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IMPLEMENTACIÓN DE SENSORES INALÁMBRICOS Y DESARROLLO DE UNA PLATAFORMA
VIRTUAL, COMO APOYO TECNOLÓGICO A LA PRODUCCIÓN DEL ARROZ EN EL MUNICIPIO DE
ESPINAL-TOLIMA
Autores:
Estudiantes
Andrés Felipe Bocanegra Quintana, Armando Alexander Calderon Zapata, Cristhian Camilo Velasco Narváez, Jorge Bladimir Caicedo Tavera,
Juan Camilo Galindo Moncaleano
Abocanegra46@itfip.edu.co, acalderon06@itfip.edu.co, cvelasco32@itfip.edu.co, jcaicedo46@itfip.edu.co, jgalindo27@itfip.edu.co.
Directores del Proyecto:
Mg. Luis Antonio Herran Cardoso – PhD. Mauren Andrés Guayara Ramirez – Lic. Marcela Leal
Semillero de Investigación ITFIP-VIRTUAL, institución de educación superior ITFIP-Sede Espinal-Tolima.
lherran@itfip.edu.co mguayara@itfip.edu.co marcelitaleal2014@hotmail.com
RESUMEN
Esta investigación consiste en la
implementación de sensores inalámbricos
que tomen las variables de humedad del
suelo, temperatura y humedad del
microclima, sirviendo como ayuda para
evitar la proliferación e incidencias de
comportamientos, enfermedades y plagas
que afecten los cultivos de arroz, además se
desarrollara una plataforma virtual que
servirá como presentación detallada para la
información captada así mismo se enviara
dicha información de manera práctica a
correos electrónicos y cualquier tipo de
celular que posea un SIM móvil, esto último
por medio del protocolo GSM.
Como resultado de la investigación se
evidencio que el 70% de la muestra
poblacional desconoce el tema de las TIC
pero el 97% estarían prestos a la posible
implementación de tecnologías a bajo costo
en sus cultivos.
Para finalizar, el proyecto se desarrolló en
el marco de la investigación descriptiva no
experimental, donde analizamos las
variables, pero no las manipulamos,
únicamente se analizaron fenómenos
correspondientes al contexto del proyecto.
La metodología de investigación que se
empleo fue la mixta, con ellos aplicamos las
herramientas de recolección de información
(entrevistas, encuestas y observaciones).
La metodología de desarrollo escogida para
la realización de la plataforma virtual fue la
metodología ágil SCRUM.
PALABRAS CLAVES: TIC, sensores inalámbricos,
plataforma virtual, humedad del suelo, humedad y
temperatura del micro clima del cultivo, GSM,
investigación descriptiva, metodología Mixta, SCRUM.
ABSTRACT
This research involves the implementation
of wireless sensors that take the variables of
soil moisture, temperature and humidity of
the microclimate, serving as an aid to
prevent the proliferation and incidences of
behaviors, diseases and pests that affect
rice crops, in addition to develop a a virtual
platform that will serve as a detailed
presentation for the information captured,
and this information will be sent in a practical
way to emails and any type of cell phone
that has a mobile SIM, the latter through the
GSM protocol.
As a result of the research, it was evidenced
that 70% of the population sample does not
know about ICT but 97% would be ready to
implement low-cost technologies in their
crops.
Finally, the project was developed in the
framework of non-experimental descriptive
research, where we analyzed the variables,
but did not manipulate them, only
phenomena corresponding to the context of
the project were analyzed. The research
methodology used was mixed, with them we
applied the information collection tools
(interviews, surveys and observations). The
development methodology chosen for the
realization of the virtual platform was the
agile SCRUM methodology.
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Keywords: ICT, wireless sensors, virtual platform, soil
moisture, humidity and temperature of the micro
climate of the crop, GSM, descriptive research, Mixed
methodology, SCRUM.
