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Esfera de plasma orientada a la emision de sonidos por medio de sensores y microcontrolador
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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR
SUDAMERICANO
TECNOLOGÍA EN ELECTRÓNICA
CUARTO CICLO
PROYECTO INTEGRADOR
TEMA: “Diseño y construcción de una maqueta de un invernado para
automatizar el sistema de riego, control de humedad y temperatura
mediante un microcontrolador Pic”.
AUTOR: Mario Jiménez
COORDINADOR: Ing. Juan C. Zaruma
Octubre - Febrero
Loja
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TEMA:
“Diseño y construcción de una maqueta de un invernado
para automatizar el sistema de riego, control de humedad y
temperatura mediante un microcontrolador Pic.”
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INTRODUCCIÓN.
El planeta tierra ha sido creada por obra divina como afirman los religiosos,
mientras que para otros como por ejemplo científicos que se dedican a la
investigación en diferentes tipos dentro del área del conocimiento nos dicen
que fue creada por una gran explosión denomina Big Bang. Ya sea por la
creación de un Dios o por una gran explosión en el universo el planeta tierra ha
sido creado y gracias a él tenemos todo lo que encontramos actualmente, pero
en el transcurso de los años la humanidad se equivocando en gran medida,
tanto es el caso de que por cada nuevo invento para nuestro progreso y
bienestar hemos consumido paulatinamente los recursos naturales de este
bello planeta, dando lugar a deforestaciones, destrucción de la naturaleza,
contaminación en todo ámbito en los diferentes tipos de ecosistemas.
La agricultura es el eje fundamental del desarrollo de toda comunidad y
población en general, ya que nos proporciona el alimento que es el combustible
que necesitamos diariamente para realizar nuestras labores.
Pero muchas de las veces en la actualidad para conseguir este fin recurrimos a
la utilización de productos químicos que en cierta forma mejoran los cultivos
agrícolas pero a su vez se comporta como un arma de doble filo porque
contaminan el agua, el aire y destruyen los suelos. Volviéndose la actividad
agrícola más difícil, teniendo grandes pérdidas y cada vez menos réditos
económicos, a esto hay que agregarle que debido a las grandes emisiones
toxicas que arrojan las industrias petroleras y la producción de sus derivados,
además de otras industrias químicas.
Para mejorar la agricultura existen actualmente varias formas de hacerlo, de las
cuales podemos mencionar las más conocidas que utilizan técnicas
innovadoras como son; invernaderos, la hidroponía y la aeroponía.
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Los invernaderos consisten en lugares estáticos, cerrados que permiten la
producción de cultivos, están recubiertos por materiales transparentes,
generalmente de vidrio o de plástico, que permiten el control de la temperatura,
humedad, luz, entre otros factores ambientales necesarios para el desarrollo
del cultivo.
La hidroponía es un método utilizado para cultivar plantas usando disoluciones
minerales en vez de suelo agrícola. Las raíces reciben una solución nutritiva
equilibrada disuelta en agua con todos los elementos químicos esenciales para
el desarrollo de las plantas, que pueden crecer en una solución mineral
únicamente, o bien en un medio inerte, como arena lavada, grava o perlita,
entre muchas otras.
Aeroponía es el proceso de cultivar plantas en un entorno aéreo o de niebla sin
hacer uso de suelo. Los cultivos aeropónicos difieren de los convencionales
cultivos hidropónicos y crecimiento in vitro. Como se usa agua para transmitir
nutrientes, a veces se habla de los aeropónicos como un tipo de hidropónico.
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PROBLEMATIZACIÓN
La agricultura ha sido practicada desde los inicios de la humanidad. Se han
realizado modificaciones en los espacios agrícolas a través del tiempo;
cambios producidos en función de la adaptación a los factores naturales como
también en función de los sistemas económicos y políticos.
En el Ecuador la producción agrícola crece en las áreas destinadas a la
producción para la exportación; mientras decrecen cada vez más los terrenos
cultivados para el consumo interno.
Pero en los últimos años ha presentado una baja, esto se debe a la presencia
de varios factores como:
Por la negativa Ley de Reforma Agraria, ya derogada.
Causas climáticas, ausencia de lluvias en determinadas regiones o el
exceso de éstas en otras.
La emigración del campesino a las ciudades.
Por la atención a otros campos de actividad económica, como la
explotación petrolera.
Por las leyes que gravan al campesino en la tenencia de la tierra.
Malas políticas de importación y exportación.
Una estructura productiva orientada al monocultivo para la exportación y
la agroindustria, sin tomar en cuenta las potencialidades de un desarrollo
independiente y las necesidades de la población.
Cultivos de alta demanda de agua en la costa.
Erosión en los suelos de la sierra por prácticas agronómicas realizadas.
Una forma de contribuir de alguna forma a la solución de parte de los
problemas presentados es realizar una investigación que contemple los
factores principales que los causan y proponer alternativas como apoyar al
cultivo dentro de invernaderos y estos a su vez automatizarlos para tener un
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óptimo control de las necesidades que requieren los diversos cultivos que se
pueden realizar; se puede automatizar el sistema de riego, el control de
temperatura, ventilación, control de plagas, etc.
Esta investigación es de suma importancia dentro del área de aplicación
tecnológica ya que permite mejorar y optimizar un invernadero mejorando su
producción y cultivo si afectar el medio ambiente ni contaminarlo por la
utilización de pesticidas ni fertilizante que son usados en cultivos de gran
tamaño con grandes extensiones de terreno.
Además es importante ya que permite a las pequeñas poblaciones cuyas
comunidades son de escasos económicos ya que se puede hacer convenios
con instituciones gubernamentales e incluso con fundaciones para implementar
este tipo de invernaderos automatizados, mejorando en gran parte su calidad
de vida.
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JUSTIFICACIÓN
Con el continuo cambiar de los tiempos cada vez es necesario e indispensable
actualizar los conocimientos no solo científicos-tecnológicos, sino también estar
pendientes de cada cambio, así sea del mínimo que esté ocurriendo a nuestro
alrededor, solo de esta manera podemos contribuir con tecnología eficiente
lista para solucionar los problemas y necesidades visibles, que se presenten
con cada cambio existente en todos ámbito; ya sea social, económico,
industrial; en el campo de la salud, etc.
Conociendo las necesidades y problemas que se presentan en la agricultura de
ciertos pueblos y ciudades, necesidades como: tener un lugar adecuado para
realizar sus cultivos que cumpla con las garantías necesarias para realizar
dicha labor, además de los problemas frente al cambio climático brusco
presente en la ciudad de Loja.
La construcción de una maqueta que represente la estructura adecuada de un
invernadero en cual se pueda realizar cualquier tipo de cultivo es lo que se
pretende exponer como parte de una solución a los problemas que se suscitan
con el cambio climático brusco en la ciudad de Loja. Este invernadero ofrece
una solución tecnológica ya que su manejo y vigilancia se lo lleva a cabo de
forma automática.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
Diseñar y construir una maqueta de un invernado para automatizar el sistema
de riego, control de humedad y temperatura mediante un microcontrolador Pic.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Recopilar información necesaria para ejecución del proyecto integrador.
Diseñar y construir una maqueta de un invernadero.
Implementar sensores para el control de la temperatura dentro del
invernadero.
Implementar circuitos electrónicos para el control de iluminación, riego
automatizado.
Elaborar un algoritmo de programación para automatizar el invernadero
mediante microcontroladores Pic.
Realizar pruebas y mediciones correspondientes de las magnitudes
físicas y eléctricas presentes en el proyecto integrador.
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ANTECEDENTES
Para el diseño de un invernadero es necesario conocer los factores que rigen el
buen funcionamiento del mismo por lo que se tiene que realizar una
investigación con ingenieros: agrónomos, electrónicos, de sistemas para su
buen funcionamiento en la automatización. Se debe especificar el objetivo que
se persigue con el cultivo en invernadero, y hacer consideraciones de eficiencia
y funcionalidad, así como su interacción, para su perfecto aprovechamiento. Es
importante determinar primeramente que tipo de cultivo se va a utilizar, debido
a que depende en gran parte de los análisis de control para que dicho cultivo
se logre con eficiencia.
El sistema de cultivo bajo invernadero automatizado proporciona un microclima
adecuado para la producción de cultivo de frutas, flores y hortalizas. La
ventajas del sistema de invernaderos automatizados es la mayor productividad
por m2, la garantía de tener una producción de calidad, el control eficiente de
plagas y enfermedades del cultivo, un mayor control de los factores
ambientales, para poder producir fuera de época, tener las condiciones
ambientales para producir cultivos inicuos, tener más oportunidad de
comercializar cultivos de alta calidad en un mercado competitivo. (Alegandro
rodriguez Salgado)
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MARCO TEÓRICO
Invernadero
Un invernadero es una estructura que puede ser metálica o de madera cuyas
paredes y techo son de vidrio o plástico translucido, es empleado para el cultivo
y la conservación de plantas delicadas, también es usada para forzar el
crecimiento de plantas fuera de temporada. Los invernaderos están ideados
para transformar la temperatura, humedad y luz, logrando así condiciones
ambientales similares a otros climas.
