Design and implementation of an automatic irrigation and fertilization control system for greenhouses under the paradigm of Agriculture 4.0 | Diseño e implementación de un sistema de control automático de irrigación y fertilización para invernaderos bajo el paradigma de la Agricultura 4.0

Inglés. Agriculture 4.0 is the new revolution in agriculture to face the current challenges, mainly due to population growth, scarcity of natural resources, climate change and food waste. A greenhouse normally produces more yield per square meter compared to open field cultivation, since the environmental conditions that determine crop yield are controlled, either manually or automatically. However, there are resources, such as water and fertilizers, that are not dosed efficiently, since their application is carried out empirically. This presents the design and implementation of a closed loop automatic control system following the paradigm of Agriculture 4.0. From the information of various sensors, the irrigation and fertilization of a greenhouse lettuce crop are automatically controlled. The information on the main variables that influence the crop is digitized and sent to the cloud (remote server) for storage and online analysis. The status of the various sensors and actuators can be consulted at any time by means of a mobile application, specially developed for this system. To test the performance of the control system, an experimental configuration is designed consisting of 4 treatments with Steiner fertilizer solution in concentrations of 50%, 75% and 100%, and one more only with water, each with 3 repetitions. The overall performance of the system proved to be efficient, regardless of the treatment.

Español; castellano. La Agricultura 4.0 es la nueva revolución de la agricultura para hacer frente a los actuales retos que esta enfrenta, principalmente debido al crecimiento demográfico, la escasez de recursos naturales, el cambio climático y el desperdicio de alimentos. Un invernadero normalmente produce más rendimiento por metro cuadrado en comparación con el cultivo en campo abierto, ya que las condiciones ambientales que determinan el rendimiento de los cultivos son controladas, ya sea de manera manual o automática. Sin embargo, existen recursos, como el agua y los fertilizantes, que no se dosifican eficientemente, ya que su aplicación se realiza en forma empírica. En este trabajo se presenta el diseño y la implementación de un sistema de control automático de lazo cerrado a partir del paradigma de la Agricultura 4.0. De acuerdo con la información de diversos sensores, de manera automática se controla la irrigación y la fertilización de un cultivo de lechuga en invernadero. La información de las principales variables que influyen en el cultivo se digitaliza y envía a la nube (servidor remoto) para su almacenamiento y análisis en línea. El estado de los diversos sensores y actuadores puede ser consultado en cualquier momento mediante una aplicación móvil, desarrollada especialmente para este sistema. Para probar el desempeño del sistema de control se diseñó una configuración experimental en cuatro tratamientos con solución fertilizante Steiner en concentraciones de 50%, 75% y 100%, cada uno con cuatro repeticiones, y uno más sólo con agua. El desempeño global del sistema demostró ser eficiente, independientemente del tratamiento.