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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
PROYECTO DE TESIS
“DISEÑO DE UNA RED INALAMBRICA
DE SENSORES DE BAJO CONSUMO
PARA EL MONITOREO DE VARIABLES
AMBIENTALES USADAS EN LA
AGRICULTURA, ALIMENTADO CON
ENERGIA SOLAR”
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE
INGENIERO ELECTRÓNICO
RENZO ARTURO FERNANDO MAHR CALLE
Callao, Enero 2016
PERÚ
2
ÍNDICE
CARÁTULA 1
ÍNDICE 2
INTRODUCCIÓN 4
I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 6
1.1 Determinación del problema 6
1.2 Formulación del problemas 6
1.2.1 Problema General 6
1.2.2 Sub-problemas 6
1.3 Objetivos de la investigación 7
1.3.1 Objetivo General 7
1.3.2 Objetivos Específicos 7
1.4 Justificación 8
1.5 Limitaciones y facilidades 9
1.5.1 Delimitaciones de la investigación 9
1.5.1.1 Delimitación espacial 9
1.5.1.2 Delimitación temporal 9
1.5.1.3 Delimitación social 10
1.5.1.4 Delimitación conceptual 10
1.5.2 Facilidades 10
II. FUNDAMENTO TEÓRICO 10
2.1 Antecedentes de la Investigación 10
2.2 Marco conceptual 12
2.3 Definición de términos 18
III. HIPÓTESIS 20
3.1 Hipótesis General 21
3.1.1 Sub – Hipótesis 21
3
IV. METODOLOGÍA 22
4.1 Relación entre las variables de la investigación 22
4.2 Operacionalización de variables 22
4.3 Tipo de investigación 22
4.4 Nivel de Investigación 22
4.5 Diseño de la investigación 23
4.6 Etapas de la investigación 23
4.7 Población y muestra 23
4.8 Técnicas e instrumentos de recolección de datos 23
4.9 Procedimiento estadístico y análisis de datos 23
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES 24
FUENTES DE INFORMACIÓN 25
Fuentes bibliográficas 25
Fuentes Electrónicas 28
ANEXOS 31
Anexo Nº 1 : Matriz de consistencia 32
4
INTRODUCCION
Existen algunas suposiciones básicas que describirían la realidad en un futuro
próximo de acuerdo a las tendencias actuales en diferentes ámbitos. En una de ellas,
ellos plantean: “Todo será más inteligente” , esto será logrado ya sea instalando
microprocesadores y sensores dentro de todo tipo de dispositivos y sistemas o
creando materiales que respondan a variables físicas tales como la luz, el ruido, los
olores, los campos electromagnéticos, etc. “En muchos lugares, redes de sensores
in situ ayudarán a monitorear el ambiente”. No es necesario esperar hasta un futuro
próximo para descubrir que las redes de sensores se están volviendo quizás la
tendencia más importante de los últimos años, queda claro que en cualquier proceso
la cantidad de información que se puede obtener de él nunca será suficiente; son las
redes de sensores las que se plantean como una alternativa viable a la necesidad de
información. Hoy en día se empieza a difundir el uso de la redes de sensores sin
hilos (Wireless Sensor Networks – WSN) como una nueva forma de entender y
administrar nuestro mundo físico en áreas como el cuidado de especies en peligro
de extinción, contaminación del aire, tratamiento de pacientes, etc.
