Redes inalámbricas de sensores de clima, suelo y planta

2.20. Redes inalámbricas de sensores de clima, suelo y planta

Francesc Ferrer Alegre1* y Albert Roselló Martínez2 * francesc@lab-ferrer.com 1

LabFerrer agZOOM-Smart Water point

2

Índice 1.

2.

3.

3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

3.5.

4.

5.

Introducción y alcance del capítulo Modelo conceptual y diseño de una instalación de sensores Sensores y sondas Contenido de agua del suelo Potencial hídrico del suelo Estado hídrico del cultivo Clima Agua Tipología de Redes Inalámbricas de Sensores (RIS) y conectividad Factores a valorar en la selección de una plataforma IoT de sensores

2 4 5 5 7 8 10 11 13 14

Resumen Este capítulo dedicado a las Redes Inalámbricas de Sensores (RIS) describe el estado del arte de los sensores, sistemas de adquisición de datos y conectividad. No se comentan aspectos de, gestión de base de datos, lenguaje y entornos de programación, organización de interfases de usuario, ni de dispositivos (PC, Tablet, móvil). Tampoco se entra en el tema de actuadores (programadores de fertirriego y control de invernaderos) ni tampoco de algoritmos embebidos para simplificar la interpretación de la información. El presente capítulo no es una descripción detallada de sensores, sistemas de adquisición de datos, tipos de conectividad y de herramientas de ayuda a la toma de decisiones (DSS). No tiene un enfoque tecnológico y está pensado para que el ingeniero agrónomo responsable de implementar un sistema de monitorización en finca y de utilizar los datos para DSS entienda los factores que hay que valorar en el momento de escoger un proveedor u otro. La aplicación principal de las Redes Inalámbricas de sensores es la programación del fertirriego, la monitorización del clima y control del microclima (invernaderos), la relación con el desarrollo y crecimiento del cultivo (heladas, horas frío, integral térmica, DPV, temperatura, etc.), así como el uso de datos climáticos para predecir el desarrollo de enfermedades fúngicas.

www.bibliotecahorticultura.com

1

2. Tecnología de producción

1. Introducción y alcance del capítulo Una red inalámbrica de sensores (RIS) o en inglés, Wireless Sensor Network (WSN), es un conjunto de puntos de medida con sensores, que registran datos a tiempo real y que a través de plataformas IoT en la nube (Internet de las Cosas) configuran herramientas digitales para la toma de decisiones (DSS) y automatismos (Figura 1).

Figura 1. Esquema de una Red Inalámbrica de Sensores (RIS). Fuente: www.safsampling.com

La presencia de redes públicas o privadas de sensores ambientales es una realidad en fincas agrícolas, proyectos de investigación y servicios públicos. Las redes de estaciones de la AEMET ( Agencia Estatal de Meteorología), y los sistemas de información agroclimática para el regadío (SIAR) vinculados a las CCAA ( Comunidades Autónomas) son de uso generalizado para el cálculo de las necesidades netas de riego (normalmente, mm·día-1 o mm·sem-1). Los datos climáticos de las estaciones públicas también se utilizan para el uso de modelos de enfermedades fúngicas, cálculo de horas frío, heladas y alertas. También hay redes globales, como el proyecto TAHMO (www.tahmo.org).

En los últimos diez años, el uso de sensores y plataformas IoT en finca para la gestión del fertirriego, seguimiento del micro-clima o avisos fitosanitarios se ha multiplicado por cuatro.

Actualmente, en el mercado existe un gran abanico de soluciones y plataformas IoT que ofrecen diferentes combinaciones e integraciones de sensores, dataloggers y posibilidades de gestión y visualización de información.

La cara visible de una red inalámbrica de sensores es el software que constituye la DSS para ajustar la programación del fertirriego, los tratamientos fitosanitarios, sistemas de protección de heladas, uso de mantas térmicas, el micro-clima del invernadero (apertura y cierre de ventanas y encalado), manejo de la poda en verde y del aclareo, horas frío y floración, luz artificial y respuesta de la planta, entre otros.