INTRODUCCIÓN
El proyecto tiene como principal objetivo
implementar una innovadora estrategia de
instalación de sensores inalámbricos y una
plataforma web que brinde información
para apoyar la producción de los cultivos
de arroz en el municipio del Espinal-Tolima,
aportando información en tiempo real,
acerca del estado de las plantaciones,
posibles enfermedades, cómo tratarlas y así
poder darle un seguimiento constante sin la
necesidad de estar presente en el cultivo,
para dar solución al problema de la falta de
interés del gobierno para ayudar a los
pequeños agricultores en implementación
de una infraestructura tecnológica eficiente
en el municipio de Espinal-Tolima.
El desarrollo rural es un tema que tendrá
mayor fuerza en Colombia, dadas las
perspectivas de una firma de acuerdo de
Paz entre los actores del conflicto más
antiguo del país así mismo el sector rural ha
sido uno de los sectores que más se ha
visto afectado con este conflicto, la
instauración de las TIC en este sector se
presenta como una herramienta útil para el
desarrollo productivo de la zona, al mismo
tiempo la apropiación de esta por parte de
los pobladores ayudara a que se optimicen
los procesos de sus labores diarias. Es
importante promover y fortalecer proyectos
de investigación bajo el fundamento de la
articulación entre sector productivo y la
academia. Por lo tanto, la idea de articular
proyectos que propendan por un mejor nivel
de uso y apropiación de TIC en el sector
rural, resulta una alternativa para brindar
una mejor producción agropecuaria que
incide en el nivel social y económico de las
comunidades rurales.
En el departamento del Tolima actualmente
según datos tomados por FEDEARROZ, en
el 2017, son 3350 arroceros y en el Espinal,
700 productores registrados. Actualmente
gran parte de estos agricultores pertenecen
al área rural en donde poco o nada se
cuenta con ayudas para mejorar la calidad
de vida de los habitantes de este sector. Las
tecnologías de la información y
comunicaciones (TIC) vienen siendo un
auge para el desarrollo de todos los
sectores productivos, entre estos el agrícola
donde actualmente se desarrollan
investigaciones y proyectos que acoplan las
tecnologías a los diferentes cultivos,
actualmente en Colombia el mayor proyecto
con enfoque a este problema lo tiene la
empresa FEDEARROZ, que con su
proyecto ANTEC busca la aplicación de
estas tecnologías en diferentes cultivos,
pero siendo especialidad la producción de
arroz, adicional a esto tiene una
investigación en curso llamada Zatrez en
convenio con el país asiático, Japón. Por
ello surge la necesidad de desarrollar
tecnología a bajo costo con una
funcionalidad genuina a la ya constituida
con altos costos.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El gobierno colombiano aprobó al ministerio
de agricultura un presupuesto de 2.9
billones de pesos para el año 2018 donde
se presenta un recorte o reducción de un
28.7% a lo presupuestado en el año 2017,
esto nos da un punto de vista desfavorable
haciendo énfasis a que otros países de
Latinoamérica hacen mayores inversiones,
un ejemplo muy claro de ellos es México
quien gasta en agricultura unos 10 billones
de pesos colombianos, a pesar de haber
sufrido un recorte del 8.83% para el año
2018 el presupuesto del gobierno mexicano
supera ampliamente el presupuesto dado
por el ministerio de agricultura para el año
2018.
En el año 2009 el periódico El TIEMPO
público un artículo donde expresaba el
liderazgo ejercido por el departamento del
Tolima en producción de arroz, café, maní y
arracacha; en el artículo el Tolima tenía una
participación 44,2 por ciento en cuanto a la
producción de arroz según el ministerio de
agricultura, también Fedearroz afirma que
entre 2007-2008 el área sembrada en
cultivos de cereal aumento en más de dos
mil hectáreas, es conveniente señalar que
con ello el Tolima tendría 110 mil 534
hectáreas sembradas en total, de los cuales
293 agricultores están dedicados a la
producción de arroz en 7,9 toneladas de
hectárea. Según el tiempo “Los cultivadores
de los productos que manejan un perfil más
bajo, reclaman más atención de los
gobiernos para convertirse en candidatos
para exportar. También reclaman para
incentivar la investigación y así generar
mayor valor agregado.” De modo que el
sector rural que se encarga de producir los
alimentos de las canastas familiares
colombianas sufre un abandono por parte
del gobierno y así mismo demuestran un
grato interés en aplicar la investigación en
sus actividades cotidianas, además de
poder encontrar soluciones tecnológicas
que hagan de su producción un mejor
sustento para sus hogares.