Los últimos avances en tecnología MEMS (Micro-electro-mechanical Systems) han
hecho posible que la transmisión de datos vía RF se haga posible con dispositivos
diminutos capaces de lograr autonomías de años inclusive a muy bajo costo. Es
ahora posible gracias a esta tecnología incorporar dentro de un solo chip, un
transmisor y un receptor de radio con sus respectivos inductores discretos de alto
factor de calidad Q, varactores y filtros que habían sido hasta hace algunos años
elementos imposibles de integrar en un chip y que terminaban dominando el tamaño
del transmisor-receptor. Es esta misma tecnología la que está impulsando la
creación de dispositivos de sensado y procesado con un volumen y consumo de
energía apropiados para su desempeño en el tipo de aplicaciones que se le desea
utilizar. Es justamente la integración de estos dispositivos, sensado, procesado y
transmisión-recepción impulsando la idea de una red de sensores basada en el
concepto de nodos que no compiten sino que colaboran en un objetivo común. Es de
este modo que nos encontramos con una de las necesidades más básicas del ser
humano como es la alimentación. La agricultura, llamada de “Precisión” es la
tendencia que viene marcando la pauta en lo referente a la maximización de los
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recursos para el cultivo de todo tipo de especies comestibles, permitiéndonos
controlar el uso óptimo de recursos como el agua y fertilizantes, implementar los
ambientes más propicios, lograr el mayor tamaño o la mayor cantidad de producción,
etc.
Lo que se presenta en este estudio, es la fusión de ambas tendencias, el uso de las
redes de sensores sin hilos en agricultura para aumentar la eficiencia de las tareas
e insumos, es indispensable el aporte de los nuevos elementos desarrollados por la
avanzada tecnología de las Telecomunicaciones, incorporadas a la Agricultura.
Las Telecomunicaciones, nos brindan todos los medios requeridos por los cuales
podemos transferir información muy variada desde y hacia distintos puntos
geográficos, relacionándolos entre sí. La transmisión de datos e información por
medio de las Redes Integradas de Datos se vuelve crucial e indispensable para
aplicaciones de la agricultura de precisión que requieren el análisis de los datos en
tiempo real.
Además las nuevas tecnologías han permitido la creación de controladores mas
eficaces a la hora de aprovechar la energía solar todo en un tamaño más reducido
esto permite integrar una parte de alimentación utilizando esta energía renovable.
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I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1 Formulación del problema
En la actualidad a pesar de existir grandes avances tecnológicos, en lo que a
monitoreo de variables ambientales usadas en la Agricultura se refiere, no son
aprovechados por el agricultor independiente, generalmente sucede en países
del tercer mundo, muchas veces por la desconfianza de los equipos,
complejidad de los mismos, desconocimiento o por su costo, es por eso que se
necesita plantear una posible solución como es la de crear una red de
comunicación inalámbrica de sensores que monitoreen variables comunes en
la agricultura, todo esto alimentado con energía solar, a un bajo costo,
confiable y con una interfaz amigable con el usuario final.
1.1.1 Problema General
¿Qué consideraciones se deben tomar para el desarrollo de una red
inalámbrica de sensores de bajo consumo que monitoreen variables
ambientales generalmente utilizadas en la agricultura controlada
automáticamente y alimentada con energía solar?
1.1.2 Sub – Problemas
¿En qué medida se podrá desarrollar una red de comunicaciones
inalámbrica que sea confiable, de bajo consumo y que pueda ser
implementada en zonas rurales?
¿En qué medida será posible la implementación de sensores de bajo
consumo que puedan monitorear constantemente variables críticas en
la optimización del campo agrícola?
7
¿Sera posible el aprovechamiento de la energía solar para la
alimentación de la parte de transmisión y recepción de datos así como
también de los sensores de monitorización?
1.2 Objetivos de la investigación
1.2.1 Objetivo General
Desarrollar de una red inalámbrica confiable para la comunicación
de sensores de bajo consumo que monitoreen variables ambientales
generalmente utilizadas en la agricultura controlada automáticamente y
alimentada con energía solar.
1.2.2 Objetivos específicos
Desarrollar una red de comunicaciones inalámbrica que sea
confiable, de bajo consumo y que pueda ser implementada en
zonas rurales
Implementar sensores de bajo consumo que puedan monitorear
constantemente variables críticas en la optimización del campo
agrícola.
