UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE
INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE MONITOREO DE VARIABLES AMBIENTALES
QUE INCIDEN EN EL CRECIMIENTO DEL CULTIVO DE BANANO EN LA
HACIENDA MARÍA AUXILIADORA DEL CANTÓN EL TRIUNFO”.
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
AUTORES:
CHRISTIAN ANDRÉS ORTIZ PROAÑO
KEVIN STEVEN TORRES LUCAS
TUTOR:
ING. JORGE MAGALLANES BORBOR, M.Sc.
GUAYAQUIL – ECUADOR
2019
II
REPOSITORIO NACIONAL DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍAS
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
TITULO “Diseño de un sistema de monitoreo de variables ambientales que inciden en el
crecimiento del cultivo de banano en la hacienda María Auxiliadora del cantón El Triunfo”.
AUTORES:
CHRISTIAN ANDRÉS ORTIZ PROAÑO
KEVIN STEVEN TORRES LUCAS
Tutor: Ing. Jorge Magallanes Borbor, M.Sc. Revisor:
Ing. María José Argüello, M.Sc.
INSTITUCION: UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD: FACULTAD DE
CIENCIAS MATEMÁTICAS Y
FÍSICAS.
CARRERA: INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES.
FECHA DE PUBLICACION: N. DE PAGS: 191
AREA TEMATICA: Redes
PALABRAS CLAVES: Banano, Arduino UNO, ZigBee, Aplicativo web, Tecnología inalámbrica.
RESUMEN: El objetivo principal en el cual está enfocado el Presente Proyecto de Titulación es
el desarrollo de un sistema prototipo y aplicativo web que permita controlar variables
ambientales incidentes en el desarrollo de la planta en cultivos de banano de la hda. María
Auxiliadora con el único propósito de ofrecer la mejor calidad del producto. Este sistema de
monitorización de variables ambientales es controlado a través de una aplicación web alojada
en un servidor, en este sistema se utilizarán nodos sensores con una distribución de cluster’s
que se intercomunicarán por wifi y módulos xBee serie 2 y arduino UNO para enlaces a larga
distancias y establecer una comunicación inalámbrica entre el servidor web, mostrando la
información sobre los cambios ambientales, para la toma de decisiones.
N ̊ DE REGISTRO: N ̊ DE CLASIFICACION
DIRECCION DE URL:
ADJUNTO PDF:
SI
NO
CONTACTO CON AUTORES:
CHRISTIAN ANDRÉS ORTIZ PROAÑO
KEVIN STEVEN TORRES LUCAS
E-mail:
Teléfono:
0991123336
0992075241
CONTACTO DE LA INSTITUCION
Universidad de Guayaquil
Nombre: CINT
Teléfono: 2318067
x
III
CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de titulación, “Diseño de un sistema de monitoreo
de variables ambientales que inciden en el crecimiento del cultivo de banano en
la hacienda María Auxiliadora del cantón El Triunfo”, elaborado por los Sres.
Christian Andrés Ortiz Proaño y Kevin Steven Torres Lucas, alumnos no titulado
de la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones, Facultad de
Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil, previo a la obtención
del Título de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones, me permito declarar que
luego de haber orientado, estudiado y revisado, la Apruebo en todas sus partes.
Atentamente
_____________________________________
Ing. Jorge Magallanes Borbor, M.Sc.
TUTOR
IV
DEDICATORIA
Dedico este trabajo principalmente a
Dios por haberme permitido llegar
hasta este momento. A mi padre,
madre y hermanos por su
incondicional apoyo. Y a mis amigos
que también son como mis hermanos
por estar juntos en este difícil
camino.
Christian Andrés Ortiz Proaño
V
DEDICATORIA
Dedico este proyecto de titulación a
mi familia que estuvo durante toda mi
etapa de estudio con su apoyo
incondicional y a mi novia Adriana Jo
Yen Kiam por su motivación de
seguir adelante siempre en esta
etapa de mi vida.
Kevin Steven Torres Lucas
VI
AGRADECIMIENTO
En especial agradezco a Dios, por
haberme dado la fuerza y la
sabiduría para terminar este
proyecto. A mi familia y amigos por
haber estado en momentos difíciles,
a los maestros por brindarme sus
conocimientos tan importantes en
esta mi etapa educativa y poder así
concluir el presente proyecto.
Christian Andrés Ortiz Proaño
VII
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios en primer lugar por
lograr esta meta en mi vida.
A mi familia por brindarme todo su
apoyo, a mi novia Adriana Jo Yen
Kiam que gracias a su ayuda
motivación y su amor para poder salir
adelante.
Al tutor Ing. Jorge Magallanes por su
conocimiento y guía que nos ayudó a
cumplir esta meta tan anhelada.
A mi amigo y compañero de titulación
Christian Ortiz por el apoyo durante
todos estos ciclos académicos y a
mis amigos que fueron parte de esto.
Kevin Steven Torres Lucas
VIII
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN
_______________________________
Ing. Gustavo Ramírez Aguirre, M.Sc.
DECANO DE LA FACULTAD
CIENCIAS MATEMATICAS Y
FISICAS
_______________________________
Ing. Francisco Palacios Ortiz, M.Sc.
DIRECTOR DE LA CARRERA DE
INGENIERÍA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
_______________________________ Ing. María José Argüello, M.Sc.
PROFESOR REVISOR DEL
PROYECTO TRIBUNAL
________________________________
Ing. Juan Manuel Chaw Tutiven, M.Sc.
PROFESOR DEL ÁREA TRIBUNAL
_________________________________ Ing. Jorge Antonio Magallanes Borbor, M.Sc.
PROFESOR TUTOR DEL PROYECTO
DE TITULACION
_________________________ Ab. Juan Chávez Atocha, Esp.
SECRETARIO DE LA FACULTAD
IX
DECLARACIÓN EXPRESA
“La responsabilidad del contenido de este
Proyecto de Titulación, me corresponden
exclusivamente; y el patrimonio
intelectual de la misma a la
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL”
__________________________________
CHRISTIAN ANDRES ORTIZ PROAÑO
_________________________________
KEVIN STEVEN TORRES LUCAS
X
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE MONITOREO DE VARIABLES AMBIENTALES
QUE INCIDEN EN EL CRECIMIENTO DEL CULTIVO DE BANANO EN LA
HACIENDA MARÍA AUXILIADORA DEL CANTÓN EL TRIUNFO”.
PROYECTO DE TITULACIÓN QUE SE PRESENTA COMO REQUISITO PARA
OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
Autores: Christian Andrés Ortiz Proaño
C.I. 0921683108
Kevin Steven Torres Lucas
C.I. 0927508614
Tutor: Ing. Jorge Magallanes Borbor, M.Sc.
Guayaquil, enero de 2019
XI
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del proyecto de titulación, nombrado por el Consejo Directivo
de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
CERTIFICO:
Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por los estudiantes
CHRISTIAN ANDRES ORTIZ PROAÑO Y KEVIN STEVEN TORRES LUCAS, como
requisito previo para optar por el título de Ingeniero en Networking y
Telecomunicaciones cuyo problema es:
“Diseño de un sistema de monitoreo de variables ambientales que inciden en el
crecimiento del cultivo de banano en la hacienda María Auxiliadora del cantón
El Triunfo”.
Considero aprobado el trabajo en su totalidad.
Presentado por:
CHRISTIAN ANDRES ORTIZ PROAÑO Cedula de Ciudadanía N ̊
0921683108
KEVIN STEVEN TORRES LUCAS Cedula de Ciudadanía N ̊
0927508614
Tutor: Ing. Jorge Magallanes Borbor, M.Sc.
Guayaquil, enero de 2019
XII
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN DE PROYECTO DE TITULACIÓN EN
FORMATO DIGITAL
1. Identificación del Proyecto de Titulación
Nombre Alumno: Christian Andrés Ortiz Proaño
Dirección: Guayas – Daule. Urb. Villa Club Etapa: Estelar Mz: 14 V: 12
Teléfono: 0992075241 E-mail: [email protected]
Nombre Alumno: Kevin Steven Torres Lucas
Dirección: Sauces 9 Mz: 564 V: 1
Teléfono: 0991123336 E-mail: [email protected]
Facultad: Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas
Carrera: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones
Proyecto de titulación al que opta: Desarrollo
Profesor tutor: Ing. Jorge Magallanes Borbor, M.Sc.
Título del Proyecto de titulación: “Diseño de un sistema de monitoreo de
variables ambientales que inciden en el crecimiento del cultivo de banano en la
hacienda María Auxiliadora del cantón El Triunfo”.
XIII
Tema del Proyecto de Titulación: Sistema para la monitorización de variables
ambientales.
2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de
Titulación
A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la
Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de este
Proyecto de titulación.
Publicación electrónica:
Inmediata X Después de 1 año
Firma de alumnos:
______________________________
Christian Andrés Ortiz Proaño
C.I. 0921683108
______________________________
Kevin Steven Torres Lucas
C.I. 0927508614
3. Forma de envío
El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como archivo
.Doc. O .RTF y. Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg
o .TIFF.
DVDROM CDROM
X
XIII
ÍNDICE GENERAL
CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR..........................................................................III
DEDICATORIA .................................................................................................................... IV
DEDICATORIA ..................................................................................................................... V
AGRADECIMIENTO ........................................................................................................... VI
AGRADECIMIENTO .......................................................................................................... VII
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN ................................................................... VIII
DECLARACIÓN EXPRESA ................................................................................................IX
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR .............................................................XI
AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN DE PROYECTO DE TITULACIÓN EN
FORMATO DIGITAL ...........................................................................................................XII
ABREVIATURAS ............................................................................................................. XVIII
SIMBOLOGÍA .................................................................................................................... XIX
ÍNDICE DE CUADROS ..................................................................................................... XX
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ....................................................................................... XXII
RESUMEN ....................................................................................................................... XXIV
ABSTRACT ....................................................................................................................... XXV
INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................1
CAPÍTULO I ...........................................................................................................................3
EL PROBLEMA ....................................................................................................................3
Planteamiento del problema ..................................................................................... 3
Ubicación del problema en un contexto .................................................................... 3
Área de estudio ......................................................................................................... 5
Ubicación geográfica ................................................................................................. 6
Situación. Conflicto. Nudos críticos .......................................................................... 8
Causas y consecuencias del problema .................................................................... 8
Delimitación del problema ......................................................................................... 9
XIV
Formulación del problema ....................................................................................... 10
Evaluación del problema ......................................................................................... 10
Objetivos de la investigación ................................................................................... 11
Objetivo general ...................................................................................................... 11
Objetivos específicos .............................................................................................. 11
Alcances del problema ............................................................................................ 12
Justificación e importancia ...................................................................................... 13
Metodología del proyecto ........................................................................................ 14
Metodología de desarrollo ....................................................................................... 14
Supuestos y restricciones ....................................................................................... 14
Plan de calidad ........................................................................................................ 15
CAPÍTULO II ........................................................................................................................16
Marco teórico .....................................................................................................................16
Antecedentes del estudio ........................................................................................ 16
Fundamentación teórica .......................................................................................... 17
Comercialización de banano ................................................................................... 17
En el Ecuador .......................................................................................................... 18
Sector bananero ecuatoriano .................................................................................. 19
Importancia económica del sector bananero .......................................................... 21
Requerimientos ambientales y gestión del suelo ................................................... 22
Factores climáticos .................................................................................................. 22
Requerimientos del suelo ........................................................................................ 23
Hacienda María Auxiliadora .................................................................................... 24
Global G.A.P. ........................................................................................................... 25
Rainforrest ............................................................................................................... 26
XV
Tipo de banano cultivado en la Hacienda María Auxiliadora ................................. 27
Banano Cavendish .................................................................................................. 27
Agricultura de precisión ........................................................................................... 29
Etapas de la agricultura de precisión ...................................................................... 30
Monitoreo de las variables ambientales ................................................................. 30
Dataloggers ............................................................................................................. 31
Wireless sensor network (WSN) ............................................................................. 32
Estándar IEEE 802.15.4 (ZIGBEE) ......................................................................... 33
Estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi) ................................................................................. 34
MySQL ..................................................................................................................... 35
Xampp ..................................................................................................................... 36
Node.JS ................................................................................................................... 37
Servidor web ............................................................................................................ 38
ReactJS ................................................................................................................... 39
JavaScript ................................................................................................................ 40
Bootstrap ................................................................................................................. 41
HTML ....................................................................................................................... 41
CSS.......................................................................................................................... 42
Python ...................................................................................................................... 42
Laravel ..................................................................................................................... 44
PHP.......................................................................................................................... 45
Aspectos técnicos.................................................................................................... 46
Arduino .................................................................................................................... 46
Software IDE de arduino ......................................................................................... 47
Arduino uno R3 (micro ATmega328) ...................................................................... 48
XVI
Módulo XBee S2C ................................................................................................... 50
Shield Xbee Arduino ................................................................................................ 52
NodeMCU micro esp286 ......................................................................................... 53
Sensores .................................................................................................................. 54
Sensor de temperatura y humedad relativa (DHT11) ............................................ 54
Esquema eléctrico ................................................................................................... 55
Sensor de humedad de suelo (fc-28)...................................................................... 56
Esquema eléctrico ................................................................................................... 57
Fundamentación legal ............................................................................................. 59
Pregunta científica a contestarse ............................................................................ 60
Definiciones conceptuales ...................................................................................... 61
CAPÍTULO III .......................................................................................................................63
Propuesta tecnológica .....................................................................................................63
Análisis de factibilidad ............................................................................................. 63
Factibilidad operacional........................................................................................... 64
Factibilidad técnica .................................................................................................. 64
Factibilidad legal ...................................................................................................... 65
Factibilidad económica ............................................................................................ 66
Etapas de la metodología del proyecto .................................................................. 68
Inicio del proyecto.................................................................................................... 68
Planificación ............................................................................................................ 69
Ejecución ................................................................................................................. 70
Monitoreo y Control ................................................................................................. 76
Cierre ....................................................................................................................... 76
Entregables del proyecto......................................................................................... 76
XVII
Criterios de validación de la propuesta ................................................................... 76
Identificar casos de pruebas ................................................................................... 77
Ambiente de pruebas .............................................................................................. 78
Plantilla de pruebas ................................................................................................. 78
Resultado de pruebas ............................................................................................. 82
Procesamiento y análisis......................................................................................... 83
CAPÍTULO IV ......................................................................................................................90
Criterios de aceptación del producto o servicio .......................................................90
Conclusiones ........................................................................................................... 91
Recomendaciones ................................................................................................... 91
Referencias bibliográficas ....................................................................................... 93
ANEXOS ............................................................................................................................100
XVIII
ABREVIATURAS
AEBE
Asociación de exportadores de banano
del Ecuador
PMI Project Management Institute
Ing. Ingeniero
M.Sc. Máster
HTTP Hypertext Transfer Protocol
DOM Modelos de objetos del documento
PHP Hypertext Preprocessor
WSN Wireless Sensor Networks
RF Radiofrecuencia
EPS Economía Popular y Solidaria
HTML Hypertext Mark-Up Language
XIX
SIMBOLOGÍA
msnm Metros sobre el nivel del mar
Cm Centímetro
Ha. hectárea
M metros
V Voltios
ºC Grados Centígrados
N Tamaño de la muestra
Ma Miliamperio
XX
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro 1. Características Climáticas De La Hacienda ............................................... 7
Cuadro 2. Causas Y Consecuencias Del Problema .................................................... 8
Cuadro 3. Delimitación Del Problema .......................................................................... 9
Cuadro 4. Ranking De Exportación De Banano Por Países ...................................... 17
Cuadro 5. Producción Del Banano En El País ........................................................... 18
Cuadro 6. Características Del Banano Tipo Cavendish ............................................ 27
Cuadro 7. Proceso De Producción Del Banano ......................................................... 28
Cuadro 8. Variación Espacio-Temporal En Cultivos .................................................. 29
Cuadro 9. Comparación Estándares Inalámbricos .................................................... 33
Cuadro 10. Comparación De Tecnologías Inalámbricas IEEE 802.11 ...................... 34
Cuadro 11. Especificaciones Técnicas De Arduino R3 (Atmega328) ....................... 49
Cuadro 12. Especificaciones Técnicas De Modulo XBee Serie 2 ............................. 51
Cuadro 13. Principales Características De Hardware De Módulo MCU Esp8266 .... 54
Cuadro 14. Cuadro De Recursos De Hardware ......................................................... 64
Cuadro 15. Cuadro De Recursos De Software .......................................................... 65
Cuadro 16. Costo De Herramientas ........................................................................... 66
Cuadro 17. Costo Total Del Proyecto ......................................................................... 67
Cuadro 18. Requerimiento Diario de potencia de los
Nodos………………………………………………………………………………………..73
Cuadro 19. Requerimiento Diario de potencia de los Nodos y capacidad de
batería……………………………………………………………………………………….74
Cuadro 20. Etapas Del Plan De Pruebas ................................................................... 77
Cuadro 21. Casos De Pruebas ................................................................................... 77
Cuadro 22. Matriz De Plantilla De Prueba ................................................................. 79
Cuadro 23. Resultados de Matriz De Plantilla De Prueba ......................................... 80
Cuadro 24. Resultado Pregunta 1 .............................................................................. 83
Cuadro 25. Resultado Pregunta 2 .............................................................................. 84
Cuadro 26. Resultado Pregunta 3 .............................................................................. 85
Cuadro 27. Resultado Pregunta 4 .............................................................................. 86
XXI
Cuadro 28. Resultado Pregunta 5 .............................................................................. 87
Cuadro 29. Resultado Pregunta 6 .............................................................................. 88
Cuadro 30. Criterios De Aceptación Del Producto O Servicio ................................... 90
XXII
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1. Área De La Hacienda María Auxiliadora ...................................................5
Ilustración 2. Ubicación Geográfica De La Hacienda María Auxiliadora ......................6
Ilustración 3. Bloque Que Conforma La Región Litoral O Costa Del Ecuador ..........20
Ilustración 4. Sector Bananero 35% del PIB Agrícola ...................................................21
Ilustración 5. Logotipo De La Hacienda María Auxiliadora ...........................................24
Ilustración 6. Logo Global G.A.P. .....................................................................................25
Ilustración 7. Logo Rainforrest..........................................................................................26
Ilustración 8. Componentes De Una Red De Sensores Inalámbricos ........................32
Ilustración 9. Logo De MySql ............................................................................................35
Ilustración 10. Logo De Xampp ........................................................................................36
Ilustración 11. Logo De Node.js .......................................................................................37
Ilustración 12. Logo De ReactJS ......................................................................................39
Ilustración 13. Logo De Bootstrap ....................................................................................41
Ilustración 14. Entorno De Programación IDE ...............................................................43
Ilustración 15. Logo De Laravel........................................................................................44
Ilustración 16. Logo De PHP ............................................................................................45
Ilustración 17. Entorno De Programación Arduino (IDE) ..............................................47
Ilustración 18. Arduino R3 Con Microcontrolador Atmega328 .....................................48
Ilustración 19. Módulo XBee Serie 2 ...............................................................................50
Ilustración 20. Shield XBee Arduino ................................................................................52
Ilustración 21. Módulo Node MCU Esp8266 ..................................................................53
Ilustración 22. Sensor de temperatura y humedad relativa DHT11 ............................55
Ilustración 23. Esquema Eléctrico De Sensor De Temperatura DHT11 .....................56
Ilustración 24. Sensor De Humedad Del Suelo (FC-28) ...............................................57
Ilustración 25. Esquema Eléctrico De Sensor De Humedad Del Suelo (Fc-28) ........58
XXIII
Ilustración 26. Etapa De La Metodología De Buenas Prácticas Del PMBOOK .........68
Ilustración 27. Diseño Del Sistema De Monitoreo De Variables Ambientales ...........70
Ilustración 28. Diseño De Red Del Sistema De Monitoreo De Variables
Ambientales……………………………………………………………………………………………………………………..71
Ilustración 29. Conexión de sensores DHT11 y Fc-28 a NODEMCU ESP8266 .....722
Ilustración 30. Conexión de módulo wifi y Xbee con la placa de arduino Atmega ..753
Ilustración 31. Error En Actualización Del Mensaje De Fuera de Rango .................821
Ilustración 32. Resultado Pregunta 1 ............................................................................832
Ilustración 33. Resultado Pregunta 2 ............................................................................843
Ilustración 34. Resultado Pregunta 3 ............................................................................854
Ilustración 35. Resultado Pregunta 4 ............................................................................865
Ilustración 36. Resultado Pregunta 5 ............................................................................876
Ilustración 37. Resultado Pregunta 6 ............................................................................887
XXIV
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
“DISEÑO DE UN SISTEMA DE MONITOREO DE VARIABLES AMBIENTALES
QUE INCIDEN EN EL CRECIMIENTO DEL CULTIVO DE BANANO EN LA
HACIENDA MARÍA AUXILIADORA DEL CANTÓN EL TRIUNFO”.
