A través del uso de las plataformas Raspberry, Xbee, Android y Arduino, estudiantes desarrollarán e implementarán un sistema de monitoreo y control remoto de cultivos en invernaderos que permita mejorar la productividad y reducir costos. El sistema controlará variables como la temperatura, humedad y luminosidad para crear un ambiente óptimo para el cultivo.

1. Implementación de las plataformas Raspberry, Xbee, Android y Arduino en el
desarrollo de un sistema de monitoreo y control en un invernadero para la
disminución en los costos de producción en cultivos de tomate.
Por:
Nicolás Acosta Saldarriaga
Juan Pablo Cadavid
Laura Elena Díaz López
David Ospina Boada
10*1
Institución Educativa Colegio Loyola Para la Ciencia Y la Innovación
Medellín - Antioquia
2014

2. Título:
Implementación de las plataformas Raspberry, Xbee, Android y Arduino en el desarrollo
de un sistema de monitoreo y control en un invernadero para la disminución en los costos
de producción de cultivos.

3. Resumen
A través del uso de las plataformas Raspberry, Xbee, Android y Arduino, se implementará
un sistema que permita monitorear y controlar las condiciones de cultivos en ambientes
de invernaderos para su mayor productividad de producción,

4. Abstract
Through the use of the platforms Raspberry, Xbee, Android and Arduino a system that
allows the user to monitor and change variables in controlled environment like
greenhouses, will be designed and implemented.

5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
(El cambio climático, la producción es baja)----->problemática
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
En la investigación científica moderna especialmente en las áreas de biología y química
es necesario trabajar con tejidos vivos de diferentes especies, y es por eso que se utilizan
dispositivos en los cuales estos tejidos pueden crecer en un ambiente en el que todas
las variables son controladas por los investigadores, sin embargo, el manejo de estos
dispositivos es dispendioso, ya que obliga a que haya un monitoreo constante, y manual
tanto para revisar el estado de los procesos de crecimiento, como para modificar los
parámetros e instrucciones de estos dispositivos, lo cual toma un gran cantidad del
preciado tiempo y esfuerzo innecesario el cual afecta la productividad de su
investigación o producción.
ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
Hubo un proyecto que se inició en el 2010 en que se trabajaba con ambientes
controlados, para la producción de hortalizas, existe otro proyecto donde se monitorea la
supervivencia de insectos en ambientes controlados, este fue realizado en 2013; Ambas
relacionadas con los factores que vamos a controlar (Humedad, temperatura, ventilación,
iluminación, riego).también existe un proyecto en donde utiliza el Arduino para programar
una caja de percusión robótica; Sin embargo ninguno de estos proyectos plantea el uso
de estos recursos y los ambientes controlados de manera conjunta.

6. PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN
*¿Cómo se pueden implementar las plataformas Raspberry, Xbee, Android y Arduino
para permitir el monitoreo y control de manera remota en cultivos productores de tomate
en invernaderos?

7. JUSTIFICACIÓN
La agricultura es una actividad de gran importancia estratégica como base fundamental
para el desarrollo autosuficiente y riqueza de las naciones. Todas las actividades
económicas que abarca la agricultura, tienen su fundamento en la explotación del suelo
o de los recursos que éste origina en forma natural o por la acción del hombre.
El clima terrestre es caótico y complejo. Se debe a una multiplicidad de factores en los
que el hombre no tiene influencia sustancial alguna, esto afecta de manera directa a los
diferentes tipos de cultivos. Se tiene muchas ventajas al tener cultivos bajo invernadero,
esto evita los cambios bruscos del clima como la variación de temperatura, la escasez
o exceso de humedad. También se puede producir cultivos en las épocas del año más
difíciles teniendo cosechas fuera de temporada sustituyendo el clima de otras regiones
y alargando el ciclo del cultivo. Otra de las ventajas es el de obtener productos de mejor
calidad y una mayor producción en la cosecha, y así incrementar la economía.
Este incremento del valor de los productos permite que el agricultor pueda inverti r
tecnológicamente en su explotación mejorando la estructura del invernadero, para esto
se desarrollará un controlador a través de las plataformas Raspberry, Xbee, Android y
Arduino que permitirá el monitoreo y control de los cultivos en invernaderos de forma
remotamente a través de internet, con el objetivo de que los procesos de cultivo sean
menos dispendiosos, y ahorran tiempo valioso a los investigadores y otros involucrados.