Aprovechar la energía solar para la alimentación de la parte de
transmisión y recepción de datos así como también de los
sensores de monitorización
8
1.3 Justificación
Debido a la falta de adecuación tecnológica a las técnicas de cultivo en
comunidades rurales, el diseño de los dos sistemas de monitoreo para
invernadero, pretende reemplazar los tradicionales métodos de riego y cultivo,
por sistemas más eficientes, como son el cultivo dentro de invernadero usando
sistemas, es decir hacer un monitoreo más adecuado de las variables
ambientales. Esto beneficiará principalmente a las familias campesinas, grupos
productivos y a las microempresas rurales que cultivan. Se hará la
comparación entre dos sistemas de monitoreo para elegir el más eficiente, esto
podría encajar dentro de lo que se llama la innovación incremental, ya que se
realiza una mejora en el proceso para contribuir en el aumento de la
productividad y competitividad en el medio rural.
Todo esto apunta hacia el ahorro de luz, agua, etc. ya que actualmente este
último está convirtiéndose en un recurso de gran importancia, debido a la
explosión demográfica que se da de forma geométrica en contraste con el
aumento de los alimentos que es de forma aritmética.
De esta manera se podrán aplicar parte de los conocimientos adquiridos e
investigar otras técnicas, adquirir nuevos conocimientos, aplicar nuevos
métodos. Además estos diseños adaptarán tecnología apropiada a los
sistemas de riego para incrementar la productividad en microempresas rurales.
Es importante mencionar que la adecuación tecnológica debe ser competitiva
en comparación con las existentes en la región.
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1.5 Limitaciones y facilidades
1.5.1 Delimitaciones de la investigación
1.5.1.1 Delimitación espacial
El trabajo de Investigación se realizará en las zonas rurales de Lima
Metropolitana y Callao
1.5.1.2 Delimitación temporal
El desarrollo de la presente investigación abarcó el periodo
comprendido entre los años 201 al 2013.
1.5.1.3 Delimitación social
Se llevará a efecto a Nivel de agricultores y empresarios.
1.5.1.4 Delimitación conceptual
Variable Independiente:
El monitoreo en forma automática inalambrica
Desarrollo de un sistema inalámbrico confiable
10
Variable Dependiente:
Optimización y estudio de las variables ambientales
generalmente utilizadas en la agricultura
Comprende cambios que son completamente físicos, que sirven
para interpretar las propiedades.
1.5.1.5 Facilidades
Para el desarrollo de la investigación se cuenta con el tiempo necesario,
los recursos económicos, la tecnología apropiada, y el acceso a las
fuentes de información
II. FUNDAMENTO TEÓRICO
2.1 Antecedentes de la Investigación
La tecnología de las redes de sensores sin hilos, también conocida como
“Smart Dust” fue concebida en 1998 por el Dr. Kris Pister de la Universidad de
California Berkeley. El se propuso diseñar un dispositivo con un sensor, un
transmisor receptor Y un pequeño computador todo en un solo empaque.
La “Defense Advanced Research Projects Agency” (DARPA), que fue la misma
que patrocinó la investigación de las bases de lo que hoy conocemos como
Internet, patrocinó también el proyecto proponiendo la meta de demostrar que
un sistema completo de sensado-comunicación puede ser integrado en un
empaque de un milímetro cúbico.
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En los albores de la investigación, el equipo obtuvo experiencia diseñando e
implementando motes relativamente grandes usando componentes disponibles
en ese momento. Es así como nace el RF-Mote que integraba sensores de
temperatura, humedad, presión barométrica, intensidad luminosa, inclinación y
vibración y campo magnético así como un módulo de transmisión de radio
capaz de transmitir hasta aproximadamente 20 metros de distancia con una
autonomía de una semana funcionando continuamente.
Uno de las cuestiones mas importantes que tenían que enfrentar era el
consumo de energía, se presentaba una limitante de espacio en dispositivos
tan pequeños que necesitaban fuentes de energía capaces de proveerles de
autonomías suficientemente largas como para justificar su uso en locaciones
remotas o lugares de difícil acceso. Es así como el Dr. David Culler diseñó el
primer avance de software que le permitía a los motes entrar en estados de
sleep la mayor cantidad del tiempo que estaban desplegados y solo “despertar”
para realizar el sensado y la comunicación.
Posteriormente durante el avance del proyecto, el equipo Smart Dust creó el
sistema operativo TinyOS. Una vez instalado en el mote, este software es
responsable de controlar el dispositivo, administrar la energía y facilitar la
comunicación con otros módulos.