Autores: Christian Andrés Ortiz Proaño.
Kevin Steven Torres Lucas.
Tutor: Ing. Jorge Magallanes Borbor, M.Sc
RESUMEN
El presente proyecto de titulación tiene como objetivo el desarrollo de un sistema que ayude al monitoreo de variables ambientales que inciden en el crecimiento del cultivo de banano de la hacienda María Auxiliadora, siendo esto beneficioso para la actividad de cultivo y mantenimiento del banano. En una plantación de banano, el monitoreo tiene como objetivo mantener un equilibrio de las diferentes variables ambientales tales como temperatura, humedad de suelo, humedad relativa y así como las propiedades microbiológicas del suelo, ya que estas inciden directamente en su desarrollo. Este sistema se basa en una aplicación web de monitoreo, la cual consume un servicio web que está alojado en un pc. Para establecer una conexión inalámbrica entre el cluster’s de nodos sensores y el nodo central (arduino UNO R3) se utilizan módulos wifis de arduino (nodos sensores). Para establecer conexión inalámbrica a larga distancia se utilizan módulos XBee de Arduino entre el nodo central y el nodo receptor conectado al pc, mostrando al usuario final los datos en tiempo real y de forma constante, para la toma de decisiones.
Palabras Claves: banano, arduino, servicio web, tecnologías inalámbricas, variables ambientales.
XXV
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
“DESIGN OF A MONITORING SYSTEM OF ENVIRONMENTAL VARIABLES THAT
AFFECT THE GROWTH OF BANANA CULTIVATION AT MARÍA AUXILIADORA
PLANTATION ON CANTON EL TRIUNFO”.
Authors: Christian Andrés Ortiz Proaño.
Kevin Steven Torres Lucas.
Tutor: Ing. Jorge Magallanes Borbor, M.Sc
ABSTRACT
This project aims at the development a system that helps monitor environmental
variables that affect the growth of the banana plantation of the María Auxiliadora farm,
which is beneficial for the banana cultivation and maintenance activity. In a banana
plantation, monitoring aims to maintain a balance between different environmental
variables such as temperature, soil moisture, relative humidity and soil microbiological
properties, since these directly affect its development. This system is based on a web
application which consumes a web service that is hosted on a PC. We use arduino
Wi-Fi modules (sensor nodes) to establish a wireless connection between the cluster
of sensor nodes and the central node (arduino UNO R3). To establish long-distance
wireless connection, Arduino XBee modules are used between the central node and
the receiver node connected to the PC, showing data in real time and constantly to
the end user, for decision making.
Key words: banana, arduino, web service, wireless technology, Environmental
variables.
1
INTRODUCCIÓN
En la actualidad el sector agrícola, específicamente el cultivo de banano es
uno de los productos con mayores ingresos que tiene el Ecuador, la presente
investigación nos aporta en resolver la problemática que enfrenta el sector agrícola,
siendo la temperatura, la humedad relativa y humedad del suelo una de las variables
ambientales importantes en el cultivo de banano, ya que en donde se cultiva el
banano requiere de un monitoreo adecuado para su correcto crecimiento.
El cultivo de banano se ha convertido en el más producido en el Ecuador,
generando ingresos quienes se dedican a esta actividad y fomentando empleo.
El clima tropical húmedo es el ideal para el cultivo de banano, la temperatura
apropiada es desde los 18.5°C a 35.5°C a temperaturas bajas se demora su
crecimiento y a temperaturas de 40°C se produce estrés, así mismo con la
luminosidad que requiere de 1.000 a 1.500 horas luz al año.
Como propuesta de solución planteamos el “Diseño de un sistema de
monitoreo de variables ambientales que inciden en el crecimiento del cultivo de
banano en la hacienda María Auxiliadora en el cantón El Triunfo” para controlar y
obtener la temperatura de forma remota y constante.
CAPÍTULO I: Consiste en el planteamiento del problema, explica la
ubicación del problema, los nudos críticos, las causas y consecuencias que originan
el problema. Definiremos el área de interés, y poder proporcionar una solución poco
compleja de entender. Se presentan los alcances del proyecto, el objetivo general y
los objetivos específicos que permiten hallar la justificación e importancia, con la
metodología PMI.
2
CAPÍTULO II: Se desarrolla el marco teórico, se encuentran los
antecedentes del estudio, que aporta de información al proyecto consultando en
fuentes bibliográficas, artículos, entre otros. También ésta la fundamentación teórica,
la fundamentación legal nos permite saber las posturas jurídicas del estudio. Se
realizan preguntas científicas a contestarse y conceptos de las palabras claves
utilizadas en nuestro Proyecto.
CAPÍTULO III: Encontramos que en la propuesta tecnológica se detalla la
factibilidad operacional, técnica, legal y económica en el desarrollo de nuestro
proyecto. Se desarrollan las etapas de la metodología PMI, se exponen los
entregables del proyecto y definimos criterios para la validación de dicha propuesta,
como encuestas.
CAPÍTULO IV: En este capítulo encontramos los criterios de aceptación de
nuestra propuesta, se determina si es viable o no, con sus requerimientos que se han
implicado en el alcance, para con ello evaluar la aceptabilidad propuesta.
Al finalizar se precisan las conclusiones y recomendaciones respecto al
proyecto de titulación.
3
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
Planteamiento del problema
Ubicación del problema en un contexto
En la Hacienda “María auxiliadora” del cantón El Triunfo, se requiere mejorar
el control de variables ambientales que inciden en el desarrollo del cultivo de sus
plantaciones de banano, para obtener información instantánea, y a su vez accionar
de manera inmediata por parte de los agricultores. Por consiguiente, monitorear
dichos factores y así, garantizar las condiciones de crecimiento y calidad de los
cultivos.
Si bien el personal de cultivo y mantenimiento tienen el conocimiento del
proceso productivo, en la hacienda María Auxiliadora del cantón El Triunfo se
evidencia quizás uno de los mayores problemas de costos de producción que es el
manejo fitosanitario, que es muy perjudicial en cualquier etapa de desarrollo de la
planta de banano como son las enfermedades, como los brotes de plagas como la
sigatoka negra debido a la situación endémica de la zona por lo que hace necesario
el monitoreo de las zonas de forma constante y periódica. Sin embargo, no se realiza
un control y monitoreo de forma regular por factores de costos.
Sin duda los factores climáticos son unas de las principales propiedades
incidentes en el desarrollo de la planta de banano, donde es importante un clima con
humedad constante y una temperatura dentro de los rangos óptimos, por esta razón
son condiciones biológicas que se deben tener en cuenta siempre. Entre los
parámetros o propiedades físicas, químicas para las condiciones idóneas en el cultivo
de banano se encuentran la temperatura, luminosidad, humedad relativa, pluviosidad,
4
nivel de acides o PH, nitrógeno, salinidad y una humedad apropiada del suelo entre
otros. En este caso nos centraremos en tres de estos parámetros ambientales
incidentes en el desarrollo de la planta, la temperatura ambiental, humedad relativa y
humedad del suelo.
Temperatura: El rango para una temperatura adecuada oscila entre los 20
grados centígrados a los 35 grados centígrados. A temperaturas por debajo de los 20
grados centígrados el cultivo retarda su crecimiento, lo cual es un problema para la
producción y a temperaturas por encima de los 40 grados centígrados no se han visto
efectos perjudiciales o negativos siempre que el suministro de agua sea el adecuado.
Humedad relativa: En este caso se debe considerar que una humedad
relativa superior al 80% provoca la aparición de plagas y enfermedades fungosas.
Humedad de suelo: Para el cultivo del banano se necesita una pluviosidad
que puede variar entre 120mm a 150mm mensual o precipitaciones de 44mm de
lluvias semanales. En la costa o litoral ecuatoriano las estaciones de invierno y verano
están bien definidas por lo que es necesario realizar riego durante las estaciones
secas.
En la agricultura convencional, en las haciendas productoras de banano, no
satisfacen las necesidades actuales, debido a ciertos factores tales como: la ausencia
de herramientas tecnológicas para un mejor rendimiento en los procesos de
producción, así como la falta de información en tiempo real sobre parámetros que
inciden en el desarrollo en el cultivo.
5
Área de estudio
El área de estudio se desarrolla en la Hacienda María Auxiliadora dedicada
al cultivo de banano para la exportación, perteneciente al Cantón El Triunfo de la
Provincia del Guayas. La Hacienda María Auxiliadora se encuentra localizada en el
Km 5 vía El Triunfo-Bucay.
Ilustración 1. Área De La Hacienda María Auxiliadora
Fuente Hacienda María Auxiliadora
Elaboración: Hacienda María Auxiliadora
6
Ubicación geográfica
El lugar de investigación está ubicado en las siguientes coordenadas
geográficas en unidades UTM: Latitud Sur: -2.343104 S; Longitud Oeste: 79.367721
W.
Ilustración 2. Ubicación Geográfica De La Hacienda María Auxiliadora
Fuente: (https://earth.google.com)
Elaboración: (https://earth.google.com)
7
Cuadro 1. Características Climáticas De La Hacienda
CARACTERIZACIÓN DEL SUELO Y FACTORES CLIMÁTICOS DEL
PREDIO
CARACTERIZACIÓN
ESPECIFICACIONES
Temperatura
Temperatura media anual 27.5̊ C
Pluviosidad
Precipitación media anual 1.461mm
Humedad relativa
81%
Altitud
44 msnm
Viento
12.4 Km/h
Área (ha)
96 Ha. de producción de banano
Topografía
Plana
Textura de suelo
Franco arenoso
Fuente: Datos de la investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
8
Situación. Conflicto. Nudos críticos
El problema se identifica inicialmente por dificultades relacionadas con la
falta de control de condiciones ambientales. Por causa de esto se provocan brotes de
enfermedades, plagas como la Sigatoka negra en la plantación de banano de la
hacienda, ocasionados por las diferentes condiciones ambientales.
En la actualidad en la hacienda María Auxiliadora cuenta solamente con un
pluviómetro y anemómetro para la recolección de información de lluvias y velocidad
del viento, pero para la recolección de información de las diversas variables
involucradas tales como la temperatura, humedad relativa y humedad de suelo, se
basa en la experiencia, observación visual e intuición de los agricultores. El control se
lo realiza de forma manual realizando caminatas para revisar las condiciones
ambientales de la hacienda y el crecimiento de la planta y su fruto.
Causas y consecuencias del problema
De la presente problemática, surgen las causas y consecuencias que se
detallan en el cuadro a continuación:
Cuadro 2. Causas Y Consecuencias Del Problema
Causas Consecuencias
Falta de información sobre el estatus
actual de resultado de variables
ambientales.
Incertidumbre por parte de los
agricultores sobre el periodo o ciclo en
que se deben poner en marcha los
procesos de cultivo y mantenimiento.
No existen herramientas automatizadas
que presenten alertas en condiciones
ambientales desfavorables.
Incremento en las pérdidas de cultivo y
plagas, así como el bajo rendimiento en
la producción del banano.
9
Proceso manual del estado de los
cultivos es poco confiable
Ataques de agentes biológicos al
personal de la plantación que realiza la
supervisión de los cultivos.
El tiempo que conlleva en la medición.
No tomar medidas preventivas a tiempo
haciendo que el negocio sea menos
rentable.
Fuente: Datos de la investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Delimitación del problema
El enfoque de este estudio va dirigido a las falencias que existen en la
hacienda “María auxiliadora” al momento de controlar las variables ambientales que
inciden en el desarrollo del cultivo de banano.
Cuadro 3. Delimitación Del Problema
Campo Agricultura
Área Mantenimiento
Aspecto Medición y control de variables ambientales en cultivos
de banano.
Tema
Diseño de un sistema de monitoreo de variables
ambientales que inciden en el crecimiento del cultivo de
banano en la hacienda María Auxiliadora del cantón El
Triunfo.
Fuente: Datos de la investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
10
Formulación del problema
¿De qué manera, controlar las variables ambientales que inciden en el
crecimiento del cultivo de banano mejorará las condiciones para el desarrollo de
plantaciones bananeras en la hacienda María Auxiliadora del cantón El Triunfo?
Evaluación del problema
Delimitado: Con este proyecto de titulación se quiere diseñar un sistema
para el monitoreo de variables ambientales que inciden en el crecimiento o desarrollo
en el cultivo de banano de la hacienda María Auxiliadora con el fin de llevar un
seguimiento de las condiciones ambientales y reducir la aparición de posibles
enfermedades que afecten al cultivo.
Evidente: Es evidente que el análisis y estudio de los parámetros importantes
incidentes en el crecimiento de la planta y la aplicación de un sistema de monitorización
de variables ambientales en cultivo, brindará información útil para ser analizada e
interpretada por los profesionales agrónomos y mejorar las condiciones para el
crecimiento de la planta.
Concreto: Analizar y mostrar en un entorno gráfico la data proveniente de
los sensores colocados en la hacienda María Auxiliadora para tomar medidas
preventivas a tiempo.
Relevante: La importancia del análisis y diseño de este sistema de
monitoreo radica en la importancia que tiene el banano en el sector agropecuario y
de los ingresos económicos por exportación que aporta al país. También debido a los
impactos del cambio climático (incremento de la temperatura, aumento del Co2) que
afecta gravemente a estos cultivos perenes expuestos al medio ambiente. El sector
agrícola en el país es de gran interés ya que ayuda a la necesidad de alimentos, a
dar empleo y prosperidad al ciudadano pobre y a la industria y economía del país.
11
Contextual: Este proyecto se enfoca en un análisis y estudio de las variables
ambientales para mejorar las condiciones para el crecimiento de las plantas de
banano de la hacienda María Auxiliadora
Factible: La aplicación de este sistema es factible ya que este utiliza
software de libre uso además de tecnología open hardware de bajo costo de tal forma
que pueda llegar a ser fácilmente implementado en la agricultura.
Objetivos de la investigación
Objetivo general
Diseñar un sistema de monitoreo de variables ambientales que inciden en el
crecimiento del cultivo de banano, en la hacienda María Auxiliadora del cantón El
Triunfo, con el fin de mejorar las condiciones para el desarrollo de la planta de banano
con la utilización de sensores inalámbricos para la obtención de datos, mediante
software de código abierto.
Objetivos específicos
Monitorear variables ambientales de forma inalámbrica y generar alertas.
Diseñar una red de sensores inalámbricos que permita obtener y transmitir la
información a la interfaz web lo que facilita la toma de decisiones.
Desarrollar una interfaz web que permita mostrar de manera local a los
agricultores la información de forma continua y en tiempo real para facilitar un
seguimiento de las variables ambientales.
12
Alcances del problema
La solución propuesta tiene como finalidad la monitorización de variables
ambientales tales como: Temperatura del ambiente, humedad relativa y humedad del
suelo a través de una red de sensores inalámbricos (WSN) y la utilización de sistemas
embebidos de tal forma que sea una solución de bajo costo para ser implementada,
que permita adquirir y transmitir la información de la monitorización de variables
ambientales de la hacienda María Auxiliadora. En base a esto, se determina el
alcance de este proyecto, a continuación:
Para el diseño del prototipo:
Programar Microcontrolador (arduino UNO R3 Atmega) utilizando la propia
IDE de arduino y la placa explorer USB para la comunicación punto a punto
entre los módulos de radio transceptor XBee.
Programar Microcontrolador (arduino UNO R3 Atmega) utilizando la propia
IDE de arduino y los módulos Wi-Fi para la lectura de datos de los sensores e
intercomunicación inalámbrica de los nodos sensores y el nodo central que
soporta el protocolo 802.11.
Programación de arduino UNO R3 para comunicación con la PC mediante
protocolo serial.
Dentro del modelo de aplicación:
Desarrollar una interfaz web que permita al usuario observar en tiempo real
los datos de la temperatura, humedad relativa y la humedad del suelo
adquiridos por los sensores.
Definir rangos de indicadores y alerta para determinar el estado de las
variables ambientales.
Elaborar pruebas unitarias e integrales de la solución propuesta.
13
Justificación e importancia
El banano sigue siendo una de las principales fuentes de ingresos de divisas
en el país, dado su importante nivel de importaciones, además de aportar al
dinamismo de la economía en su conjunto (aebe, 2017). En la industria del agro, el
cultivo de banano ocupa mayoritariamente este sector, lo cual fomenta el desarrollo
socio económico del país, generando empleo a cientos de ecuatorianos.
El diseño del sistema permite contribuir en muchas áreas ya sea educativo,
económico, social, entre otras para el desarrollo de una industria avanzada y
económica que permitan un avanzado despliegue de nuevas capacidades e
infraestructuras digitales en el sector agrícola.
La importancia de monitorear la temperatura máxima y mínimas biológicas
de la especie cultivada, y un estado de humedad óptimo para mantener un balance
adecuado de agua en la planta es necesaria para poder realizar un suministro óptimo
de nutrientes a las plantas para que la planta alcance una determinada fase
vegetativa, como floración, fructificación, etc. De manera más eficiente contribuyendo
así el incremento de producción.
El clima tropical húmedo es el ideal para el cultivo de banano, la temperatura
apropiada es desde los 20°C a 35°C a temperaturas bajas se demora su crecimiento
y a temperaturas de 40°C se produce estrés, así mismo con la luminosidad que
requiere de 1.000 a 1.500 horas luz al año por eso la importancia de tener un sistema
de monitoreo de variables ambientales es que los agricultores de este sector puedan
ver en su despacho desde la PC, los datos que reflejan los sensores de temperatura
del clima, humedad relativa, humedad del suelo, siendo de gran apoyo y confiable el
sistema disminuyendo los recursos humanos y los procedimientos habitual que
utilizan para el beneficio de la hacienda María Auxiliadora.
14
Hacer uso de este sistema de monitoreo, beneficia al agricultor y a la
producción y mantenimiento del banano. Así un control preventivo y correctivo del
cultivo mediante el monitoreo en tiempo real, permitirá una toma oportuna de sus
decisiones.
Metodología del proyecto
Metodología de desarrollo
En las gestiones de proyectos, para el desarrollo se consideran diversas
metodologías que permiten estructurar de una mejor manera desde el inicio hasta el
fin del proyecto, que contribuye al progreso y al uso eficiente de los recursos.
La metodología a emplearse está conformada por las buenas prácticas del
PMBOK (Project Management Institute (PMI), que nos permite conocer los
mecanismos de gestión del proyecto que comprende 5 fases, que son:
Iniciación
Planificación
Ejecución
Control y monitoreo
Cierre
Supuestos y restricciones
Los supuestos para el proyecto son los siguientes:
El tiempo estimado de duración para la terminación del diseño del
sistema de monitoreo es de 2 meses.
El desarrollo del sistema está a cargo por personas capacitadas
para su correcto desarrollo y funcionamiento.
Los dispositivos electrónicos usados se escogieron por su precio
15
económico y por ser de sencilla configuración.
Diseño de una interfaz web amigable para el usuario y con un manejo poco
complejo para un mejor desempeño.
Al finalizar el sistema se cuenta con el manual de usuario.
Las restricciones del proyecto son las siguientes:
Cumplir con todo el cronograma entregado
Toda la documentación de este proyecto tiene que estar lista para
el 25 de febrero del 2019.
Plan de calidad
Nuestra propuesta del sistema de monitoreo de la temperatura y humedad
del clima, así como la humedad del suelo y luminosidad en los cultivos de banano
donde los sensores se adaptarán al dispositivo arduino WiFi, y a una interfaz web.
