Incubadora de huevos inteligente para optimizar la temperatura y la humedad mediante wifi en tiempo real para aumentar las posibilidades de eclosión de huevos.
La incubadora se utiliza para incubar los huevos de gallina y convertirlos en pollitos. Se necesitan condiciones estables para aumentar las posibilidades de que nazcan los pollitos. La incubación de huevos de gallina mediante una incubadora requiere un período de incubación total de entre 21 y 22 días. La temperatura de la sala de incubación durante el período de incubación de los huevos de gallina (18 días) se establece en 37°-38°C, mientras que durante el período de eclosión (alrededor de 19-21 días) la temperatura puede aumentarse ligeramente a 39°C o mantenerse a 38°C. La humedad es relativa, durante el período de incubación, la humedad se mantiene en un 50% – 55% y en el período de eclosión o en los días 19-21 la humedad aumenta ligeramente, que es de alrededor del 60% – 65%.
En algunos países tropicales, como Indonesia, el clima puede cambiar en cualquier momento y volverse más frío de lo habitual, lo que provoca que la calefacción no sea la óptima, que suele estar fijada de forma constante, y también hace que la sala de eclosión se vuelva más húmeda. Esta situación puede reducir las posibilidades de que nazcan pollitos, por lo que es necesario optimizarla aún más.
Solución
Desarrollaré SENKU (Smart Egg Inkubator) , una máquina incubadora inteligente que controlará la temperatura y la humedad en la planta de incubación. Esta máquina ajustará la temperatura y la humedad en función de los datos obtenidos del sensor. Este proceso utilizará el aprendizaje automático para tomar decisiones sobre el aumento o la disminución de la temperatura y la humedad, por lo que se espera que se creen condiciones más óptimas para los huevos en la planta de incubación. Espero que esta máquina aumente las posibilidades de que nazcan pollitos.
SENKU está diseñado para ver la temperatura y la humedad en la incubadora y envía los datos al Arduino Mega 2560. Con los datos obtenidos de DHT 11, Arduino hará lo necesario para ajustar y reducir la temperatura. La temperatura se ajusta controlando el elemento calefactor y la humedad se ajusta mediante el ventilador.
Los Arduinos que no tengan funciones de comunicación en la nube utilizarán el WizFi360-EVB-Mini. El WizFi360-EVB-Mini enviará datos a través de wifi al almacén de datos de ThingSpeak. Los datos enviados se presentan en forma de parámetros de temperatura y humedad que se enviarán cada 30 segundos. Estos datos se mostrarán en el sitio web de monitoreo para que los usuarios puedan seguir actualizando el estado de su incubadora desde cualquier lugar y en cualquier momento de forma directa.
Cabe destacar que la incubadora utilizada tiene la forma de un prototipo para que el proceso de diseño sea más sencillo y económico, pero si se aplica a una incubadora, realmente funcionará bien. En este proyecto también se explicará el proceso de creación de prototipos de incubadoras.
Proceso y pasos
- Leer el sensor DHT11
- Prueba la conexión del WizFi360-EVB-Mini
- Probar la conexión wifi
- Enviar datos a ThingSpeak
- Construya una placa de circuito impreso Arduino-WizFi360 con Eagle
- Pruebe el calentador y el ventilador usando el relé
- Diseño de prototipo 3D de incubadora utilizando Solid Works
- Montaje del prototipo del incubador
- Desarrollar un sitio web de monitoreo utilizando Weebly
- Probar el dispositivo
Paso 1: Leer el sensor DHT11
El DHT11 es un sensor de temperatura y humedad digital básico y de muy bajo costo. Utiliza un sensor de humedad capacitivo y un termistor para medir el aire circundante y emite una señal digital en el pin de datos (no se necesitan pines de entrada analógicos). Es bastante simple de usar, pero requiere una sincronización cuidadosa para obtener los datos.
El proceso de lectura del DHT11 se puede realizar mediante Arduino, en este proyecto se utiliza un microcontrolador. Este módulo sensor se clasifica como un elemento resistivo como un dispositivo de medición de temperatura como un NTC. Las ventajas de este módulo sensor en comparación con otros módulos sensores están en términos de la calidad de lectura de los datos de detección, que es más sensible, que tiene velocidad en términos de detección de objetos de temperatura y humedad, y los datos que se leen no se interfieren fácilmente. Las lecturas del sensor DHT11 pueden utilizar el programa en el enlace de GitHub en el archivo adjunto o en el siguiente enlace . Los resultados de la lectura son los siguientes.
