Artículo SITAP_v6 1

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Sistema de Telemetría Apícola 
SITAP 
Sebastian Eslava G., Giovanni Baquero, Octavio Márquez R., Ángela Méndez A., 
Jeisson Gutiérrez 
 
 RESUMEN 
Este documento presenta el desarrollo del Sistema de Telemetría Apícola (SITAP), un 
sistema utilizado para monitorear el estado general de una colmena artificial y transmitir 
la información adquirida. Existen ciertas variables físicas dentro de la colmena y 
eventos sobre ésta que afectan la salud y productividad de las abejas; los rangos que 
garantizan la salud y estabilidad de la colmena, para dichas variables físicas, fueron 
identificados. En este documento se ilustra cómo se obtiene y se procesa esta 
información para ser presentada al usuario final. También se ilustra, como la 
información es adquirida y cómo ésta es presentada al usuario final sobre una pantalla 
de cristal líquido y un archivo de registro que puede ser descargado en una memoria 
USB, enviada vía correo electrónico o mensaje de texto. 
Palabras Clave - Colmena, instrumentación, sistema embebido, sensor, dispositivo de 
almacenamiento, transmisión inalámbrica. 
 
ABSTRACT 
This document presents the development of SITAP (Telemetry Beekeeping System 
according to its initials in Spanish), a system used to monitor the general state inside of 
an artificial beehive and transmit the acquired information. There are some physical 
variables and events that directly affect the health and production of the bees, these 
events and physical variables were identified, and its typical ranges to stand surety for 
the health and stability of the population inside the beehive. This document illustrates 
2 
how this information was acquired and how it is processed to be presented to the final 
user. This article presents SITAP arranged in a regular beehive, how it acquires the 
information and how this information is finally displayed over a liquid crystal display and 
in a registration file to be downloaded to a pen drive, sent via e-mail or SMS. 
Index Terms— Beehive, measurement, instrumentation, embedded system, sensor, 
storage device, wireless transmission. 
 
 INTRODUCCIÓN 
La apicultura es el arte de criar abejas para aprovechar sus productos [1], como la miel, 
polen, propóleos y jalea real. En Colombia esta actividad agropecuaria está creciendo, 
y cuenta con la presencia de un gran número de apicultores cuyos productos 
provenientes de las abejas son comercializados en el mercado nacional. Para ampliar 
las ventajas que ésta puede ofrecer al sector apícola es necesario difundir 
conocimiento y aprovechar la tecnología, siempre de la mano con los distintos grupos 
de interés para contribuir al bienestar, desarrollo y productividad de los apicultores y 
sus comunidades. 
 
Asia es el principal continente productor de miel; seguido por América donde 
sobresalen Brasil, México y Argentina como el segundo productor a nivel mundial. 
Colombia ocupa el puesto 70 en la producción global de miel, según la FAO (Food and 
Agriculture Organization por sus siglas en Inglés). [2] 
En la actualidad en Colombia la Universidad de Antioquia, la Universidad de Tolima y 
la Universidad Nacional de Colombia [3], realizan investigaciones en el área apícola. En 
la Universidad Nacional de Colombia el Grupo de Apicultura (GAUN), busca contribuir 
3 
al desarrollo de la producción apícola mediante la formación y capacitación de 
profesionales, el desarrollo de proyectos de producción, la investigación y transferencia 
de tecnología a nivel regional y nacional. 
 
Este artículo presenta el desarrollo e implementación de un sistema de lectura, registro 
y transmisión variables físicas y eventos sobre una colmena que afectan la salud y la 
productividad de su población. 
 
