PRESENTAN:

DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN PROTOTIPO DE GRANJA CUNCOLA AUTOMATIZADA

INTRODUCCINActualmente la tecnologa ha tenido numerosos avances en gran parte de las cosas que nos rodean, no obstante, en el rea de ganadera, el avance ha sido mnimo a causa de los diversos factores tanto tcnicos como biolgicos a considerar ya que por ejemplo, en primera instancia es necesario contar con el conocimiento necesario de los cuidados esenciales de los especmenes a conservar, as como tambin factores secundarios donde ciertamente se incluyen el capital disponible y las condiciones medioambientales que influyen en este.

OBJETIVO GENERALRealizar la construccin de un sistema automatizado que logre reproducir los parmetros bsicos ambientales, propicios para el desarrollo de las especies seleccionadas y adems se realice la mecanizacin de los procesos principales encaminados a la conservacin de estos ejemplares.

OBJETIVOS ESPECFICOS Eficientizar las labores bsicas del cuidado de las especies animales elegidas. Sustentabilizar la operacin de la granja. Crear un ambiente artificial con las condiciones idneas para la conservacin de la fauna.

JUSTIFICACINEl fundamento de nuestro proyecto se basa en el notable descuido de implementacin tecnolgica en el sector agrcola. Las problemticas ms frecuentes se manifiestan principalmente en las granjas porcicolas y avcolas, ya que su produccin tiende a ser en masa y, la mayora de ocasiones el personal se encuentra limitado por lo que regularmente un trabajador desempea diferentes labores en reas diversas dentro de las instalaciones de la granja. Esto ocasiona un severo desgaste fsico del jornalero al final del da, ya que de acuerdo a datos proporcionados por un mdico veterinario consultado la metodologa para servir alimento requiere un esfuerzo excesivo, pues el trabajador debe transportarlo del almacn a las instalaciones pertinentes donde se encuentran los animales de produccin, para posteriormente proceder a servirlo de forma manual. As mismo, el trabajador debe inspeccionar el nivel de agua de sus tanques, generando as, prdidas de tiempo.La solucin que se propone consiste en automatizar subprocesos (que sean factibles) llevados a cabo en una granja como el servido de alimento temporizado o creacin de microclimas en reas especficas para la conservacin de cras.

HIPTESISLos procesos automatizados reducen el trabajo del hombre, costos por concepto de pago y tiempos, lo que resulta altamente beneficioso en el mbito empresarial, adems de que son mucho ms eficientes y laboran por un mayor periodo de tiempo. En el presente planteamos la construccin de una granja automatizada, capaz de ejecutar tareas simples, empleando componentes elementales, con lo cual se busca realizar un prototipo de costo y construccin razonable ya que, se pretende perfeccionarlo y, por tanto utilizarlo a futuro modificndolo para que pueda operar en sitios diversos o bien, realice funciones adicionales empleando otros mecanismos.Para esto se recurrir en una primera instancia a todos los medios y tecnologas de la informacin a las cuales podamos acceder para realizar una investigacin que nos oriente de cierto modo, posterior a ello, podremos iniciar la construccin de este y realizar en caso de ser necesarias algunas modificaciones para hacerlo ms eficiente. Todas estas actividades sern desarrolladas a lo largo de este periodo, el cual contempla la participacin equitativa de todos los miembros del equipo, adems, cabe sealar que en caso de la existencia de alguna duda se recurrir tanto al profesor como a personas con experiencia en el rea.

RESUMEN

La granja automatizada, tiene la capacidad de ejecutar subprocesos de forma autnoma e independiente y, adems, de preservar la temperatura de acuerdo al rango establecido en las reas designas. Gran parte de su funcionamiento sigue el principio del sistema de lazo cerrado, donde su retroalimentacin permitir la ejecucin de los procesos automaticados .La construccin se realizar en 3 etapas, siendo esta primera etapa una fase informativa donde se presentan los aspectos ms relevantes a considerar para la construccin del proyecto. Durante su desarrollo se buscar emplear un nmero discreto de elementos electrnicos/frgiles para que poder llevar a cabo las correcciones pertinentes de manera ms sencilla y poco costosa, en caso de ser necesario.

