Mas del poder de Arduino y su acceso a la nube

Recientemente me encontraba en un cultivo de plantas aromáticas, es una industria grande en Colombia, y de nuestro país se exporta este producto a diferentes lugares del mundo.

En particular llevara la trazabilidad de estos cultivos y sus procesos de producción no es cosa sencilla si se éste se hace de forma manual, y para ver esto me invitaron a esta hermosa finca ubicada en los cerros orientales de la sabana de Bogotá, quizá en su momento las PDA y los Smart Phones fueron una gran solución para estos productos, pero hoy día son soluciones obsoletas debido a la consideración de tiempo real en la captura y obtención de los datos.

 

 

Imagen No1. Plantas aromáticas

Imagen No2 – Sensor manual de agricultura

Inicialmente, en el cultivo, se contaba con algunos trabajadores del cultivo que caminaban todo el día por todos los invernaderos haciendo el trabajo de sensado y la correspondiente captura de datos de forma manual en un Smart pone, después de casi 5 o 6 horas de caminar por todo el cultivo, llegaba a un sitio en el cual podía conectar el Smart phone a un computador (ordenador) para descargar los datos tomados en un formato de Excel.
Al conocer el proceso, claramente quedé sorprendido de cómo podría ser esto un proceso tan ineficiente, buscar la solución tenía su complejidad, por factores tecnológicos, como suministro e energía, cobertura de datos, baja señal 3G o 4G, bajo alcance en Wifi, en fin, el trabajo a realizar era cosa seria.

Vale aclarar que la solución con el uso de Arduino se basa en crear prototipos para posteriormente hacer los diseños funcionales finales si la prueba de concepto da el resultado esperado.

 

Interrogantes a resolver…

  1. ¿Cuáles son las variables que se espera medir en el cultivo?
  2. ¿A cuántos invernaderos esperan instalarles sensores?
  3. ¿Qué tipo de conectividad tiene la finca en general?
  4. ¿Tienen algún tipo de servicio de comunicaciones por radio?
  5. ¿Hay fluido eléctrico?
    1. ¿Qué tipo de equipos usan este fluido?
    2. ¿Hay consideración de proveer el cultivo de flujo eléctrico?
  6. ¿Qué esperan hacer con los datos capturados?
  7. ¿Tienen hoy un modelo de BI o analítica con la data que capturan?

 

Bien, estas interrogantes entre muchas otras…

 

Manos a la obra…

Tras resolver las de mayor importancia, se resolvió fácilmente el tema de fluido eléctrico, por temas relacionados con procesos de automatización con los invernaderos, ahora hay que resolver comunicaciones… y enrutar los valores capturados con los sensores camino a Microsoft Azure IOT Suite.

Como solución de hardware se implementó una solución basada en Arduino denominada Libelium, en Colombia esta se ha utilizado en varios escenarios, se decidió no optar por una prueba de concepto con una solución propia ya que el tiempo era apremiante para el cultivo y finalmente la solución ya estaba construida, no a la medida, pero adaptarla no era difícil,

Imagen No 4 – Libelium Waspmote

Libelium ofrece un abanico muy amplio de soluciones, todas ellas basadas en Arduino, tiene principalmente dos dispositivos.

  1. Waspmote, son las cajas que internamente contienen el hardware necesario para el proceso de sensado.
  2. Meshlium, realiza el proceso de comunicación y transporte simple de los datos a cualquier operador de nube

Imagen No 5 – Kit Libelium – Microsoft Azure

 

Como se observa en la imagen No 5, la solución de hardware ya tiene considerado resolver los requerimientos de flujo eléctrico, estos waspmote se pueden conectar a un adaptador de corriente continua a 5v o simplemente usar los recursos de energía solar y baterías internas.

 

El Meshlium por su parte cuenta con diferentes protocolos inalámbricos de comunicación, Wifi, 3G, 4G, XBee, ZigBee, Sigfox, LoraWan y 802.15.4 y RF 868/900, de modo alámbrico, el clásico Ethernet Categoría 5.

Es una solución bastante interesante, y su personalización es muy sencilla y cuenta con un completo panorama de herramientas y amplia documentación.

 

Del invernadero a la nube…

se escogió Microsoft Azure, ya que Libelium tiene su solución ceritificada para Azure.

Microsoft ofrece 2 escenarios para el aprovechamiento de IOT.

El primero, Microsoft Azure IoT Hub, que cuenta con un amplio panorama de herramientas todas disponibles dentro de los servicios implementables en Azure, tales como Stream analytics, storage, bases de datos, etc.

El segundo, Microsoft Azure IoT Suite, que es una solución que cuenta con un conjunto de soluciones prefabricadas.

https://www.azureiotsuite.com/

Imagen No 6 – Microsoft Azure IOT Suite

Estas incluyen el uso de geolocalización, comunicación en dos vías con el dispositivo, entre otras.

Imagen No 7 – Métricas de proceso en Azure

Punto importante, la seguridad, el IOT Suite de Microsoft, permite la entrega de datos empaquetados con uso del certificado X.509

 

Nos falta es resolver el interrogante de las comunicaciones.

Ya que el cultivo contaba con algunos aspectos técnicos se empleó una arquitectura en estrella, como la que vemos en la imagen 8.

El Meshlium cumple la función de IOT Gateway y ya en Azure, el IOT Suite se encarga de la ingesta y procesamiento de los datos según requiere la solución, para nuestro caso, claramente se dejó configurado un IOT Cloud Gateway.

 

Imagen No 8 – Arquitectura de la solución

Y las comunicaciones fueron gestionadas por medio de 802.15.4 ya que se evidenciaba como el protocolo que contaba con alcance, seguridad y velocidad requerida para la solución.

El Meshlium se encarga de la comunicación usando ethernet para conectar a Internet y entregar los datos a Azure sin perdidas ni interferencias provocadas por señales de radio, rede wifi cercanas o deficiencia en señal 3G/4G.

 

Conclusión.

Como vemos, para dar solución a cualquier requerimiento encontraremos soluciones ya prefabricadas y preconcebidas con hardware libre como Arduino, el caso de Libelium, ellos cuentan con soluciones de Agricultura, monitoreo de agua, ciudades inteligentes entre muchas otras.

Para llegar a la nube, estos integradores de hardware han pensado en todo y entregan un abanico amplio de posibilidades, claro que entre mas pedimos para nuestra solución mas costoso va a ser, por lo tanto, se debe ser objetivo en lo que se desea con esto.

Para la ingesta y procesamiento de los datos en la nube, Microsoft ofrece Azure Iot Suite con soluciones preconfiguradas, que solamente requieren ser moldeadas para el requerimiento que tenemos y al final de esta encontramos los dashboards que se necesitan para ver los tableros acorde a lo que la organización espera.

 

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