Instrumentación y suministro energético para una red inalámbrica de sensores aplicada en cultivos de café

Abstract

Este documento presenta el proceso de diseño en un sistema de instrumentación y suministro energético fundamentado en energía solar fotovoltaica, para la implementación de redes inalámbricas de sensores (WSN) incorporadas en plantaciones de café. Que permita un mayor control y precisión con respecto a variables edafoclimáticas que afectan el rendimiento del cultivo. El diseño se ejecuta sobre la selección de los diversos dispositivos teniendo en cuenta los parámetros de precisión, tensión, corriente y potencia consumida por los dispositivos. Por otra parte, en cuestión de la tarjeta de desarrollo se toma en cuenta el tipo de comunicación, velocidad y modos de bajo consumo, permitiendo esto generar autonomía energética y lectura de datos confiables. La implementación del sistema se lleva a cabo por medio de una tarjeta de desarrollo ESP8266 y dispositivos de medición de parámetros como: temperatura, humedad, luminosidad y CO2. Adicionalmente cuenta con convertidores DC-DC que se encargan de regular la tensión proporcionada por los paneles, para mantenerla en el nivel requerido para el correcto funcionamiento de los dispositivos. estos convertidores cuentan con dos modos, permitiendo activar y desactivar el suministro por medio de un pulso, logrando disminuir el consumo en dispositivos que no cuentan con modos de ahorro. Los resultados obtenidos indican un bajo consumo de energía del sistema, lo cual se demuestra midiendo los diferentes modos de configuración disponibles en el ESP8266. Estas mediciones arrojan una reducción del 77.41 % en el consumo, ampliando así la autonomía del sistema. Además, los convertidores tienen una oscilación promedio del 2 % con respecto a su tensión de salida. Del mismo modo, se corroboran las medidas de las variables por medio de sensores industriales, en las cuales se obtienen porcentajes de error por debajo del 10 %.

This document presents the design process of an instrumentation and energy supply system based on photovoltaic solar energy, for the implementation of wireless sensor networks (WSN) incorporated in coffee plantations. This will allow greater control and precision with respect to edaphoclimatic variables that affect crop yield. The design is executed on the selection of the various devices taking into account the parameters of accuracy, voltage, current and power consumed by the devices. On the other hand, the development card takes into account the type of communication, speed and low consumption modes, allowing this to generate energy autonomy and reliable data reading. The implementation of the system is carried out by means of an ESP8266 development board and devices to measure parameters such as: temperature, humidity, luminosity and CO2. Additionally, it has DC-DC converters that are responsible for regulating the voltage provided by the panels, to keep it at the required level for the correct operation of the devices. These converters have two modes, allowing to activate and deactivate the supply by means of a pulse, thus reducing the consumption in devices that do not have saving modes. The results obtained indicate low system power consumption, which is demonstrated by measuring the different configuration modes available on the ESP8266. These measurements yield a 77.41 % reduction in consumption, thus extending the system's autonomy. In addition, the converters have an average oscillation of 2 % with respect to their output voltage. In the same way, the measurements of the variables are corroborated by means of industrial sensors, in which error percentages below 10 % are obtained.