Recomendaciones importantes a la hora de implementar un invernadero
En síntesis, la recomendación es la de hacer, para cada caso, un estudio
previo de ambientación climática que permita obtener buenos resultados tanto
en el campo económico como en el aspecto ambiental y de la salud humana.
El invernadero debe ser un área protegida y controlada, establecida para evitar
que la plantación se exponga a todos los factores que pudieran perjudicar sus
resultados, tales como:
EXCESO DE HUMEDAD RELATIVA
De no ser controlada la ventilación desde el diseño, el área queda muy
vulnerable a que se incremente la humedad relativa y por tanto a que se
desarrollen plagas y enfermedades que pondrían en peligro la producción e
incrementar de modo sustantivo los costos de operación por la aplicación de
agroquímicos para enfrentarlas.
Las esporas de la mayoría de los patógenos germinan a más de 90% de
humedad relativa, lo que quiere decir que si una plantación es controlada
eficientemente para que la humedad ambiente esté por debajo de este
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porcentaje el éxito está prácticamente asegurado. En sentido contrario un
diseño que no considere y resuelva este aspecto o un descuido en el manejo
serían supremamente costoso para el productor tanto en la reducción de la
productividad como en la calidad de los frutos y en el incremento de los costos
de producción.
ALTAS O BAJAS TEMPERATURAS
La temperatura es determinante en los resultados agrícolas. La fotosíntesis se
ve perjudicada o beneficiada según los rangos de temperatura que se
suministren al área controlada y su aproximación o diferencia con las
temperaturas óptimas para el desarrollo adecuado de las plantas protegidas.
El control de las temperaturas contribuye a aumentar la productividad, a
mejorar la calidad de los frutos y a reducir los riesgos y costos derivados de la
utilización de agroquímicos.
LUZ ULTRAVIOLETA
La utilización de plásticos con propiedades para bloquear el paso de la luz
ultravioleta beneficia a las plantas porque evita que se filtre por el plástico el
rango de luz UV que estresa a las plantas, que tiene efecto detrimente, y que
contribuye a producir ennegrecimiento, quemazón y plagas. El plástico impide
el paso de esta luz y consigue que se reflecte o se absorba.
Adicionalmente, el plástico consigue que la luz que ingresa al invernadero se
difunda en ciertas proporciones, beneficiando la plantación al distribuir
homogéneamente la luz en el espacio protegido.
Existen también plásticos fotoselectivos con propiedades diversas, entre ellas
la limitación germinadora de las esporas de algunos patógenos y del bloqueo
para la presencia de algunas plagas
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VIENTO
El viento es uno de los factores más importantes en el diseño de un
invernadero.
En los invernaderos inteligentes, el balance térmico es logrado por equipos que
reaccionan ante sensores electrónicos y actúan permanentemente en la
estabilización de temperaturas, humedad, etc.
En el caso de invernaderos sin controles electrónicos, el balance térmico se
logra aprovechando óptimamente la velocidad y la dirección de los vientos. En
ambientación térmica natural, el viento ejerce el papel de motor del invernadero
y contribuye eficazmente a:
Balancear las temperaturas.
Reducir la humedad relativa.
Polinizar las plantas.
Oxigenar la plantación.
La dirección del viento es determinante en función de varios aspectos:
Protección de la estructura porque esta debe situarse en dirección que
evite ser dañada por vientos extremos.
Evitar que los gases acumulados en la parte superior circulen entre las
plantas.
La orientación del cultivo para la ventilación de las plantas y su
consiguiente polinización.
Especies que se pueden producir en Invernadero
Además de flores, en invernaderos se produce Tomate (Jitomate), Chile
(Pimentón), Pepinillo (Pickles), Arveja, Pepino, Uchuva (Uvilla), Ají (Chile
Picante).
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Con un invernadero bien diseñado, bien construido y bien manejado de puede
optimizar la productividad, lo cual repercute en mejor calidad de frutos, mejores
rendimientos económicos y menor impacto ambiental.
PLÁSTICOS PARA CONSTRUIR INVERNADEROS
¿CUALES SON LOS ADECUADOS?
Es muy importante. Mejor dicho, es vital hacer una buena selección del plástico
para lograr los resultados deseados y reducir los riesgos de la inversión, no
solamente en el material, sino también en toda la plantación.
Los avances tecnológicos de los últimos años, permiten disponer de una amplia
gama de opciones de protección para los cultivos en diferentes tipos de
películas plásticas.
Desde el sistema que se emplea para extruir el material, hasta la
fotoselectividad para evitar o reducir la presencia de patógenos, existe un
amplio abanico para escoger el plástico más adecuado al caso particular de
cada plantación.
El estudio técnico de ambientación climática natural incluye la selección de las
características que deben reunir los plásticos.
Los materiales requeridos en un invernadero específico se definen por gama de
variables entre las cuales podemos mencionar las siguientes:
Sistema de fabricación
Monocapa
Coextruidas
Estabilizantes
Níquel: los cuales le dan apariencia Amarillo verdoso;
Halls: Los cuales tienen apariencia blanca trasparente.
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Duración
Resistencia al rasgado
Resistencia al envejecimiento
Campañas agrícolas que cumple. Tiempo de vida útil del plástico.
Propiedades "coestabilizantes" (resistencia a la acción de pesticidas e
insecticidas).
Luminosidad
Transmisión global de luz visible,
Difusión de luz (eliminación o reducción de sombras)
Antiadherencia al polvo. Algunas referencias de plásticos tienen la propiedad
de tener menos energía estática que los demás.
Estos plásticos cumplen la función de reducir la atracción a las partículas de
polvo, contribuyendo a permitir mayor luminosidad durante su vida útil.
Fotoselectividad. Algunos plásticos, tienen la propiedad de filtrar rangos
específicos de la luz solar y evitar que a las plantas lleguen frecuencias que
estimulan la germinación de esporas de algunos patógenos. Esta característica
lograda por la incorporación de algunos aditivos aporta efectivamente en la
Sanidad vegetal.
Bajo los mismos principios de la fotoselectividad, los productores de plásticos
para invernaderos ofrecen plásticos con propiedades Antivirus y Antiáfidos.
Antigoteo. Esta característica es muy importante para evitar que las gotas que
se forman en la cubierta por la condensación, se precipiten sobre las plantas,
ya que este exceso de humedad influye en la germinación de hongos que
pueden propagarse en toda la plantación.
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En cada país existen buenos proveedores de plásticos pero asesórese bien
para que optimice este recurso que es clave en los resultados de su cultivo (T.
P. AGRO Colombia)
10 claves para construir un invernadero hidropónico.
A la hora de construir y equipar un invernadero de hidroponía eficiente y capaz
de producir cultivos durante todo el año, el productor debería considerar los
aspectos que mostramos a continuación. Estas 10 recomendaciones,
procedentes del propietario de una exitosa operación hidropónica en Florida,
Estados Unidos, podrían ayudarte a planificar o mejorar tu operación.
1. Lugar y orientación de la estructura, hacia el norte verdadero.
La exposición al sol durante todo el día (este y oeste) podría proporcionar
demasiado calor durante el verano, pero aumentará las horas de luz y calor
cuando realmente lo necesites durante el invierno, temporada en la cual los
cultivos suelen crecer más lentamente. Es más rentable enfriar el invernadero
en el verano que tener que aportar la luz necesaria para realizar la fotosíntesis
y el calor adecuado en la temporada de cultivo.
2. Estructura firme, hermética y sólida.
Si quieres producir los 12 meses del año con éxito, es fundamental empezar
con una estructura firme, hermética y bien construida. Si te limitas a utilizar
armazones tubulares y cubierta de polietileno doble, solamente producirás
cultivos estacionales, o fracasarás en el intento de producir durante todo el año.
3. Cimientos de concreto, con vigas de amarre y paredes de soporte.
Si deseas instalar aire acondicionado en verano, debes sellar la estructura
desde la base a la cumbrera. No tomes atajos en la construcción de una
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estructura adecuada. Si tomas un atajo, al final saldrás perdiendo, ya que no
podrás compensar la ganancia de calor.