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¿Cómo apoyar la producción agrícola con
medios tecnológicos para el mejoramiento
de la competitividad en los pequeños
productores de arroz del municipio del
Espinal Tolima?
MATERIALES Y MÉTODOS
A continuación, se presenta cuáles son los
materiales que se emplearon y los métodos
utilizados para el desarrollo del presente
proyecto de investigación enfocado al uso
de sensores de humedad y temperatura
relativa y humedad del suelo que sirva como
una ayuda tecnológica a los productores de
arroz del Espinal Tolima.
Materiales
Para el desarrollo del proyecto se
emplearon Resmas de papel, Kit de oficina
(bolígrafos, lápices, resaltadores, borrador,
sacapuntas, correctores, reglas y demás),
fotocopias, Impresiones (Recarga de tóner),
Empaste de documento, Caja de paso,
Placa arduino mega, Placa gsm/gprs shield
datasheet, Ethernet shield, Sensor
humedad relativa, Sensor humedad de
suelo y una fuente poder 5 v.
Caja de paso
La caja de paso es una protección que se le
implemento a la placa arduino contra los
diferentes factores climáticos que puedan
perjudicar el correcto funcionamiento de
esta herramienta vital al momento de
procesar los datos captados por los
sensores.
Placa arduino MEGA
La placa arduino mega es un dispositivo
electrónico empleado para la captura y
procesamiento de los datos obtenidos por
los sensores, para trasmitirlos a un servidor
y poder mostrarlos en la plataforma web
para la comodidad del cliente.
Placa gsm/gprs shield datasheet
La placa gsm/grps shield datasheet es un
modulo de la placa arduino que sirve para
enviar mensajería de texto y correo
electrónicos, esto es de gran ayuda para los
agricultores ya que por medio de mensajes
de texto pueden obtener la información vital
que puede beneficiar o afectar
drásticamente el estado del cultivo.
Ethernet shield
Es un módulo que permite realizar una
coneccion por medio de cable ethernet a
dispositivos para la configuración del
arduino.
Sensor humedad relativa
Es un dispositivo digital que capta datos de
humedad y temperatura del ambiente.
Sensor humedad de suelo
Es un dispositivo que capta datos de
humedad del suelo del cultivo permitiéndole
a sus usuarios obtener datos precisos sobre
la tensión del agua en la tierra.
Fuente poder 5 v
Es una fuente de alimentación de energía
empleada para el funcionamiento de la
placa arduino.
MÉTODOS
A continuación, se presentan todas aquellas
metodologías que se emplearon durante el
desarrollo del proyecto.
Metodología De Investigación Mixta
Para la realización de la investigación se
tomó como enfoque la metodología de
investigación mixta puesto que es una
metodología que combina los métodos
cuantitativos y cualitativos lo cual permite
tener más alternativas de técnicas e
instrumentos para la recolección de los
datos con el propósito de ser más precisos
en la identificación de la problemática del
proyecto como lo expresa Chen , además
“los métodos mixtos representan un
conjunto de procesos sistemáticos,
empíricos y críticos de investigación e
implican la recolección y el análisis de datos
cuantitativos y cualitativos, así como su
integración y discusión conjunta, para
realizar inferencias producto de toda la
información recabada (metainferencias) y
lograr un mayor entendimiento del
fenómeno bajo estudio.” Según Roberto
Hernández Sampieri y Paulina Mendoza.
