Sistema de monitorización y control de una instalación acuapónica mediante software OpenSource

Abstract

El proyecto actual consiste en el desarrollo y despliegue de un sistema de monitorización y control de bajo costo para una instalación acuapónica. Es un proyecto Open-Source basado en ESP32 y Raspberry Pi. Para la medición de los parámetros ambientales y del agua se utilizaron sensores de:  Temperatura  pH  Oxígeno disuelto  Conductividad eléctrica  Temperatura ambiental  Humedad relativa  Nivel de líquido Se incluyeron dispositivos adicionales encargados del almacenamiento de datos en local, visualización, temporización y actuación:  Módulo de memoria MicroSD  Pantalla LCD  Reloj en tiempo real  Relé El microcontrolador ESP32, junto con los sensores y actuadores distribuidos en la instalación, se encargan de la adquisición de datos y las automatizaciones. Una vez el microcontrolador procesa la información de entrada, ésta es enviada a una Raspberry Pi mediante protocolo MQTT. La Raspberry recibe la información por MQTT y la almacena en la nube en una base de datos PostgreSQL mediante un script en Python, utilizando para ello la API “psycopg2”. Para obtener y gestionar una base de datos en la nube se utilizó ElephantSQL, un servicio en la nube que ofrece bases de datos PostgreSQL como servicio (Database-as-a-Service o DBaaS). Con respecto al hardware y conexiones, para las primeras pruebas se utilizó una protoboard. La segunda etapa consistió en crear una solución más robusto y estable, soldando todos los componentes y dispositivos en una placa perforada. Una vez validado todo el software se diseñó y mandó a fabricar una placa de circuito impreso (PCB) como prototipo definitivo. Los softwares utilizados fueron: EasyEDA, ArduinoIDE, VSCode, Geany, ElephantSQL, PgAdmin4, VNC Viewer, RaspberryPi Imager y Putty. Los lenguajes de programación utilizados fueron: Arduino (C++), Python y SQL.

The current project consist of the development and deployment of a low cost monitoring and control system for an aquaponic installation. It is an Open-Source Project based on ESP32 and Raspberry Pi. For the measurement of environmental and water parameters, sensors of:  Temperature  pH  Dissolved oxygen  Electric conductivity  Environmental temperature  Relative humidity  Liquid level Additional devices responsable for local data storage, visualization, timing and actuation were included:  MicroSD memory module  Display LCD  Real time clock  Relay The ESP32 microcontroller, together with the sensors and actuators distributed in the installation, are responsable for data acquisition and automation. Once the microcrontroller precesses the input information, it is sent to a Raspberry Pi by MQTT protocol. The Raspberry receives the information via MQTT and stores it in the cloud in a PostgreSQL database by means of a Python script, using the “psycopg2” API. To obtain and manage a database in the cloud, ElephantSQL was used, a cloud service that offers PostgreSQL databases as a service (Database-as-a-Service or DBaaS). Regarding the hardware and connections, for the first tests a breadboard was used. The second stage consisted of creating something more robust and stable, soldering all the components and devices on a perforated plate. Once all the software was validated, a printed circuit board (PCB) was designed and manufacturated as a final prototype. The software used were: EasyEDA, ArduinoIDE, VSCode, Geany, ElephantSQL, PgAdmin4, VNCViewer, RaspberryPi Imager and Putty. The programming languages used were: Arduino (C++), Python and SQL.