4. Cubiertas de policarbonato de alta calidad.
En el mercado están disponibles nuevas cubiertas de policarbonato. Selecciona
el material de la calidad adecuada de acuerdo a tus cultivos, al desempeño del
material a largo plazo y a la transmisión de la luz requerida. Evita las cubiertas
baratas y de baja calidad, o acabarás pagando tres veces más al tener que
reemplazarlas varias veces durante la vida útil de la estructura. En horticultura,
uno obtiene lo que paga, asi que utiliza sólo lo mejor.
5. Malla de sombra adecuada para combatir el calor.
En primer lugar, nunca uses malla de sombra negra para hacer frente a la
ganancia de calor. Solamente una malla de grado de sombra adecuado puede
reflejar el calor de la nave. Si empleas malla negra sobre o bajo una superficie,
lo único que conseguirás es mayor ganancia de calor y el acero estructural va a
retener este calor el cual tendrás que mitigar durante todo el día.
6. Agua para la refrigeración de la masa de aire.
Puedes utilizar la pared del extremo de la estructura para rebajar la
temperatura. A muchos productores les preocupa el tamaño de la superficie de
muro húmedo, ya que piensan que más es mejor; pero esto no es así. Para
calcular el grado de enfriamiento de una nave, primero hay que estimar el
volumen de la misma en metros cúbicos, y luego calcular la cantidad de aire o
refrigeración que necesitas por cada grado que deseas rebajar.
La nave debe sellarse totalmente para que no haya aberturas ni entrada de
aire, incluso alrededor de las puertas. Una vez que el edificio está
adecuadamente sellado, ten en cuenta el volumen de aire. Si necesitas mover
entre 1,700 y 2,800 metros cúbicos de aire, la proporción entrada-salida del
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aire debe ser de 1:1. Para conseguir esto tienes que calcular tus ventiladores o
abanicos de manera que muevan el aire en todo el espacio dada minuto. Esto
no se consigue fácilmente, ya que necesitas ventiladores de alto volumen, de
130 a 150 cm, similares a los que se usan en las lecherías. Estos abanicos son
caros y es necesario que las paredes extremas estén soldadas con acero
pesado para sostenerlos. Ten en cuenta que la fuerza de mover tanto aire a
través de la nave es comparable a una serie de embestidas de viento contra el
edificio durante 18 a 20 horas diarias. Si la nave es como el 95% de los
invernaderos en el mercado, la estructura será destruida.
7. Volumen y almacenamiento de agua.
Si deseas enfriar el interior de la nave a una temperatura entre 22 y 30°C, el
muro húmedo estándar de la industria no será suficiente, ya que se requieren
altos volúmenes de agua, casi como una pequeña catarata. Se necesita tener
un reservorio mínimo de 2,000 litros, pero se recomienda tener 3,800 litros
debido a las altas pérdidas por evaporación. Las mejores bombas son las de
¾ a 1 CV de potencia en volumen de flujo total. Los paneles del muro
húmedo tendrán que construise por encargo y asegurarse de que son
aplomados. Cuando el volumen de la masa de aire se pasa por los paneles del
muro húmedo, baja la temperatura y se produce alta evaporación. A medida
que el aire acelerado atraviesa la estructura, extrae el calor de una zona
determinada y lo dirige hacia los ventiladores. Hay que evitar que haya flujo de
aire bajo o alrededor de los paneles de enfriamiento. Asegúrate que el aire se
dirige hacia y a través de la columna de agua.
8. Costo acorde a la ganancia esperada.
En el mes de agosto si quieres que una nave de 500 metros cuadrados esté
fresca durante el día y fría por la noche, vas a gastar entre $5,500 y 6,500
pesos por metro cuadrado. Si tienes un cultivo de alta demanda durante todo el
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año, puedes recuperar el costo al alargar la temporada de cultivo, pero
asegúrate de tener un plan y un mercado para tus cultivos.
9. La temperatura de los nutrientes es fundamental para evitar
enfermedades.
La temperatura de los nutrientes es tan importante como el aire de refrigeración
para enfriar las plantas bajo un sistema hidropónico. Esto es fundamental para
evitar problemas de patógenos y enfermedades. No puedes esperar que el aire
haga todo por ti. La mayoría de los productores usan intercambiadores de calor
comerciales para enfriar la solución nutritiva. Ésta es otra área bastante cara y
tiene que ser dimensionada con precisión para adecuarse a tu estructura y a
tus cultivos. La matemática será tu nueva aliada, así que consigue una buena
calculadora y un banquero.
10. Mantenimiento y limpieza son clave.
Mantén tu estructura extremadamente limpia y las malezas muy lejos de las
naves. Debe mantenerse impecable una superficie mínima de 15 metros
alrededor de los edificios, y de 30 metros detrás del muro húmedo si es posible.
Utiliza una malla de 50-mesh para mantener baja la presión de plagas.
Construye antesalas o vestíbulos para que cuando abras una puerta se jale
todo el aire del muro húmedo hacia la zona de resistencia mínima. Ésta presión
succiona y atrae cualquier objeto (desde aves pequeñas a la peluca de un
empleado) a los ventiladores en cuestión de segundos, y es particularmente
efectiva con los insectos del invernadero. (Hortalizas.com, 2014)
MICROCONTROLADORES
Qué es un microcontrolador.
Un microcontrolador (microcontroller, en inglés) es un circuito integrado que
contiene toda la estructura de una microcomputadora, o sea, CPU (Unidad
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Central de Proceso), memoria RAM, memoria ROM, circuitos de entrada-salida
(I/0) y otros módulos con aplicaciones especiales. Su nombre nos indica sus
principales características: micro por lo pequeño y controlador porque se utiliza
principalmente para controlar otros circuitos o dispositivos eléctricos,
mecánicos, etc.
Tipos de memoria del microcontrolador.
Las memorias más utilizadas actualmente por sus características son:
EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory). Fueron el
sustituto natural de las memorias EPROM, la diferencia fundamental es que
pueden ser borradas eléctricamente, por lo que la ventanilla de cristal de
cuarzo y los encapsulados cerámicos no son necesarios.
Al disminuir los costos de los encapsulados, los microcontroladores con este
tipo de memoria se hicieron más baratos y cómodos para trabajar que sus
equivalentes con memoria EPROM.
Otra característica destacable de este tipo de microcontrolador es que fue en
ellos donde comenzaron a utilizarse los sistemas de programación en el
sistema que evitan tener que sacar el microcontrolador de la tarjeta que lo aloja
para hacer actualizaciones al programa.
Memoria flash. En el campo de las memorias reprogramables para
microcontroladores, son el último avance tecnológico en uso a gran escala, y
han sustituido a los microcontroladores con memoria EEPROM.
A las ventajas de las memorias flash se le adicionan su gran densidad respecto
a sus predecesoras lo que permite incrementar la cantidad de memoria de
programas a un costo muy bajo. Pueden además ser programadas con las
mismas tensiones de alimentación del microcontrolador, el acceso en lectura y
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la velocidad de programación es superior, disminución de los costos de
producción, entre otras.
Arquitectura de un microcontrolador
La arquitectura de un microcontrolador es como está organizado internamente,
esto varía notablemente de un dispositivo a otro. Por esta razón, es difícil
definir un modelo de microprocesador que represente todas las alternativas
posibles puesto que cada uno tiene una lógica de funcionamiento propia. El
conocer su arquitectura es de suma importancia a la hora de elegir un
microcontrolador adecuada para la aplicación que pretendemos realizar.
Aplicaciones del microcontrolador.
Los microcontroladores están presentes hoy en día en la mayor parte de los
equipos y máquinas electrónicas que utilizamos para diferentes aplicaciones.
Siendo un beneficio para el desarrollo de la humanidad.
Los microcontroladores tienen aplicaciones en:
- Periféricos y dispositivos auxiliares de los computadores.
- Electrodomésticos.
- Aparatos portátiles y de bolsillo (Tablet, teléfonos celulares,
reproductores mp3,..)
- Máquinas expendedoras y juguetería.
- Instrumentación.
- Industria de automoción.
- Control industrial y robótica.
- Electromedicina.
- Sistemas de navegación espacial.
- Sistemas de seguridad y alarma. Domótica en general.
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Ventajas y Desventajas del microcontrolador.
- Con los microcontroladores no es necesario diseñar complejos
circuitos decodificadores porque el mapa de memoria y de puertos
I/O están incluidos internamente.
- El costo el sistema es mucho menor, al reducir el número de
componentes.
- El circuito impreso que se realiza utilizando microcontroladores es
más pequeño ya que muchos componentes se encuentran dentro del
circuito integrado.
- Los problemas de ruido que pueden afectar los sistemas con
microcontroladores se eliminan, debido a que todo el sistema
principal se encuentra en un solo encapsulado.
- El tiempo de desarrollo de un sistema se reduce notablemente.
