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Abstract—Este artículo describe un sistema empotrado diseñado para monitorizar variables que permiten estimar el estrés hídrico presente en una planta. Para ello se acuden a medidas basadas en técnicas de medición del flujo de savia, así como de la variación del diámetro del tronco. Se presenta un sistema basado en una arquitectura abierta, basado en un microcontrolador comercial, dotado de unas placas de expansión que permiten la adaptación del sistema a diferentes tipos de interfaces electrónicas, según las mediciones que interese realizar sobre cada cultivo en cada estación. Se presentan las desarrolladas para las técnicas de medición antes comentadas, así como unos módulos de expansión que permiten dotar al sistema de comunicaciones basadas en Bluetooth y GPS. Index Terms—Medida del estrés hídrico, técnicas de medida del flujo de savia, medida de las variación del diámetro del tronco, sistema empotrado de monitorización del estrés hídrico. I. INTRODUCCIÓN A ‘Agricultura de Precisión (AP)’ constituye un nuevo paradigma para la gestión de la producción agraria, donde habitualmente es r equerido una monitorización de diferentes parámetros que se han de medir sobre ciertas zonas del cultivo. Una de las definiciones más simples de AP la o frece [1] Roque Torrres es profesor titular en la Univ ersidad Politécnica de Cartagena y miembro del grupo de investigación DSIE (División de Sistemas e Ingeniería Electrónica) de dicha Universidad (contacto en el teléfono +34968325474; fax: +34968325345; e-mail: roque.torres@ upct.es y dirección postal Campus Muralla. C/ D r. Fleming s/n 30202 Cartagena. Murcia, España). Juan Antonio López es prof esor en la Un iversidad Politécnica de Cartagena y miembro del grupo de investigación DSIE (e-mail: jantonio.lopez@ upct.es). Juan Suardíaz M uro es profesor Titular en la Univer sidad Politécnica de Cartagena y miembro del grupo de investigación DSIE (e-mail: juan.suardiaz@ upct.es). Fulgencio Soto es profesor contratado doctor en la Universidad Politécnica de Cartagena y miembro del grupo de investig ación DSIE ( e-mail: pencho.soto@ upct.es). Honorio Navarro es becario de investigación en la Universidad Politécnica de Cartagena y miembro del grupo de investig ación DSIE ( e-mail: honorio.navarro@ upct.es). Andrés Iborra es catedrático de universidad en la Universidad Politécnica de Cartagena y miembro del grupo de investig ación DSIE ( e-mail: andres.iborra@ upct.es). cuando afirma: “la Agricultura de Precisión es una disciplina basada en la investigación de las d iferencias que existen en cada cultivo. Al explotar la variabilidad de los parámetros presentes en el cultivo a lo largo de su extensión, es posible gestionar las d iferentes entradas al m ismo (cantidad de agu a de riego, fertilizantes, pesticidas, etc), con efecto en el índice de producción, con el objetivo último de incrementar los beneficios del proceso productivo, reducir la cantidad de desperdicios generados y lograr un equilibrio medioambiental” Tang y Zhu [2] emplean el término “agricultura digital” en vez de AP. El uso de la electrónica y el procesamiento de los datos en las aplicaciones agrícolas se está convirtiendo en una práctica común que está conduciendo al desarrollo de estrategias de control automatizado cada vez más complejas. Sin embargo, en este cam po resulta una pieza clave la selección de los principales parámetros que es necesario medir y controlar dentro del cultivo, con objeto de lograr una complejidad controlable [3][4]. La robótica fue una de las principales aplicaciones de la tecnología moderna en la AP: [5] presenta un sistema de guiado automático para el cultivo basado en GPS, [6] presenta un tractor dotado de la tecnología adecuada para la colocación de una forma precisa de las semillas a lo largo de un cultivo. Se puede decir que dentro del ámbito del guiado automático de vehículos agrícolas industriales se ha producido a lo largo de estos años un importante auge del uso de las TIC y la instrumentación específica. Aunque existe un amplio abanico de tecnología aplicable al g uiado automático de estos vehículos, hoy por hoy dos constituyen las dos más usadas en las aplicaciones en campo: la tecnología del guiado láser [7] y la basada en el GPS [8][9]. La visión por computador constituye otra técnica que ha producido muy buenos resultados dentro de este campo. [10] describe un sistema de visión automatizado que consigue una localización 3-D, a la par de información sobre la reflectividad superficial y el radio de objetos esféricos, lo cu al ha sido usado para el desarrollo de un robot dedicado a la recolección de naranjas maduras. [11] presenta una estrategia para la eliminación automatizada de maleza dentro de una plantación dedicada a la producción de aceite de palma. Si bien la Robótica y la Visión Artificial han sido las MITRA: un sistema empotrado para monitorizar las necesidades de riego en Agricultura de Precisión Roque Torres, Juan Antonio López, Juan Suardíaz, Fulgencio Soto, Honorio Navarro y Andrés Iborra. División de Sistemas e Ingeniería Electrónica (DSIE). Universidad Politécnica de Cartagena L SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN Y MEDIDA 439

