DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA GSM CONTROLAN SISTEMA DE INVERNADERO
INTRODUCCIÓN
La tecnología ha redefinido la comunicación y más aún en muchos aspectos ventajosos. La tecnología móvil ha llevado a acuñar el término "aldea global" que puede verse por el hecho de que casi todos los adultos en la actualidad posee un teléfono móvil y también la disminución de los costos de estos equipos durante los años. Un individuo puede ser contactado en cualquier momento por el uso de un teléfono móvil. El uso de teléfonos móviles no puede restringirse a sólo haciendo llamadas y envío de mensajes. La puerta a muchas innovaciones y descubrimientos se encuentran en manos de la mayoría de la gente. Aprovechamiento de las capacidades del teléfono puede conducir a obras maestras nuevas y rentables. Sistema de mensaje corto (SMS) son un medio muy popular de comunicación. Pueden ser entregados en tiempo real dependiendo de la recepción del red de teléfono. Este concepto de mensajería instantánea es lo que se utilizó en el estudio para diseñar un sistema que actúa como una plataforma para recibir mensajes que son de hecho los comandos enviados para controlar parámetros de efecto invernadero diferentes conectados a la plataforma. Este estudio buscó diseñar un sistema de control basado en el sistema Global para la tecnología de comunicaciones móviles (GSM) que efectivamente permite el control desde un lugar remoto en el invernadero.
Agricultura ha sido considerada durante muchos años como el sector menos tecnológicamente avanzado en África y alrededor del mundo generalmente. Esto es a pesar de ser la columna vertebral de la economía del país. Pero con tendencias tecnológicas tales como GSM, ha surgido una nueva plataforma para deshacerse de la etiqueta. La aplicación del sistema propuesto en el sector agrícola es inmensa en el cambiante mundo tecnológico. Es un movimiento importante en la dirección correcta en la automatización de las prácticas agrícolas con el objetivo de mayor eficiencia y también con el requisito mínimo de trabajo. La necesidad de estar físicamente presente para regular los parámetros comunes de efecto invernadero por ejemplo del suelo contenido de humedad y temperatura se elimina con el uso de este sistema.
Tecnología GSM
Esta es la tecnología que sustenta la mayoría de redes de telefonía móvil del mundo. La plataforma GSM es una tecnología inalámbrica de gran éxito y una historia sin precedentes de logro global y cooperación. GSM se ha convertido en tecnología de comunicaciones más rápido crecimiento del mundo de todos los tiempos y el estándar móvil global líder, 218 países. GSM es una tecnología celular digital abierta, utilizada para la transmisión de voz y servicios de datos. GSM opera en las bandas de 900MHz y 1.8GHz y soporta velocidades de transferencia de 9,6 kbps, permitiendo la transmisión de servicios de datos básicos como SMS. Reina la mayor parte del mundo ampliamente utilizada tecnología de teléfono celular. Los teléfonos celulares utilizar red GSM de un servicio de compañía buscando torres de telefonía celular cerca. SMS es un componente de servicio de teléfono, web o sistemas de comunicación móvil de mensajería. Utiliza protocolos de comunicación estandarizados para permitir que los dispositivos de fijación línea de teléfono fijo o móvil para el intercambio de mensajes de texto corto. SMS es el más ampliamente utilizado aplicación de datos, con un estimado de 3,5 billones usuarios activos diarios, o aproximadamente el 80% de todos los suscriptores de teléfono móvil a finales de 2010. El término "SMS" se utiliza para todo tipo de mensajes de texto corto y la actividad del usuario en muchas partes del mundo. SMS también se emplea en direct marketing, conocida como marketing SMS. El término SMS como se utiliza en moderno teléfonos originados de telegrafía de radio en localizadores de memo de radio utilizando protocolos estandarizados de teléfono. Estos se definen en 1985 como parte de la serie GSM de normas como un medio de enviar mensajes de hasta 160 caracteres a y desde teléfonos móviles GSM.
