Estación agroclimática autónoma basada en microcontrolador ESP32 con bus I2C, control posicional por motor paso a paso, sensórica ambiental y de suelo multivariable, alerta temprana de intrusión y ecosistema unificado Dashboard Web, App Móvil y App de Escritorio.
La agricultura de precisión requiere una transición desde sistemas de riego y ventilación manuales o con temporizadores ciegos hacia sistemas ciberfísicos adaptativos. El exceso o defecto de humedad y las fluctuaciones térmicas no controladas en invernaderos provocan la proliferación de patógenos fúngicos (como Botrytis o Oídio) y mermas de hasta un 40% en el rendimiento del cultivo.
Monitorización continua de la humedad dieléctrica del suelo y temperatura radicular para activar riegos por demanda real, reduciendo el desperdicio de agua en un 30%.
Apertura y cierre micrométrico proporcional de compuertas cenitales mediante motor paso a paso para renovación pasiva de aire sin choque térmico vegetal.
Detección perimetral nocturna con sensor PIR para disuadir animales salvajes (jabalíes, roedores) o avisar de intrusiones en naves de fertilizantes e invernaderos.
Diseñar, construir y validar un nodo agroclimático IoT multipropósito basado en el microcontrolador ESP32, integrando sensórica ambiental y de sustrato, actuación de precisión con motor paso a paso, interfaz de usuario local (OLED y pulsadores) y comunicación en tiempo real con una terna de aplicaciones: Dashboard Web, App Móvil y App de Escritorio.
Cada componente ha sido seleccionado por su tolerancia a condiciones de campo, estabilidad de librerías en ESP32 y relación coste-prestaciones.
Microcontrolador Xtensa LX6 dual-core a 240 MHz con Wi-Fi 802.11 b/g/n, Bluetooth LE y periféricos I2C, SPI y ADC.
Matriz de 128x64 píxeles con controlador SSD1306 vía I2C. Muestra IP local, mediciones agronómicas y porcentaje del motor.
Medición calibrada de temperatura (-40 a 80 °C, ±0.5°C) y humedad relativa (0 a 100%, ±2% RH). Permite derivar el punto de rocío y VPD.
Sensor piroeléctrico infrarrojo pasivo con lente Fresnel. Cobertura de 120° y hasta 7 m. Dispara alerta inmediata por interrupción hardware.
Mide la permitividad dieléctrica del suelo sin exponer metal desnudo, eliminando la corrosión por electrólisis típica de sondas resistivas.
Sonda digital 1-Wire encapsulada en acero inoxidable grado IP68. Permite conocer la temperatura en la raíz, crítica para absorción de nutrientes.
Sensor de luz ambiental digital por bus I2C. Permite estimar la Integral de Luz Diaria (DLI) para dosificar apertura de mallas de sombreo.
Motor híbrido NEMA 17 gobernado por driver A4988 con micropasos. Controla con exactitud milimétrica la apertura de ventanas o tolvas.
Diagrama esquemático en bloque de la integración del ESP32 con las líneas de alimentación dual (12V para motor / 5V/3.3V lógica), buses compartidos y protección de entradas analógicas.
