Diseño de una red de sensores inalámbricos para el despliegue óptimo de los nodos sensores en un cultivo de Cacao

In this study, factorial experiments were conducted in two different scenarios to design a Wireless Sensor Network for monitoring a cocoa crop in a rural area in Colombia. Node sensors measured temperature, relative humidity, soil moisture, Ultra-Violet light, and visible light intensity. The factors considered in the experiments were distance between node sensors, height from the ground, and type of antenna; in turn, Received Signal Strength Indicator and data transfer time were the outputs. The wireless sensor network was deployed in the crop, covering approximately 3 % of the area and using 7 different nodes in a cluster tree topology. First, an open field scenario with line of sight was used to determine the appropriate height of the node sensors. Second, a scenario in the actual cocoa crop was utilized to find the appropriate distance between modules and type of antenna. We found, based on our calculations and experimental data, that a height of 1.25 m was required to avoid the Fresnel zone and improve the RSSI of the network. Furthermore, we determined that a distance below 35 m was needed to guarantee signal reception and avoid long data transfer times. The wire antenna exhibited a better performance. Finally, the proposed methodology and monitoring system can be used for agronomic applications in rural areas in Colombia to increase crop yield.En este trabajo se realizaron experimentos factoriales en dos escenarios diferentes, para diseñar una red de sensores inalámbricos, que permita monitorear un cultivo de cacao en una zona rural de Colombia. Los nodos sensores miden la temperatura, la humedad relativa, la humedad del suelo, la luz ultravioleta y la intensidad de la luz visible. Los factores considerados en los experimentos fueron la distancia entre los nodos sensores, la altura con respecto al suelo y el tipo de antena; el indicador de intensidad de señal recibida y el tiempo de transferencia de datos fueron las salidas. La red de sensores inalámbricos se implementó en el cultivo, cubriendo aproximadamente el 3 % del área, utilizando 7 nodos diferentes en una topología de cluster-tree. En primer lugar, se utilizó un escenario de campo abierto con línea de vista para determinar la altura adecuada de los sensores de nodo. Luego, se utilizó un escenario en el cultivo de cacao real para encontrar la distancia adecuada entre los módulos y el tipo de antena. Se obtuvo, por cálculos y datos experimentales, que se requería una altura de 1.25 m para evitar la zona de Fresnel y mejorar el RSSI de la red. Además, se determinó que se necesitaba una distancia inferior a 35 m para garantizar la recepción de la señal y evitar largos tiempos de transferencia de datos. Adicionalmente, la antena tipo Wire exhibió un mayor rendimiento y la metodología propuesta y el sistema de monitoreo se pueden usar para aplicaciones agronómicas en áreas rurales de Colombia, con el fin de aumentar el rendimiento de los cultivos

Control adaptativo para optimizar una intersección semafórica basado en un sistema embebido

In order to optimize the traffic flow on a road intersection, an adaptive control algorithm and a data base were designed; both components were hosted on a Raspberry Pi B+ embedded system. The data base helps to debug the performance of the controller. The efficiency of the algorithm was assessed using a virtual instrument, which emulated a traffic light intersection in the city of Cucuta, i. e., the magnetorresistive sensors, the activation process of the traffic lights and the traffic flow. By processing and updating the times assigned to the traffic lights, the traffic flow was increased up to 5.5 % and the maximum time a vehicle has to wait before passing through the traffic light was decreased up to 28 seconds. Aditionally the length of line was diminished up to 18 %. Based on this case study, it can be inferred that is possible to integrate the adaptive control and the embedded systems as software and hardware tools to improve the operation of traffic control systems.Para optimizar el flujo vehicular en una intersección vial se diseñaron un algoritmo de control adaptativo y una base de datos que apoya la depuración del rendimiento del controlador, ambos alojados en el sistema embebido Raspberry Pi B+. El desempeño del algoritmo fue evaluado con un instrumento virtual, que emuló una intersección semafórica de la ciudad de Cúcuta, esto es, los sensores magnetorresistivos, el proceso de encendido en las luces de los semáforos y el flujo vehicular. La manipulación de los tiempos de encendido en las luces de los semáforos, aumentó el flujo vehicular hasta 5.5% y, disminuyó el tiempo máximo de espera del vehículo para avanzar hasta 28 segundos y el largo de fila hasta un 18%. Con base en el caso de estudio, se puede inferir que es posible integrar el control adaptativo y los sistemas embebidos como herramientas de software y hardware para mejorar el funcionamiento en los sistemas de regulación vial

Design of a Wireless Sensor Network for Optimal Deployment of Sensor Nodes in a Cocoa Crop

In this study, factorial experiments were conducted in two different scenarios to design a Wireless Sensor Network for monitoring a cocoa crop in a rural area in Colombia. Node sensors measured temperature, relative humidity, soil moisture, Ultra-Violet light, and visible light intensity. The factors considered in the experiments were distance between node sensors, height from the ground, and type of antenna; in turn, Received Signal Strength Indicator and data transfer time were the outputs. The wireless sensor network was deployed in the crop, covering approximately 3 % of the area and using 7 different nodes in a cluster tree topology. First, an open field scenario with line of sight was used to determine the appropriate height of the node sensors. Second, a scenario in the actual cocoa crop was utilized to find the appropriate distance between modules and type of antenna. We found, based on our calculations and experimental data, that a height of 1.25 m was required to avoid the Fresnel zone and improve the RSSI of the network. Furthermore, we determined that a distance below 35 m was needed to guarantee signal reception and avoid long data transfer times. The wire antenna exhibited a better performance. Finally, the proposed methodology and monitoring system can be used for agronomic applications in rural areas in Colombia to increase crop yield.En este trabajo se realizaron experimentos factoriales en dos escenarios diferentes, para diseñar una red de sensores inalámbricos, que permita monitorear un cultivo de cacao en una zona rural de Colombia. Los nodos sensores miden la temperatura, la humedad relativa, la humedad del suelo, la luz ultravioleta y la intensidad de la luz visible. Los factores considerados en los experimentos fueron la distancia entre los nodos sensores, la altura con respecto al suelo y el tipo de antena; el indicador de intensidad de señal recibida y el tiempo de transferencia de datos fueron las salidas. La red de sensores inalámbricos se implementó en el cultivo, cubriendo aproximadamente el 3 % del área, utilizando 7 nodos diferentes en una topología de cluster-tree. En primer lugar, se utilizó un escenario de campo abierto con línea de vista para determinar la altura adecuada de los sensores de nodo. Luego, se utilizó un escenario en el cultivo de cacao real para encontrar la distancia adecuada entre los módulos y el tipo de antena. Se obtuvo, por cálculos y datos experimentales, que se requería una altura de 1.25 m para evitar la zona de Fresnel y mejorar el RSSI de la red. Además, se determinó que se necesitaba una distancia inferior a 35 m para garantizar la recepción de la señal y evitar largos tiempos de transferencia de datos. Adicionalmente, la antena tipo Wire exhibió un mayor rendimiento y la metodología propuesta y el sistema de monitoreo se pueden usar para aplicaciones agronómicas en áreas rurales de Colombia, con el fin de aumentar el rendimiento de los cultivos