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Abstract—Este artículo describe un sistema empotrado

diseñado para monitorizar variables que permiten estimar el estrés hídrico presente en una planta. Para ello se acuden a medidas basadas en técnicas de medición del flujo de savia, así como de la variación del diámetro del tronco. Se presenta un sistema basado en una arquitectura abierta, basado en un microcontrolador comercial, dotado de unas placas de expansión que permiten la adaptación del sistema a diferentes tipos de interfaces electrónicas, según las mediciones que interese realizar sobre cada cultivo en cada estación. Se presentan las desarrolladas para las técnicas de medición antes comentadas, así como unos módulos de expansión que permiten dotar al sistema de comunicaciones basadas en Bluetooth y GPS.

Index Terms—Medida del estrés hídrico, técnicas de medida del flujo de savia, medida de las variación del diámetro del tronco, sistema empotrado de monitorización del estrés hídrico.

I. INTRODUCCIÓN A ‘Agricultura de Precisión (AP)’ constituye un nuevo paradigma para la gestión de la producción agraria, donde

habitualmente es r equerido una monitorización de diferentes parámetros que se han de medir sobre ciertas zonas del cultivo. Una de las definiciones más simples de AP la o frece [1]

Roque Torrres es profesor titular en la Univ ersidad Politécnica de

Cartagena y miembro del grupo de investigación DSIE (División de Sistemas e Ingeniería Electrónica) de dicha Universidad (contacto en el teléfono +34968325474; fax: +34968325345; e-mail: roque.torres@ upct.es y dirección postal Campus Muralla. C/ D r. Fleming s/n 30202 Cartagena. Murcia, España).

Juan Antonio López es prof esor en la Un iversidad Politécnica de Cartagena y miembro del grupo de investigación DSIE (e-mail: jantonio.lopez@ upct.es).

Juan Suardíaz M uro es profesor Titular en la Univer sidad Politécnica de Cartagena y miembro del grupo de investigación DSIE (e-mail: juan.suardiaz@ upct.es).

Fulgencio Soto es profesor contratado doctor en la Universidad Politécnica de Cartagena y miembro del grupo de investig ación DSIE ( e-mail: pencho.soto@ upct.es).

Honorio Navarro es becario de investigación en la Universidad Politécnica de Cartagena y miembro del grupo de investig ación DSIE ( e-mail: honorio.navarro@ upct.es).

Andrés Iborra es catedrático de universidad en la Universidad Politécnica de Cartagena y miembro del grupo de investig ación DSIE ( e-mail: andres.iborra@ upct.es).

cuando afirma: “la Agricultura de Precisión es una disciplina basada en la investigación de las d iferencias que existen en cada cultivo. Al explotar la variabilidad de los parámetros presentes en el cultivo a lo largo de su extensión, es posible gestionar las d iferentes entradas al m ismo (cantidad de agu a de riego, fertilizantes, pesticidas, etc), con efecto en el índice de producción, con el objetivo último de incrementar los beneficios del proceso productivo, reducir la cantidad de desperdicios generados y lograr un equilibrio medioambiental”

Tang y Zhu [2] emplean el término “agricultura digital” en vez de AP. El uso de la electrónica y el procesamiento de los datos en las aplicaciones agrícolas se está convirtiendo en una práctica común que está conduciendo al desarrollo de estrategias de control automatizado cada vez más complejas. Sin embargo, en este cam po resulta una pieza clave la selección de los principales parámetros que es necesario medir y controlar dentro del cultivo, con objeto de lograr una complejidad controlable [3][4].