Microcontrolador
Un microcontrolador es un equipo autónomo compacto en un solo circuito integrado que contiene un núcleo de procesador, memoria y entrada programable y periféricos. Por lo tanto, que puede ser fácilmente optimizado para aplicaciones de control. Todo procesador, la memoria y los interfaces de la entrada-salida están ubicados en una sola pieza de silicio así, tarda menos tiempo para leer y escribir en dispositivos externos. Esto hace muy fácil de lograr operaciones de tiempo real. Hay varias razones por qué microcontroladores se utilizan en sistemas de control en todo el mundo. Microcontroladores con los componentes del circuito adicional son mucho más baratos que un equipo con salidas y entradas digitales o analógicas. Son pequeño, compacto y ligero en comparación con las computadoras. Un microcontrolador es muy adecuado para pequeñas aplicaciones donde se requieren unos número de entradas y salidas, el código es relativamente pequeño y que no requieren mucho de memoria y una pantalla LCD simple es suficiente como una interfaz de usuario. La arquitectura de un microcontrolador es mucho más simple que una computadora por lo tanto es menos probable fallar y consolidando así su fiabilidad. 17 un microcontrolador difiere de un microprocesador de muchas maneras. En primer lugar es su funcionalidad. En orden para un microprocesador para ser utilizado, deben agregarse otros componentes como la memoria, o para recibir y enviar datos a él. En pocas palabras eso significa que microprocesador es el corazón de la computadora. Por otra parte, el microcontrolador está diseñado para ser todo eso en uno. No otros componentes externos son necesarios para su aplicación ya que todos los periféricos necesarios están integrados en él.
La placa Arduino
Un Arduino es un microcontrolador de una placa, previsto hacer más accesible la aplicación de objetos interactivos y entornos. El hardware consiste en un open-source hardware tarjeta diseñada alrededor un microcontrolador de 8 bits. Programado en el chip microcontrolador a bordo es un gestor de arranque que permite cargar programas en la memoria del microcontrolador sin necesidad de un programador de chip (dispositivo). Arduino es una plataforma de código abierto utilizada para la construcción de proyectos de electrónica. Arduino consiste en un circuito físico programable (referido a menudo como un microcontrolador) y un pedazo de software o desarrollo entorno integrado (IDE) que se ejecuta en un ordenador, utilizado para escribir y subir código de computadora a la tarjeta física. Se estimó a mediados de 2011 que más 300.000 Arduinos oficiales había sido producidos comercialmente. La plataforma Arduino ha vuelto muy popular con las personas que acaban de empezar con la electrónica y con razón. A diferencia de la mayoría anteriores programables circuitos, el Arduino no necesita una pieza independiente de hardware (llamado un programador) para cargar el nuevo código en la placa, puedes simplemente usar un cable USB. Además, el IDE de Arduino utiliza una versión simplificada de C++, lo que es más fácil de aprender a programar. Arduino también proporciona un factor de forma estándar que rompe las funciones del microcontrolador en un paquete más accesible.
Sensores de
Un sensor se define a menudo como un dispositivo que recibe y responde a una señal o estímulo. El propósito de un sensor es responder a algún tipo de una propiedad física input (estímulo) y convertirla en una señal eléctrica que es compatible con circuitos electrónicos. Señal de salida del sensor puede ser en forma de tensión, corriente, o de carga. Un sensor es un conversor que mide una cantidad física y la convierte en una señal que puede ser leída por un observador o un instrumento electrónico. Un sensor es un dispositivo, que responde a una cantidad de entrada generando una salida funcionalmente relacionada generalmente en la forma de una señal óptica o eléctrica. Sensibilidad de un sensor indica cuánto salida del sensor cambia cuando cambia la cantidad medida. Los sensores deben ser 18 diseñado para tener un efecto pequeño sobre lo que se mide; el sensor más pequeño a menudo mejora esto y pueden presentar otras ventajas. Progreso tecnológico permite que cada vez más sensores a ser fabricado en una escala microscópica como microsensores usando tecnología micro-electro-mecánicos. En la mayoría de los casos, un micro sensor alcanza una significativamente mayor velocidad y sensibilidad en comparación con macroscópicos acercamientos. Un buen sensor obedece a unas reglas básicas. Es sensible a la propiedad medida sólo, es insensible a cualquier otra propiedad que se encuentran en su aplicación, no afecta la propiedad medida y lo ideal es se diseñan para ser lineal o lineal a alguna función matemática simple de la medida, normalmente logarítmica. La salida de un sensor de tal es un análogo señal y linealmente proporcional al valor o la simple función de la propiedad medida. La sensibilidad se define como el cociente entre la señal de salida y la propiedad medida. Por ejemplo, si un sensor mide la temperatura y tiene una tensión de salida, la sensibilidad es una constante con la unidad [Voltaje/Kelvin]; Este sensor es lineal porque la relación es constante en todos los puntos de medición. Para que una señal de sensor analógico ser procesado o utilizado en el equipo digital, necesita ser convertida a una señal digital mediante un convertidor de analógico a Digital (ADC). 