El software de gestión será una solución integral con distintos componentes, como son, los propios sensores, los puntos de medida, la conectividad o telemetría, la base de datos en la nube y la interfase de usuario a través de la web o de aplicaciones para dispositivos móviles. La interacción entre distintas plataformas a través de APIs permite combinar distintos componentes y aplicaciones a nivel de la nube y de software de usuario, como ERP (Enterprise Resource Planing) visores de monitorización, cuadernos de campo, mapas digitales y satelitales,

2

www.bibliotecahorticultura.com

2.20. Redes inalámbricas de sensores de clima, suelo y planta

modelos predictivos y la automatización de actuadores como los programadores de riego y el control climático de invernaderos y cámaras de cultivo.

En una finca se pueden definir los diagramas de flujo del producto y de la toma de decisiones. El diagrama de flujo de los productos (Product’s Flow chart) está relacionado con el Sistema de Garantía de Calidad (SGQ), las operaciones, los planes de trabajo del cultivo, los consumos, la seguridad (APCC) y el cálculo de la huella de producto y de organización según la metodología ACV (Análisis del Ciclo de Vida).

Desde el punto de vista de la toma de decisiones, se puede definir el diagrama de decisiones, funcionalidad y operatividad de las personas (User Story Mapping). Las decisiones, basadas en datos, pueden ser estratégicas, tácticas, en base a normas heurísticas y automatizadas. Las personas pueden corresponder a operarios, gerencia o personas con funciones técnicas de producción, calidad, comercial, operaciones, IoT, principalmente.

Una red de sensores inalámbricos y su correspondiente plataforma IoT debe integrarse y mejorar la toma de decisiones y el proceso productivo. Para que los datos procedentes de los sensores tengan utilidad campaña tras campaña, es necesario que funcione el ciclo de conocimiento. Esto es, que los datos registrados tengan sentido y calidad, que proporcionen información (interpretación), que sirvan para adquirir experiencia (sabiduría, wisdom en inglés), que haya unas reglas de decisión y que permitan reflejar los efectos del manejo y el clima, específicamente para cada combinación de suelo x microclima x manejo. Según Majszhik et al.

(2011) la implementación de una RIS, Red Inalámbrica de Sensores, en horticultura intensiva tiene beneficios tanto ambientales como económicos.

Para conseguir implementar este ciclo de conocimiento dentro de una empresa, una solución de RIS (WSN) tiene que ir acompañada de un servicio de apoyo o acompañamiento (Figura 2).

Es un proceso iterativo que necesita formación continuada, servicio técnico eficaz, interacción con investigadores y profesores, combinación de diferentes fuentes de información, identificación de las interacciones con el sistema de cultivo, registro y el Sistema de Gestión de Calidad, entre otros.

Figura 2. Servicio de acompañamiento de una empresa especializada para asegurar la calidad de los datos, el mantenimiento y la resolución de incidencias. Fuente: www.safsampling.com

www.bibliotecahorticultura.com

3

2. Tecnología de producción

2. Modelo conceptual y diseño de una instalación de sensores Una finca se organiza en parcelas y en unidades de paisaje agroclimáticas. Los sensores de planta y de suelo se instalan físicamente en puntos concretos geo-referenciados dentro de la parcela, y miden un volumen representativo de suelo (ej.: humedad de suelo), una planta o una superficie de canopia (m-2). Por ejemplo, un sensor capacitivo TEROS 12 (METER Group) de humedad del suelo tiene un volumen de exploración de un litro.

Una parcela no es homogénea y, por tanto, al instalar los sensores in situ habrá que considerar las Zonas Homogéneas de Manejo (ZHM). La Figura 3 muestra una parcela de vid con dos ZHM establecidas a partir de imágenes del paisaje, sondeo de suelo con barrena y visita presencial. El punto de medida (P) corresponde al punto donde se instaló un datalogger con conectividad celular, un contador en la línea porta-goteros para el riego, tres sondas de potencial hídrico del suelo TEROS 21 (METER Group) y dos sondas de contenido de humedad TEROS 12 (METER Group) a 15, 30 y 50 cm de profundidad.

Figura 3. Zonas Homogéneas de Manejo (ZHM) en una parcela de vid de 1,9 ha y localización del punto con sondas de potencial hídrico y contenido de agua del suelo para la gestión del riego

Para poder interpretar los datos de humedad del suelo y ajustar el programa de riego, es necesario que la dinámica de la humedad en cada profundidad (expresada en contenido volumétrico o potencial), medida por cada sonda, responda a los riegos+lluvia y a la absorción de agua según la demanda hídrica y la distribución de raíces. Si el punto con sondas está bien diseñado e instalado, la interpretación de los datos será representativo de la dinámica hídrica de la ZHM y válido para la toma de decisiones de riego.