La robótica fue una de las principales aplicaciones de la tecnología moderna en la AP: [5] presenta un sistema de guiado automático para el cultivo basado en GPS, [6] presenta un tractor dotado de la tecnología adecuada para la colocación de una forma precisa de las semillas a lo largo de un cultivo. Se puede decir que dentro del ámbito del guiado automático de vehículos agrícolas industriales se ha producido a lo largo de estos años un importante auge del uso de las TIC y la instrumentación específica. Aunque existe un amplio abanico de tecnología aplicable al g uiado automático de estos vehículos, hoy por hoy dos constituyen las dos más usadas en las aplicaciones en campo: la tecnología del guiado láser [7] y la basada en el GPS [8][9].

La visión por computador constituye otra técnica que ha producido muy buenos resultados dentro de este campo. [10] describe un sistema de visión automatizado que consigue una localización 3-D, a la par de información sobre la reflectividad superficial y el radio de objetos esféricos, lo cu al ha sido usado para el desarrollo de un robot dedicado a la recolección de naranjas maduras. [11] presenta una estrategia para la eliminación automatizada de maleza dentro de una plantación dedicada a la producción de aceite de palma.

Si bien la Robótica y la Visión Artificial han sido las

MITRA: un sistema empotrado para monitorizar las necesidades de riego en Agricultura de

Precisión Roque Torres, Juan Antonio López, Juan Suardíaz, Fulgencio Soto, Honorio Navarro y Andrés Iborra.

División de Sistemas e Ingeniería Electrónica (DSIE). Universidad Politécnica de Cartagena

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tecnologías que más se h an aplicado a la au tomatización de los procesos agrícola, a lo largo de los últimos años otra tecnología está teniendo cada vez más un mayor impacto en en la mejora de los rendimientos de los cultivos. En 2005, el profesor David E. Culler dio una disertación titulada “Distributed Computation in the Physical World”, dentro del 25º Congreso Internacional sobre Sistemas de Computación Distribuida [12]. A l o largo de su charla, comentó que “las redes de sensores dotados de cierta inteligencia distribuidas a lo largo del entorno revolucionarán las aplicaciones de ciencias tan diversas como la ingeniería civil, los procesos productivos, la seguridad, la agricultura, la computación ubicua y muchas otras áreas”.

Este artículo presenta un sistema empotrado dotado de un sistema de co municaciones basado en bluetooth [13], dedicado a monitorizar los parámetros más significativos a la hora de estimar la sensibilidad que presenta el crecimiento de almendros sometidos a diferentes casos de estrés hídrico, con objeto de estimar una estrategia de riego óptima en lo que a consumo de agua de riego se refiere.

El artículo se encuentra estructurado de la siguiente forma: en la sección 2 se comentan las in fluencias que las condiciones climáticas y, en especial, el estrés hídrico tiene sobre el rendimiento de los cultivos leñosos. La sección 3 describe dos métodos para la medición de los ratios de evapotranspiración: la medición del flujo de savia y la medición de variaciones en el diámetro de los troncos. La sección 4 detalla el sistema empotrado desarrollado, junto a las tarjetas de interfaz desarrolladas para llevar a c abo la monitorización del estrés hídrico basado en las téc nicas comentadas anteriormente y f inalmente la sección 5 comenta los resultados obtenidos en la medición con el sistema desarrollado de los indicadores de estrés hídrico en un cultivo experimental de almendros.

II. INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES CLIMÁTICAS SOBRE EL RENDIMIENTO DE LOS CULTIVOS LEÑOSOS (FRUTALES)

En España el 80% del agua total se utiliza para el riego y no cubre las necesidades existentes, por lo que se hace imprescindible la correcta utilización de esa agua y obtener el mayor aprovechamiento posible. Cualquier disminución de consumo del agua de riego permite ampliar la superficie regada, y la producción o utilizar el excedente hídrico en otras necesidades.

Las experiencias realizadas en campos de regadío han permitido determinar la carencia de agua que puede tolerar una planta sin que afecte a l a calidad del producto. También hay que tener en cuenta las características del suelo, radiación solar, humedad, niveles de evapotranspiración, características de las raíces y tallos, y la actividad de cultivo y recolección.

Cuando la car encia de agua es muy aguda, el proceso fisiológico de la p lanta se altera, y el crecimiento y rendimiento se reducen.

