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VEHÍCULO TELE OPERADO PARA DOSIFICACIÓN DE LÍQUIDOS EN CULTIVOS
DE FASE TEMPRANA.
ALBERTO MARIO REYES SARMIENTO. WILDER ROZO GARCIA.
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES BOGOTÁ D.C.
AÑO 2016
VEHÍCULO TELE OPERADO PARA DOSIFICACIÓN DE LÍQUIDOS EN
CULTIVOS DE FASE TEMPRANA.
Alberto Mario Reyes Sarmiento Wilder Gilberto Rozo García.
Trabajo de grado
Ing. Daniel Eduardo Ávila Velandia
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES BOGOTÁ
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Nota de aceptación:
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____________________________________ Firma del presidente del jurado
____________________________________ Firma del jurado
____________________________________ Firma del jurado
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DEDICATORIA El trabajo aquí propuesto está dedicado a Dios ya que gracias a él logramos llegar a este punto de nuestra carrera profesional, así mismo a nuestros padres quienes con su apoyo incondicional siempre han sido una fuente inagotable de motivación en esta etapa de nuestra vida.
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AGRADECIMIENTOS Los autores expresan sus agradecimientos a: El más sincero agradecimiento a la Universidad Católica de Colombia, con su facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones que nos brindó los conocimientos de ingeniería para poder avanzar en nuestro proyecto de vida, por brindarnos la oportunidad de aprender e interiorizar lo necesario a nivel personal como profesional y así poder aportar y ser útiles a la sociedad desde nuestra profesión de ingenieros. En especial a nuestro director de tesis y asesor que bajo su experiencia y profesionalismo nos asesoró de la mejor manera con lo cual pudimos llegar a cumplir nuestro objetivo. A los amigos que nos acompañaron en el transcurso de esta etapa de la vida y personas que nos apoyaron de una u otra manera para culminar con éxito este pasó en nuestra carrera profesional. …
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CONTENIDO
Pág.
LISTADO DE FIGURAS .......................................................................................... 9
LISTADO DE ANEXOS......................................................................................... 10
GLOSARIO ........................................................................................................... 11
RESUMEN ............................................................................................................ 13
1.INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 14
2.ANTECEDENTES .............................................................................................. 15
3.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 18
3.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA .................................................................. 18
3.2.FORMULACIÓN DEL PROBLEMA................................................................. 18
3.OBJETIVOS ....................................................................................................... 19
3.1.OBJETIVO GENERAL .................................................................................... 19 3.2.OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................... 19 4.JUSTIFICACIÓN ................................................................................................ 20
5.DELIMITACIÓN ................................................................................................. 21
5.1.ESPACIO ........................................................................................................ 21 5.2.TIEMPO .......................................................................................................... 21 5.3.CONTENIDO .................................................................................................. 21
5.4.ALCANCE ....................................................................................................... 22
6.MARCO REFERENCIAL ................................................................................... 23
6.1MARCO TEÓRICO .......................................................................................... 23
6.1.1 Los Motores. .......................................................................................... 23 6.1.2 Rotor ...................................................................................................... 23
6.1.3 Estator. ................................................................................................... 24 6.1.4 PWM. ..................................................................................................... 24 6.1.5 Puente H: ............................................................................................... 24 6.1.6 Aspersión. .............................................................................................. 25
6.1.7 Cámara ip: ............................................................................................. 26 6.1.8 El Voltaje: ............................................................................................... 26 6.1.9 La Corriente: .......................................................................................... 26 6.1.10 La Velocidad de Giro:............................................................................. 26
6.1.11 El Torque: .............................................................................................. 26 6.1.12 Sistema de posicionamiento global (GPS): ............................................ 26 6.1.13 Vehículos No tripulados: ........................................................................ 27
6.1.14 Arduino: .................................................................................................. 27 6.1.15 Plaguicidas: ............................................................................................ 29 6.1.16 Preparación de mezcla: ......................................................................... 29
6.2.MARCO CONCEPTUAL ................................................................................. 30
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6.2.1 Programación. ........................................................................................ 30 6.2.2 Batería. .................................................................................................. 31 6.2.3 Relevo. ................................................................................................... 31 6.2.4 Presión. .................................................................................................. 32
6.2.5 Presión de fluidos. ................................................................................. 32 6.2.6 Equivalencias a otras unidades de presión. ........................................... 32 6.2.7 Automatización. ..................................................................................... 33 6.2.8 Procesadores. ........................................................................................ 33
7METODOLOGÍA ................................................................................................. 35
7.1.TIPO DE ESTUDIO ......................................................................................... 35
7.2.DISEÑO METODOLÓGICO ........................................................................... 36
7.2.1 Desarrollo: .............................................................................................. 36
7.2.2 Movimiento en Terreno .......................................................................... 36
7.2.3 Módulo de control inalámbrico ............................................................... 40 7.2.4 Control de Riego. ................................................................................... 41 7.2.5 Sistema de Video: .................................................................................. 42 7.2.6 Sistema de dosificación: ........................................................................ 43
7.2.7 Sistema de Geo localización: ................................................................. 45 7.2.8 Prueba a distancia: ................................................................................ 46
8.IMPACTO Y RESULTADOS ESPERADOS ....................................................... 47
9.DESCRIPCION LOS COMPONENTES ............................................................. 48
9.1GENERAL ........................................................................................................ 48 9.1.1 Chasis vehículo ...................................................................................... 48
9.1.2 Motor 6v 180 Rpm ................................................................................. 48
9.1.3 Llantas neopreno ................................................................................... 49 9.1.4 Tarjeta de control ................................................................................... 50 9.1.5 Cámara ip .............................................................................................. 51
9.1.6 Servomotor sg90 .................................................................................... 52 9.1.7 Baterías Enersys ciclon 2.5v .................................................................. 53 9.1.8 Bluetooth HC-06 Board .......................................................................... 53 9.1.9 Módulo de potencia LM298 .................................................................... 54
9.1.10 Modulo control RF .................................................................................. 55 9.1.11 Modulo GPS gpslim256 ......................................................................... 56
10.DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO. ..................................................... 58
11.PRUEBAS DEL PROTOTIPO .......................................................................... 60
CONCLUSIONES ................................................................................................. 61
RECOMENDACIONES ......................................................................................... 62
BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 63
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LISTADO DE FIGURAS
Figura 1.Comet III, creado por kenzo Nonani. ..................................................... 15 Figura 2. Sojourner Rover, Creado por la NASA ................................................. 16 Figura 3. Rotor motor DC ..................................................................................... 23 Figura 4. Estator Motor DC. ................................................................................. 24 Figura 5: Circuito electrónico puente H. ............................................................... 25 Figura 6. Estructura programable apliacion ........................................................ 31 Figura 7. Diagrama de bloques de un procesador. .............................................. 34 Figura 8. Diagrama de metodología. ................................................................... 35 Figura 9. Emsamble de motores en chasis. ......................................................... 35 Figura 10.Construcción de chasis e implementación de sistema de locomoción. 36 Figura 11.Juego de baterías en serie para la alimentación del sistema locomoción. .......................................................................................................... 36 Figura 12. Implementación de fuente de energía en chasis. ............................... 37 Figura 13. Implementación de fase de locomoción y energía del vehículo. ......... 38 Figura 14. Control de movimiento a distancia ...................................................... 39 Figura 15. Bomba de líquidos con boquilla de aspersión .................................... 40 Figura 16. Sistema de video, compuesto por cámara ip y receptor de video ....... 41 Figura 17. Implementación de sistema de almacenamiento en vehículo ............. 42 Figura 18. Acople de sistema de dosificación en vehículo. .................................. 42 Figura 19. Sistema GPS operado y controlado por arduino ................................. 43 Figura 20. Diseño final VTO ................................................................................. 44 Figura 21. chasis en acrílico estructura base. ...................................................... 46 Figura 22. Motor de tracción en cada rueda ........................................................ 47 Figura 23. Llantas vehículo. ................................................................................. 48 Figura 24. Arduino uno ........................................................................................ 48 Figura 25. Cámara Ip Con Receptor De Largo Alcance. ..................................... 49 Figura 26. Servomotor Sg 90 ............................................................................... 50 Figura 27. Batería Ciclón ..................................................................................... 51 Figura 28. Módulo Hc-06 ..................................................................................... 52 Figura 29. Modulo lm289 ..................................................................................... 52 Figura 30. Modulo rf ............................................................................................. 53 Figura 31. GPS Slim 256 ..................................................................................... 54
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LISTADO DE ANEXOS
Anexo 1. Arduino uno datasheet………………………………………63 Anexo 2. Baterías Enersys Ciclon datasheet………………………. 65 Anexo 3. Gpslim 260 datasheet……………………………………….67
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GLOSARIO
Arduino: Es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un micro controlador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares. Aspersor: Un aspersor es un dispositivo mecánico que en la mayoría de los casos transforma un flujo líquido presurizado y lo transforma en rocío, asperjándolo para fines de riego. Automatización: es el uso de sistemas o elementos computarizados que sirven para controlar maquinas o procesos industriales. GPS: Sistema de posicionamiento global, es un sistema que permite determinar en toda la Tierra la posición de un objeto (una persona, un vehículo) con una precisión de hasta centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión. Microcontrolador: Un micro controlador es un circuito integrado digital programable, que puede ser usado para muy diversos propósitos. Está compuesto por una unidad central de proceso (CPU), memorias (ROM y RAM) y líneas de entrada y salida (periféricos). MIP: En agricultura se entiende como manejo integrado de plagas o control integrado/integral de plagas (CIP) a una estrategia que usa una gran variedad de métodos complementarios: físicos, mecánicos, químicos, biológicos, genéticos, legales y culturales para el control de plagas. Plaguicida: Sustancia destinada a prevenir, destruir, atraer, repeler o combatir cualquier plaga, incluidas las especies indeseadas de plantas o animales, durante la producción, almacenamiento, transporte, distribución y elaboración de alimentos, productos agrícolas o alimentos para animales, o que pueda administrarse a los animales para combatir ectoparásitos. Presión: Fuerza que ejerce un gas, sólido o líquido sobre una superficie y su unidad es el pascal Relevo: Dispositivo electromagnético. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.
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Riego: procedimiento que consiste en el aporte artificial de agua a un determinado terreno, generalmente con la intención de facilitar el crecimiento de vegetales. Temperatura: Magnitud física que hace referencia al movimiento de las partículas de un cuerpo, las cuales están directamente relacionadas con la sensación de calor y frio. Trilateracion: Es un método para obtener las coordenadas de un punto del que se ignora su posición a partir de la medición de distancias a puntos de coordenadas conocidas a priori. Esta técnica es la base del posicionamiento de todos los sistemas GNSS.