Debido a lo anterior y a que la metodología
mixta en resumidas cuentas se basa en
tomar lo mejor de cada método y no en sus
principales debilidades fueron las
principales razones para escogerla y
aplicarla en el proyecto de investigación.
Muestra de la investigación
La población objeto de estudio, son los 3350
arroceros Datos de Fedearroz y en el
Espinal 700 productores registrados, como
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muestra se toma el 5% que corresponde a
35 productores en el municipio del Espinal,
finalmente, se opta por un muestreo No
probabilístico por conveniencia como lo
plantea, Johnson, Hernández Sampieri, y
Battaglia, donde el autor hace el muestreo
que más le conviene para el estudio sin
perder la objetividad. Los datos
recolectados de la muestra seleccionada
son analizados con el fin de obtener
información para el desarrollo e
implementación de la plataforma virtual y los
sensores inalámbricos.
Técnicas e instrumentos de recolección de
datos
Los instrumentos de recolección de datos a
aplicar en el método de investigación fueron
la encuesta, la entrevista y la observación
de campo no experimental, estos
instrumentos permitieron recolectar datos
que después fueron analizados dando
como resultado información importante para
lograr el desarrollo y la implementación de
la plataforma virtual y los sensores
inalámbricos.
El trabajo de recolección de datos fue
realizado por el grupo investigador el cual
se desplazó hasta el campo del municipio
del Espinal Tolima para entrevistar a la
muestra de productores agrícolas que se
escogió para la recolección de la
información.
La entrevista
Según Mariela Torres y Karin Paz, “La
entrevista es el instrumento más importante
de la investigación, junto con la
construcción del cuestionario. En una
entrevista además de obtener los
resultados subjetivos del encuestado
acerca de las preguntas del cuestionario, se
puede observar la realidad circundante,
anotando el encuestador además de las
respuestas tal cual salen de la boca del
entrevistado, los aspectos que considere
oportunos a lo largo de la entrevista. Se
elaboró un cuestionario con preguntas
abiertas y cerradas, con la terminología que
utilizan los productores agrícolas con el fin
de obtener datos precisos que contribuyan
con un buen análisis y definición de
problemas para la identificación de
requerimientos al iniciar con la
implementación de la plataforma virtual”.
La encuesta
Según el Profesor García Fernando define
la encuesta de la siguiente manera “una
investigación realizada sobre una muestra
de sujetos representativa de un colectivo
más amplio, utilizando procedimientos
estandarizados de interrogación con el fin
de obtener mediciones cuantitativas de una
gran variedad de características objetivas y
subjetivas de la población.”
La encuesta se llevó a cabo de forma
personal y los datos se plasmaron en un
documento impreso, se optó por esta forma
para tener contacto directo con los
productores agrícolas y analizar su forma
de trabajar, los productores agrícolas
encuestados entregaron datos e
información importante que fueron útiles
para el desarrollo y mejoramiento de la
investigación y la implementación de
requerimientos en la plataforma virtual y los
sensores inalámbricos.
La observación de campo no experimental
Según Roberto Hernández Sampieri “Es
aquella que se realiza sin manipular
deliberadamente variables. Se basa
fundamentalmente en la observación de
fenómenos tal y como se dan en su contexto
natural para analizarlos con posterioridad.
En este tipo de investigación no hay
condiciones ni estímulos a los cuales se
expongan los sujetos del estudio. Los
sujetos son observados en su ambiente
natural.”
Se aplicó el instrumento de la observación
de campo no experimental para recolectar
más datos e información de los métodos y
la forma en que trabajan los productores
agrícolas en su ambiente natural, los
procesos y la operatividad diaria en el
campo, la recolección de datos y
procesamiento de la información para la
producción de sus cultivos.
Interpretación y presentación de los datos
recolectados
Una vez realizado el trabajo de recolección
de datos en el campo, se procedió con el
análisis y la interpretación de los mismos y
se obtuvo como resultado información
importante para el desarrollo de la
plataforma virtual.