METAS Se busca que en 5 semanas se obtenga la construccin parcial al 60% del modelo representativo de la granja. En 7 semanas se logre implementar todos los mecanismos que se emplearn para la automatizacin de algunas acciones. En la semana 8 a la 9, se realice la programacin de nuestro prototipo, observando y analizando la dinmica de funcionamiento. En la dcima semana de trabajo, se revisar el trabajo y si resulta necesario, se aplicarn mejoras. Al finalizar el cuatrimestre, obtener un prototipo funcional que sirva como base para implementarlo a mayor escala.

CRONOGRAMA

ActividadSemana 1Semana 2Semana 3Semana 4Semana 5Semana 6Semana 7

Recopilacin de informacin sobre granjas cuncolas.

Determinar los objetos que se pueden automatizar dentro en una granja.

Boceto detallado de cmo ser la planeacin para el entorno fsico de la granja.

Cotizacin de precios de los materiales necesarios para la implementacin de la automatizacin

Adquisicin de los materiales.

Creacin de los mecanismos y dispositivos (Dispensador de alimento, agua, entre otros).

Creacin de la infraestructura de la granja.

Montaje y acoplamiento de los dispositivos previamente creados.

Pruebas de funcionamiento e identificacin de errores.

Verificacin y/o correccin de errores de esttica para su presentacin.

Tabla 1. Cronograma de actividades

Metodologa

Introduccin

En la presente investigacin se explicara la estructura y la composicin por la cual est conformada la parte fsica y mecnica de nuestra granja automatizada resaltando los puntos de innovacin y ahorro (energa). As como tambin haciendo hincapi en cada uno de los componentes y distribucin de cada una de las reas que integran una granja de nueva generacin con su tecnologa correspondiente.

Distribucin

Este apartado es la parte fundamental de cada proyecto, ya que de esta manera se tienen que tomar en cuenta distintos factores fsicos que puedan afectar en el funcionamiento y por consecuencia eliminar cada uno de estos factores a partir de soluciones de estructuracin.

En la presente imagen se muestra de forma breve la manera en la que est distribuida nuestra maqueta de la granja, claro para el diseo de esta se tienen que tomar distintos factores fsicos y biolgicos que se irn explicando conforme avanza esta explicacin.Haciendo referencia a lo que percibimos en la imagen podemos ver que esta subdividido el espacio en: Almacn Maternidad Reemplazos Tienda Cuarto frio Cuarto de control Matanza Secado

Tal vez se preguntaran y como se tom esta decisin en cuanto a cmo iran distribuidos en el espacio, para ello se debe de dar una pequea explicacin de cada una de las reas anterior mente mencionadas haciendo hincapi en cada uno de las caractersticas del porque debera de estar en esa posicin. Almacn: Este es el lugar en el que se guardaran algunas cosas como lo son herramientas y costales de alimento para conejo, por lo cual, su relevancia en el espacio geogrfico no es tan grata por lo cual puede ser asignado a cualquier parte dentro del rea siempre y cuando no afecte a algn sistema mecnico.

Maternidad:Esta es la parte ms delicada a controlar, puesto que se necesita de un control de temperatura muy preciso para el pleno desarrollo de la especie, de misma forma en esta seccin se busca una buena distribucin de alimento en todas las jaulas existentes.

Reemplazos:Dentro de esta seccin se encuentran los conejos que son engordados para el consumo de carne y de donde mismo se eligen a las futuras hembras reproductoras.

Tienda: A este se le asign la parte superior izquierda en la cual es un espacio independiente de lo dems ya que se encuentra entre calles ya que esta esta es algo irrelevante puede ir en cualquier parte siempre y cuando mantenga una buena imagen y no afecte al mecanismo.

Cuarto frio: Debe de estar ubicado en un punto estratgico dentro del espacio, de modo que no afecte en la ubicacin de los mecanismos ya que esta es un rea totalmente cerrada para la conservacin de su contenido que ser la carne.

Cuarto de control: Su ubicacin est basada en el punto central de la distribucin ya que esta contendr dispositivos los cuales tendrn su correspondiente cableado por lo cual debe estar establecida en un punto de unin el cual permita una distribucin ordenada.

Matanza: Punto clave dentro del espacio geogrfico en el cual no afecte la imagen ante la expectativa de algunas personas que visiten el lugar.

