26: adaptador, batería para conexión de Arduino Figura 27: Implementación de placa Arduino al dron Figura 28: Prueba de campo dispensador de semillas Figura 29: Dron lanzando semillas Fukuoka

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Lista de tablas

Tabla 1: las cifras del censo nacional agropecuario.

Tabla 2: Cuadro de normas y ventajas y desventajas de los drones.

Tabla 3: Características del módulo SIM800L

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Lista de Símbolos y abreviaturas

Abreviaturas

Abreviatura Término

AAC

Autoridad de Aviación Civil de un Estado que hace parte del Convenio sobre Aviación Civil internacional suscrito en Chicago en 1944

ARDUINO

Es una placa basada en un microcontrolador ATMEL, los microcontroladores son circuitos integrados en los que se puede grabar instrucciones, es una plataforma de código abierto

AAAE En Colombia, es la Autoridad

Aeronáutica de la Aviación de Estado

ADS-B Sistema de vigilancia dependiente automática.

UAVs VEHICLE AERIAL UNMANNED

AGL Sobre el nivel del terreno (altura)

AOM Manual de operación del fabricante

ATS Servicios de tránsito aéreo.

BVLOS Vuelos más allá de la línea de vista.

EVLOS Vuelo a línea de vista extendida.

FPV Visión en primera persona

ft Pies

GPS Sistema mundial de determinación de

la posición.

gr Gramo(s)

MINAGRICULTURA MINISTERIO DE AGRICULTURA PROCOLOMBIA

Entidad encargada de promover el Turismo, la Inversión Extranjera en Colombia, las Exportaciones no minero energéticas y la imagen del país.

RAC Reglamentos Aeronáuticos de

Colombia.

RACAE Reglamento Aeronáutico Colombiano

para la Aviación de Estado.

SEMILLA FUKUOKA un método de cultivo basado en bolas de arcilla con semillas que protege las

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Abreviatura Término

características de la tierra y elimina trabajos innecesarios.

GSM Global System for Mobile

communications

SMS

(Short Message Service) Servicio de mensajes cortos

DHT Sensor de temperatura y humedad

VCC Determinado para conexión a un valor

positivo.

GND Término usado para delimitar

conexión a tierra.

Humedad

Cantidad de agua, vapor de agua o cualquier otro líquido que está presente en la superficie o el interior de un cuerpo o en el aire.

Temperatura La temperatura es la medida del calor de un cuerpo

Tarjeta Sim Card

Es un chip de memoria que se usa en dispositivos móviles y cuentan con sistema GSM.

Servomotor

Es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición.

2G Se le denomina 2G a la segunda

generación de teléfonos móviles

MSM (Short Message Service) Mensaje de

texto puro solamente.

mA Un miliamperio, es una fracción

decimal de amperio

FM Frecuencia Modulada

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Introducción 19

Introducción

La agricultura de precisión es una nueva forma de administrar y gestionar los cultivos en la cual se puede observar la variación de temperatura, humedad, los suelos y demás elementos que componen los mismos. Con base a la información que se va recopilando con las mediciones que se realizan en el transcurso del tiempo, esto ayuda a reconocer, analizar y pronosticar posibles incidencias o falencias en los cultivos nacionales. Esta práctica tiene ventajas en el incremento de productividad y el aprovechamiento eficaz de los recursos destinados para la plantación como lo son el agua, los fertilizantes y los elementos de fumigación.

La agronomía aportó 5.713 millones de dólares en exportaciones entre enero y septiembre del año 2020 según estadísticas aportadas por Ministerio de Agricultura; también indica que el mejor producto de exportación es el aguacate HASS, el cual tuvo un incremento de más del 42.6% realizando su aporte de más de 34.5 millones de dólares con la exportación de 59.999 toneladas. No obstante, el país espera un incremento del 35% con ProColombia, agencia gubernamental perteneciente a la rama ejecutiva que tiene como objetivo promover las exportaciones, el turismo internacional y la inversión extranjera. Actualmente ProColomabia sostiene conversaciones con las Islas del Caribe y México realizar exportaciones de arroz.(MINAGRICULTURA, 2020)

Según el DANE existen 41,5 millones de hectáreas para el sector agropecuario. 34,4 hectáreas están destinadas para la actividad ganadera y 7,1 millones de hectáreas se encuentran destinadas para cultivos. Adicional a ello, existe un índice elevado de las viviendas que se encuentran desocupadas continuamente y las que están desocupadas temporalmente. En la siguiente imagen se puede evidenciar el panorama del agro colombiano hasta el año 2019.

Figura 1.

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22 Diseño de un prototipo sembrador de semillas y control de temperatura humedad para UAVs

Figura 1: las cifras del censo nacional agropecuario

Fuente: Recuperado de (Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE), 2014)

Colombia se encuentra frente a una problemática económica y laboral en los campos debido a que cada vez son menos personas trabajando la tierra. Según estadísticas entregadas por Mauricio Perfetti director del DANE “La zona rural dispersa del país en el censo de población y vivienda de 2005 tenía un poco más de 7 millones de personas, hoy tiene algo cercano a 5 millones de personas, es decir, se ha reducido la población si uno compara con el censo anterior”. De acuerdo al informe entregado por (Departamento Administrativo Nacional de Estadística (DANE), 2014). Cada vez son más las personas que salen de la zona rural para buscar nuevas oportunidades de ingreso monetario en la zona urbana.

Partiendo de estas cifras, se presentarán cinco capítulos en los cuales se hablará del proceso de investigación y construcción de un artefacto sembrador de semillas basados en la agricultura de precisión. Se utilizará un principio ambientalista japonés llamado Masanobu Fukuoka, que expone su idea para el sembrado de semillas en zonas áridas realizando un

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Diseño de un prototipo sembrador de semillas y control de temperatura humedad para UAVs

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proceso de transformación de la tierra, basado en este principio se realizará el prototipo tanto del mecanismo tecnológico como el de las semillas.

Este proyecto se basa en un UAV el cual se encarga de realizar el lanzamiento de las semillas a lo largo del cultivo con el fin de suplir la ausencia de mano de obra en los campos colombianos.