2.6.1 A sensor de temperatura es un dispositivo que recoge datos sobre la temperatura de una fuente y lo convierte en una forma que puede ser entendida tanto por un observador u otro dispositivo. Los dos tipos principales de sensores de temperatura semiconductores son sensibles a la temperatura actuales fuentes y fuentes de voltaje sensibles de temperatura. Un ejemplo del primer tipo es el LM35 nacional. La tensión de salida de este circuito aumenta en 10 mV por cada grado centígrado que aumenta su temperatura. Si la salida es conectada a un voltaje de referencia negativo Vs, el sensor da una salida significativa para rango de temperatura de -55 a + 150 grados centígrados. La salida se ajusta a 0 V para 0 grados centígrados. La tensión de salida puede ampliarse para dar el rango de voltaje necesario para una aplicación particular. La precisión de este dispositivo es de aproximadamente 1 grado centígrado. Una ensambladura del termopar de hierro y constantan, comúnmente llamado un termopar de J, tiene una gama de temperaturas útil sobre-184 a 760 grados centígrados. Los termopares pueden hacerse pequeño, robusto y estable, sin embargo, tienen problemas como la salida es muy pequeña y debe amplificarse mucho a subir en rango en el podrás conducir un ADC. Por lo tanto, el LM35 se utilizó en este sistema. El LM35 es un sensor de circuito integrado que 19 puede ser utilizado para medir la temperatura con una salida eléctrica proporcional a la temperatura (en grados Celsius). LM35 sensor de temperatura puede medir con mayor precisión que el uso de un termistor. El LM35 genera un voltaje de salida mayor que los termopares y no requiera amplificar el voltaje de salida. Tiene un voltaje de salida que es proporcional a la c temperatura. El factor de escala es 0.01V / grado centígrado. Otra característica importante del LM35 es que dibuja solamente 60 microamperios de su fuente y posee una baja capacidad de calentamiento. El sensor automático de la calefacción causa menos de 0,1 grados Celsius de temperatura en aire inmóvil. Para este proyecto, sensor de temperatura para ser utilizado: LM35 con una precisión de salida de 10mV/OC.
Sensor de contenido de humedad de suelo
Sensores de humedad de suelo medir el contenido de agua en el suelo. Una sonda de humedad del suelo se compone de múltiples sensores de humedad del suelo. Sensores más baratos - a menudo para el uso en el hogar - se basan en dos electrodos de medición de la resistencia del suelo. A veces esto simplemente consiste en dos alambres (galvanizados) desnudos, pero también hay sondas con cables incrustados en el yeso. Conductividad eléctrica medida de sondas humedad en el suelo por cuanto se pasa una corriente de electricidad entre dos puntas de prueba. Más humedad en el suelo mejor la conductividad o cuanto menor sea la resistencia eléctrica. Este método es entrada de salida del LM35 (voltaje) 20 muy sensible a la separación de las sondas, así como ser influenciado por el tipo de suelo y la sal se concentra en los abonos.
Sensor de movimiento
Un detector de movimiento es un dispositivo que controla un campo de visión y realiza una función de si se detecta movimiento dentro de ese campo. Sensores de movimiento se utilizan en sistemas de seguridad como disparadores para luces automáticas o los viajes para alarmas remotas y aplicaciones similares. Trabajo de sensores de movimiento basado en una amplia variedad de principios y se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones. Uso típico podría ser en el exteriores puertas o ventanas de un edificio para supervisar el área alrededor del edificio. Al detectar movimiento, generan una señal eléctrica que se basa en que se toman algunas acciones. Algunos funcionan en mucho la misma manera que un escáner de radar militar, mientras que otros trabajan basándose en vibración, radiación infrarroja e incluso sonidos. Sensores de movimiento se emplean para detectar diferentes tipos de movimiento humano. Algunos están destinados a eventos locales de detección, algunos para la zona de detección.
Tres pasos generales pueden seguirse para diseñar adecuadamente y elaborar el prototipo del trabajo:
Paso 1: Identificar variables cuantificables importantes a la producción. Es muy importante identificar correctamente los parámetros que se van a medir por la interfaz de adquisición de datos del controlador, y cómo van a medirse. Preliminarmente, contenido de humedad de suelo y temperatura han sido seleccionados como los parámetros de prueba.
Paso 2: Investigar las estrategias de control. Un elemento importante al considerar un sistema de control es la estrategia que debe seguirse. La estrategia más simple es utilizar sensores de umbral que afectan directamente a la actuación de los dispositivos.
Paso 3: Identificar el software y el hardware a utilizar. Hardware debe seguir siempre la selección de software, el hardware necesario está soportado por el software seleccionado. Además de las capacidades funcionales, la selección del hardware de control debe incluir factores como confiabilidad, apoyo, experiencias previas con el equipo (éxitos y fracasos) y el coste.