Esta propuesta del sistema de monitoreo nos aportará una solución viable a la
hacienda María Auxiliadora del cantón El Triunfo, así como al resto de la industria
agrícola que se dedica a esta actividad. Gracias a ello, los encargados del cultivo
podrán ver de forma remota el monitoreo en la computadora en tiempo real de los
cambios que se dan en las variables ambientales, para la toma de una mejor decisión.
16
CAPÍTULO II
Marco teórico
Antecedentes del estudio
La ABC nos indica que “La nueva agricultura es mucho más que elaborar un
producto, las nuevas tecnologías permiten cultivar cada terreno en función de sus
necesidades de fertilizantes, agua y fitosanitarios según la orografía, el tipo de suelo
y utilizando técnicas agronómicamente sostenibles” (ABC, 2013).
En el artículo: “La tecnología hace que la producción agrícola sea una
actividad primaria de avanzada” (González, 2015), indica que la tecnología en la
producción agrícola es indispensable y beneficiosa desde la siembra hasta el
empaque del producto gracias a las herramientas de monitoreo, de control y de
medición haciendo una optimización correcta en el sector agrícola, ahorrando
recursos y una mejor toma de decisión. El artículo nos proporciona comprobar que la
tecnología en el sector agrícola es vista de buena manera y viable de como el
agricultor con un sistema de monitoreo de variables ambientales, obtiene sus datos
en tiempo real.
En la XV edición del foro internacional del banano, consumado en Guayaquil,
se trató el tema “Producción Bananera de Ecuador será fortalecida” (Lazo, 2018).
Expuso el ministro Xavier Lazo que el banano es un producto principal de exportación
e importante generador de empleo y divisas, de lo cual es bueno impulsarlo tanto en
lo tecnológico, y fortalecer el vínculo interinstitucional en el Ecuador para un abrir una
entrada a la tecnificación y acreditación de los recursos humanos en el futuro.
En otro artículo, “El uso de redes de sensores inalámbricos en agricultura de
precisión” (Allen, 2013), se expone que la recopilación de datos, materiales y
monitoreo a los cultivos permite un mayor rendimiento y bajo costos y menos impacto
17
al medio ambiente, ya que cada área recibe su espacio particular en el momento
apropiado. Los sensores inalámbricos, puede recopilar datos de una sola planta para
el monitoreo o de un área específica de las decenas de hectáreas que se tengan. Los
sensores permiten monitorear y apuntar a cada cultivo, esto lo hace práctico y
económico la implementación, independientemente del área de cultivo que se realice
y es altamente escalable.
Fundamentación teórica
Comercialización de banano
“Durante 2017, Ecuador exportó bananos de US $ 3 mil millones a 71 países
de todo el mundo. Ese monto en dólares refleja un aumento del 30,6% desde 2013 y
un aumento del 11,1% de 2016 a 2017” (Daniel Workman, 2018b).
En el cuadro 4 se muestra un detalle de los países que registraron las
exportaciones más altas de banano durante el 2017:
Cuadro 4. Ranking De Exportación De Banano Por Países
Ecuador: US $ 3 mil millones (24.6% del total de las exportaciones de banano)
Bélgica: $ 1.1 mil millones (8.5%)
Costa Rica: $ 1 mil millones (8.4%)
Colombia: $ 918.1 millones (7.4%).
Guatemala: $ 882.3 millones (7.1%).
Filipinas: $ 687.4 millones (5.6%)
Países Bajos: $ 579.9 millones (4.7%)
Estados Unidos: $ 445 millones (3.6%)
República Dominicana: $ 393.3 millones (3.2%)
Costa de Marfil: $ 350.1 millones (2.8%)
Fuente: (Daniel Workman, 2018a)
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
18
Como ya se ha mencionado, la economía de Ecuador depende en gran
medida de la producción y exportación de bananas.
Las exportaciones de banano por país totalizaron US $ 12.4 mil millones en
2017, un aumento promedio de 22.3% para todos los expedidores de bananos
durante el período de cinco años que comenzó en 2013, cuando los envíos de
bananos se valoraron en $ 10.1 mil millones. Año tras año, el valor de las
exportaciones mundiales de banano se apreció un 14.8% de 2016 a 2017 (Daniel
Workman, 2018a).
En el Ecuador
El banano es el principal rubro de exportación no petrolera del país. En el
2015, Ecuador exportó alrededor de 120 millones de cajas de la fruta. El gremio
bananero estima que el cultivo da empleo directo a unas 2 000 personas (Lideres,
2016).
Según el registro del Ministerio de Agricultura y Ganadería, y el ministerio de
comercio exterior (Ministerio, 2017), el Ecuador tiene alrededor de 162.236 hectáreas
sembradas de Banano y cuenta con 4.473 productores de la fruta distribuidos de la
siguiente manera:
Cuadro 5. Producción Del Banano En El País
Distribución por
tamaño de hectáreas
Hectáreas
sembradas
Número de
Productores
0-30 (pequeños) 35.685 3.480
>30 ≤100 (medianos) 57.486 800
100 o más (grandes) 69.063 193
TOTAL 162.236 4.473
Fuente: (Ministerio, 2017)
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
19
Como se observa, el 78% de los productores de banano del país son de
pequeñas empresas, y si se suma a los medianos (>30 ≤100 hectáreas) se alcanza
el 95.6%. En este sentido, la producción del banano en el país gira principalmente en
el ámbito de la economía familiar y la Economía Popular y Solidaria (EPS), lo que le
convierte en un sector que coadyuva a la generación de empleo y la reducción de la
pobreza rural. Los productores de banano se concentran principalmente en las
provincias de El Oro, Guayas y Los Ríos, las mismas que abarcan el 41%, 34% y 16%
de los productores, respectivamente (Ministerio, 2017).
Sector bananero ecuatoriano
Los productores de banano se concentran principalmente en las provincias
de El Oro, Guayas y Los Ríos, las mismas que abarcan el 41%, 34% y 16% de los
productores, respectivamente. En la provincia de El Oro se sitúan la mayor parte de
los pequeños productores de banano del país (aproximadamente 42%), mientras que
los grandes productores principalmente en las provincias de Guayas y Los Ríos
(Ministerio, 2017).
En nuestro país el cultivo del banano se halla distribuido en todo el Litoral
Ecuatoriano, en la actualidad las zonas de cultivos de banano se encuentran
distribuidas en distintas áreas bananeras (MAGAP, 2014).
Zona Norte: Se encuentra localizada en la provincia de Esmeraldas y Santo
Domingo de los Tsáchilas y las cuales abarca las zonas bananeras de Quinindé,
Esmeraldas y Santo Domingo.
Zona Central: Situada en las áreas bananeras de Quevedo, Buena Fe,
Valencia, Mocache, Provincia de los Ríos; También en la provincia de Cotopaxi en La
Mana, en la provincia de Manabí en El Carmen, en la provincia del Guayas en Velasco
Ibarra.
20
Zona Subcentral: Se entienden que estan situadas en las áreas localizadas
en la Provincia del Guayas en el Cantón Balzar y en Babahoyo en Pueblo viejo, La
Union, Vinces, Urdaneta y Ventanas en la Provincia de los RIos.
Zona Oriental-Milagro: Se encuentra localizada en la Provincia del Guayas
desde Yaguachi hasta Naranjito Milagro.
Zona Oriental-El Triunfo: Se encuentra localizada provincia del Cañar, en
la provincia del Guayas en el Cantón El Triunfo, y en la provincia del Azuay en Santa
Ana.
Zona Sur-Machala: Abarca las localidades de Tenguel, Naranjal y Balao
situada en la Provincia del Guayas, además comprende los cantones Santa Rosa, El
Guabo, Arenillas, Machala, Arenillas en la Provincia de el Oro.
Ilustración 3. Bloque Que Conforma La Región Litoral O Costa Del Ecuador
Fuente: Google.com
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
21
Importancia económica del sector bananero
En el año 2017, las inversiones en el área de producción e industria
relacionada (bienes y servicios necesarios para la producción de banano), así como
los procesos actuales de exportación de esta fruta generan trabajo para más de un
millón de familias ecuatorianas. Esto benefició a más de 2,5 millones de personas
(aproximadamente el 6% de la población total de Ecuador) en nueve provincias que
dependen en gran medida de la industria bananera. Este sector representa un eje
central para la actividad económica, generando mayores ingresos y proporcionando
más oportunidades de empleo en comparación con otros sectores productivos no
petroleros del país (Ministerio de comercio exterior, 2017).
En el Ecuador el sector bananero es de suma importancia ya que sus
exportaciones de banano significan aproximadamente el 35% del Producto interno
bruto agrícola y el 2% de Producto interno bruto general.
Ilustración 4. Sector Bananero 35% del PIB Agrícola
Fuente: (Ministerio, 2017)
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
22
Requerimientos ambientales y gestión del suelo
Las condiciones ambientales óptimas bajo las cuales puede manejarse el
cultivo de banano, son primordiales para el establecimiento de una plantación, por
ello es importante considerar los siguientes factores climáticos y requerimientos del
suelo (MAGAP, 2014):
Factores climáticos
Temperatura: Una temperatura apropiada se encuentra desde los 20°C a
35,5°C. A una temperatura por debajo de los 20°C hay retardo en el
crecimiento de la planta lo cual provoca una disminución en la producción,
mientras que con temperaturas de 40°C o superiores no se ha visto efectos
perjudiciales o dañinos cuando la provisión de agua es adecuada.
Precipitación: El cultivo de banano necesita lluvias prolongadas la cantidad
de lluvia o precipitaciones (pluviosidad) necesaria debe estar entre un rango
de 120 a 180mm de lluvia mensual promedio o lluvias semanales con una
media de 28mm a 42mm.
Luminosidad: El cultivo de banano necesita una alta luminosidad, con un
rango óptimo que puede variar entre 1000 a 1500 horas luz de brillo al año, lo
cual equivale a un promedio de 4 horas de luz solar al día.
Humedad Relativa: En plantaciones de banano hay q saber que una
humedad relativa mayor a 80% propicia el desarrollo de enfermedades,
fungosas y hongos.
Épocas: En condiciones normales, la temporada de invierno en Ecuador se
da durante los meses de diciembre a mayo, en cambio en la temporada de
verano se es durante los meses de junio a noviembre. Durante la temporada
invierno donde aparecen altas precipitaciones y temperaturas que varían entre
22 y 35º C. Durante la temporada de verano las precipitaciones son inusuales
o simplemente no hay lluvias, y la temperatura varía en un rango de 18 a 30º
C. La época de siembra para el cultivo del banano es indistinta cuando la
infraestructura de riego es funcional.
23
Altitud: Para la siembra de banano se aconseja que sea en zonas donde la
altura varía de 0 a 300 metros sobre el nivel del mar (msnm). Si los suelos que
se encuentren a nivel del mar, hay que considerar que no sean suelos
inundables y que tengan la capacidad el suelo de descargar el agua.
Requerimientos del suelo
Textura: para el desarrollo del cultivo de banano los tipos de suelos
apropiados son suelos aluviales o volcánicos, y aquellos que puede ubicarse
entre una textura que puede ser franco-arenosa y franco-arcillosa, deben de
gozar o tener un buen drenaje interno del agua, alta fertilidad y buenas
propiedades de mantener el agua. No se recomienda para el cultivo de banano
suelos con concentración de arcilla del 40% o más.
Profundidad efectiva: para el cultivo del banano el suelo debe poseer una
profundidad por lo menos de 1 metro o superiores a 1,5 metros.
pH: para el cultivo de banano el pH perfecto es de 6,5, pero el cultivo de
banano se puede permitir un pH de entre 5,6 hasta 7,4 de acidez. El suelo no
debe ser ni muy alcalino ni muy acido porque debido a esto el suelo puede
reducir el desarrollo del cultivo y predisponerlo a enfermedades fungosas o
hongos.
Topografía: para el cultivo de banano es preferible en que se deba utilizar
suelos planos para agilizar el transporte del banano desde el cultivo hasta la
empacadora haciendo uso de cables vías, también para facilitar el diseño del
sistema de riego y drenaje, lo cual en los suelos ondulados dificultaría la llevar
a cabo estas infraestructuras.
Salinidad: el cultivo de banano se ve muy afectado a la salinidad del suelo, la
conductividad eléctrica (CE) no debe ser mayor a 1 dS/m.
Capa freática: para el cultivo de banano la capa freática o la acumulación de
agua subterránea debe ser no menor de 2 metros de profundidad con el
propósito de evitar que las raíces sufran de falta de oxígeno o anegamiento.
24
Hacienda María Auxiliadora
Ilustración 5. Logotipo De La Hacienda María Auxiliadora
Fuente: Hacienda María Auxiliadora
Elaboración: Hacienda María Auxiliadora
En 1961 la Hacienda María Auxiliadora es comprada por José Jalil
Montesdeoca y la Zoila Loor de Jalil, y la cual ha permanecido en la familia Jalil Loor
actuales dueño de la hacienda hasta la actualidad. La producción de la Hacienda
María Auxiliadora es 100% bananera, el hectareaje de la hacienda está definido en
110 hectáreas en la que 96 hectáreas son propiamente de cultivo de banano, también
cuenta con 2 pozos de agua para el uso del riego como para el lavado del fruto, una
empacadora y cables vías.
La hacienda cuenta con la certificación de GLOBALG.A.P. y RAINFORREST
que son certificaciones que establecen las buenas prácticas de agricultura entre
proveedores y vendedores y el trabajo ecológico para conservar la biodiversidad y
asegurar medios de vida sostenibles.
La hacienda María Auxiliadora tiene una nómina de 70 trabajadores para
producir un promedio de 5000 cajas de banano por semana donde la mayor parte es
distribuida a la Exportadora Chiquita.
25
Global G.A.P.
Ilustración 6. Logo Global G.A.P.
Fuente: globalgap.org
Elaboración: globalgap.org
GlobalG.A.P. el autor de los estándares para la implementación de Buenas
Prácticas Agrícolas. G.A.P. que significa Good Agricultural Practice. Es una
organización global que agrupa un conjunto de protocolos de buenas prácticas
importantes en la agricultura: es usado a nivel mundial como manual para una
agricultura segura y sostenible.
GlobalG.A.P. es el procedimiento reconocido a nivel mundial para
actividades agrícola con la participación de profesionales de la industria, productores
y minoristas de todo el mundo que tiene como propósito una producción de alimentos
segura con un impacto mínimo al ambiente y sostenible que favorezca a los
trabajadores y consumidores de todo el mundo. Algunas certificaciones que ofrece
GlobalG.A.P. se detallan a continuación:
GlobalG.A.P. certificaciones:
Trazabilidad del producto y calidad alimentaria.
Protección a la biodiversidad (medio ambiente)
Salud y bienestar de los trabajadores.
26
Comprende certificación y evaluación de cultivos (ICM) y control de plagas
(IPC).
Incluye gestión de proyectos estructurados y gestión de la calidad (QMS).
Rainforrest
Ilustración 7. Logo Rainforrest
Fuente: Rainforest-alliance.org
Elaboración: Rainforest-alliance.org
La organización Rainforrest Alliance, comprende los tres pilares de la
sostenibilidad para una empresa agrícola, forestal o turística los cuales son: social,
económico y ambiental. Las normas y estándares de Rainforrest se basa en estos
importantes principios para una agricultura sostenible:
Sostenibilidad ambiental y animal (Biodiversidad)
Mejorar las condiciones de vida y beneficio a las comunidades.
Sistemas de gestión de recursos agrícolas de fincas.
27
Tipo de banano cultivado en la Hacienda María Auxiliadora
De los diferentes tipos de variedad de banano que se producen en el
Ecuador, la Hacienda María Auxiliadora se dedica específicamente al cultivo de
banano tipo “Cavendish” siendo este unas de las variedades más resistentes a
plagas, y que mayormente se consume y exporta a nivel mundial.
Banano Cavendish
El Banano Cavendish es una fruta climatérica (sigue madurando después de
cortada) y su tiempo de maduración varía entre 5 a 10 días, no obstante, este proceso
puede acelerarse en cámaras de maduración (Aguilar, 2015).
Cuadro 6. Características Del Banano Tipo Cavendish
Nombre Banano Cavendish
Clase “A” Premium
Tamaño del banano Mínimo 20 centímetros
Grosor del banano De 39 a 46 mm
Numero de banano por mano De 5 a 12 bananos
Edad de la fruta De 10 a 12 semanas
Vitaminas y minerales que posee
Vitaminas A, B, B6, C, E, magnesio,
silicio, fosforo, azufre, hierro, calcio,
sodio, ácido fólico y potasio.
Fuente: (Aguilar, 2015)
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
28
En el cuadro 7 se muestra el flujo del proceso general de cosecha y empaque en la producción de banano.
Cuadro 7. Proceso De Producción Del Banano
Fuente: Asociación de exportadores de banano del Ecuador A.E.B.E
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
29
Agricultura de precisión
Es una metodología empleada para analizar y controlar la variación espacio-
temporal del terreno y el cultivo. La variación espacial comprende las diferencias en
fertilidad de distintas secciones del terreno y las que se dan en el crecimiento de las
plantas cultivadas. La variación temporal engloba las diferencias observadas en la
producción de un mismo terreno entre una temporada y otra (Dr. Orlando Santillán,
2018).
Cuadro 8. Variación Espacio-Temporal En Cultivos
Tipo de
variación
Sujeto de la
variación
Factores Involucrados
Espacial
Fertilidad del suelo
a) Condiciones fisicoquímicas (entre otras la
acidez-alcalinidad o pH, y el contenido de
nitrógeno o de metales).
b) Contenido de humedad, materia
orgánica y contaminantes.
c) Conductividad eléctrica e hidráulica.
d) Textura, fuerza mecánica y profundidad.
e) Salinidad.
f) El relieve o topografía del terreno.
g) Microbiótica y fauna del suelo.
Desarrollo vegetal
a) Maleza (plantas oportunistas).
b) Plagas (Insectos, virus, y
microorganismos).
c) Características genéticas del cultivo
(como la resistencia a la sequía y
velocidad de desarrollo).
Temporal
Cosecha
a) Variación productiva entre periodos de
siembra distintos.
b) Condiciones climatológicas (por ej.
Radiación solar o humedad ambiental)
entre distintas temporadas.
Fuente: (Dr. Orlando Santillán, 2018)
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
30
La agricultura de precisión es especialmente beneficioso para las exigencias
de una agricultura moderna ayuda en el correcto manejo de cantidades de insumos o
recursos naturales como agua o fertilizantes. La Agricultura de precisión busca ser
más sustentable al reducir los recursos invertidos, como el impacto al medio ambiente
y el riesgo de la producción de alimentos agrícolas.
Además, ayuda reducir los costos y el uso de insumos como pesticidas y
fungicidas para el uso agrícola que se liberan a la atmosfera. La agricultura de
precisión se basa principalmente en las tecnologías de la información, donde la
transmisión y recolección de datos entre dispositivos es lo más importante.
Etapas de la agricultura de precisión
En la tecnología asociada a la agricultura de precisión. Según el (Dr. Orlando
Santillán, 2018) menciona que se requieren tres etapas:
La transmisión y recolección de datos. Se realiza con dispositivos o
herramientas especializadas como GPS y sensores remotos.
Analizar los resultados. Un experto analiza los datos de los ensayos que se
realizan dentro del terreno y da opinión o sugerencias para el manejo
adecuado de la variación espacio-temporal detectada.
Implementación de planes. El productor adecua el terreno según las
recomendaciones para la variabilidad natural que se encuentra dentro del
terreno.
Monitoreo de las variables ambientales
El incluir de tecnología o sistemas de información en la producción de
productos agrícolas y alimentarios para disponer datos detallados de la variabilidad
de los parámetros más importantes de los procesos, ya sean climáticos o
agronómicos, es esencial para el manejo eficiente de la gestión de las fincas o
31
haciendas. Estos pueden tener un enorme impacto tanto en la productividad como en
la calidad en la cosecha y por consecuencia un aumento en la cantidad o calidad.