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RESUMEN
Teniendo en cuenta la necesidad de proteger al agricultor de riesgos sanitaros, debido al contacto con herbicidas y demás sustancias químicas usadas en la actividad diaria de la agricultura, se desarrollan conceptos basados en ingeniería aplicada y tecnología que se tiene al alcance para ofrecer una solución al problema planteado, que sea eficiente y de un costo accesible. Con este fin se ha diseñado e implementado un vehículo multifuncional tele operado capaz de realizar la actividad de riego, con la habilidad de desplazarse por un campo agrícola, siguiendo las órdenes emitidas por un comando central, desde el cual se tendrá la capacidad de ordenar diferentes movimientos y acciones, así mismo usando los sistemas de localización y video, el usuario podrá tomar decisiones con mayor precisión, efectividad y en tiempo real, esto permitirá lograr una alta eficiencia en la labor de riego agrícola en fase temprana, con un mínimo de intervención física del operador dentro del campo, reduciendo significativamente la exposición y los riesgos a la salud del operador. Palabras clave: Automatización, Cultivos, Programación Informática, Tecnología
electrónica.
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1 INTRODUCCIÓN
A través de la historia el hombre ha desarrollado diferentes formas de simplificar sus tareas cotidianas, utilizando gran variedad de mecanismos que se han ido desarrollando con el tiempo. Los vehículos motorizados son una muestra del ingenio del hombre en su afán de mejorar su calidad de vida; actualmente estos vehículos están involucrados en casi todas las labores y actividades que el hombre realiza diariamente. Existen vehículos que sirven para transporte de personas, carga pesada, exploración de terrenos desconocidos y peligrosos, hasta para diversión de niños y adultos como lo son los vehículos tele operados. Los vehículos operados a distancia son aquellos que son controlados por un usuario desde una estación remota. Fueron creados principalmente para el entretenimiento de niños, pero al ver la utilidad de estos vehículos en diferentes actividades, llegaron a ser utilizados en la realización de tareas difíciles y peligrosas para el hombre. Los vehículos exploradores fueron diseñados principalmente para proteger la vida humana; la idea principal consiste en usarlos en lugares que tengan algún tipo de riesgo o poca accesibilidad para un humano, con fines de rescate o prevención, ya que en dichos vehículos se pueden incluir varios dispositivos como, por ejemplo: cámaras, sensores de temperatura, sensores de radiación, entre otros.
Este caso será enfocado en el diseño de un Vehículo tele operado a distancia, capaz de obtener imágenes reales con buena resolución para monitorear el movimiento del terreno donde se desplaza. Un Prototipo donde se encuentre una integración de mecánica, electrónica y telecomunicaciones para tener así una comunicación eficiente que permita un control suficiente para sortear las diferentes situaciones de terreno y actividad en el campo de la agricultura.
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2 ANTECEDENTES
Como se menciona en el artículo Móviles o vehículos robot 1 los vehículos robotizados están basados en carros o plataformas y formados por un sistema automotor de tipo rodante. En los años cincuenta fueron diseñadas las tortugas motorizadas que sirvieron como base para estudios de inteligencia artificial, que comenzaron a ser desarrollados entre los años de 1965 y 1973 en la universidad de Stamford. En la actualidad existen diferentes tipos de vehículos no tripulados; estos están categorizados dependiendo de la tarea para la cual han sido diseñados. Por ejemplo: por el medio en el cual se ejecutará su tarea, la forma cómo se movilizará, entre otras características. Existen vehículos militares no tripulados que tienen entre sus funciones, explorar campos minados y lugares peligrosos para el ser humano; estos vehículos cuentan con un blindaje especial que lo protege de explosiones o posibles ataques. Un ejemplo de este tipo de vehículo puede verse en el artículo “japoneses diseñan robots para salvar vidas” 2 es el Comet III, un vehículo con forma de araña metálica (ver figura 1), el cual podría rastrear minas anti personales o sobrevivientes entre escombros. Su creador kenzo Nonani afirma que: “Mi convicción es que la gente no tendría que hacer trabajos peligrosos”, por esta causa invierte su tiempo creando robots para actividades de rescate o con fines humanitarios.
Figura 1. Comet III, creado por kenzo Nonani.
Fuente:allaboutjapan.com:<http://greenteaandsushi.blogspot.com.co/2004/07/comet-iii-robot.html/> [Citado en noviembre de 2016]
1 Móviles o vehículos robot. En: HISTORIA DEL ARTE DE LA ROBÓTICA [en línea]. 1 abril 2009.
Disponible en Web: < http://robotik-jjlg.blogspot.com/2009/04/moviles-o-vehiculos-robot.html>. 2 (Japoneses diseñan robots para salvar vidas. En: PARITARIOS [en línea]. Chile. Disponible en Web: < http://www.paritarios.cl/ciencia_robot_salva%20_vidas.htm>.
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También se puede destacar el proyecto llamado Sojourner Rover 3 que consiste en un pequeño vehículo robotizado de seis ruedas, construido por el JET PROPULSIÓN LABORATORY de la nasa, diseñado para ser enviado a Marte dentro del Mars Pathfinder (Misión enviada a Marte en 1996) con capacidad de transmitir imágenes y realizar experimentos en el suelo de Marte. El sistema de alimentación del ROVER está compuesto de un arreglo de paneles solares y una electrónica de potencia para su adecuado manejo y distribución. Cuenta además con la capacidad de moverse en terrenos difíciles y rocosos, ya que posee seis ruedas dotadas de 3 grados de libertad que le permite adaptarse a terrenos difíciles, en la figura 2, se puede observar el modelo del vehículo diseñado por la nasa. Figura 2. Sojourner Rover, Creado por la NASA
Fuente: Nasa.com: < http://www.nasa.gov/mission_pages/mars-pathfinder/> [Citado en noviembre de 2016] En Colombia existen diversos proyectos académicos que han sido desarrollados por estudiantes de diferentes universidades sobre robots móviles. Uno de estos proyectos fue realizado por Oscar Iván Morales Solano y Asdrúbal Toledo Dueñas 4 estudiantes de la facultad de ingeniería de diseño y automatización electrónica de la Universidad de la Salle de Bogotá en 2006. El proyecto consiste en diseñar un vehículo explorador tele controlado con un sistema de adquisición de video a bordo, dotado de sensores de temperatura y gases; la dirección del vehículo se controló por medio de un sistema inalámbrico de radiofrecuencia. Otro proyecto de vehículos no tripulados fue realizado por Javier Betancur y
3Mars Pathfinder. En: Wikipedia [en línea]. Abril 2010. Disponible en Web: < http://es.wikipedia.org/wiki/Mars_Pathfinder>. 4MORALES, Oscar Iván y TOLEDO, Asdrúbal. Diseño vehículo explorador. Trabajo de grado. Ingeniería de diseño y automatización electrónica. Bogotá D.C. Universidad de la Sallé. 2006. 123 p.
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Leonardo Arbeláez 5 estudiantes de la Universidad de EAFIT de Medellín en 2004. El objetivo principal de este proyecto era diseñar un vehículo no tripulado para labores de desminado humanitario. Básicamente era un mecanismo que ejercía presión al piso y con esto lograba activar las minas; este vehículo contaba con un blindaje que soportaba las descargas explosivas y además tenía un sistema de mando a distancia. La implementación, aplicación y enseñanza de la Robótica educativa en la educación básica y media se han venido dando de manera modesta, se enseña más como una actividad lúdica, impulsada por la participación en diversos concursos, ferias de ciencia y olimpiadas de Robótica, como el Vex Robotics Competición y otros de algunas Universidades, así como por programas de extensión social de algunos programas de Ingeniería. Las empresas nacionales especializadas en la producción de equipos de robótica educativa son muy pocas, así como las iniciativas gubernamentales para impulsar este tipo de medios dentro de las aulas, dejando de aprovechar el altísimo potencial que este tipo de tecnología ha demostrado tener en la educación.6
5BETANCUR, Javier y ARBELÁEZ, Leonardo. Vehículo no tripulado para tareas de desminado humanitario masivo. Trabajo de grado. Ingeniería mecánica. Medellín. Universidad EAFIT. 2004. 210 p. 6 Aníbal Ollero Baturone, Robótica Manipuladores y robots móviles 2001, Barcelona - España
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3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
3.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA La gran mayoría de los productos químicos que son empleados como plaguicidas son considerados tóxicos lo que supone un riesgo para la salud humana. Estas inquietudes, y preocupaciones entre ellas los posibles efectos crónicos que pueden ocasionar estas sustancias constituyen la base de las medidas que controlan el uso de plaguicidas y químicos, en las que se establecen las normas de seguridad y vigilan los residuos. En Colombia teniendo en cuenta la precaria situación de muchos de los agricultores, el riesgo al que se ven expuestos día a día, por el contacto y manipulación de estas sustancias, es considerablemente alto. Además de que cuentan con poca preparación y fuentes de financiación que les permita tomar las debidas precauciones para el resguardo de su salud. 3.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Determinando las necesidades del sector agricultor, a nivel económico, social y tecnológico, así como las implicaciones bioquímicas que trae consigo la aspersión con químicos y herbicidas se planteó la pregunta: ¿Cómo implementar un sistema para disminuir el contacto del agricultor con la cantidad de agentes tóxicos en el cultivo agrícola de fase temprana?
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3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Desarrollar un prototipo de vehículo Tele operado para la dosificación de líquido en cultivo de fase temprana.
3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Diseñar e implementar la estructura física-motriz del vehículo no tripulado.
Analizar y desarrollar el sistema de control tele operado a distancia, con
capacidad de obtención de datos de geo localización.
Establecer el sistema de dosificación de sustancias liquidas, con soporte
de video en tiempo real.
Desarrollar el modelo global para regular las variables físicas, mecánicas y
eléctricas del vehículo no tripulado.