- Los microcontroladores PIC son muy fácil de grabar, ya que solo
necesitamos una computadora o una notebook. Un PIC se puede
grabar mediante diferentes puertos, como por ejemplo el serie o el
USB. Estos son los dos más populares que utilizan las plaquetas
grabadoras convencionales.
- La gran ventaja de un PIC que no existía antes, es que nos permite
controlar, programar y soncronizar tareas electrónicas a través del
tiempo simplemente realizando una correcta programación. En el
pasado no muy lejano, esto no era posible ya que para controlar cada
proceso era necesario un circuito muy complicado y específico para
cada cosa que se necesite. En cambio, con un microcontrolador PIC,
este circuito integrado hace todo por nosotros.
- En el mercado existen varios softwares que nos ayudan a programar
un microcontrolador de este tipo, como por ejemplo el PICC, o el
MPLAB, es decir, que los PIC, están muy extendidos y difundidos en
la electrónica actual.
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- Existe una gran diversidad de microcontroladores PIC en el mercado
de Microchip y ésta también es una gran ventaja, ya que podemos
elegir entre diversas características que uno no tiene pero otro si,
como cantidad de puertos, cantidad de entradas y salidas, conversor
Analógico a Digital, cantidad de memoria, espacio físico, y este tipo
de cualidades que nos permiten tener una mejor elección de un PIC.
SENSOR
Un sensor es un dispositivo que, a partir de la energía del medio donde se
mide, da una señal de salida transducible que es función de la variable medida.
(Areny, 2003)
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas.
Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura,
intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento,
presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica
puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad
eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un
termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.
(http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor)
CLASIFICACIÓN.
Para comprender el funcionamiento de un sensor es necesario clasificarlo de
tal forma que abarquen todos los factores del medio al cual son expuestos,
estos pueden clasificarse de la siguiente forma:
Según su funcionamiento.
Activos: Requieren de una fuente externa de energía de la que recibir
alimentación de corriente para su funcionamiento.
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Pasivos: No requieren de una fuente de energía externa, sino que las propias
condiciones medioambientales son suficientes para que funcionen según su
cometido.
Figura 1. Clasificación atendiendo a su funcionamiento.
Según las señales que proporcionan.
Analógicos: proporcionan una señal analógica (tensión, corriente), es decir
que pueden tomar infinidad de valores entre un mínimo y un máximo.
Digitales: proporcionan la información mediante una señal digital que puede
ser un “0” o un “1” lógicos, o bien un código de bits.
Figura 2. Clasificación atendida a la señal que proporcionan
Según la naturaleza de su funcionamiento.
Posición: son aquellos que experimentan variaciones en función de la posición
que ocupan en cada instante los elementos que lo componen.
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Fotoeléctricos: son aquellos que experimentan variaciones en función de la
luz que incide sobre los mismos.
Magnéticos: son aquellos que experimentan variaciones en función del campo
magnético que les atraviesa.
Temperatura: son aquellos que experimentan variaciones en función de la
temperatura del lugar donde están ubicados.
Humedad: son aquellos que experimentan variaciones en función del nivel de
humedad existente en el medio en que se encuentran.
Presión: son aquellos que experimentan variaciones en función de la presión a
que son sometidos.
Movimientos: son aquellos que experimentan variaciones en función de los
movimientos a que son sometidos.
Químicos: son aquellos que experimentan variaciones en función de los
agentes químicos externos que pudieran incidir sobre ellos.
Figura 3. Sensores atendiendo a la naturaleza de funcionamiento.
Según los elementos utilizados en su fabricación.
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1. Mecánicos: son aquellos que utilizan contactos mecánicos que se abren
o cierran.
2. Resistivos: son aquellos que utilizan en su fabricación elementos
resistivos.
3. Capacitivos: son aquellos que utilizan su fabricación condensadores.
4. Inductivos: son aquellos que utilizan su fabricación bobinas.
5. Piezoeléctricos: son aquellos que utilizan en su fabricación cristales
como el cuarzo.
6. Semiconductores: son aquellos que utilizan en su fabricación
semiconductores.
Figura 4. Sensores atendiendo a los elementos de fabricación.
CARACTERÍSTICAS.
Para obtener el mejor rendimiento en una aplicación que vaya a realizar es
necesario tomar en consideración ciertos aspectos para hacer la mejor
elección.
Rapidez en la respuesta.
Situación donde van a ser utilizados.
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Radio de acción.
Fiabilidad en el funcionamiento
Tensiones de alimentación.
Consumo de corriente.
Márgenes de temperatura de funcionamiento.
Posibles interferencias por agentes externos.
Resistencia a la acción de agentes externos.
Relación calidad/precio.
Es necesario conocer determinadas características técnicas que nos dan
mucha información sobre la calidad del sensor.
1. Resolución: es la mínima variación de la magnitud de entrada que
puede apreciarse a la salida.
2. Sensibilidad: es la relación entre la variación de la magnitud de salida y
la variación de la magnitud de entrada.
3. Error: es la desviación de la medida proporcionada por el sensor
respecto de la real. Se suele expresar en %.
4. Precisión: es el error de medida máximo esperado.
5. Repetitividad: es el error esperado al repetir varias veces la misma
medida.
En la Tabla 1, muestra el tipo de sensores que habitualmente más se utiliza en
función de la aplicación.
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Tabla 1. Tipo de sensores en función de la aplicación.
CIRCUITOS ACONDICIONADORES DE SEÑAL.
Los sensores se encargan de convertir una magnitud obtenida mediante
efectos físicos o químicos en una magnitud eléctrica.
La señal de un sensor no suele ser válida para su procesado por los circuitos
actuadores, por lo tanto necesita ser adaptada y amplificada. Puede ocurrir que
la señal del sensor no sea lineal o que dependa de las condiciones de
funcionamiento como temperatura y la tensión de alimentación, en este caso
sería también necesario linealizar el sensor, así como compensar sus
variaciones, y para ello se utilizan lis circuitos acondicionadores de señal.
Definición: un circuito acondicionador es aquel que hace que la señal de los
sensores sea válida para ser procesada por circuitos actuadores o por equipos
de instrumentación, como multímetros, osciloscopios, LCD, etc.
Entre los circuitos acondicionadores de señal más utilizados podemos
encontrar los divisores de tensión mediante resistencias, el puente de
Wheatstone, los transistores, amplificadores operacionales,
microcontroladores, e incluso circuitos multivibradores para cuando es
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necesario que la información del sensor se traduzca en frecuencia, como
ocurre en el caso de los capacitivos. (A. Serna, 2010)
FOTORESISTOR LDR
Un fotoresistor o fotorresistencia es un componente electrónico cuya
resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz incidente, la
radiación óptica aporta la energía necesaria para aumentar el número de
electrones libres (efecto fotoelectrico) disminuyendo la resistividad, su símbolo
se lo representa en la Figura 5.
Figura 5. Fotoresistencia
La relación entre la resistencia (R) de una fotorresistencia y la intensidad
luminosa (L, en lx) recibida, no es lineal y viene dado por la Figura 6, donde A y
α son constantes que dependen del material y de las condiciones de
fabricación.
Figura 6. Ecuación y grafica del comportamiento de una fotorestencia.
28
Las siglas (LDR) se originan de su nombre en inglés light-dependent resistor.
Los materiales fotosensibles más utilizados en la fabricación de una LDR son el
sulfuro de talio, sulfato de cadmio, el seleniuro de cadmio y el sulfato de plomo.
Estos materiales se colocan encapsulados en vidrio o resina. Los valores
típicos de α para fotoresistores de SCd que trabajan en el espectro visible
están comprendidos en el intervalo 0,7 y 0,9.
SENSOR LM35
El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC. Su
rango de medición abarca desde -55°C hasta 150°C. La salida es lineal y cada
grado centígrado equivale a 10mV, por lo tanto:
150ºC = 1500mV
-55ºC = -550mV1
Sus características más relevantes son:
Está calibrado directamente en grados Celsius.
La tensión de salida es proporcional a la temperatura.
Tiene una precisión garantizada de 0.5°C a 25°C.
Baja impedancia de salida.
Baja corriente de alimentación (60uA).
Bajo coste.
Destacables
El LM35 no requiere de circuitos adicionales para calibrarlo externamente. La
baja impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración hace posible
que este integrado sea instalado fácilmente en un circuito de control. Debido a
su baja corriente de alimentación se produce un efecto de auto calentamiento
muy reducido. Se encuentra en diferentes tipos de encapsulado, el más común
29
es el TO-92, utilizada por transistores de baja potencia. También este sensor si
es conectado a uno pero obtienes ganancia general y de salida. (National
Semiconductor)
SENSOR DHT-11
El DHT-11 es un sensor de temperatura y humedad el cual tiene una salida
digital, se comunica por medio de una interface one wire y posee un rango de
operación de 0 a 50 grados centígrados y de 20 a 90% de humedad relativa.