Una Red Inalámbrica de Sensores (RIS o WSN) se compone de: -

Sensores: de clima, planta, suelo o agua Sistema de adquisición de datos: dataloggers, nodos de sensores, módulo central o coordinador (Gateway) Conectividad con la nube: Celular, LPWAN (Sigfox, LoRa), RF Base de datos Software de Usuario o Herramienta de Ayuda a la toma de decisiones (DSS)

La Figura 4 muestra un posible diseño para un invernadero con pimientos. El esquema muestra la zona húmeda y la zona de acumulación de sales. En este caso se colocaron tres sondas de humedad y conductividad eléctrica (CE) a 15, 30 y 45 cm dentro del bulbo húmedo. Se instalaron

4

www.bibliotecahorticultura.com

2.20. Redes inalámbricas de sensores de clima, suelo y planta

también un contador de agua y un sensor de CE del agua del riego para controlar el volumen y la CE de cada riego. El intervalo de medida era de 15 min y la actualización al servidor cada hora.

Figura 4. Esquema de instalación de sondas de humedad y CE del bulbo húmedo en una parcela de pimientos en invernadero

3. Sensores y sondas En este artículo se citan los fabricantes y los modelos de sensores más extendidos en el mercado, actualmente, con una relación calidad/precio suficiente para poder ser integradas con garantía en una DSS. Es recomendable utilizar sensores de calidad científica cuando hay que tomar decisiones en agricultura profesional. La selección no es exhaustiva y se ha basado también en la disponibilidad de información, especificaciones y referencias bibliográficas proporcionadas por el fabricante.

3.1. Contenido de agua del suelo La humedad del suelo se puede medir y expresar como cantidad de agua o como la energía con la que el agua está retenida en la matriz del suelo. En el primer caso se habla de Contenido Volumétrico de Agua (CVA o θ, %vol, 100·m3 agua·m-3 suelo) y en el segundo caso de Potencial Hídrico del suelo (PHS o Ψ, cbar o kPa).

Es muy importante la interpretación de los datos de CVA y PHS para establecer umbrales de decisión para cada cultivo y situación específica. Hay que tener en cuenta la experiencia de cada técnico y las referencias bibliográficas existentes como Thompson et al. (2007), Allen et al.

(2006) y Zotarelli et al. (2019). También, Iturria et al. (2019) realiza una comparativa entre distintos modelos de sondas dieléctricas de humedad.

A escala global, hay varios fabricantes y modelos de sondas de humedad del suelo que se basan en la medida de la constante dieléctrica del suelo (ε). Los tres tipos principales de sensores dieléctricos son los Capacitivos, FDR y TDR. Campbell et al. (2019) realizan una explicación sobre la diferencia entre dichas tecnologías.

Los sensores de humedad basados en la resistencia eléctrica (Figura 5) son mucho más baratos y responden a cambios de humedad, pero son muy sensibles a la salinidad del suelo y tienen un

www.bibliotecahorticultura.com

5

2. Tecnología de producción

error de medida significativo. Su uso no es recomendable para sistemas de RIS en agricultura profesional.

Figura 5. Sensores de humedad del suelo basados en la resistencia eléctrica. Fuente: www.metergroup.com

La capacidad de un sensor dieléctrico para realizar medidas exactas y precisas de la humedad del suelo depende de: -

Error de medida de la constante dieléctrica Error de la curva de calibración genérica y/o específica que utiliza el sensor para convertir la salida eléctrica (RAW) en CVA (%vol) Sensibilidad a la salinidad del suelo

La Figura 6 muestra las funciones de calibración genéricas de la sonda TEROS 12 (METER Group) para suelo mineral y tres tipos de sustrato (turba-perlita, fibra de coco y lana de roca).

