UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE ESPECIALIZACIÓN EN SISTEMAS

EMBEBIDOS

MEMORIA DEL TRABAJO FINAL

Control de un alimentador de terneroscon LPC1769

Autor:Lic. Guillermo Evangelista

Director:Esp. Ing. Pablo Ridolfi (UTN-FRBA)

Jurados:Ing. Juan Manuel Cruz (FIUBA, UTN-FRBA)

Esp. Ing. Pablo Llull (FIUBA)Esp. Ing. Iván León (UBA)

Este trabajo fue realizado en la Ciudad Autónoma de Buenos Aires, entre Enerode 2016 y Diciembre de 2016.

III

Resumen

En este trabajo final, se presenta el desarrollo de un dispositivo para automatizarla alimentación de terneros, realizado en conjunto con la empresa ADOX S.A.

Este sistema controla el peso, la temperatura y la ración de leche que recibe cadaanimal. Los datos son obtenidos por diversos sensores y guardados en un

servidor remoto. Cada animal es identificado por medio de un lector y unatarjeta RFID (como las del sistema SUBE). Con este equipo se mejora la

alimentación de los terneros, se agiliza su destete y la leche que no consume elanimal se aprovecha como materia prima en otros procesos.

En este trabajo se aplicaron conceptos de gestión de proyectos, control deversiones, protocolos de comunicación, sistemas operativos de tiempo real,

ingeniería en sistemas, entre otros.

V

Agradecimientos

En un principio quiero agradecer a Macarena por el incondicional y cariñoso apo-yo que me brindó en este intenso año y en todos mis años de estudio.

A mis viejos, Mirka y Alberto, y a mis hermanos por animarme e incentivarme entodos mis estudios.

A la gente de ADOX S.A., Javier Viqueira, Jorge Fizsman, Gustavo Zeitune y Mi-guel Mainenti, por abrirme las puertas y ayudarme, con total predisposición, enla realización de este proyecto.

A los docentes del CESE por los valiosos conocimientos que me transmitierondurante este año.

Al director Esp. Ing Pablo Ridolfi y a los Jurados Ing. Juan Manuel Cruz, Esp.Ing. Pablo Llull e Esp. Ing. Iván León por sus comentarios y recomendaciones alo largo del desarrollo de este proyecto.

Al Dr. Ing. Ariel Lutenberg por su motivación y ánimo para llevar adelante esteposgrado.

A todos mis amigos por comprenderme y apoyarme a lo largo de mis estudios.

A la gente de TeDEL por su apoyo anímico a lo largo de este año.

A todos ellos gracias.

VII

Índice general

Resumen III

Índice general VII

1. Introducción General 11.1. Alimentador automático de terneros . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Motivación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3. Objetivos y alcances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2. Introducción Específica 52.1. Funcionamiento general del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2. Requerimientos del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.3. Planificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3. Diseño e Implementación 93.1. Módulos del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.2. Sensores y actuadores del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.2.1. Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.2.2. Actuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2.3. Módulo de comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4. Ensayos y Resultados 254.1. Pruebas funcionales del hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.1.1. Balanza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.1.2. Lector RFID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264.1.3. Sensores y actuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274.1.4. Módulo de comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.2. Pruebas de integración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5. Conclusiones 335.1. Conclusiones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335.2. Próximos pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345.3. Conclusión final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Bibliografía 37

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XI

Dedicado a Macarena, Alberto, Mirka, Gabriel y Romina

1

Capítulo 1

Introducción General

En este capítulo se explica qué métodos de crianza de terneros se utilizan en laactualidad y el cuidado que requieren los animales al nacer. También se explica elpor qué de la elección de un alimentador automático y las ventajas con respectoal método manual de crianza.

1.1. Alimentador automático de terneros

Los primeros días de vida del ternero constituyen su etapa más vulnerable, enlos que la aparición de enfermedades puede comprometer su vida y, en los quelas diarreas son la causa de muerte más frecuente. En la Argentina, la diarreaneonatal en terneros produce pérdidas económicas por el retraso en el desarrollocorporal de los animales y por la mortandad, que en ciertos casos puede llegaral 20 %. El INTA1(Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria) recomienda el cui-dado de la higiene y la vacunación como acciones fundamentales para preveniréstas enfermedades[1].