8. OBJETIVO GENERAL
Desarrollar e implementar las plataformas Raspberry, Xbee, Android y Arduino de
manera que permitan el monitoreo y control de cultivos en ambientes controlados
remotamente

9. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
-Diseñar un sistema de control para las variables de temperatura, humedad relativa y
luminosidad en arduino
-Diseñar un sistema físico que controle temperatura a través de aire acondicionado,
aspersores y
-Integrar a un invernadero las plataformas de Arduino, xbee y Raspberry.
-integrar la plataforma Raspberry a un servidor, para el control desde un navegador web.
-Monitorear por medio de Arduino, Xbee y Raspberry las variables del invernadero
-Programar una aplicación en Android con una interfaz gráfica, que permita acceder al
servidor y controlar las variables directamente sin la necesidad de abrir un navegador
web.

10. HIPÓTESIS
Al permitir el administrar los cultivos de manera remota, se predice que se aumentarán
las tasas de productividad de los cultivos y la accesibilidad de estos a las personas que
no tienen los recursos o tiempo para constantemente monitorear y controlar un cultivo.

11. RUTA METODOLÓGICA

12. Marco teórico
¿Qué es Arduino?
Arduino es una plataforma de hardware de código abierto, basada en una sencilla placa
con entradas y salidas, analógicas y digitales, en un entorno de desarrollo que está
basado en el lenguaje de programación Processing. Es un dispositivo que conecta el
mundo físico con el mundo virtual, o el mundo analógico con el digital
Arduino se compone de dos partes fundamentales:
Hardware. Una placa electrónica con un microprocesador integrado
Software. Un ambiente de desarrollo de software para poder interactuar con dicha placa
a través de un lenguaje de programación
Pero… por qué elegir Arduino?
Además de Arduino, hay muchas placas de la misma naturaleza cuyo fin es el de eliminar
la complejidad y desorden que implica programar micro controladores y encapsularlo en
una pequeña placa para facilitarnos las cosas. Ejemplos de otras placas: Parallax Basic
Stamp, Netmedia’s BX-24, Phidgets, MIT’s Handyboard. Aparte de esto, Arduino hace
las cosas más fáciles para principiantes
Arduino es:
- Barato. Arduino es barato comparado con todas las demás plataformas de micro
controladores. La versión más barata de Arduino puede ensamblarse a mano y aun la
que ya viene ensamblada cuesta alrededor de 40 dólares americanos
- Cross-Platform. Arduino puede ser conectado y programado desde Mac, Linux y
Windows. Las demás plataformas por lo general se limitan a Windows.
- Ambiente de desarrollo simple y claro. El ambiente de desarrollo de Arduino está diseñado
para ser fácil de adoptar por principiantes y aun así es flexible para que los expertos
puedan tomar ventajas de él.
- Software Open Source y extensible. El software de Arduino está publicado como open
source, disponible para ser extendido por programadores avanzados. El lenguaje puede
ser extendido a través de librerías en C++.
- Hardware Open Source y extensible. Arduino está basado en los micro controladores
Atmel’s ATMEGA8 y ATMEGA168. Los planes para los módulos están publicados bajo
una licencia de Creative Commons, así que diseñadores de circuitos experimentados
pueden hacer su propia versión del módulo, extendiéndose y mejorándolo. Incluso
usuarios relativamente inexperimentados pueden construir su propia versión
“breadboard” del módulo para entender cómo funciona y ahorrar algo de dinero
Al utilizar el arduino con el xbee, La Xbee shield permite a una placa Arduino comunicarse
de forma inalámbrica usando Zigbee. Está basada en el módulo Xbee de MaxStream. El
módulo puede comunicarse hasta 100ft (30 metros) en interior o 300ft (90 metros) al aire
libre (en visión directa). Puede ser usado como reemplazo del puerto serie/USB o puedes
ponerlo en modo de comandos y configurarlo para una variedad de opciones de redes