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4 JUSTIFICACIÓN
En la actividad del Agro la mayoría de los envenenamientos por plaguicidas se deben a la exposición durante varias semanas, meses o años, no por una sola exposición. Las personas pueden no enfermarse por los plaguicidas hasta muchos años después de entrar en contacto con ellos. En los adultos podrían pasar 5, 10, 20, 30 años o más antes de enfermarse debido a la exposición continua. El tiempo que la enfermedad tarda en manifestarse depende de muchos factores. Con los niños generalmente toma menos tiempo. Las enfermedades causadas por plaguicidas pueden comenzar aun antes del nacimiento del bebé si la madre embarazada entra en contacto con plaguicidas. Cuando una persona tiene contacto con plaguicidas por largo tiempo, es difícil saber si sus problemas de salud son causados por éstos. El contacto por largo tiempo puede causar daños a largo plazo, tales como cáncer, daños al sistema reproductivo, al hígado, al cerebro y a otras partes del cuerpo. Es difícil detectar muchos de los efectos de los plaguicidas a largo plazo, ya que en las zonas agrícolas las personas se exponen a muchos productos químicos diferentes, además porque los trabajadores agrícolas a menudo se mudan de un sitio a otro lo cual hace que sea de difícil detección. El desarrollo del proyecto tiene como finalidad implementar nuevas técnicas en el área de la agricultura de precisión, para que el campo se tecnifique y tenga mayor eficiencia en su producción, y de esta forma obtener un producto con mayor calidad que proporcione un crecimiento constante y la visión para nuevas y futuras técnicas de desarrollo, con lo cual se logre tener un mercado competitivo en el interior como en el exterior del país. Protegiendo la salud del agricultor como centro de esta nueva tecnología.
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5 DELIMITACIÓN
5.1 ESPACIO
El presente proyecto fue desarrollado en la ciudad de Bogotá, teniendo como ubicaciones principales el laboratorio de electrónica de la universidad católica. 5.2 TIEMPO
El desarrollo del proyecto se dividió en tres etapas, diseño e investigación, implementación y puesta en marcha.
Diseño e investigación mayo a agosto de 2016.
Implementación y puesta en marcha: Agosto a noviembre 2016.
Construcción estado del arte. Octubre y noviembre de 2016 5.3 CONTENIDO El vehículo tendrá unas dimensiones 17 cm de altura, 22 cm de ancho y 30 cm de largo. La forma de movimiento se asimila a la de un automóvil, en dos ejes, eje “X” (adelante, atrás) y eje “Y” (izquierda y derecha). Con un ángulo de giro aproximado de 45°. El sistema de movimiento será accionado por motores eléctricos de corriente directa, generando la fuerza necesaria para mover todo el vehículo con su carga la cual será de aproximado 4.5kgs. Su sistema de control a remoto le dará un alcance de 50 metros para ser manipulado a gran distancia, su característica principal será una cámara Wireless que enviará el recorrido y sus alrededores para tener una visión más clara del trabajo que se efectuará, La cámara incluirá un sistema de leds infrarrojo permitiendo una visión nocturna a una distancia mínima de 8m para su control total. El sistema de suministro de energía, conformado por baterías para alimentar cada módulo del vehículo, desde el movimiento hasta el control del sistema de aspersión, teniendo características adecuadas para entregar la energía necesaria para la operación del vehículo. Baterías tipo NICAD (níquel cadmio) que suministre un amperaje alto para así mismo tener un tiempo de operación y autonomía de 4h, para finalizar las tareas con el vehículo.
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5.4 ALCANCE El alcance del proyecto es desarrollar un vehículo tele operado de fácil manejo y con capacidad de respuesta en tiempo real. Tendrá como limitantes subir o bajar escaleras, ni de saltar obstáculos, está diseñado para terreno firme, debe tener una consistencia regular, ya que no tiene capacidad de trabajo en terrenos pantanosos o de baja consistencia. Es de muy baja tolerancia al agua y humedad.
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6 MARCO REFERENCIAL
6.1 MARCO TEÓRICO
6.1.1 Los Motores. Los motores DC (Direct Current, convierten la energía eléctrica en mecánica, usando el movimiento rotatorio principalmente. Estos motores tienen como principal característica la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga. El funcionamiento básico del motor DC se basa en la ley de Lorenz, que dice que cuando un conductor pasa por una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha. Dos piezas fundamentales componen este tipo de motor. [1] 6.1.2 Rotor. La parte móvil del motor, es la encargada de proporcionar el torque efectuar el movimiento de la carga. Está formado por, un eje que lo constituye una barra de acero. Un núcleo que está ubicado sobre el eje, formado por láminas de hacer y su función es la de suministrar un trayecto magnético entre los polos para que circulo el flujo magnético del devanado; el núcleo laminado tiene ranuras por toda su superficie para contener el bobinado. Devanado, que consta de bobinas aisladas entre sí, están alojadas en las ranuras y están conectadas de forma eléctrica con el colector. Colector, está formado por láminas de material conductor separadas entre sí y del centro del eje por un aislante, está ubicado sobre uno de los extremos del eje del rotor y de ese modo gira con este logrando así contacto con las bobinas; su función es la de recoger la tensión que se produce por el devanado inducido y luego transmitiéndola al circuito promedio de las escobillas. En la figura 3. Se presenta la composición del rotor, con sus diferentes partes, bobinado, anillos, etc.
Figura 3. Rotor motor DC
Fuente. Tuveras.com.com: <http://www.tuveras.com/maquinaasincrona/motorasincrono1.htm/> [Citado en noviembre de 2016].
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6.1.3 Estator. Tiene como función suministrar el flujo magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar el movimiento giratorio. Como se muestra en la figura 4, Está formado por un armazón que tiene como función servir como soporte y suministrar una trayectoria de retorno al flujo magnético del rotor y del imán permanente, y así completar el circuito magnético. También está formado por un imán permanente que tiene como función otorgar un campo magnético uniforme al devanado del rotor, logrando así que interactué con el campo formado por el bobinado y originando así el movimiento del rotor como respuesta de la interacción de estos campos. Figura 4. Estator Motor DC.
Fuente. Tuveras.com.com: <http://www.tuveras.com/maquinaasincrona/motorasincrono1.htm/> [Citado en noviembre de 2016]. 6.1.4 PWM. Modulación por ancho de pulso, Para la modulación de ancho de pulso será necesario capturar las revoluciones del motor para así poder mantener la velocidad constante, la principal función del PWM es poder manejar la velocidad del motor según la necesidad del usuario esto lo realiza con un tratamiento que se le hace a una señal cuadrada para variarle su frecuencia y por ende se varia la velocidad del motor puesto que si la variación se realiza por pulso no muy frecuentes el movimiento del motor se podrá ver como si fuera por pasos, esto quiere decir que el motor generará movimiento cada vez que llegue un pulso.[2] 6.1.5 Puente H: Es un circuito electrónico que permite al motor DC girar en ambos sentidos (adelante y atrás). Está constituido con 4 interruptores, que pueden ser mecánicos o mediante transistores. En la figura 52 se muestra un puente H para un control del motor, si los transistores Q2 y Q5 están cerrados y los Q4 y Q3 abiertos, se aplica una tensión positiva en el motor, haciendo que gire en un sentido. Abriendo los Q4 y Q3, y cerrando los Q2 y Q, el voltaje se invierte, haciendo que el motor gire en sentido contrario, en la figura 5, se observa el diagrama electrónico.
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Figura 5: Circuito electrónico puente H.
Fuente. blogspot.com:<http:// http://blutintegrado.blogspot.com.co/2012/05/puente-h.html /> [Citado en noviembre de 2016].
6.1.6 Aspersión. Es uno de los métodos más populares en la agronomía, dentro de los métodos activos1, donde unos dispositivos llamados aspersores, se propulsa agua a presión, simulando una lluvia natural, aunque dependiendo de ciertos tipos y configuraciones, pueden generar un chorro directo (como una manguera), o chorros pulverizados en gotas; estos dispositivos están conectados, por una red de tuberías, que pueden ser simples o complejas, dependiendo la dimensión de la parcela o invernadero a regar, por lo tanto, hay que dotar de presión el sistema, con la motobomba apropiada, aunque se debe disponer el sistema, tal que riegue el agua de la manera más homogénea posible27. Otras características de este sistema, es que su consumo de energía es muy bajo, además, no requiere mucha intervención o mano de obra; sin embargo, poseen un gran problema, el cual es su gran dependencia del agua, en especial, si hay este vital liquido disponible para regar un determinado terreno de cultivo, o en caso contrario, hay demasiada agua para un terreno pequeño, y que no se puede controlar el flujo del mismo; produciendo encharcamiento, y a su vez causa lavado de nutrientes, principalmente del nitrógeno, debido a su uso prolongado; por el contrario, para mejorar la aspersión, se debe volver a aplicar agua con bastante frecuencia y suficiente caudal, de esta manera se evita que la temperatura del tejido de la planta caiga demasiado con cada pulso de agua, manteniendo la temperatura del suelo cercana a los 0º C, favoreciendo el aumento de radiación de onda larga y mejor transferencia de calor sensible a las plantas [3]
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6.1.7 Cámara ip: (También conocidas como cámaras Web o de Red) son videocámaras especialmente diseñadas para enviar las señales (video, y en algunos casos audio) a través de Internet desde un explorador (por ejemplo, el Internet Explorer) o a través de concentrador (un HUB o un SWITCH) en una Red Local (LAN). En las cámaras IP pueden integrarse aplicaciones como detección de presencia (incluso el envío de mail si detectan presencia), grabación de imágenes o secuencias en equipos informáticos (tanto en una red local o en una red externa (WAN), de manera que se pueda comprobar por qué ha saltado la detección de presencia y se graben imágenes de lo sucedido. Lo más importante para poder usar una cámara IP es disponer de una conexión a Internet si tenemos intención de poder las imágenes en una red externa, para ello conecto la cámara IP a un Router ADSL, XDSL, o Cable modem (o a un HUB) u otros sistemas de banda ancha. No es necesario IP fija, ya que en el caso de IP dinámica se puede acudir a sitios como www.no-ip.com (algunas cámaras vienen con sitios de resolución dinámica de IP, especiales) para la resolución DNS. [4] 6.1.8 El Voltaje: Se refiere a la energía eléctrica necesaria para mover el motor. Los motores pequeños operan generalmente en un rango de 1.6 a 12 voltios. Es importante conocer el voltaje de operación del motor si se aplica un voltaje muy bajo el motor no se moverá, pero si se aplica un voltaje superior al especificado se generará calentamientos en el motor que ocasionaran daños permanentes. [5] 6.1.9 La Corriente: Indica la cantidad de corriente que requiere el motor de la fuente de alimentación para su operación, la corriente que necesita el motor depende de la carga que tenga aplicada. [6] 6.1.10 La Velocidad de Giro: Hace referencia al número de vueltas da el eje del motor en cierto intervalo de tiempo, si mide en rpm (revoluciones por minuto) se cuenta el número de vueltas da el eje del motor en un minuto. La velocidad de giro depende de la carga que tenga aplicada el motor. 6.1.11 El Torque: Indica la fuerza que puede ejercer un motor para levantar o mover un objeto a una distancia determinada. Entre mayor sea el torque del motor mayor será la carga que pueda mover. 6.1.12 Sistema de posicionamiento global (GPS): es un sistema que permite determinar en toda la Tierra la posición de un objeto (una persona, un vehículo) con una precisión de hasta centímetros (si se utiliza GPS diferencial), aunque lo habitual son unos pocos metros de precisión. El sistema fue desarrollado, instalado y empleado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Para determinar las posiciones en el globo, el sistema GPS se sirve de 24