Los niveles relativos de absorción y pérdida de agua por las plantas determinan el balance hídrico interno. El agricultor intenta mantener este balance hídrico en co ndiciones

favorables para obtener el rendimiento óptimo del cultivo. Existen las llamadas necesidades netas y las n ecesidades

brutas de los cultivos. Las necesidades netas se relacionan con la cantidad de agua usada por la planta, en tr anspiración y crecimiento, además de aquella evaporada directamente desde el suelo adyacente, incluidas el agua de rocío y de lluvia. Se expresa normalmente en mm por día o por mes. También se puede expresar en m3 por superficie. Las necesidades brutas corresponden a las necesidades netas afectadas por la eficiencia de los métodos de riego utilizados.

Cuando la humedad del suelo desciende a la mitad del nivel disponible, el crecim iento y ren dimiento de los cultivos disminuye mucho antes de que se alcance el p unto de marchitamiento permanente.

El déficit se produce cuando la evapotranspiración reduce la humedad disponible en el su elo a un nivel insuficiente para permitir a las plantas desarrollarse con normalidad.

La programación del riego se basa en el balance entre los requerimientos hídricos del cultivo, los aportes de agua al suelo por el r iego y la d emanda evaporativa de la atmósfera. Por lo tanto, para determinar el volumen, tiempo y frecuencia del riego con fines de optimización, se debe integrar información de la atmósfera, del estado de desarrollo del cultivo y de las condiciones físico - hídricas del suelo. Para obtener esa información se utilizan estaciones meteorológicas in situ (temperatura y humedad relativa del aire, velocidad del viento y r adiación solar) [14]. Asimismo, la información relativa al contenido y potencial del agua del suelo se puede obtener a través de tensiómetros, bloques de yeso o a través de la difracción de neutrones lentos.

Los diferentes métodos utilizados en la act ualidad para la determinación de la evapotranspiración del cultivo, o lo que es lo mismo de sus necesidades netas de agua, presentan en la actualidad el denominador común de las incertidumbres asociadas a los métodos micrometeorológicos, en relación con el empleo de coeficientes que en muchos casos han sido obtenidos bajo condiciones de cultivo diferentes a las que se pretenden utilizar.

Todo este conjunto de limitaciones ha incentivado, en estos últimos años, la búsqueda y puesta a punto de nuevos métodos que utilizan a la planta como detector de su estado hídrico y de este modo poder decidir sus necesidades de riego.

III. MÉTODOS PARA DETERMINAR LOS RATIOS DE EVAPOTRANSPIRACIÓN

Hay diferentes alternativas para medir la evapotranspiración usando un método indirecto. Dos de los más habituales son la medida del flujo de savia y los métodos basados en la medida de las fluctuaciones del diámetro del tronco (TDF, del inglés Trunk Diameter Fluctuations).

A. Medida del flujo de savia

La metodología medida de flujo de savia se desarrolló por primera vez en 1937 por Huber y Schmidt en lianas y ha sido objeto de m ejora y perfeccionamiento desde entonces. Las variaciones medidas en sondas de temperatura insertadas en el

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tronco se asocian a la velocidad de flujo de savia. A partir de dicha velocidad, es posible inferir ciertas h ipótesis, como puede ser el es trés hídrico que presenta la planta cuando requiere necesidades de riego [15].

Este método utiliza una sonda calefactora, insertada en el tronco de un árbol, para inyectar un pulso de calor de corta duración (generalmente <2 segund os) en el tejido del árbol . Este pulso de calor puede ser u sado para inferir la t asa de circulación de agua hasta el tronco del árbol mediante el uso de sondas de detección de l a temperatura, las cuales se insertan en el árbol en lugares por encima y por debajo de la sonda calefactora. Esta modalidad de supervisión compensa el proceso de difusión de calor y permite la convección de calor y posibilita su medición. Es por esta razó n que la técnica se refiere a veces como el "método de compensación.

Este método se caracter iza por la necesidad de usar una electrónica relativamente compleja con objeto de cancelar algunos efectos asociados que podrían afectar a la medida, como la diferencia entre la temperatura exterior y la temperatura interior del tronco.

Este es un efecto importante si sólo se utilizan un elemento calefactor y un sensor de temperatura para estimar el flujo de savia. Para solucionar estos efectos indeseados, Huber y Schmidt desarrollaron una primera versión del método comentado anteriormente, conocido como "método de compensación», el cual se ha aplicado en el presente trabajo. Se utiliza dos sensores de tem peratura (uno por encima del elemento calefactor y otro abajo) para que puedan compensar algunos efectos como la co nducción térmica y l a diferencia mencionada entre la t emperatura exterior y la temperatura interior del tronco.

