DOCUMENTO DISEO FINAL

DISEO PROTOTIPO GRANJA DIGITAL

1. CARACTERSTICAS GENERALES DE DISEOLa granja digital del proyecto Nario Vive Digital tiene como objetivo la implementacin de un sistema de riego por goteo que permita controlar la humedad de un rea especfica de cultivo en 34 instituciones agropecuarias del departamento de Nario, as como tambin realizar la medicin de variables ambientales por medio de una estacin meteorolgica. Est informacin se monitorear y manipular remotamente a travs de internet.La granja Betania de la I.E.M. LUIS DELFIN INSUASTY RODRIGUEZ (INEM) se selecciona como granja modelo para implementar el diseo prototipo, en la grfica 1 se presenta el terreno de trabajo de sta. Grfica 1. Bosquejo terreno de trabajo granja BetaniaSe identifican entonces las zonas importantes para la implementacin de la granja, como lo son el terreno y el aula de informtica. En el terreno (Grfica 2) se ubican dos tipos de estructuras fundamentales, una encargada de captar la informacin referente a la humedad, que se denomina Nodo Sensor, y otra encargada de activar electrovlvulas para el control de riego, que se denomina Nodo Actuador. La cantidad de nodos sensores depender del nmero de surcos que el rea del cultivo tenga, siendo cuatro, el nmero mximo de nodos sensores a implementar. Cada granja dispondr de un nodo actuador, que podr tener mximo cuatro electrovlvulas a controlar, siendo este nmero coherente con la cantidad de nodos sensores que se implementen. Grfica 2. Bosquejo cultivo granja BetaniaUn aspecto importante en el diseo, es la implementacin de sistemas alternativos renovables de energa, por lo que estos nodos sern autnomos y se alimentarn con Energa Solar; la informacin de los nodos sensores al nodo actuador se transmitir inalmbricamente, para conservar la autonoma del sistema. El aula de informtica por su parte, cumple un papel importante al ser el punto de conexin del sistema a la red, por lo que se implementa un sistema denominado Nodo de Control, encargado de recibir la informacin de todos los nodos sensores, ejecutar un algoritmo de control, y enviar las rdenes de activacin de electrovlvulas al nodo actuador; la comunicacin entre este nodo y el actuador tambin es inalmbrica. Este nodo debe encargarse adems de recibir la informacin de la estacin meteorolgica y transmitir por internet todas las variables monitoreadas. En cuanto a la estacin meteorolgica, su ubicacin puede ser en el terreno o cerca al aula informtica, cada caso se analizar particularmente para cada una de las 34 granjas, tambin ser autnoma y transmitir la informacin inalmbricamente. En las siguientes secciones se detallan aspectos tcnicos y diseos de cada uno de los nodos mencionados.

2. NODO SENSOR El nodo sensor se energiza de un sistema fotovoltaico compuesto por un panel solar, un controlador y una batera de 12 voltios, que se encarga de abastecer el sistema, como se puede observar en la grfica 3. El papel de transceptor (transmisor/receptor) lo realiza un mdulo Xbee PRO 900 HP, configurado en modo API, el cual se encarga de enviar la informacin proveniente del sensor de humedad 10HS hasta el nodo actuador.

Grfica 3. Esquema Mdulo Fotovoltaico

2.1 Diseo

Este nodo cuenta con una etapa de regulacin a 3.3V, un mdulo Xbee PRO900 HP para la adquisicin de la seal del sensor y la comunicacin RF con los dems nodos, adems de indicadores Leds de la humedad y transmisin en el sistema. En la grfica 4 se muestra el esquema de este nodo.

Grfica 4. Esquema Nodo Sensor En la grfica 5 se presenta el diseo del impreso para el nodo sensor.

Grfica 5. Impreso Nodo SensorA continuacin se especifican algunas caractersticas de los componentes de este nodo.

2.2 Panel solar 20 W

Su funcin es transformar la energa lumnica en energa elctrica haciendo uso del efecto fotoelctrico. Su vida til es de 10 y 25 aos aproximadamente correspondientes al 90 y 80 por ciento de potencia mnima garantizada por el fabricante.

Caractersticas Mecnicas

Tipo de clulasMonocristalinas Bosch

Coeficiente temperatura de voltaje-0.33

Coeficiente temperatura de corriente+0.05

Coeficiente temperatura de potencia-0.23

Temperatura operativa del mdulo-40 hasta 8

Temperatura operativa nominal de la clula (NOCT)45+/-2

Vatio pico nominal (WP)20

Voltaje nominal (V)18

Corriente nominal (A)1.11

Voltaje circuito abierto ()21.6

Corriente corto circuito ()1.2

Eficiencia de conversin17.20%

Tabla 1. Especificaciones panel solar 20 W

2.3 Batera VRLA FL1290

Batera de cido-plomo regulada por vlvula, se caracteriza por no necesitar mantenimiento ni tampoco sistema de ventilacin, debido a su tipo de construccin; adems est diseada con tecnologa AGM (Absorbent Glass Mat) que ofrece un alto rendimiento en aplicaciones comunes donde se requiere el respaldo de energa. La Tabla 2 indica las caractersticas de la batera.Comment by FRAJACABA: AGM es la abreviacin de Absortion Glass Mat, donde el cido se absorbe mejor y ms rpido por placas de plomo de la batera, ya que una delgada manta de fibra de vidrio inmoviliza el cido entre ellos. No es de nuestro objetivo ir muy profundamente en la parte qumica, pero es interesante notar que labatera AGMtiene una resistencia elctrica interna muy baja. Esto, combinado con la migracin ms rpida de cido permite que lasbateras AGMentreguen y absorban tasas ms altas de corriente elctrica que otras bateras selladas durante su carga y descarga. Adems, lasbateras con tecnologa AGMse pueden cargar a una tensin normal, como cualquier otra batera plomo-cido, no es necesario volver a calibrar los sistemas ya instalados o comprar cargadores especiales para ese tipo de tecnologa.

CARACTERSTICA

ESPECIFICACIN

Designed Floating Life3 5 Years

Capacidad (25C)20hR(0.45 A, 10.5 V)10hR(0.819 A, 10.5 V)5hR(1.38 A, 10.5 V)1hR(5.5 A, 9.60 V)

9.0 Ah8.19 Ah6.9 Ah5.5 Ah

Dimensiones

LongitudAnchoAlturaAltura Total

1511 mm651 mm941 mm1001 mm

Peso aproximado (5%)2.62 Kg (5.78 lbs)

Resistencia InternaCarga completa a 25C aproximadamente 20m

Auto descarga3% de la capacidad total disminuye por mes a una temperatura promedio de 25C

Capacidad afectada por

temperatura (20HR)40C 25 C0C-15 C

102%100%85%65%

Voltaje de carga(25C)Cycle UseFloat Use

14.5 -14.9 v(-30 mV/C), corriente maxima 2.7 A13.6 -13.8 V (-20 mV/C)

Tabla 2. Especificaciones Batera VRLA2.4 Controlador CA10

La serie Phocos CA es una familia de controladores de carga sofisticados que se usan principalmente en aplicaciones de bajo costo. Este dispositivo hace uso de un microcontrolador que proporciona una tecnologa de alta eficiencia de carga y que incluye una serie de funciones de estado representados por la activacin de leds en la parte superior del controlador. La Tabla 3 indica las caractersticas principales del componente descrito.

CARACTERSTICA

ESPECIFICACIN

Mxima corriente de carga10 A

Mxima corriente de consumo10A

Voltaje nominal del sistema12/24 V

Autoconsumo