RECORRIDO DE LA TRAYECTORIA DE INDAGACIÓN

La trayectoria de indagación que el grupo Robolution Loyola Team decidió seguir se basa en el modelo PHVA (Planear, Hacer, Verificar y Actuar), el cual permite realimentar el sistema para una mejora continua.
Transversalmente a todo el desarrollo del proyecto se realizo una revisión bibliográfica en bases de datos indexadas, libros y otras fuentes primarias y secundarias.
 
Fortalecimiento del proyecto:
En esta etapa se realizó una retroalimentación del proyecto inmediatamente anterior, donde se replantearon algunos puntos de la investigación, principalmente para fortalecer la parte biológica, la automatización y el diseño del dispensador de frutas y verduras.
Planeación:
En esta etapa se  hizo paso a paso  la planeación de todas las actividades que se realizarían durante todo el proyecto, se asignaron  tareas específicas a cada miembro del equipo,  el presupuesto y el anteproyecto.
 
Investigación Biológica:
Se realizaron visitas a diferentes almacenes de cadena y plazas de mercados de la ciudad con el fin de observar los diferentes factores que pueden afectar las frutas y verduras, como lo es la  manipulación por parte de los clientes y los empleados del lugar, sin las debidas precauciones.
Se realizó una revisión bibliográfica en la cual se encontraron los resultados de investigaciones que se han hecho acerca de los microorganismos presentes en las frutas y verduras expuestas al ambiente.
 
Etapa de Diseño:
Se realizó un rediseño del prototipo que ya se tenía, en las áreas
  • Gráfica: un modelo 3D del dispensador rediseñado.
  • Electrónica: inventario de cantidad de fruta en dispositivo a partir de sensórica, medición de humedad relativa, gas metano y temperatura y automatización de todo el sistema.
Etapa de Negociación:
Se presentó el proyecto ante un almacén de cadena que sugirió algunos cambios al proyecto para que se acomodara a las necesidades actuales del mercado. Se realizó un análisis de prospectiva para conocer la proyección del desarrollo y crear así estrategias comerciales para éste.

 

Construcción:
Esta etapa  se constituye la más importante para nuestro grupo, se presentó en varios pasos:
 
1. EL CONTROL DE HUMEDAD RELATIVA
 
Controlador ON-OFF
El controlador que utilizamos es uno de los más sencillos dentro del la teoría de control, es un controlador de encendido o apagado u On-Off, este consiste simplemente en comparar la salida del sistema con un valor de referencia o set-point, de manera que siempre el valor sensado sea igual al de referencia. A continuación se muestra un gráfico de  bloques que representa los elementos utilizados en nuestro dispositivo y su función dentro del proceso de control.
Cabe añadir además, que en nuestro sistema de control, no se requiere que la señal sea igual al set-point, sino que puede ser mayor o igual que la misma.
A continuación se describen los pasos para implementar el sistema de control de manera  electrónica:
  • Conversión de señal analógica procedente del sensor HIH-4030 a señal digital dentro del Arduino: Como la señal procedente del sensor es de voltaje, debemos examinar de la hoja de datos, cual es la curva que relaciona esta variable física con la medida de humedad relativa, la curva se muestra a continuación:
De esta gráfica tomamos 2 puntos para obtener una línea recta, simplificando el modelo, ya que se aprecia la linealidad de la misma
Los puntos tomados son:
 
  y  
  El modelo de una ecuación lineal está dado por:
   Donde m es la pendiente y b el intercepto con el eje y, por lo cual el primer paso es hallar la pendiente por medio de la fórmula:
Por tanto m para este modelo está dada por:
El intercepto con el eje y, es decir b, se toma directamente de la gráfica, por lo tanto
La ecuación de la recta queda definida por
Remplazando las variables físicas:
En donde en esta última obtenemos la relación entre voltaje y humedad relativa, pero aún el proceso no ha terminado puesto que el valor sensado por el microcontrolador, no es expresado directamente como una medida de voltaje, sino como un valor proporcional en la escala de resolución en bits, que para este caso es de 10bits.
La cantidad de valores o palabras digitales en resolución, se calcula con la formula , donde n es el valor de bits, y el dos es la base binaria del microcontrolador, por tanto para nuestro caso, la cantidad de palabras digitales viene dadas por:
Cada palabra digital traduce un valor de voltaje, que está dado según la ventana de voltaje que cubre la resolución, que para el Arduino es de 5V, por lo cual, cada cambio de palabra o valor significa un incremento o decremento en , por lo cual la medida  entregada es muy confiable.
Teniendo esto presente, debemos cambiar en la ecuación, las unidades de voltaje, por palabras digitales, teniendo presente que , es decir que por cada voltio hay 204,8 palabras, la ecuación queda entonces:
En esta ecuación debemos despejar la variable HR, dado que es la que debemos obtener a partir de la medida del sensor.
Programación del Arduino: Con la ecuación deducida anteriormente,  se pudo  obtener el valor de HR y así poder controlar el sistema a partir de la señal de referencia que se debe mantener, con el código en Arduino para controlar el encendido o apagado del actuador a partir del valor de HR.
 