Los drones o vehículos aéreos no tripulados (UAV) son artefactos robóticos voladores que se pueden manejar de forma remota desde cualquier ubicación sin necesidad de que la persona se tenga que desplazar con ella, esto es posible a través de dispositivos como sensores, receptores y transmisores que sirven para enviar ondas que permiten mantener el control sobre dicho Dron.

El proceso orgánico que se llevará a cabo para realizar el plantado de las semillas es conocido como el proceso de Fukuoka, “El método consiste en cubrir con arcilla las semillas de árboles forestales, árboles frutales, hortalizas, granos y plantas de abono verde, formando bolitas de arcilla y diseminándolas antes que comience la temporada de lluvias, que en Japón es de septiembre a octubre para la siembra de otoño, y de marzo a abril para la siembra de primavera. De esta manera se pueden crear huertos y granjas naturales, revegetar montañas áridas o desiertos.”(Manikis, n.d.) con esto se quiere realizar una aleación entre estos principios, el tecnológico y el orgánico una solución en las huertas y en los cultivos de los campos.

Este dispositivo no solo se encargará del sembrado de semillas, también tendrá un elemento de medición de la temperatura y la humedad del ambiente, con esto se pretende lograr una percepción del estado climático además de los suelos, y mejorar la economía recuperando la mano de obra que se ha perdido en la última década. Este trabajo de grado iniciará con un capítulo en el cual se hablará de uno

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Antecedentes

El creciente avance tecnológico de los últimos años ha permitido en el país la implementación de la agricultura de precisión en diferentes sectores de producción agrícola, esto con el fin de tecnificar las labores ejecutadas de una forma más precisa y eficiente. Estas nuevas alternativas tecnológicas permiten tener un mayor monitoreo además de un mejor control de los cultivos, logrando posicionar a Colombia como una potencia agropecuaria a nivel mundial que a futuro puede contar con una óptima producción para incrementar factores de distribución. (Frattini, 2019)

En la agricultura de precisión se han llevado a cabo diversas aplicaciones con el fin de disminuir recursos de personal o de materia fundamental para la ejecución de labores en diferentes ambientes de producción. Un estudio realizado en Argentina demostró que existen estaciones meteorologías que se adecuan de forma fija para realizar el monitoreo de las condiciones ambientales de un determinado cultivo con el fin de mantener el monitoreo ambiental en la producción agrícola. (García & Flego, 2015).

Un estudio realizado en la Universidad de los Andes considera que las tecnologías empleadas en la actualidad para las estaciones meteorológicas, para monitoreo y control en agricultura de precisión, pueden tener costos elevados porque cuentan con aplicaciones de alta minuciosidad en la toma de datos. La información registrada permite tomar acciones pertinentes frente a los resultados obtenidos, por otra parte, el valor económico de adquisición de estas estaciones limita el acceso a la mayoría de la población. (Ferrer Sanabria, 2017).

Es por esto que la presente investigación busca realizar una propuesta que posibilite la implantación de semillas con el novedoso método FUKUOKA y además permita realizar el control de las condiciones ambientales por medio de un sensor. El dispositivo se adaptará a un artefacto aéreo no tripulado con el fin de llegar a lugares de difícil acceso, de esta manera se podrá reducir el costo del monitoreo de cultivos, permitiendo que con una sola estación se logren cultivar y monitorear simultáneamente de forma remota, de tal manera que, al reducir los costos, el acceso a sistemas de monitoreo eficiente sea accesible para más agricultores con el fin de promover el sector agrícola. La utilización del dispositivo cuenta con la facilidad de

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25

analizar y controlar en cualquier superficie y en lugares de difícil acceso con la implementación de UAV (Vehículo aéreo no tripulado) o Dron. (Navarro, 2020).

Justificación

Se realizó una investigación con el fin de resolver la situación del sector agrícola con base a las problemáticas anteriormente expuestas. El proyecto busca proponer una solución para el campo, haciendo uso de tecnologías como lo son Arduino y los sensores mediante la utilización de un Dron UAVs el cual trasporta semillas de Fukuoka, este es un método efectivo de sembrado creado por el señor Masanobu Fukuoka, son pequeñas bolas de arcilla dentro de las cuales va introducida una semilla para que esta bola puede ser lanzada por un cañón que irá programado por medio de Arduino para que se pueda lanzar la semilla a la tierra.

El estudio de los cambios ambientales en zona rural es de gran importancia, puesto que al conocer estos factores se puede actuar de forma rápida para que los cultivos no sufran grandes daños y poder llevar el riesgo al mínimo posible. El tener un registro de estos cambios nos ayudara a ser más precavidos a la hora de la siembra.

Esta investigación pretende hacer uso de herramientas tecnológicas para que el campo sea tecnificado, las personas con una vasta experiencia lo puedan dar a conocer al sector rural, esto con el fin que los agricultores tengan una mejor práctica de siembra maniobrando de una manera más fácil, flexible y dinámica.

Uno de los objetivos de este proyecto es dar a conocer que uno de los usos de los drones en Colombia han sido el fumigo de cultivos. Por ejemplo, el Ministerio de Agricultura los ha usado para eliminar cultivos ilícitos con Glifosato. Sin embargo, los drones también pueden ser útiles para sembrar y tener un control de los cambios generados en el ambiente, sobre una zona en específico.

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Objetivo General

Diseñar un prototipo adaptable para vehículos aéreos no tripulados que permita realizar el lanzamiento de semillas FUKUOKA para los cultivos en Colombia. Se realizará muestreo de pruebas en la vereda La Fragata ubicada en Usme Cundinamarca con sensor de temperatura y humedad.

Objetivos Específicos

1. Investigar en marcos de referencia y normatividad el uso de drones en Colombia para el uso e implementación en la agricultura.

2. Adecuar el sensor de Temperatura y humedad el cual se implementará en el prototipo para la dispensación de semillas.

3. Desarrollar un sistema en base a GSM con Arduino, el cual permitirá recolectar datos, control y monitoreo, en el cultivo de la finca ubicada en Usme

4. Realizar pruebas de transmisor, recepción, almacenamiento y visualización de la temperatura y humedad.

Alcances y Limitaciones

Alcances

➢ Promover e informar sobre la economía y normatividad que rige el uso de drones para los cultivadores

➢ Proveer e implementar con una nueva herramienta en agricultura de precisión para el sector agrícola del país.

