Editado por: Tecnológico Superior
Corporativo Edwards Deming
Enero - Marzo Vol. 6 - 1 - 2022
https://revista-edwardsdeming.com/index.php/es
e-ISSN: 2576-0971
Recibido: 27 junio 2021
Aprobado: 09 septiembre, 2021
Pag 1 - 12
Control inteligente de un sistema de riego
mediante asistente de voz
Irrigation System Smart Control throughout voice
assistance
Erika Katherine Gómez Llenera
*
Davis Jefferson Sevilla Sanango
*
Marcos Giovanny Orellana Parra
*
Ana Gabriela Hinojosa Caballero
*
RESUMEN
El trabajo tuvo como objetivo diseñar un sistema de riego
por aspersión, mediante asistente de voz para cambio de
estado ON/OFF. Bajo las características de un proyecto
factible, se orientó la investigación para resolver un
problema planteado y a satisfacer las necesidades de una
comunidad específica en cuanto al mantenimiento de sus
áreas verdes. Se concluye, que el sistema diseñado es
factible de implementar, bajo ciertas condiciones de
conectividad con internet, lo cual se recomienda contar
con un mando manual, en caso de deficiencias en la
conexión.
Palabras clave: Control inteligente, sistema de riego por
aspersión, asistente de voz
ABSTRACT
The objective of the work was to design a sprinkler
irrigation system, using a voice assistant to change the ON
/ OFF state. Under the characteristics of a feasible project,
the research was oriented to solve a problem posed and
to satisfy the needs of a specific community regarding the
maintenance of its green areas. It is concluded that the
designed system is feasible to implement, under certain
conditions of connectivity with the internet, which is
* Estudiante ingeniería TI, Universidad Católica de Cuenca, extensión La Troncal
erika.gomez@est.ucacue.edu.ec, https://orcid.org/0000-0003-3137-6652
* Estudiante ingeniería TI, Universidad Católica de Cuenca, extensión La Troncal
davis.sevilla@est.ucacue.edu.ec, https://orcid.org/0000-0002-3896-0619
* Ingeniero en electrónica y telecomunicaciones, Universidad Católica de Cuenca, extensión
La Troncal, morellanap@ucacue.edu.ec, https://orcid.org/0000-0003-2976-316X
* ingeniera electrica, Universidad Católica de Cuenca, extensión La Troncal
aghinojosac@ucacue.edu.ec, https://orcid.org/0000-0001-6885-0384
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recommended to have a manual control, in case of
deficiencies in the connection.
Keyword: Smart control, sprinkler irrigation system, voice assistant
INTRODUCCIÓN
A continuación, se presenta un proyecto el cual tuvo como objetivo general el control
inteligente de un sistema de riego mediante asistente de voz, desarrollando para ello
contenidos que permitieron identificar los sistemas de riego y los de asistencia de voz
que permiten controlar dispositivos SMART, explicar el funcionamiento
electromecánico de los relés; para luego diseñar la etapa de control para la operación
del sistema de riego y su implementación.
Se espera que este sistema automatizado empleando WIFI relé 1CH, Tuya Alexa, sea
una alternativa útil para el riego por aspersión de aquellas unidades familiares e
institucionales que requieran, desde una red inalámbrica dotar de mantenimiento
adecuado a sus áreas verdes, bien sea ornamentales o de diversos cultivos.
Sistemas de riego en el área de la agronomía.
Según Pineda (s/f) un perímetro de riego, es el conjunto de sistemas estructurales que
tienen como objetivo la aplicación del agua para que una zona determinada pueda ser
cultivada y lograr el mantenimiento de las plantas.
En ese sentido, para Antúnez y col (2010), un sistema de riego, es la capacidad que se
tiene por medio de emisores, en satisfacer la necesidad hídrica de las plantas, utilizando
los factores agroclimáticos, herramientas, tecnología y materiales para su
implementación, minimizando los desperdicios e impactos ambientales. Entre sus
características se encuentran que a través de él se ahorra agua dependiendo del tipo de
sistema, hay un control adecuado, reduce problemas de obturación, se logra una
resistencia a la tracción, el riego es uniforme, tanto en superficie o enterrado, ahorro
de energía, y bajo costo de mano de obra por la automatización.