2.    Medición de Gas metano
 
Se propone en esta fase del proyecto, realizar una medición de gas metano, debido a que éste se libera en procesos de descomposición, lo cual puede ser muy útil como un indicador de la calidad de las frutas que se encuentran en el dispositivo.
El sensor utilizado es el MQ-4 Gas Sensor, el cual tiene la capacidad de medir diferentes gases, tal y como lo indica la gráfica, donde el valor obtenido en la medición se expresa en partes por millón y depende de la calibración del sensor, dada por un arreglo de resistencias. En nuestro caso la cura de interés es la de CH4, representada por cuadros de color violeta.
El valor de la resistencia de MQ-4 es diferente para diversos tipos de gases de concentración, por tanto, el ajuste de sensibilidad es muy necesario para garantizar una buena medida. Teniendo presente las recomendaciones del datasheet se  calibró el detector para 5000 ppm de concentración de CH4 en el aire, esto se logró al utilizar el valor de la resistencia de carga (RL) cercana a un valor de 20KΩ .
1.  Sistema de inventario

    El sistema de inventariado se basa en la detección de la cantidad de frutas en la canasta por medio de un sensor de ultrasonido, el cual detecta la distancia de los objetos que tiene en frente.  Este principio se utiliza dado que la canasta se encuentra inclinada, por lo cual, cuando se van sacando las frutas, las que quedan se acumulan en la parte más baja y se distancian del sensor.

La distancia medida es un indicador de la cantidad de frutas, es una medición de nivel.  Toda esta información es enviada a la base datos del propietario.

 

4.    La construcción del prototipo de dispensador en acrílico:
Para ello se tuvo en cuenta el diseño realizado en 3D, el cual sirvió de base para sacar los moldes y recortar el acrílico, luego se procedió al pegado de cada una de las partes y se hizo el montaje de los circuitos.
5.    Diseño de la página web para informar al cliente las propiedades y bondades de las frutas, redirigida a través de códigos QR,  accesible fácilmente a través de Android o SmartPhone:
 
En este proceso se procedió al diseño del sitio web en wix.com (http://robolutionloyolateam.wix.com/fruits-hangar#!home/mainPage), el cual contiene información nutricional, su ambiente ideal, recetas y datos curiosos. Luego se utilizo un generador de códigos QR para enlazarla al sitio web y que de esta forma los usuarios lo puedan obtener desde sus dispositivos con sistema Android.
 
                                           
Etapa de prueba:
 
En esta etapa se realizaron las diferentes pruebas de los componentes electrónicos del prototipo. Terminada la programación del sistema de control de humedad relativa, realizamos el montaje de sensores y rieles de riego para las pruebas de control. Hubo ensayos fallidos donde el sistema de riego no recibía una señal de encendida o apagada, de acuerdo a este intento y muchos otros más se realizaban las correcciones, obteniendo así la última prueba con resultados esperados, donde el sistema de control de humedad relativa y paso de riego logran mantener el ambiente ideal para las frutas (manzana-pera) y verduras.   
En el proceso de inventario hubo varias pruebas de pesado para ver la capacidad de la celda de carga, ya una vez tenido el peso máximo de la pesa se inicio con la etapa de programación la cual comunica la pesa inalámbricamente con el computador por medio de la interfaz gráfica. 
Obtenido el código QR de un generador, realizamos pruebas con varios dispositivos que tienen sistema Android y finalmente enlaza perfectamente con el sitio web., Tablets y SmartPhone fueron quienes detectado el código QR, nos llevaron inmediatamente  a la página web que informa a los usuarios en diferentes aspectos sobre la fruta.