Figura 6. Funciones de calibración específicas de la sonda TEROS 12 (METER Group)

Para que la medida del sensor sea representativa de la humedad de un volumen de suelo o sustrato, hay que tener en cuenta los siguientes factores -

6

Volumen de exploración del sensor: a mayor volumen, más representatividad (Figura 7) Correcta instalación del sensor, asegurando el buen contacto entre la sonda y la matriz del suelo y la compactación adecuada alrededor del sensor La sensibilidad de la sonda a cambios del contenido volumétrico de agua (%vol, 100·m3 agua·m-3 suelo).

www.bibliotecahorticultura.com

2.20. Redes inalámbricas de sensores de clima, suelo y planta

Figura 7. Volumen de influencia de la sonda TEROS 12 (METER Group). 1.010 mL

En todo caso, el fabricante debe proveer información sobre las funciones de calibración, error de medida, sensibilidad a la salinidad y buenas prácticas de instalación.

Un sensor capacitivo que mide el Contenido Volumétrico de Agua (CVA, %vol) puede incorporar un sensor de temperatura y de Conductividad Eléctrica (CE, dS/m).

Cada vez es más frecuente el uso de sensores que miden la humedad y la conductividad eléctrica (CE) de la solución del suelo o de un substrato. Medir la CE de la solución del suelo (CEpw) no es una medida fácil y se utilizan distintas tecnologías y modelos. Por ejemplo, la sonda TEROS 12 (METER Group) mide la CE aparente del suelo (CEb) con dos electrodos y utiliza el modelo teórico de Hillhorst (2000) para obtener el valor de CE en la solución del suelo (CEpw). Este método funciona principalmente cuando la humedad del suelo o del sustrato son mediano-altas.

Posteriormente, conociendo la porosidad del suelo se puede calcular la CE de saturación (CEe) a partir de CEpw. Para más detalles, se puede consultar la información disponible en el blog de Ferrer (2020a).

Las sondas de humedad del suelo se pueden clasificar en modulares y de perfil: Modulares: para suelo y sustratos. Sensores individuales -

TEROS METER Group www.metergroup.com (USA) HYDROPROBE Stevens Water https://stevenswater.com (USA) Thetaprobe DELTA-T https://delta-t.co.uk (Reino Unido)

De perfil: para suelo. Varilla o tubo con sensores integrados colocados a profundidades fijas -

ENVIROPRO Entelechy Pty Ltd https://enviroprosoilprobes.com (Australia) AQUACHECK https://aquacheck.co.za (Sudáfrica) Enviroscan SENTEK https://sentektechnologies.com (Australia)

3.2. Potencial hídrico del suelo La Tabla 1 muestra los tipos de sondas de potencial hídrico de suelo (PHS), el intervalo de medida y su aplicación preferente.

El PHS se expresa en unidades de presión. A nivel de conversión: 1 cbar = 1 kPa

www.bibliotecahorticultura.com

7

2. Tecnología de producción

Tabla 1. Sondas de Potencial Hídrico de Suelo (PHS) Tipo de sonda Tensiómetro

Chamaleon sensor (via.farm)

Watermark

Bloque de yeso TEROS 21 Gen 2 (METER Group) (Figura 8)

Características Intervalo: 0 a -85cbar Para gestionar el riego en la zona de fácil disponibilidad de agua (ej.: Hortícolas) Matriz granular con envoltura de yeso Intervalo: 0 a -100 kPa Alta resolución en el intervalo 0 a -50 kPa Bloque de matriz granular Intervalo: -30 a -200 kPa Para regular estrés moderado Intervalo: -30 a -1500 kPa Para regular estrés moderado-medio Intervalo: -5 a 1000.000 kPa Utilizable en todo tipo de condiciones

Figura 8. Sensor de potencial hídrico de suelo TEROS 21 Gen 2 de intervalo de medida muy amplio (www.metergroup.com)

3.3. Estado hídrico del cultivo Los sensores de estado hídrico de la planta miden un parámetro que directa o indirectamente es indicador del grado de estrés hídrico de la planta. El grado de estrés tiene un impacto diferencial sobre la tasa de crecimiento y acumulación de biomasa, los componentes del rendimiento y calidad, acumulación de azúcares, patologías fisiológicas (necrosis apical de frutos) y sobre fases críticas del desarrollo. Establecer relaciones causa-efecto no siempre es evidente y requiere experimentación in situ combinando diferentes datos y modelos de interpretación.

En todos los casos es necesario establecer unos valores del indicador de estrés para condiciones bien regadas (sin estrés) y su variación respecto a las condiciones ambientales como DPV, ETo o radiación solar.