Secado:Se encuentra localizado en un lugar estratgico, cerca de las jaulas de remplazos puesto que de esta forma los desechos (eses de los conejos) sern trasladados fcilmente a este proceso de secado mediante un sistema el cual se desarroll.

MaterialesEn este apartado se designaron cada uno de los materiales a utilizar para el funcionamiento adecuado de la granja tomando en cuenta que es un diseo a escala (una maqueta). Arduino Mega

Madera:

Motores de 5 y 12 V:

Ventilador de computadora y cable.

Mdulo GSM

Materiales de construccin:

Panel solar y Leds

FUNDAMENTOS

Arduino Uno

Informacin GeneralEl Arduino Uno es una placa electrnica basada en elATmega328.Cuenta con 14 pines digitales de entrada / salida (de los cuales 6 se pueden utilizar como salidas PWM), 6 entradas analgicas, un 16MHzresonador cermico, una conexin USB, un conector de alimentacin, un header ICSP, y un botn de reinicio.Contiene todo lo necesario para apoyar el microcontrolador; simplemente conectarlo a un ordenador con un cable USB o el poder con un adaptador de CA o la batera a CC para empezar.El Uno es diferente de todas las placas anteriores en que no utiliza el chip controlador de USB a serial FTDI.En lugar de ello, se cuenta con elAtmega16U2(Atmega8U2hasta la versin R2) programado como un convertidor de USB a serie.Revisin 1 de la junta Uno tiene una resistencia tirando la lnea 8U2 HWB a tierra, por lo que es ms fcil de poner enmodo DFU.Revisin 2 de la Junta tiene las siguientes caractersticas nuevas: 1.0 pinout: SDA aadido y pines SCL que estn cerca al pin AREF y otros dos nuevos pasadores colocados cerca del pin de RESET, la instruccin IOREF que permiten a los escudos para adaptarse a la tensin proporcionada por la junta directiva.En el futuro, escudos sern compatibles tanto con el tablero que utiliza el AVR, que opera con 5V y con el Arduino Debido que opera con 3.3V.El segundo es un pin no est conectado, que se reserva para usos futuros. Circuito de RESET fuerte. ATmega 16U2 sustituir el 8U2."Uno" significa uno en italiano y se nombra para conmemorar el prximo lanzamiento de Arduino 1.0.El Uno y la versin 1.0 sern las versiones de referencia de Arduino, movindose hacia adelante.El Uno es el ltimo de una serie de placas Arduino USB y el modelo de referencia para la plataforma Arduino.Resumen

MicrocontroladoresATmega328

Tensin De Funcionamiento5V

Voltaje de entrada (recomendado)7-12V

Voltaje de entrada (lmites)6-20V

Digital pines I / O14 (de las cuales 6 proporcionan salida PWM)

Botones de entrada analgica6

Corriente DC por E / S Pin40 mA

Corriente DC de 3.3V Pin50 mA

Memoria Flash32 KB (ATmega328) de los cuales 0,5 KB utilizado por el gestor de arranque

SRAM2 KB (ATmega328)

EEPROM1 KB (ATmega328)

Velocidad De Reloj16MHz

Largo68,6 mm

Anchura53,4 mm

Peso25 g

Tabla 2. Caractersticas del arduino. Fuente:

Sensor de temperatura LM35Electrnica

El LM35 es un sensor de temperatura. Esta calibrado de fbrica con una precisin de 1C y es capaz de tomar lecturas entre -55C y 150CSus Terminales

PinFuncinDescripcin

1VccAlimentacin (5V)

2OUTSalida. Devuelve lo que el sensor a captado

3GNDConectado a tierra.

Como vemos, el sensor consta solo de 3 patillas, dos de alimentacin y otra que nos entrega la lectura tomada. Lo hace de forma lineal, cada grado C sube la temperatura son 10mV ms en esta salida.FuncionamientoEl LM35 viene calibrado de fbrica, por lo que no necesita ningn circuito externo para hacerlo funcionar.Esto unido a su simpleza hace que sea extremadamente sencillo aadirlo en cualquier montaje.

Mdulo SIM900 GSMMini core SIM900, mdem Quad Band, GSM-GPRS con el stack TCP-IP integrado, para aplicaciones con microcontroladores.