El proyecto Smart Dust dió como resultado de pruebas tanto en el laboratorio
como en el campo una generación de motes entre los que se puede mencionar
Clever Dust, Deputy Dust, Daft Dust y Flashy Dust. Estos sirvieron para una
prueba realizada para los cuerpos de Marines de los EE.UU. en Palm Spings,
California en donde Smart Dust era capaz de rastrear vehículos desplazándose
a lo largo de un desierto. Luego de eso, numerosas compañías en el rubro de
tecnología vieron el potencial de dichos dispositivos y empezaron el desarrollo
de los mismos entre los que se encuentra la empresa Crossbow que se
encarga de comercializar los diseños propuestos por la University of California
Berkeley - UCB. El creciente interés en esta tecnología llevó a la necesidad de
la estandarización de las comunicaciones utilizadas con el propósito de llevar
12
en una misma dirección las investigaciones realizadas. Es así como nace en
octubre de 2003 el estándar 802.15.4 de la IEEE y un año después el estándar
de la Zigbee Alliance.
2.2 Marco conceptual
Características de una WSN
El desarrollo de las redes de sensores inalámbricos requiere tecnologías de
tres áreas de investigación diferentes: detección, comunicación, y
computación (incluyendo hardware, software y algoritmia). Los nodos
sensores se encuentran normalmente esparcidos en un campo sensor como
se observa en la figura 1.
Cada uno de estos nodos sensores esparcidos por la red inalámbrica tiene
capacidad tanto para recolectar datos, como para enrutarlos hacia el nodo
recolector (sink node) mediante una arquitectura ad hoc de múltiples saltos. El
nodo recolector puede comunicarse con el nodo administrador (gestor de
tareas) vía Internet, vía satélite o de forma directa.
El diseño de una red de sensores inalámbricos como la descrita anteriormente
estará altamente influenciado por los siguientes factores:
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• Tolerancia a fallos: Algunos nodos sensores pudieran fallar o bloquearse
debido a la falta de energía, o recibir daños físicos o interferencias
medioambientales. El fallo de nodos sensores no debería comprometer el
funcionamiento global de la red sensora. Este es el principio de la tolerancia a
fallos o fiabilidad.
• Escalabilidad: Los nuevos diseños deberán ser capaces de trabajar con un
número de nodos del orden de centenares, millares, e incluso, dependiendo
de la aplicación, millones. También deberán tener en cuenta la alta densidad,
que pueden llegar hasta algunos centenares de nodos sensores en una
región.
• Costos de producción: Dado que las redes de sensores consistirán en un
gran número de nodos sensores, el costo de un nodo individual es clave para
que una red inalámbrica sea rentable en comparación con una cableada. Si el
costo de la red es más caro que el despliegue de sensores tradicionales, la
red sensora no está justificada desde el punto de vista económico.
• Limitaciones de hardware: Un nodo sensor estará constituido por cuatro
componentes básicos, como se muestra en la figura 2. Estructura básica de
un nodo sensor: el Sensor-ADC, la Unidad de Proceso, el Transceptor, y la
Unidad de Energía. También puede tener otros componentes adicionales
dependiendo de su aplicación como un Sistema de Localización y un
Movilizador.
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• Topología: El despliegue de un gran número de nodos densamente
distribuidos precisa de un mantenimiento y gestión de la topología aplicada.
Se pueden dividir las tareas de mantenimiento y cambio de la topología en
tres fases:
¨ Pre-despliegue y despliegue: Los nodos sensores inalámbricos podrán ser
arrojados en masa o colocados uno por uno en el campo sensor.
¨ Post-despliegue: Después del despliegue, los cambios de topología serán
debidos a cambios en la posición de los nodos sensores, accesibilidad
(debido a interferencias intencionadas (jamming), ruido, obstáculos móviles,
etc), energía disponible, funcionamiento defectuoso y detalles de las tareas
encomendadas.
¨ Despliegue de nodos adicionales: Nodos sensores inalámbricos
adicionales pueden ser desplegados en cualquier momento para reemplazar
nodos defectuosos o debido a cambios en la dinámica de las tareas.