➢ Facilitar la labor de agricultura en lugares de difícil acceso.

➢ Realizar el monitoreo temperatura en la agricultura en lugares específicos, en cualquier momento, incluso en lugares de difícil acceso.

➢ Tener un control de las variables climáticas que puedan afectar en la producción de cultivos.

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27

Limitaciones

➢ Capacitación de personal para maniobrar dispositivos UAVs.

➢ Condiciones climáticas Extremas que impidan operar correctamente el UAV.

➢ Restricciones para la implementación y pruebas en campo.

Tabla 1 cronograma de Actividades Cronograma de Actividades

Actividad Semana

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Determinación del terreno para sembrado ^X

Investigación bases de Datos Antecedentes X X X X

Elaboración del informe X X X X X

Diseño prototipo ^X ^X ^X ^X

Presentación ^X ^X

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1 Marco Teórico

Cada vez son más personas las que utilizan los drones como elemento principal de la agricultura de precisión, algunas utilidades como lo son el análisis de plagas, el estudio médico de los animales e incluso para realizar conteo de los mismos. Este proyecto brinda una facilidad a la producción de sembrado mediante una aplicación que es conocida como proceso de Fukuoka, ampliando el enfoque tecnológico para seguir avanzando con este proceso. Para llevar a cabo esta solución se deben tener en cuenta los principios teóricos y técnicos lo cual permite ser más concretos en el cumplimiento del objetivo.

En la elaboración de este proyecto, se utilizarán diversas fuentes y conocimientos debidamente citados, con los que se podrá llevar a cabo el producto final del prototipo sembrador de semillas, con sensor de temperatura y humedad

1.1 Semillas Fukuoka

Como primera medida realizaremos el montaje de las semillas de Fukuoka cuya estructura es suministrada por Masanobu Fukuoka, biólogo japonés, fundador e implementador de la agricultura natural “la cual imita la propia naturaleza” agricultura salvaje, lo que este Masanobu ponía en práctica era una doctrina llamada Wu-wei (“no hacer” en japonés) que consistía principalmente en dejar a la naturaleza por si sola, eso implica abandonar técnicas

“esenciales” en la agricultura: no arar, no abonar, no usar herbicidas ni pesticidas y no podar.

(MARIA, 2020)

1.2.1 Paso a paso para usar bombas de semillas

1. Lo primero que haremos será mezclar 10 partes de tierra de hojas o compost con una porción de arcilla. Luego, agregamos una parte de agua hasta formar una masa moldeable, una vez hecha extenderla.

2. Agregar un puñado de semillas del producto que queremos cultivar para reforestar y volver a amasar.

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29

3. Después hacemos bolas de 3 cm de diámetro aproximadamente con las manos, o podemos usar cualquier recipiente de “molde”. Podemos probar con una cubetera y nos quedarán unas mini-bombas bien armadas.

4. Luego las dejamos en un lugar con aire y sin sol hasta que estén duras.

5. Elige el lugar que quieres reforestar y lánzalas a la tierra para que florezcan (Fukuoka, 1978)

Figura 2: procesos de creación semillas Fukuoka

Fuente: Recuperado de (MARIA, 2020)

Por otra parte, se realizan estudios de vuelo para la implementación del Dron, para esto, se debe tener conocimiento teórico acerca del vuelo del dispositivo para llevar a cabo su perfecta maniobra. Durante la investigación, se logró profundizar en el estudio del vuelvo de un UAV donde se determinaron unos principios, por ejemplo: siempre se debe tener a la vista el Dron y no sobrevolarlo cerca a tendidos eléctricos; siempre tener presente la distribución de las antenas del control de mando y mantenerlas libres de obstáculos en dirección al Dron; antes de volar se debe inspeccionar todo el producto, que no tenga fisuras o daños que puedan impedir su normal funcionamiento.

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1.2 Arduino Uno

Arduino es una plataforma electrónica de Código abierto que se caracteriza por el uso de componentes de hardware y software que permiten una fácil interpretación a la hora de realizar diferentes tipos de proyectos.

Figura 3: Arduino UNO

Fuente: Recuperado de (Arduino, 2018)

En la aplicación del prototipo para el sensor de temperatura, disparador de semillas además del módulo GSM, nos basamos en la estructura de Arduino Uno, porque representa una herramienta de fácil uso, con diversas aplicaciones y de muy bajo costo en relación con los demás dispositivos que se encuentran en el mercado.

Por otro lado, las placas que implementa Arduino en la parte de Hardware son capaces de leer diferentes entradas; tanto como para las señales acceso al sensor de temperatura, entrada del módulo GSM; como para las salidas, como es el caso del disparador de semillas. Arduino utiliza el lenguaje de programación Arduino (basado en cableado) y el software Arduino (IDE1), establecido en el procesamiento de la información.

1 IDE (Arduino): "Integrated Development Environment" ("Entorno de Desarrollo Integrado").

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En la aplicación de este proyecto se decidió realizar toda su configuración y desarrollo sobre esta placa, principalmente por las siguientes características:

Bajo costo: Las placas que maneja Arduino son de bajo costo en relación con otras plataformas que incorporan microcontroladores y sus elementos periféricos adaptables a su sistema también manejan un precio bajo.

Multiplataforma: El software IDE de Arduino se puede implementar en sistemas operativos Windows, Macintosh OSX y Linux, en comparación con la mayoría de los sistemas de microcontroladores que solo se pueden usar en Windows.

Entorno de programación simple y claro: El software IDE implementado por Arduino es fácil de usar para principiantes o para el caso de estudiantes, pero a su vez también proporciona la flexibilidad suficiente para aplicaciones de personas más conocedoras del tema.

Código abierto y software extensible: El software de Arduino (IDE) utiliza herramientas de código abierto, así mismo, permite que los programadores experimentados puedan ampliar su lenguaje con bibliotecas de C++.

Código Abierto Y Hardware Extensible: La arquitectura de las placas Arduino se manejan bajo una licencia Creative Commons, lo que permite que diseñadores experimentados de circuitos puedan realizar su propia versión del módulo, realizando alguna ampliación en aplicaciones y mejoras. (Arduino, 2018)

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2. Normatividad de uso de drones en Colombia.