Descripcin general:El minicore SIM900, es un pequeo modulo GSM/GPRS de 4 bandas (850, 900, 1800, 1900 Mhz), para el desarrollo de proyectos de comunicacin y control remoto inalmbrico con microcontroladores, por va de la red celular e internet, ya sea utilizando mensajes cortos SMS bien enlaces por va GPRS.El chip SIM900 es el circuito base del minicore, e integra en su firmware el stack TCP-IP, de tal manera de hacer posible la comunicacin GPRS entre un sistema microcontrolador con un servidor de internet (web server).El minicore SIM900 incluye un receptculo estndar para el chip SIM de cualquier operador de red telefnica celular, un conector para entrada de alimentacin externa, un circuito MAX232 con la interfaz RS232 completa, y la antena GSM.El voltaje de alimentacin puede estar entre el rango de 3.2 a 4.8 volts, con un consumo tpico de 22 ma y una corriente de pico mxima de 2 amperes durante las rfagas de trasmisin (la duracin de los picos es de 577 us, cada 4.6 ms). El consumo promedio del minicore SIM900 en modo de trasmisin es de solo 1.25 watts. El minicore SIM900 se opera y configura a travs de su puerto serial RS232 por medio de de los comandos AT estndar GSM 07.07 y el set extendido de comandos AT SIMCOM, lo que permite su operacin desde cualquier sistema microcontrolador y a travs del puerto RS232.Para laspruebas iniciales enviando los comandos ATdesde la PC desde su microcontrolador, por favor conecte el mdem como se indica en el montaje recomendado, en la imagen de abajo.Sus dimensiones son de 5.0 x 4.8 cms.

Integrado(L293D)

El integradoL293Dincluye cuatro circuitos para manejar cargas de potencia media, en especial pequeos motores y cargas inductivas, con la capacidad de controlar corriente hasta 600 mA en cada circuito y una tensin entre 4,5 V a 36 V.Los circuitos individuales se pueden usar de manera independiente para controlar cargas de todo tipo y, en el caso de ser motores, manejar un nico sentido de giro. Pero adems, cualquiera de estos cuatro circuitos sirve para configurar la mitad de unpuente H.El integrado permite formar, entonces, dospuentes Hcompletos, con los que se puede realizar el manejo de dos motores. En este caso el manejo ser bidireccional, con frenado rpido y con posibilidad de implementar fcilmente el control de velocidad.Diagrama detallado del circuito interno

Diagrama simplificado

Las salidas tienen un diseo que permite el manejo directo de cargas inductivas tales como rels, solenoides, motores de corriente continua y motores por pasos, ya que incorpora internamente los diodos de proteccin de contracorriente para cargas inductivas.Las entradas son compatibles con niveles de lgica TTL. Para lograr esto, incluso cuando se manejen motores de voltajes no compatibles con los niveles TTL, el chip tiene patas de alimentacin separadas para la lgica (VCC1, que debe ser de 5V) y para la alimentacin de la carga (VCC2, que puede ser entre 4,5V y 36V).Las salidas poseen un circuito de manejo en configuracin "totem-pole" (trmino en ingls que se traduce como "poste de ttem", nombre que, grficamente, nos remite a un "apilamiento" de transistores, como las figuras en los famosos totems indgenas).En esta estructura, unos transistores en configuracin Darlington conducen la pata de salida a tierra y otro par de transistores en conexin seudo Darlington aporta la corriente de alimentacin desdeVCC2. Las salidas tienen diodos incorporados en el interior del chip para proteger al circuito de manejo de potencia de las contracorrientes de una carga inductiva.

Estos circuitos de salida se pueden habilitar en pares por medio de una seal TTL. Los circuitos de manejo de potencia 1 y 2 se habilitan con la seal1,2ENy los circuitos 3 y 4 con la seal3,4EN.Las entradas de habilitacin permiten controlar con facilidad el circuito, lo que facilita la regulacin de velocidad de los motores por medio de unamodulacin de ancho de pulso. En ese caso, las seales de habilitacin en lugar de ser estticas se controlaran por medio de pulsos de ancho variable.Las salidas actan cuando su correspondiente seal de habilitacin est en alto. En estas condiciones, las salidas estn activas y su nivel vara en relacin con las entradas. Cuando la seal de habilitacin del par de circuitos de manejo est en bajo, las salidas estn desconectadas y en un estado de alta impedancia.