• Entorno: Los nodos sensores inalámbricos serán desplegados densamente
bien, muy cerca o directamente en el interior del fenómeno a ser observado.
Por consiguiente, normalmente trabajan desatendidos en áreas geográficas
remotas. Pueden estar trabajando en el interior de una maquinaria grande, en
el fondo del océano, en un área contaminada biológicamente o químicamente,
en un campo de batalla más allá de las líneas enemigas, así como en edificios
y hogares.
• Medio de transmisión: En una red de sensores multisalto, los nodos de
comunicaciones están conectados mediante un medio inalámbrico. Estas
conexiones pueden estar formadas por medios tales como: radio, infrarrojo u
óptico, aunque la gran mayoría del hardware actual para . Otro posible modo
de comunicación entre nodos en redes de sensores es mediante infrarrojos.
La comunicación por infrarrojos es robusta frente a interferencias producidas
por dispositivos eléctricos. Los transceptores basados en infrarrojos son
baratos y fáciles de construir. Finalmente, los dispositivos infrarrojos requieren
de visión directa entre el nodo o nodos transmisores y receptores.
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• Consumo energético: Los nodos sensores inalámbricos, por lo general,
estarán equipados con una fuente energética limitada. En los escenarios de
algunas aplicaciones, la recarga de los recursos energéticos puede ser
imposible. El tiempo de vida de los nodos sensores, en consecuencia,
muestra una gran dependencia del tiempo de vida de la batería. El
funcionamiento defectuoso de algunos nodos puede causar cambios de
topología significativos y puede requerir re-enrutamiento de los paquetes y
reorganización de la red. De aquí que, la conservación y administración
energética tomen una importancia adicional.
Comunicación inalámbrica
Es aquel tipo de comunicación vía radio que permite enviar y recibir datos con
otros dispositivos (Industrial, Scientific and Medical) que son bandas
reservadas internacionalmente para uso no comercial de radiofrecuencia
electromagnética en áreas industriales, científicas y médicas. El uso de estas
bandas de frecuencia está abierto a todo el mundo sin necesidad de licencia,
respetando las regulaciones que limitan los niveles de potencia transmitida.
Topologías en redes inalámbricas
Hay varias arquitecturas que pueden ser usadas para implementar una
aplicación de WSN como pueden ser: estrella, malla, y una hibrida entre ellas.
Cada topología presenta desafíos, ventajas y desventajas. La topología se
refiere a la configuración de los componentes (hardware), y como los datos
son transmitidos a través de esa configuración. Cada topología es apropiada
bajo ciertas circunstancias y puede ser inapropiada en otras. Para entender
las diferentes topologías es necesario conocer los diferentes componentes de
la WSN:
• Nodos Sensores o Motes: Los nodos sensores por su tamaño
frecuentemente son llamados motes. En diccionarios de habla inglesa
aparece la palabra “Mote” definida como: algo pequeño que es prácticamente
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imposible de ver. Su función es la de registrar datos del medio en el cual está
siendo usado. En la Figura 3 se observa un Mote MicaZ.
• Estación base o coordinador: Es el dispositivo más completo. Debe existir
uno por red. Es el nodo de la red que tiene la única función de formar una red.
Es el responsable de establecer el canal de comunicaciones y del PAN ID
(identificador de red) para toda la red. Una vez establecidos estos parámetros,
el coordinador puede formar una red, permitiendo unirse a él dispositivos
finales. Una vez formada la red, el coordinador hace las funciones de ruteador,
esto es, participar en el enrutado de paquetes y ser origen y/o destinatario de
información.
• Routers: Interconecta dispositivos separados en la topología de la red,
además de ofrecer un nivel de aplicación para la ejecución de código de
usuario. Es un nodo que crea y mantiene información sobre la red para
determinar la mejor ruta para transmitir un paquete de información.