| Dispositivo | Pin ESP32 | Función / Modo | Nivel Lógico | Propósito en el Sistema |
|---|---|---|---|---|
| OLED + BH1750 | GPIO 21 (SDA) GPIO 22 (SCL) |
Bus I2C Hardware (Master) | 3.3V | Comunicación simultánea con pantalla OLED SSD1306 (0x3C) y sensor de iluminación BH1750 (0x23). |
| DHT22 (AM2302) | GPIO 04 | Digital Bidireccional | 3.3V | Lectura de temperatura y humedad ambiental de cabecera con resistencia pull-up de 10 kΩ. |
| DS18B20 Inox | GPIO 16 | Dallas OneWire | 3.3V | Sonda sumergible de temperatura radicular en sustrato con pull-up de 4.7 kΩ. |
| Sensor Suelo Cap. | GPIO 34 (ADC1_CH6) | Entrada Analógica Pura | 0 a 3.3V | Medición de permitividad en bloque ADC1 (sin interferencia con la transmisión del módem Wi-Fi). |
| PIR HC-SR501 | GPIO 17 | Entrada Digital Interrupción | 3.3V | Disparo instantáneo por flanco ascendente ante detección de fauna o personas no autorizadas. |
| Driver A4988 (Motor) | GPIO 18 (STEP) GPIO 19 (DIR) GPIO 23 (EN) |
Salidas Digitales PWM | 3.3V | Tren de pulsos de micropaso para posicionamiento micrométrico de compuerta cenital o dosificador. |
| Final de Carrera | GPIO 05 | Entrada con Pull-up | 3.3V | Punto cero (*homing*) físico para calibración automática de posición del motor al arrancar. |
| Pulsadores HMI (3) | GPIO 25, 26, 27 | Entradas Digitales | 3.3V | SW1: Menú OLED | SW2: Modo Manual / Riego forzado | SW3: Rearme alarma / Modo AP Wi-Fi. |
| LEDs de Estado (3) | GPIO 32, 33, 14 | Salidas Digitales | 3.3V | Verde: Heartbeat / Red OK | Azul: Motor o Riego en marcha | Rojo: Alarma / Intrusión PIR. |
| Buzzer Disuasorio | GPIO 13 | Salida Digital | 3.3V / 5V | Generación de señal acústica de advertencia en caso de intrusión perimetral confirmada. |
Diagrama de flujo operacional ejecutado en el firmware del ESP32 bajo el kernel FreeRTOS, dividiendo la carga de trabajo entre sus dos núcleos físicos para asegurar que las tareas de red no congelen el control del motor paso a paso.
Permite la visualización de datos en tiempo real mediante widgets y gráficas reactivas generadas con Chart.js.
Diseñada para el director técnico de la explotación. Permite parametrizar curvas de calibración para distintos sustratos (perlita, fibra de coco, tierra arcillosa), auditar horas de sol acumuladas e imprimir informes para certificaciones ecológicas.
Desglose económico del prototipo de campo con costes de componentes comerciales estándar:
| Ítem | Descripción / Referencia Comercial | Cant. | Coste Unit. (€) | Subtotal (€) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Placa de Desarrollo ESP32-WROOM-32 (NodeMCU 38 pines) | 1 | 6.50 € | 6.50 € |
| 2 | Display Gráfico OLED 0.96" I2C SSD1306 (128x64 px) | 1 | 3.80 € | 3.80 € |
| 3 | Sensor de Temperatura y Humedad Digital DHT22 (AM2302) | 1 | 4.20 € | 4.20 € |
| 4 | Sensor Piroeléctrico de Presencia PIR HC-SR501 con Lente Fresnel | 1 | 1.80 € | 1.80 € |
| 5 | Sensor de Humedad de Suelo Capacitivo v1.2 / v2.0 Anti-corrosión | 1 | 2.50 € | 2.50 € |
| 6 | Sensor de Temperatura Sumergible Dallas DS18B20 en Acero Inoxidable (1 m) | 1 | 3.50 € | 3.50 € |
| 7 | Sensor de Radiación e Iluminación Digital BH1750 I2C | 1 | 2.20 € | 2.20 € |
| 8 | Motor Paso a Paso Bipolar NEMA 17 (17HS4401, 1.5A, 40 N·cm) | 1 | 12.00 € | 12.00 € |
| 9 | Driver de Potencia para Motor A4988 con Disipador Térmico | 1 | 2.00 € | 2.00 € |
| 10 | Final de Carrera Mecánico con Rodillo (Homing) | 1 | 1.00 € | 1.00 € |
| 11 | Kit Interfaz: 3x Pulsadores, 3x LEDs 5mm (V, A, R) y Buzzer Activo 5V | 1 set | 2.50 € | 2.50 € |
| 12 | Fuente de Alimentación Conmutada 12V 2A + Módulo Buck LM2596 (5V/3.3V) | 1 set | 8.50 € | 8.50 € |
| 13 | Caja Estanca de Derivación IP65 con Prensaestopas para Intemperie | 1 | 7.50 € | 7.50 € |
| 14 | Tornillería, cables siliconados, resistencias de pull-up y clemas de conexión | 1 set | 4.00 € | 4.00 € |
| COSTE TOTAL ESTIMADO DE HARDWARE: | 59.50 € | |||
Plan de desarrollo dividido en 5 etapas secuenciales durante un período de 12 semanas:
El presente anteproyecto proporciona la base técnica, esquemática y de software para el despliegue del sistema AgroSmart-32 en explotaciones agrícolas sostenibles.