Tipo de investigación proyectiva con estadio
descriptivo
El tipo de investigación proyectiva pretende
definir una idea que cumpla con las
características para poder brindar una
solución a un problema, partiendo de un
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análisis y su respectivo diagnóstico. El
estudio descriptivo se complementa con la
investigación proyectiva sirviendo como
herramienta para recolectar los datos de
forma específica e importante.
Metodología de desarrollo scrum
La metodología seleccionada para la
realización del proyecto será la metodología
Scrum, la cual se fundamenta en un
proceso de planificación permitiendo
realizar proyectos colaborativos en corto
tiempo, logrando esto motivar al cliente, ya
que se puede ver el paso a paso del
desarrollo del proyecto en cada uno de los
Sprint. Los sprint pueden ser programados
cada dos o cuatro semanas según el
tamaño del proyecto, y si el cliente desea
puede hacer requerimientos funcionales en
cada Sprint para ir perfeccionando el
producto hasta llegar a la etapa final, los
programadores pueden ir validando el
desarrollo del proyecto en cada sprint, lo
cual permite corregir a tiempo las fallas e ir
mejorando para el siguiente sprint y
entregar un producto que cumpla con las
expectativas del cliente. Esta metodología
aplica el trabajo en equipo y cada rol cumple
una función importante para cumplir con los
requerimientos del cliente a cabalidad.
Herramientas Scrum
Scrum emplea una serie de herramientas
llamadas de la siguiente manera:
Product Backlog: Los Product Backlog son
todos aquellos elementos que hacen parte
del proyecto, pueden ser un bug o
requerimientos, estos deben ser elaborados
por el cliente o el Product Owner quien será
el encargado de entregar dicha información
al equipo de desarrollo del proyecto.
User Stories: Son elementos del Product
Backlog, suministran información del
requerimiento que se está trabajando, y
también proporcionan información en caso
de existir algún camino, dicha información
es suministrada al cliente.
Backlog del Spring: Son los requerimientos
más importantes que se establecen durante
cada sprint, es allí donde los miembros del
equipo se comprometen a implementar
dichos requerimientos en el siguiente sprint.
The Taskboard: Las tareas asignadas a
cada uno de los miembros de trabajo se
escriben en un tablero y se identifican con
tres estados:
Por Hacer
Haciendo
Terminado
Todos inician en el primer estado que es el
de la inicialización del sprint luego pasan al
segundo estado donde el Scrum master y el
Product Owner validan que han hecho y
cuánto tiempo han estimado en la
realización del proceso y por último pasan
al estado de terminado donde quedan listos
para hacer las respectivas pruebas de
validación.
Roles de scrum
Perfiles de los integrantes del proyecto
CLIENTE: Productor agrícola.
PRODUCT OWNER: Personal Designado
por los productores agrícolas para entregar
o dar conocimiento de los principales
requerimientos al equipo de desarrollo y
quien se encargará de validar el
funcionamiento de los demos en cada
iteración realizada.
SCRUM MASTER: Es el personal
designado por los realizadores del proyecto
para dar entrega de los demos al finalizar
cada iteración y quien apoyara al equipo de
desarrollo en todo momento garantizando
que el trabajo realizado no se vea afectado
por ningún tipo de obstáculo.
MIEMBRO DEL EQUIPO DE
DESARROLLO: Personal designado por los
realizadores del proyecto para desarrollar el
software teniendo en cuenta los
requerimientos del cliente y asimismo
avanzar paulatinamente en cada iteración
programada.
ETAPAS DE LA METODOLOGÍA SCRUM
para la implementación de sensores
inalámbricos y desarrollo de una plataforma
virtual, como apoyo tecnológico a la
producción del arroz en el municipio de
Espinal-Tolima
El proyecto se realizará aplicando los sprint
necesarios y en cada Sprint se ejecutarán
las siguientes tareas:
Planeación y estimación.
Implementación.
Repaso y retrospectiva del entregable.
