Application of the Internet of Things through a Network of Wireless Sensors in a Coffee Crop for Monitoring and Control its Environmental Variables

Keywords: Agriculture, Internet of things, coffee cultivation, Wireless sensor networks, Xbee module, Communication networks

Abstract

This article presents the application of the Internet of things (IoT), as a technological tool for the development of a wireless sensor network with the aim of monitoring and controlling a series of environmental variables affecting the cultivation of coffee and its final quality. The logical and physical design of the network and its devices was carried out, the sensors network was configured in a given field and the information of certain environmental variables was collected to be compared with a series of parameters already established. This procedure will allow the coffee growers to observe the behavior of these variables over time and set the generation of alerts or warnings when these measures are outside the established ranges. The study determined that the management of coffee cultivation is quite complex due to the large number of varieties found, the terrain and environmental variables affecting the production process and the final quality of the grain. It was also determined that the development and implementation of wireless sensor networks is possible today due to factors such as the reduction of device costs and the use of open source software, avoiding additional licensing values. Finally, based on the parameters analyzed, it was possible to establish that one of the main problems in coffee crops is the intense humidity that, in practice, can affect the performance of the sensors and their measurements.

Author Biographies

William Ruíz-Martínez*, Corporación Unificada Nacional de Educación Superior, Colombia

Specialist in Project Managing, Corporación Unificada Nacional de Educación Superior - CUN, Bogotá-Colombia, William_ruizmar@cun.edu.co

Yesid Díaz-Gutiérrez, Corporación Unificada Nacional de Educación Superior, Colombia

MSc in Software Engineering, Corporación Unificada Nacional de Educación Superior- CUN, Bogotá-Colombia, yesid_diaz@cun.edu.co

Roberto Ferro-Escobar, Corporación Unificada Nacional de Educación Superior, Colombia

PhD. Systems Engineering, Corporación Unificada Nacional de Educación Superior - CUN, Bogotá-Colombia, roberto_ferro@cun.edu.co

Luis Pallares, Corporación Unificada Nacional de Educación Superior, Colombia

Systems Engineering, Corporación Unificada Nacional de Educación Superior - CUN, Bogotá-Colombia, luis_Pallares@cun.edu.co

References

W. Rios, “Monitoreo de cultivos con redes de sensores Xbee Aarduino y dispositivos de medición de suelos”, Tesis pregrado, Facultad de ingenieria electrica, electrónica, física y de Sistemas, Universidad Tecnológica de Pereira, Pereira, 2015. [En línea] Disponible en:

http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/handle/11059/5712/0052P659.pdf;jsessionid=A198EFED6A413AC9FDCF2319ACB25AF9?sequence=1

R. Bongiovanni, E. C. Mantovani, S. Best, and A. Roel, Agricultura de precision: Integrando conocimientos para una agricultura moderna y sustentable. Montevideo: Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura (IICA), 2006.

R. F. Martínez et al., Redes inalámbricas de sensores: Teoría y aplicación práctica, 1ed, Spain: Universidad de La Rioja, servicio de publicaciones, 2009.

K. S. Sadegian, “Fertilidad del suelo y nutrición del café en Colombia : Guía práctica” Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, Colombia, N° 32, 2008. [En línea] Disponible en:

http://biblioteca.cenicafe.org/bitstream/10778/587/1/032.pdf

F. A. Urbano-Molano, “Redes de Sensores Inalambricos Aplicadas a Optimización en Agricultura de Precision para Cultivos de Café en Colombia”, J. Cienc. e Ing, vol. 5, no. I, pp. 46–52, Aug. 2013.

J. G. F. Perez, “Internet de las cosas,” Perspectiv@s, vol. 10, no. 11, pp. 45–49, 2015. http://revistas.uigv.edu.pe/index.php/perspectiva/article/view/187

S. M. Gonzalez, “Entendiendo el Internet de las cosas,” Investig. TEC, vol. I, no. 24, pp. 22–23, Sep. 2015.

J. Botero Valencia, L. Castaño Londoño, and D. Marquez Viloria, “Trends in the Internet of Things,” TecnoLógicas, vol. 22, no. 44, pp.1–2, Jan. 2019. https://doi.org/10.22430/22565337.1241

Servicio Nacional de aprendizanje (SENA), “Hacia una caficultura sostenible,” 2014.

[En línea] Disponible en:

http://periodico.sena.edu.co/inclusion-social/noticia.php?t=hacia-una-caficultura-sostenible&i=213

C. L. Ramirez, “Diseño de una arquitectura para redes de sensores con soporte para aplicaciones de detección de eventos”, (Tesis Doctoral), Universidad Politécnica de Valencia, Valencia, 2012.