Durante el proceso de creación del proyecto se encontraron varias contrariedades e inconvenientes que se fueron solucionando por la oportuna participación y mitigación de estos. A continuación, encontraremos los análisis de estructuración dentro del marco de creación del mecanismo sembrador de semillas. También, mostraremos las metodologías que se llevaron a cabo para el proceso de análisis, desarrollo y construcción del producto.

2.1. Análisis en marcos de referencia y normatividad, el uso de drones para agricultura en Colombia.

Para poder hacer uso de drones existen normas que cada país ha diseñado con la aparición de este tipo de dispositivos, ya sea para uso recreativo o para uso de investigación o trabajo. En Colombia, existen drones los cuales son usados en fumigación de cultivos ilícitos, como la siembra de marihuana, debido a esto la Aeronáutica y el mismo Estado crearon normas para la utilización de estos.

2.1.1 Normatividad drones en Colombia

Se realizó la consulta de los parámetros y normas que se deben tener en cuenta al momento de implementar y trabajar con drones en el campo agrícola en Colombia, se puede encontrar toda la documentación en “Reglamentos Aeronáuticos de Colombia en el Apéndice 13 de la parte 91”. (RAC 91), por medio de la Resolución No. 4201 de 2018, Los drones o UAS están categorizados desde la categoría A, B, C.

Clase A (abierta): son UAS que tiene un peso superior a 250 gr y de hasta 25 kg, por lo cual no requieren autorización de la UAEAC, dado que su operación representa un mínimo riesgo.

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Clase B (regulada). Corresponde a la operación de UAS que no se encuentran dentro de la Clase A por desviación de las limitaciones establecidas en el párrafo (a) de la sección 2.2. de este Apéndice o que cuenten con un MTOW superior a 25 kg y de hasta 150 kg, por lo cual requerirán siempre de autorización de la UAEAC, aun cuando su operación podría implicar un muy bajo riesgo.

Clase C (certificada – RPAS). Corresponde a la operación de UAS por fuera de las limitaciones establecidas en la sección 3.2. de este Apéndice, con MTOW superior a 150 kg, sobrevuelos internacionales y aquellos que prestaren servicios de transporte para los cuales, por ahora, no se autoriza su operación en el espacio aéreo donde tenga jurisdicción el Estado colombiano.

(Aeronautica, 2020)

2.1.2 Limitaciones de operación de los UAS de Clase A

1. La UA deberá tener un MTOW de hasta 25 kg.

2. La UA no deberá exceder su velocidad de 50 MPH (44 kt u 80 km/h o 22 m/seg).

3. El operador deberá mantener la aeronave no tripulada en el alcance de línea de vista (VLOS) en un radio máximo de operación de 500 m horizontales durante todas las fases del vuelo. Si la pierde, deberá interrumpir inmediatamente la operación.

4. La operación no podrá efectuarse directamente sobre público, reuniones de personas al aire libre, aglomeraciones de edificios, ciudades u otras áreas pobladas o congestionadas.

5. La totalidad de la operación deberá llevarse a cabo en horas diurnas, desde 15 minutos después de la salida del sol y hasta 15 minutos previos a la puesta del sol, en condiciones VMC y bajo reglas VFR. Sin embargo, podrán realizarse operaciones con UAS de Clase A en horas nocturnas siempre y cuando se haga en zonas despobladas y libres de obstáculos, y la UA cuente con iluminación que la haga fácilmente visible.

Nota. – Como referencia, las horas de salida y puesta del sol con respecto a los aeródromos públicos se encuentran publicadas en la AIP Colombia.

6. Todo vuelo deberá efectuarse a una altura no superior de 400 ft (123 m AGL) sobre tierra o sobre agua.

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35

7. Las condiciones de visibilidad no deberán ser inferiores a 5 km, medidos desde la ubicación de la estación de control del UAS.

8. La distancia mínima de las nubes respecto de la UA no podrá ser menor de 500 ft (150 m).

9. La operación solamente podrá realizarse dentro de espacio aéreo Clase G (no controlado).

10. No se podrá operar desde un aeródromo o en sus proximidades dentro de un radio de 9 km (4,8 NM) medidos desde el ARP.

11. No se podrá operar desde un helipuerto o en sus proximidades dentro de un radio de 3 km (1,6 NM) medidos desde el ARH.

12. No se podrán realizar actividades de aspersión (fumigación) aérea ni ningún otro trabajo aéreo especial diferente de la simple captura de imágenes, fijas o en movimiento.

13. No se podrán realizar operaciones de transporte de objetos de ningún tipo (p. ej., paquetería o Courier).

14. No se podrán realizar operaciones de búsqueda y salvamento (SAR) o similares que entorpezcan las ejecutadas por las autoridades y organismos de socorro o sin la debida coordinación previa con estos.

15. No se podrán realizar operaciones al interior de una zona prohibida, restringida, peligrosa o de entrenamiento del espacio aéreo publicada por la UAEAC sin contar con la previa autorización de la DSNA, dependencia que coordinará previamente con la AAAE cuando ello sea pertinente.

16. Una persona solamente podrá operar un UAS a la vez.

17. No deberá realizarse la operación desde un vehículo terrestre, acuático o aeronave en movimiento.

18. No deberá arrojarse objeto alguno desde la UA estando en vuelo.

19. No se podrán transportar animales.

20. No se podrán realizar operaciones autónomas.

21. No se podrán transportar materiales explosivos, corrosivos, de riesgo biológico, armas o cualquier tipo de mercancía considerada como peligrosa o prohibida, a excepción de las baterías requeridas para la operación.

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36 Diseño de un prototipo sembrador de semillas y control de temperatura humedad para UAVs 22. No se podrán realizar operaciones dentro de un radio de 2 km (1,1 NM) alrededor de

lugares donde se encuentre el presidente de la República u otros Jefes de Estado.

23. No se podrán realizar operaciones dentro de un radio de 1 km (0,6 NM) alrededor del perímetro de bases militares, de policía, cárceles, infraestructura crítica o de cualquier aeronave tripulada en operación.