13. broadcast o malladas. La shield tiene pistas desde cada pin del Xbee hasta un orificio de
soldar. También provee conectores hembra para usar los pines digitales desde 2 hasta
7 y las entradas analógicas, las cuales están cubiertas por la shield (los pines digitales
de 8 a 13 no están cubiertos por la placa, así que puedes usar los conectores de la placa
directamente)
Raspberry Cabe en la palma de la mano, pero tiene el mismo poder que una
computadora de hace cinco años. A simple vista, esta placa del tamaño de una tarjeta
de crédito no da pistas sobre su potencial: permite desde realizar tareas simples como
procesar texto, video y audio, se puede implementar en el ámbito de la robótica, este tipo
de placas se emplean sobre todo para conectar diferentes sensores a un robot, con el
fin de que este interactúe con el ambiente. Por ejemplo, es posible conectarles desde
cámaras hasta GPS, además de dotar al robot de conexión a internet.
Domótica. En el marco de los sistemas para automatizar una casa, puede usarse para
atender la puerta de forma remota, por ejemplo. Hay que conectar sensores a la placa y
descargar al celular o la PC algún programa gratuito disponible para que se envíe un
SMS cuando alguien toca el timbre.
Media center. La Raspberry Pi también puede emplearse conectado a un TV o monitor.
También se le enchufa un teclado para controlar lo que se está reproduciendo
¿QUE ES UN INVERNADERO?
Un invernadero es toda aquella estructura cerrada, cubierta por materiales transparentes,
dentro de la cual es posible obtener unas condiciones artificiales de microclima, y con ello
cultivar plantas en condiciones óptimas y fuera de temporada.
QUÉ VENTAJAS BRINDA LOS INVERNADEROS?
La diversificación productiva, tan necesaria en tiempos actuales, nos indica la necesidad de
mejorar nuestros sistemas de producción; un invernadero es una herramienta muy útil para
estos fines ya que posee ventajas para la producción como son:
● Garantía de calidad frente a nuestros clientes. Precocidad en los frutos.
● Aumento de calidad y rendimiento.
● Producción fuera de época.
● Ahorro de agua y fertilizantes.
● Mejora del control de insectos y enfermedades.
● Posibilidad de obtener más de un ciclo de cultivo por año.
● Manejo del clima adecuado dentro del invernadero.
● Beneficios para controlar los cambios climáticos.
● Ahorro de energía y agua.
● Seguridad y comodidad para desarrollar cualquier labor dentro del invernadero.