De acuerdo a Demin (2014), el sistema de riego está compuesto principalmente por dos
tipos: por inundación y surcos (no presurizado) y sub-foliar (presurizados). En el primero
el agua es aplicada mediante pequeños surcos entre dos líneas de siembra; el agua se
infiltra y llega alrededor de la zona de las raíces del cultivo. El segundo, permite que el
agua llegue a las plantas o a los cultivos que se pretenden regar, de una manera localizada,
donde recibe la cantidad suficiente sin que haya excesos o déficit de ésta. A este grupo
pertenecen los siguientes sistemas de riego: por aspersión, por nebulizadores, por pívot
y por goteo.
Para efectos de este trabajo, se considera el riego sub-foliar (presurizados), en su
modalidad por aspersión, el cual consiste en incorporar agua a alta presión, en forma de
lluvia sobre las plantas. Con el empleo de energía eléctrica, el agua es conducida por una
manguera a fin de cubrir toda el área sembrada y al llegar al aspersor, el caudal se rompe
en muchas gotas que caen sobre el suelo.
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Figura 1. Sistema de riego por aspersión
Fuente: Elaboración propia.
Tomado de:
https://www.google.com/search?q=riego+por+aspersi%C3%B3n&sxsrf=ALeKk03HleN
w
Sistemas de asistencia de voz que permiten controlar dispositivos SMART.
Para Pelaez (s/f), la tecnología aplicada a la agricultura, se conoce también con el término
de agrotecnología, y ha tenido gran cabida en los últimos tiempos debido a las
aplicaciones que se han desarrollado para llevar a cabo las prácticas agrícolas. Estas
aplicaciones han dado múltiples ventajas a los productores de tierras, razón por la cual
con la llegada de las nuevas tecnologías a este sector se disminuyó en gran parte las
cargas de trabajo pesado para los agricultores y estos aumentaron su producción.
Peláez (s/f), señala que hay diversas nuevas tecnologías dentro del sector agrícola, como
sembradoras y tractores con GPS, agricultura de alta precisión, nuevas tecnologías
aplicadas a la recolección, Drones, sistemas de riego telemático. Es precisamente este
último el de interés para este trabajo de investigación, donde se observa una de las
ventajas en su implementación, ya que, mediante la introducción de sistemas telemáticos,
los agricultores pueden controlar el riego de sus plantas desde cualquier lugar,
ahorrando tanto dinero como tiempos de desplazamiento.
En ese sentido, la comunicación inalámbrica, está siendo empleada como enlace entre
distintos dispositivos como bluetooth, infrarrojos, wifi, entre otros; permitiendo así a
través de la tecnificación ser más productivos. También se cuenta con los sistemas de
asistencia de voz que permiten controlar dispositivos SMART, que pueden ser utilizados
en el sistema de riego.
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Para Arganza y Arroyo (2019), los asistentes de voz son programas de software basados
en la inteligencia artificial que son capaces de reconocer el lenguaje con una elevada
precisión (gracias al machine learning) y responder a comandos de voz para ejecutar una
serie de tareas y preguntas según las fuentes de información disponibles, de modo que
posibilitan a los usuarios interactuar con diferentes plataformas y hardware mediante la
voz. Estos pueden estar integrados en diversos tipos de plataformas y dispositivos, entre
ellos: Altavoces inteligentes, smartphones o teléfonos inteligentes, smartwatch y
wearables, google assistant, entre otros.
Existen diferentes asistentes de voz que permiten controlar dispositivos SMART, entre
ellos se encuentran: Asistente de Google (Google Assistant); Alexa, un asistente virtual
desarrollado por Amazon; Cortana, asistente virtual de Microsoft, y Siri, sistema de
reconocimiento de voz de Apple.