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satélites y utiliza la trilateración. El GPS funciona mediante una red de 24 satélites en órbita sobre el planeta Tierra, a 20 200 km de altura, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Cuando se desea determinar la posición, el receptor que se utiliza para ello localiza automáticamente como mínimo tres satélites de la red, de los que recibe unas señales indicando la identificación y la hora del reloj de cada uno de ellos. Con base en estas señales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales al equipo, y de tal modo mide la distancia al satélite mediante el método de trilateración inversa, el cual se basa en determinar la distancia de cada satélite al punto de medición. Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los satélites. Conociendo además las coordenadas o posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtiene las posiciones absolutas o coordenadas reales del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que lleva a bordo cada uno de los satélites. Los dispositivos de GPS pueden tener muchas funciones distintas, pero principalmente se usan para localizar personas – principalmente niños y personas mayores, como localizador GPS para coche (auto), para seguir motos, camiones y, en general, para cualquier vehículo. Incluso se puede usar para nuestras mascotas. Los GPS imantados permiten situar el dispositivo en cualquier vehículo para poder espiarlo. Los GPS más avanzados van acompañados de APPS (aplicaciones para el móvil) que nos permitirán saber en todo momento donde está el dispositivo. [7] 6.1.13 Vehículos No tripulados: En el más amplio concepto, los vehículos no tripulados se han venido usando desde hace ya muchos años. Como ejemplos se puede citar: aviones, satélites, embarcaciones, vehículos de carga, medidores de radioactividad, aparatos para trabajos submarinos, desactivadores de explosivos, robots, Maquinas de ensamble etc. uno de los preceptos, dentro del actual contexto se entiende por vehículos no tripulados aquellos vehículos que son «de ida y vuelta». Es decir: vehículos que sin ser tripulados se dirigen a una zona donde llevan a cabo su misión y cometidos, y luego regresan para ser utilizados en una nueva misión. Los vehículos no tripulados pueden ser utilizados para llevar a cabo un amplio abanico de misiones en escenarios muy variados, con unas capacidades y posibilidades que están en continuo aumento debido a los avances de la técnica y la tecnología en diferentes campos y sistemas: informática, robotización, conectividad, automatización, miniaturización, propulsión, navegación, posicionamiento, comunicaciones, sensores, armas, materiales, redes, etcétera. [8] 6.1.14 Arduino: (En EEUU, Genuino a nivel internacional) es una compañía de hardware libre y una comunidad tecnológica que diseña y manufactura placas de desarrollo de hardware y software, compuesta respectivamente por circuitos
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impresos que integran un microcontrolador y un entorno de desarrollo (IDE), en donde se programa cada placa. Arduino se enfoca en acercar y facilitar el uso de la electrónica y programación de sistemas embebidos en proyectos multidisciplinarios. Toda la plataforma, tanto para sus componentes de hardware como de software, son liberados bajo licencia de código abierto que permite libertad de acceso a los mismos. El hardware consiste en una placa de circuito impreso con un microcontrolador, usualmente Atmel AVR, puertos digitales y analógicos de entrada/salida, los cuales pueden conectarse a placas de expansión (shields), que amplían las características de funcionamiento de la placa Arduino. Así mismo, posee un puerto de conexión USB desde donde se puede alimentar la placa y establecer comunicación serial con el computador. Por otro lado, el software consiste en un entorno de desarrollo (IDE) basado en el entorno de Processing y lenguaje de programación basado en Wiring, así como en el cargador de arranque (bootloader) que es ejecutado en la placa. El microcontrolador de la placa se programa a través de un computador, haciendo uso de comunicación serial mediante un convertidor de niveles RS-232 a TTL serial. La primera placa Arduino fue introducida en el 2005, ofreciendo un bajo costo y facilidad de uso para novatos y profesionales, buscando desarrollar proyectos interactivos con su entorno mediante el uso de actuadores y sensores. A partir de octubre de 2012, se incorporaron nuevos modelos de placas de desarrollo que hacen uso de microcontroladores Cortex M3, ARM de 32 bits, que coexisten con los originales modelos que integran microcontroladores AVR de 8 bits. ARM y AVR no son plataformas compatibles en cuanto a su arquitectura y por lo que tampoco lo es su set de instrucciones, pero se pueden programar y compilar bajo el IDE predeterminado de Arduino sin ningún cambio. [9] Las placas Arduino están disponibles de forma ensambladas o en forma de kits "Hazlo tu mismo" (por sus siglas en inglés <<DIY>>). Los esquemas de diseño del Hardware están disponibles bajo licencia Libre, permitiendo a cualquier persona crear su propia placa Arduino sin necesidad de comprar una prefabricada. Adafruit Industries estimó a mediados del año 2011 que, alrededor de 300,000 placas Arduino habían sido producidas comercialmente y en el año 2013 estimó que alrededor de 700.000 placas oficiales de la empresa Arduino estaban en manos de los usuarios. [10] Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autónomos o puede ser conectado a software tal como Adobe Flash, Processing, Max/MSP, Pure Data, etc. Una tendencia tecnológica es utilizar Arduino como tarjeta de adquisición de datos desarrollando interfaces en software como JAVA, Visual Basic y LabVIEW 6. Las placas se pueden montar a mano o adquirirse. El entorno de desarrollo integrado libre se puede descargar gratuitamente.
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6.1.15 Plaguicidas: Los plaguicidas son sustancia o mezcla de substancias que es usada para controlar las plagas que atacan los cultivos o los insectos que son vectores de enfermedades. Existen varios tipos de plaguicida de acuerdo a la plaga que ataca. Por ejemplo, un plaguicida que se use para matar o controlar el crecimiento de los hongos será incluido en el tipo de fungicidas. Un plaguicida puede pertenecer a más de un tipo de referencia, ya que puede actuar sobre más de un grupo de plagas u organismos. en la siguiente tabla 1 se muestran los tipos de plaguicidas más comunes y el tipo de organismos o plagas que combaten. Tabla 1. Tipos de plaguicidas.
Tipo de plaguicida Tipo de plaga que ataca
Acaricida Ácaro (garrapatas, corucos, etc.)
Bactericida Bacterias
Fungicidas Hongos
Herbicidas Algas y plantas terrestres y acuáticas
Insecticidas Insectos (escarabajos, palomillas, pulgas, etc.)
Larvicidas Larvas de insectos
Molusquicidas Moluscos (caracoles de jardín, babosas, etc.)
Nematicidas Nemátodos (gusanos)
Ovicidas Huevecillos de insectos
Pupicidas Pupas de insectos
Rodenticidas Roedores (ratas y ratones)
Fuente: Autores 6.1.16 Preparación de mezcla: Las mezclas se deben preparar en lugares bien ventilados o al aire libre. No comer alimentos, fumar, beber ni mascar chicle en el lugar de preparación. Verificar el correcto uso y estado de los equipos de seguridad y de los componentes del equipo de aplicación. Se debe preparar la mezcla sólo en las dosis indicadas por el fabricante. No preparar concentraciones mayores a las recomendadas. No efectuar la preparación de las mezclas cerca de fuentes de agua. No utilizar utensilios domésticos /cucharas, tazas) para medir, mezclar o preparar soluciones de plaguicidas. Los implementos usados para la preparación tienen que estar marcados y emplearse exclusivamente para este objeto Siempre que sea posible, las disoluciones o mezclas deberán prepararse por medios mecánicos y en recipientes cerrados. En caso contrario, usar recipientes altos e implementos con mangos largos a fin de reducir el peligro de salpicaduras. Utilizar siempre los equipos de protección personal recomendados.
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El tiempo de carencia dependerá del grado de toxicidad del producto. Lavar con agua y jabón las partes del cuerpo que hayan estado expuestas al producto. Lavar la ropa de trabajo en forma separada de la del grupo familiar. El equipo utilizado, incluyendo los equipos de protección personal, deberán ser lavados con abundante agua y detergente, asegurándose de no contaminar pozos, ríos o depósitos de agua. Se debe efectuar el triple lavado a los envases para eliminar residuos. Nunca emplear los envases vacíos de los plaguicidas para guardar alimentos o bebidas. No colocar restos o sobrantes del producto en envases de bebidas o alimentos. La aplicación de los programas de pos consumo de plaguicidas en Colombia está regulada por la Resolución 1675 del 2 de diciembre de 2013, expedida por el ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, por la cual se establecen los elementos que deben contener los Planes de Gestión de Devolución de Productos Pos consumo de Plaguicidas. Incluyen los envases, empaques, embalajes y productos de plaguicidas desechados o descartados por el consumidor al final de su vida útil, sin perjuicio del uso agrícola, veterinario, doméstico e industrial. Igualmente se deben gestionar los plaguicidas en desuso (vencidos o fuera de las especificaciones técnicas, envases o empaques que hayan contenido plaguicidas, remanentes, sobrantes, subproductos de estos plaguicidas). En los programas de recolección para dar cumplimiento al plan deben gestionarse todos los tipos de envases, empaques y embalajes, sin importar el material (plástico, metal, vidrio, etc.) del que esté hecho. Es responsabilidad de los fabricantes, importadores y los participantes de la cadena comercial de los plaguicidas, incluido el consumidor final, participar en el proceso de devolución de los envases, empaques y embalajes de plaguicidas producto del pos consumo [11].