24. No se podrán realizar operaciones a menos de 3,6 km (2 NM) de áreas fronterizas ni traspasar límites fronterizos con Estados vecinos.

25. En aplicación de las reglas generales sobre el derecho de paso y prevención de colisiones, una UA siempre deberá ceder el paso a cualquier otra aeronave tripulada que esté usando el mismo espacio aéreo.(Aeronáutica, 2020)

Tabla 2: Cuadro de normas, ventajas y desventajas de los drones NORMAS PARA USO DE DRONES

VUELOS

PROHÍBIDOS VUELOS

APROBADOS VENTAJAS DESVENTAJAS

A menos de 5 KM

del aeropuerto Siempre tener a la

vista el dron Cubre áreas extensas

Necesita una zona plana para aterrizar y despegar Cerca del

presidente y ministros

se permite el vuelo a la altura máx. de 120 M del suelo

Tiene estabilidad de vuelo por su aerodinamismo

Se necesita ocasionalmente un

riel lanzador Sobre bases

militares NO hay que ser

piloto certificado Es silencioso

Su despegue es asistido por una persona de forma

manual Sobre cárceles

Recuperación segura en caso de

pérdida de potencia en el

motor

Realiza trabajo en menos tiempo

No puede mantener un vuelo

estático suspendido

A menos de 9.2, KM de frontera

Despegue y aterrizaje vertical y sencillo en lugar

amplio

Puede volar a mayor altura

Difícilmente pueden entrar en

un lugar cerrado Operaciones en

estado embriaguez Mayor tiempo de

vuelo Precios más elevados No volar sobre

personas Estructura simple Menos compacto

No volar de noche si el dron pesa más

de 2 kg

Recuperación

segura en caso de pérdida de

Menos eficientes para mapeo

(37)

37

potencia en el motor Fuente: Recuperado de: fuente propia

2.1.3 Condiciones de operación de los UAS de Clase A

(a) Antes de iniciar un vuelo, el operador deberá verificar el ambiente operacional, considerando riesgos hacia las personas y propiedades en la vecindad inmediata, tanto en la superficie como en el aire, incluyendo las condiciones meteorológicas locales reinantes, clase de espacio aéreo, restricciones de vuelo en la zona, la ubicación de personas, propiedades y cualquier otro posible peligro en la superficie.

(b) El operador deberá cerciorarse de que cualquier persona que participe en la operación UAS se encuentre informada acerca de las condiciones de operación, procedimientos de emergencia, roles y responsabilidades, y peligros potenciales.

(c) El operador deberá cerciorarse de que el sistema de enlace y comunicación entre la estación de control en tierra y la UA esté funcionando apropiadamente.

(d) El operador deberá cerciorarse de que el aparato y su sistema de control a distancia cuentan con la energía requerida para la ejecución de la operación.

(e) El operador deberá cerciorarse de que el tiempo total de vuelo en una operación no exceda el 80% de la autonomía total establecida por el fabricante o constructor del UAS. Si este parámetro no ha sido definido por el fabricante o constructor, el explotador deberá estimarlo con base en pruebas hechas por él al sistema.

(f) Si el operador percibe la proximidad de una aeronave tripulada, deberá recuperar o aterrizar la UA inmediatamente.

(g) Si en el espacio aéreo donde esté operando una UA se encontrare otra UA, ambos operadores deberán efectuar inmediatamente las coordinaciones necesarias para evitar cualquier riesgo de interferencia o colisión.

(h) Si el operador evidencia que hay señales que interfieren con la operación del UAS, deberá interrumpirla inmediatamente.

(38)

38 Diseño de un prototipo sembrador de semillas y control de temperatura humedad para UAVs (i) El operador deberá cerciorarse de realizar la operación dentro de las limitaciones establecidas por el fabricante.

(j) Nadie podrá operar un UAS mientras esté bajo la influencia de bebidas alcohólicas o drogas, prescritas o no, que puedan disminuir su capacidad para efectuar una operación segura.

(Aeronautica, 2020)

Con estas normatividades se logra establecer una limitación de vuelo y de estructura tecnológica que tiene el precepto estructurado por la aeronáutica civil, logramos establecer qué tipo de categoría es la que incluye al Dron del proyecto, evidenciamos la altura en la que podemos manipularlo, nos basamos en esta guía para lograr establecer un plan de trabajo dentro del marco legal para evitar sanciones y que se pueda ver afectada la operación y normal funcionamiento en el trabajo originado por el Dron.

Con base en este plan de trabajo procedemos a investigar cómo funciona la fertilidad en la tierra, logramos establecer un estándar para definir cuándo una tierra es fértil y cuándo la tierra es árida o simplemente no es trabajable. Una de sus características más generales es la tierra, porque entre más intenso sea su color negro significa que posee una mayor cantidad de nutrientes, “Cantidad de Materia Orgánica: Nos podemos hacer una idea de la cantidad de materia orgánica según el color de la tierra; cuanto más oscura, más materia orgánica. Además de la cantidad de materia orgánica, es igualmente importante la biodiversidad existente en el suelo, como microorganismos, gusanos, hongos, etc., que se encargan de transformarla y hacerla accesible para las plantas, como verdaderos fertilizantes naturales. Por tanto, sería recomendable evitar el uso de pesticidas que acaben con esta fauna tan valiosa” (HUERTO, 2017)

(39)

39

3. Metodología

Tipo y Diseño de investigación

El estudio se realizará desde un enfoque mixto, método que permite establecer un balance entre la perspectiva cuantitativa y cualitativa. La cualidad más representativa de los métodos mixtos es que otorgan profundidad a la investigación. (Hernandez, 2014)

Para el desarrollo descriptivo se implementaron las siguientes partes, para poder llegar a la elaboración del prototipo.

Parte 1 Recolección de información en diferentes bases de datos.

Parte 2 Diseño del sensor de temperatura y humedad con Arduino, dispensador de semillas.

Parte 3 Desarrollo prototipo dispensador de semillas y sensor de Temperatura para agricultura de Precisión.

Parte 4 Desarrollo del sistema GSM basado en Arduino, para recolección de datos, control y Monitoreo.

Parte 5 Pruebas de transmisión recepción almacenamiento y visualización de la temperatura en el proyecto

Parte 6 Elaboración del documento.