Es una ilustración de cómo se ejecutó el proyecto y las distintas partes implicadas en él. De la representación anterior, se utilizó el teléfono del usuario como una sección que transmite desde que el suscriptor envía mensajes de texto que contienen comandos y las instrucciones para el GSM módem que se basa en un área específica donde se encuentra el sistema de control. El mensaje SMS recibido es guardado en la memoria de la SIM del módem extraído por el microcontrolador y procesado por consiguiente para llevar a cabo operaciones específicas.
Hardware componentes de circuito
Regulador micro
Un microcontrolador es un equipo autónomo compacto, optimizado para aplicaciones de control. Todo procesador, la memoria y los interfaces de la entrada-salida están ubicados en una sola pieza de silicio así, tarda menos tiempo para leer y escribir en dispositivos externos. ¿Por qué elegir un microcontrolador? Los siguientes son las razones por qué microcontroladores están incorporados en el sistema de control: 26 i. costo: microcontroladores con los componentes del circuito adicional son mucho más baratos que un ordenador con un análogo y digital I/O. ii. Tamaño y peso: microcontroladores son compactos y ligeros en comparación a los equipos. III. Simple aplicaciones: Si la aplicación requiere muy pocos número de E/S y el código es relativamente pequeño, que no requieren mucho de memoria y una pantalla LCD simple es suficiente como una interfaz de usuario; un microcontrolador sería conveniente para esta aplicación. IV. confiabilidad: puesto que la arquitectura es mucho más simple que un ordenador es menos probable que falle. v. velocidad: todos los componentes en el microcontrolador se encuentran en una sola pieza de silicio. Por lo tanto, las aplicaciones se ejecutan mucho más rápido de lo que lo hace en una computadora. Un microcontrolador difiere de un microprocesador de muchas maneras. En primer lugar es su funcionalidad. En orden para un microprocesador para ser utilizado, deben agregarse otros componentes como la memoria, o para recibir y enviar datos a él. En pocas palabras eso significa que microprocesador es el corazón de la computadora. Por otra parte, el microcontrolador está diseñado para ser todo eso en uno. No otros componentes externos son necesarios para su aplicación ya que todos los periféricos necesarios están integrados en él.
i. unidad de memoria de
Memoria es parte del microcontrolador cuya función es almacenar datos. Por cierto de entrada, el contenido de cierto dirigida es localizar la ubicación de memoria. Memoria consiste en todas las ubicaciones de memoria, y hacer frente a nada, pero uno de ellos. Además de leer desde una ubicación de memoria, memoria también debe poder escribir sobre él. Esto se hace mediante el suministro de una línea adicional llamada línea de control. 27 ii. Unidad central de procesamiento se tiene una capacidad para multiplicar, dividir, restar y mover su contenido desde una memoria a otra. Sus localizaciones de memoria se llaman registros cuya función es ayudar a llevar a cabo diferentes operaciones matemáticas o cualquier otra operación con los datos donde se encuentran los datos. III. autobús representa un grupo de 8, 16 o más alambres. Hay dos tipos de buses: bus de datos y dirección. La primera de ellas consiste en tantas líneas como la cantidad de memoria que debían abordarse y el otro es tan amplia como datos. unidad IV. entrada-salida que se utilizan para enviar datos a o llevarlo desde el microcontrolador. Los actos de puertos de entrada y salida como una ubicación de memoria. Algo está siendo escrita en o simplemente leer de él, y podía notarse en los pines del microcontrolador. v. unidad temporizador la unidad básica del temporizador es un contador de recorrido libre que es en realidad un registro cuyo valor numérico se incrementa en uno en intervalos de hasta, por lo que tomando su valor durante períodos T1 y T2 y en base a sus diferencias, determinar cuánto tiempo ha transcurrido. Esto es una parte muy importante del microcontrolador. 3.2.2. analógico al convertidor Digital como el periférico señala generalmente son sustancialmente diferentes a las que microcontrolador puede entender (cero y uno), tienen que convertirse en un patrón que puede ser comprendido por un microcontrolador. Esta tarea se realiza por análogo a la conversión digital o por un ADC que convierte una información sobre algún valor analógico en un número binario y para seguir que a través de un bloque de la CPU así que ese bloque de CPU puede más procesarlo. 3.2.3. relé del controlador de relé se utiliza para aislar tanto el control y el dispositivo controlado. El relé es un dispositivo electromagnético, que consta de solenoide, mover contactos (interruptor) y restauración de primavera y consume una cantidad relativamente grande de energía. Por lo tanto, es posible que la interfaz IC para conducir el Relais satisfactoriamente. Para habilitar esto, un circuito conductor, que actúan como un circuito buffer, es incorporar entre ellos. El circuito controlador detecta la presencia de un nivel "alto" en la entrada 28 y conduce el Relais de otra fuente de tensión. Por lo tanto, el relé se utiliza para cambiar la alimentación eléctrica a los aparatos.