Con el uso de este dispositivo, se pueden realizar mediciones de temperatura y
humedad de manera fácil y rápida, sin tener que realizar complicados circuitos
(sobre todo para la medición de humedad) el costo de dicho dispositivo es muy
accesible.
Figura 7. Sensor DHT11
En la Figura 8, se muestra el esquemático del sensor y en la Figura 9, la forma
física de conexión, de esta forma se debe de conectar para poderlo utilizar con
un micro controlador, en realidad es muy fácil de conectar, lo complicado es
realizar el programa del micro.
30
Figura 8. Esquema de conexión Figura 9. Conexión en Arduino
PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN.
El dispositivo usa un bus de datos sencillo el cual consiste en una sola línea
para enviar y recibir información (one wire bus)
Se transmiten 5 Bytes solamente, es decir, los datos transmitidos consisten en
partes enteros y partes decimales, se transmiten 40 bits donde el bit más
significativo se envía primero.
El formato de transmisión es el siguiente:
8 bits RH (entero) + 8 bits RH (decimal) + 8 bits Temp (entero) + 8 bits Temp
(decimal) + checksum, algo asi por ejemplo
50,50,25,35,160 <- Checkum es la suma de los cuatro primeros bytes.
El bus de datos se encuentra inactivo cuando el voltaje en el mismo es igual a
VCC.
31
Cuando se desea establecer comunicación entre el dispositivo y un micro
controlador, se debe de enviar una petición por asi decirlo, este procedimiento
le indica al DHT11 que requerimos nos envíe los datos de temperatura,
humedad y el checksum, el procedimiento se describe a continuación:
(Sanchez)
1.- Setear el bus de datos a cero volts (0 lógico) por 18mS (esto asegura que el
sensor ha recibido el comando de petición)
2.- Setear el bus de datos nuevamente en VCC (1 lógico)
3.- En un período de 20 a 40 uS el sensor empezará a enviar los datos de las
mediciones.
METODOLOGÍA
Para la presente investigación y desarrollo del proyecto integrador empezamos
con la recolección de la información procedente de los siguientes medios; de
libros, revistas técnicas, tutoriales, asesorías técnicas e internet.
A partir de la recolección de datos se ha procedido a utilizar el método
científico, el mismo que “se refiere a la serie de etapas que hay que recorrer
para obtener un conocimiento válido desde el punto de vista científico,
utilizando para esto instrumentos que resulten fiables.” (definicion.de)
Dentro de la serie de pasos que tiene este método he utilizado los siguientes:
Observación del fenómeno a investigar.
Aquí pude constatar cómo se realiza el cultivo de ciertas hortalizas y vegetales
fuera de invernaderos, en un barrio de la ciudad de Celica; este lugar
presentaba un exceso de temperatura de alrededor de los 36º C, esto
32
repercute negativamente en las plantas, además de la poca cantidad de agua
para el riego, además que el todo trabajo es realizado por una sola persona.
Cuestionamiento.
¿Cómo puedo mejorar esta situación?
Experimentación.
Comenzamos a colocar una protección encima de las plantas, almacenar la
poca agua proveniente de una quebrada en tanques.
Elaboración de conclusiones y teorías.
Con la utilización de protecciones sobre las plantas se logra reducir la
temperatura en pequeñas proporciones, almacenado el agua en tanques y
utilizando el riego por goteo existen menos perdidas del líquido vital siendo
absorbido en su mayoría por las plantas.
Conclusión: Una vez realizado la recolección de datos, cuestionamiento,
experimentación y formulación de teorías, puedo concluir que se puede mejorar
la producción de verduras y hortalizas en este lugar utilizando un invernadero.
Ahora puedo aportar con los conocimientos adquiridos en el aula y en especial
con los conocimientos técnicos para automatizar el sistema de riego y control
de temperaturas para optimizar los procesos de cultivos.
33
DESARROLLO
Como primera acción se investigó sobre los tipos de sensores de temperatura;
humedad del suelo y humedad del ambiente; nivel de agua; existentes en el
comercio local, sus costos, características de operación. Adicional a esto se
consultó los actuadores, como son las electroválvulas, bombas de agua, relés.
Realizada esta investigación se hizo un presupuesto de esos materiales
llegado a la conclusión que no era factible para adquirir estos tipos de sensores
para la implementación real en situ, en su lugar he decidido hacer una maqueta
para explicar cómo sería el comportamiento de estos sensores y actuadores y
como controlarían las cantidades necesarias de temperatura, luz y agua en el
invernadero.
Para construir la maqueta opte por utilizar los siguientes materiales debido a su
bajo costo: tubo pvc de ¾ de pulgada, “T” de ¾, codos de 45º con diámetro de
¾ de pulgada, plástico translucido, madera prensada de 4 mm de espesor .
Dentro de la construcción de la maqueta lo primero que se hizo fue diseñar la
estructura, seguido se procedió a comprar los materiales y algunas
herramientas faltantes; conseguido el material se midió y corto el tubo PVC.
“ver anexos, Proceso de construcción de la maqueta. Figura 10.”. Luego se la
fue armando hasta terminar la estructura para colocar el plástico protector.
Una vez armada la maqueta del invernadero, nos preocupamos por el diseño y
simulación de los circuitos eléctricos y electrónicos mediante software Proteus
versión 8.1. demo.
Constatado todo mediante simulación es hora de implementarlos en el
protoboard para comprobar que en verdad funcionan, todo ha salido bien, hay
que pasar al siguiente paso que es el diseño de las placas PCB, para ello se
34
vuelve a utilizar Proteus, listo el diseño se imprimen para su fabricación. (Ver
anexos. Fabricación de placas PCB. ) .
Se realiza pruebas de funcionamiento de la bomba de agua para conocer el
consumo de corriente eléctrica y tener un buen diseño de la placa PCB para su
correcto funcionamiento (Ver anexos. Medición de caída de voltaje y consumo
de corriente producido por la activación de la bomba de agua).
Ya lista la maqueta, los circuitos para los sensores y la placa de potencia,
empieza una larga tarea que es la programación y pruebas de funcionamiento
mediante simulación en forma práctica. Para realiza la programación utilice el
compilador CCS, cuya programación es en lenguaje C. para ello establecí
unas condiciones con las cuales podía empezar para comprobar los sensores y
actuadores.
ALGORITMO PARA LA PROGRAMACIÓN DEL CIRCUITO DE CONTROL.
Definir los tipos de sensores (Temperatura, Humedad del suelo,
humedad ambiente, nivel de almacenamiento del agua, Luz)
Definir el tipo de microcontrolador, (Debe cumplir con los requisitos
necesarios; como entradas analógicas, digitales, comunicación
alámbrica-inalámbrica)
Definir tipo de actuadores e indicadores:
Definir elementos electrónicos:
Sensor de temperatura: "lm35". "humedad", "luz", "nivel de agua",
Microcontrolador: "Pic 16f628a, Pic 16f877a".
Actuadores: "relés >>> (bomba de agua „electroválvula', ventilador)".
Indicadores: "visuales >>> leds", "lcd 16x2".
Elementos electrónicos: "reloj en tiempo real ds1307".
INICIO.
o Cargar la librería del microcontrolador <16f877a>
o Definir los fuses: (Esto se hace para que funcione en la parte real,
y no solo en simulación.)
o Se define el cristal oscilador. (4 Mhz)
o Cargar la librería para la comunicación serie-I2C
35
o Cargar librerías para reloj en tiempo real, lcd_16x2
o Configurar puertos (Entrada-Salida)
o Definir variables, definir subrutinas para establecer el control de
los sensores.
o Definir rutina para la configuración de los pines para la lectura de
los circuitos.
o Establecer configuración para la lectura de los sensores.
o Establecer condiciones para el control.
o Mostrar los mensajes en lcd.
FIN.
Funcionamiento del invernadero
Sensor de temperatura: La temperatura es controlada mediante el sensor
lm35, este tipo de sensor es de precisión en grados centígrados y perfecto para
realizar pruebas de laboratorio ya que su salida es lineal, no necesita
calibraciones externas, es bajo costo, el consumo de corriente eléctrica está
por el rango de los 60 uA (microamperios), con un voltaje operativo desde 4
hasta 30 v,
Por lo que su autocalentamiento es muy bajo de menos de 0,1 °c en aire
inmóvil. Debido a las características presentadas por el lm35 se puede realizar
un control opimo dentro de la maqueta del invernadero. Al momento de
implementar un sensor de temperatura dentro de un Invernadero real de tiene
que tomar en consideración varios factores, como el espacio físico,
Aquí se analizan el lugar en el cual fue construido, y los factores ambientales a
los cuales está expuesto, radiación solar, viento, humedad relativa, tipo de
suelo, si está cerca de una fuente de agua como arroyo, rio, etc., todo esto
difiere en el clima externo e interno del invernadero.
