Contribución a las redes de sensores inalámbricasestudio e implementación de soluciones hardware para agricultura de precisión

  1. LÓPEZ RIQUELME, JUAN ANTONIO
Supervised by:
  1. Juan Suardíaz Muro Director
  2. Basil M. Al-Hadithi Director
  3. Andrés Iborra García Director

Defence university: Universidad Politécnica de Cartagena

Fecha de defensa: 26 January 2012

Committee:
  1. Teresa Riesgo Chair
  2. Antonio Mateo Aroca Secretary
  3. Raul Morais Committee member
  4. Jorge Portilla Berrueco Committee member
  5. Rafael Domingo Miguel Committee member
Department:
  1. Automática, Ingeniería Eléctrica y Tecnología Electrónica

Type: Thesis

Abstract

En las regiones áridas y semiáridas, como el sureste español, la escasez de los recursos hídricos está causando importantes problemas de abastecimiento que afectan principalmente a la agricultura. Además, las predicciones sobre los efectos de cambio climático en estas regiones auguran un progresivo empeoramiento de la situación actual. Por tanto, uno de los objetivos prioritarios en el manejo y gestión de los recursos hídricos destinados al riego, debe ser el desarrollo e incorporación de nuevas tecnologías, así como de métodos que permitan conseguir una mayor eficiencia del uso del agua. Uno de los métodos más conocidos, y utilizados, para estimar, evaluar y entender las variaciones existentes en los cultivos es la agricultura de precisión. Este método se beneficia de numerosas tecnologías, entre las que se pueden citar los sistemas de posición global, las comunicaciones inalámbricas y los sistemas de instrumentación. Estas tecnologías permiten realizar tareas de monitorización de los cultivos almacenando los datos adquiridos, junto con las coordenadas geográficas del punto en el que se realizó la medida. Las redes de sensores inalámbricas constituyen una tecnología emergente de adquisición de datos que recientemente está atrayendo gran interés gracias a sus posibilidades, siendo aplicadas en numerosos ámbitos científicos e industriales para la realización de estudios y control de procesos. El uso de comunicaciones inalámbricas permite que los dispositivos sensores que la forman sean emplazados, así como reubicados, fácilmente sobre el terreno. Esta tesis se plantea con el objetivo global de estudiar, diseñar e implementar una arquitectura hardware, basada en redes de sensores inalámbricas, que pueda servir de herramienta a los ingenieros agrónomos para monitorizar, y así estimar, evaluar y entender las variaciones existentes en los cultivos, con objeto de determinar con mayor exactitud las necesidades de fertilizantes y riego, las fases de desarrollo y maduración de los productos, así como los puntos óptimos de siembra y recolección, que son los principales objetivos del método de la agricultura de precisión. Teniendo en cuenta las premisas de la arquitectura propuesta, durante el desarrollo de esta Tesis se han diseñado y construido diferentes prototipos de dispositivos inalámbricos (motes), los cuales han sido progresivamente depurados y mejorados a lo largo del transcurso de este trabajo, para poder ser validados en despliegues de redes de sensores, ubicadas en plantaciones agrícolas con diferentes cultivos. El resultado de este proceso ha concluido con el diseño de un dispositivo inalámbrico multi-entorno (MEWiN), con objeto de disminuir el número de elementos necesarios para configurar una red determinada y poder realizar tareas de monitorización mediante un único dispositivo. Los resultados que se derivan del desarrollo de esta tesis pueden ser aprovechados en nuevos trabajos de investigación aplicada, no sólo en el ámbito de la agricultura de precisión, sino también en contextos más diversos, como la monitorización en entornos marinos, o la vigilancia preventiva de partículas nocivas en ambientes industriales. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/