La manera más común utilizado en la agricultura para lograr acceder a
medidas de temperaturas ha sido la utilización de termómetros de mercurio semejante
a los termómetros clínicos, no pudiendo registrar cambios de temperaturas bruscos.
Por otra parte, los registradores o dataloggers, pueden medir y guardar
periódicamente las temperaturas, aunque se necesita recorrer el terreno para la toma
de los datos y la información no se dispone en tiempo real, trayendo contra tiempos
o imposibilitando la toma de decisiones correctivas.
Las redes de sensores inalámbricos presentan características que las hacen
particularmente promisorias para el monitoreo ambiental, ya que permiten capturar
tanto las variaciones temporales como espaciales en tiempo real y a un costo cada
vez más accesible y rentable (Mazzara et al., 2011).
Dataloggers
“Los dispositivos electrónicos de captura de información o dataloggers son
sistemas de adquisición de datos utilizados para el monitoreo y control de variables
ambientales, lo que los hace particularmente útiles en la implementación de sistemas
agrícolas de precisión” (Lozoya Camilo, Aguilar Alberto, 2016).
32
Wireless sensor network (WSN)
Una red WSN o Wireless Sensor Network por sus siglas en inglés, se basa
en un número de pequeños sensores distribuidos basados en microcontroladores con
cierto poder o capacidad computacional, provistos de conectividad inalámbrica y
capacidad de almacenar y comunicar.
Es la comunicación de dos o más sensores que monitorean
cooperativamente grandes entornos físicos, formando así una red de sensores
inalámbricos (WSN). Los nodos de sensores se comunican no sólo entre sí, sino
también con una estación base (BS) por sus radios inalámbricos, lo que les permite
difundir sus datos de sensores para un procesamiento remoto, visualización, análisis
y sistemas de almacenamiento (Sergio Iván Ossa Duquea, 2017).
Estos nodos de sensores generalmente se diseminan sobre la región en
estudio, donde cada nodo sensor es responsable de extraer datos del entorno tales
como humedad, temperatura, presión, luminosidad, etc., procesando y enviando
estos datos a través de uno o más nodos sumideros, los cuales se encargan de la
transmisión de los datos al usuario final (Alvarado, González, & Villaseñor, 2008).
Ilustración 8. Componentes De Una Red De Sensores Inalámbricos
Fuente: (Del et al., 2009)
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
33
Estándar IEEE 802.15.4 (ZIGBEE)
Tecnología dirigida a las necesidades de mercado de redes inalámbricas de
bajo coste basadas en la norma IEEE 802.15.4. Se inició como un consorcio industrial
sin ánimo de lucro para definir especificaciones globales de aplicaciones inalámbricas
fiables, económicas y de baja potencia basadas en la norma IEEE 802.15.4 (Del et
al., 2009).
ZigBee es un estándar de redes inalámbricas de malla de bajo costo, bajo
consumo de energía. El bajo costo permite que la tecnología se despliegue
ampliamente en las aplicaciones de control y monitoreo inalámbricas, el bajo uso de
energía permite una vida útil más larga con baterías más pequeñas y la red de malla
proporciona una alta confiabilidad y un mayor rango. ZigBee ha sido desarrollado para
satisfacer la creciente demanda de Red inalámbrica capaz entre numerosos
dispositivos de baja potencia (Riaz, Professor, & Head, 2015).
Cuadro 9. Comparación Estándares Inalámbricos
Estándar Wifi 802.11g Bluetooth 802.15.1 Zigbee 802.15.4
Aplicación principal Wlan Wpan Control y
monitorización
Memoria necesaria 1 MB+ 250 KB+ 4-32 KB
Vida batería (días) 0,5-5 1-7 100-1000+
Tamaño red 32 nodos 7 nodos 255/65000
Velocidad (Kbps) 54 Mbps 720 kbps 20-250 Kbps
Cobertura (metros) 100 10 1-100
Parámetros
Importantes
Velocidad
flexibilidad
Coste y perfiles de
aplicación
Fiabilidad, bajo
consumo y bajo
costo
Fuente: (Del et al., 2009)
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
34
Estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)
El estándar IEEE 802.11 de redes de área local inalámbricas (WLAN) define
una de las tecnologías inalámbricas más implementadas en el mundo. La popularidad
de las redes inalámbricas se debe a la ubicuidad de los dispositivos portátiles y la
conveniencia de las comunicaciones sin ataduras (Malik, Qadir, Ahmad, Alvin Yau, &
Ullah, 2014).
Cuadro 10. Comparación De Tecnologías Inalámbricas IEEE 802.11
IEEE 802.11a IEEE 802.11b IEEE 802.11g IEEE 802.11n
Banda de
Frecuencia
5.7 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 2.4/5 GHz
Data Rate
[Mbps]
54Mbps 11 Mbps 54 Mbps 600 Mbps
Modulación OFDM CCK modulación
con QPSK
DSSS, CCK,
OFDM
OFDM
Canal de ancho
de banda
20 MHz 20 MHz 20 MHz 20/40 MHz
Radio de
cobertura
35 m 38 m 38 m 75 m
Espectro sin
licencia
Si (depende del
país)
Si Si Si (depende del
país)
Interferencia de
radio
Baja Alta Alta Baja
Costo del
dispositivo
Medio-bajo Bajo Bajo Medio
Uso actual Medio Alto Alto Alto
Seguridad Medio Medio Medio Alto
Fuente: (Sendra, Garcia, Turro, & Lloret, 2011)
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
35
MySQL
MySQL es un sistema gestor de bases de datos (SGBD, DBMS por sus siglas
en inglés) muy conocido y ampliamente usado por su simplicidad y notable
rendimiento. Aunque carece de algunas características avanzadas disponibles en
otros SGBD del mercado, es una opción atractiva tanto para aplicaciones
comerciales, como de entretenimiento precisamente por su facilidad de uso y tiempo
reducido de puesta en marcha. Esto y su libre distribución en Internet bajo licencia
GPL le otorgan como beneficios adicionales (no menos importantes) contar con un
alto grado de estabilidad y un rápido desarrollo (Alberto, Santillán, Gibert, Óscar, &
Mora, 2015).
Ilustración 9. Logo De MySql
Fuente: (https://www.mysql.com)
Elaboración: (https://www.mysql.com/about/legal/logos.html)
MySql es un gestor de base de datos disponible prácticamente en todos los
sistemas operativos (Linux, Unix y Windows) es de código abierto que se encuentra
respaldado por Oracle es de fácil uso permitiendo la creación rápida y sin mayores
dificultades de base de datos y alto rendimiento para aplicaciones web, entre algunas
de las características más relevantes de MySql están las siguientes:
36
Desarrollado en lenguaje C y C++
Se encuentra disponible para más de 20 multiplataforma diferentes
Puede reconocer un conjunto amplio de diferentes tipos de datos
Administración segura flexible se basa en privilegios de acceso y contraseñas
Opciones de conectividad para clientes-servidor utilizando varios protocolos
como sockets TCP/IP, de la familia de Windows socket NT, sockets UNIX, e
interface ODBC.
Xampp
Ilustración 10. Logo De Xampp
Fuente: (https://www.apachefriends.org)
Elaboración: (https://www.apachefriends.org/images/xampp-logo-ac950edf.png)
Xampp es un software de distribución gratuita y se distribuye bajo la licencia
GNU, es multiplataforma con versiones de instalador para GNU/Linux, Solaris,
Windows y Mac OS. Xampp reúne varias herramientas importantes como un sistema
de gestión de bases de datos, un intérprete para el lenguaje PHP y de un servidor
37
web Apache que ayuda para que la aplicación se maneje en la web o en una maquina
normal de escritorio (Rodríguez et al., 2014).
Node.JS
Node JS es un entorno de ejecución para JavaScript construido en el motor
de JavaScript V8 de Chrome, es empleado principalmente para la capa del servidor y
está creado con el objetivo de ser útil en la creación de programas de red altamente
escalables, como, por ejemplo, servidores web. Node JS asegura ser altamente fiable
y confiable, ya que todo el código escrito en Node JS que funcione bien en el servidor,
funcionará bien en el lado de los clientes sea cual sea el sistema operativo utilizado,
dado que la ejecución de código en el servidor quedará aislada en el servidor (Melo
& Hernando, 2017).
Ilustración 11. Logo De Node.js
Fuente: (https://nodejs.org)
Elaboración: (https://nodejs.org/static/images/logo.png)
Node.js es una tecnología bastante reciente que ha crecido muy rápido fue
creado en el año 2009 por Ryan Dahl, El entorno Node.js es uno de los intérpretes
más rápidos que permite ejecutar código JavaScript para aplicaciones web, funciona
en múltiples plataformas y open source. Unas de las características más destacadas
son los siguientes:
38
Asíncrono: unas de las principales ventajas de Node.js es el procesamiento
asíncrono lo cual otros lenguajes de orientados a servidores no tienen, al
contar con un procesamiento asíncrono le permite a Node.js que las funciones
I/O no son ejecutadas secuencialmente.
Mono-hilo: en node.js a diferencia que los sistemas multi-hilos, genera un
único hilo del sistema operativo para recibir un gran número de peticiones
diferentes para gestionar las peticiones de un gran número de cliente con un
sistema de bucles que registran eventos loop además que el sistema
asíncrono de I/O lo hacen tener una capacidad muy escalable para
aplicaciones muy potentes.
Sistema de paquetes: Node.js contiene un sistema de paquetes (NPM) que
no es más que una especie de gestor de librerías, algunas de las librerías
gratuitas más conocidas son React, Bower, Express. Node.js permite
programar de una manera sencilla sin complejidad y simplificar el código
JavaScript gracias a sus librerías.
Licencia Open Source: Node.js tiene un gran apoyo de una gran comunidad
bajo la licencia MIT.
Servidor web
Un servidor Web es un programa que está encargado de atender y dar
respuesta a las diferentes solicitudes realizadas a través de los navegadores web,
proporcionando las solicitudes HTTP o HTTPS los recursos que se solicitan por
ejemplo imágenes, texto, fotos de forma cifrada y segura. Un servidor Web basado
en el esquema cliente-servidor se ejecuta de la siguiente forma de forma infinita:
El cliente realiza peticiones en el puerto TCP
El cliente recibe una petición.
39
El cliente manda a busca el recurso en la cadena de petición.
El servidor web procesa la petición y la envía el recurso por la misma
conexión por donde se realizó la petición.
Vuelve al punto 2.
Según Augusto (2017) un servidor Web que siguiese el esquema anterior
cumpliría los requisitos básicos de los servidores HTTP.
ReactJS
Ilustración 12. Logo De ReactJS
Fuente: (https://reactjs.org)
Elaboración: (https://reactjs.org/imagenes/logo.png)
ReactJS es una biblioteca de JavaScript que se implementa para desarrollar
componentes de interfaz de usuario (UI) reutilizables. Según la documentación oficial
de React, a continuación se encuentra la definición React es una biblioteca para crear
interfaces de usuario modulares (reactjs.org, 2018).
React básicamente permite el desarrollo de aplicaciones grandes y
complejas basadas en web que pueden cambiar sus datos sin actualizaciones
40
posteriores de la página. Se utiliza como Vista (V) en el Modelo-Vista-Controlador
(MVC). React abstrae el Document Object Model (DOM), lo que ofrece una
experiencia de desarrollo de aplicaciones simple, eficaz y robusta. React se realiza
principalmente en el lado del servidor con NodeJS. React implementa el flujo de datos
unidireccional, por lo tanto, resulta mucho más fácil que el enlace de datos tradicional
(Aggarwal, 2018).
JavaScript
JavaScript es uno de los lenguajes de programación más utilizados para el
mejoramiento de la interfaz de usuario y las páginas web dinámicas. Se utiliza
principalmente del lado del cliente, esto significa que se ejecuta en nuestros
computadores más no en el servidor donde se encuentra la página web, esta
característica le permite crear efectos y dinamismo a las páginas web, los
navegadores modernos como Google Chrome interpretan el código JavaScript
integrado en cada sitio web (Melo & Hernando, 2017).
Entre algunas de las características más relevantes de JavaScript que se
emplea en la ejecución de script del lado del cliente son:
Validación de formularios: validar un formulario es una de las principales
características de JavaScript es muy útil si se desea que, por ejemplo, un
determinado campo de texto no contenga un valor nulo debe tener un valor
valido o simplemente deba ser un campo obligatorio.
Eventos sobre objetos en DOM: El modelo de objetos del DOM (‘Document
Object Model’ o ‘Modelo de Objetos del Documento’) permite dar más
dinamismo a la página para que así el usuario pueda interactuar, como por
ejemplo dar clic, seleccionar o deseleccionar, dar clic dos veces.
Dinamismo: JavaScript puede ser ejecutado desde el lado del cliente, por
esta razón no necesita compilarse permitiendo que no haya que esperar una
respuesta del lado del servidor.
41
Bootstrap
Ilustración 13. Logo De Bootstrap
Fuente: (https://getbootstrap.com)
Elaboración: (https://getbootstrap.com/imagen/logo.png)
Es un framework gratuito para crear sitios web receptivos y móviles.
Bootstrap es un conjunto de herramientas de código abierto que generalmente
consisten en un paquete compuesto por una estructura de archivos y carpetas de
código estandarizado para desarrollar con HTML, CSS y JS (getbootstrap, 2018).
“Bootstrap se caracteriza por ser intuitivo y potente para un desarrollo web
más rápido y sencillo. Creado en Twitter por @mdo y @fat, Bootstrap utiliza LESS
CSS, se compila a través de Node y se administra a través de GitHub” (Jain, 2014).
HTML
El Lenguaje de Marcado de Hipertexto, en inglés, Hypertext Mark-Up
Language, (HTML) es el lenguaje de marcado predominante para la construcción de
páginas Web. Permite representar el contenido enriquecido en forma de texto, así
como complementar el texto con objetos, como el caso de las imágenes. HTML
42
describe la estructura del contenido, además, puede manejar la apariencia de un
documento y también su comportamiento a través de un script (Rosendo Hernández
Claro Ing Deibys Greguas Navarro, 2010).
CSS
El lenguaje CSS se utiliza para definir el aspecto de todos los contenidos, el
formato de tablas, la separación, el color, tamaño y tipo de letra de titulares y/o textos,
la tabulación con la que se muestran los elementos de una lista o menú (Rosendo
Hernández Claro Ing Deibys Greguas Navarro, 2015).
Las ventajas de utilizar CSS son:
El control se lo realiza de manera centralizada o en un solo lugar lo cual
permite que la presentación del sitio Web sea ágil las actualizaciones del sitio
web.
Permiten a los usuarios definir su propia hoja de estilo de manera local atreves
del navegador la cual será utilizada en la aplicación Web, con lo que permitirá
que las páginas web sean mucho más accesibles, por ejemplo, para usuarios
con dificultades en la vista puedan modelar su propia hoja de estilo.
El documento HTML en sí mismo es más claro de entender y se puede reducir
considerablemente su tamaño (siempre y cuando no se utilice estilo en línea)
(Rosendo Hernández Claro Ing Deibys Greguas Navarro, 2015).
Python
El lenguaje de programación Python se está estableciendo como uno de los
lenguajes más populares para la computación científica. Gracias a su naturaleza
interactiva de alto nivel y su ecosistema de bibliotecas científicas en proceso de
maduración, es una opción atractiva para el desarrollo algorítmico y el análisis de
datos exploratorios. Sin embargo, como lenguaje de uso general, se usa cada vez
43
más no solo en entornos académicos sino también en la industria (Pedregosa
FABIANPEDREGOSA et al., 2011).
El intérprete de Python para desarrollo el IDLE (Integrated Development
Environment) es un elemento que nos permite la edición de programas, así como su
ejecución es de gran utilidad ya que podemos ver los resultados de su ejecución del
código por partes y sin la necesidad de compilarlos.
Puede utilizar el intérprete en dos modos: modo interactivo y modo script.
Se dice que estamos usando el intérprete en modo interactivo, cuando el intérprete
espera a que escriba las declaraciones de Python en el teclado en el prompt primario,
usualmente tres signos mayor-que (>>>). Una vez que escribe una declaración, el
intérprete la ejecuta y luego espera a que escriba otra declaración. En el modo script,
el intérprete lee el contenido de un archivo que contiene sentencias de Python. Dicho
archivo se conoce como un programa de Python o un script de Python. El intérprete
ejecuta cada instrucción en el programa Python a medida que la lee (Guido van
Rossum, 2017).
Ilustración 14. Entorno De Programación IDE
Fuente: (Gaddis, 2015)
Elaboración: (Gaddis, 2015)
44
Características claves de Python:
Python es un lenguaje interpretado por lo cual un intérprete procesa las
sentencias o el script de Python en tiempo de ejecución. No se utiliza ningún
compilador.
Python es un lenguaje de programación orientada a objetos y estructurado por
medio de clases y métodos.
Python es un gran lenguaje para los programadores de nivel principiante ya
que unos de los principales objetivos es la facilidad y la comprensión de lectura
como de diseño.
Python nos permite el uso de programas de secuencias de comandos, lo cual
nos ayuda a crear una serie de herramientas que nos permite procesar
comandos en el lenguaje de Python.
Python tiene una sintaxis muy fácil de entender y además una estructura
simple. Esto le permite para que al usuario le sea muy sencillo familiarizarse con este
lenguaje.
Laravel
Ilustración 15. Logo De Laravel
Fuente: (https://laravel.com)
Elaboración: (https://laravel.com/imagen/logo.png)
45
Laravel es un marco web PHP gratuito y de código abierto, creado por Taylor
Otwell y destinado al desarrollo de aplicaciones web siguiendo el patrón
arquitectónico modelo-vista-controlador (MVC). Algunas de las características de
Laravel son un sistema de empaquetado modular con un administrador de
dependencias dedicado. El framework de Laravel es fácil de entender y potente, el
framework en sí mismo proporciona autenticación, enrutamiento, administrador de
sesión, almacenamiento en caché, también herramientas de migración de base de
datos (Harimurti et al., 2017).
PHP
Ilustración 16. Logo De PHP
Fuente: (http://php.net)
Elaboración: (http://php.net/download-logos.php)
PHP (Hypertext Preprocessor) es un lenguaje de código abierto y alto nivel
diseñado de manera especial para el desarrollo web dinámico para generar páginas
dinámicas, el cual puede tener incrustado en las páginas HTML, PHP fue creado en
el año 1995 por PHP Group.
46
A diferencia de JavaScript, PHP es un lenguaje que es ejecutado del lado
del servidor, es decir el servidor enviara el HTML al cliente una vez que el servidor
interprete el código PHP tal cual como si fuera una web estática. PHP es un lenguaje
que se caracteriza por su potencia, robustez y versatilidad y que además nos ofrece
la compatibilidad con bases de datos tales como MySql, Informix y ODBC.
PHP nos brinda tres formas para ejecutar un script: en un servidor web, a
través del cliente PHP CLI para ejecutar en la terminal los scripts, o mediante un
cliente GUI.
Aspectos técnicos
Los principales aspectos técnicos que considerar en el presente estudio
abarcan los conceptos más importantes para diseño de un sistema de monitoreo de
variables ambientales en el cultivo de banano.
El monitoreo y análisis de variables ambientales es un factor importante para
cultivos expuestos a estos como es el caso de las haciendas bananera, para un cultivo
en óptimas condiciones.
Arduino
Arduino, es una plataforma de código abierto utilizada para el desarrollo de
hardware enfocado al Internet de los objetos. La plataforma Arduino proporciona
varias placas de circuitos, algunos de los cuales utilizan CMOS de bajo consumo de
Atmel microcontroladores de 8 bits basados en AVR mejoradas arquitectura RISC.
Estos microcontroladores son capaces de calcular aproximadamente 300.000 líneas
de código de programa por segundo, que es más que suficiente para la mayoría de
las aplicaciones de entrada y salida requeridos para las escalas de tiempo de
recopilación de datos típico edificio (por ejemplo, segundos o minutos) (Augusto,
Domínguez, Manuel, & Barragán, 2017).
47
Software IDE de arduino
Arduino proporciona un entorno de desarrollo integrado (IDE) que es capaz
de funcionar con todos los sistemas operativos más importantes y tiene soporte para
un lenguaje de programación C simplificado C / ++ (Augusto et al., 2017).