Paso 2: Probar la conexión WizFi360-EVB-Mini
WizFi360-EVB-Mini es una placa de desarrollo compacta para experimentación, prueba y verificación de WizFi360. WizFi360-EVB-Mini tiene el mismo formato que NodeMCU V2. WizFi360 es un módulo WiFi de grado industrial de bajo costo y bajo consumo de energía. Es compatible con el estándar IEEE802.11 b/g/n y admite los modos SoftAP, Station y SoftAP+Station. La velocidad en baudios del puerto serial puede ser de hasta 2Mbps, lo que puede cumplir con los requisitos de varias aplicaciones.
Un breve comando AT describe cómo operar WizFi360 como cliente TCP en modo de conexión única. Si necesita un ejemplo de comando AT en otro modo, consulte la documentación denominada » Ejemplos de comandos AT «. Para obtener más información, puede consultar esta documentación oficial . En este proyecto, se utiliza un monitor serial en Arduino para probar la conexión WizFi360-EVB-Mini.
Paso 3: Probar la conexión wifi
Después del proceso de prueba de la conexión WizFi360-EVB-Mini usando AT-Command, podemos continuar con el siguiente proceso. El siguiente proceso es la prueba de conexión de Arduino Mega con wifi a través de WizFi360-EVB-Mini. El proceso de conexión entre WizFi360-EVB-Mini y Arduino Mega se realiza mediante comunicación serial. La serial seleccionada es la comunicación serial 3. Este proceso es bastante fácil de hacer porque ya hay un código de muestra que se puede usar en la biblioteca proporcionada por Wiznet (o puede consultar este enlace de github ). Lo que se debe cambiar es el SSID y la contraseña del wifi que se usará.
Paso 4: Enviar datos a ThingSpeak
Los datos que se han adquirido del sensor DHT11 tienen dos etiquetas, temperatura y humedad. Estos datos deben enviarse al área de almacenamiento de datos. En este proyecto, se eligió ThingSpeak para llevar a cabo esta tarea. ThingSpeak es un software de código abierto escrito en Ruby que permite a los usuarios comunicarse con dispositivos habilitados para Internet. Facilita el acceso a los datos, la recuperación y el registro de datos al proporcionar una API tanto a los dispositivos como a los sitios web de redes sociales. ThingSpeak fue lanzado originalmente por ioBridge en 2010 como un servicio en apoyo de las aplicaciones de IoT. Para acceder a ThingSpeak, necesita una clave API que se puede obtener directamente en el sitio web de ThingSpeak. Puede copiar la clave API de escritura.
A continuación, introduzca el código de ejemplo que ha proporcionado Wiznet en la biblioteca existente (o puede consultar este enlace de github). Inserte la información necesaria (SSID, contraseña, clave API de escritura, etc.). No olvide cambiar la sección de transmisión de datos para que coincida con el formato de salida del sensor utilizado para la adquisición de datos. Si la transmisión de datos es exitosa, la pantalla gráfica cambiará y mostrará los datos que se han enviado como se muestra a continuación.
Paso 5: Fabricar la placa PCB Arduino-WizFi360 con Eagle
En esta etapa se realiza el shield Arduino-WizFi360 para simplificar el proceso de instalación en Arduino. Shield Arduino es un término para módulos adicionales con varias funciones, la mayoría de los cuales son compatibles con los pines de Arduino, por lo que la forma de conectarlos a Arduino puede ser disponiéndolos en la placa Arduino. En el Shield Arduino-WizFi360 que se realizará, la conexión entre los dos módulos será en la PCB para que no requiera cables y sea más fácil de instalar.
