Murphy Loves Tomatoes

Visita 19-10-2007

2007-10-19T16:24:00.000-07:00

Para la visita de este día teníamos la expectativa de contrastar los datos registrados en el invernadero Amber 960 y el de tipo túnel.

Al revisar la unidad de monitoreo que montamos la visita pasada nos dimos cuentas que esta dejo de recibir información desde el día 15 de octubre debido a que sufrió un desperfecto no identificado.

Registros del 8-14 de Octubre

Por otra parte el encargado de los invernaderos nos informo que en los dos días anteriores había sido plantada la calabaza. Dada la presente situación, se tornaba importante iniciar a recabar los datos de ambos invernaderos lo antes posible. Afortunadamente la unidad de monitoreo de base ya estaba lista para regresar al campo. Otra buena noticia fue que ya contábamos con dos sensores más para el monitoreo, debido a que las pruebas de implementación del soporte de los motes MTS400 en el TinySOA, iban ya avanzadas.

Cultivo de calabaza en el invernadero tipo Amber 960

Cultivo de calabaza en el invernadero tipo Túnel

El plan para esta visita entonces consistía en montar la unidad de monitoreo en la nueva ubicación y colocar de nuevo los motes el invernadero Amber 960.

Una vez concluida la instalación de la unidad de monitoreo y los motes, tenemos una nueva topología de red. A demás la nueva ubicación del gateway nos garantiza monitorear los dos invernadero de manera simultanea.

Nueva topología

Unidad de monitoreo

Es de esta forma que reiniciamos la investigación, pero ahora con cultivo de calabazas. Quizás tenga entonces que renombrar este Blog como "Murphy Loves Pumpkins". Pero quién sabe solo el tiempo lo dirá.

Visita 12-10-2007

2007-10-18T10:29:00.003-07:00

Dado que hasta este momento no encontrábamos en espera de una nueva cosecha para monitorear. Se pensó en expandir un poco más el experimento. La idea ahora era que se monitoreara el invernadero Amber 960 y otro más de tipo tunel.

Tanto en el invernadero Amber 960 como en el de tipo tunel se pretende sembrar calabaza. Es muy importante iniciar la labor de monitoreo antes de que la calabaza este sembrada debido a que así podemos tener una idea de las condiciones en las que se pretende que crezca el cultivo. Dado que no conocíamos las condiciones en las que se encuentra el invernadero de tipo tunel, decidimos montar una pequeña red.

Inverdero tipo tunel

Debido a que solo contábamos con un gateway, decidimos dividir la red que originalmente se encontraba en el invernadero de tipo Amber de tal forma que si reubicamos la posición del gataway podíamos monitorear a la vez los dos invernaderos.

Nueva ubicación del gateway

Nueva estación de monitoreo

Una vez concluida la instalación de la red. Solamente nos restaba esperar la información de los sensores. Esperamos que se presenten varios cambios en las lecturas, debido a que las bajas temperaturas, se han empezado a hacer presentes en el valle de Guadalupe.

Por otro lado haciendo un análisis de los datos registrados por los sensores, se obtuvieron algunos resultado interesantes, tal como lo muestran las siguientes gráficas:

Registros del 1-7 de Octubre

Visita 04-10-2007

2007-10-18T10:29:00.001-07:00

Para el día de hoy ya no había mucho que hacer. Desafortunadamente nos habían notificado que la cosecha se había perdido definitivamente. Con el regreso de las altas temperaturas termino de arruinarse el resto de la cosecha.

Vista panorámica

Definitivamente es algo frustran te llegar a este punto. Al inicio del proyecto teníamos fe en que todo esto iba a funcionar, pero bueno no todo eran malas noticias. Enrique el encargado del invernadero nos había comunicado que el plan a corto plazo es sembrar de nuevo calabaza pero no solamente en el invernadero tipo Amber 960, sino que en esta ocasión incluiríamos uno de tipo túnel. Así que ahora en vez de un invernadero tendríamos dos, pero con cosecha de calabaza.

Levantamiento de la cosecha perdida

El resto de la visita nos dedicamos a obtener el resto de la información útil que podía obtenerse del invernadero, todo esto con el fin de poder realizar un análisis de lo que había ocurrido y quizás de esta forma explicarnos cual había sido la causa de la perdida de la cosecha.

Nuestro nuevo objetivo

Una vez terminada la recolección de los datos, solo nos restaba regresar al laboratorio y esperar que el inicio de la nueva siembra.