6.2 MARCO CONCEPTUAL
6.2.1 Programación. El programa se implementará haciendo uso del entorno de programación propio de arduino y se transferirá empleando un cable USB. Si bien en el caso de la placa USB no es preciso utilizar una fuente de alimentación externa, ya que el propio cable USB la proporciona, para la realización de algunos de los experimentos prácticos sí es necesario disponer de una fuente de alimentación externa ya que la alimentación proporcionada por el USB puede no ser suficiente. El voltaje de la fuente puede estar entre 6 y 25 Voltios. Para programar la placa es necesario descargar de la página web de Arduino, el entorno de desarrollo (IDE). Se dispone de versiones para Windows y para MAC,
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así como las fuentes para compilarlas en LINUX. En el caso de disponer de una placa USB es necesario instalar los drivers FTDI. Estos drivers vienen incluidos en el paquete de Arduino. Existen en las web versiones para distintos sistemas operativos. Lo primero que se debe hacer es trabajar con el entorno de desarrollo de arduino para configurar las comunicaciones entre la placa Arduino y el PC. Para ello se debe abrir en el menú "Tools" la opción "Serial Port". En esta opción se debe seleccionar el puerto serie al que está conectada la placa. En Windows, si se desconoce el puerto al que está conectado la placa se puede descubrir a través del Administrador de dispositivos (Puertos COM & LPT/ USB Serial Port). El primer paso para comprobar que todo está bien y familiarizarse con el interfaz de desarrollo. Se recomienda abrir el ejemplo "Roboremo". Para ello se debe acceder a través del menú File ( Sketchbook ( Examples ( Digital ( Roboremo. El ejemplo "roboremo" lo único que hace es parpadear un LED que está colocado en el pin número 13 de la placa. Se va a observar qué hay que hacer para subir el programa a la placa Arduino. Primero comprobar que el código fuente es el correcto. Para ello se pulsa el botón de verificación de código que tiene forma de triángulo inclinado 90 grados, Si todo va bien deberá aparecer un mensaje en la parte inferior de la interfaz indicando "Done compiling". Una vez que el código ha sido verificado se procede a cargarlo en la placa. Pulsar el botón que comienza la carga. Durante la carga del programa, en la placa USB, se encenderán los LED que indican que se están enviando y recibiendo información por el puerto serie: TX/RX. Si todo se ha realizado correctamente debe aparecer el mensaje "Done uploading". Ahora tan sólo queda esperar unos 8 segundos aproximadamente para comprobar que todo ha salido bien. Si el led colocado en el pin 13 de la placa se enciende y se apaga cada segundo entonces todo ha ido bien. Con esto está todo listo para empezar a trabajar con la placa Arduino. al utilizar la electricidad como fuente de energía.7 6.2.2 Batería. El término batería tiene diversos usos y significados muy diferentes entre sí. La batería eléctrica, por ejemplo, es un artefacto que acumula energía a través de procesos electroquímicos. Este tipo de baterías, también conocidas como acumuladores, trabajan como generadores secundarios de electricidad ya que su funcionamiento depende de una carga eléctrica previa8. 6.2.3 Relevo. Un relé es un componente eléctrico, que permita encender y apagar consumidores eléctricos, como las bombillas en los intermitentes de un coche, por un segundo circuito eléctrico de control. Con eso, la intensidad de la
7 Definicion, PROGRAMACION ARDUINO. Disponible en http://dfists.ua.es/~jpomares/arduino/page_03 [ref.01 de nov.2016]. 8 Definicion DE, DEFINICION DE BATERIA. Disponible en http://definicion.de/bateria/ [ref.02 de nov.2016].
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corriente de control puede ser mucho más pequeña que la intensidad de la corriente necesaria para los consumidores. En relevos mecánicos, la corriente de control crea un efecto magnético para mover una palanca a encender y apagar los consumidores. Este movimiento de la palanca encendiendo y apagando las bombillas es lo que cause el típico sonido de clic cuando actuado el intermitente. Pero en vehículos más recientes a menudo se utiliza relevos electrónicos sin partes móviles. En ellos, frecuentemente se crea un sonido familiar de clic artificialmente por un altavoz. [13] 6.2.4 Presión. Se define la presión, como una relación o cociente entre la componente normal de fuerza sobre una superficie, y cierta área de dicha superficie, su relación es la siguiente:
p =Fn
S Ec (1)
La unidad fundamental para medir la presión es el Pascal (Pa)9, donde se define como una presión correspondiente de un Newton de fuerza, actuando de forma perpendicular sobre una superficie plana de un metro cuadrado10, por lo tanto 1 Pa equivale, por lo tanto, a 1 N/m2 .no obstante, existen otros tipos de unidades, y son de gran utilidad, junto con el Pascal, en especial en la industria. [14]
6.2.5 Presión de fluidos. Normalmente, como en la definición anterior, este término se tiende a generalizar, sin embargo, su empleo resulta especialmente útil cuando el cuerpo o sistema sobre el que se ejercen las fuerzas es deformable. Ahora, la principal característica de los fluidos es que no poseen forma propia, y este concepto de presión resulta bastante adecuado para ello. [15] 6.2.6 Equivalencias a otras unidades de presión. Se usa con bastante frecuencia el bar, milibar, sin olvidar la atmosfera y el mm de mercurio (Hg).11 1 bar=103 mbar 1 mbar=1HPa= 100 Pa 1 atm= 101300 Pa
9 Curso interactivo de fisica en internet, Ángel Franco García, CONCEPTOS DE PRESION, Disponible en http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/fluidos/estatica/introduccion/Introduccion.html [ref.05 de nov. 2016] Guipúzcoa, País Vasco, España. 10 Natureduca, Física, Estática de Fluidos, La presión EL CONCEPTO DE PRESION, Asociación Española para la Cultura, el Arte y la Educación Disponible en http://www.natureduca.com/fis_estaflu_presion01.php [ref.06 de nov. 2016] España 11 Matematicas, Física, Química EL CONCEPTO DE PRESION. FORMULAS Y UNIDADES PARA FISICA DE SECUNDARIA, Disponible en http://www.matematicasfisicaquimica.com/conceptos-de-fisica-y-quimica/225-fisica-quimica-presion/1319-presion-formulas-unidades.html [ref.07 de may.2016]
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1 atm= 760 mm de Hg. 6.2.7 Automatización. Un autómata programable industrial (API) o Programable logic controller (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. 12. Dentro de las ventajas de un autómata tenemos, Menor tiempo de elaboración de proyectos, Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes, Mínimo espacio de ocupación, mantenimiento económico, Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata, Menor tiempo de puesta en funcionamiento, Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción. Programa desarrollado para el proyecto en la figura 6 observamos la composición en bloque, teniendo en cuenta los objetos necesarios para las operaciones lógicas y matemáticas requeridas. [16] La aplicación desarrollada en un software llamado Roboremo, programación en bloque, que interactúa directamente con la programación. Figura 6. Estructura programable aplicación
Fuente: Autores 6.2.8 Procesadores. El procesador es el que se refiere a los diferentes tipos de artículos de sistemas informativos que forma parte de un microprocesador que es parte de un CPU o micro que es el cerebro de la computadora y de todos los procesos informativos desde los más sencillos hasta los más complejos.13 Toda microcomputadora requiere de un programa para que realice una función
12 Tecnologia, AUTOMATAS, ¿Qué es un automata programable Disponible en http://www.profesormolina.com.ar/tecnologia/plc/introd.htm [ref.08 de nov.?2016] 13 Profesor en Linea, QUE ES UN PROCESADOR, Disponible en http://conceptodefinicion.de/procesador/, [ref.08 de nov.2016]
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específica. Este se almacena normalmente en la memoria ROM. No está de más mencionar que sin un programa, los microcontroladores carecen de utilidad. El procesador de una computadora es el dispositivo de hardware que puede tener diversas propiedades, la unidad central de procesamiento o CPU, conocido como ‘’ cerebro’’ del sistema., el cual se caracteriza por su gran versatilidad y efectividad, al momento de programar algoritmos. El hardware suele ser un chip de distintos tipos, formando múltiples microprocesadores en conexión, un microprocesador típico se compone de registros, unidad de control, unidad aritmética- lógica, entre otras, estos registros se observan en la figura 7. Figura 7. Diagrama de bloques de un procesador.
Fuente: itphonene.net: Que es un procesador [En Línea] < https://itphonenet.wordpress.com/2013/02/06/diagrama-de-bloque-de-un-microprocesador/> [citado en noviembre de 2016]
Las partes internas de un procesador son los núcleos, cache, controladores de memoria, tarjeta gráfica y otros elementos. El núcleo es un procesador en reducción de un objeto de dimensiones reducidas que forma las partes de varias conexiones y les permite trabajar con más de una aplicación. El caché es una memoria de la cámara que almacena el acceso con frecuencia y que poseen los ordenadores del sistema más importante en el interior de una computadora que está dividido por varios elementos, como la memoria principal que se utiliza con más frecuencia.
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7 METODOLOGÍA
7.1 TIPO DE ESTUDIO La metodología se aplicó al proyecto de tipo cualitativa, donde se aplicaron conceptos de ingeniería electrónica, así como de vivencias empíricas y de observación a lo largo de la etapa de estudio, aplicando estos conocimientos se propuso una solución al problema planteado. En la figura 8, se observa el plan metodológico desarrollado. En el cual se tiene en cuenta las diferentes etapas que requieren para la implementación del vehículo tele operado, incluyendo desde la planeación hasta las diferentes pruebas de campo y funcionamiento, con las cuales logre el objetivo propuesto.
Figura 8. Diagrama de metodología.
Fuente: Autores La metodología del proyecto es de carácter analítico, de innovación tecnológica, cualitativa, experimental. Por consiguiente, se enfatizará en la observación directa del comportamiento de los componentes y el control de los mismos, mediante la instrumentación adecuada que permita garantizar la calidad de las
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observaciones. Basados en tecnologías de hoy como son video hd, sistemas de geo localización, control inalámbrico, así como programación de las variables eléctricas ajustándolas a un mando central, para el control a distancia, usando componentes que sean de fácil acceso en el mercado y a bajo costo.
7.2 DISEÑO METODOLÓGICO
7.2.1 Desarrollo: Recopilar ideas o información que requiere el proyecto y poder realizar y diseñar el proyecto de diferentes fuentes.
Recopilación de información (estado del arte). Se realizó la búsqueda de información respecto a las necesidades que se generan en el campo de la agricultura, así como los métodos que se utilizan para las actividades diarias.
Búsqueda intensiva para los elementos tecnológicos del sistema A partir de la información útil encontrada en muchos artículos sobre agricultura de precisión, se recopilo información que permitió definir los componentes más adecuados, para el prototipo, sin embargo, se tuvo en cuenta el costo de los posibles instrumentos a usar, así como el tiempo que se toma en llevar a cabo realizar cada sistema. 7.2.2 Movimiento en Terreno: Realizar la búsqueda pertinente en diferentes fuentes, para desplazamiento lineal del vehículo. Un diseño factible para una gran maniobrabilidad y poder ejecutar las tareas para las cuales fue diseñado y desarrollado.
Observar y medir variables. Observando el terreno, se puede analizar el tipo de tracción necesaria para un desplazamiento adecuado y eficiente para este fin; así mismo planear el prototipo. Determinar la parte de potencia para acoplar motores de acuerdo a sus características físicas y eléctricas. Dispositivos como servo o control de lazo cerrado, que consiste en una retroalimentación continúa respecto a la velocidad, dirección y posición del robot. En la figura 9 se presenta el ensamble de motores en chasis. Los motores, su ubicación y sus conexiones eléctricas ensambladas entre ellas, el circuito de potencia para el desplazamiento. Los 4 motores capaces de mover cada uno un peso total de 1.5kg, la fuerza generada para mover todo el dispositivo completo está conformada por la batería principal encargada de entregar la corriente suficiente para su desplazamiento.
