Sistema hidropónico inteligente

Resumen

Este Proyecto Fin de Grado (PFG) presenta el diseño, desarrollo y montaje de un sistema hidropónico inteligente basado en tecnologías IoT (Internet of Things, Internet de las cosas) y orientado al control automatizado y a la monitorización de cultivos sin sustrato.

La agricultura hidropónica es una técnica agrícola que permite el cultivo de plantas en soluciones nutritivas sin necesidad de suelo, posicionándose como una alternativa sostenible y respetuosa con el medioambiente frente a los desafíos actuales del sector agroalimentario: escasez de agua, aumento del cambio climático y limitación del espacio cultivable.

Actualmente, pese a existir una gran oportunidad de futuro en este mercado, solo hay pocas empresas dedicadas al desarrollo de este tipo de sistemas como producto. Además, todas estas empresas se encuentran en Norteamérica o países europeos con una fuerte economía y una gran apuesta por el desarrollo tecnológico, siendo el mercado español un bosque de oportunidades aún por explotar.

Para el desarrollo completo de este proyecto, de entre todas las metodologías que existen en la actualidad, se ha escogido la metodología de desarrollo por prototipos, debido a su fiabilidad y su correcta adaptación al desarrollo de proyectos con un gran número de componentes físicos ya que permite validar los desarrollos y la construcción de componentes de forma más rápida. Pudiendo validar ideas y corregir errores de una forma más dinámica.

El proyecto se ha desarrollado en varias fases: estudio del estado de la técnica, definición de requisitos, diseño, implementación hardware y software y ejecución de pruebas.

De forma previa al desarrollo de este proyecto se ha realizado una especificación de requisitos en colaboración con especialistas agrónomos. En esta especificación se han detallado de forma clara y ordenada las principales funcionalidades que debe cumplir el sistema que se va a desarrollar.

Se ha utilizado el entorno de desarrollo Espressif IDE (Integrated Development Enviroment, Entorno de Desarrollo Integrado), junto con un microcontrolador ESP32 implementando varios módulos de código encargados de las principales funcionalidades del sistema descritas anteriormente.

Finalmente, durante la fase de pruebas se validó el funcionamiento individual y conjunto del sistema. Observándose un correcto funcionamiento y engranaje de este.

El sistema cumple de forma satisfactoria los objetivos iniciales, demostrando que es viable implementar soluciones de agricultura inteligente con tecnologías de bajo coste y alto rendimiento sin necesidad de sustrato, poniendo en evidencia la importancia del uso de tecnologías en un ámbito tradicional como es el de la agricultura.

Abstract:

This Final Degree Project presents the design, development, and assembly of an intelligent hydroponic system based on IoT (Internet of Things) technologies, aimed at the automated control and monitoring of soilless crops.

Hydroponic agriculture is a farming technique that allows the cultivation of plants in nutrient solutions without the need for soil, positioning itself as a sustainable and environmentally friendly alternative in the face of current challenges in the agri-food sector: water scarcity, climate change, and limited arable land.

Currently, despite the promising future in this market, there are only a few companies dedicated to the development of such systems as a product. Furthermore, all these companies are located in North America or in economically strong European countries with a significant investment in technological development. The Spanish market remains a forest of opportunities yet to be explored.

For the full development of this project, among all existing methodologies, the prototyping methodology was chosen due to its reliability and suitability for the development of projects involving a large number of physical components, as it allows for faster validation of developments and construction of components. This enables more dynamic validation of ideas and correction of errors.

The project has been developed in several phases: state-of-the-art analysis, requirements definition, design, software and hardware implementation, and testing.

Prior to the development phase, a detailed specification of requirements was created in collaboration with agronomy specialists. This specification clearly and systematically outlines the main functionalities the system must fulfill.

The Espressif IDE (Integrated Development Environment) was used, along with an ESP32 microcontroller, implementing various code modules responsible for the main functionalities described above.

Finally, during the testing phase, the individual and integrated operation of the system was validated, confirming its correct performance and coordination.

The system satisfactorily meets the initial objectives, demonstrating that it is feasible to implement smart agriculture solutions using low-cost, highperformance technologies without the need for substrate, highlighting the importance of technology in a traditionally manual field such as agriculture.