Visita 23-09-2007

2007-10-18T10:28:00.003-07:00

Después de analizar los datos recabados por lo sensores, en semanas pasadas era evidente de que la cosecha de tomate estaba siendo sometida a condiciones extremas, habíamos encontrado días en que la temperatura había descendido a 47 grados centígrados y la humedad a 90%, después de que se habían alcanzado valores record como 57 grados centígrados de temperatura y 97 % de humedad. Es difícil imaginarse que un tipo de vida tan sensible como es el tomate resista dichas condiciones.

Registros del 17 al 23 de Septiembre

Al llegar a la visita de este día, realizamos las tareas clásicas de mantenimiento a la unidad de monitoreo y posteriormente decidimos recabar alguna fotografía para observar el estado de las plantas, entre lo que encontramos se encuentra:

Observaciones realizadas

Como pudimos observar en las fotografías anteriores, es claro que la presencia del hongo detectado en semanas pasada se había extendido, además hay muestras de muerte de algunas plantas, así como de crecimiento anormal en algunas otras. Enrique nos había comentado que seguían esperando la presencia del agrónomo para determinar el curso a tomar.

Por otra parte decidimos agregar un cajón protector a la estación base, debido a que el periodo de lluvias no esta lejos y es necesario brindar algo mas de protección.

Cajón protector

Una vez confirmadas las malas noticias, solo nos queda verificar los datos registrados por los sensores para tratar de explicar el fenómeno ocurrido.

Visita 13-09-2007

2007-10-18T10:28:00.001-07:00

Para este momento ya estábamos consientes de la potencial plaga que podría estar afectando al cultivo de tomate. El encargado del invernadero nos había mencionado que la humedad relativa a la que una cosecha de este tipo debe crecer es entre 50 y 70 %, los datos arrojados por los sensores en semanas pasadas mostraban que la humedad se encontraba entre 88 y 93 %, datos muy por arriba de lo especificado. Es por eso que era muy importante verificar que valores habían registrado los sensores en los últimos días.

Una vez en el invernadero procedimos a realizar el respaldo de la base de datos del Moteview, pero cual fue nuestra sorpresa que antes de proceder a nuestra labor nos encontramos con un pequeño detalle. A un lado de la estación de monitoreo se encontraba tomando el sol un pequeña serpiente de especie desconocida.

Serpiente

Desde luego que desalojamos el lugar lo más pronto que pudimos y fuimos por ayuda de alguien capacitado en el área. Amablemente un agricultor se encargo de deshacerse de la potencia amenaza.

Eliminando a la serpiente

Una vez resuelto el problema decidimos realizar una inspección visual a cosecha, donde pudimos a preciar algunos detalles interesantes.

Hojas marchitas

Humedad visible

Aparición de hongos

El resto de la visita transcurrió normalmente. Ahora solo nos quedaba regresar al CICESE, para tratar de averiguar que estaba sucediendo con la cosecha.

Visita 03-09-2007

2007-10-18T10:27:00.002-07:00

Hasta el día de hoy nuestra investigación se había llevado de manera satisfactoria, habíamos superado los problemas técnicos que se presentaron al principio.

Al llegar al invernadero Enrique encargado de este nos informo que a raíz de las altas temperaturas habían detectado la presencia lo que aparentemente es un hongo, que había afectado el 30% de la cosecha ya. Esto desde luego si era confirmado significava una importante perdida, lo que quizás ya no haría rentable terminar el ciclo de crecimiento del tomate. Es por esto que decidimos realizar una inspección visual para verificar las malas noticias.

Observaciones realizadas

Con las fotografias anteriores podemos observar que las sospechas de Enrique parecen ser ciertas, entre las encontradas estan la aparición de hongos en la cosecha y la evidente aparición de hojas marchitas y perdida de la raiz de algunas plantas. Lo cierto es que hay que consultar con algún experto sobre el tipo de plaga que podría estar afectando la cosecha. A demas sera necesario analizar los datos registrados por sensores, para tratar de entender lo sucedido.

Visita 23-08-2007

2007-10-18T10:27:00.001-07:00

Ya para esta visita teníamos nuestras dudas si la unidad de monitoreo seguía funcionando. Es en momentos como estos cuando odio tener razón, la unidad de monitoreo llevaba varios días apagada. La conclusión a la que llegamos es que con sus 32 megas de memoria es muy difícil que soporte más de cinco días encendida. Definitivamente necesitamos otra maquina para realizar el monitoreo.