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4. Implementación del sensor de temperatura y humedad sobre Arduino y dispensador de semillas

4.1. Temperatura y humedad

La temperatura es una magnitud física que expresa el nivel de calor o frio del ambiente. Su unidad es el Kelvin que se representa con una "K", luego surge el "°" de grado, fue descubierto por William Thomson, sobre la base de grados Celsius, estableciendo así el punto cero en el cero absoluto (°C) y conservando la misma dimensión para los grados. Esta fue establecida en el sistema internacional de unidades en 1954. (VARON, 2018 ).

La humedad es una propiedad que describe el contenido de valor del agua, por esta razón se han desarrollado muchos tipos de sensores para diversas aplicaciones. En el presente caso se utilizó el sensor DHT11.

4.1.1 Sensor de temperatura y humedad DHT11

El DHT11 es ideal para el proyecto debido a que tiene instalado un circuito que permite medir la temperatura y humedad en base al entorno en que se encuentre. También permite obtener datos de ambiente y humedad en el campo que se escoja.

La presentación de este tipo de sensor es pequeño, tiene una rejilla azul de la cual se obtiene la temperatura del ambiente, el sensor tiene 3 pines [Figura 4], el primero corresponde a (Data) o salida y entrada de datos, el segundo corresponde a la señal (+) o 5v y el tercero a GND lo que indica que ira al (-).

Dentro de la figura 4 se puede observar el circuito del sensor, una vez se retira la rejilla azul queda al descubierto.

Este tipo de sensor funciona con un voltaje que varía entre 3.3V y 5V. Respecto a la temperatura el rango de salida es de 0 °C a 50 °C en cuanto a humedad va desde el 20% hasta el 50%.

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41

Este tipo de sensor tiene un componente para poder medir humedad de tipo resistivo y se conecta a un microcontrolador de 8 bits que es de buen rendimiento y garantiza una mejor lectura.

Figura 4: Sensor de temperatura y humedad DHT11.

Fuente recuperada de: Arduino Corp. [55]

La ventaja de este sensor es que tiene señal análoga, también tiene inmunidad al ruido debido a que toda la parte electrónica ya está incorporada, lo que lo hace más confiable a lo largo del tiempo, por lo cual integra un sensor capacitivo de humedad, un termistor para medir el aire circundante y también muestra los datos mediante una señal digital en el pin, del medio que tiene como función la transferencia de archivos, utilizado en aplicaciones académicas relacionadas al control automático de temperatura, aire acondicionado, monitoreo ambiental en agricultura y otros proyectos más. (Arduino, DHT11, 2021)

Por otra parte, a nivel de software se dispone de librerías para Arduino con soporte para el protocolo. En cuanto al hardware, solo es necesario conectar el pin VCC de alimentación a 5V, el pin GND a tierra y el pin de datos a un pin digital en nuestro Arduino.

(Imagine Easy Solutions, 2016)

(42)

4.1.2 Sensor de temperatura y humedad DHT11 integrado con Arduino

En la figura 5, se explica el montaje realizado desde los pines del sensor DHT11 hacia los pines del microcontrolador Arduino, en donde un cable corresponde a la entrada de datos digital DATA (cable azul), el segundo hace referencia al modo de alimentación o VCC (cable rojo) y el tercero es el negativo o GNS (cable negro).

Figura 5: Arduino UNO y Sensor DHT11

Fuente: Recuperado de (Arduino, 2018)

Una vez el microcontrolador reconozca el sensor, este empezará a recibir información en forma analógica, pata transmisión de información mediante el módulo GSM.

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43

4.2 Desarrollo prototipo dispensador de semillas y sensor de Temperatura para agricultura de Precisión.

4.2.1 Prototipo Dispensador de semillas.

Para el desarrollo del prototipo de dispensación de Semillas Fukuoka, se realizó un diseño con una botella de plástico la cual sirve como recipiente de embudo para poder depositar las semillas.

La botella plástica puede ser reciclable, debe tener una tapa o rosca grande a la medida de la semilla Fukuoka, puesto que al momento de emplearla como recipiente es por este orificio por donde saldrá la semilla.

Esta botella llevará un sistema liberador de semilla que le servirá como tapa, dicho sistema se obtuvo de una impresora 3D como se indica en la Figura 6, para que al momento de plantear el diseño no presente dificultades y funcione correctamente.

Figura 6: Sistema liberación de semillas

Fuente: (Lot Morot, 2020)

Este es un prototipo casero que nos sirvió para arrojar la semilla Fukuoka desde un dron.

Los materiales que utilizaron fueron los siguientes:

➢ Una botella plástica puede ser desechable de agua (rosca grande).

➢ Sistema dispensar liberación de semilla impreso (Figura 7).

➢ 5 tornillos de 16 milímetros.

➢ 5 tueras para los tornillos.

(44)

➢ Servo EMAX ES09MD.

➢ Un destornillador de estrella.

Figura 7: materiales dispersores de semillas

Fuente: Propia

4.2.2. FASE 1

Para llevar a cabo este paso, una vez tenemos el sistema de liberación de semillas impreso, procedemos al montaje como se indica en la Figura 8. A continuación, se procede a colocar unos alerones dentro del circulo y dentro de los agujeros, introducimos los tornillos y los aseguramos con turecas dejando los alerones un poco libres para que se puedan abrir y cerrar con facilidad.

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Figura 8: Armado dispensador de semillas

Fuente: Propia

Una vez ensamblado el opturador procedemos a colocar el servo, el cual será el encargado de abrir y cerrar el dispensador una vez se active la función.

Figura 9: Ensamblaje Servo

Fuente: Propia

4.2.3. Servo Emax ES09MD Digital

Este servomotor está constituido por un engranaje metálico con doble rodamiento, una de sus ventajas es que su funcionamiento es muy silencioso y pequeño, por lo tanto, es muy útil para ese tipo de proyectos, en la caja se encuentran las especificaciones técnicas como se puede evidenciar en la Figura 10.

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46 Diseño de un prototipo sembrador de semillas y control de temperatura humedad para UAVs Figura 10: Especificaciones Servo ES09MD

Fuente: Propia

En la siguiente Figura 11, se evidencia el dispensador ya finalizado y pendiente por realizar pruebas en el campo predestinado.