14. IMPORTANCIA DE UN INVERNADERO EN LA PRODUCCIÓN AGRÍCOLA
Un invernadero ayuda a mantener un clima adecuado para la producción no sólo de
flores, sino también de productos agrícolas como verduras, frutas, etc. Los cuales son
elementos básicos en la alimentación de las personas tanto en zonas rurales como en
urbanas, la función del invernadero en la producción agrícola se fundamenta en que se
pueden mantener productos fuera de temporada, lo cual provoca una mayor producción
para una demanda fuerte proveniente de ciudades altamente pobladas como la Ciudad
de México. Además, una de las ventajas del invernadero es que pueden ser usadas en
comunidades para beneficio de las mismas que no tienen cerca recursos para comprar
alimentos y no es necesario tener grandes conocimientos de jardinería y botánica para
poder mantenerlo en uso.
- ¿DÓNDE SE NECESITA UN INVERNADERO?
Lo invernaderos frecuentemente son utilizados cuando se requiere acelerar el cultivo
con ciertas condiciones de clima, las cuales son proporcionadas por el invernadero.
Pero donde puede ser más útil su uso es en las zonas áridas donde no llueve muy
seguido, así como en climas hostiles con cambios muy dramáticos, ya sea frío o calor,
que afectan a las plantas de los cultivos.
LAS VENTAJAS DEL USO DE UN INVERNADERO EN ESTAS ZONAS Y EN
GENERAL SON:
DIFUSIÓN DE LUZ- Porque un invernadero puede cambiar la dirección de los rayos
solares distribuyendo equitativamente por toda el área para beneficiar a todo el
invernadero en su conjunto y a la vez impedir que lleguen directamente a la planta. La
luminosidad se puede obtener en mayor o menor grado dependiendo del diseño y
cubierta del invernadero.Este Aspectoo permite el buen desarrollo del cultivo y ayuda a
la mejor obtención de frutos
FOTOSÍNTESIS.-El proceso fotosintético se ve favorecido dentro del invernadero,
debido a la forma en que es difundida la luz y a la conservación de temperaturas.
MICROCLIMA.- Manejar un microclima que permite controlar y mantener las
temperaturas óptimas, aporta que las plantas sean más abundantes y de mejor
calidad,también puede permitir programar las cosechas para épocas de escasez.

15. Con esto, podemos saber que la real ciencia de los invernaderos, es el poder mantener
la temperatura de los rayos focalizada, en su interior. Lo cual eleva la temperatura
interna del invernadero. Por medio de la concentración de calor dentro del mismo. Esto
permite que muchísimas plantas se puedan dar de mejor manera. Más aún, cuando se
trata de algunas que con las bajas temperaturas del invierno se marchitan o sufren por
éste cambio. Es por lo mismo, que un invernadero, es una herramienta efectiva, para
poder cultivar plantas, independiente la época del año, en que se está viviendo
¿CUÁL ES LA VENTAJA QUE ESTA REVOLUCIÓN TECNOLÓGICA NOS
OFRECE?
Son muchas las ventajas que nos ofrece la a automatización, como sobre la mejora en
la productividad de una empresa, mejorar las condiciones de trabajo del
personal,simplificar el mantenimiento de dichos sistemas, Se obtiene una reducción de
costos, puesto que se racionaliza el trabajo, se reduce el tiempo y dinero dedicado al
mantenimiento y se mejora la seguridad de las instalaciones.
Existe otro rubro muy importante que debemos tratar sobre estas tecnologías, el cual
es que a pesar que nos trae bastantes beneficios también nos han perjudicado en
cierta forma. Ahora vivimos en un mundo distinto al de hace 60 años donde la calidad
del aire ya no es óptima, donde constantemente hay cambios de temperatura más
hostiles, esto es porque hemos dejado a un lado una visión más limpia, más amigable
con nuestro medio.
Es por eso que el proyecto INVERNADERO INTELIGENTE cuenta con la tecnología
adecuada para convivir de una forma sana con nuestro planeta,incorporando sistemas
de energía renovable como lo es la luz solar haciendo uso de paneles solares que
dotarán de energía en todo momento al invernadero inteligente.
Nosotros hemos aprovechado estas nuevas tecnologías y tomando en cuenta las
ventajas ofrecidas por estas aplicamos el concepto de inteligencia a la autonomía de un
invernadero, con el objetivo de que este sea capaz de entender, asimilar y manejar
información en favor de obtener mejoras en la calidad , es decir que al aplicar un
sistema automatizado en un invernadero obtendremos el máximo provecho de los
recursos que este puede dar.
Estos son ejemplos de las ventajas que obtenemos al aplicar el sistema automatizado:
- Mejora en la producción de las especies sembradas.
-Mejora en la calidad de los productos
-Creamos nuevos puestos de trabajo.
-Monitoreo exhaustivo, práctico y más preciso de comportamiento de las especies que
habitan el invernadero y las condiciones que se encuentra el invernadero.