La unidad de monitoreo

El gateway

Entre los planes para el día de hoy estaba realizar el cambio de baterías a los motes y el respaldo de los datos arrojados por los sensores en días pasados. Sumado a esto venia el echar andar de nuevo la unidad de monitoreo. Para realizar el cambio de las baterías nos llevamos a un buen amigo y compañero de laboratorio en el CICESE, para apoyarnos en la difícil labor.

El Cesar trabajando

El día transcurrió sin mayor eventualidad, los tomates estaban creciendo según lo esperado.

La cosecha

Riego por goteo

Entre los datos registrados los días pasados observamos los siguientes valores en promedio:

Visita 16-08-2007

2007-10-18T10:21:00.000-07:00

La visita de este día era muy importante para nosotros. Antes que nada nos interesaba saber si la estación de monitoreo habia aguantado a las condiciones climatologicas, para posteriormente verificar los datos que habian arrojado los sensores en días pasados.

Grande fue nuestra sorpresa cuando encontramos la unidad de monitoreo en estas condiciones:

Entre los eventos sucedidos resalta que con el calor emitido por el equipo encendido unas aves habian instalado un nido y por consiguiente dejado todos sus desechos. Ademas el equipo llevaba tres días apagado por lo que habiamos tenido una perdida importante de datos.

Ya pasado el disgusto nos dispusimos a echar andar de nuevo la unidad de monitoreo y esperar tener suerte en las siguientes semanas.

Entre los datos obtenidos en esos días se encuetran:

Semana del 9 al 12 de Agosto

Visita 09-08-2007

2007-10-17T11:31:00.000-07:00

El día de instalación de la red en el invernadero llego. De manera anticipada habíamos diseñado la topología de la red, de tal forma que se cubriera al máximo el área a monitorear. Lo primero que teníamos que hace en ese momento, era encontrar un lugar estratégico para resguardar el equipo de computo que se encargaría de la recepción de los datos, para ellos se utilizo una construcción cercana donde se aloja un criadero de peces. En este lugar se decidió instalar el gateway de la red.

Planeación Previa

Unidad de Monitoreo

Gateway

Una vez instalada la unidad de monitoreo, procedimos a realizar algunas pruebas de calidad de la señal, para validar la topología propuesta y determinar si la posición del gateway no interfiere con la recepción de mensajes desde los sensores.

Simulando intercambio de mensajes con el gateway

Registrando los Resultados

Una vez registrados los resultados de las pruebas, procedemos al análisis de la información obtenida. Durante dicho análisis, se obtuvieron los siguientes datos:

En la gráfica anterior podemos observar la calidad de la señal en la de entrada del invernadero, dichos datos serán utilizados para precisar el lugar del sensor que monitoreara esa zona.

Ya establecidas las zonas donde se dispersa mejor la señal, se procedio a instalar la red de sensores, apoyados de los datos obtenidos y las pruebas de laboratorio previas.

Proceso de instalación de la red

Topología de la red

Una vez concluida la instalación de los sensores, dimos por terminada la primera fase del proyecto. En este momento solo nos queda esperar los resultados que nos arrojaran los sensores.

Visita 04-08-2007

2007-10-15T19:10:00.000-07:00

Una vez que ya habíamos probado el funcionamiento de la red, decidimos realizar una visita de reconocimiento al invernadero, y de esta manera poder realizar la planeación de la instalación de la red de sensores.

El tipo de invernadero que planeamos cubrir es un Amber 960, con un área de 3200 metros cuadrados.

Vista Panorámica del Invernadero

Dado que la superficie del invernadero es relativamente extensa, decidimos utilizar 5 sensores para realizar la labor de monitoreo. El sexto sensor en cambio sería utilizado temporalmente, en las pruebas de implementación del soporte a los motes MTS400 en el TinySOA.

Historia del Proyecto

2007-10-15T18:01:00.000-07:00

Antes de echar a andar todo el mecanismo de monitoreo y control en el invernadero. Nos dimos a la labor de realizar una prueba de laboratorio para comprobar el correcto funcionamiento de la red y el software de administración.