En este proyecto, se utiliza la aplicación Eagle para llevar a cabo el proceso de diseño de la placa de circuito impreso Arduino-WizFi360 Shield. EAGLE es una aplicación de automatización del diseño electrónico (EDA) programable con captura de esquemas, diseño de placas de circuito impreso (PCB), enrutador automático y funciones de fabricación asistida por computadora (CAM). EAGLE significa Editor de diseño gráfico de fácil aplicación (en alemán: Einfach Anzuwendender Grafischer Layout-Editor) y está desarrollado por CadSoft Computer GmbH. La empresa fue adquirida por Autodesk Inc. en 2016.
El proceso comienza con el diseño esquemático de la placa a realizar. Los componentes que se utilizarán son el esquema del Arduino Mega y el Wizfi360-EVB-Mini. En la documentación se explica que el tamaño del Wizfi360-EVB-Mini es el mismo que el nodo MCU, por lo que podemos utilizar el esquema del nodo MCU para sustituirlo. Todos los archivos de esquemas y placa se pueden descargar en este enlace .
Se han añadido varios componentes de LED y avisadores acústicos que se utilizarán como indicadores de los parámetros de temperatura y humedad. Cada parámetro tiene 3 LED como indicadores. Los tres LED se utilizarán para ver si los parámetros cumplen o no los requisitos de la incubadora. El avisador acústico se utiliza para notificar al usuario si la condición de la incubadora está muy alejada de los requisitos especificados.
Una vez finalizado el proceso de creación del esquema, el siguiente paso es el de realizar el archivo de la placa. En esta sección, se organizan los componentes para que encajen y formen un escudo de la forma más ordenada posible. En este proceso se crea un camino desde un componente hasta otro. El resultado de la placa se puede ver en la imagen de abajo.
Paso 6: Pruebe el calentador y el ventilador usando el relé
Este proceso comprobará la preparación del calentador y del ventilador para ser controlados mediante un interruptor electrónico. Los componentes que se utilizarán son relés de 2 canales. Un relé es un interruptor operado eléctricamente o electromecánico compuesto por un electroimán, una armadura, un resorte y un conjunto de contactos eléctricos. El interruptor electromagnético es operado por una pequeña corriente eléctrica que enciende o apaga una corriente más grande al liberar o retraer el contacto de la armadura, cortando o completando así el circuito. Los relés son necesarios cuando debe haber aislamiento eléctrico entre los circuitos controlados y los de control, o cuando se necesitan controlar varios circuitos con una sola señal.
Para este proceso, intentaremos hacer que el calentador y el ventilador se enciendan automáticamente mediante el uso de pines digitales en Arduino Mega. El proceso es bastante simple porque solo necesitamos usar el comando digitalWrite al programar. Puedes probarlo usando el código del archivo adjunto o usando este enlace de github.
Paso 7: Diseñar un prototipo 3D de incubadora utilizando Solid Works
En esta etapa, se explicará el proceso de creación de un prototipo de incubadora utilizando una aplicación SolidWorks. SolidWorks es una aplicación de diseño asistido por computadora (CAD) e ingeniería asistida por computadora (CAE) de modelado de sólidos publicada por Dassault Systèmes. Según el editor, más de dos millones de ingenieros y diseñadores en más de 165.000 empresas utilizaban SolidWorks en 2013. Según la empresa, los ingresos del año fiscal 2011-2012 de SolidWorks ascendieron a 483 millones de dólares.
El primer proceso para hacer este prototipo de incubadora es hacer las partes de la incubadora. La incubadora está diseñada en forma de una caja con un tamaño de 10 cm x 15 cm x 20 cm. El proceso de fabricación está diseñado utilizando acrílico con un espesor de 3 mm. Se eligió el acrílico porque es fácil de fabricar porque se puede cortar según lo que queramos utilizando una máquina láser. Después de que se realiza el proceso de hacer las paredes, el siguiente proceso es el proceso de hacer los soportes. Los soportes se instalarán en cada esquina de la incubadora. Este soporte utilizará una tuerca y una tuerca hexagonal para su instalación. Los soportes estarán diseñados para pegar cada lado de la pared de la incubadora. La siguiente parte es el proceso de diseño de la puerta que utilizará el usuario para colocar los huevos en la incubadora. Esta sección se realiza cortando una de las paredes frontales de la incubadora y conectándola mediante bisagras. La última parte es el proceso de hacer agujeros para ventiladores y canales de circulación de aire. Puede ver las partes que se han realizado en la imagen de abajo. Todos los archivos 3D se pueden descargar en este enlace .