16. SENSORES
Un sensor es un dispositivo que convierte una variable física que se desea medir en
una señal eléctrica que contiene la información correspondiente a la variable que se
detecta.Para ello el sensor suele ir acoplado a un circuito que convierte la señal de éste
a valores adecuados para que dicha señal se pueda capturar.
Como etapa intermedia se debe realizar la calibración o ajuste de la medida del
sensor,para así controlar la sensibilidad con que va poder detectar la señal que
mandara al circuito.
Finalmente, se procede a la etapa de adquisición, para su procesamiento, registro y
presentación
Los sensores cuentan con ciertas características que hay que tomar en cuenta:
Resolución:
es la mínima variación, dentro del rango de medida, que es apreciada por el sensor
como un cambio de su salida.
Precisión:
es la tolerancia de la medida, con lo que define los límites del error,garantizando que la
medida se encontrará con toda seguridad en el rango definido.
Repetitividad:
es el grado de precisión en la repetición de una medida que se realiza de forma
consecutiva y bajo las mismas condiciones, incluida la dirección de variación del
estímulo de entrada.
Sensibilidad:
indica la variación que experimenta la medición con la variación de la variable medida,
o sea, es la razón de cambio de la salida ante los cambios en la entrada, y por tanto es
mejor cuanto mayor sea.
Exactitud:
Diferencia entre la salida real y el valor teórico de dicha salida
Rango:
Rango de valores de la magnitud de entrada comprendido entre el máximo y el mínimo
detectables por un sensor, con una tolerancia de error aceptable.
Deriva:
variación de la salida esperada del sensor debido a cambios de temperatura, humedad,
envejecimiento, etc.Además, todo dispositivo presenta unas condiciones ambientales
de operación, fuera de las cuales no se garantiza su funcionamiento, y que en el caso
de los sensores, aún con un funcionamiento correcto provocan desviaciones de las
medidas que pueden resultar importantes.

17. SENSOR Y TRANSDUCTOR
Es importante mencionar que no es lo mismo decir sensor y transductor, lo cual es un
error muy común, un transductor es todo aquel componente que está siempre en
contacto directo con el ambiente con el que va a interactuar, mientras que sensor es la
circuitería necesaria para que la señal que manda el transductor pueda ser convertida a
una señal del tipo digital y pueda ser procesada por algún otro componente que
adquiera esos datos digitales
SENSOR DE HUMEDAD
Con este sensor se trata de utilizar la conductividad que muestra la tierra, la cual va a ser
mayor mientras más sea la cantidad de agua presente en ella. Se introducen dos electrodos
separados por cierta distancia, para luego ser sometidos a una diferencia de potencial
constante. La corriente circulante será entonces proporcional a la cantidad de agua presente en
la muestra.Cuando no exista humedad en la tierra, el sensor mandara un 0 al PIC, lo cual
provocará que se active el sistema de riego durante unos segundos para así mantener a las
plantas hidratadas
SENSOR DE TEMPERATURA:
Este dispositivo no es más que un circuito que se encarga de registrar la temperatura que hay
en cierto ambiente con ayuda de un transductor conocido como LM35, cuya función es la de
aumentar una corriente de salida cuando capta una temperatura elevada, este transductor tiene
una forma de transistor ya que solo tiene 3 terminales, las cuales dos de ellas son para la
alimentación (VCC y GND) y la tercera terminal es la que de una corriente de salida cuyo valor
depende de la cantidad de temperatura que sea capaz de registrar.