También hay que tener en cuenta el comportamiento fisiológico de cada variedad (Isohídrico vs.

Anisohídrico) según Tardieu y Simonneau (1998) y las variaciones diurnas y estacionales de cada indicador de estrés (Winkel y Rambal, 1993)

8

www.bibliotecahorticultura.com

2.20. Redes inalámbricas de sensores de clima, suelo y planta

Sensor de potencial hídrico de tallo Medida directa del potencial hídrico de tallo de la planta. Se aplica en cultivos leñosos y es complementario a las medidas puntuales de potencial de hoja o tallo realizadas con cámara de presión.

-

FloraPulse www.florapulse.com (USA) Saturas www.saturas-ag.com (Israel)

Estos sensores son relativamente recientes y requieren una validación por parte del usuario antes de plantear proyectos de mayor alcance Termómetro de infrarojos Termómetro de infrarrojos que mide la temperatura superficial del dosel vegetal. La diferencia entre la temperatura del dosel y la del aire (Tcanopy-Taire) en relación con el Déficit de Presión de Vapor (DPV, kPa) permite calcular un indicador relativo del grado de estrés de la planta (Abdelmoneim et al., 2020) (Figura 9).

Figura 9. Modelo de cálculo del Crop Water Stress Index (CWSI)

Uno de los termómetros más utilizados en investigación y en agricultura comercial es el termómetro de infrarrojos del fabricante Apogee Instruments (www.apogeeinstruments.com) (Figura 10).

Figura 10. Termómetro de infrarojos de Apogee Instruments

Un termómetro de infrarrojo (Modelo SI-411, Apogee Instruments) con un ángulo de visión 22º (1/2 FOV), colocado a 1 m sobre la planta y una inclinación de 45º, monitoriza 1,9 m2 de cubierta vegetal para estimar el índice de estrés del cultivo (CWSI) de la parcela y https://www.apogeeinstruments.com/irr-calculators/ www.bibliotecahorticultura.com

9

2. Tecnología de producción

Dendrómetro Sensor que mide las oscilaciones del diámetro de tallo o de fruto. A mayor oscilación diurna del tallo, mayor desajuste entre la absorción de agua por parte del sistema radicular y la transpiración (evaporación de agua en forma de vapor a través de los estomas).

-

Ecomatik (www.ecomatik.de) Emsbrno (www.emsbrno.cz)

Sensor de turgencia de hoja Sensor que mide la presión de turgencia de la hoja. La turgencia de las células de la hoja está relacionada con la tasa de crecimiento de la planta y el grado de estrés.

-

Sensor ZIM YARA (www.yara.com)

Sensor de humectación de hoja Los nuevos sensores de humectación de hoja son capacitivos y tienen una alta sensibilidad a la presencia de agua en su superficie, debido a la condensación y formación de rocío o debido a las gotas de lluvia. Para obtener medidas fiables y repetibles del tiempo de humectación (minutos) es necesario que el sensor tenga un balance de energía similar al de una hoja real y sistematizar la colocación de dicho sensor. Hay que especificar la inclinación (normalmente 45º), la orientación, la altura en relación al cultivo y la posición interior-exterior respecto a las hojas.

La duración de la humectación de la hoja (min·día-1) se utiliza junto con la pluviometría y la temperatura y Humedad Relativa del aire para predecir el desarrollo de enfermedades fúngicas, como por ejemplo el oídio, mildiu, estemfiliosis, botritis o antracnosis. La Figura 11 muestra el sensor PHYTOS 31 de METER Group.

Figura 11. Sensor PHYTOS 31 de humectación de hoja (METER Group)

3.4. Clima Piranómetro Sensor de radiación solar (St, W·m-2) para estaciones agroclimáticas y el cálculo de la Evapotranspiración de referencia (ETo). Normalmente se utiliza el sensor de célula de silíceo.

Para más información, se puede consultar el vídeo de YouTube de Ferrer (2021).

10

www.bibliotecahorticultura.com

2.20. Redes inalámbricas de sensores de clima, suelo y planta

Sensor de radiación PAR: DLI y PPFD Especialmente indicado para invernaderos y cámaras con luz artificial. El sensor proporciona medidas de intensidad de luz PAR (PPFD, µmol fotones PAR·m-2·s-1) y de la Integral Diaria de Luz PAR (Daily Light Integral DLI, mol·m-2·dia-1). Para más información, se puede consultar el webinar de Ferrer (2020b).