Existe un gran número de autores que han estado trabajando en técnicas de pulso de calor, desarrollando modelos diferentes para determinar la ecu ación que rija el comportamiento. Una de las expresiones más habituales es la ecuación 1, propuesta por Swanson en 1962, lo que da una fórmula para estimar el flujo de savia en el interior del tronco.

C

ud

t

XXHPVT

2

(eq. 1)

donde el numerador se obtiene sumando las distancias entre los diferentes sensores de temperatura y los elementos de calefacción y t c es un parámetro llamado ‘tiempo de corte’, que se caracteriza por ser el instante en la que el valor de la temperatura de los sensores es el mismo, es decir, el valor de tiempo cuando la diferencia entre los dos sensores de temperatura es igual a cero (Figura 1).

La medida de la velocidad de pulso de calor puede ser corregida de 'distorsiones' que los sensores crea en el tronco. Es posible esta compensación de do s maneras diferentes: empíricamente o con el uso de principios físicos modelados en la ecuación 2.

2HPVTcHPVTbaVC (eq. 2)

Fig. 1. Método de compensación para la técnica del pulso de calor.

donde Vc es la corrección en el valor de la velocidad de la medición del pulso de calor y el valor HPVT se deriva de la ecuación 1. Los coeficientes de corrección, a, b y c se calcularon por Swanson y Witfield en 1981 a partir de soluciones numéricas de las ecuaciones de Mariscal.

Una vez que el valor de la velocidad del pulso de calor se ha corregido, el siguiente paso es obtener una relación entre este valor y el real valor del flujo de savia. Los experimentos realizados por Edwards en 1984 y Warrick validan la hipótesis de considerar la madera compuesta por tres fases diferentes: gas, sólido y líquido, lo q ue conduce a la ecuació n 3 para estimar la densidad de flujo de savia, J (s • m-1)

CLM VFFJ 505,0 (eq. 3) donde FM y FL son las fracciones en volumen de madera y

agua, respectivamente .. El último paso permite obtener el flujo de savia. Como la

velocidad en el interior del xilema no es uniforme, se requiere medir a diferentes profundidades para obtener su perfil de densidad asociada. El procedimiento más habitual es fijar el perfil de densidad utilizando un polinomio de mínimos cuadrados. La expresión del perfil de densidad en función del tronco radio r (m) es modelada por la ecuación 4.

rrrJ 2)( (eq. 4) El flujo volumétrico total de savia (Q) se deriva de

diferentes valores de densidad de flujo de savia medidos en diferentes puntos de medición integrados a lo largo de la sección de la conducción, como representa la ecuación 5.

R

HdrrJrQ 2 (eq. 5)

B. Medida de las fluctuaciones del diámetro del tronco

La medida de las fluctuaciones del diámetro del tronco (TDF, del inglés Trunk Diameter Fluctuations) se basa en la medida del diámetro del tronco a diario con una electrónica de precisión, lo cual permite relacionar las variaciones en el diámetro del tronco con la evapotranspiración. Esto condujo a la propuesta de utilizar dendrómetros para la m onitorización continua del estado hídrico de de la planta, siendo una importante herramienta en la toma de decisiones para el riego.

Las mediciones micrométricas TDF se realizan generalmente mediante sensores LVDT u nidos al tronco por un soporte especial fabricado con Invar (fig. 2), una aleación con un coeficiente de expansión térmica cercano a cero.

SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN Y MEDIDA 441

Fig. 2. LVDT DFG-25 de Solartron. montado en un sis tema mecánico dedicado a monitorizar el grosor del tronco.

El transductor diferencial variable lineal (LVDT) es un

sensor que convierte un desplazamiento lineal o la posición de una referencia mecánica (o cero) en una señal eléctrica proporcional que codificando en la fase de dicha señal la dirección y en su amplitud la distancia (Fig. 3).

)Los soportes se pueden hacer a m edida para troncos de

muy diferentes tamaños, desde los pequeños habituales en los cultivos herbáceos, h asta un tamaño de tronco más grande, como el de los olivos. Además, es posible llevar a cabo mediciones del TDF con otro tipo de sensores, como galgas extensiométricas, un dispositivo cuya resistencia eléctrica varía en proporción a la cantidad de tensión mecánica medida el sensor.