Al momento del nacimiento, el ternero no tiene inmunidad o “defensas” paraenfrentar los microorganismos del medio ambiente. El desarrollo de sus propiasdefensas (inmunidad activa), se realiza en los primeros 2 a 3 meses de vida[5].Por lo cual es muy importante que en éstos primeros meses, el control sobre sualimentación sea lo mas riguroso posible.

Si se observa la conducta del ternero a poco de nacer, se puede determinar que porlo menos succiona de la ubre de la madre entre 8 y 10 veces al día, con intervalosvariables. Esto permite que el sustituto o la leche se dirijan al estómago verdadero(abomaso)2 sin pasar por el rumen3.

La posibilidad de dividir el consumo de leche o sustituto en varias tomas favorecela digestión del alimento, particularmente las proteínas y los lípidos en las prime-ras semanas de vida, en los que se considera al ternero inmaduro desde el puntode vista de la segregación de enzimas digestivas[4]. Aumentar el número de to-mas es una forma de regular la digestión, facilitando la absorción y asegurandocubrir los requerimientos nutricionales.

1organismo estatal que desarrolla acciones de investigación e innovación tecnológica en las ca-denas de valor, regiones y territorios para mejorar la competitividad y el desarrollo rural sustenta-ble del país.

2El abomaso o cuajar es el cuarto y último compartimento del estómago de los rumiantes.3Primera de las cuatro cavidades que forman el estómago de los rumiantes.

2 Capítulo 1. Introducción General

La implementación adecuada del alimentador automático cumple con algunos re-quisitos que lo hacen atractivo, permitiendo que el ternero pueda ingerir la dietaláctea, varias veces por día sin aumentar el trabajo del personal.

En la alimentación manual, la leche se coloca en un balde y el animal bebe delbalde, o bebe de unos picos de goma llamados tetinas, como se puede apreciaren la figura 1.1. Los problemas más comunes que presenta este tipo de métodoson: la leche se puede contaminar fácilmente, no se logra un control exacto delconsumo de cada animal, se desperdicia leche, entre otros.

FIGURA 1.1: Método de alimentación manual. 4

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2.3. Planificación 7

2.3. Planificación

En la figura 2.2, se puede ver el diagrama Activity On node que se confeccionópara la planificación de este proyecto:

FIGURA 2.2: Diagrama Activity On node con la división de tareasdel proyecto, las lineas mas gruesas marcan el camino critico.

A partir de éstas tareas y el tiempo estimado para realizar cada una de ellas seconfeccionó un diagrama Gantt. El mismo se puede observar a modo ilustrativoen la figura 2.3 :

1Herramienta para la gestión de proyectos, incluye calendario de actividades, diagramas deGantt, entre otras.

2sistema de control de versiones multiplataforma, para desarrolladores de software.3generador de documentación para C++, C,java y demás lenguajes

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33

Capítulo 5

Conclusiones

5.1. Conclusiones generales

En este trabajo se desarrolló un firmware que se encarga de identificar terneros,pesarlos, comunicarse con un servidor para intercambiar datos y controlar la tem-peratura de la leche utilizada para alimentarlos. Durante el desarrollo de esteproyecto se aplicaron muchos de los conocimientos adquiridos en la Carrera deEspecialización en Sistemas Embebidos. A continuación se listan las materias másrelevantes en la realización del trabajo presentado:

Gestión de proyectos de ingeniería: los conocimientos adquiridos en esta asig-natura fueron de especial utilidad para la organización y planificación delas tareas del proyecto.

Ingeniería de software en sistemas embebidos: fue muy útil para el desarrollode la documentación y versionado de código del programa, la toma de re-quisitos del sistema, modelado de capas de abstracción de hardware, entreotras.

RTOS I y II: los conocimientos adquiridos se utilizaron para llevar a caboel manejo y gestión de FreeRTOS y sus recursos para el desarrollo del firm-ware. Esta materia fue muy importante ya que no se poseeía un manejo desistemas operativos de tiempo real por parte del autor de este trabajo.

Arquitectura de microprocesadores: Resultó necesario tener conocimientos so-bre la Arquitectura ARM Cortex M para la programación de la plataformaLPCopen y el microcontrolador LPC1769.

Programación de microcontroladores: los conocimientos adquiridos en esta ma-teria fueron útiles en el desarrollo del firmware, se crearon rutinas claras,reutilizables y APIs para el manejo de los distintos sensores y actuadores.