La señal emitida por el sensor es del tipo analógica y necesita ser convertida a
una señal digital para que pueda ser interpretada por el microcontrolador, esto
36
se realizada con un conversor Analógico-digital (adc), pero gracias a ciertos
microcontroladores ya poseen estos convertidores, se adoptó el utilizar el
microcontrolador Pic 16f877a, mismo que realizara la conversión requerida
Para procesar los datos y ejecutar la acción necesaria para el control de
temperatura en el Invernadero, como es, el accionar un sistema de ventilación
al existir temperatura perjudicial Para el cultivo, por el contrario y de ser
necesario activar un sistema de calefacción. El lm35 implantado en este
proyecto es solo para demostración del control de temperatura, ya que Se
haría un estudio completo sobre la temperatura en el invernadero.
Ilustración 1. Placa para acoplar el sensor lm35
Sensor de nivel de agua: La función es este tipo de sensor consiste
simplemente en determinar el nivel de agua que contiene el tanque o
reservorio, en este proyecto, se consideró en diseñar un sensor del tipo óptico,
El mismo que está conformado por una fotorresistencia (LDR), un
potenciómetro, un resistor, un diodo Led y elemento de barrera. Su
funcionamiento es el siguiente, se envía un haz de luz producido por el diodo
led, este haz atravesará una botella plástica transparente y será absorbido por
la ldr, al momento de bajar el nivel de agua hasta una altura determinada,
también bajara el elemento de barrera cortando el haz, provocando que la ldr
envié una señal de voltaje (señal analógica), hacia el microcontrolador, el cual
lo convierte a una señal digital, luego el microcontrolador dará la orden de
activación de un
37
Elemento indicador visual o sonoro, en este caso será un led. Esta función es
básica para explicar cómo sería un método para el control de un tanque o
reservorio de agua para el riego de los cultivos en un invernadero real. Ahora
en la implementación real se utilizarán sensores
Del tipo flotador que son los más comunes y prácticos para estos fines,
tomando siempre en consideración el lugar en el cual está construido el
invernadero y todos los posibles problemas que se presenten.
Ilustración 2. Sensor de Nivel de agua.
Sensor de humedad del suelo: Indistintamente del cultivo que se realice, es
necesario controlar el nivel humedad que requiere cada planta con el fin de
aprovechar mejor el líquido vital que en ciertos casos es limitado, además de
conseguir un riego uniforme.
Para ello el sensor de humedad del suelo, es un sensor del tipo resistivo, es
decir que funcionamiento es en relación a la resistencia del suelo; consiste en
enviar una pequeña corriente a través de dos puntas en este caso son pedazos
de fibra de vidrio cubierta por cobre, la corriente circulara por el medio de un
extremo al otro por lo cual se toma en cuenta la distancia entre las placas, este
recorrido permite determinar la resistencia del suelo teniendo como respuesta
un determinado voltaje (señal analógica), el cual ingresara al microcontrolador
38
para ejecutar una determinada acción dependiendo del voltaje de entrada; esta
acción puede ser el de activar o desactivar las electroválvulas para permitir el
riego.
Ilustración 3. Sensor de Humedad del Suelo.
Sensor de luz: Hay cultivos que dependen mucho del nivel de radiación
lumínica para su desarrollo, por otra parte algunos productores agrícolas
utilizan lámparas de vapor de sodio u otras que además de proporcionar la
cantidad de lúmenes necesarios, aportan calor, que incide directamente sobre
las plantas para forzar su desarrollo.
Para automatizar este tipo de proceso se ha implementado un sensor de luz el
cual está conformado por una fotorresistencia (LDR), un potenciómetro para
calibrar su sensibilidad, una resistencia de protección;
Su funcionamiento consiste en que cuando existe poca luminosidad la ldr envía
una señal analógica (voltaje) al microcontrolador para que el ejecute la orden
de encendido o apagado de las luces.
Cabe mencionar que este tipo de sensor puede ser calibrado para que se
ilumine en las noches cuando se requiera hacer alguna inspección.
39
Ilustración 4. Sensor de Luz.
RESPONSABLE Y PARTICIPANTES
El responsable de la coordinación para la del proyecto integrador que involucra
las materias de Computación Aplicada y de Electrónica I, es el Ingeniero Juan
Carlos Zaruma, docente de la institución.
El responsable para la ejecución del proyecto integrador es el señor Mario
Jiménez, estudiante de cuarto ciclo de la carrera de tecnología en Electrónica
del Instituto Tecnológico Superior Sudamericano.
40
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
NÚ
ME
RO
TIEMPO ACTIVIDADES
OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE ENERO FEBRERO
Sem
ana
1
Sem
ana
2
Sem
ana
3
Sem
ana
4
Sem
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1
Sem
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2
Sem
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3
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ana
1
Sem
ana
2
Sem
ana
3
Sem
ana
4
1 Elección del tema X X
2 Problematización: Formulación y delimitación del objeto de estudio.
X X
3 Justificación.
X 4 Objetivos.
X X
5 Marco Teórico X X X
6 Metodología X
7 Construcción de lineamientos alternativos para enfrentar el objeto de estudio.
X X
8 Cálculos y simulación de los circuitos.
X X X
9 Elaboración de la placa electrónica.
X
10 Ensamblaje de los circuitos con la maqueta del invernadero.
X
11 Normas técnicas para la redacción y presentación del informe final.
X
12 Culminación del Proyecto y Exposición.
x
41
PRESUPUESTO
Tabla 2. Material Eléctrico-Electrónico
MATERIAL ELÉCTRICO-ELECTRÓNICO CANTIDAD COSTO POR UNIDAD TOTAL
Microcontrolador (PIC16F877A) 1 $.8,00 $.8,00
Arduino Uno R3 1 $.31,00 $.31,00
Placas de fibra de vidrio 2 $.6,00 $.12.00
Sensor DHT-11 1 $.10,00 $.10.00
Pantalla LCD_16x2 1 $.8,00 $.8.00
DS1307 1 $.2,50 $.2.50
Resistores varios valores 37 $.0,03 $.1,11
Condensadores Ceramios y Electrolíticos 15 $.0,10 $.1,50
Diodos rectificadores 1N4007 3 $.0,10 $.0.30
Diodos 1N4148 4 $.0,10 $.0,40
Diodos led 13 $.0,05 $.0.65
Relés 12V, 6V, 5V 3 $.0,60 $.1.80
Transistores TIP31C 3 $.0,80 $.2.40
Ventilador de 12V 1 $.2,00 $.2.00
LDR 5 $0,50 $.2.50
LM7805 2 $.1,00 $.2,00
LM7806 1 $.1,00 $.1.00
LM324 5 $.1,00 $5,00.
Potenciómetros de precisión de 10K 4 $.0,50 $.2,00
Potenciómetros de precisión de 20K 1 $.0,50 $.0.50
Potenciómetros de precisión de 5K 3 $.0,50 $.1,50
Cristal oscilador de 4 Mhz 1 $.1,00 $.1.00
Cristal oscilador de 32768 Khz 1 $.0,50 $.1.00
Pulsadores NO grandes 7 $.0,80 $.5,60
Pulsadores NO pequeños 4 $.0,20 $.0,80
Borneras de 2 terminales 9 $.0,35 $.3,15
Borneras de 3 terminales 7 $.0,35 $.2,45
Cable paralelo para audio 5 mts $.0,35 $.1.75
Cable UTP 2 mts $.1,00 $.2.00
Cable flexible #16 5 mts $.0,40 $.2.00
Switch 6 $.0,50 $.3,00
Focos incandescentes de 12V 3 $.0,50 $.1.50
Bomba de agua 1 $.8,00 $.8.00
Zócalos 7 $.0,35 $.2,45
Peinetas 4 $.0,80 $.3,20
Estaño 2 mts $.0,80 $.1.60
TOTAL: $.135,66
42
Tabla 3. Materiales varios
MATERIAL CANTIDAD COSTO POR UNIDAD TOTAL
Tubo PVC 3/4” 2 $.3,80 $.7,60
T PVC 3/4” 40 $.0,40 $.16,00
Codos 45º PVC 3/4” 10 $.0,22 $.2,20
Plástico PQ 3mm calibre6 térmico M2 6 m2 $.0,80 $.4,80
Plancha de madera de 4 mm 2 m2 $.2,50 $.5,00
Pernos y tuercas milimétricos 12 $.0,25 $.3,00
Brocas 1/32” 1 $.0,60 $.0,60
Broca 9/32” 1 $.1,25 $.1,25
Broca 5/16” 1 $.1,50 $.1,50
Broca 11/32” 1 $.1,80 $.1,80
Broca 3/8” 1 $.2,55 $.2,55
TOTAL: $.46,30
El total de los costos de los materiales que serán utilizados es de $.181,96.