El LVDT, a pesar de ser un tipo robusto del sensor, requiere cierto mantenimiento durante las aplicaci ones de campo, en particular en el caso de tronco de plantas de crecim iento rápido, o debido a la obstrucción de la cavidad en donde la aguja se m ueve en el interio r del transformador interno del LVDT. Además las ag ujas unidas al tronco pueden llegar a separarse de éste, con la consiguiente distorsión de la medida, especialmente en caso de lluvia intensa.

El ciclo diario TDF ofrece tres variables diferentes: el diámetro máximo del tronco al día (MXTD) , el diámetro mínimo del tronco al día (MNTD) y la co ntracción máxima diaria del t ronco (MDS), el último calculado como la diferencia entre MXTD y MNTD. La tasa de crecimiento del tronco (TGR) se puede calcular teniendo en cuenta los valores de MXTD en dos días consecutivos o en períodos más largos de tiempo con el fin de reducir la v ariabilidad del tronco de crecimiento día a día [19].

En los árboles de melocotón (Prunus persica (L.) Batsch), los cambios en el diámetro del tallo están estrechamente relacionados con los cambios en el contenido de agua en toda la planta. Los valores de ATM se con sideran un buen indicador de la inten sidad de la transpiración cuando el contenido de agua en el suelo no está muy empobrecido Los valores de MDS su elen aumentar y M XTD y MNTD disminuyen en respuesta a la privación de agua del suelo.

IV. MITRA: SISTEMA EMPOTRADO PROPUESTO PARA LA MEDICIÓN DE INDICADORES DE LA EVAPOTRANSPIRACIÓN

MITRA es un sistema integrado dedicado a la supervisión en tiempo real de las necesidades de riego de una planta, por medio de una medición de la tr anspiración utilizando el método de compensación de pulso de calor y las técnicas de TDF. La Figura 4 muestra una visión global de todo el sistema integrado

El sistema es capaz de manejar tres tipos diferentes de puntas de prueba: i) los sensores de temperatura, para la medición de flujo de savia, ii) dendrómetros TDF (LVDT) con un rango de resolución de 4-20mA o 0-5V, seleccionados por el software, iii) RS-232 o RS-485 dedicados para la conexión de otro tipo de dispositivos, como balanzas de precisión o similar.

Presenta cuatro salidas diferentes libres de p otencial, limitadas a 16A, con la posibilidad opcional de conexión de un módulo específico para sonda calefactora. Estos elementos, permitirán cuantificar el flujo de savia.

El sistema propuesto está diseñado para monitorizar de forma permanente, almacenando los datos en u na memoria flash de 4 MB q ue presenta. Como se puede observar en la figura 4, que está protegido dentro de una caja hermética, dotada con niveles de protección IP65 e IP67 en la caja y conectores, respectivamente.

Con el fin de asegurar una interacción plena con el usuario final, se ha diseñado con dos formas diferentes de interfaz: (1) de manera local a través de una pantalla LCD y un conjunto de botones de función para configurar/controlar las funciones básicas del dispositivo o ( 2) en forma remota, mediante comunicaciones tipo: 2.i) RS-232, utilizando una conexión por cable a cualq uier dispositivo compatible con ese protocolo. O 2.ii) mediante una conexión local inalámbrica basada en Bluetooth [16], estándar especialmente diseñado para una conexión de corto alcance y 2 .iii) una red GSM o GPRS en el caso de una de larga distancia se requiere.

Fig. 3. Gráf ica Amplitud vs Tiem po (días) de la evolució n de lecturas procedentes del LVDT.

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Estaba claro desde las primeras etapas de diseño que el uso de un microcontrolador comercial y u na arquitectura abierta debería ser importante, debido a los siguientes factores: i) los módulos de comunicación inalámbrica son de tipo OEM y son opcionales en la configuración del equipo básico. ii) El sistema propuesto se compone de una placa base con 4 ranuras donde se pueden conectar tarjetas de ex pansión específicos para el termopar, dendrómetros (LVDT) y cualquier otro tipo de sensor con una salida dentro del rango de 0-5V o 4 - 20mA, iii) es po sible conectar con la placa principal otra tarjeta de expansión para manejar un elemento calefactor similar al utilizado en el método de pulso de calor. Así pues, se ha dotado al sistem a propuesto de una alta capacid ad de configuración y ad aptación de una manera sencilla a las distintas necesidades del usuario final, de acu erdo a la filosofía de monitorización de diferentes tipos de sensores que pueden existir en diferentes períodos de tiempo.