Reunión de planificación inicial
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En la primera reunión el Product Owner
deberá identificar como lo productores
agrícolas recolectan los datos de humedad
y temperatura de sus cultivos y que
herramientas utilizan para recolectarlos,
dicha información se obtendrá aplicando los
diferentes instrumentos de recolección de
información.
El Product Owner establecerá y entregará al
equipo de desarrollo una serie de
requerimientos de forma clara y precisa a
los desarrolladores del software para dar
inicio a la etapa de desarrollo funcional, el
equipo de desarrollo de software tendrá que
definir de acuerdo a la información que
recibieron del product owner el cronograma
de cada iteración y de esta manera cumplir
con las entregas pactadas.
Reunión de equipo de scrum
El Scrum Master se reunirá a diario en un
lapso de 15 minutos con el equipo de
desarrollo para validar si se está
cumpliendo con el cronograma de
actividades establecidas en la primera
reunión con el product owner, además en
dichas reuniones se harán tres preguntas
importantes a cada miembro del equipo de
desarrollo para identificar si hay algún
obstáculo que pueda estar generando
retrasos en el desarrollo de las tareas
establecidas. El Scrum Master o algún
miembro del equipo de desarrollo podrán
apoyar y buscar una solución a la falla que
está obstaculizando el desarrollo de
actividades del equipo de trabajo y de esta
forma proseguir sin inconvenientes con las
tareas programadas.
Refinamiento del backlog
Definir los principales requerimientos,
despejar todas las dudas que puedan tener
el equipo de trabajo de desarrollo y si es
necesario se podrá establecer nuevamente
los tiempos de entrega acordados en la
primera reunión con el Product Owner, para
hacer una entrega exitosa y cumplirle con
los tiempos.
Proceso revisión del sprint
En el proceso de revisión del sprint todo el
equipo de trabajo del proyecto se reunirá
para hacer entrega del primer demo allí el
Product Owner deberá hacer las pruebas
necesarias e identificar y dar a conocer al
equipo de trabajo si el primer demo
diseñado cumple con los requerimientos
funcionales acordados.
Proceso retrospectivo del sprint
En este punto se reúnen todos los
miembros del equipo de trabajo, product
owner y Scrum master, en este proceso se
hace un análisis general y se responden
tres preguntas:
Qué se hizo mal durante el proceso del
primer Sprint para corregir y evitar reincidir
en los mismos errores en el desarrollo del
segundo Sprint.
Qué se hizo bien para seguir por la misma
línea de éxito e ir avanzando en la
búsqueda del desarrollo final.
Qué inconvenientes se encontraron y no
permitieron avanzar como se tenía
planificado.
Todas las etapas anteriormente
mencionadas se repetirán cada vez se inicie
un nuevo Sprint, Cada Sprint será
fundamental para hacer la entrega final del
producto.
CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
En el presente apartado se evidencia las
principales conclusiones obtenidas en el
desarrollo del proyecto, haciendo referencia
a los objetivos que se han cumplido. Como
se estipulo al inicio del desarrollo del
proyecto, los principales objetivos
marcados fueron la creación de un sitio web
AGRISON que capture los datos de la red
de sensores y la vinculación de los
agricultores con las herramientas
tecnológicas, con el fin de ayudar al
agricultor que no cuenta económicamente
para la implementación o hacer uso de las
TIC.
Para lograr estos objetivos se tomó la de la
decisión de trabajar con dispositivos como
placa arduino, sensores y antenas de bajo
costo, pero que también de acuerdo a
condiciones del suelo fueran correctas.
Además, se plantean las siguientes son
recomendaciones que son dadas al usuario
para la correcta utilización de la plataforma
del proyecto una vez finalizada la entrega
cumpliendo en su totalidad con todos los
requisitos.
Al momento de encender el Arduino
esperar alrededor de 15 a 20 segundos para
poder ejecutar el driver ya que este es el
tiempo que necesita el driver para cargar los
servicios de forma correcta.
Autocapacitación por parte del
usuario a través de la lectura del manual de
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usuario para tener claridad al momento de
utilizar la plataforma.
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