Caso de estudio · Invernadero · M-Duino 57R
Un nodo de radio en cada sala. Un PLC actúa donde hace falta.
Nodos Open Mote de bajo consumo, un Panel PC y un PLC basado en Arduino.
Un invernadero con varias salas tiene varios climas. Un valor incorrecto en una sala no dice nada de la sala de al lado.
Por eso el caso pone un nodo de radio en cada sala y un PLC en la sala principal.
Este caso describe cómo un cliente monitoriza y controla un invernadero con nodos de radio Open Mote, un Panel PC de Industrial Shields y un M-Duino 57R I/Os PLUS. No cita al cliente. El hardware, las lecturas, la radio y la distribución son los del caso, de su texto y de su esquema. Los valores de los paneles son ejemplos, no datos del invernadero.
El reto
Conocer el clima de cada sala y actuar solo donde un valor falla.
El invernadero tiene una sala principal y otras salas. El cliente quería leer varios sensores en cada sala, ver todos los datos en un solo lugar y poner en marcha los actuadores de la sala donde un valor no es el adecuado. Los sensores tenían que comunicarse con el terminal sin cables, para poder colocar los nodos donde mejor encajan en cada sala.
Un clima por sala
Cada sala tiene su propio Open Mote con una placa de sensores de humedad, temperatura, presión y luminosidad. Los datos de una sala no se mezclan con los de las demás.
Nodos donde encajan
El enlace de radio permite colocar los nodos por todo el invernadero. Todos envían a un único Open Mote que hace de pasarela.
Bajo consumo
El caso da un consumo de menos de 50 µA para el Open Mote. Por eso puede funcionar mucho tiempo de forma autónoma.
Una sola pantalla
El nodo pasarela se conecta al puerto USB del Panel PC. Los datos de todas las salas acaban en una sola pantalla.
Radio para las lecturas, cables para las cargas
Los nodos solo llevan lecturas pequeñas por radio. Los ventiladores, las válvulas y las bombas van cableados a las salidas de relé del PLC de la sala principal. El caso no publica resultados ni cifras.
Cómo funciona
Tres tareas: leer cada sala, revisar los valores y actuar en la sala correcta.
Cada panel muestra una tarea. Pulsa los botones. Los paneles son simulaciones ilustrativas: las salas, las cuatro lecturas, la radio y los tres relés por sala son los del caso, pero los valores, los rangos y qué relé responde a cada valor son ejemplos, no datos del invernadero.
Cuatro valores por sala, enviados por radio.
En cada sala, un Open Mote con su placa de sensores lee la humedad, la temperatura, la presión y la luminosidad. Envía los valores en 2,4 GHz, con el software libre Contiki, al nodo pasarela de la sala principal. Elige una sala y mira sus mensajes.
- Un Open Mote y una placa de sensores por sala
- Radio en 2,4 GHz, Contiki
- Un Open Mote como pasarela
Mensajes de radio (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos del invernadero. Un mensaje cada pocos segundos, más rápido que en el invernadero real. El caso no publica el intervalo de lectura ni los valores. Las unidades son de ejemplo.
El Panel PC ve todas las salas y detecta el valor que falla.
El nodo pasarela está en el puerto USB del Panel PC. En el esquema del caso, el Panel PC ejecuta Node-RED y un broker MQTT Mosquitto. Muestra los datos y, cuando un valor de una sala no es el adecuado, avisa al PLC por el cable Ethernet. Mueve los deslizadores.
- Nodo pasarela por USB
- Node-RED y Mosquitto MQTT en el Panel PC
- Ethernet del Panel PC al PLC
Eventos del Panel PC (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos del invernadero. El caso dice que se avisa al PLC cuando un valor enviado por un nodo no es el adecuado. No publica los rangos. En este ejemplo: humedad de 60 a 85 %HR y temperatura de 15 a 28 °C. Fija los tuyos para tu cultivo.
Solo la sala con el problema activa sus actuadores.
El M-Duino 57R I/Os PLUS de la sala principal tiene los actuadores cableados a sus salidas de relé. Cuando recibe un aviso, activa los actuadores de la sala donde se ha detectado el valor no adecuado. Las demás salas siguen igual. Pulsa los botones.