[En línea] Disponible en:

https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/15152/tesisUPV3764.pdf

P. Muñoz, J. Buitrago, A. Arboleda, O. Cortes, A. Sánchez, and C. Zapata, “Sistema de instrumentación y monitoreo para el invernadero la Aldana de la universidad del Quindío”. Sci. Tech., vol. 3, no. 49, pp. 220–225, Dec. 2011.

L. E. Palomino y G. Da Silva, « Solar radiation monitoring using electronic embedded system Raspberry Pi database connection MySQL, Ubidots and TCS-230 sensor,» in 2015 CHILEAN Conference on Electrical, Electronics Engineering, Information and Communication Technologies (CHILECON), 2015, pp. 473-479. https://doi.org/10.1109/Chilecon.2015.7400420

National instruments, “Guía Práctica para Conectar LabVIEW al Internet Industrial de las Cosas,” 2019. http://www.ni.com/es-co/innovations/white-papers/17/a-practical-guide-for-connecting-labview-to-the-industrial-iot.html%20.html

J. P. Dignani, “Analisis del protocolo ZigBee,” Trabajo de Pregrado, Facultad de Informatica -Universidad de la Plata, 2011. http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/18349

D. V. Valdivieso, “Diseño de una red de sensores inalámbrica para agricultura de precisión,” Trabajo de Pregrado, Facultad de ciencias e ingeniería, Universidad Católica del Peru, Lima, 2009. [En línea] Disponible en:

http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/handle/20.500.12404/266

“Sase Simposio Argentino de Sistemas Embebidos,” Sase 2011. [En Linea]. Disponible en:

http://www.sase.com.ar/#Que-son-los-sistemas-embebidos

Xbee.cl, “Xbee Gateway ZigBee,” 2018.

[En línea] Disponible en: https://xbee.cl/xbee-gateway-zigbee/

J. M. Moreno and D. R. Fernández, “Informe técnico: Protocolo ZigBee (IEEE 802.15.4),” 2007. [En Linea]. Disponible en: https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/1109/7/Informe_ZigBee.pdf

ISA Setting the standard for Automation, “ZigBee short on power by design,” May-2004. [En línea] Disponible en: https://ww2.isa.org/standards-and-publications/isa-publications/intech-magazine/2004/may/networking-and-communications-zigbee-short-on-power-by-design/.

D. G. Reina, “Diseño de redes moviles AD HOC en aplicaciones de transporte sobre entornos NS-2,”, Tesis de Maestría, Universidad de Sevilla, Sevilla, 2010. [En Linea]. Disonible en:

http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/70218/

A. Roel and R. E. Plant, “Spatiotemporal Analysis of Rice Yield Variability in Two California Fields”, Agron. J., vol. 96, no. 1, pp. 77–90, Jan. 2004. https://doi.org/10.2134/agronj2004.0077

Colmakers, “Lucy 4 -The new super powerful mechatronic computer.” 2018. [En Linea]. Disponible en: https://www.colmakers.com

Colmakers, «Manual de usuario Lucy3,» Colmakers, Ibague, 2017. [En línea]. Disponible en: https://www.colmakers.com

Colmakers, «Manual de usuario -TEGR sensor para medicion de suelos, » Colmakers, Ibague, 2018.

Colmakers, «Manual de usuario -TEHU sensor de humedad y temperatura,» Colmakers, Ibague, 2018.

Ubidot, “Ubidots API,” Ubidots API (v1.6), 2018. [En línea] Disponible en:

https://ubidots.com/docs/sw/

L. A. L. Salazar and S. S. Khalajabadi, “Producción de café (Coffea arabica L.) en función de las propiedades del suelo, en dos localidades de Quindío, Colombia,” Rev. Investig. Agrar. y Ambient., vol. 7, no. I, pp.71–82, Jan. 2016. https://doi.org/10.22490/21456453.1547

Café de colombia, “Una bonita Historia,” 2010. [En Linea]. Disponible en: http://www.cafedecolombia.com/particulares/es/el_cafe_de_colombia/una_bonita_historia/. [Ultimo Acceso: 23 06 2019].

J. L. Havlin, S. L. Tisdale, W. L. Nelson, and J. D. Beaton, Soil Fertility and Fertilizers, An introduction to nutrient, 7th ed., New Jersey: Pearson, 2004.

How to Cite
Ruíz Martínez, W., Díaz-Gutiérrez, Y., Ferro-Escobar, R., & Pallares, L. (2019). Application of the Internet of Things through a Network of Wireless Sensors in a Coffee Crop for Monitoring and Control its Environmental Variables. TecnoLógicas, 22(46), 155-170. https://doi.org/10.22430/22565337.1485

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Published
2019-09-20
Section
Research Papers