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Con los datos obtenidos se realizará el diseño para la estructura y el sistema. Figura 9. Ensamble de motores en chasis.
Fuente: autores.
Con las necesidades de potencia encontradas se procede la implementación del sistema de alimentación.
Esta parte del ensamblaje del dispositivo parte del recubrimiento de los motores, como se muestra en la figura 10, la encargada de cubrir y proteger los motores en la parte inferior a su vez instaladas con llantas de superficie para su agarre en superficie plata o semi-inclinada.
Esta etapa donde se concentra la fuerza del dispositivo está conformada por dos placas encargadas de soportar todo el peso de la esta estructura, apoyada en 6 pilares de 5cm su peso total de soporte es de 9 kg.
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Figura 10. Construcción de chasis e implementación de sistema de locomoción
Fuente: Autores
En la parte de fuente de energía se utilizaron baterías de ciclo profundo con una gran eficiencia en su necesidad de otorgar un amperaje necesario para mover y hacer funcionar los sistemas que operan dentro de su trabajo normal, en la parte central se ubican 5 baterías con capacidad de 2 voltios a 2.5 amperios hora, como lo muestra en la figura 11, con un total de 10 voltios y 12.5 Amperios hora, con lo cual se logró darle una autonomía capaz de desarrollar su tarea a distancia, por un intervalo de tiempo y autonomía superior a 2 horas. Como se muestra en la figura 11, podemos observar el pack de baterías.
Figura 11. Juego de baterías en serie para la alimentación del sistema de locomoción.
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Fuente: autores
La parte del peso y balance del vehículo es primordial para su movimiento sin tener ningún tipo de averías o incidentes en su desplazamiento.
Las baterías son ubicadas en el centro del vehículo, figura 12 para así mismo estabilizar y concentrar todo el peso en un solo punto, el pack de baterías está conformada por 5 baterías de 2 voltios y 2.5 amperios, son las encargadas de suministrar y distribuir la potencia necesaria para cada sistema que conforma el vehículo.
Figura 12. Implementación de fuente de energía en chasis.
Fuente: autores
El prototipo fue diseñado para una tarea específica, efectuar riego controlado a distancia y directo al producto dirigido. Inicialmente se analiza la fuerza que tiene que desarrollar el prototipo para poder mover la estructura con los sistemas acoplados, se puede observar en la figura 13. Se eligen 4 motores con una capacidad de mover 1.7kg por rueda con un total de 6,8Kg. La plataforma se implementó para abarcar los espacios necesarios para ubicar cada componente en etapas, donde en cada una de ellas se ubica los elementos funcionales del sistema.
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Figura 13. Implementación de fase de locomoción y energía del vehículo.
Fuente: autores 7.2.3 Módulo de control inalámbrico: Recopilar información de sistema de
transmisión RF, la forma de comunicación entre la máquina y el usuario.
Definir mando a distancia.
Después de haber optado, por un sistema de radiofrecuencia, se procede a la planeación del centro de mano, teniendo en cuenta los requerimientos de control.
El movimiento a distancia está controlado con un control de señal RF el alcance del prototipo de 10 a 25 metros dependiendo la zona, las posibles interferencias que se encuentren en el medio; controlando sus
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movimientos en 4 posiciones adelante, atrás, izquierda y derecha, tiene un mando conformado con un joystick,figura14, que cumple los movimientos referidos y un botón de inicio para su puesta en marcha, el prototipo, el receptor de RF está ubicado en la parte inferior donde estará protegido del agua y de sustancias que le puedan afectar su funcionamiento.
Figura 14. Control de movimiento a distancia
Fuente: Autores 7.2.4 Control de Riego. El control de sistemas del dispositivo está conformado por interruptores que le dan la configuración y el arranque al prototipo para habilitar sus funciones
Desarrollar el sistema de riego basado en una bomba de líquidos y una boquilla de alta precisión con un diámetro de 5 micras, se observa el componente en la figura 15. (motor y boquilla de aspersión).
La boquilla de alta precisión permite realizar una aspersión altamente controlada, con lo cual se protege el entorno de fumigación, ya que este se lleva a cabo solo en el área determinada con el máximo de precisión.
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Figura 15. Bomba de líquidos con boquilla de aspersión
Fuente autores 7.2.5 Sistema de Video: elegir e implantar dispositivos útiles para enviar imágenes por transmisión a distancia vía Wireless, para tener un monitoreo confiable del campo de desplazamiento y sus alrededores. Adicional una visión de gran alcance en la investigación y recopilación de pruebas de cámara en campo abierto.
Desarrollar los circuitos de control para acoplar el control al vehículo.
En esta fase la cámara al ser de alta resolución es capaz de detectar objetos a su alrededor donde el operario pueda tener una mayor visión de lo que ocurre en campo y así mismo poder evitar incidentes y accidentes al ser manipulado.
La cámara está conformada por 4 led´s de visión infrarroja figura 16, y un receptor de salida RCA, para ser conectado un televisor o monitor donde desee proyectar la imagen en operario.
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La cámara tiene un alcance de 10 metros ya que se refiere a un prototipo y al alcance del control de Rf. Su funcionamiento en voltios es de 6 a 9v, en la cámara tiene incluido un transmisor potente para transmitir la señal sin utilizar un amplificar de señal u otro tipo de aparato, disminuyendo el peso y ganando eficiencia en sus recorridos.
Figura 16. Sistema de video, compuesto por cámara ip y receptor de video
Fuente autores 7.2.6 Sistema de dosificación: Diseñar el sistema de dosificación de líquidos que permita regar el cultivo de forma homogénea y controlada, la mezcla se debe controlar de acuerdo a las diferentes especificaciones de cada químico. Con un contenedor de líquido que permita su fácil manipulación para las diferentes fases de la aspersión, contenedor plástico flexible de buena durabilidad, el recipiente está formado de un plástico flexible y duro para soportar líquidos químicos o sustancias que puedan hacer daño a los operarios. como se observa en la figura 17. Con una capacidad de 1.5 litros de almacenamiento y su dosificación controlada da una ganancia de tiempo y reducción de pérdida del líquido a aplicar.
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Figura 17. Implementación de sistema de almacenamiento en vehículo
Fuente Autores
Se realizó acople del control de riego del vehículo. Se realizaron pruebas de movimiento con lo cual se determinó la correcta configuración.
La etapa de riego está conformada por su tanque de 1.5 litros desmontable para realizar el correspondiente mantenimiento y ser reutilizado con otro tipo de sustancia. Otro componente del sistema de riego es el tanque de líquidos que va directamente conectado a la bomba de agua atrás de sus mangueras figura 18, de conexión y así mismo generando una presión de salida a un inyector de 5 micras de orificio creando una pequeña nube que se esparce a la dirección indicada.
Figura 18. Acople de sistema de dosificación en vehículo.
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Fuente Autores 7.2.7 Sistema de Geo localización: implementar el sistema de GPS, en los módulos internos del vehículo con recepción de la ubicación en el mando central. Lo suficientemente eficiente y preciso para la labor destinada.
Realizar el estudio de componentes para un sistema de geo localización que permita determinar con eficiencia la ubicación del vehículo, esto en tiempo real.
El receptor en sí es pequeño y compacto, un poco más grande que una caja de cerillas. No sujetar el cabo en la parte superior, un mini conector USB en la parte inferior para la carga y la conexión con otros dispositivos a través de un cable opcional y un conector de antena externa MMCX en el lado izquierdo junto con el interruptor ON / OFF.
En la parte superior hay tres grandes LED que indican si un punto de GPS se ha adquirido, el estado de Bluetooth y batería baja.
Una gran ventaja de este receptor es el hardware de encendido / apagado. Muchos receptores actuales tienen 'suave' interruptores de encendido / apagado que los hace inadecuados pero con el GR236, si se suministra con una alimentación de energía de encendido controlado entonces cambiarán de encendido / apagado con el encendido si el interruptor de alimentación se deja en ON. Figura 19.
El sistema de GPS utiliza un dispositivo de alta precisión donde muestra la ubicación del prototipo su velocidad y su altitud, lo cual identifica los datos del terreno donde se opera el prototipo, a la vez se puede observar cuantos satélites están conectados al dispositivo para así verificar su buena navegación.
Figura 19. Sistema GPS operado
Fuente Autores
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7.2.8 Prueba a distancia: Obtener resultados de la operación del dispositivo desde un centro de mando o un panel de control, el operario pueda tener una mayor visión de lo que ocurre al ser operado. El control y comunicación tendrá el reto de mantener la señal de todo el vehículo actualizado para no tener lapsos de pérdida de señal donde pueda generar un movimiento o reacción no deseada.
Los sistemas implementados trabajan de forma adecuada, su implementación y desarrollo es fundamental para el desempeño, maniobrabilidad y fácil operación para el usuario. Control de sus sistemas a distancia, su diseño innovador, creado con materiales livianos y llegar al diseño final como se observa en la figura 20, con todos sus sistemas, tanque de almacenamiento y su cámara guía para ser operado a distancia, le da una gran ventaja.
Figura 20. Diseño final VTO
Fuente Autores
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8 IMPACTO Y RESULTADOS ESPERADOS
El resultado obtenido con el vehículo es principalmente, reducir el consumo de
químicos en los cultivos por partes, el sistema utiliza un riego directo del químico
siendo más preciso, de forma que permita reducir los costos, dando un uso más
eficiente. Además, el riego es más controlado con por lo cual se facilita la
manipulación de sustancias químicas reduciendo el mínimo contacto del operario
con estas, con lo cual se protege la salud y se reduce el riesgo de intoxicación
por inhalación respiratoria y mucho menos por los poros de la piel.
Al no depender de la luz del día una de las características es la utilización de un
operario en la noche ya que con su cámara nocturna puede movilizarse con gran
facilidad y operatividad, una de las piezas claves es su cámara de buena
resolución que incorpora unos leds para visión nocturna capaz de convertir la
noche en día y facilitar las tareas al vehículo.
Su rendimiento está en la capacidad de la batería, entregar una gran energía en
un largo periodo de tiempo para ser utilizada en tareas predeterminadas por el
usuario u operador a distancia.