- Actuadores en las salidas de relé
- 3 relés por sala en el esquema: ventilador, válvula, bomba
- Las demás salas no cambian
Eventos del M-Duino (ejemplo)
Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, sin datos del invernadero. El esquema del caso da 3 salidas de relé a cada una de las 4 salas, con un ventilador, una válvula y una bomba. Qué relé responde a cada valor es un ejemplo: el caso no publica sus reglas.
Pruébalo en un invernadero completo
Haz funcionar el mismo patrón en un simulador.
Los paneles de arriba muestran la lógica paso a paso. Los simuladores de abajo hacen funcionar un lugar completo, de día y de noche.
Nodos de radio, una pasarela, un día y una noche
Elige el lugar "Invernadero". Mira la humedad y el punto de rocío por la noche y después bloquea un enlace, agota una batería o corta la pasarela. Usa una pasarela GateBerry FLEX; la lógica es la misma.
Abrir el simuladorSimulador · Clima del invernaderoControl del clima por zonas
Fija los objetivos de cada zona y mira cómo un PLC actúa sobre la ventilación, la calefacción y la humedad. Es la parte de control de este caso.
Abrir el simuladorArquitectura del sistema
¿Cómo se controlan varias salas de un invernadero con sensores inalámbricos?
Se pone un nodo de radio con sus sensores en cada sala, y un receptor, el PLC y la pantalla en la sala principal. En este caso cada sala tiene un Open Mote con una placa de sensores de humedad, temperatura, presión y luminosidad. Los nodos envían sus valores en 2,4 GHz a un Open Mote que hace de pasarela, conectado al puerto USB de un Panel PC de Industrial Shields. El Panel PC muestra los datos y, cuando un valor no es el adecuado, avisa a un M-Duino 57R I/Os PLUS por Ethernet. El PLC activa los actuadores de esa sala en sus salidas de relé.
| Señal | Entre | Tipo | Función |
|---|---|---|---|
| Clima de la sala | EntrePlaca de sensores → Open Mote | TipoHumedad, temperatura, presión, luminosidad | FunciónUna placa de sensores en el Open Mote de cada sala |
| Lecturas de la sala | EntreOpen Mote de cada sala → pasarela | TipoRadio, 2,4 GHz, Contiki | FunciónEnvía los valores de la sala a la sala principal |
| Datos recogidos | EntreOpen Mote pasarela → Panel PC | TipoUSB | FunciónTodas las salas llegan al Panel PC |
| Monitorización | EntrePanel PC → usuario | TipoNode-RED, Mosquitto MQTT | FunciónMuestra los datos de todas las salas; software del esquema del caso |
| Aviso | EntrePanel PC → M-Duino | TipoEthernet | FunciónSe envía cuando un valor de una sala no es el adecuado |
| Actuadores | EntreM-Duino → cada sala | Tipo3 salidas de relé por sala | FunciónVentilador, válvula y bomba en el esquema del caso |
Por qué funciona
Lecturas pequeñas por radio, potencia donde hace falta.
Sin cables de sensores entre salas
Con el enlace de radio, los nodos pueden ir donde mejor encajan en cada sala. Mover un nodo no obliga a tender un cable nuevo.
Bajo consumo en los nodos
Con menos de 50 µA de consumo, según el caso, el Open Mote puede funcionar mucho tiempo de forma autónoma.
Una pasarela, una pantalla
Todas las salas se reúnen en un nodo pasarela y un Panel PC. Un solo lugar para ver todo el invernadero.
Software abierto en el Panel PC
En el esquema, el Panel PC ejecuta Node-RED y un broker MQTT Mosquitto. Consulta un concentrador MQTT con Node-RED y un broker MQTT Mosquitto central.
Relés para cargas reales
Los actuadores van cableados a las salidas de relé del M-Duino, que pueden conmutar cargas directamente. El M-Duino 57R tiene 23 relés y el esquema usa 12.
Programado con herramientas libres
El PLC se programa con el Arduino IDE. Las reglas de cada sala son código que puedes leer y cambiar.
Del caso original
El esquema y la placa de sensores del caso.
El caso no publica fotos de la instalación.
Hardware
El PLC y el Panel PC de hoy. Los nodos del caso.