Sensor de temperatura, humedad relativa y Déficit de Presión de Vapor (DPV) Es un sensor esencial para cuantificar el efecto de la temperatura sobre el desarrollo y el crecimiento del cultivo, la demanda hídrica y el poder secante de la atmósfera. También, aspectos críticos como la floración y el cuajado del fruto vienen muy condicionados por la temperatura; aparte de las heladas y la predicción de enfermedades fúngicas.

En términos de la sequedad de la atmosfera, es muy importante entender y manejar el Déficit de Presión de Vapor. Para más información: Anemómetro La velocidad del viento condiciona la resistencia aerodinámica del vapor de aire de manera que, a más velocidad del viento, más tasa de evapotranspiración (ETo). También condiciona la mezcla de aire frio en las noches de heladas por radiación, afecta el secado de las hojas y la duración del rocío. Finalmente, es determinante en la programación de tratamientos fitosanitarios.

Pluviómetro En clima mediterráneo, la medición de la pluviometría (mm o L·m-2) siempre conlleva dudas. Es un sensor que requiere un mantenimiento constante para que no se obstruya el embudo de captación, además de la alta variabilidad espacial y temporal de la lluvia. Es muy importante mantener el pluviómetro totalmente horizontal.

3.5. Agua Contador de agua La programación del riego mediante sondas de humedad del suelo requiere la instalación de un contador de agua en la línea porta-goteros. Sólo así se puede relacionar el tiempo y el volumen de riego con la recarga del perfil.

En la Figura 12 se observa que se efectuó un riego de 50 min a las 11:30 h de la mañana (cada columna equivale a l/5min), aplicando 109 l en una longitud de lateral de 25 m con separación entre filas de 1m (4,4 L·m-2). Se observa que el frente de humectación llegó hasta 45 cm.

www.bibliotecahorticultura.com

11

2. Tecnología de producción

Figura 12. Datos a tiempo real en una parcela de pimientos con un contador de agua y tres tensiómetros a 10, 30 y 45cm de profundidad

Sensor de nivel de agua y concentración de sales disueltas Un sensor CTD mide el nivel de agua, la Conductividad Eléctrica y la temperatura del agua. Se puede utilizar en pozos, depósitos, canales y ríos. También es el sensor que en un lisímetro indica el volumen de drenaje.

En comunidades de regantes se utiliza para medir el nivel de agua y la concentración de sales solubles de los canales de drenaje y desguace, con el efecto de cuantificar el lavado global de la cuenca hidrológica.

Sensor de conductividad eléctrica del agua de riego Es un sensor de conductividad eléctrica (CE) y temperatura del agua de riego. Está diseñado para conectar directamente a la tubería porta-goteros y medir la CE. La Figura 13 muestra el detalle de un riego de 30 minutos monitorizado a intervalos de medida de 5 minutos con un contador y un sensor de CE de riego. Es un cultivo de pimiento que se está regando con una CE de oscila entre 1,60 y 1,74 dS/m durante el riego (3 abril).

Figura 13. Detalle de un sensor de conductividad eléctrica del agua de riego (ES-2 METER Group) y de los datos de un evento de riego

12

www.bibliotecahorticultura.com

2.20. Redes inalámbricas de sensores de clima, suelo y planta

4. Tipología de Redes Inalámbricas de Sensores (RIS) y conectividad Señal del sensor La señal de salida de un sensor debe ser registrada por un equipo, llamado datalogger o nodo de sensorización. El tipo de señal de salida del sensor condiciona, la longitud de cable, la degradación y el ruido de la señal, la electrónica y la programación que se utiliza para transformar la señal eléctrica en una magnitud o variable con sentido agronómico.

Normalmente se habla de los siguientes tipos de señal: -

Analógica: voltaje (mV o V) o intensidad (4-20 mA) Digital: señal transformada en el propio sensor que incluye información de identificación y trazabilidad del sensor. Puede tener salidas USB y se llaman Sensores Inteligentes, ya que el sistema de registro normalmente los detecta automáticamente. La señal de salida puede integrar varias magnitudes o variables. La tendencia de los fabricantes es a fabricar sensores digitales; su coste es ligeramente superior al de los sensores analógicos. Utiliza diferentes protocolos de comunicación como el SDI-12, DTT, MODBUS RS232-RS-485, entre otros

Nodos de sensores y conectividad Datalogger o nodo inalámbrico que recibe las medidas de los sensores, normalmente a través de un cable.