Pantalla de cristal líquido (LCD)
Una pantalla de cristal líquido (LCD) es un dispositivo de pantalla delgada y plana formado por cualquier número de color o monocromo píxeles dispuestos delante de una fuente de luz o reflector. A menudo se utiliza en dispositivos electrónicos de pilas ya que utiliza cantidades muy pequeñas de energía eléctrica.
Módem GSM
Mayoría de los módems GSM tiene conexiones F-autobús y autobús M que pueden utilizarse para conectar un teléfono a un PC o en este caso un microcontrolador. La conexión puede utilizarse para el control de casi todas las funciones del módem. Este autobús nos ha permitido enviar y recibir mensajes SMS.
Componentes de software
3.3.1. programación Software el estudio utilizó el entorno de desarrollo de Arduino, que se basa en el lenguaje C++. El software de Arduino es publicado como herramienta de código abierto, disponible para la extensión por programadores experimentados. La lengua puede ser ampliada a través de bibliotecas de C++ y personas que desean entender que los detalles técnicos pueden dar el salto de Arduino a la C de AVR programación idioma en que se basa. El entorno de desarrollo Arduino contiene un editor de texto para escribir código, un área de mensajes, una consola de texto, una barra de herramientas con botones para las funciones comunes y una serie de menús. Conecta con el hardware de Arduino para cargar programas y comunicarse con ellos. El entorno de Arduino de código abierto hace fácil escribir código y subirlo a la placa de E/S. Se ejecuta en Windows, Mac OS X y Linux. El entorno está escrito en Java y basado en el procesamiento, avr-gcc y otra software de código abierto. Software escrito usando Arduino se denominan bocetos. Estos bocetos están escritos en el editor de texto. Dibujos se guardan con el archivo extensión .ino. Tiene funciones para cortar/pegar y figura 4: texto de búsqueda/reemplazo de pantalla de cristal líquido (LCD) 30. El área del mensaje da retroalimentación mientras que guardar y exportar y también muestra errores. La consola muestra la salida de texto por el entorno de Arduino incluyendo mensajes de error completos y otra información. La parte inferior derecha de la ventana muestra la actual Junta y puerto serie. Los botones de la barra de herramientas permiten verificar y cargar programas, crear, abrir, guardar dibujos y abra al monitor serie. 3.3.2. sistema diagrama de flujo los diagramas de flujo del sistema para el programa de software a ser desarrollado se muestran en la figura 5 y 6. El sistema tiene varios módulos trabajando juntos para lograr los objetivos del sistema. Mayormente, el sistema se puede dividir en dos; control manual por el usuario y automatizada de monitoreo y control. Si el usuario anula el sistema automatizado enviando una orden al módulo GSM, el sistema obedece el comando y ejecutar la acción deseada por el usuario. Las acciones que puede ser comandada por el usuario a través de comandos SMS: comando de anulación i. para detener la supervisión automatizada y control. II. encender ventilador-el usuario puede enviar un comando para cambiar el ventilador interior del invernadero. III. encender la válvula de riego-el usuario puede también accionar la válvula mediante un comando iv. Apagar ventilador v. interruptor de riego válvula vi. Solicitar datos de los parámetros de efecto invernadero en un momento determinado vii. Interruptor de comando de anulación-esto da detrás la autoridad al sistema para continuar con regulación automática y control. El diagrama de flujo como se muestra la guía para desarrollo del programa en el software de Arduino como se muestra en los códigos de muestra en el apéndice de este documento. El sistema toma automáticamente las lecturas de los sensores a intervalos determinados como se muestra en el ejemplo de código (ii) en el apéndice. Él entonces compara estos valores con valores óptimos predefinidos en el sistema y toman medidas correctivas (interruptor en la válvula de la irrigación / ventilador). Esto es un proceso continuo de bucle para comprobar si los parámetros han caído en niveles óptimos y así apagar los ventiladores o válvula. El sensor de movimiento se mantuvo continuamente y cualquier movimiento que lo desencadenan la alarma se enciende y avisa al usuario inmediatamente a través de SMS.