Lógicamente un ruteador debe unirse a una red ZigBee antes de poder actuar
como ruteador retransmitiendo paquetes de otros ruteadores o de dispositivos
finales. Dan cobertura a redes muy extensas pudiendo salvar obstáculos,
problemas de congestión en la emisión de la información y posibles fallos en
alguno de los aparatos.
• Puertas de enlace: Recoge los datos de la red y sirve como punto de unión
con una red LAN o con Internet. En cuanto a la estructura de las topologías se
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tiene que la topología en estrella (monosalto) es un sistema donde la
información enviada solo da un salto, y donde todos los nodos sensores están
en comunicación directa con la puerta de enlace, usualmente a una distancia
de 30 a 100 metros. Todos los nodos sensores son idénticos, y la puerta de
enlace capta la información de todos ellos. La puerta de enlace también es
usada para transmitir datos al exterior y permitir la monitorización de la red. La
topología en malla es un sistema multisalto, donde todos los nodos son
routers y son idénticos. Cada nodo puede enviar y recibir información de otro
nodo y de la puerta de enlace. A diferencia de la topología en estrella, donde
los nodos solo pueden hablar con la puerta de enlace, en esta los nodos
pueden enviarse mensajes entre ellos. La propagación de los datos a través
de los nodos hacia la puerta de enlace hace posible, por lo menos en teoría,
crear una red con una extensión posible ilimitada. Este tipo, también es
altamente tolerante a fallos ya que cada nodo tiene diferentes caminos para
comunicarse con la puerta de enlace. En la Figura 4, se pueden observar las
dos topologías de redes inalámbricas más usadas.
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2.3 Definición de términos
Variables ambientales
Estas condiciones se pueden definir a partir de un conjunto de
parámetros que identificaremos como factores ambientales. Aunque los
factores ambientales siempre actúan de manera conjunta, es
importante analizarlos de manera aislada para comprender su
importancia e implicaciones.
Fiabilidad
Mantenimiento de aquella CALIDAD a lo largo de toda la vida activa del
sistema, instrumento, equipo, etc., en el que opera.
Optimización
Conocimiento de todo el sistema a optimizar haciendo los cambios
pertinentes para que esta se ejecute y funcione más rápidamente.
Limitantes
Es cualquier factor que limita el desarrollo de una o varias especies en
un ecosistema, y puede impedir que vivan en el mismo.
Técnicas
es un procedimiento o conjunto de reglas, normas o protocolos, que
tienen como objetivo obtener un resultado determinado, ya sea en el
campo de la ciencia, de la tecnología, del arte, del deporte, de la
educación o en cualquier otra actividad.
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Monitoreo
El monitoreo, a rasgos generales, consiste en la observación del curso
de uno o más parámetros para detectar eventuales anomalías.
Productividad
En realidad la productividad debe ser definida como el indicador de
eficiencia que relaciona la cantidad de producto utilizado con la
cantidad de producción obtenida.
Competitividad
Se define como la capacidad de generar la mayor satisfacción de los
consumidores al menor precio, o sea con producción al menor costo
posible.
Medio Rural
Áreas no urbanizadas al menos en su mayor parte o destinadas a la
limitación del crecimiento urbano, utilizadas para actividades
agropecuarias, agroindustriales, extractivas, de silvicultura y de
conservación ambiental.
Sistema Inalámbrico
Es aquella en la que extremos de la comunicación (emisor/receptor) no
se encuentran unidos por un medio de propagación físico, sino que se
utiliza la modulación de ondas electromagnéticas a través del espacio.
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Glosario de Acrónimos:
TIC:
Acrónimo que significa Tecnologías de la Información y la
Comunicación.
PUERTO USB:
Es más bien un puerto donde se pueden conectar muchos dispositivos
de distintas clases y funciones
VI:
Se conoce con el nombre de variable explicativa.