Cabe recalcar que este presupuesto está enfocado a un proyecto ideal sin
lugar a errores, pero en lo real y al momento de desarrollarlo e implementarlo
se debe tomar en consideración otros aspectos como los errores tanto
humanos como los defectos de fábrica de los componentes, esto manifiesta
que se debe añadir un porcentaje de alrededor del 50% extra para suplir todos
los problemas que se presenten, además gastas varios que incluyen
transporte, alimentación, gastos de impresiones, copias, materiales de oficina,
etc.
CONCLUSIONES
Es necesario realizar un estudio previo a la construcción de un
invernadero, de aspectos tales, como el clima, terreno y tipos y técnicas
de cultivo que se van implementar.
El rango para el control de temperatura está en el orden desde los 0º C
hasta los 150º C.
43
El sistema cuenta un sistema programado inteligentemente, siendo
bastante confiable para la implementación real.
Existe la posibilidad de tener una comunicación inalámbrica para el
envío de datos y así establecer una base de datos y para su posterior
análisis.
La maqueta se encuentra en la fase de experimentación, por lo que no
se tienen todavía resultados concretos.
El sistema activara el riego de los cultivos automáticamente cuando
estos lo necesiten.
El programa activara el sistema de ventilación cuando la temperatura no
sea la correcta para los cultivos que se aloje dentro de él.
En el momento de automatizar algún proceso se crea una forma más
fácil de realizar la actividad predestinada por dicho proceso, en este
caso el invernadero, de esta forma tenemos la certeza que justo en el
momento indicado se realizara el riego, exista la temperatura e
iluminación adecuada y así cubrir las necesidades de las plantas.
RECOMENDACIONES
Investigar sobre la existencia de nuevos tipos de sensores para el
control de la humedad ambiental (humedad relativa), temperatura, y en
especial para el sensado de la humedad en suelo que no repercuta en
contaminación.
Se recomienda hacer un mantenimiento preventivo cada cierto tiempo
de todas las instalaciones, en especial de la parte electrónica
(calibración de sensores).
Se recomienda establecer niveles de voltaje e intensidad de corriente
eléctrica estable para un mejor funcionamiento y protección del equipo.
44
Se recomienda utilizar energías alternativas para energizar los circuitos
electrónicos por medio de la captación de energía solar, esto con el fin
de que sea un invernadero ecológico y no tenga repercusiones
negativas al medioambiente.
45
Bibliografía A. Serna, F. (2010). GUÍA PRÁCTICA DE SENSORES. España.
Alegandro rodriguez Salgado, L. Á. (s.f.). Automatización de invernaderos aplicando tecnología
de punta, con fines. Obtenido de
http://www.acmor.org.mx/sites/default/files/002invernaderos.pdf
Areny, R. P. (2003). Sensores y acondicionadores de señal. España.
definicion.de. (s.f.). Método Científico. Obtenido de http://definicion.de/metodo-
cientifico/#ixzz3Sn3pxV9I
El telégrafo. (2014 de Abril de 21). El primer problema de la agricultura es la zonificación.
Obtenido de El telégrafo: http://www.telegrafo.com.ec/economia/item/el-primer-
problema-de-la-agricultura-es-la-zonificacion.html
Hortalizas.com. (18 de Diciembre de 2014). 10 claves para construir un invernadero
hidropónico. Obtenido de http://www.hortalizas.com/horticultura-
protegida/invernadero/10-claves-para-construir-un-invernadero-hidroponico/
http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor. (s.f.). Sensor.
National Semiconductor. (s.f.). Hoja de datos tecnicos. (datasheet).
Sanchez, J. (s.f.). Como medir temperatura y humedad con un DHT-11 y un PIC. Obtenido de
ReparaloYa:
http://www.reparaloya.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=120:co
mo-medir-temeratura-con-un-dht-11-y-un-pic&catid=91&Itemid=996
T. P. AGRO Colombia. (s.f.). INVERNADEROS. Obtenido de Tecnología para el Agro y Soluciones
Agropecuarias T. P. AGRO Colombia:
http://www.tpagro.com/espanol/invernaderos.htm
46
Figuras.
Figura 1. Clasificación atendiendo a su funcionamiento. ........................................................... 22
Figura 2. Clasificación atendida a la señal que proporcionan ..................................................... 22
Figura 3. Sensores atendiendo a la naturaleza de funcionamiento. .......................................... 23
Figura 4. Sensores atendiendo a los elementos de fabricación. ................................................ 24
Figura 5. Fotoresistencia ............................................................................................................. 27
Figura 6. Ecuación y grafica del comportamiento de una fotorestencia. ................................... 27
Figura 7. Sensor DHT11 ............................................................................................................... 29
Figura 8. Esquema de conexión Figura 9. Conexión en Arduino ............................................ 30
Figura 10. Medición y corte de los tubos PVC. ...............................¡Error! Marcador no definido.
Figura 11. Estructura armada..........................................................¡Error! Marcador no definido.
Figura 12. Colocación del plástico translucido. ...............................¡Error! Marcador no definido.
Figura 13. Estructura protegida por el plástico...............................¡Error! Marcador no definido.
Figura 14. Arranque de la bomba de agua. .....................................¡Error! Marcador no definido.
Figura 15. Bomba de agua trabajando. ...........................................¡Error! Marcador no definido.
Figura 16. Funcionamiento de bomba de agua. .............................¡Error! Marcador no definido.
Figura 17. Consumo de corriente de los focos y ventilador. ..........¡Error! Marcador no definido.
Figura 18. Comprobación del encendido de luces. .........................¡Error! Marcador no definido.
Figura 19. Placa para el Pic 16f877a ...............................................¡Error! Marcador no definido.
Figura 20. Placa para control de potencia. .....................................¡Error! Marcador no definido.
Figura 21. Baño de las placas en cloruro férrico. ............................¡Error! Marcador no definido.
Figura 22. Placa lista para soldar los elementos electrónicos. .......¡Error! Marcador no definido.
Figura 23. Vista posterior de la paca para control de potencia. .....¡Error! Marcador no definido.
Figura 24. Placa lista con todos los elementos electrónicos soldados. ......... ¡Error! Marcador no
definido.
Figura 25. Vista posterior de la placa, componentes soldados. .....¡Error! Marcador no definido.
Figura 26. Una madrugada dura de trabajo. ...................................¡Error! Marcador no definido.
Figura 27. Comprobación de las placas...........................................¡Error! Marcador no definido.
Tablas. Tabla 1. Tipo de sensores en función de la aplicación. ............................................................... 26
Tabla 2. Material Eléctrico-Electrónico ....................................................................................... 41
Tabla 3. Materiales varios ........................................................................................................... 42
47
ÍNDICE. TEMA: .......................................................................................................................................... 1
INTRODUCCIÓN. ...................................................................................................................... 2
PROBLEMATIZACIÓN .............................................................................................................. 4
JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................ 6
OBJETIVOS ................................................................................................................................ 7
OBJETIVO GENERAL: ......................................................................................................... 7
OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ............................................................................................... 7
ANTECEDENTES ...................................................................................................................... 8
MARCO TEÓRICO .................................................................................................................... 9
Invernadero ............................................................................................................................. 9
Recomendaciones importantes a la hora de implementar un invernadero ............... 9
10 claves para construir un invernadero hidropónico. .................................................... 14
1. Lugar y orientación de la estructura, hacia el norte verdadero. ........................... 14
2. Estructura firme, hermética y sólida. ........................................................................ 14
3. Cimientos de concreto, con vigas de amarre y paredes de soporte. .................. 14
4. Cubiertas de policarbonato de alta calidad. ............................................................ 15
5. Malla de sombra adecuada para combatir el calor. ............................................... 15
6. Agua para la refrigeración de la masa de aire. ....................................................... 15
7. Volumen y almacenamiento de agua. ...................................................................... 16
8. Costo acorde a la ganancia esperada. ..................................................................... 16
9. La temperatura de los nutrientes es fundamental para evitar enfermedades. ... 17
10. Mantenimiento y limpieza son clave. ...................................................................... 17
MICROCONTROLADORES ............................................................................................... 17
SENSOR ................................................................................................................................ 21
CLASIFICACIÓN. ............................................................................................................. 21
CARACTERÍSTICAS. ...................................................................................................... 24
CIRCUITOS ACONDICIONADORES DE SEÑAL. ..................................................... 26
FOTORESISTOR LDR ........................................................................................................ 27
SENSOR LM35..................................................................................................................... 28
48
SENSOR DHT-11................................................................................................................. 29
PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN. .......................................................................... 30
METODOLOGÍA ....................................................................................................................... 31
DESARROLLO ......................................................................................................................... 33
RESPONSABLE Y PARTICIPANTES .................................................................................. 39
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ..................................................................................... 40
PRESUPUESTO ...................................................................................................................... 41
CONCLUSIONES..................................................................................................................... 42
RECOMENDACIONES ........................................................................................................... 43
Bibliografía .................................................................................................................................. 45
Figuras. ...................................................................................................................................... 46
Tablas. ......................................................................................................................................... 46
ÍNDICE. ........................................................................................................................................ 47
ANEXOS ........................................................................................¡Error! Marcador no definido.