Conexionado para un motor con giro en ambos sentidos (lado izquierdo) ycon motores con giro en sentido nico en dos salidas (lado derecho)

Por medio de un control apropiado de las seales de entrada y conectando el motor a sendas salidas de potencia, cada par de circuito de manejo de potencia conforma unpuente Hcompleto, como se ve en el diagrama de arriba, lado izquierdo.En la tabla de funcionamiento que sigue se puede observar los niveles TTL que corresponden a cada situacin de trabajo:

El circuito se utilizara en forma de puente H (para control bidireccional del motor) y su tabla de manejo

MOTOR CORRIENTE CONTINUAElmotor de corriente continuaes una mquina que convierte la energa elctrica en mecnica, principalmente mediante el movimiento rotatorio.Esta mquina de corriente continua es una de las ms verstiles en la industria. Su fcil control de posicin, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatizacin de procesos.La principal caracterstica del motor de corriente continua es laposibilidad de regular la velocidaddesde vaco a plena carga, en funcin de la tensin aplicada en sus bornes,Tomando como ejemplo la tabla siguiente, donde se recogen las caractersticas de dos motores uno solar y otro normal, se puede observar la velocidad de giro de cada motor en funcin de la tensin aplicada.

Motor sola RF 270Con lengetas,24mm, 30 mm long.Eje2mm.Arranca con 100 mA.Rango de tensin: 0,45v-2v.Relacin velocidad de giro-tensin aplicada:a 0,5v-1430 rpm, a 1,5v-4500 rpm.

Funcionamiento Mecnica En nuestro prototipo se usaron diferentes mecanismos de acuerdo al tipo de trabajo a realizar, uno de nuestros mecanismos importantes fue un gusano helicoidal el cual en la actualidad se utiliza como un medio de transporte de diferentes tipos de masas es muy utilizado debido a su bajo costo con respecto a otros tipo de transporte otra de las ventajas de usar este mecanismo es por su facilidad de instalacin y que se puede instalar en cualquier tipo de ambiente y espacio. En nuestro caso lo utilizamos como el distribuidor de alimento se ocuparan 2 uno para distribuir al rea de maternidad y reemplazos, para la construccin de cada uno se realiz lo siguiente.

Como primer paso se tomaron las medidas de del espacio que abarcaban las jaulas y la distancias de centro a centro de cada una de ellas.

Despus se procedi a realizar los siguientes clculos para saber el Angulo de corte que tendra el disco de nuestro sin fin:

Obtenido el angulo de corte se procedio a trazar y a cortar lo que iba a hacer el disco.

Una vez obtenidos los cortes se procedi a cortar la flecha de tubo PVC que tiene una longitud de 65 centmetros de largo y otra de 54 centmetros. Ya una vez obtenido los cortes se procedieron a pegar los discos en las flechas correspondientes.donde al termina de pagar los discos a la flecha y checar que la distancia entre disco y disconos diera 18 milimetros que era el paso que se tenia contemplado en los calculos anteriores.Se procedio a realizar su carcasa que esta hecha de un tubo de carton al cual se le trazo un centro para tomar medidas de referencia para hacer algunas perfeoraciones las cuales seran las caidas de alimento hacias las jaulas.Una vez realizadas dichas perforaciones se cortaron los tubos que seran colocados en las perforaciones ya mencionadas, estos tubos nos ayudaran a que el alimento no se disperce a la hora de caer y se vaya directo al comedero de los animales, la condicion de este otro mecanismo a realizar es que el alimento que vaya a caer de estos tubo debe de ser el mismo para todas las jaulas y todas deben de ser alimentadas al mismo tiempo, para cumplir con estaconndicion lo que se ara en dicho caso como primer paso sera cortar los tubos una ves cortados tomar encuenta el alimento que se requiere para cada jaula y envace a esto se hicieron medidas del area que requiere el alimento dentro del tubo despues de esto se sacaron los respectivos centros del tubo y se atravesaron unas agujas en el tubo para hacer un sistema paresido ala alimentacion de aire de un motor de combustion interna(papalote).Una ves hecho todo esto se dejo un espacio de sobra de estas agujas el cual se ocupara para unir una pequea palanca estas palancas todas se unira con una flecha la cual acoplara a un motor el cual se va a activar y va a abrir todas las compuertas al mismo tiempo cuando se vuelba a activar ara un retroseso para cerrar todas las compuertas y con este sistema logramos avastecer todas las jaulas al mismo tiempo y con la misma cantidad de alimento.Otro sistema que se esta ocupando es una banda transaportadora, la cual se esta ocupando para transportar el escremento del conejo esta esta hecha de elastico y dos flechas que son movidas por un motor la finalidad de este sistema es separar el escremento de la orina para poder vender estos dos productos obtenidos, el sistema es demaciado sencillo y no es caro debido que el trabajo a realizar con este no es muy pesado ya que no es va a transportar cosas tan pesadas esta banda ira debajo de las jaulas la para que el escremento caiga directamente sobre la banda y esta sea transportada a una area especifica.