VD:
Se conoce también como variable explicada
21
III. HIPÓTESIS
3.1 Hipótesis General
El desarrollo y el monitoreo en forma automática de variables críticas en
el campo agrícola apunta al control y estudio de éste, un problema que
involucra fundamentalmente a las zonas donde existe variedad de climas,
es por ello que se necesita instaurar nuevas herramientas, las variables
podrían ser captadas mediante sensores especializados y los datos
serían enviados a un microcontrolador el cual los prepararía para ser
remitidos a través de una tarjeta de transmisión inalámbrica, luego ser
recibidos por una tarjeta receptora de datos; conectada en un puerto USB
de un computador con la ayuda de las tecnologías de la información y la
comunicación (tic), utilizando componentes de bajo consumo donde el
aprovechamiento de la energía solar pueda ser suficiente como para
alimentar estos módulos implementados en el sistema, lo que podría
significar un ahorro muy elevado en cambios de baterías o uso de otro
tipo de energía.
3.2 Sub - Hipótesis
El Desarrollo de la red de comunicaciones inalámbrica confiable y
de bajo consumo se basa en que el actualidad, con la tecnología
actual y con el gran escalamiento de circuitos integrados existen
infinidad de posibilidades de hallar chips que se encarguen de
transmitir y recibir datos con múltiples características que
dependen solo de la necesidad del proyecto, que consuman poca
potencia y que mantenga una comunicación confiable.
22
En la actualidad existen sensores inteligentes que pueden medir
cualquier variable física de bajo consumo que puedan monitorear
constantemente zonas agrícolas en busca de la optimización de la
producción de lo que se este sembrando.
Al solo utilizar componentes donde el poco consumo de energía
prima, el aprovechamiento de la energía solar para la
alimentación de la parte de transmisión y recepción de datos así
como también de los sensores de monitorización el factible,
también lo es desde un punto de vista Costo –Beneficio.
IV. METODOLOGÍA
4.1 Relación entre variables de la investigación
Unidad de análisis:
Control de las variables ambientales
Variable Independiente : ( VI )
El monitoreo en forma automática inalámbrica
Variable Dependiente : ( VD )
Optimización y estudio de las variables ambientales generalmente
utilizadas en el campo agrícola.
Aprovechamiento de la energía Solar.
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4.2 Tipo de Investigación
Por la naturaleza de nuestra investigación, el presente estudio reúne las
características principales para ser denominada como una investigación
aplicada, debido a que los alcances de esta investigación son más
prácticos, más aplicativos y se sustentan a través de normas, leyes,
manuales y de instrumentos técnicos para la recopilación de la
información.
Este planteamiento da como resultado llegar a las conclusiones finales de
nuestro trabajo de investigación.
4.3 Nivel de investigación
En el desarrollo nuestro proyecto, hemos aplicado los niveles descriptivo,
explicativo y correlacional.
Nivel Descriptivo: A través del cual buscamos de manera especial las
características más importantes del medio, que es materia de nuestro
análisis.
Nivel Explicativo: Está orientado a dar respuesta a los cambios fisicos,
que nos permitirá explicar porque suceden los hechos y en que
condiciones se dan en relación a las preguntas que nos planteamos
respecto considerar las características de las preguntas en relación a
nuestra investigación
Nivel Correlacional: Nos permite establecer el grado de relación que
existe entre las variables: desarrollo de tx inalambrica y el monitoreo de
las variables ambientales.
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RECURSOS Y CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
A ) CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
ACTIVIDADES / TAREAS
ENE
FER
MAR
ABR
MAY
JUN
1. Revisión del trabajo de investigación X X X X
2. Sistematización de la Información X X X X
3. Reajuste del trabajo del trabajo de Investigación X X X
4. Elaboración de técnicas e Instrumentos del Plan X X
5. Revisión y correcciones X X X
6. Elaboración del documento final X X X
7. Presentación del trabajo X X X
8. Dictamen X X
9. Aprobación X
25
FUENTES DE INFORMACIÓN
FUENTES BIBLIOGRÁFICAS
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31
ANEXOS
32
ANEXO Nº 1 : MATRIZ DE CONSISTENCIA
“DISEÑO DE UNA RED INALAMBRICA DE SENSORES DE BAJO CONSUMO PARA EL MONITOREO DE VARIABLES AMBIENTALES USADAS EN LA AGRICULTURA, ALIMENTADO CON
ENERGIA SOLAR”
PROBLEMA OBJETIVOS HIPOTESIS VARIABLES E INDICADORES METODOLOGIA
Problema general :
¿Qué consideraciones se deben tomar
para el desarrollo de una red inalámbrica
de sensores de bajo consumo que
monitoreen variables ambientales
generalmente utilizadas en la agricultura
controlada automáticamente y alimentada
con energía solar?