En este sentido, se debe precisar que, para la investigación, se empleó el asistente de
voz Alexa, a través del cual se puede controlar varios dispositivos inteligentes que sean
compatibles con este sistema, ejemplo de ello se encuentran focos, cámaras de video
vigilancia, interruptores inteligentes, relés electromecánicos entre otros. Y donde los
usuarios pueden extender las habilidades de Alexa instalando "skills" (funcionalidades
adicionales desarrolladas por terceros parecidas a las aplicaciones) desde la app Alexa,
y crear rutinas para automatizar sus dispositivos inteligentes con base a un comando de
voz, hora o ubicación y tiempo.
Funcionamiento electromecánico de los relés.
De acuerdo a Cinjordiz (2016), el principal funcionamiento de un relé es el de activar,
poner en marcha o encender algo mediante una señal eléctrica con una intensidad mucho
menor que la intensidad que va a consumir el aparato o receptor que queremos
encender o poner en marcha. Una característica importante de estos dispositivos, es
que la parte que emite la señal para activar el relé está aislada de la parte que pone en
marcha o enciende el receptor. Existen varios tipos de relés dependiendo del uso que
se le desee dar, entre ellos: los polarizados, multitensión, relés electromagnéticos, entre
otros.
En este proyecto se empleó WIFI relé 1CH, Tuya Alexa, la cual mediante ordenes
previamente configuradas acciona el sistema de riego en un espacio determinado. El
dispositivo empleado es un módulo relé de un pulso, controlado desde el celular y por
comandos de voz con Alexa.
MATERIALES Y MÉTODOS
Este trabajo está desarrollado bajo el tipo de investigación denominado proyecto
factible; el cual según Balestrini (2002, p. 9), son aquellos “proyectos o investigaciones
que proponen la formulación de modelos, sistemas entre otros, que dan soluciones a
una realidad o problemática real planteada, la cual fue sometida con anterioridad o
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estudios de las necesidades a satisfacer”. Por otra parte, se está en presencia de un
estudio de carácter experimental, el cual de acuerdo a Hernández y col. (2014), la
esencia de esta concepción de experimento es la manipulación intencional de una acción
para analizar sus posibles resultados.
En el mismo orden de ideas, para diseñar e implementar el sistema de riego por
aspersión, mediante asistente de voz para cambio de estado ON/OFF, se hizo necesario
acudir, en primera instancia a fuentes secundarias, a través de la revisión de libros de
agronomía, artículos, folletos, entre otros recursos documentales que permitieron
conocer con más precisión, los diferentes sistemas de riego que se emplean y los
sistemas y dispositivos electromecánicos que se pudieran utilizar. Para luego, diseñar
todo el sistema y hacer el trabajo de campo o el experimento requerido, para constatar
su funcionamiento.
De esta manera, se diseñó el sistema de riego por aspersión mediante asistente de voz
empleando WIFI relé 1CH, Tuya Alexa, y el funcionamiento del mismo fue probado en
las áreas verdes que circundan a la Universidad Católica de Cuenca extensión San Pablo
de a Troncal.
RESULTADOS
Diseño de control para la operación del sistema de riego.
El sistema de riego se implementa con la ayuda de un dispositivo WIFI Smart 1CH Relé,
propietario de TUYA Smart Home, en las ilustraciones que se muestran de inmediato,
se pueden observar las características físicas y técnicas:
Figura 2. Especificaciones físicas
Fuente: manual de usuario WiFi Smart 1CH Relay
Lista de verificación antes de usar el dispositivo:
ü El adaptador de corriente USB debería ser máximo de 500mA de salida
ü El teléfono inteligente o tableta debe tener conectado un WIFI 2.4G con internet
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ü El dispositivo solo admite Wi-Fi 2.4G. Si utiliza un enrutador 5G (proporciona dos
señales WI-FI: 5G y 2.4G), seleccione el 2.4G WIFi para conectar su teléfono
inteligente
ü Descarga e instala la aplicación Tuya Smart o la aplicación Smart Life de la tienda
de aplicaciones o Tienda Google Play. Regístrese e inicie sesión
ü Durante el proceso de emparejamiento, asegúrese de que el dispositivo IOS o
Android y el dispositivo este dentro del alcance de su enrutador WIFi.