18. –
Transductor LM 35 el cual es útil para un sensor de temperatura
Al dar la corriente, el problema es que sale con un valor muy pequeño, y lo que se puede
hacer es mandar ese valor a una etapade amplificación, esto es con ayuda de amplificadores
operacionales, los cuales con circuitos lineales, ya que solo tienen 5 terminales (no son número
par como los circuitos normales).Este componente tiene varias formas de conectarse.Después
de esto, para ver al aumento o descenso de temperatura se le pueden conectar unos diodos
LED que a su vez tienen que estar conectados a otro amplificador por cada diodo LED y a unos
divisores de voltaje, para que tenga un buen funcionamiento o en su defecto se puede enviar la
información al PIC para que pueda procesarla y hacer al función que el programa le ordene
Germinación del tomate
El proceso de germinación comprende tres etapas :
a- Rápida absorción, que dura 12 horas, se produce una rápida absorción de agua.
b- Reposo, dura 40 horas, durante la cual no se observa ningún cambio; la semilla
comienza a absorber agua de nuevo.
c- Crecimiento: asociada al proceso de germinación de la semilla.
FUENTE: Bolaños, 1998.10 Este proceso necesita elevadas cantidades de oxígeno;
cuando la oxigenación es deficiente se reduce drásticamente la germinación, como suele
ocurrir en suelos anegados.

19. La temperatura óptima oscila entre los 20 y 25 º C; se produce mejor en la oscuridad, en
algunas variedades resulta inhibida por la luz
Característica del suelo o sustrato
El tomate no es una planta muy exigente en cuanto a suelos. Prefiere suelos profundos
y con buen drenaje. Al tener un sistema radicular poco profundo su adaptación a suelos
pobres es buena. Insistimos en las características del drenaje pues un riego excesivo
en el que la tierra no puede absorber el agua con suficiente rapidez, produce un
encharcamiento que pudre las raíces y favorece el desarrollo de enfermedades.
PH en el cultivo del tomate
El pH ideal para el cultivo del tomate es el cercano al neutro (7), debiendo corregir con
enmiendas en el caso de suelos ácidos o básicos. Estas enmiendas se deberán
realizar junto con la preparación del terreno, y no una vez la tomatera está plantada en
el terreno.

20. Webgrafía
Software Arduino : http://www.arduino.cc/
Software Raspberry: http://www.raspberrypi.org/
Software Xbee: http://www.digi.com/xbee/
Giraldo Sebastián. (Marzo 2011) Automatización de invernaderos:
http://www.invernaderosyjardines.com/component/k2/item/16-
automatizacioninvernadero.html
Plataforma robótica remota, Recuperado en marzo 2014 (en inglés):
https://nootropicdesign.com/projectlab/2012/02/18/xbee-robotics-platform/
Control Remoto Xbee con Arduino y Android, Recuperado en marzo 2014:
http://www.conaee.org/conaee2013/ponencias/EE-31.pdf
Guías para el trabajo con Arduino, Recuperado en marzo 2014 (en inglés):
http://playground.arduino.cc/Main/ManualsAndCurriculum
Medición de variables con arduino, Recuperado en abril 2014 (en inglés):
http://web.cecs.pdx.edu/~eas199/B/howto/thermistorArduino/thermistorArduino.pdf
Xbee, Recuperado el 28 de Abril 2014:
http://www.xbee.cl
¿Que es un sensor de Temperatura y como funciona?, Recuperado en Abril 2014:
http://medirtemperatura.com/sensor-temperatura.php
¿Como funciona un sensor de humedad?, Recuperado en Abril 2014:
http://www.ehowenespanol.com/funciona-sensor-humedad-como_265144/
¿Como funciona un sensor de luz y cuales son sus características?, Recuperado en
Abril 2014:
http://www.ehowenespanol.com/funciona-sensor-humedad-como_265144/
¿Como funciona un sistema digital y uno analógico?, Recuperado en Abril 2014:
http://www.monografias.com/trabajos27/analogico-y-digital/analogico-y-digital.shtml
¿Que es un arduino?, Recuperado el 28 de Abril 2014:
http://arduino.cc/es/Guide/Introduction#.U17y8HQy61d