Sub problemas:
a) ¿En qué medida se podrá desarrollar
una red de comunicaciones inalámbrica
que sea confiable, de bajo consumo y que
pueda ser implementada en zonas
rurales?
b) ¿En qué medida será posible la
implementación de sensores de bajo
consumo que puedan monitorear
constantemente variables críticas en la
optimización del campo agrícola?
c) ¿Sera posible el aprovechamiento de la
energía solar para la alimentación de la
parte de transmisión y recepción de datos
así como también de los sensores de
monitorización?
Objetivo General :
Desarrollar de una red inalámbrica confiable
para la comunicación
de sensores de bajo consumo que
monitoreen variables ambientales
generalmente utilizadas en la agricultura
controlada automáticamente y alimentada
con energía solar.
Objetivos Específicos:
a) Desarrollar una red de
comunicaciones inalámbrica que sea
confiable, de bajo consumo y que
pueda ser implementada en zonas
rurales
b) Implementar sensores de bajo
consumo que puedan monitorear
constantemente variables críticas en la
optimización del campo agrícola.
c) Aprovechar la energía solar
para la alimentación de la parte de
transmisión y recepción de datos así
como también de los sensores de
monitorización
Hipótesis General:
El desarrollo y el monitoreo en forma automática de
variables críticas en el campo agrícola apunta al
control y estudio de éste, un problema que involucra
fundamentalmente a las zonas donde existe variedad
de climas, es por ello que se necesita instaurar
nuevas herramientas, las variables podrían ser
captadas mediante sensores especializados y los
datos serían enviados a un microcontrolador el cual
los prepararía para ser remitidos a través de una
tarjeta de transmisión inalámbrica, luego ser recibidos
por una tarjeta receptora de datos; conectada en un
puerto USB de un computador con la ayuda de las
tecnologías de la información y la comunicación (tic),
utilizando componentes de bajo consumo donde el
aprovechamiento de la energía solar pueda ser
suficiente como para alimentar estos módulos
implementados en el sistema, lo que podría significar
un ahorro muy elevado en cambios de baterías o uso
de otro tipo de energía.
.
Sub Hipótesis :
a) El Desarrollo de la red de comunicaciones
inalámbrica confiable y de bajo consumo se
basa en que el actualidad, con la tecnología
actual y con el gran escalamiento de circuitos
integrados existen infinidad de posibilidades
de hallar chips que se encarguen de
transmitir y recibir datos con múltiples
características que dependen solo de la
necesidad del proyecto, que consuman poca
potencia y que mantenga una comunicación
confiable.
b) En la actualidad existen sensores inteligentes
Variable independiente
(X) el monitoreo en forma automática
inalámbrica
X1 temperatura ambiente
X2 humedad ambiente
X3 luminosidad
X4 Nivel de manejo de información de
Datos
X5 flexible por ser reprogramables
X6 permite Multitarea
X7 compatibilidad con sistemas
1. Tipo de Investigación
Aplicada
2. Nivel de investigación
Aplicativo
3. Diseño
Por objetivos
33
que pueden medir cualquier variable física
de bajo consumo que puedan monitorear
constantemente zonas agrícolas en busca de
la optimización de la producción de lo que se
este sembrando.
c) Al solo utilizar componentes donde el poco consumo de energía prima, el aprovechamiento de la energía solar para la alimentación de la parte de transmisión y recepción de datos así como también de los sensores de monitorización el factible, también lo es desde un punto de vista Costo –Beneficio.
Variable Dependiente
(Y) optimización y estudio de las variabl_
es ambientales generalmente utilizad_
as en los invernaderos
Y1 incrementar la producción de los
cultivos
Y2 base de datos en donde se alma_
cenan los horarios programados de
riego
34