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ANEXOS
Proceso de construcción de la maqueta.
Figura 10. Medición y corte de los tubos PVC. Figura 11. Estructura armada.
Figura 12. Colocación del plástico translucido. Figura 13. Estructura protegida por el plástico.
Medición de caída de voltaje y consumo de corriente producido por la
activación de la bomba de agua.
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Figura 14. Conexión de bomba de agua. Figura 15. Funcionamiento de bomba de agua.
Figura 16. Arranque de la bomba de agua. Figura 17. Bomba de agua trabajando.
Comprobacion del consumo de corriente producidos por las luces y el ventilador.
Figura 18. Consumo de corriente de los focos y ventilador. Figura 19. Comprobación del encendido de luces.
Fabricación de placas PCB.
Figura 20. Placa para el Pic 16f877a Figura 21. Baño de las placas en cloruro férrico.
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Figura 22. Placa lista para soldar los elementos electrónicos. Figura 23. Vista posterior de la paca para control de potencia.
Figura 24. Placa lista con todos los elementos electrónicos soldados. Figura 25. Vista posterior de la placa, componentes soldados.
Figura 26. Placas listas para su comprobación y ensamble. Figura 27. Una madrugada dura de trabajo.
Circuitos y placas PCB.
Sensor de temperatura.
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Figura 28. Placa sensor para el LM35 Figura 29. Circuito del sensor de temperatura.
Sensor de nivel de agua.
Figura 30. Placa PCB para el sensor de agua. Figura 31. Circuito del sensor de nivel de agua.
Figura 32. Circuito del sensor Humedad del suelo.
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Figura 33. Placa PCB para el sensor de humedad.
Sensor de Luz.
Figura 34. Placa PCB sensor de luz. Figura 35. Circuito del sensor de luz.
Figura 36. Circuito del microcontrolador PIC 16F877A
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Figura 37. Placa microcontrolador.
Código realizado en lenguaje c, mediante el compilador CCS, para la programación del
microcontrolador
void luminosidad(void); void nivel_H2O(void); void humedad_suelo(void); void reloj(void); void mensaje(void); ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////////// PROGRAMA PRINCIPAL ////////////// ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void main() { configuracion(); ds1307_set_date_time(dia,mes,anio,dow,hora,min,sec); ds1307_get_date(dia,mes,anio,dow); /// se obtiene la fecha ds1307_get_time(hora,min,sec); /// se obtiene la hora ds1307_get_day_of_week(fecha); mensaje(); delay_ms(1000); while(true) { reloj(); delay_ms(500); temperatura();
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delay_ms(2000); nivel_H2O(); delay_ms(2000); humedad_suelo(); delay_ms(1000); luminosidad(); delay_ms(2000); } } ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////////// FUNCIONES ////////////// ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void configuracion() { //******************************* setup_adc_ports(ALL_ANALOG);//entrada del LM35 setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); setup_COUNTERS(RTCC_internal.rtcc_div_1);//marca de divicion //******************************* } ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////////// MENSAJES ////////////// ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void mensaje() { delay_ms(10); lcd_init(); lcd_gotoxy(3,1); printf(lcd_putc," BIENVENIDO "); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc," Mario Jimenez "); delay_ms(250); } ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////////// RELOJ ////////////// ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void reloj() { //ds1307_set_date_time(dia,mes,anio,dow,hora,min,sec); //ds1307_get_date(dia,mes,anio,dow); /// se obtiene la fecha //ds1307_get_time(hora,min,sec); /// se obtiene la hora //ds1307_get_day_of_week(fecha); lcd_init(); lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"%s %02u/%02u/20%02u",fecha,dia,mes,anio); lcd_gotoxy(5,2); printf(lcd_putc, "%02u:%02u:%02u",hora, min, sec); delay_ms(500); } //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
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////////////// TEMPERATURA ////////////// ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void temperatura() { set_adc_channel(0); // Leer canal 0, pin A0 temp=(float)read_adc()/2; lcd_init(); lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"Temperatura"); // Muestra mensaje en lcd delay_ms(500); //lcd_init(); lcd_putc("\f"); lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"%f",temp); lcd_gotoxy(7,1); printf(lcd_putc,"Grados"); // Muestra mensaje en lcd //delay_ms(500); //***********si la temperatura es mayor que 32 if(temp<=500&&temp>=32) { output_high(pin_d2); // Activar sistema de ventilacion output_low(pin_d3); // Sistema de calefaccion desactivada lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"Disipando calor "); } //****************si la temperatura es correcta o menor que 35 else { lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"F. Normal"); // Muestra mensaje en lcd delay_ms(500); } if (temp<=9&&temp<=500) { output_low(pin_d2); // sistema de ventilacion desactivao output_high(pin_d3); // Activar sitema de calefaccion lcd_putc("\f"); lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"Activando"); // Muestra mensaje en lcd lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"Calefaccion"); // Muestra mensaje en lcd delay_ms(500); } } ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////////// NIVEL DE AGUA ////////////// ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void nivel_H2O() {
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delay_ms(10); set_adc_channel(5); // Leer canal 5, pin E0 nivel_1=(float)read_adc()/2; delay_us(50); set_adc_channel(6); nivel_2=(float)read_adc()/2; // Leer canal 6, pin E1 delay_us(50); set_adc_channel(7); nivel_3=(float)read_adc()/2; // Leer canal 7, pin E2 delay_us(50); lcd_init(); lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"Nivel_H2O"); // Muestra mensaje en lcd delay_ms(500); //lcd_init(); //lcd_gotoxy(1,1); //printf(lcd_putc,"%f",nivel_1); //delay_ms(500); // Si el nivel_1, nivel_2 y el nivel_3 son menores al 20% entonces activar // la bomba, para llenar el tanque de almacenamiento y mostrar mensaje. if(nivel_1<=500&&nivel_1>=75) { lcd_init(); lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc," Nivel Bajo"); // Muestra mensaje en lcd lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"Activando bomba"); // Muestra mensaje en lcd } // Si el nivel_1, nivel_2 0 el nivel_3 son menores al 20% entonces activar // la bomba, para llenar el tanque de almacenamiento y mostrar mensaje. if(nivel_2>=150&&nivel_2<500) { lcd_init(); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc," Nivel Medio"); // Muestra mensaje en lcd } // Si el nivel_1, nivel_2 son mayores al 50% o el nivel_3 es igual al 100% entonces // activar la bomba, para llenar el tanque de almacenamiento . if(nivel_3>=200&&nivel_2<500) { lcd_init(); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc," Nivel Alto"); // Muestra mensaje en lcd //delay_ms(500); } } ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////////// HUMEDAD DEL SUELO ////////////// ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void humedad_suelo() {
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set_adc_channel(2); // Leer canal 2, pin A2 hum=(float)read_adc()/2; delay_ms(10); if(hum<=200) { output_high(pin_d1); //activar electrovalvula lcd_init(); //lcd_gotoxy(1,1); //printf(lcd_putc,"%f",hum); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"Activando Riego"); // Muestra mensaje en lcd } else { output_low(pin_d1); //desactivar bomba lcd_init(); //lcd_gotoxy(1,1); //printf(lcd_putc,"%f",hum); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"Humedad Normal"); // Muestra mensaje en lcd delay_ms(1000); } } ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// ////////////// LUMINOSIDAD ////////////// ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void luminosidad() { set_adc_channel(1); // Leer canal 1, pin A1 luz=(float)read_adc()/2; delay_ms(10); lcd_init(); lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"Luminosidad"); // Muestra mensaje en lcd delay_ms(500); lcd_init(); lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"%f",luz); lcd_gotoxy(7,2); printf(lcd_putc,""%" Lumenes"); // Muestra mensaje en lcd if(luz<=140&&luz<500) { output_high(pin_d0); lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"Iluminacion Baja"); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"Activando luces");
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} //****************si la temperatura es correcta o menor que 35 else { output_low(pin_d0); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"Luz Natural"); delay_ms(1000);