ü Asegúrese de que su enrutador sea MAC Open. De lo contrario, cancele primero
la configuración de filtrado MAC del enrutador
Figura 3. Especificaciones técnicas
Fuente: manual de usuario WiFi Smart 1CH Relay
Ø Función de interruptor de modos de trabajo y configuración de estado de
encendido
1= ON = Inching
1 ≠ ON = Selflock
2 = ON = Power up = ON
2 ≠ ON = Power up = OFF
Inching: el relé se activa durante 0,7 s
Selflock: el relé se activa normalmente ENCENDIDO / APAGADO
Estado de encendido: una vez que el dispositivo está encendido, el relé puede ser
activado o no.
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Ø Modo de autobloqueo:
Una vez que se pulsa el interruptor manual o control desde la aplicación, el relé se activa
para mantener encendido o apagado normalmente
Se puede usar para controlar la luz / ventilador/ humidificador u otros
electrodomésticos.
Ø Modo de avance lento: Inching mode
Una vez que presione el interruptor manual o control desde la aplicación, mantenga
presionado durante 7 segundos y luego suéltelo automáticamente.
La versión WiFi + RF admite configurar tiempo de avance de 1s-1h en el temporizador
de la aplicación (Pero configure el dispositivo en modo de autobloqueo)
Se puede utilizar para controlar puertas / abrepuertas / ascensor / ordenador / tecla del
mando a distancia / cualquier botón de retardo. (Extraído del manual del Tuya Smart).
Ø Otros equipos necesarios
Bomba de agua: Se dispone para la operación de una bomba de agua de marca Pedrollo
de ½ HP - 110 V, un aspersor de ½”, elementos de conexión manguera y conductores
eléctricos.
Figura 1. Bomba de agua 1/2 HP-110V
Fuente: Elaboración propia. Tomado de
https://www.google.com/search?q=Bomb
a+de+agua
Figura 4. Aspersor de agua 1/2"
Fuente: Elaboración propia. Tomado de
https://www.google.com/search?q=Asper
sor+de+agua+1/2"&hl
Figura 5. Conductor Flex 12AWG
Fuente: Elaboración propia. Tomado de
https://www.google.com/search?q=Cond
uctor+Flex+12AWG&tbm
Figura 6. Manguera de agua 1/2”
Fuente: Elaboración propia. Tomado de
https://www.google.com/search?q=mang
uera+agua+media+pulgada
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Para la conexión se utiliza el modulo Smart Tuya alimentado con 12vdc a través de un
transformador de mando y control; el circuito posee un selector de dos posiciones para
poner en marcha de forma manual. Se cuenta además, con un pulsador de paro de
emergencia el que estará colocado cerca del tablero de control, y una protección
térmica para el motor eléctrico.
Figura 7. Diagrama de control para bomba de agua utilizando módulo de control wi-fi
Fuente: Elaboración propia
En la configuración de control se requiere un router con wi-fi, además de un dispositivo
Smartphone (Tablet, teléfono, etc.). Estos se conectan inalámbricamente, y pueden
controlarse desde cualquier lugar con un dispositivo con acceso a internet.
Figura 8. Mando desde móvil Smartphone para el control con Tuya Smart y Alexa de
Amazon
Fuente: Elaboración propia
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Para el diagrama de fuerza se emplean interruptores o breakers para la protección
general, y para cada circuito, control y fuerza, los calibres de conductores utilizados para
esta conexión son el diagrama de fuerza e interruptores o breakers para la protección
general.