El siguiente proceso consiste en crear un archivo de ensamblaje que es una combinación de todas las piezas que se han fabricado. Los archivos de ensamblaje se utilizan para visualizar toda la herramienta cuando se combina en una sola pieza. Este proceso también garantiza que el tamaño y el trazado de cada sección sean correctos cuando se combinan en una sola. El proceso de fusión utiliza la función de relaciones de posición para unir una pieza con otra. Puede consultar las imágenes y los vídeos a continuación para obtener más información sobre el archivo de ensamblaje.
Paso 8: Montaje del prototipo del incubador
Los diseños que se han realizado se imprimirán posteriormente. El proceso de impresión utiliza materiales que se encuentran en cada componente. Las paredes de la incubadora se imprimirán utilizando acrílico, mientras que los conectores se imprimirán utilizando filamentos en una impresora 3D. Después de la impresión, podemos realizar inmediatamente el proceso de fusión siguiendo el diseño en el archivo de ensamblaje. Para ver los resultados después del proceso de fusión de todas las piezas, consulte la imagen a continuación.
Paso 9: Desarrollar un sitio web de monitoreo utilizando Weebly
El dispositivo está listo para usarse y funciona correctamente. Los datos también se han almacenado en la base de datos ThingSpeak. En esta etapa se creará un sitio web de monitoreo utilizando la plataforma Weebly. Weebly es una herramienta para crear sitios web gratuitos. Utilizando un formato de widget, permite a los usuarios crear páginas con solo unos pocos clics, arrastrar y soltar diferentes elementos de la página (imágenes, texto o contenido interactivo, etc.) en la página y completar el contenido. Este sitio fue creado por David Rusenko, Dan Veltri y Chris Fanini, y todos ellos asistieron a Penn State para obtener sus títulos universitarios. Weebly fue incluido en la revista Time como el cuarto mejor de los cincuenta sitios en 2007.
Weebly es muy fácil de usar. Los usuarios solo tienen que arrastrar y soltar los componentes que se encuentran a la izquierda. La página puede contener información útil para el lector. Además, también puede conectar la base de datos ThingSpeak con Weebly en forma de una pantalla gráfica o en forma de un widget simple para que sea más fácil para los usuarios monitorear el estado de la incubadora.
Puedes copiar gráficos o widgets del sitio web ThingSpeak a tu sitio web Weebly siguiendo los sencillos pasos que se indican a continuación. Puedes consultar mi sitio web de monitoreo en: https://rifqi-abdillah.weebly.com/egg-incubator.html
Paso 10: Pruebe el dispositivo
Los resultados y pruebas de SENKU se pueden ver en el vídeo a continuación.
Conclusiones
SENKU se puede utilizar para controlar la temperatura y la humedad en las incubadoras de huevos. SENKU también llevará a cabo el proceso de ajuste de la temperatura y la humedad para que coincidan con los requisitos óptimos que necesitan los huevos en la máquina incubadora. Esta optimización se realiza ajustando el calentador y el ventilador de modo que se espera que las posibilidades de eclosión de los huevos sean más óptimas.
El desarrollador espera que SENKU pueda ser una de las soluciones para utilizar la máquina incubadora, de modo que el proceso de control de la temperatura y la humedad pueda ser más óptimo. El desarrollador también espera que en el futuro, SENKU se desarrolle mejor, porque todavía hay muchas características que se pueden explorar más profundamente, por ejemplo, mediante el uso del procesamiento de imágenes y la bioelectrónica.
En el futuro, el desarrollador espera que SENKU no sea solo un prototipo, sino que también pueda aplicarse en términos reales para ayudar a los criadores de pollos. Para ello, se necesita el apoyo de varias partes, especialmente de otros desarrolladores, de los granjeros y del gobierno, para desarrollar SENKU en conjunto y convertirlo en una versión mejor.
¡Por creadores, para creadores!
Todo el código utilizado en el Proyecto SENKU
Todos los esquemas y placas que se utilizaron en el Proyecto SENKU
Todos los archivos 3D utilizados en el proyecto SENKU
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