El software de arduino es libre que consiste en un editor de código, un
compilador y una GUI. El software de arduino integra la gestión de librerías en C.
La estructura de programación básica de un Arduino se compone de al
menos dos partes. Estos son la configuración y los componentes del bucle. En la
configuración, que se ejecuta al principio y solo una vez para establecer el modo de
pin o la comunicación en serie, se declaran las variables. La segunda parte se ejecuta
en un bucle que permite que el script cambie, responda y controle la placa Arduino.
Después de declarar las variables, el control del Arduino implica estructuras de control
clásicas (IF, IF ... ELSE, FOR, etc.), operadores aritméticos (+, -, /, *, etc.) y
operadores de comparación (>, <, etc.) o booleano (AND, OR, etc.). También hay un
conjunto de comandos para lectura y escritura analógica y digital (D’Ausilio, 2012).
Ilustración 17. Entorno De Programación Arduino (IDE)
Fuente: (Augusto et al., 2017)
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
48
Arduino uno R3 (micro ATmega328)
El Arduino Uno R3 ATmega328 usa el nuevo microprocesador de bajo
consumo Atmega328. A diferencia de las características de placas de generaciones
previas, como por ejemplo el Arduino Uno usa el ATmega16U2 en la unidad lectora
USB. Esto permite transferencia de datos más rápidos y más espacio de memoria
para almacenar el programa. El controlador inf. es obligatorio instalarlo en Windows
mientras que para otros sistemas operativos como Linux o Mac no es necesario la
instalación de este driver.
La placa Arduino Uno R3 Atmega328 además incluye pines para el envió de
datos (SDA) y otro para el reloj (SCL) para el uso del protocolo asíncrono para él envió
de datos por un mismo cable. Es más, incluye dos pines adicionales el pin IOREF,
que permite indicar a otros dispositivos conectados que la tensión o voltaje brindado
a los pines I/O es de 5V. El otro pin está reservado para aplicaciones futuras.
Ilustración 18. Arduino R3 Con Microcontrolador Atmega328
Fuente: (https://arduino.cl, 2018)
Elaboración: (https://arduino.cl/arduino-uno/, 2018)
49
Cuadro 11. Especificaciones Técnicas De Arduino R3 (Atmega328)
CARACTERÍSTICAS
MICROCONTROLADOR ATmega328
ALIMENTACIÓN 5 V
PINES DIGITALES ENTRADA/SALIDA 14
PINES ANÁLOGOS DE ENTRADA 6
CORRIENTE CONTINUA POR I/O 40 mA
PINES DE 3,3V PARA DC 50 mA
MEMORIA FLASH 32 KB
SRAM 2 KB
EEPROM 1 KB
VELOCIDAD DE RELOJ 16 MHz
Fuente: (https://arduino.cl, 2018)
Elaboración: (https://arduino.cl/arduino-uno/, 2018)
50
Módulo XBee S2C
Los módulos Digi XBee 802.15.4 RF son ideales para aplicaciones que
requieren baja latencia y tiempo de comunicación predecible. Los productos Digi
XBee 802.15.4, que proporcionan una comunicación rápida y robusta en
configuraciones punto a punto, punto a punto y multipunto / estrella, permiten una
robusta conectividad de punto final con facilidad. Los módulos Digi XBee 802.15.4 RF
maximizan el rendimiento y facilitan el desarrollo, ya sea que se implementen como
un simple reemplazo de cable para una comunicación en serie simple o como parte
de una red de sensores más compleja (Digi International Inc., 2018).
Ilustración 19. Módulo XBee Serie S2C
Fuente: (https://xbee.cl, 2018)
Elaboración: (https://xbee.cl/xbee-zb-s2c-th/, 2018)
51
Cuadro 12. Especificaciones Técnicas De Modulo XBee S2C
CARACTERÍSTICAS
FRECUENCIA DE TRABAJO 900 MHz
VELOCIDAD DE DATOS (MAX) Hasta 250.000 b/s
TECNICA DE MODULACION DSSS
RANGO DE SEÑAL 1200 metros (con línea vista)
SENSIBILIDAD -100 a -102 dBm
VOLTAJE DE LA FUENTE 2.1 V – 3.6 V
POTENCIA – RECEPCIÓN 33 a 45 mA
CORRIENTE – TRANSMISIÓN 28 a 31 mA
INTERFAZ DE COMUNICACIÓN SPI, UART
CAPACIDAD DE MEMORIA 32 KB Flash, 2 KB RAM
TIPO DE MONTAJE Through Hole (a través de orificio)
TEMPERATURA DE OPERACIÓN -40̊C ~ 85̊C
Fuente: (https://xbee.cl, 2018)
Elaboración: (https://xbee.cl/xbee-zb-s2c-th/, 2018)
52
Shield XBee Arduino
El Shield XBee Arduino nos permite comunicar a través de sus pines seriales
con los módulos radiorreceptores XBee para su configuración. La shield XBee
explorer funciona con todos los módulos XBee, desde la Serie 1 hasta la Serie 2,
XBee estándar y el XBee versión Pro. Lo más determinante del shield XBee explorer
USB está en su unidad USB a serie. Esto permite comunicación entre la PC y el
módulo radiorreceptor XBee.
Ilustración 20. Shield XBee Arduino
Fuente: (https://xbee.cl, 2018)
Elaboración: (https://xbee.cl/xbee-explorer-usb/, 2018)
53
NodeMCU micro esp8266
El NodeMCU es la placa Plug and play con el microcontrolador ESP8266.
Este microcontrolador ESP8266 fue originado por Espressif Systems como un
proyecto open source, este chip el ESP8266 de Wi-Fi es de bajo costo y brinda
conectividad Wi-Fi y es compatible con el protocolo TCP/IP. El módulo Wi-Fi posee
un microcontrolador de 32 bits para operar el protocolo y el software necesario para
soportar el estándar 802.11. El MCU ESP8266 es una gran alternativa fácil para
dispositivos conectados en red WiFi que ofrece una potente plataforma desde un
módulo WiFi y también el poder funcionar de forma autónoma. El NodeMCU ESP8266
posee 17 puertos GPIO de entrada y salida para uso general, también cuenta con un
convertidor analógico a la digital (ADC) de 10 bits.
Ilustración 21. Módulo Node MCU Esp8266
Fuente: (https://programarfacil.com)
Elaboración: (https://programarfacil.com/podcast/esp8266-wifi-coste-arduino/)
54
Cuadro 13. Principales Características De Hardware De Módulo MCU Esp8266
CARACTERÍSTICAS (Hardware)
CPU Tensilica L106 32-bit
ALIMENTACIÓN 3 V – 3.6 V
CORRIENTE DE OPERACIÓN 80 mA
TEMPERATURA DE OPERACIÓN -40̊C ~ 125C̊
Fuente: Datos de la investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Sensores
Dentro de las variables que va a medir el sistema de monitoreo, se
establecen los sensores que realiza la lectura de información, los cuales se detallan
a continuación:
Sensor de temperatura y humedad relativa (DHT11)
Este DHT11 es un sensor que brinda una alta fiabilidad y estabilidad debido
que a diferencia del LM35 es un sensor digital lo cual tiene la ventaja de afectar menos
a la calidad sensor por interferencia del ruido. Este es un sensor de bajo costo y que
y al poseer la técnica de adquirir datos médiate señales digitales lo hace que el sensor
sea muy preciso y exacto en la detección de la temperatura y humedad relativa.
55
Este sensor incluye un componente de medición de humedad de tipo
resistivo y un componente de medición de temperatura NTC, y se conecta a un
microcontrolador de 8 bits de alto rendimiento, que ofrece calidad excelente,
respuesta rápida, capacidad anti-interferencia y rentabilidad. Tiene 20% - 90% RH,
con precisión del 5% y realiza una medición de la temperatura entre 0C̊ a 50̊C, con
una precisión de 2̊C y una frecuencia de muestreo de (1 Hz) es decir 1 muestra por
segundo (Herutomo, Abdurohman, Anggis Suwastika, Prabowo, & Wirawan
Wijiutomo, 2015).
Ilustración 22. Sensor de temperatura y humedad relativa DHT11
Fuente: (Llamas Luis, 2016b)
Elaboración: (Llamas Luis, 2016b)
Esquema eléctrico
En la siguiente imagen se muestra el esquema eléctrico del sensor DHT11
donde se observa los 4 pines del sensor, donde de estos 4 pines se usarán solamente
el pin de tierra (GND), el pin de alimentación de 5V (Vcc) y el pin de salida digital del
sensor (output). Conectamos los pines GND y Vcc del sensor a los pines GND y Vcc
del Arduino. Por otra parte, se conectará el pin de salida digital del sensor al pin de
entrada digital del arduino.
56
Ilustración 23. Esquema Eléctrico De Sensor De Temperatura DHT11
Fuente: Elaboración propia
Elaboración: Christian Ortiz y Kevin Torres
Sensor de humedad de suelo (fc-28)
Un higrómetro de suelo FC-28 es un sensor que mide la humedad del suelo
que son ampliamente empleados en sistemas automáticos de riego para detectar
cuando es necesario activar el sistema de bombeo que se compone por dos sondas,
que crean una corriente eléctrica entre ellas, y mide la resistencia a esta corriente. La
humedad del suelo ayuda a la conductividad, por lo que a mayor agua en el suelo
menor resistencia eléctrica (Jaén, Análisis De Parámetros Ambientales, Galiano
Parras Tutor, & Manuel Ureña Cámara D Alejandro Sánchez García, 2015).
El FC-28 es un sensor sencillo que mide la humedad del suelo por la
variación de su conductividad. No tiene la precisión suficiente para realizar una
medición absoluta de la humedad del suelo, pero tampoco es necesario para controlar
57
un sistema de riego. Los valores obtenidos van desde 0 sumergido en agua, a 1023
en el aire (o en un suelo muy seco). Un suelo ligeramente húmedo daría valores
típicos de 600-700. Un suelo seco tendrá valores de 800-1023 (Llamas Luis, 2016a).
Ilustración 24. Sensor De Humedad Del Suelo (FC-28)
Fuente: (Llamas Luis, 2016a)
Elaboración: (Llamas Luis, 2016a)
Esquema eléctrico
Para la alimentación del módulo FC-28 conectamos los pines de
alimentación (Vcc) y de tierra (GND) del arduino al módulo FC-28 luego conectamos
el pin de salida A0 analógico del módulo al pin A0 de lectura analógica del arduino.
58
Ilustración 25. Esquema Eléctrico De Sensor De Humedad Del Suelo (Fc-28)
Fuente: (Llamas Luis, 2016a)
Elaboración: (Llamas Luis, 2016a)
59
Fundamentación legal
Considerando lo previsto en la Constitución de la República del Ecuador,
el artículo 385 (Ecuador, 2008) en referencia al régimen del buen vivir establece lo
siguiente: “El sistema nacional de ciencia, tecnología, innovación y saberes
ancestrales, en el marco del respeto al ambiente, la naturaleza, la vida, las culturas y
la soberanía, tendrá como finalidad: 1. Generar, adaptar y difundir conocimientos
científicos y tecnológicos. 2. Recuperar, fortalecer y potenciar los saberes
ancestrales. Desarrollar tecnologías e innovaciones que impulsen la producción
nacional, eleven la eficiencia y productividad, mejoren la calidad de vida y contribuyan
a la realización del buen vivir”.
El Artículo 387 de la Constitución de la República del Ecuador (Ecuador,
2008) afirma que: “Será responsabilidad del Estado: 1. Facilitar e impulsar la
incorporación a la sociedad del conocimiento para alcanzar los objetivos del régimen
de desarrollo. 2. Promover la generación y producción de conocimiento, fomentar la
investigación científica y tecnológica, y potenciar los saberes ancestrales, para así
contribuir a la realización del buen vivir, al sumak kawsay. 3. Asegurar la difusión y el
acceso a los conocimientos científicos y tecnológicos, el usufructo de sus
descubrimientos y hallazgos en el marco de lo establecido en la Constitución y la Ley.
4. Garantizar la libertad de creación e investigación en el marco del respeto a la ética,
la naturaleza, el ambiente, y el rescate de los conocimientos ancestrales. 5.
Reconocer la condición de investigador de acuerdo con la Ley”.
Mientras que el Artículo 395 de la Constitución de la República del
Ecuador (Ecuador, 2008) define que: “La Constitución reconoce los siguientes
principios ambientales: 1. El Estado garantizará un modelo sustentable de desarrollo,
ambientalmente equilibrado y respetuoso de la diversidad cultural, que conserve la
biodiversidad y la capacidad de regeneración natural de los ecosistemas, y asegure
la satisfacción de las necesidades de las generaciones presentes y futuras. 3. El
Estado garantizará la participación activa y permanente de las personas,
60
comunidades, pueblos y nacionalidades afectadas, en la planificación, ejecución y
control de toda actividad que genere impactos ambientales”.
En cuanto el Artículo 281 de la Constitución de República del Ecuador
(Ecuador, 2008) establece que: “La soberanía alimentaria es un objetivo estratégico
y una obligación del estado para garantizar que las personas, comunidades, pueblos
y nacionalidades alcancen la autosuficiencia de alimento sano y culturalmente
apropiado de forma permanente; y en sus numerales 1 y 8 se expresa: 1. la
obligatoriedad que tiene el Estado de impulsar la producción, transformación
agroalimentaria y pesquera de las pequeñas y medianas unidades de producción,
comunitarias y de la economía social y solidaria; y, 8. Asegurar el desarrollo de la
investigación científica y de la innovación tecnológica apropiadas para garantizar la
soberanía alimentaria”.
Pregunta científica a contestarse
¿Qué sistema de monitoreo de variables ambientales utiliza en el cultivo de
banano?
¿Cree que la manera manual del monitoreo de variables ambientales donde
se cultiva banano es fiable?
¿Considera usted que la humedad del suelo es una variable de riesgo para
el cultivo de banano?
¿Cada qué tiempo toman muestra de las variables ambientales en el cultivo
de banano?
¿Considera factible poder llevar el monitoreo de las variables ambientales
desde la PC en su establecimiento?
61
Definiciones conceptuales
Agricultura: La agricultura se define como “el arte de cultivar la tierra”
proviene del latín ager, agri (campo) y cultura (cultivo). Es una actividad que se ocupa
de la producción de cultivo del suelo, el desarrollo y recogida de las cosechas, la
explotación de bosques y selvas (silvicultura), la cría y desarrollo de ganado.
(conceptodefinicionde, 2014)
Cultivo: “El cultivo es la explotación de seres vivos, plantas, animales, virus,
etc. con un propósito generalmente económico, industrial o científico.” (Enciclopedia
Culturalia, 2013)
Humedad Relativa: “La humedad relativa es una cifra porcentual que
especifica el porcentaje de la cantidad máxima posible de vapor de agua actualmente
en el aire.” (Online, 2016)
Arduino: Arduino es una plataforma de prototipos electrónica de código
abierto (open-source) basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar.
Arduino puede “sentir” el entorno mediante la recepción de entradas desde una
variedad de sensores y puede afectar a su alrededor mediante el control de luces,
motores y otros artefactos. (Arduino, 2017)
Temperatura: “Magnitud física medida por un dispositivo (termómetro o
sensor) para definir la intensidad de calor o frío del medio ambiente, objeto o cuerpo.
Se mide en grados Fahrenheit (ºF) o en grados Celsius (ºC).” (Significados, 2017)
Prototipo: Un prototipo es un primer modelo que sirve como representación
o simulación del producto final y que nos permite verificar el diseño y confirmar que
cuenta con las características específicas planteadas. Cuando hablamos de prototipo,
podemos estar haciendo referencia a: – Una representación de lo que será ese
producto, ya sea en ordenador o en formato 3D. Se les llama prototipos de “baja
fidelidad” debido a que en la representación en 3D se utilizan materiales distintos a
los del producto final, son económicos, fáciles de reproducir, y se crean en un corto
periodo de tiempo. El objetivo es valorar el producto, aprender de él y realizar pruebas
62
concluyentes. La forma o características del mismo pueden diferir al producto final
objetivo, sin embargo, se deben cuidar los detalles que maximicen el aprendizaje.
(Paloma, 2017)
IDE: También llamado entorno de desarrollo interactivo es una aplicación de
software que proporciona servicios integrales para los programadores de ordenador
para el desarrollo de software. Normalmente consiste en un editor fuente,
herramientas de compilación y un depurador. Además, suele contar con otras
herramientas que faciliten el trabajo del programador mientras está llevado a cabo la
fase de diseño. (Ávila, 2018)
Sensor: “Dispositivo encargado de receptar datos del medio físico o entorno
y capaz de convertirlos a señales para su respectivo análisis.” (Guimerans, 2018)
Interfaz web: Se denomina interfaz al conjunto de elementos de la pantalla
que permiten al usuario realizar acciones sobre el Sitio Web que está visitando. Por
lo mismo, se considera parte de la interfaz a sus elementos de identificación, de
navegación, de contenidos y de acción. (Beta, 2014)
Radiofrecuencia: “Se entiende por radiofrecuencia al conjunto de ondas
electromagnéticas por las cuales se propaga el sonido a través del espacio.” (ABC D.
, 2018)
63
CAPÍTULO III
Propuesta tecnológica
Nuestro proyecto propone diseñar un sistema de monitoreo de variables
ambientales que inciden en el crecimiento del cultivo de banano, estas variables
ambientales son la humedad relativa, humedad del suelo y temperatura del ambiente
de forma inalámbrica y en tiempo real, utilizando dispositivos arduino uno Atmega,
tecnología de redes WSN, tecnología ZigBee y Wifi. Estos nodos MCU poseen
sensores de temperatura, humedad relativa y sensores de humedad del suelo, que
realizan el proceso de captura y transmisión de datos de forma inalámbrica de las
variables ambientales que se den en el clima y en el suelo, para poder visualizar estos
datos mediante una aplicación web y ser almacenados en la base de datos para tener
un porcentaje de los datos capturados, permitiendo que el usuario visualice las
mediciones sin la necesidad de hacerlo de forma manual.
El prototipo por desarrollarse para este sistema, se basa en
microcontroladores (MCU) o placas programables, módulos Xbee S2, con un shield
Xbee, que se encarga de la intercomunicación entre el módulo Xbee y el
microcontrolador Arduino, recibiendo la señal de los clústeres de módulos wifi, en este
caso los nodos emisores con sus respectivos sensores. El Arduino NodeMCU wifi
trabaja en conjunto con los sensores encargados de medir la temperatura, humedad
relativa, humedad del suelo y estos datos son reflejados en el servidor web.
Análisis de factibilidad
La propuesta de nuestro proyecto está dirigida hacia el beneficio de la
hacienda María Auxiliadora, convirtiéndolo en una gran ayuda para el monitoreo de
sus hectáreas de cultivo de banano. El empleo del sistema será factible ya que los
procesos están bien definidos y ayudará a tener un mejor cultivo de banano al igual
64
que optimizar tiempo y recursos. En el desarrollo del sistema de monitoreo de
variables ambientales no se requiere de una inversión elevada sino moderada, ya que
cuenta con software de código abierto y hardware poco costoso y escalable, con esto
podemos afirmar que este sistema será todo un éxito y factible.
Factibilidad operacional
Se estima promover beneficios en el cultivo de banano con el desarrollo de
nuestro sistema y con el respaldo del supervisor de la hacienda María Auxiliadora en
nuestra iniciativa de implementarlo para su optimización de recursos, observamos
que mediante el uso de la red de sensores es útil para mejorar la agricultura en
nuestro país. Se demuestra mediante la encuesta y las pruebas que se realizaron del
sistema de monitoreo de variables ambientales que la toma de muestras se realiza
cada 30 segundos, que su ejecución resulta completamente operacional, operándolo
cualquier usuario sin ningún problema, ahorrando recursos humanos y tiempo.