Para cada circuito, control y fuerza, los calibres de conductores utilizados para esta
conexión son # 12 awg; sin embargo, dependiendo de la potencia del motor se deberá
diseñara la capacidad de los breakers, relé térmico y conductores.
Figura 9. Diagrama de Fuerza la red 120v AC.
Fuente: Elaboración propia
El motor eléctrico acciona mecánicamente a una bomba de agua de presión, esta a su
vez empujara el agua a través de las tuberías, hasta los aspersores que se encargan de
regar el agua a las plantaciones.
Figura 10. Diagrama de instalación de aspersores
Fuente: Elaboración propia
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Para el funcionamiento y control del sistema de riego con aspersores, se considera la
disponibilidad del agua, por lo que se deberán adicionar sensores de nivel de agua, en
caso de tomar de una cisterna o pozo; además válvulas en cada derivación a los
aspersores por mantenimiento y una válvula cheque antes de la bomba para evitar la
descarga de agua del sistema.
Implementación de control para la operación del sistema de riego.
Para la implementación del sistema de riego automatizado por control de voz, se
utilizaron los dispositivos, equipos y materiales señalados en párrafos anteriores. Los
mimos fueron dispuestos en un espacio abierto, dentro de las instalaciones de la
Universidad Católica de Cuenca extensión San Pablo de a Troncal. En detalle se indica
que la bomba de agua de ½ HP - 110 V, se conecta a un pozo profundo, por ser una
versión preliminar o de prueba, no se incluye una válvula cheque para evitar la descarga
de agua del sistema, además del filtrado del agua que ingresa a la bomba.
Se considera un solo breaker para protección de todo el circuito, no se tomó en cuenta
el guarda motor, sin embargo cada uno de estos accesorios serán considerados en el
montaje definitivo del proyecto a fin de brindar protección al sistema. Por otra parte,
mediante la aplicación Tuya Smart, se establece la conexión WIFI a la red de la
Universidad, que opera a 2.4GHZ, y se verifica el reconocimiento de los dispositivos
para la adecuada ejecución del sistema. Una vez establecido los dispositivos en la Tuya
Smart y conectado todo el sistema de riego por aspersión se realizaron las pruebas
necesarias para verificar el funcionamiento correcto del sistema de riego.
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Figura 11. Diagrama de conexión de sistema de riego por aspersión automatizado
Fuente: Elaboración propia
DISCUSIÓN
En este proyecto se ha diseñado, implementado y comprobando un sistema
automatizado empleando WIFI relé 1CH, Tuya Alexa, el cual mediante órdenes
previamente configuradas acciona un sistema de riego empleando mandos de voz, con
la ayuda de redes inalámbricas y conectividad a Internet se evita el cableado de datos
hasta el lugar donde se realiza la acción de regado. El mismo se vislumbra con fuertes
ventajas y oportunidades de ser implementado en los hogares y organizaciones que
cuentan con un espacio destinado a las áreas verdes.
Una limitante del proyecto es que debe ser implementado en una zona con acceso o
servicio de Internet, no se podrá controlar el dispositivo de manera eficiente si hay señal
débil o cuando no hay conexión, para superar esta limitante se debe contar
adicionalmente con un mando manual.
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http://www2.inia.cl/medios/biblioteca/ta/NR36672.pdf. Consultado: 5/05/2021
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https://www.marketing-xxi.com/voice-search-asistentes-voz-altavoces-
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Balestrini, M. (2002). Como se elabora un proyecto de investigación. Sexta edición.
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https://www.infootec.net/rele-electromecanico/ Consultado 12/05/2021
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https://inta.gob.ar/sites/default/files/inta_aportes_para_el_mejoramiento_del_ma
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Hernández R,, Fernández C. y Baptista P. (2014).Metodología de la investigación. Sexta
edición. México. McGraw-Hill Interamericana.
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https://encolombia.com/economia/agroindustria/agronomia/tipos-de-sistemas-de-
riego/ Consultado 12/04/2021