M-DUINO ETHERNET PLC ARDUINO 57R
El caso cita el M-Duino 57R I/Os PLUS. Hoy este PLC se vende como M-DUINO ETHERNET PLC ARDUINO 57R. Está en la sala principal y gobierna los actuadores de todas las salas.
- Función en este diseño
- Recibe los avisos del Panel PC y activa los actuadores de cada sala
- Entradas
- 18: 12 analógicas o digitales (0-10 V), 6 digitales optoaisladas
- Salidas
- 31: 23 relés (230 Vac 4 A, carga resistiva), 8 analógicas, digitales o PWM (0-10 V)
- Comunicaciones
- Ethernet (RJ45), RS-485, RS-232, TTL, I2C, SPI
- Alimentación
- De 12 a 24 Vdc
- Montaje
- Carril DIN TS35, IP20
Panel PC con Raspberry Pi
Un Panel PC de Industrial Shields recibe el nodo pasarela por USB, muestra los datos de todas las salas y avisa al PLC por Ethernet.
- Función en este diseño
- Pasarela por USB, monitorización, aviso al PLC
- Software del esquema
- Node-RED, broker MQTT Mosquitto
- Enlaces
- USB al nodo pasarela, Ethernet al PLC
El caso no publica el modelo exacto del Panel PC. La imagen muestra el TouchBerry Pi Panel PC 10.1" FLEX.
OpenMote B (imagen del caso original)
Un Open Mote con una placa de sensores en cada sala, y otro en el puerto USB del Panel PC como pasarela.
- Sensores
- Placa de sensores de humedad, temperatura, presión y luminosidad
- Entradas
- Digitales y analógicas, para otros sensores
- Radio
- Antena de 2,4 GHz, software libre Contiki
- Consumo
- Menos de 50 µA, según el caso
OpenMote ya no está en el catálogo de Industrial Shields. El patrón sigue siendo válido: nodos de radio de bajo consumo, un receptor, un Panel PC y un PLC con relés. Cuéntanos tus salas y te propondremos los nodos y la radio.
Preguntas sobre este caso
¿Cómo se monitorizan varias salas de un invernadero sin cables de sensores?
Con un nodo de radio en cada sala. En este caso cada sala tiene un Open Mote con una placa de sensores que envía sus valores en 2,4 GHz a un nodo pasarela de la sala principal. La pasarela está conectada a un Panel PC por USB, así que los datos de todas las salas están en una sola pantalla.
¿Qué mide cada nodo en este caso?
La humedad, la temperatura, la presión y la luminosidad, con la placa de sensores del Open Mote. El Open Mote también tiene entradas digitales y analógicas para otros sensores.
¿Cómo llega al PLC un valor de una sala?
El nodo lo envía por radio al nodo pasarela. La pasarela lo pasa al Panel PC por USB. Si el valor no es el adecuado, el Panel PC avisa al M-Duino por Ethernet y el PLC activa los actuadores de esa sala.
¿Qué actuadores activa el PLC?
Los actuadores van cableados a las salidas de relé del M-Duino. El esquema del caso da 3 salidas de relé a cada una de las 4 salas, con un ventilador, una válvula y una bomba. El caso no publica las reglas que unen cada valor con cada relé.
¿Se puede montar hoy?
Sí. El PLC del caso se vende hoy como M-DUINO ETHERNET PLC ARDUINO 57R, y los Panel PC con Raspberry Pi están en el catálogo. OpenMote ya no está en el catálogo, así que cuéntanos tus salas y tus variables y te propondremos los nodos de radio y la pasarela.
¿En qué se diferencia de otro caso de invernadero?
En el otro caso de invernadero , dos PLC M-Duino leen sensores cableados en un bus I2C y controlan la humedad, el CO2, la temperatura y las luces. Aquí los sensores son inalámbricos: un nodo de radio por sala, una pasarela en un Panel PC y un PLC con relés para todas las salas.
Descarga el caso de estudio
PDF de 4 páginas con el reto, la lógica, la arquitectura y el hardware. Sin formularios.
¿Salas con climas distintos?
Cuéntanos tus salas y tus variables. Te responderá un ingeniero.
Dinos cuántas salas o zonas tienes, qué quieres medir en cada una, qué actuadores tienes que activar y adónde tienen que ir los datos. Te propondremos los sensores, la radio, el PLC y la pantalla.
- Respuesta de nuestro equipo técnico
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