A. Placa Base El núcleo de la placa base es un microcontrolador

comercial. Un Microchip [19] PIC18F8720 fue seleccionado como el corazón de este subsistema, debido a su bajo coste y su gran número de s ervicios de control, presentando un equilibrio óptimo entre las opciones de coste y capacidad de control.

B. Tarjeta de expansión para elementos calefactores Un elemento clave p ara determinar el flu jo de savia es el

elemento calefactor del método de calor-pulso. Una tarjeta de expansión específica, capaz de g estionar hasta cuatro diferentes elementos de calefacción ha sido diseñada para el sistema integrado, de m anera que proporciona un conector específico que actúa como interfaz con la placa principal y 4 relés diferentes, dedicados cada uno a su ministrar la energía

requerida por cada elemento calefactor.

C. Tarjeta de expansión para Termopares El último elemento necesario para determinar el flujo de

savia por el método de pulso de calor son los termopares. Esta tarjeta de expansión fue diseñada para actuar como interfaz entre la p laca principal y los sensores de termopar. Presenta un conector para fijarla en s u ranura asociada en la placa madre y otra dedicada a conectar hasta cuatro termopares diferentes.

Esta placa presenta cuatro bloques electrónicos basados en amplificadores operacionales INA114 TL084 y un conjunto de potenciómetros para realizar las p osibles compensaciones de offset que sea necesario realizar.

D. Tarjetas de comunicación Es posible la adaptación de tres diferentes sistemas de

comunicación con el sistem a de MITRA, en función de las necesidades diferentes de cada aplicación: i) el m ódulo de comunicación Bluetooth, basada en el chip BlueCOM1 de Merlín Corp. Ltd.. ii) m ódulo GSM, b asado en el chip GM862-GPRS de Telit Inc. y iii Radio) módulo basado en el chip B433LC de Adcon RF.

Estos módulos permiten una amplia gama de comunicaciones, en función de cada situación, permitiendo así cubrir una distancia corta con el u so de Bluetooth, una distancia media a través de radio y una de largo alcance mediante una conexión GPRS.

V. RESULTADOS Y CONCLUSIONES El sistema integrado MITRA se utilizó para comparar el uso

de mediciones del diámetro del t ronco para detectar el estrés hídrico en un cultivo de almendras jóvenes expuesto a un

Fig. 4. Diagrama de Bloques del MITRA y fotografía del prototipo desarrollado.

SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN Y MEDIDA 443

grave déficit de agua a co rto plazo, así como a m ejorar la aplicación del riego deficitario controlado en este cultivo.

El experimento se llevó a cabo durante el año 2010 en una parcela de 1 Ha. sembradas en diciembre de 1999 con almendros 'Marta' (Prunus dulcis (Mill.) Webb) injertados sobre patrón 'alcalde'. Los árboles estaban espaciados 7 x 6 m de distancia y regados por goteo cada uno con un caudal de 4 L h-1.

El valor promedio para el grupo control durante el experimento fue -0,94 MPa, 280 mmol m-2 s-1, 142 mm y 0,15 mm d-1 para el SWP, LC, MDS y TGR, res pectivamente. Considerando una respuesta significativa de estos indicadores con valores de estrés hídrico de -2 MPa, 130 mmol m-2 s-1, 420 mm y 0,04 mm d-1.

El uso del MIT RA permitió detectar diferencias significativas desde el día 4 en SMD con valores más altos que los indicadores de los demás. No hay mediciones antes del día 8 del período de estrés para SWP y LC, pero nuestra experiencia con anterioridad en el m ismo cultivo indica que estas diferencias significativas se alcanzan en 3-4 días.

Los mayores valores fueron para los SMD, llegando al final de este período de 411%, 117,5% y el 31 de SWP, LC y TGR, respectivamente.

Así que en conclusión, es posible afirmar que el sistem a MITRA ofrece una poderosa herramienta para monitorizar el estrés hídrico de la planta. Se trata de una arquitectura abierta que ha sido desarrollado con la posibilidad de aumentar o cambiar el tipo de sensores para mejorar la supervisión en el futuro.

AGRADECIMIENTOS Los autores quieren agr adecer a los proyectos SICORI

(08754/PI/08) y MOTE-FRUT (08850/PI/08) de la Fundación Séneca de la Región de Murcia su apoyo para la realización de este trabajo.

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SEMINARIO ANUAL DE AUTOMÁTICA, ELECTRÓNICA INDUSTRIAL E INSTRUMENTACIÓN, JULIO 2011444