Figura 11: terminación ensamble dispensar de semillas Fukuoka.

Fuente: Propia

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47

4.2.4. FASE 2

Una vez tenemos finalizado el dispensador, procedemos a realizar pruebas como se evidencia en la Figura 12, en donde se muestra como abre y cierra este sistema, el cual es el encargado de liberar la semilla una vez el dron esté en el aire. En la siguiente fase, se implementará un sistema que permita que el activador realice el movimiento por medio de un motor de corriente continua, el cual tendrá una adaptación de un tornillo que permita el movimiento del activador mencionado en la Fase 2.

El motor realiza su movimiento por medio de los pulsos generados mediante una de las salidas del Arduino previamente configuradas en su código y también será controlado con un testigo que determinará el accionar máximo del motor y detendrá el movimiento realizado por el mismo. Dependiendo de la polaridad, el motor permitirá que el activador (fase 2), realice el movimiento sobre el pistón, que a su vez por medio del resorte ejecute la acción de liberación de la semilla Fukuoka (Fase 1).

Figura 12: Realización de pruebas dispensar de semillas

Fuente: Propia.

Finalmente, al concluir el montaje del dispensador de semillas, procedemos a nutrir con semillas Fukuoka, para ser instalado en el dron con el fin de continuar con la dispensación de las semillas.

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5. Desarrollo del sistema GSM basado en Arduino, para recolección de datos, control y Monitoreo.

5.1 Que es GSM

Las siglas GSM corresponden al nombre en inglés del Sistema Global de Comunicaciones Móviles. Se trata de un estándar muy utilizado desde principios de siglo y también se conoce como 2G debido a que dio un salto de las comunicaciones analógicas a las digitales.

Nace en 1982 como un estándar de comunicaciones móviles con el fin de terminar problemas en redes analógicas. (Pachón, 2016)

Una vez se conoce el concepto de qué es GSM se procederá a hablar de su arquitectura. Los teléfonos que se utilizan se denominan estaciones móviles. Para que esta estación sea operativa se necesita una tarjeta SIM que contiene información sobre el terminal, su usuario, información referente al operador de red, tipo de contrato y otros detalles.

5.1.1 Módulo Mini GSM

SIM800L es un módulo celular en miniatura que permite la transmisión GPRS, enviar y recibir SMS, realizar y recibir llamadas de voz. El bajo costo, el tamaño reducido y el soporte de frecuencia de banda cuádruple hacen de este módulo la solución perfecta para cualquier proyecto que requiera conectividad de largo alcance. Después de conectar el módulo de energía se inicia, busca la red celular e inicia sesión automáticamente. El LED integrado muestra el estado de la conexión (sin cobertura de red, parpadeo rápido, inicio de sesión, parpadeo lento). (Olalekan, 2017)

El voltaje máximo en este módulo es 4.4V. Un voltaje más alto lo dañaría.

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Figura 13: Módulo SIM800L

Fuente: (Mechatronics, 2020 )

Como se indica en la Figura 13, estos son los pines de conexión que se utilizaron para poder conectar el módulo SIM800L

➢ NET = Conexión de la Antena.

➢ VCC = Alimentación positiva.

➢ RST = Entrada de reset del módulo.

➢ RXD = Comunicación.

➢ TXD = Comunicación.

➢ GND = Referencia negativa.

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

➢ - Voltaje de Operación: 3.4V - 4.4V DC

➢ - Nivel Lógico de 3V a 5V

➢ - Consumo de corriente (máx.): 500 mA

➢ - Consumo de corriente (modo de reposo): 0.7 mA

➢ - Interfaz: Serial UART

➢ - Quad-band 850/900/1800/1900MHz

➢ – se conectan a cualquier red mundial GSM con cualquier SIM 2G

➢ - Trabaja solo con tecnología 2G - Hacer y recibir llamadas de voz usando un auricular o un altavoz de 8Ω externo

➢ - Enviar y recibir mensajes SMS - Enviar y recibir datos GPRS

➢ - Escanear y recibir emisiones de radio FM

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➢ - Controlado por Comandos AT

➢ - Interfaz de comandos AT con detección “automática” de velocidad de transmisión

➢ - Soporta A-GPS - Datos GPR. (Mechatronics, 2020 )

En la tabla 3 se exponen las características del módulo SIM 800 que se tuvieron en cuenta a la hora de realizar el montaje.

Tabla 3: Características del módulo SIM800L

Fuente recuperada de: (VARGAS, 2017).

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

En la Figura 11, se explica el montaje del módulo SIM 800L conectado a Arduino y alimentado con una batería que es nuestra fuente de poder. Este módulo se utilizó para realizar la transferencia de información mediante un mensaje de texto a un celular.

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Figura 14: Montaje SIM 800 en Arduino

Fuente recuperado de: (VARON, 2018 )

En la Figura 15, se explica la estructura de conexión entre el sensor de temperatura DTH11 y el trasmisor de mensaje de texto conectados mediante un Arduino, todos los elementos se encuentran alimentados eléctricamente por medio de una batería, puesto que es una parte del montaje.

Figura 15: Diagrama de montaje SIM800, sensor DHT11 con Arduino

Fuente: (Ferrer Sanabria, 2017)

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6. Pruebas de transmisión recepción almacenamiento y visualización de la temperatura en el proyecto.

Dentro de las pruebas realizadas se incorporó parte del montaje dado que se integraron todos los componentes por separado para después añadir nuestro módulo SIM 800L con el sensor de temperatura y humedad, como se evidencia en la figura 16, se realizó el montaje sobre el Arduino con el DHT11, alimentado por una batería de celular debido a que el proyecto debe contar con una fuente de alimentación diferente, porque debe ir en un Dron.

En la figura 5, se evidencia el desarrollo del programa para poder sincronizar el sensor DHT11, una vez instalado el programa de Arduino procedemos a descargar la librería del sensor para que este pueda ser compatible.

Figura 16: Montaje del sensor DHT11 en Arduino

Fuente: Propia

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A continuación, se realiza el montaje en Arduino, como se muestra en la Figura 17, en el cual integramos el sensor DHT11 con el módulo SIM800L, con el fin de que el módulo SIM800L conectado a la placa de Arduino pueda leer los datos que arroja el sensor DTH11 y los pueda enviar por medio de SMS a otro celular.