Los datos recogidos por el nodo de sensores son enviados a la plataforma web a través de distintos sistemas de conectividad: -

Directamente a la nube: Celular (GPRs), LPWAN (LoRA, sigfox) Conectando a través de Bluetooth al teléfono móvil y a la red privada de Wi-Fi Envío a un nodo coordinador situado en finca a través de LPWAN, que a su vez envía los datos a la plataforma web a través de Celular (GPRs), Wi-Fi o Ethernet

El tipo de conectividad inalámbrica más extendido en redes inalámbricas de sensores es: -

Celular: envío de datos a través de una tarjeta SIM como en un teléfono móvil, normalmente de datos LPWAN: redes de baja potencia y consumo sigfox, LoRa, NB-IoT Inalámbrico Short-Range: Bluetooth y Wi-Fi

Muy importante: en cada ubicación hay que verificar con anterioridad la cobertura celular y WPLAN. También hay que tener en cuenta: -

Distancia nodo-coordinador o receptor (Hub, Gateway) Autonomía de consumo y necesidades de baterías, conexión eléctrica o placa solar

Cada fabricante propone una combinación tecnológica de sensores x nodos x conectividad x software junto con un servicio de acompañamiento, asociado a una inversión, alquiler y cuota anual de uso de la DSS.

www.bibliotecahorticultura.com

13

2. Tecnología de producción

Algunos de los fabricantes y proveedores especializados en de sistemas inalámbricos de sensores y soluciones IoT: -

agZOOM-Smart Water Point (www.ag-zoom.com) ENCORE LAB (www.encore-lab.com) GREEN SENSORS (www.green-sensors.com) HIDROSOPH (www.hidrosoph.com) IG4 AGRONOMIA (www.ig4.es) METER Group (www.metergroup.com) MODPOW (www.modpow.es) NUTRICONTROL (www.nutricontrol.com) PLANTAE (www.plantae.garden) QAMPO (www.qampo.es) RITEC (www.ritec.es) S.E. PROGRÉS (www.progres.es) WIDHOC (www.widhoc.com) WISE IRRISYSTEMS (www.wiseagrotecnologia.com)

5. Factores a valorar en la selección de una plataforma IoT de sensores Siempre es mejor, instalar menos, pero hacerlo con un modelo conceptual y un diseño sólidos, basados en sensores y un sistema de adquisición de datos de calidad, robustos y escalables. Hay que pensar que la inversión inicial y los costes anuales de uso tienen que repercutir en la mejora de los procesos de producción y toma decisiones de una forma sistemática y recurrente. No se puede plantear una inversión en sistemas de sondas sin un plan de adopción y escalabilidad a 34 años vista.

A nivel de coste, hay que tener en cuenta: -

Inversión inicial o alquiler de equipos (hardware): sensores y sistemas inalámbrico de registro y conectividad Cuota anual o mensual de utilizar la plataforma IoT, actualizaciones, herramienta de ayuda a la toma de decisiones (software DSS).

En el proceso de selección de una RIS, hay que tener presente, la instalación, puesta a punto, resolución de incidencias e interpretación de datos. Para ello, se requiere de la participación del técnico, del usuario final y del servicio técnico y de acompañamiento de la empresa proveedora.

También hay Oficinas Técnicas del Regante muy activas en este sentido (IVIA, CICYTEX, RuralCat, IFAPA, entre otros).