Factibilidad técnica
Los recursos de hardware y software que se necesitan para el desarrollo del
prototipo y su correcto funcionamiento se detallan a continuación:
Cuadro 14. Cuadro De Recursos De Hardware
TIPO CARACTERÍSTICAS
Computadora Procesador Intel Core i3 – 500GB –
4GB RAM
Microcontroladores Arduino UNO Atmega R3 – NodeMCU
ESP8266 WiFi
Radio Transceptor Módulo xBee Serie S2C
65
Sensor de Temperatura
Modelo: DHT-11
Rango de temperatura: 2̊ - 150̊ C
Sensor de Humedad de Suelo Modelo FC-28
Sensor de humedad relativa
Modelo DHT11
Rango de humedad: 20 – 90% RH
Fuente: Datos de la investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Las tecnologías open software que se usan para la programación del
proyecto se detallan a continuación.
Cuadro 15. Cuadro De Recursos De Software
TIPO CARACTERÍSTICAS
Sistema operativo Windows 10
Servicio de plataforma Web Apache
Sistema gestor de base de datos MySql
Framework para aplicación web Framework ReactJS, Laravel
Lenguajes de programación Python, JavaScript, PHP, IDE Arduino
Fuente: Datos de la investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Factibilidad legal
Nuestro proyecto se realizó dentro del marco legal que estipulan las leyes en
el Ecuador, se realizó una revisión de las leyes y artículos vigentes de la Constitución
del Ecuador que se apliquen a nuestro proyecto descritas en el capítulo anterior, con
la finalidad de no violar ninguna ley, en el uso del espectro radioeléctrico, y con las
leyes para el uso de frecuencias que está regulado por la ARCOTEL como equipos
para sistemas inalámbricos de banda ancha, de venta libre. Demuestra así un buen
66
control de las leyes, para que no se cometan infracciones que imposibiliten el
desarrollo de nuestro proyecto.
Factibilidad económica
El presupuesto para el desarrollo del prototipo del proyecto se muestra en el
siguiente cuadro:
Cuadro 16. Costo De Herramientas
TIPO DETALLE CANTIDAD PRECIO SUBTOTAL
Hardware
Servidor 1 $700 $700
Arduino UNO R3 2 $15 $30
NodeMCU WiFi 3 $17 $51
Sensor de DHT11 3 $4 $12
Sensor de H. de suelo (FC-28) 3 $4 $12
Módulo xBee serie S2C 2 $45 $90
Shield xBee Arduino 2 $10 $20
Fuente de alimentación de 5V 4 $5 $20
Software
Sistema operativo 1 $0 $0
NodeJS 1 $0 $0
Python 1 $0 $0
Xampp 1 $0 $0
IDE Arduino 1 $0 $0
TOTAL $935
Fuente: Datos de la investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
67
En el siguiente cuadro, se muestra el presupuesto del proyecto para su
implementación, el cual cubre toda la infraestructura de plantación de banano con los
que cuenta la hacienda bananera María Auxiliadora.
Cuadro 17. Costo Total Del Proyecto
DETALLE CANTIDAD PRECIO SUBTOTAL
Servidor 1 $700 $700
Arduino UNO R3 81 $15 $1215
NodeMCU esp8266WiFi 176 $17 $2992
Sensor de DHT11 176 $4 $704
Sensor de H. de suelo 176 $4 $704
Módulo xBee S2C 80 $45 $3600
Shield xBee Arduino 81 $10 $810
Fuente de alimentación de
12000mAh
256 $12 $3072
Recursos humanos 1 $2000 $2000
TOTAL $15797
Fuente: Datos de la investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
68
Etapas de la metodología del proyecto
La metodología de las buenas prácticas del PMBOK desarrollado por el PMI
(Project Management Institute) consta de 5 procesos que permiten gestionar,
administrar y hacer que se lleven a cabo los objetivos y completar exitosamente el
proyecto.
Ilustración 26. Etapa De La Metodología De Buenas Prácticas Del PMBOK
Fuente: (Institute, 2013)
Elaboración: (Proyect Management Institute)
Inicio del proyecto
En este macroproceso de iniciación de proyecto definimos nuestro proyecto
de titulación, para obtener la aprobación de la propuesta e iniciar con el proceso, la
cual consiste en plantear la problemática, definir el alcance inicial, la justificación y los
recursos financieros iniciales para el diseño de un sistema de monitoreo de variables
ambientales usando tecnología código abierto de bajo coste en la hacienda bananera
María Auxiliadora y a su vez se aprueba y obtiene la autorización necesaria para
iniciar el proyecto.
69
Planificación
Este macroproceso incluye procesos que nos ayudaron a definir los objetivos
y planificar un curso de acción requerido para lograr los objetivos y el alcance
esperado de la propuesta de trabajo de titulación, por lo tanto, se establece un
esquema de trabajo donde se precisa cada actividad con su correspondiente duración
en un cronograma que se presenta en el anexo 1.
En el cual se especifica:
Actividades para el levantamiento de la información, la cual consistió
en realizar una investigación documental basada en fuentes
bibliográficas tales como revistas y páginas web que contribuyan al
diseño del sistema de monitorización de variables ambientales
incidentes en el desarrollo de plantas de banano.
Se realizó un levantamiento de información basado en el estudio y
análisis de encuestas al personal de mantenimiento y personal
profesional agrónomo de la hacienda, las cuales se pueden ver en el
anexo 2 y 3.
Preparación de equipos o hardware a utilizar
Programación y configuración de servidor Node.JS, base de datos y
Arduinos utilizando la IDE de Arduino.
Instalación y configuración del framework para aplicación web
React.JS
Definición y parametrización de rangos o valores máximos y mínimos
de variables ambientales en microcontroladores.
Desarrollo del prototipo de monitoreo de variables ambientales
Pruebas del sistema de monitoreo
Pruebas con usuarios
Evaluación y aceptación de los resultados obtenidos por el sistema de
monitoreo.
Creación de manual de usuario de la aplicación.
70
Ejecución
A partir de la planificación de cada tarea a realizar, obteniendo información
de las investigaciones realizadas y entendiendo previamente las definiciones
conceptuales de las herramientas tecnológicas y conceptos que se van a utilizar. Se
procede con el diseño de la propuesta tecnológica detallada en la ilustración 27, la
cual consiste en clúster de módulos WiFi sobre los cuales se montan los sensores de
temperatura y humedad relativa DHT11 y el sensor para medir las condiciones de
humedad del suelo FC-28. El nodo esp8266 su principal tarea es recoger datos de los
sensores digitales y analógico DHT11 y FC-28 respectivamente que posee un rango
de alcance de mediciones de 2500 metros cuadrados o un área aproximada de 50x50
metros los cuales enviarán toda la información a través de los nodos de radios
frecuencia XBee Serie 2C.
Ilustración 27. Diseño Del Sistema De Monitoreo De Variables Ambientales
Fuente: Elaboración Propia
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Luego de esto, se procede con el servidor web con la instalación de la
herramienta XAMPP, que nos permitirá correr el aplicativo web y determinar el estado
actual de las variables ambientales mediante gráficas e indicando valores máximos y
mínimos aceptables, además de almacenar la información a través del gestor base
de datos MySql.
71
Diagrama de la solución
Nota: Cada cuadro simboliza una hectárea, se tiene 96 hectáreas en total.
Nodo sensor esp8266
Nodo Gateway Xbee S2C
Ilustración 28. Diseño De Red Del Sistema De Monitoreo De Variables
Ambientales
Fuente: Elaboración Propia
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
72
Circuito y conexiones de placas arduino y módulos Wifi
Para la conexión del sensor DHT11 donde se observa los 3 pines del sensor,
el pin de tierra (GND), el pin de alimentación (Vcc) y el pin de salida digital del sensor
(output) para la transmisión de datos. Conectamos los pines GND y Vcc del sensor
DHT11 a los pines GND y 3V3 de alimentación del módulo Wifi
correspondientemente. Por otra parte, se conectará el pin de salida digital del sensor
DHT11 al pin de entrada digital D2 del módulo Wifi que permite recibir datos.
Para la conexión del módulo FC-28 conectamos los pines de alimentación
(Vcc) y de tierra (GND) del módulo FC-28 a los pines GND y 3V3 del módulo Wifi el
pin de salida A0 analógico del sensor FC-28 al pin A0 de lectura analógica del modulo
wifi.
Ilustración 2928. Conexión de sensores DHT11 y Fc-28 a NODEMCU ESP8266
Fuente: Elaboración Propia
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
73
Fuente: Elaboración Propia
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Dimensionamiento de batería de nodo sensor MCU esp8266
Para determinar el consumo de energía de los nodos sensores (ver ilustración 29) se
realiza las mediciones de cada uno de los nodos del Xbee S2C RF (ver ilustración 30)
y MCU esp8266 WiFi, y el requerimiento diario de potencia. Estas mediciones
permiten establecer la capacidad de la bateria (conciderando una autonomía de 2
dias).
Cuadro 1818. Requerimiento Diario de potencia de los Nodos
Nodo Proceso Consumo
(mA)
Tiempo
(hora)
Potencia
(mWh)
Corriente
Diaria
(mA/dia)
Nodo
esp8266
(WiFi)
Recepción 56 24 0,165 1344
Transmisión 80 24 0,264 1920
Total 3264
Nodo Xbee
S2C (RF)
Recepción 33 24 0,1089 792
Transmisión 28 24 0,0924 672
Total 1464
Fuente: Elaboración Propia
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
74
El consumo diario de la energía o corriente se calculó mediante la siguiente ecuación:
Corriente consumida en Amperio-hora:
C = I . t
Donde: C, es la energía o corriente consumida a diario del nodo sensor en recepción
y transmisión se multiplica el valor de la intencidad (I) de la corriente expresada en
amperes, por el tiempo en horas (t).
Cuadro 1919. Requerimiento Diario de potencia de los Nodos y capacidad de batería
Parámetros Nodo esp8266
(WiFi)
Nodo Xbee S2C
(Radio Frecuencia)
A: Días de autonomía de bateria 3,6 días 8 días
C (mA/día) 3264 1464
Capacidad de la bateria (mA) 12000 12000
Fuente: Elaboración Propia
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
En el caso del nodos esp8266 tiene un consumo de entre 50 y 80
miliamperios hora en operación, por lo tanto se recomienda cada 3 días extraerlas y
ser recargadas y en el caso del nodo Xbee S2C tiene un consumo de entre 28 y 33
miliamperios hora, por lo tanto se recomienda cada 8 días extraerlas y ser recargadas
para que no exista interrupción en el sistema.
75
Y para la conexión entre Arduino y NodeMCU, conectamos los pines serial
TX y RX del módulo Wifi (NodeMCU) a los pines TX y RX del Arduino. Por otra parte,
interconectamos los pines de tierra (GND) entre ambas placas.
Ilustración 29. Conexión de módulo wifi y XBee S2C con la placa arduino Atmega
Fuente: Elaboración Propia
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Fuente: Elaboración Propia
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
76
Monitoreo y Control
Este proceso se llevará a cabo realizando un seguimiento al proyecto
mediante pruebas para monitorear el sistema para un correcto funcionamiento del
prototipo y así corregir o solucionar a tiempo posibles errores en el software o
hardware.
Cierre
En el caso de que se logren los objetivos y los resultados alcanzados en las
pruebas cumplan las expectativas de las partes interesadas, se llevará a cabo la
aceptación del proyecto y para el cierre formal del mismo se facilitarán los entregables
a las autoridades de la Hacienda María Auxiliadora.
Entregables del proyecto
Propuesta de trabajo de titulación (anteproyecto)
Cronograma de desglose de las actividades. Anexo 1
Código fuente de la aplicación Web. Anexo 5
Código fuente para la lectura de los datos de los módulos de radio transceptor
xBee serie 2 y Arduinos. Anexo 5
Fotografías de visita de campo en la Hacienda María Auxiliadora. Anexo 8
Manual de usuario de la aplicación Web. Anexo 4
Acta de cierre
Criterios de validación de la propuesta
Como criterio para la validación de este proyecto se utilizó un plan de
pruebas basado en el análisis de procesos de pruebas que corresponde a las buenas
prácticas del PMBOK. Este consiste en validar el funcionamiento del sistema para
77
asegurar la calidad del producto desarrollado. A continuación, se presentan las fases
del plan de pruebas:
Cuadro 20. Etapas Del Plan De Pruebas
ETAPAS DE PLAN
DE PRUEBAS
Identificar Casos De Pruebas
Ambiente De Pruebas
Plantilla De Pruebas
Resultado De Pruebas
Fuente: Datos de la investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Identificar casos de pruebas
Los casos de prueba permiten detectar en qué punto el sistema no cumple
con los requerimientos, para realizarlas se debe identificar y definir todas las
funcionalidades del sistema.
Para el presente proyecto se han identificado los siguientes casos de
pruebas principales que apuntan directamente a la funcionalidad del sistema, los
cuales se detallan a continuación:
Cuadro 21. Casos De Pruebas
Visualización del resultado de variable: Temperatura
Visualización del resultado de variable: Humedad relativa
Visualización del resultado de variable: Humedad de suelo
78
Mostrar alerta de rangos en variable: Temperatura
Mostrar alerta de rangos en variable: Humedad relativa
Mostrar alerta de rangos en variable: Humedad de suelo
Fuente: Datos de la investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Ambiente de pruebas
Para el ambiente o entorno de prueba que se empleó para llevar a cabo la
implementación del sistema de monitoreo, transmisión de datos y visualización de la
información de las variables ambientales, se utilizó un computador de escritorio que
funciona como servidor. El sistema de monitoreo emplea tecnología de software de
código abierto por lo que demanda recursos mínimos de hardware para que el sistema
funcione de forma adecuada. Los recursos de hardware del equipo donde se
realizaron las pruebas presentan las siguientes características:
Procesador: Intel Core i3-3120M CPU @ 2.5GHz
Memoria RAM: 4,00 GB
Disco duro: 500 GB
Plantilla de pruebas
La plantilla de caso de pruebas que se encuentra en el cuadro 20, para
validar los diferentes escenarios está directamente relacionada con los casos de uso
o cada funcionalidad del sistema. Las pruebas fueron realizadas por los autores del
proyecto y supervisadas por el Ing. José Jalil González técnico supervisor de la
hacienda María Auxiliadora.
79
Cuadro 22. Matriz De Plantilla De Prueba
ID
CASO DE
PRUEBA
RESPONSABLE
DE EJECUCIÓN
DESCRIPCIÓN
ACCIÓN A
REALIZAR
RESULTADO
ESPERADO
RESULTADO
OBTENIDO
ESTADO
CASO DE
PRUEBA
1 Visualización del
resultado de variable:
Temperatura
Nombre del tester
que ejecutó el
caso de prueba
Se probará la
respuesta del
sistema cuando
se presente X
escenario
Resultado ideal
de la aplicación
Resultados
luego de la
ejecución del
caso de prueba
Si fue éxitoso,
fallido o
pendiente de
ejecución
2 Visualización del
resultado de variable:
Humedad relativa
3 Visualización del
resultado de variable:
Humedad de suelo
4 Mostrar alerta de
rangos en variable:
Temperatura
5 Mostrar alerta de
rangos en variable:
Humedad relativa
6 Mostrar alerta de
rangos en variable:
Humedad de suelo
Fuente: Datos de la investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
80
Cuadro 23. Resultados de Matriz De Plantilla De Prueba
ID
CASO DE
PRUEBA
RESPONSABLE
DE EJECUCIÓN
DESCRIPCIÓN
ACCIÓN A
REALIZAR
RESULTADO
ESPERADO
RESULTADO
OBTENIDO
ESTADO
CASO DE
PRUEBA
1 Visualización del
resultado de
variable:
Temperatura
Ingeniero Agrónomo
José Luis Jalil
Se probará la
respuesta de los
sensores de
temperatura
colocados dentro de
la plantación.
Ingresar al
aplicativo Web,
hacer clic en el
nodo y clic en
sensor de
temperatura.
El resultado
ideal: visualizar
la gráfica de
Temperatura.
Visualización de
gráfica de
Temperatura,
que nos muestra
un 29°.
Exitoso
2 Visualización del
resultado de
variable: Humedad
relativa
Ingeniero Agrónomo
José Luis Jalil
Se probará la
respuesta de los
sensores de
humedad relativa
colocados dentro de
la plantación.
Ingresar al
aplicativo Web,
hacer clic en el
nodo y clic en
sensor de
humedad
relativa.
El resultado
ideal: visualizar
la gráfica de
Humedad
Relativa.
Visualización de
gráfica de
Humedad
Relativa, que
nos muestra un
68%.
Exitoso
3 Visualización del
resultado de
variable: Humedad
de suelo
Ingeniero Agrónomo
José Luis Jalil
Se probará la
respuesta de los
sensores de
humedad del suelo
colocados dentro de
la plantación.
Ingresar al
aplicativo Web,
hacer clic en el
nodo y clic en
sensor de
humedad del
suelo.
El resultado
ideal: visualizar
la gráfica de
Humedad del
suelo.
Visualización de
gráfica de
Humedad del
suelo, que nos
muestra un 460
Exitoso
4 Mostrar alerta de
rangos en variable:
Temperatura
Ingeniero Agrónomo
José Luis Jalil
Se probará la
respuesta del
sistema para
mostrar el mensaje
de alerta “Fuera de
Ingresar al
aplicativo Web,
hacer clic en el
nodo y clic en
El resultado
ideal: visualizar
mensaje de
alerta
“Mediciones
Visualización de
mensaje de
alerta
“Mediciones
Exitoso
81
Rango” del sensor
de temperatura
colocados dentro de
la plantación.
sensor de
temperatura.
fuera de rango
establecido” del
sensor de
temperatura.
fuera de rango
establecido”
5 Mostrar alerta de
rangos en variable:
Humedad relativa
Ingeniero Agrónomo
José Luis Jalil
Se probará la
respuesta del
sistema para
mostrar el mensaje
de alerta “Fuera de
Rango” del sensor
de humedad relativa
colocados dentro de
la plantación.
Ingresar al
aplicativo Web,
hacer clic en el
nodo y clic en
sensor de
humedad
relativa.
El resultado
ideal: visualizar
mensaje de
alerta
“Mediciones
fuera de rango
establecido” del
sensor de
humedad
relativa.
Visualización de
mensaje de
alerta
“Mediciones
fuera de rango
establecido”
Exitoso
6 Mostrar alerta de
rangos en variable:
Humedad de suelo
Ingeniero Agrónomo
José Luis Jalil
Se probará la
respuesta del
sistema para
mostrar el mensaje
de alerta “Fuera de
Rango” del sensor
de humedad del
suelo colocados
dentro de la
plantación.
Ingresar al
aplicativo Web,
hacer clic en el
nodo y clic en
sensor de
humedad del
suelo.
El resultado
ideal: visualizar
mensaje de
alerta
“Mediciones
fuera de rango
establecido” del
sensor de
humedad del
suelo.
Visualización de
mensaje de
alerta
“Mediciones
fuera de rango
establecido”
Exitoso
Fuente: Datos de la investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
82
Resultado de pruebas
A través de la ejecución del plan de pruebas se pudo encontrar pocos fallos
en el sistema, por otro lado, igualmente se observó que los requerimientos fueron
cumplidos y que el proyecto cumple con todas las especificaciones.
A continuación, se presentan algunas observaciones encontradas en la
funcionalidad del prototipo:
En las pruebas de alertas se evidenció un retraso o delay en la actualización
del mensaje de alerta, por lo tanto, no se podía tener información clara y
precisa de las condiciones ambientales.
Ilustración 31. Error En Actualización Del Mensaje De Fuera de Rango
Fuente: Datos de la investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
83
Procesamiento y análisis
El procesamiento y análisis de encuesta de satisfacción del proyecto se llevó
acabo en base a las siguientes preguntas con el total respaldo del personal
profesional del proceso de producción de la hacienda, encargado de la cosecha y
empaquetado del banano.
Pregunta 1: ¿La respuesta del sistema para mostrar las mediciones y
gráficas en el aplicativo web de los sensores de temperatura se ejecutó con éxito?