El desarrollo de nuevas tecnologías es seguir avanzando cada día más a un
lugar donde dispositivos electrónicos, robóticos u otro tipo de tecnología nos
ayuden a mitigar riesgos y a facilitar tareas de alto riesgo, con este dispositivo se
quiere llegar a un punto donde la operación puede ser una gran ayuda para las
demás personas.
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9 DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES
9.1 GENERAL
Para realizar el proyecto se tuvo en cuenta una serie de elementos esenciales para la implementación. Seccionando el prototipo en partes de esta manera:
9.1.1 Chasis vehículo
Está compuesto por dos láminas de vidrio orgánico, como se muestra en la figura 21. El cual está pintado de color cobre claro, contiene las perforaciones necesarias para adherir los componentes a él por medio de tornillos o amarres. Así como los bordes redondeados y el espacio requerido para la ubicación de las llantas, la unión de las dos láminas se hace por medio de tornillos de 70mm de largo.
Figura 21. Chasis en acrílico estructura base.
Fuente Autores
Especificaciones.
Tamaño del chasis: 20 x 16.2cm
Modo de ajuste: pernos, tornillos 3mm x 60mm
Material: vidrio orgánico transparente de 5mm
9.1.2 Motor 6v 180 Rpm
Motor de corriente directa alimentado por 10v. Como se ve en la figura 22, contiene en su borde frontal un pin de ajuste, el cual se adapta a la llanta de caucho.
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Figura 22. Motor de tracción en cada rueda
Fuente: Sigma Electrónica Ltda: RLP 418 [En línea] <http://www.sigmaelectronica.net/rlp418-p-1682.html> [citado en noviembre de 2016]
Especificaciones.
Tensión de funcionamiento: 3 ~ 12.5V
Tensión nominal: 6V
Max. Corriente sin carga (3V): 140 mA
Max. Corriente sin carga (6 V): 170 mA
Velocidad sin carga (3 V): 90 rpm
Velocidad sin carga (6 V): 160 rpm
Max. Par de salida: 0,8 kgf.cm
Max. Estancar actual: 2,8 A
Carga nominal: 0,2 kgf.cm
Temperatura de funcionamiento: -10 ~ + 60 ℃
Temperatura de almacenamiento: -30 ~ + 85 ℃
Tipo de motor: 130
Modo de salida: 2 lados
Relación de engranajes: 1: 120
Max. Diámetro del eje de salida: 5,4 mm
Peso neto: 45 g
9.1.3 Llantas neopreno
Llantas de caucho de alta resistencia, con un bajo peso, está compuesta por el neumático y su respectivo rodamiento, el cual como se observa en la figura 23, tiene en su parte interna el piñón de ajuste al motor.
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Figura 23. Llantas vehículo.
Fuente: Sigma Electrónica Ltda: RLP 418 [En línea] <http://www.sigmaelectronica.net/llantas.html> [citado en noviembre de 2016] Especificaciones.
Esta rueda de caucho tiene un diámetro de 68 mm y es de 27 mm de ancho.
El ajuste al motor tiene un diámetro de eje 3 mm.
Está construida en policarbonato la parte del rin y caucho el neumático
Se Asegura la rueda al eje del motor con el tornillo de fijación 4-40 hexagonal.
El conjunto de la rueda (rin y neumático) pesa 12,2 gramos. 9.1.4 Tarjeta de control Arduino Uno placa con un microcontrolador de la marca Atmel, como se observa en la figura 24. Cuenta con toda la circuitería de soporte, que incluye, reguladores de tensión, un puerto USB conectado a un módulo adaptador USB-Serie que permite programar el microcontrolador desde cualquier PC de manera cómoda y también hacer pruebas de comunicación con el propio chip. Figura 24. Arduino uno
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Fuente: Sigma Electrónica Ltda: RLP 418 [En línea] < http://www.moviltronics.com.co/boards-placas/8-arduino-uno generico.html?search_query=arduino&results=26> [citado en noviembre de 2016] Especificaciones.
Microcontrolador :ARDUINO UNO
Voltaje de funcionamiento: 5V
Voltaje de entrada 7-9V
Digital pines I / O: 54 (de los cuales 7 salidas PWM)
Pines de entrada analógica: 12
Corriente DC por Pin I / O: 40 mA
Corriente DC por Pin I / O (3.3V): 50 mA
Memoria Flash: 32 KB (ATmega32u4) de los cuales 4 KB son usados por boot loader
SRAM: 2.5 KB (ATmega32u4)
EEPROM: 1 KB (ATmega32u4)
Velocidad de reloj: 16 MHz
9.1.5 Cámara ip
Cámara no robotizada, para interior y exterior, comunicación inalámbrica de corto alcance. Como se observa en la figura 25, está compuesta por dos elementos, la cámara con su respectivo trasmisor de imagen en alta definición, con capacidad de visión nocturna y el receptor de video, el cual puede ser conectado a cualquier dispositivo de imagen por medio de conectores de video compuesto.
Figura 25. Cámara Ip Con Receptor De Largo Alcance.
Fuente: Solo stocks: [En línea] < http://www.solostocks.com/> [citado en noviembre de 2016] Especificaciones
Dispositivo de imagen: 1/3" 1/4" Image Sensors. Sistema: PAL/CCIR NTSC/EIA.
Píxeles Efectivos: PAL: 628X582 NTSC: 510X492. Área de Imagen: 178(H)x494(v).
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Resolución Horizontal: 380 TV Lines.
Frecuencia de escaneo: PAL/CCIR: 50HZ NTSC/EIA: 60HZ. Illuminacion minima: 3LUX
Sensitivity: +18DB-AGL ON-OFF. Sensibilidad: +18DB-AGL ON-OFF. Nivel de salida: 50MW.
Frecuencia de salida: 1.2G/2.4G. Asignación de salidas: Audio, Video. Transmisión linear: de 50 a 100 metros. Voltaje: DC+9V.
Amperaje: 300mA.
Disipación de voltaje: = 640MW.
Método de recepción: Modulación electrónica de frecuencia. Sensibilidad de recepción: +18DB.
Recepción de frecuencia: 1.2G/2.4G. Que recibe La Señal: Audio y video
9.1.6 Servomotor sg90
Está compuesto por material plástico de bajo peso, con un conector de tres pines hembra. En su parte superior como se muestra en la figura 26, tiene el pin de ajuste de los brazos, los cuales tienen una dimensión de 25mm, también se pueden ajustar otros complementos a su pin de giro de 2mm. Cuenta con una fuerza de 1kg.cm Figura 26. Servomotor Sg 90
Fuente: móvil tronic:[En línea] < http://www.moviltronics.com.co/servomotores-/229-servomotor-sg90-18kg.html> [citado en noviembre de 2016]
Especificaciones.
Voltaje de operación: 4.8 V (~5 V)
Velocidad de operación: 0.1 s/60º
Torque detenido: 1.8 kgf∙cm
Banda muerta: 10 μs
Peso ligero: 9 g
Dimensiones compactas: Largo 22.2 mm, ancho 11.8 mm, altura 31 mm aprox.
Largo del cable: 25 cm aprox.
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Piñonería plástica de nylon
Incluye 3 brazos o cuernos (horns) y su tornillo de sujeción, 2 tornillos para montaje del servo y cable de conexión con conector
Conector universal tipo "S" compatible con la mayoría de receptores incluyendo Futaba, JR, GWS, Cirrus, Blue Bird, Blue Arrow, Corona, Berg, Spektrum y Hitec, entre otros.
9.1.7 Baterías Enersys ciclon 2.5v
Enersys es una batería unicelular cyclon con terminales de conexión rápida. Esta batería proporciona un suministro estable de alta tensión, en la figura 27. Se observa la caja metálica exterior y la construcción del cuerpo en espiral, las células individuales emiten una mínima o ninguna formación de gases en condiciones normales de carga, por lo tanto, son seguros para su instalación en oficinas, cabinas de los aviones, hospitales y lugares ocupados por los seres humanos.
Figura 27. Batería Ciclón
Fuente Autores
Especificaciones
Voltaje: 2 voltios
Capacidad: 5,0 Ah
Química: Sealed Lead Acid
Dimensiones: diámetro de 1,75 "(44,5 mm) Altura x 2.87" (72.9mm) [Altura con terminales de 3.21 "(81.5mm)]
Peso: 0.80 lbs.
Terminales: F2
9.1.8 Bluetooth HC-06 Board
Los HC-06 actúan como un puerto serial a través de la cual se pueden enviar y recibir datos. Así, utilizando un terminal serie o una aplicación personalizada de Bluetooth en su ordenador o teléfono, se puede controlar y supervisar cualquier
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proyecto, como se presenta en la figura 28, cuenta en su parte inferior con 4 pines, los cuales se usan para conectarse a conectarse a placas de arduino o tableros de prueba.
Figura 28. Módulo Hc-06
Fuente Hetpro: Modulo bluetooh [En línea] < http://www.moviltronics.com.co/varios/74-bluetooth-hc-06-board.html/> [citado en nov 2016] Especificaciones
Voltaje de entrada: 5 V
Voltaje de funcionamiento interno: 3,3 V
Velocidad de transmisión: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 bps
Configuración compatible: esclavo.
9.1.9 Módulo de potencia LM298
L298N doble controlador de motor Puente H con un Arduino. Contiene un Puente-h se suelen utilizar en el control de velocidad y dirección motores, pero puede ser utilizado para otros proyectos tales como conducir el brillo de ciertos proyectos de iluminación, tales como matrices de LED de alta potencia. Como se presenta en la figura 29. Tiene 3 borneras, 2 para salida de los motores a controlar y una para la entrada del compuesto de control. Figura 29. Módulo lm289
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Fuente: Hetpro: Modulo Puente H L298N para control de motores [En línea] <https://hetpro-store.com/modulo-puente-h-l298n-para-control-de-motores/> [citado en noviembre2016] Especificaciones
Voltaje de alimentación, mínimo de 5 V. Posee dos entradas, una de 5V para controlar la parte lógica y otra para alimentar las salidas al motor, que pueden ser de 5V o más.
La tarjeta tiene la opción de habilitar un regulador LM7805 integrado en ella para alimentar la parte lógica con lo que se puede alimentar la tarjeta con 12V por ejemplo.
Corriente máxima 2 Amperios.
Posee 6 entradas de control (ver tabla de control)
Admite entradas de señal PWM para el control de velocidad.
Dimensiones: 43 mm x 23,9 mm x 43 mm.
Salidas: para 2 motores de DC o para un motor bipolar paso a paso.