La tecnología evoluciona, y por lo tanto, la decisión de adquirir un sistema de sensores y de trabajar con una plataforma IoT determinada tendrá unas ventajas y unas desventajas que cada empresa deberá ponderar. Hay que valorar los siguientes aspectos: -

14

Relación calidad/precio de los sensores y del sistema de adquisición de datos junto con especificaciones de calidad y compatibilidad, robustez, necesidades de alimentación,

www.bibliotecahorticultura.com

2.20. Redes inalámbricas de sensores de clima, suelo y planta

-

-

-

mantenimiento y calibración y guía de buenas prácticas de uso proporcionadas por el fabricante Sistema de conectividad y telemetría: grado de cobertura, tipo de tecnología, robustez, consumo y necesidad de alimentación, potencia y capacidad de escalar el tamaño de la RIS Ponderación entre el grado de fiabilidad, implantación, escalabilidad y obsolescencia de la tecnología propuesta Capacidad de escalar la cantidad de unidades de medida y de integración con sistemas o herramientas ya existentes en la finca (ej.: programador de riego, ERP, cuaderno digital de campo, etc.)

Capacidad del servicio técnico y postventa del fabricante y del distribuidor Establecimiento de un programa de formación de los usuarios en la empresa Valoración económica

Según cada caso y cada proveedor hay que pensar que posiblemente una “única” solución o plataforma IoT integral en la empresa o finca que aglutine todo los “software”, “apps móviles”, conectividades, etc., tiene que estar muy bien pensada y debe disponer de un servicio postventa ágil y fiable.

Bibliografía Abdelmoneim, Z.M.; Osroosh, Y; Troy Peters, R.; Bates, T.; Campbell, C.; Ferrer-Alegre, F. (2020).

Monitoring water status in apple trees using a sensitive morning crop water stress index.

Irrigigation And Drainage, 2020: 1-15.

Allen, R.G.; Pereira, L.S.; Raes, D.; Smith, M. (2006). Evapotranspiración del cultivo (FAO-56) Campbell, G.S.; Campbell, C.S.; Cobos, D.R.; Crawford, L.B.; Rivera, L.; Chambers, C. (2019). Soil moisture sensors—How they work. Why some are not research-grade. https://www.metergroup.com/environment/articles/tdr-fdr-capacitance-compared/ Acceso: 4 de junio de 2021.

Ferrer,

F. (2020a).

La Conductividad Eléctrica del Suelo Parte https://blog.biofisicaambiental.com/la-conductividad-electrica-del-suelo-parte-i/ Acceso: 4 de junio de 2021.

I.

Ferrer,

F. (2020b).

Luz artificial y respuesta de las plantas. https://www.youtube.com/watch?v=mp5pjnCOIcI Acceso: 4 de junio de 2021.

Ferrer, F. (2021). ¿Cómo escoger un piranómetro para medir la radiación solar? (2021) https://www.youtube.com/watch?v=HLi7k_93kBg Acceso: 4 de junio de 2021.

Hilhorst, M. A. (2000). A Pore Water Conductivity Sensor. Soil Science Society of America Journal 64, nº6: 1922–1925.

Iturria, I.; Campo-Bescós, M.A.; Gómez, U.; López, M.; Giménez, R. (2019). Evaluación de 24 sondas de humedad: calibración y volumen de influencia. Estudios en la Zona no Saturada Vol. XIV: 69-74.

www.bibliotecahorticultura.com

15

2. Tecnología de producción

Majsztrik, J.C.; Ristvey, A.G.; Lea-Cox, J.D. (2011). Water and Nutrient Management in the Production of Container-Grown Ornamentals. Hort. Rev., 38: 253-296.

Tardieu, F.; Simonneau, T. (1998). Variability among species of stomatal control under fluctuating soil water status and evaporative demand: modelling isohydric and anisohydric behaviours. Journal of Experimental Botany. Vol. 49. Special Issue: 419-432 Thompson, R.B.; Gallardo; M.; Valdez, L.C.; Fernández, M.D. (2007). Using plant water status to define threshold values for irrigation management of vegetable crops using soil moisture sensors. Agricultural Water Management, 88: 147-158.

Winkel, T.; Rambal, S. (1993). Influence of Water Stress on Grapevines Growing in the Field: From Leaf to Whole-Plant Response. Australian Journal of Plant Physiology, 20: 143-157.

Zotarelli, L.; Dukes, M.D.; Kelly, T. M. (2019). Interpretación del Contenido de la Humedad del Suelo para Determinar Capacidad de Campo y Evitar Riego Excesivo en Suelos Arenosos utilizando Sensores de Humedad. AE496, Servicio de Extensión Cooperativa de Florida, Universidad de la Florida. (UF/IFAS). Fecha de primera publicación: January 2013.

Revisado February 2019.

16

www.bibliotecahorticultura.com