Cuadro 24. Resultado Pregunta 1
OPCIONES RESPUESTAS PORCENTAJES
Si 10 100%
No 0 0%
TOTAL 10 100%
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Ilustración 32. Resultado Pregunta 1
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
100%
0%
Si No
84
Análisis: Se preguntó al personal profesional del proceso de producción de
la hacienda de la hacienda María Auxiliadora si los resultados arrojados por los
sensores de temperatura eran correctos. El 100% de los encuestados dijeron que son
correctos los resultados del sensor de temperatura y ninguno de los encuestados
mencionan lo contrario.
Pregunta 2: ¿La respuesta del sistema para mostrar las mediciones y
gráficas en el aplicativo web de los sensores de humedad relativa se ejecutó con
éxito?
Cuadro 25. Resultado Pregunta 2
OPCIONES RESPUESTAS PORCENTAJES
Si 10 100%
No 0 0%
TOTAL 10 100%
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Ilustración 3330. Resultado Pregunta 2
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
100%
0%
Si No
85
Análisis: Se preguntó al personal profesional del proceso de producción de
la hacienda María Auxiliadora si los resultados arrojados por los sensores de
humedad relativa eran correctos. El 100% de los encuestados dijeron que se pudieron
visualizar y que eran correctos los resultados del sensor de humedad relativa y
ninguno de los encuestados mencionan lo contrario.
Pregunta 3: ¿La respuesta del sistema para mostrar las mediciones y
gráficas en el aplicativo web de los sensores de humedad del suelo se ejecutó con
éxito?
Cuadro 26. Resultado Pregunta 3
OPCIONES RESPUESTAS PORCENTAJES
Si 10 100%
No 0 0%
TOTAL 10 100%
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Ilustración 34. Resultado Pregunta 3
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
100%
0%
Si No
86
Análisis: Se preguntó al personal profesional del proceso de producción de
la hacienda María Auxiliadora si los resultados arrojados por los sensores de
humedad del suelo eran correctos. El 100% de los encuestados dijeron que eran
correctos los resultados del sensor de humedad del suelo y ninguno de los
encuestados mencionan lo contrario.
.
Pregunta4: ¿La respuesta del sistema para mostrar el mensaje de alerta
“fuera de rango establecido” en el aplicativo web de los sensores de temperatura se
ejecutó con éxito?
Cuadro 27. Resultado Pregunta 4
OPCIONES RESPUESTAS PORCENTAJES
Si 7 70%
No 3 30%
TOTAL 10 100%
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Ilustración 35. Resultado Pregunta 4
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
70%
30%
Si No
87
Análisis: De la encuesta que se realizó al personal profesional del proceso
de producción de la hacienda María Auxiliadora se observa mediante el grafico que
un total de 70% de los encuestados afirman que si se ejecutó con éxito el mensaje de
“fuera de rango establecido” del sensor de temperatura mientras que el 30% expreso
que no se ejecutó con éxito.
Pregunta 5: ¿La respuesta del sistema para mostrar el mensaje de “fuera
de rango establecido” en el aplicativo web de los sensores de humedad relativa se
ejecutó con éxito?
Cuadro 28. Resultado Pregunta 5
OPCIONES RESPUESTAS PORCENTAJES
Si 7 70%
No 3 30%
TOTAL 10 100%
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Ilustración 36. Resultado Pregunta 5
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
70%
30%
Si No
88
Análisis: De la encuesta que se realizó al personal profesional del proceso
de producción de la hacienda María Auxiliadora se observa mediante el grafico que
un total de 70% de los encuestados afirman que si se ejecutó con éxito el mensaje de
“fuera de rango establecido” del sensor de humedad relativa mientras que el 30%
expreso que no se ejecutó con éxito.
Pregunta 6: ¿La respuesta del sistema para mostrar el mensaje de “fuera
de rango establecido” en el aplicativo web de los sensores de humedad del suelo se
ejecutó con éxito?
Cuadro 29. Resultado Pregunta 6
OPCIONES RESPUESTAS PORCENTAJES
Si 7 70%
No 3 30%
TOTAL 10 100%
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Ilustración 37. Resultado Pregunta 6
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
70%
30%
Si No
89
Análisis: De la encuesta que se realizó al personal profesional del proceso
de producción de la hacienda María Auxiliadora se observa mediante el grafico que
un total de 70% de los encuestados afirman que si se ejecutó con éxito el mensaje de
“fuera de rango establecido” del sensor de humedad del suelo mientras que el 30%
expreso que no se ejecutó con éxito.
.
90
CAPÍTULO IV
Criterios de aceptación del producto o servicio
Presentamos los criterios de aceptación del diseño del sistema de monitoreo
de variables ambientales, para determinar si el proyecto satisface las necesidades de
la hacienda María Auxiliadora y cumple con lo acordado en la propuesta presentada
y en el informe encontramos los mecanismos de control, definimos los métodos para
corrección y se detallan las medidas, métricas e indicadores.
Cuadro 30. Criterios De Aceptación Del Producto O Servicio
CRITERIOS DE ACEPTACIÓN REQUERIMIENTOS CUMPLIMIENTO
Encuesta al personal de la
hacienda
Recolección de
Información de las
variables ambientales
100%
Diseño de un sistema como
mejora a los métodos de
monitoreo de variables
ambientales en los cultivos de
banano
Análisis de los
resultados observados
en la información
80%
Se muestra el sistema al
supervisor de monitoreo de las
variables ambientales
Diseño del sistema en
base a tecnologías
propuestas
100%
Se desarrolla el prototipo que
cumpla con los objetivos
entregados y mejore la eficiencia
de la hacienda
Desarrollo del prototipo 100%
Pruebas de funcionamiento del
prototipo
Pruebas del prototipo de
variables ambientales
100%
Elaboración del manual de
usuario del manejo de la
aplicación.
Manual de usuario de la
aplicación. 100%
Fuente: Datos de la Investigación
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
91
Conclusiones Como conclusión sobre nuestro trabajo de titulación podemos concluir que:
Luego de los resultados de las pruebas se puede observar que los tiempos de
respuestas para la obtención de los datos se realiza cada 30 segundos, lo cual
garantiza que la red de sensores no se sature, congele el sistema y obtener
una mayor duración de las baterías. De esta manera, nuestros dispositivos
trabajan de forma adecuada para un correcto monitoreo de las variables
ambientales.
El diseño de la red de sensores permite recoger y monitorear correctamente
los valores de las diferentes variables ambientales de manera inalámbrica y
medir que cada una se encuentre dentro de los rangos adecuados para el
cultivo de banano.
El sistema les permite, a través de su interfaz gráfica, la visualización del
estatus de las diferentes variables ambientales incidentes en el cultivo de
banano para la disposición de la información de forma continua y en tiempo
real.
Se puede concluir que esta propuesta tecnológica si es factible desarrollarse,
ya que usamos dispositivos de bajo costo y de fácil implementación, lo cual la
hace posible para el sector del agro de bajo recursos económicos
Recomendaciones
Para tener una alimentación de energía prolongada sobre el sistema, se
necesita que se instalen paneles solares. Estas baterías de litio recargables
92
para el abastecimiento de energía a los nodos tienen una duración de
aproximadamente un año.
Darle capacitación al personal encargado del cultivo y mantenimiento de la
herramienta tecnológica con su respectivo manual de usuario. Para un
correcto uso.
Se recomienda para un análisis físico-químico, como lo sería medir el nivel de
nitrógeno y salinidad del suelo, hacerlos en laboratorios especializados para
un mejor control, ya que son propiedades importantes que considerar para un
cultivo sano.
Se recomienda para una mayor duración del sistema, darle mantenimiento
preventivo y correctivo a los dispositivos que lo ameriten, para que no haya
una interrupción en el sistema.
Para un futuro y mejora del sistema, se recomienda el diseño de una interfaz
amigable para el usuario, de la base de datos para futuras consultas
estadísticas.
93
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100
ANEXOS
101
Anexo 1.
Cronograma
Nombre de tarea Duración Comienzo Fin
Proyecto: Sistema de monitoreo de variables ambientales
Inicio del Proyecto 7 días lun 24/9/18 dom 30/9/18
Planeación 8 días lun 24/9/18 lun 1/10/18
Elaboración de cronograma de actividades
1 día lun 24/9/18 lun 24/9/18
Análisis de factibilidad y herramientas existentes
4 días mar 25/9/18 vie 28/9/18
Definir los requerimientos y alcance del proyecto
3 días sáb 29/9/18 lun 1/10/18
Ejecución 40 días mié 3/10/18 dom 11/11/18
Visita de campo y levantamiento de información
3 días mié 3/10/18 vie 5/10/18
Programación de Módulos wifi en Arduino UNO R3 para lectura de datos de los sensores utilizando la IDE de Arduino
4 días sáb 6/10/18 mar 9/10/18
Programación de Arduinos UNO R3 para comunicación punto a punto utilizando módulo XBee 802.15.4
5 días mié 10/10/18 dom 14/10/18
Programación de Arduino Uno R3 para comunicación con la PC mediante protocolo serial
4 días lun 15/10/18 jue 18/10/18
Programación utilizando código Python y configuración de MySql para lectura y almacenamiento de datos
3 días vie 19/10/18 dom 21/10/18
Programación de aplicación web utilizando framework React y Laravel para visualización de datos en la interfaz grafica
21 días lun 22/10/18 dom 11/11/18
Monitoreo y control 15 días mié 7/11/18 mié 21/11/18
Pruebas Unitarias 8 días mié 7/11/18 mié 14/11/18
Pruebas de funcionamiento 6 días jue 15/11/18 mar 20/11/18
Elaboración de manual de usuario 1 día mié 21/11/18 mié 21/11/18
Cierre del Proyecto 4 días jue 22/11/18 dom 25/11/18
Conclusiones y Recomendaciones del proyecto
4 días jue 22/11/18 dom 25/11/18
102
Anexo 2.
Encuesta
Universidad De Guayaquil
Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas
Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones
Tema: Diseño de un sistema de monitoreo de variables ambientales que inciden
en el crecimiento del cultivo de banano en la hacienda maría auxiliadora del
cantón el triunfo.
1.- ¿Cree usted que los métodos manuales en la medición de variables ambientales
son confiables?
Si
No
2.- ¿Está usted de acuerdo al uso de tecnologías en la hacienda María Auxiliadora,
para mejorar el control en la producción?
Totalmente de acuerdo
De acuerdo
Indiferente
En desacuerdo
Totalmente en desacuerdo
3.- ¿Considera usted que la medición de las variables ambientales en los cultivos de
banano es una actividad crítica dentro del proceso de producción?
Muy alto
Alto
Medio
Bajo
Muy bajo
103
4.- ¿Considera usted que la temperatura, humedad relativa y humedad del suelo son
variables fundamentales que inciden en el crecimiento de la planta de banano?
Muy alto
Alto
Medio
Bajo
Muy bajo
5.- ¿Está usted de acuerdo en usar un sistema que permita el monitoreo de forma
automatizada de la temperatura, humedad relativa y la humedad del suelo en las
plantaciones de banano?
Muy de acuerdo
De acuerdo
Indiferente
En desacuerdo
Totalmente en desacuerdo
104
Anexo 3.
ENCUESTA AL PERSONAL ADMINISTRATIVO Y DE MANTENIMIENTO DE LA
HACIENDA MARÍA AUXILIADORA
El levantamiento de información en campo se realizó en base a la realización de cinco
preguntas que se muestran a continuación:
Pregunta 1: ¿Cree usted que los métodos manuales en la medición de
variables ambientales son confiables?
Cuadro. Resultado Pregunta 1
OPCIONES RESPUESTAS PORCENTAJES
Si 2 20%
No 8 80%
TOTAL 10 100%
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Gráfico. Resultado Pregunta 1
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
20%
80%
Si No
105
Análisis: Se preguntó al personal de siembra y mantenimiento de la
hacienda María Auxiliadora si consideran que los métodos manuales son confiables
para el control de variables ambientales en la plantación de banano. El 80% dijo que
no son confiables estos métodos manuales y el 20% restante mencionan que son
confiables estos métodos
Pregunta 2: ¿Está usted de acuerdo al uso de tecnologías en la hacienda
María Auxiliadora, para mejorar el control en la producción?
Cuadro. Resultado Pregunta 2
OPCIONES RESPUESTAS PORCENTAJES
Total de acuerdo 2 20%
De acuerdo 7 70%
Indiferente 1 10%
En desacuerdo 0 0%
Total en desacuerdo 0 0%
TOTAL 10 100%
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Gráfico. Resultado Pregunta 2
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
20%
70%
10% 0%0%
totalmente de acuerdo
De acuerdo
Indiferente
En desacuerdo
totalmente en desacuerdo
106
Análisis: Se pregunto al personal de siembra y mantenimiento de la
hacienda María Auxiliadora sí está de acuerdo al uso de tecnologías para mejorar el
control de la producción. Lo que dio como resultado que el 70% está de acuerdo, así
como el 20% de los encuestados están muy de acuerdo dando como total un 90% y
tan solo el 10% estableció que le es indiferente.
Pregunta 3: ¿Considera usted que la medición de las variables ambientales
en los cultivos de banano es una actividad critica dentro del proceso de producción?
Cuadro. Resultado Pregunta 3
OPCIONES RESPUESTAS PORCENTAJES
Muy alto 8 80%
Alto 1 10%
Medio 0 0%
Bajo 0 0%
Muy bajo 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Gráfico. Resultado Pregunta 3
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
80%
10%
0%0%
10%Muy alto
Alto
Medio
Bajo
Muy bajo
107
Análisis: Se preguntó al personal de siembra y mantenimiento de la
hacienda María Auxiliadora si considera que la medición de las variables ambientales
en los cultivos de banano es una actividad critica dentro del proceso de producción.
El 80% de los encuestados dijo que es muy alto, así como otro 10% dijo que es alto
dando como total un 90% de los encuestados que mencionan que si es muy
importante para el desarrollo de la planta y tan solo el 10% dijo que no es importante.
Pregunta 4: ¿Considera usted que la temperatura, humedad relativa y
humedad del suelo son variables fundamentales que inciden en el crecimiento de la
planta de banano?
Cuadro. Resultado Pregunta 4
OPCIONES RESPUESTAS PORCENTAJES
Muy alto 7 70%
Alto 1 10%
Medio 0 0%
Bajo 1 10%
Muy bajo 1 10%
TOTAL 10 100%
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
108
Gráfico. Resultado Pregunta 4
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Análisis: De la encuesta que se realizó al personal encargado del cultivo y
mantenimiento de la hacienda María Auxiliadora se observa mediante el grafico N que
un total de 70% de los encuestados afirman que las variables ambientales tales como:
temperatura, humedad relativa y humedad del suelo son importantes y que si inciden
en el crecimiento de la planta de banano y tan solo el 20% restante establece que no
es de gran importancia.
Pregunta 5: ¿Está usted de acuerdo en usar un sistema que permita el
monitoreo de forma automatizada de la temperatura, humedad relativa y la humedad
del suelo en las plantaciones de banano?
Cuadro. Resultado Pregunta 5
OPCIONES RESPUESTAS PORCENTAJES
Muy de acuerdo 7 70%
De acuerdo 2 20%
70%
10%0%10%
10% Muy alto
Alto
Medio
Bajo
Muy bajo
109
Indiferente 0 0%
En desacuerdo 1 10%
Muy en desacuerdo 0 0%
TOTAL 10 100%
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Gráfico. Resultado Pregunta 5
Fuente: Datos de la encuesta
Elaboración: Christian Ortiz, Kevin Torres
Análisis: Esta encuesta que se realizó con la intención de saber si el
personal encargado del cultivo y mantenimiento de la hacienda María Auxiliadora,
encabezado por su técnico fitosanitario y técnicos agrónomos los cuales son parte de
los beneficiados indirectos de este proyecto, están de acuerdo en usar un sistema
que permita el monitoreo de forma automatizada de la temperatura, humedad relativa
y la humedad del suelo en las plantaciones de banano. Lo que dio como resultado
que el 70% está muy de acuerdo, así como el 20% de los encuestadas está de
acuerdo dando como total el 90% conforme con la propuesta y tan solo el 10%
mencionaron que estaban en desacuerdo.
70%
20%
0%10% 0%
totalmente de acuerdo
De acuerdo
Indiferente
En desacuerdo
110
Anexo 4.
Manual De Usuario de la Aplicación
1. Objetivo: Este manual le permitirá el manejo de la aplicación web del sistema de
monitoreo de variables ambientales (temperatura, humedad relativa y humedad del
suelo).
2. Alcance:
Este manual consiste en seguir las actividades para el uso del aplicativo de monitoreo
de variables ambientales desde el ingreso del sistema, hasta visualización de nodos,
gráficas y alertas de rangos.
3. Contenido:
Acceso al sistema de monitoreo de variables ambientales
Abra el navegador de su preferencia puede ser Google Chrome, Safari, Mozilla
Firefox, Opera etc.
En la barra de direcciones (URL) tecleamos http://127.0.0.1:8000 o
localhost:8000
A continuación, se observará una imagen de carga de la aplicación web.
111
1. Funcionalidad del sistema de monitoreo de variables ambientales
A continuación, aparecerá la interfaz de la Aplicación Web del sistema y la
visualización de todos los nodos sensores que conforman el clúster y el
número de sensores en cada nodo, dando clic en ver sensores se mostrara
los sensores que conforman el nodo.
112
Ver de sensores: Se observa los tipos de sensores y el número de
mediciones hechas, luego de clic en ver mediciones para ver las grafica del
sensor.
Ver mediciones: Muestra la gráfica de los datos recibidos en tiempo real ya
sea de temperatura, humedad relativa o la humedad del suelo. Donde se
detalla los valores máximos y mínimos aceptables correspondiente a cada
variable ambiental como se muestra en las siguientes imágenes
Humedad Relativa
113
Temperatura
Humedad del suelo
2. Alertas del sistema de monitoreo de variables ambientales
El usuario observara un mensaje de alerta en la parte superior de la gráfica,
ya sea por la temperatura, humedad relativa o la humedad del suelo estén
fuera de los rangos aceptables correspondiente al parámetro como se muestra
en las siguientes imágenes.
114
Alerta de Temperatura
Alerta de Humedad relativa
115
Alerta de Humedad de suelo
116
Anexo 5.