9.1.10 Modulo control RF
El sistema de control remoto permite controlar hasta 4 salidas digitales que se pueden conectar a cualquier carga utilizando los circuitos de interfaz apropiados. Los módulos de RF utilizan un esquema de modulación OOK (ASK). Esto quiere decir que la señal portadora es encendida y apagada para representar los “unos” y “ceros” lógicos en el flujo de datos. Se trata de un sistema que puede aplicarse en multitud de situaciones y que por su simplicidad es indicado para ser construido por cualquier persona que pueda utilizar un protoboard y tenga el conocimiento para leer el diagrama del circuito. Este sistema de control se muestra en la figura 29. En la figura 30. Vemos un Kit de módulos RF de 315 Mhz, que funcionan como el corazón de este proyecto. Figura 30. Modulo RF
Fuente Autores
Especificaciones
Frecuencia de operación: 315 MHZ.
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Alcance Máximo: 60 metros
Voltaje de operación RX: 5V
Modulación: ASK
Tamaño RX: 40x23x5mm
Batería del control.
Compatibilidad con cualquier microcontrolador.
Puede usarlo para activar cargas AC o DC sin necesidad de Microcontrolador.
Dispone de 4 salidas independientes 0-5V correspondientes a cada tecla del control remoto.
Configuración de dirección (8 bits).
9.1.11 Modulo GPS gpslim256
El receptor GPS Holux GPSlim236 inalámbrico Bluetooth es de fácil uso, líder en herramientas de guía. Este módulo es capaz de brindar de una nueva experiencia en geo localización, con la tecnología Bluetooth del receptor GPS, se puede tener la conexión GPS sin necesidad de cable, brindando flexibilidad, portabilidad a bajo costo. En la figura 31 se observa su pequeño empaque y elegante composición. Figura 31. GPS Slim 256
Fuente Autores
Especificaciones
Detecta hasta 20 satélites
Receptor: L1, código C / A.
Velocidad de actualización: 1 HZ (max)
Tipo de antena: Construido en Antena Patch.
Señal mínima seguimiento: -159dBm *
Dimensiones: 46,3 (W) x 67 (L) x 19 (H) mm
Peso: <56g
Interruptor de encendido / apagado: el selector de diapositivas
la batería de iones de litio tiene una duración de más de 10 horas de uso.
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Temperatura de funcionamiento: -10 ℃ a + 60 ℃
Temperatura del almacén: -20 ℃ a + 85 ℃
Humedad de la operación: 5% a 95% No condensación
Posición
No DGPS (GPS diferencial):
Posición: 5 - 25 m CEP sin SA
Velocidad: 0,1 m / sec
Tiempo: 1 microsegundos sincronización GPS tiempo
EGNOS / WAAS / Beacon:
Posición: <2,2 m, horizontal 95% del tiempo
<5 m, vertical 95% del tiempo de
Tiempo de adquisición
Readquisición 0,1 seg. promediado
Hot Start 1 seg. promediado
Arranque en caliente 38 seg. promediado
Arranque en frío 42 seg. promediado
Interfaz y protocal
Compatible con dispositivos Bluetooth con perfil de puerto serie (SPP)
Bluetooth versión 1.1 compatible
Bluetooth clase (rango de hasta 10 metros) 2 operación
Frecuencia: 2.400 a 2.480 GHz
Modulación: FHSS / GFSK
canales de RF: 79
Sensibilidad de entrada: -80 dBm
Nivel de salida: 4dBm
terminal de salida: Mini-USB (DATA I / O} Nivel CMOS)
salida de protocolo NMEA: V 2.2
Velocidad de transmisión: 38400 bps
bit de datos: 8
Paridad: N
Bit de parada: 1
Formato de salida:
Estándar: GGA (1), GSA (5), GSV (5), RMC (1), VTG (1).
Opcional: GLL, SiRF binario
Función LED
Bluetooth, navegación Actualización de indicación de estado
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10 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO.
El prototipo fue diseñado para una tarea específica, efectuar riego controlado a
distancia y directo al producto dirigido. Primero se analizó en la fuerza que tenía
que desarrollar el prototipo para poder mover la estructura con los sistemas
acoplados. Se eligen 4 motores con una capacidad de mover 1.7kg por rueda
con un total de 6,8Kg. Su plataforma fue desarrollada para abarcar espacios
necesarios para ubicar cada componente en capas, donde en cada una de ellas
se ubica un sistema para el total funcionamiento del prototipo, en la parte de
fuente de energía se utilizaron baterías de ciclo profundo con una gran
eficiencia en su necesidad de otorgar un amperaje necesario para mover y hacer
funcionar los sistemas que operan dentro de su operación normal, en la parte
central se ubican 5 baterías con capacidad de 2 volts a 2.5 amperios hora, con
un total de 10 voltios y 12.5 Amperios hora, así mismo dándole una autonomía
capaz de desarrollar su tarea a distancia.
El movimiento a distancia está controlada con un control de señal RF con un alcance de prototipo de 46 a 58 metros dependiendo las interferencia que se encuentren en el medio, controlando sus movimientos en 4 posiciones adelante, atrás, izquierda y derecha, tiene un mando conformado con un joystick y un botón de “inicio” para su puesta en marcha, en el prototipo el receptor de RF está ubicado en la parte inferior donde estará protegido del agua y de sustancias que le puedan afectar su funcionabilidad. En la parte de riego está conformado por su tanque de 1.5 litros desmontable para su adecuado mantenimiento y ser reutilizado para otro tipo de sustancia. El sistema de riego está conformado con el tanque de agua que va directamente conectado a la bomba de agua atrás de sus mangueras de conexión y así mismo generando una presión de salida a un inyector de 5 micras de orificio creando una pequeña nube que se esparce a la dirección indicada. El control de sistemas del dispositivo está conformado por interruptores que le dan la configuración y el arranque al prototipo para habilitar sus funciones como son el control por la APP desarrollada, cámara, GPS y locomoción. El sistema está constituido por dos Arduinos UNO, un receptor de Bluetooth y una PCB de relevos controlados por Arduino. Un subsistema de movimiento son los servos ubicado para el movimiento de la cámara y el sistema de riego direccionado. La cámara tiene un sistema de Rf y su receptor que están ubicado en el centro de mando donde se recibe la información tomada alrededor del área donde se encuentre a su vez tiene un sistema de led´s infrarrojos para visión nocturna cuando se desee aplicar sustancian sin vientos que se puedan llevar el químico o verificar placas que actúan de noche y puedan ser controladas. El sistema de GPS utiliza un dispositivo de alta precisión donde muestra la ubicación del
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prototipo su velocidad y su altitud, para tener en cuenta y datos del terreno donde se opera el prototipo, a la vez se pueda observar cuantos satélites están conectados al dispositivo y así verificar su buena navegación.
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11 PRUEBAS DEL PROTOTIPO
Las pruebas realizadas al prototipo lleno expectativas, primero capacidad de mover un gran peso a buena velocidad y abajo consumo de corriente, la maniobrabilidad en 4 direcciones sin tener ningún contratiempo. La efectividad de transmitir una visual de 140 grados para orientar y manipular en el terreno. La cantidad de líquido almacenado en el recipiente. La precisión del GPS instalado, ofrece una visión diferente en la hora de moverse en terrenos transmitiendo la velocidad posición y ubicación del vehículo. La velocidad de riego de la sustancia es precisa cuando se trata de aplicar directamente en el área de trabajo. Este nuevo concepto de riego de cultivos a futuro una nueva implementación ayuda al desarrollo de la disminución de químico en tiempo y distancia. El aplicativo móvil desarrollado tiene una velocidad de respuesta apropiada, un control virtual de botones capaz de activar funciones del sistema de acción inmediata, su conectividad tiene un fácil acceso desde el mando una contraseña para acceder a la aplicación un solo usuario para así mismo tener un alto nivel de seguridad y control sobre el vehículo. Un pequeño motor con una capacidad de generar la presión suficiente y un accesorio al final del conducto de salida de presión “aspersor”. El riego de sustancia tiene un tiempo estimado de 7 a 10 minutos continuos formando una nube de líquido pulverizada. Las baterías tienen una eficiencia de entregar su capacidad total en amperios/horas hasta agotar su fuerza. Su forma de recarga es empleada en carga de corriente constante, alimenta todo el sistema, motores, receptor RF, sistema de conectividad y electrónica de control. La velocidad de desplazamiento del vehículo puede variar dependiendo de la cantidad de peso que se va a mover suministrada en su tanque de almacenamiento.
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CONCLUSIONES
Se desarrolló un sistema de control tele operado a distancia, con capacidad de obtener datos de geo localización, posicionamiento de trayectoria, altitud del terreno y reconocimiento en mapa de superficie local. Se estableció el sistema de dosificación de sustancias liquidas, su aspersor formando una pequeña nube de sustancia pulverizada y cubriendo el área de trabajo seleccionado, con soporte de video en tiempo real. El tiempo de operación que ofrece la fuente de energía es eficiente ya que disminuye el consumo de corriente con los circuitos electrónicos y así mismo suministrar energía poco a poco dependiendo del esfuerzo de trabajo. Los motores son de tipo DC, los cuales son más confiables de manejar, su funcionamiento se ajusta a los requerimientos del vehículo. Así mismo la fuerza de carga que proporciona es apropiada para el desempeño del vehículo. La estructura física-motriz del vehículo tele operado, es un prototipo versátil y ágil para su operación, tiene una carcasa protectora que aísla los circuitos electrónicos y eléctricos del medio ambiente. El material es resistente y está diseñado para realizar modificaciones futuras. Se empleó el control por radiofrecuencia (RF) con modulación Ask donde la señal moduladora es digital, que permite alcanzar distancias suficientes para los requerimientos del sistema, buena confiablidad, buen alcance para el vehículo y bajo costo.
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RECOMENDACIONES
Para futuras aplicaciones a gran escala, se debe desarrollar en la parte electromecánica, un aspersor, teniendo en cuenta que la boquilla de apertura y cierre, sea activada siguiendo el principio de los inyectores de gasolina, el cual aplicó para este proyecto, además controlando estos de manera individual para obtener un mejor aprovechamiento de los insumos, contribuyendo a no desperdiciar ninguno de los compuestos. En cuanto a la intercomunicación con el centro de control se recomienda emplear trasmisores más potentes que permitan un mayor alcance en espacio libre, para espacios cerrados se recomienda utilizar antenas direccionales ya que son de una mayor ganancia lo que permite ser más eficiente el modulo inalámbrico. Por economía, y practicidad, es necesario diseñar aplicaciones móviles, que permitan controlar más fácilmente el sistema, en modo manual, además cuando entre en modo automático, genera la debida señalización, siempre observando el valor de la temperatura en tiempo real. Con módulos bluetooth, es mucho más práctico interconectar dispositivos, ya sea computadores o teléfonos inteligentes.
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