Figura 17: Montaje del sensor de temperatura y humedad DHT11 en Arduino

Fuente: propia

Una vez realizado el montaje, procedemos a indagar para poder diseñar el programa en Arduino, lo primero que tuvimos que hacer es tener en cuenta las librerías para nuestro sensor de temperatura y humedad DTH11, puesto que, sin ella el programa de Arduino no reconocería dicho sensor, debemos fijarnos en los pines en donde van las conexiones de cada uno de los disipativos.

Como se muestra en la Figura 18, para la montura del módulo SIM800 usamos una simcard del operador Claro, la cual fue seleccionada por su mejor y mayor cobertura en Colombia, específicamente en zonas rurales.

Figura 18: Montaje de las SIM con el módulo SIM800L

Fuente: Propia

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54 Diseño de un prototipo sembrador de semillas y control de temperatura humedad para UAVs Como se ilustra en la Figura 19 y 20, se indica parte del montaje en el programa de Arduino una vez se declaran las variables, se programa el tiempo en el cual se ejecuta el bucle y se da la orden al programa de lo que debe de imprimir en pantalla.

Figura 19: Diseño de programa en Arduino con comando AT

Fuente: Propia.

Como se indica en la próxima figura, se debe introducir un número de celular al cual el módulo SIM800L le enviará el mensaje de texto, debido a que dicho módulo utiliza una simcard la comunicación se realiza por medio del operador seleccionado, así mismo, dicha tarjeta debe contar con saldo para poder enviar la información por medio de la

infraestructura de GSM que corresponde a telefonía móvil.

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Figura 20: Especificación de pines de Arduino con la SIM800L

Fuente: Propia

Una vez compilado el programa, se evidencia en el monitor serial de Arduino como se explica en la Figura 21, donde el programa muestra los datos arrojados por el sensor DHT11, la temperatura en Grado Celsius y el porcentaje relativo de humedad.

Figura 21: Interfaz donde se muestra los datos del sensor DTH11

Fuente: Propia.

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56 Diseño de un prototipo sembrador de semillas y control de temperatura humedad para UAVs Para que los valores del sensor de temperatura varíen, se genera fricción con las manos para estimular un incremento de temperatura y con esto evidenciar el cambio en los datos

suministrados por el sensor, como lo indica la Figura 22.

Figura 22: Cambio de temperatura del sensor DHT11

Fuente: Propia

Al tener el programa conectado a los equipos, se procede a realizar el envío del mensaje de texto desde el módulo SIM800L a otro celular, el cual envió los datos arrojados por el sensor de temperatura y humedad DHT11 en ese momento, como se ilustra en la Figura 23

Figura 23: Envió de MSM desde la SIM800L a un celular.

Fuente: Propia.

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6.1 Dron UAV Dispersado de Semillas

Dentro de las características del dron encontramos que son modelos fabricados en fibra de carbón lo cual lo hace resistente, cuenta con dos cámaras que graban y reproducen en HD, son aptos para cargas de 7000 gramos y tiene un tiempo estimado de vuelo de 65 minutos y su modo de vuelo es autónomo lo cual lo hace fácil de manejar. (JAYANCE, 2018) Figura 24 Este tipo de dron es utilizado en agricultura de alta precisión en muchos países, los cuales cuentan con una buena economía, debido a que el valor del material principal como lo es la fibra de carbono maneja un costo muy elevado en el mercado.

Figura 24: Dron dispersado de semillas UVAs

Fuente (JAYANCE, 2018)

Los drones UAV son muy populares en Reino Unido, los usan para la seguridad agrícola, el pastoreo de ovejas, el recuento del ganado, el análisis de clorofila y otros temas que son fundamentales en el ansiáis de cultivos que se realizan a través de cámaras muy avanzadas.

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6.2 Dron Dispersado de Semillas

Este tipo de drones fueron diseñados por la organizaron Aeracoop, esto con el fin de reforestar bosques en especial en la zona norte de España, (Dronocera, 2020 )

Figura 25: Dron dispersado de semillas en madera.

Fuete: (Dronocera, 2020 )

Una de las ventajas es que es un dron grande que tiene 6 rotores o hélices y nos permite lanzar semillas debido al diseño, también es un dron de bajo costo puesto que se puede imprimir y armar por cuenta propia. Su impresión se puede realizar en una cortadora láser y además se pueden usar materiales como madera porque este material permite el uso de amarres plásticos lo cual lo hace más liviano.

6.3 Realización de pruebas en campo

En primera instancia, se adaptó una batería auxiliar o externa como se indica en la Figura 26, para poder alimentar el Arduino debido a que este lleva las demás conexiones como el sensor de temperatura y humedad DHT11, también el módulo SIM800L, este último encargado de enviar información por medio de un mensaje de texto a un celular para que tengamos en nuestro teléfono la información de temperatura y humedad como se indicó en la Figura 23.

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Figura 26: adaptador, batería para conexión de Arduino

Fuete: Propia.

Una vez instalada la batería colocamos el Arduino con el sensor y módulo en la base del dron, para que de esta forma el dron pueda trasladar el módulo de temperatura y humedad con la finalidad de que nos envié información desde donde se encuentre el dron.

Figura 27: Implementación de placa Arduino al dron

Fuete: Propia.

También, se sometió a prueba el dispensador, el cual fue nutrido con semillas Fukuoka que contenían en su interior semillas de girasoles, una vez preparadas las semillas cargamos la botella plástica la cual funciona como recipiente para el transporte, como se observa en la Figura 28.

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60 Diseño de un prototipo sembrador de semillas y control de temperatura humedad para UAVs Figura 28: Prueba de campo dispensador de semillas

Fuente: Propia

Al cargar el sistema de transporte, procedemos a realizar las pruebas en el aire en la finca Fragata, vereda de Usme – Cundinamarca como se observa en la Figura 29, las pruebas se realizaron un día con las condiciones climáticas adecuadas para el vuelo del dron.

Figura 29: Dron lanzando semillas Fukuoka

Fuente: Propia.