Código Sistema De Monitoreo de Variables Ambientales
resources/js/JS app.js
import React, { Component } from 'react'
import ReactDOM from 'react-dom'
import Router from './router'
import { I18nextProvider } from 'react-i18next'
import i18n from './langs'
import { Provider } from 'react-redux'
import store from './store'
export default class App extends Component {
render() {
return (
<Provider store={store}>
<I18nextProvider i18n={i18n}>
<Router/>
</I18nextProvider>
</Provider>
)
}
}
117
ReactDOM.render(<App/>, document.getElementById('app'))
resources/js/pages/Clusters.js
import React, { Component } from 'react'
import { Link } from 'react-router-dom'
import { withNamespaces } from 'react-i18next'
import { connect } from 'react-redux'
import { bindActionCreators } from 'redux'
import { setLoading } from '../store/actions'
import Api from '../services/api'
import Array from '../libraries/array'
import Paginator from '../components/Paginator'
import Card from '../components/Card'
import Navbar from '../components/Navbar'
import String from '../libraries/string'
class Home extends Component {
constructor(props) {
super(props)
this.state = {
currentPage: 0,
118
lastPage: 0,
clusters: []
}
this.onPaginate = this.onPaginate.bind(this)
}
componentWillMount() {
this.downloadClusters()
}
onPaginate (page) {
this.downloadClusters(page)
}
downloadClusters(page) {
this.setState({clusters: []})
this.props.setLoading(true)
Api.clusters(page).then(paginator => {
this.setState({
currentPage: paginator.current_page,
lastPage: paginator.last_page,
clusters: Array.chunk(paginator.data, 3),
})
this.props.setLoading(false)
119
})
}
render() {
return (
<React.Fragment>
<Navbar title={String.capitalize(this.props.t('nodes'))}/>
<div className="container">
<Paginator
onPaginate={this.onPaginate}
currentPage={this.state.currentPage}
lastPage={this.state.lastPage}/>
{this.state.clusters.map((chunk, index) =>
<div key={index} className="row">
{chunk.map((cluster, subindex) =>
<div key={subindex} className="col-sm-4">
<Card header={cluster.name} footer={<Link
to={`/nodes/${cluster.id}/sensors`}>{String.capitalize(this.props.t('see-
sensors'))}</Link>}>
{cluster.sensors_count} {this.props.t('sensors')}
</Card>
<br/>
</div>)}
</div>
120
)}
</div>
</React.Fragment>
)
}
}
const mapDispatchToProps = dispatch => bindActionCreators({setLoading},
dispatch)
const componentWithTranslations = withNamespaces('translations')(Home)
const componentWithStore = connect(null,
mapDispatchToProps)(componentWithTranslations)
export default componentWithStore
resources/js/pages/Measurements.js
import React, { Component } from 'react'
import Api from '../services/api'
import { connect } from 'react-redux'
import { withNamespaces } from 'react-i18next'
import { bindActionCreators } from 'redux'
import { setLoading } from '../store/actions'
import Navbar from '../components/Navbar'
121
import GoogleCharts from '../libraries/google-charts/index'
import Card from '../components/Card'
class Measurement extends Component {
constructor(props) {
super(props)
this.clusterId = this.props.match.params.clusterId
this.sensorId = this.props.match.params.sensorId
this.state = {
sensor: null,
measurements: [],
outOfRange: false,
}
}
componentWillUnmount() {
clearInterval(this.state.looper)
}
componentWillMount() {
this.props.setLoading(true)
this.downloadMeasurements().then(() => this.props.setLoading(false))
122
this.setState({looper: setInterval(() => this.downloadMeasurements(), 5000)})
}
downloadMeasurements() {
return Api.measurements(this.clusterId, this.sensorId, 100).then(values => {
const {measurements, sensor} = values
const data = []
let outOfRange = false
measurements.map(item => {
if(item.value>sensor.max || item.value<sensor.min) {
outOfRange = true
}
data.push([
sensor.min, item.value, sensor.max
])
})
this.setState({measurements: data, sensor, outOfRange})
})
}
render() {
return (
<React.Fragment>
<Navbar title={this.state.sensor ? this.state.sensor.name : ''}/>
123
<div className="container">
<br/>
{this.state.outOfRange && (
<div className="alert alert-danger" role="alert">
<strong>Fuera de rango!</strong> El sensor tiene mediciones
fuera del rango establecido.
</div>
)}
<Card>
{this.state.measurements.length > 0 &&
<GoogleCharts
id="measurementsChart"
labels={['Mínimo', 'Valor', 'Máximo']}
data={this.state.measurements}/>
}
</Card>
</div>
</React.Fragment>
)
}
}
124
const mapDispatchToProps = dispatch => bindActionCreators({setLoading},
dispatch)
const componentWithTranslations = withNamespaces('translations')(Measurement)
const componentWithStore = connect(null,
mapDispatchToProps)(componentWithTranslations)
export default componentWithStore
resources/js/pages/Sensors.js
import React, { Component } from 'react'
import { Link } from 'react-router-dom'
import { withNamespaces } from 'react-i18next'
import { connect } from 'react-redux'
import Api from '../services/api'
import Array from '../libraries/array'
import Paginator from '../components/Paginator'
import Card from '../components/Card'
import { bindActionCreators } from 'redux'
import { setLoading } from '../store/actions'
import Navbar from '../components/Navbar'
import String from '../libraries/string'
125
class sensors extends Component {
constructor(props) {
super(props)
this.clusterId = this.props.match.params.clusterId
this.state = {
currentPage: 0,
lastPage: 0,
sensors: []
}
this.onPaginate = this.onPaginate.bind(this)
}
componentWillMount() {
this.downloadSensors()
}
onPaginate (page) {
this.downloadSensors(page)
}
downloadSensors(page) {
this.setState({sensors: []})
this.props.setLoading(true)
126
Api.sensors(this.clusterId, page).then(values => {
const {sensors, cluster} = values
this.setState({
cluster: cluster,
currentPage: sensors.current_page,
lastPage: sensors.last_page,
sensors: Array.chunk(sensors.data, 3),
})
this.props.setLoading(false)
})
}
render() {
return (
<React.Fragment>
<Navbar title={this.state.cluster ? this.state.cluster.name : ''}/>
<div className="container">
<Paginator
onPaginate={this.onPaginate}
currentPage={this.state.currentPage}
lastPage={this.state.lastPage}/>
{this.state.sensors.map((chunk, index) =>
127
<div key={index} className="row">
{chunk.map((sensor, subindex) =>
<div key={subindex} className="col-sm-4">
<Card header={sensor.name} footer={<Link
to={`/nodes/${this.clusterId}/sensors/${sensor.id}/measurements`}>{String.capitalize(
this.props.t('see-measurements'))}</Link>}>
{sensor.measurements_count}
{this.props.t('measurements')}
</Card>
<br/>
</div>)}
</div>
)}
</div>
</React.Fragment>
)
}
}
const mapDispatchToProps = dispatch => bindActionCreators({setLoading},
dispatch)
const componentWithTranslations = withNamespaces('translations')(sensors)
128
const componentWithStore = connect(null,
mapDispatchToProps)(componentWithTranslations)
export default componentWithStore
resources/js/services/api/index.js
import Http from '../http'
import config from './config'
const http = new Http(config).http
export default {
clusters (page = 0, quantity = 9) {
const url = `/clusters?quantity=${quantity}&page=${page}`
return http.get(url).then(response => response.data)
},
sensors(clusterId, page = 0, quantity = 9) {
const url = `/clusters/${clusterId}/sensors?quantity=${quantity}&page=${page}`
return http.get(url).then(response => ({
'sensors': response.data.paginator,
'cluster': response.data.cluster
}))
},
129
measurements(clusterId, sensorId, quantity = 9) {
const url =
`/clusters/${clusterId}/sensors/${sensorId}/measurements?quantity=${quantity}`
return http.get(url).then(response => ({
'measurements': response.data.measurements,
'sensor': response.data.sensor
}))
}
}
Resources/routes/api.php
use Illuminate\Http\Request;
/*
|--------------------------------------------------------------------------
| API Routes
|--------------------------------------------------------------------------
|
| Here is where you can register API routes for your application. These
| routes are loaded by the RouteServiceProvider within a group which
| is assigned the "api" middleware group. Enjoy building your API!
|
*/
130
/*Route::middleware('auth:api')->get('/user', function (Request $request) {
return $request->user();
});*/
Route::get('/clusters', 'Api\ClustersController@index');
Route::get('/clusters/{id}/sensors', 'Api\SensorsController@findInCluster');
Route::get('/clusters/{cuslterId}/sensors/{sensorId}/measurements',
'Api\MeasurementsController@findInSensor');
app/Http/Controllers/Api/ClustersController.php
namespace App\Http\Controllers\Api;
use Illuminate\Http\Request;
use App\Http\Controllers\Controller;
use App\Cluster;
class ClustersController extends Controller
{
function index(Request $request) {
return response()->json(Cluster::withCount('sensors')->paginate($request-
>quantity??10));
}
}
131
app/Http/Controllers/Api/MeasurementsController.php
namespace App\Http\Controllers\Api;
use Illuminate\Http\Request;
use App\Http\Controllers\Controller;
use App\Sensor;
class MeasurementsController extends Controller
{
function findInSensor(Request $request, $clusterId, $sensorId)
{
$sensor = Sensor::where('cluster_id', $clusterId)->where('id', $sensorId)->first();
$measurements = $sensor->measurements()
->orderBy('id',' desc')
->take($request->quantity??10)
->get();
return response()->json([
'measurements' => $measurements,
'sensor' => $sensor
]);
}
}
app/Http/Controllers/Api/SensorsController.php
namespace App\Http\Controllers\Api;
use Illuminate\Http\Request;
132
use App\Http\Controllers\Controller;
use App\Sensor;
use App\Cluster;
class SensorsController extends Controller
{
function findInCluster(Request $request, $clusterId)
{
$cluster = Cluster::find($clusterId);
return response()->json([
'paginator' => Sensor::withCount('measurements')->where('cluster_id',
$clusterId)->paginate($request->quantity??10),
'cluster' => $cluster
]);
}
}
CODIGO PYTHON PARA CONEXION CON BASE DE DATOS
Index.py
from serialport import SerialPort
from database.mysql import MySQL
from datetime import datetime
from env import Env
from errors import Errors
class Main:
133
DEBUG = True
@staticmethod
def debug(message):
if Main.DEBUG:
print('{now} [Main] {message}'.format(now = datetime.now(), message =
message))
def __init__(self):
self.env = Env('.env')
Main.DEBUG = True
if self.env.get('APP.DEBUG') == 'true':
SerialPort.DEBUG = True
MySQL.DEBUG = True
self.database = MySQL(
password = self.env.get('DATABASE.PASSWORD'),
database = self.env.get('DATABASE.DATABASE')
)
self.serial = SerialPort(self.env.get('SERIAL.PORT'), timeout = 0)
def loop(self):
while True:
try:
line = self.serial.read_line()
arguments = line.split(';')
if len(arguments) is not 4:
134
raise Exception('Not enough data received "{data}"'.format(data =
arguments))
data = {
'Humedad relativa': float(arguments[0]),
'Temperatura': float(arguments[1]),
'Humedad en el suelo': float(arguments[2]),
'sensor': int(arguments[3]),
}
sql_select = 'SELECT id, name FROM sensors where cluster_id =
{cluster_id}'.format(cluster_id = data['sensor'])
sensors = self.database.fetch(sql_select)
ID = 0
NAME = 1
for sensor in sensors:
if sensor[NAME] in data:
sql_insert = 'INSERT INTO measurements (value, sensor_id)
VALUES ({value}, {sensor_id})'.format(value = data[sensor[NAME]], sensor_id =
sensor[ID])
self.database.execute(sql_insert)
else:
raise Exception('No such sensor "{sensor}" in received data
"{data}"'.format(sensor = sensor[NAME], data = data))
except Exception as error:
Main.debug(Errors.get_stack_trace())
Main.debug(error)
if __name__ == '__main__':
135
Main().loop()
Librería env.py
from os import getcwd
from os import path
from datetime import datetime
def split_once(text, delimiter):
position = text.find(delimiter)
return [
text[0:position].strip(),
text[position + 1:].strip()
]
class NoSuchEnvVariableException(Exception):
pass
class Env:
DEBUG = False
@staticmethod
def debug(message):
if Env.DEBUG:
print('{now} [Env] {message}'.format(now = datetime.now(), message =
message))
def __init__(self, env_path = None, defaults = {}):
136
if env_path is None:
env_path = path.join(getcwd(), '..', '.env')
self.path = env_path
self.values = defaults
lines = open(self.path).readlines()
last_section = ''
for line in lines:
line = line.strip()
if line.startswith('[') and line.endswith(']'):
last_section = line[1:-1]
else:
key, value = split_once(line, '=')
key = last_section + '.' + key if last_section is not '' else key
self.values[key] = value
Env.debug(key + ': ' + value)
def __str__(self):
return str({
'path': self.path,
'values': self.values,
})
def get(self, key, default = None):
if key in self.values.keys():
return self.values[key]
137
else:
if default:
return default
else:
raise NoSuchEnvVariableException('Env file does not contains
"{value}"'.format(value = key))
if __name__ == '__main__':
env = Env()
print({
'server': env.get('DATABASE.SERVER'),
'port': env.get('DATABASE.PORT'),
'username': env.get('DATABASE.USERNAME'),
'password': env.get('DATABASE.PASSWORD')
})
Archivo .env
[APP]
DEBUG = true
[DATABASE]
HOSTNAME = 127.0.0.1
USERNAME = root
PASSWORD =
DATABASE = bananodatabase
[SERIAL]
138
PORT = COM10
Librería de conexiona base de datos MySql
database/mysql.py
import mysql.connector
from datetime import datetime
class MySQL:
DEBUG = False
@staticmethod
def debug(message):
if MySQL.DEBUG:
print('{now} [MySQL] {message}'.format(now = datetime.now(), message =
message))
def __init__(self, host = '127.0.0.1', user = 'root', password = '', database = ''):
self.host = host
self.user = user
self.password = password
self.database = database
MySQL.debug({
'host': self.host,
'user': self.user,
'database': self.database
})
139
self.connection = mysql.connector.connect(
host = self.host,
user = self.user,
passwd = self.password,
database = self.database
)
self.cursor = self.connection.cursor()
def execute(self, sql):
MySQL.debug(sql)
self.cursor.execute(sql)
self.connection.commit()
def fetch(self, sql):
MySQL.debug(sql)
self.cursor.execute(sql)
return self.cursor.fetchall()
def exists_database(self, database):
databases = self.fetch('show databases')
for current_database in databases:
if current_database[0] == database:
return True
return False
def exists_table(self, table):
140
tables = self.fetch('show tables')
for current_table in tables:
if current_table[0] == table:
return True
return False
if __name__ == '__main__':
database = MySQL(database = 'python-database')
database.execute('drop table if exists users')
database.execute('create table users (name text)')
database.execute("insert into users (name) values ('Danny Vaca')")
users = database.fetch('select * from users')
print('MySQL', users)
Programación para comunicación serial
serialport.py
from serial import Serial
from serial import serialutil
from datetime import datetime
class SerialPortNotFoundException(Exception):
pass
class SerialReadTimeoutException(Exception):
pass
141
class SerialPort:
DEBUG = False
windows_ports = ['com1', 'com2', 'com3', 'com4', 'com5', 'com6', 'com7', 'com8']
linux_ports = ['/dev/ttyACM0', '/dev/ttyACM1', '/dev/ttyUSB0', '/dev/ttyUSB1']
@staticmethod
def debug(message):
if SerialPort.DEBUG:
print('{now} [SerialPort] {message}'.format(now = datetime.now(), message =
message))
@staticmethod
def find(ports = [], baud_rate = 9600):
if len(ports) == 0:
ports = SerialPort.windows_ports + SerialPort.linux_ports
for port in ports:
try:
SerialPort.debug('Finding serial device in port "{port}"'.format(port = port))
return SerialPort(port, baud_rate)
except serialutil.SerialException as exception:
SerialPort.debug(exception)
SerialPort.debug('Any serial device was detected on the available ports')
raise SerialPortNotFoundException('Any serial device was detected on the
available ports')
142
def __init__(self, port, baud_rate = 9600, timeout = 5, charset = 'utf-8'):
self.port = port
self.baud_rate = baud_rate
self.timeout = timeout
self.charset = charset
if self.timeout == 0 :
self.serial = Serial(port = self.port, baudrate = self.baud_rate)
else:
self.serial = Serial(port = self.port, baudrate = self.baud_rate, timeout =
self.timeout)
def __del__(self):
SerialPort.debug('Destroying SerialPort object from port "{port}"'.format(port =
self.port))
if hasattr(self, 'serial'):
SerialPort.debug('Closing serial port')
self.serial.close()
def write(self, data):
encoded_data = data.encode(self.charset)
SerialPort.debug('Sending via serial: "{data}"'.format(data = encoded_data))
self.serial.write(encoded_data)
def write_line(self, data):
data_with_new_line = data + '\r\n'
SerialPort.debug('Sending line via serial "{data}"'.format(data =
data_with_new_line))
self.write(data_with_new_line)
143
def read(self):
character = self.serial.read()
decoded_character = character.decode(self.charset)
if self.timeout != 0:
if decoded_character == '':
SerialPort.debug('Any response into the timeout interval
"{timeout}"'.format(timeout = self.timeout))
raise SerialReadTimeoutException('Any response into the timeout interval
"{timeout}"'.format(timeout = self.timeout))
SerialPort.debug('Receiving via serial "{data}"'.format(data =
decoded_character))
return decoded_character
def read_line(self):
line = ''
while True:
character = self.read()
line = line + character
if character == '\n':
break
SerialPort.debug('Receiving line via serial "{data}"'.format(data = line))
return line
def __str__(self):
return str({
'port': self.port,
'baud_rate': self.baud_rate,
144
'charset': self.charset,
'timeout': self.timeout
})
if __name__=='__main__':
arduino = SerialPort.find()
while True:
if arduino.read_line() == 'OK\r\n':
break
arduino.write('hello my name is danny vaca')
print(arduino)
PROGRAMACIÓN EN ARDUINO
node.ino
#include <DHT11.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266HTTPClient.h>
#define DHTPIN 4
#define SENPIN A0
DHT11 dht11(DHTPIN);
//IPAddress apIP(12, 12, 12, 12);
145
const char *ssid = "THESIS-WSN";
const char *password = "THESIS-WSN123";
void setup() {
//ESP.wdtDisable();
Serial.begin(9600);
while(!Serial);
WiFi.mode(WIFI_STA);
WiFi.begin(ssid, password);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
delay(1000);
Serial.print(".");
}
Serial.print("IP address: ");
Serial.println(WiFi.localIP());
delay(3000);
Serial.println("ok");
//ESP.wdtEnable(WDTO_8S);
}
void loop() {
//ESP.wdtFeed();
//yield();
146
if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
int err, value;
float temp, hum;
//dht11.read(hum, temp);
if((err=dht11.read(hum, temp))==0){
value= analogRead(SENPIN);
//Serial.println(value);
//Serial.println(temp);
//Serial.println(hum);
HTTPClient http;
http.begin("http://12.12.12.12/sensor?a="+String(hum)+"&b="+String(temp)+"&c="+S
tring(value)+"&d=3");
//http.begin("http://12.12.12.12/sensor?a=1&b=2&c=3&d=3");
int httpCode = http.GET();
if (httpCode > 0) {
String payload = http.getString();
Serial.println(payload);
}
http.end();
delay(30000);
}
147
}
}
server.ino
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WebServer.h>
IPAddress apIP(12, 12, 12, 12);
const char *ssid = "THESIS-WSN";
const char *password = "THESIS-WSN123";
ESP8266WebServer server(80);
void setup() {
delay(1000);
Serial.begin(9600);
while(!Serial);
WiFi.mode(WIFI_AP_STA);
WiFi.softAPConfig(apIP, apIP, IPAddress(255, 255, 255, 0));
WiFi.softAP(ssid, password);
IPAddress myIP = WiFi.softAPIP();
148
server.on("/sensor",onSpeedRequested);
server.onNotFound(onNotFoundRequested);
server.begin();
}
void loop() {
server.handleClient();
}
void onSpeedRequested()
{
if(server.args()!=4 || server.arg(0)=="" || server.arg(1)=="" || server.arg(2)=="" ||
server.arg(3)=="")
{
server.send(422,"application/json","{\"state\":\"MISSING_SENSOR\"}");
}
else
{
server.send(200,"application/json","{\"state\":\"OK\"}");
Serial.println(server.arg(0)+";"+server.arg(1)+";"+server.arg(2)+";"+server.arg(3));
}
}
void onNotFoundRequested()
{
server.send(404,"application/json","{\"state\":\"NOT_FOUND\"}");
}
149
xbee.ino
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial mySerial(6, 7); // RX, TX
void setup() {
Serial.begin(9600);
while(!Serial);
mySerial.begin(9600);
//while(!mySerial);
}
void loop() {
if (mySerial.available()) {
char character = mySerial.read();
Serial.print(character);
}
//Serial.println("danny vaca");
//delay(1000);
}
150
Anexo 6.
Proceso De Producción
151
152
153
154
155
156
Anexo 7.
Carta De Aceptación
157
Anexo 8.
Evidencias
Imagen 1. Visita de campo a la Hacienda María Auxiliadora del cantón El
Triunfo
158
Imagen 2. Reunión con el personal profesional encargados del proceso de
producción (mantenimiento, cosecha y empaque) de la Hacienda María
Auxiliadora
159
Imagen 3. Cable Vía para transporte del banano desde la plantación a la
empacadora
160
Imagen 4. Apuntalamiento de Plantas para brindar soporte y evitar caídas
161
Imagen 5. Enfunde de racimos para protección del banano contra insectos
162
Imagen 6. Canales para desagüe de agua lluvias
163
Imagen 7. Meristemas para el cultivo en la Hacienda María Auxiliadora
164
Imagen 8. Pluviómetro para medir la cantidad de lluvia y Anemómetro para
medir la velocidad del viento en la Hacienda María Auxiliadora
165
Imagen 9. Empaquetado de Banano Cavendish para exportar a E.E.U.U.