Actualmente el TinySOA se encuentra en su versión 1.0, es por esto que decidimos comprobar la compatibilidad entre dicho Middleware y los nodos de Crossbow con los que contábamos. Grande fue nuestra sorpresa al darnos cuenta de que el TinySOA solo brinda soporte a nodos MTS320 y los utilizados en este proyecto son MTS400, entonces sera necesario realizar algunas labores de programación para brindar soporte a este modelo de sensores.

Debido a que el inicio del proyecto estaba próximo. decidimos iniciar el monitoreo utilizando la herramienta de administración Moteview. Dicha herramienta esta basada en tecnología Microsoft, lo que hace necesario contar con el NetFrameWork 2.0. Lo cual hace al Moteview exigente en recursos de computo.

Software

2007-10-15T11:40:00.000-07:00

Todos los nodos vienen precargados con una aplicación basada en TinyOS, la cual recaba la información de los sensores cada 5 minutos, de esta forma se cuenta con un bajo consumo de energía. Para la administración de los sensores se cuenta con una plataforma llamada Moteview, la cual brinda:

Visualización de la topología de la red.
Consultada de los últimos datos reportados
Manejo de eventos
Gráficador de la información histórica

A pesar de que se cuenta ya con una plataforma de administración de los nodos, surgen varias necesidades como:

Un generador de reportes personalizado
Manejo de alertas multiparámetro
Una mejor administración de la topología de la red
Un gráficador y generador de estadística

Dado que las razones anteriores son muy particulares de este proyecto. Es necesario contar entonces con una herramienta que realice la administración de los nodos de una forma personalizada. Es por esta razón que se decidió retomar el proyecto TinySOA, desarrollado en el departamento de Ciencias de la Computación del CICESE.

El TinySOA, es un framework para el desarrollo de aplicaciones convencionales que proveen servicios a redes inalámbricas de sensores. Es por esto que puede ser usado para construir aplicaciones de monitoreo ambiental, visualización, etc.

Hardware

2007-10-15T11:07:00.000-07:00

Los nodos del kit de Crossbow resultaron una buena opción para medir el microclima del cultivo. Este kit cuenta con:

6 nodos MICAz, con soporte para diferentes frecuencias ISM, 2.4 GHz, 802.15.4/ZigBee y 868/915MHz.
Una tarjeta programadora con interfaz USB.
Cada nodo posee una placa de sensores capaz de registrar parámetros como: Temperatura, Humedad, Presión Barometrica, Luz ambiental.
Un Gateway para conexiones Wireless entre la red de sensores con una pc o internet.
Una interface de usuario en la plataforma Windows, para visualización y análisis de la red

Consideraciones Preliminares

2007-09-19T07:45:00.000-07:00

Para llevar a cabo el trabajo de monitoreo se utiliza un WSN Professional Kit de Croosbow. El kit esta conformado por nodos con sensores de humedad, temperatura, luminosidad y voltaje. Los nodos se comunican con la estación base a través del estándar Wi-Fi.

Modelo para el Desarrollo de Aplicaciones de Monitoreo de Invernaderos con WSN

2007-09-06T12:43:00.000-07:00

El objetivo del proyecto, es proponer y evaluar un modelo de diseño genérico para aplicaciones de monitorio de invernaderos, utilizando redes inalámbricas de sensores, de tal forma que su utilización tenga un impacto positivo en las cosechas, procesos y costos de un invernadero.

Este proyecto es el primero en agricultura de precisión, que se desarrolla para la zona del Valle de Guadalupe en Baja California, México. El desarrollo del cultivo depende en gran parte de las condiciones climatológicas que se presentan en el campo. De tal forma que es crítico monitorear factores tales como humedad, luminosidad y temperatura. Para tal labor nosotros utilizamos redes inalámbricas de sensores.

El inicio

2007-09-01T09:21:00.001-07:00

Hola a todos mi nombre es Rolando Cardenas. Soy estudiante de maestría en Ciencias de la Computación del CICESE. La idea de este blog es mostrar la serie de eventos afortunados y desafortunados ocurridos durante la realización de un trabajo de investigación con redes inalámbricas de sensores, en un invernadero para cultivo de tomates en Baja California, México.

Este blog esta inspirado en el articulo "Murphy Loves Potatoes: Experiences from a Pilot Sensor Network Deployment in Precision Agriculture". En dicho artílo se narran las experiencias de un grupo de investigadores de la universidad de Delft en los los países bajos, durante la implementación de red de sensores de al rededor de 100 nodos, en un campo de cultivo de papas.