Cuarto frio:FUNCIONAMIENTO DE LA CLULA PELTIER

En la figura 2 se muestra el esquema de funcionamiento de un sistema termoelctrico destinado al control de la temperatura interna de un habitculo. En la figura 3 se presenta la disposicin detallada de los diferentes elementos que lo forman, donde adems es necesario incluir un ventilador sobre el disipador interno para facilitar el intercambio de calor entre este y el ambiente interno.

Una clula Peltier mueve energa calorfica desde la placa fra a la placa caliente mediante el control de la energa elctrica proporcionada por una fuente de alimentacin. El sentido de movimiento de la energa calorfica es marcado por la polaridad de la corriente elctrica aplicada. Si sobre una placa se dispone un radiador con resistencia trmica nula con el aire externo de un habitculo, la temperatura de dicha placa coincidir con la del aire externo. Entonces, debido al efecto termoelctrico, la temperatura de la placa opuesta ser superior o inferior a la temperatura de ambiente, como consecuencia de la inyeccin o extraccin de calor producida por la corriente elctrica aplicada. Para favorecer la inyeccin o extraccin de energa, se debe asegurar una baja resistencia trmica de esta segunda placa con el aire del habitculo, para lo que es necesario el uso de un disipador y un ventilador. En la figura 3 se observa la presencia de un bloque de aluminio en la placa interna del Peltier. Su finalidad es ampliar la separacin entre los dos disipadores, permitiendo as una mayor espesor de aislante trmico, lo que se traduce en menores prdidas calorficas. Los dispositivos termoelctricos si bien presentan unas cualidades muy interesantes como elementos capaces de extraer o inyectar calor en un habitculo (principalmente muy alta fiabilidad y facilidad de control), en su funcionamiento como extractor de calor proporcionan un rendimiento relativamente bajo y que es funcin de la diferencia de temperatura entre sus dos placas.

CIRCUITO CONTROLADOR DE LA CLULA (TEMPERATURA-TRABAJO)

Uno de los detalles al utilizar la clula, radica en el hecho de que el hacerla trabajar de manera continua puede provocar un considerable sobrecalentamiento que a mediano plazo traera consecuencias negativas en el funcionamiento de nuestro componente. Para ello, se emplear un circuito para controlar el funcionamiento de la clula, con este se pretende evitar el problema anteriormente expuesto y, adems poder controlar la temperatura en el interior del receptculo. A continuacin una descripcin general del circuito:

El circuito presentado anteriormente, consta de resistencias de carbn (10K,15K Y 27K), un diodo, un potencimetro (100K), un amplificador operacional, un sensor de temperatura pt100 (sujeto a cambios de acuerdo a la funcionabilidad), 1 transistor 2n2222a, 1 relevador 5v y una celda/clula Peltier.FUNCIONAMIENTO: (descripcin general del funcionamiento)Nuestro elemento de entrada principal es el sensor de temperatura pt100, el cul cumplir la realizar la medicin de la temperatura para emitir una seal conjunta con el potencimetro que, a su vez modificarn la salida del amplificador operacional y, debido a esto el transistor modificar su seal que emite para accionar o desactivar el relevador que controla el funcionamiento de nuestra celda, de acuerdo a la temperatura mnima establecida a la que deber estar el cuarto.

Operando 16C