Protocolos de comunicación: los conocimientos de esta materia se utilizaronpara la aplicación de los distintas interfaces de los sensores y la comunica-ción ethernet del sistema.

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5.2. Próximos pasos

Si bien la mayoría de los objetivos y requerimientos mencionados en la sección 2.2fueron cumplidos, quedan aún varias líneas de trabajo futuro que se desprendende este proyecto:

Mejorar el algoritmo de control de temperatura de leche e incorporar unacorrección de temperatura en la salida de leche.

Mejorar el algoritmo de función de alimentación para tomar en cuenta eltiempo que toma llenar la tetina nuevamente con leche, ya que ésta quedavacía por completo una vez que el ternero termina de alimentarse.

Mejorar el deposito de leche para no tener tanta disparidad de temperaturaentre la superficie y el fondo del tanque.

Agregar algoritmos para el control de limpieza del circuito de alimentacióny exterior de la tetina. Esta es una parte no contemplada en la realización deeste proyecto.

Mejorar el sistema de medición de cantidad de leche entregada. Se podríaagregar un medidor de caudal en vez de hacer un cálculo de tiempo en basea la cantidad de leche bombeada por minuto. De esta manera las racionesserían más precisas.

Mejorar la comunicación entre el servidor y el alimentador. Se debería agre-gar señales de llegada de un nuevo ternero y de finalización de alimenta-ción.

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5.3. Conclusión final 35

5.3. Conclusión final

Se puede decir que se logró desarrollar con éxito un prototipo funcional del sis-tema, que puede ser sometido a pruebas de campo en tambos para validar sufuncionamiento.

Una vez recopilados los resultados de estas pruebas se analizarán para determi-nar el camino a seguir en el desarrollo de este proyecto.

37

Bibliografía

[1] Dr. Guillermo Berra, INTA Castelar - Ing. Guillermina Osacar, actividadprivada. Crianza: alimentador automático para terneros.http://www.infortambo.com/web/detalle-base/Crianza-alimentador-automtico-para-terneros.cnt/17303048/. Disponible: 07-11-2016.

[2] DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer. 050400. Rev.3. Dallas Semiconductor. 2015.

[3] FreeRTOS. http://www.freertos.org/. Disponible: 13-11-2016.[4] Ing. Berta Garzón Quintero.Facultad de Medicina Veterinaria de la

Universidad Agraria de la Habana, La Habana, Cuba. SUSTITUTOSLECHEROS EN LA ALIMENTACIÓN DE TERNEROS.http://www.produccion-animal.com.ar/produccion_bovina_de_leche/cria_artificial/131-sustitutos.pdf. Disponible: 31-10-2016.

[5] Instituto de Investigaciones Agropecuarias – Centro Regional deInvestigación Remehue. CRIANZA DE TERNEROS Y REEMPLAZOS DELECHERÍA.http://www2.inia.cl/medios/biblioteca/boletines/NR33844.pdf.Disponible: 31-10-2016.

[6] Juan Manuel González Páez Zootecnista U.N. Espec. Producción AnimalUDCA. El estrés calórico en los bovinos. http://www.produccion-animal.com.ar/etologia_y_bienestar/bienestar_en_bovinos/14-stres.pdf.Disponible: 01-11-2016.

[7] LPCXpresso IDE v8.2.2. http://www.nxp.com/products/software-and-tools/software-development-tools/software-tools/lpc-microcontroller-utilities/lpcxpresso-ide-v8.2.2:LPCXPRESSO. Disponible: 13-11-2016.

[8] Motores IGNIS.http://ignismotor.com/DESKTOP/AR/bombas_peristalticas.html.Disponible: 23-10-2016.

[9] Nodriza para terneros DeLaval, CF150X. http://www.delaval.com.ar/-/Product-Information1/Feeding/Products/Distribution/feeding-stations/DeLaval-calf-feeder-CF150X1/. Disponible: 30-10-2016.

[10] Poliacetal. https://es.wikipedia.org/wiki/Poliacetal. Disponible:31-10-2016.

[11] SocketTest. http://sockettest.sourceforge.net/. Disponible: 11-11-2016.[12] USING THE FREERTOS REAL TIME KERNEL. Versión 1.0.5. Richard

Barry. 2009.