 CONDICIONES TOMADAS EN CUENTA 
La temperatura es una variable física de gran interés para los apicultores, la colmena 
debe mantenerse dentro del rango de 34° y 38°C para una salud y producción estables. 
Si la temperatura dentro de la colmena aumenta por encima de 35°C las abejas 
presentan un comportamiento particular, sacudiendo sus alas para disminuir la 
temperatura y refrescarse. Si la temperatura dentro de la colmena sigue aumentando, 
las abejas salen a ventilarla desde afuera. A 45°C las proteínas de las abejas se 
coagulan y pierden sus funciones [4]. Con temperaturas inferiores a 12°C algunas 
razas de abejas suspenden la puesta de huevos, puesto que las crías requieren de una 
temperatura mayor y de un ambiente más húmedo (humedad relativa del 80%) que una 
abeja adulta para sobrevivir; en una situación de frío continuo las abejas se agrupan en 
“bolos invernales”, con la reina en el centro, para reducir el descenso de la 
temperatura. 
El agua es necesaria en la dieta de las abejas para su metabolismo, dilución de miel, 
usada en la alimentación de las larvas, y para el acondicionamiento del aire al interior 
de la colmena. El agua es obtenida habitualmente por las abejas de las gotas de rocío 
4 
en las plantas o encharcamiento, siendo esta última posible fuente de contagio de 
enfermedades; por ello es aconsejable tener cerca de los apiarios fuentes de agua 
fresca, un bebedero higiénico bajo sombra y acondicionado de tal forma que permita a 
las abejas beber sin ahogarse. [5] 
 
Una colonia tiene aproximadamente una población de 60.000 individuos, de los cuales 
más de la mitad salen diariamente a recolectar néctar y polen [6]. Si se identifica de 
forma efectiva los individuos que salen diariamente de la colmena, se logra aproximar 
la población dentro de la misma. El conteo de abejas que dejan la colmena puede 
servir de indicador de ausencia de la reina o presencia de enfermedad. 
 
La apertura continua de la colmena genera estrés en la población, afectando las 
actividades normales al interior. Por ejemplo, cuando la colonia está en proceso de 
fecundación de una nueva reina, abrir o molestar la colmena podría afectar el 
proceso.[7] 
 
En el ámbito colombiano y su desarrollo tecnológico es necesario tecnificar e 
instrumentar el sector apícola para optimizar su producción. Para lograrlo se requiere 
de un sistema de monitoreo que permita la lectura confiable de las variables descritas 
anteriormente. Este sistema debe ser capaz de almacenar y de presentar al usuario el 
estado general de las colmenas, ya sea que esté cerca del apiario o en un sitio remoto. 
5 
Los sistemas de monitoreo electrónicos permiten realizar este tipo de tareas de forma 
rápida y confiable a través de sensores cuyas características generales como: 
precisión, robustez y confiabilidad, son adecuadas esta labor. 
 
La adquisición de los datos, requiere que la información sea procesada, transmitida, 
presentada de forma legible para el apicultor y almacenada para su posterior estudio. 
 
Los sistemas de monitoreo inalámbrico actuales deben su existencia a la investigación 
en áreas como el sector industrial, sector salud, negocios, seguridad y agricultura. [8] 
El núcleo de estos sistemas debe comunicarse con los periféricos de entrada y salida 
del sistema para llevar a cabo las tareas que el Sistema de Telemetría Apícola (SITAP) 
debe realizar; y los sistemas embebidos son idóneos para realizar dicha labor. Los 
sistemas embebidos son arquitecturas de espacio físico reducido que buscan integrar 
todas las características de una computadora. Así mismo, estos sistemas cuentan con 
su propio procesador y unidad de almacenamiento; sin embargo, en lugar de tener un 
disco rígido, utilizan una memoria de datos SD (Secure Digital), como principal medio 
de almacenamiento y de arranque. Gran variedad de aplicaciones en el área de 
instrumentación y medicina se han desarrollado sobre este tipo de sistemas. [9] 
 
 DESCRIPCIÓN DE SITAP 
La figura 1 presenta un esquema general de una colmena apícola con sus partes y un 
esquema inicial de la ubicación de SITAP sobre ella. 
6 
Fuente: Jiménez y Núñez, 1986.Figura 1: Esquema general de la colmena y de SITAP. 
 
SITAP es un sistema autónomo y una herramienta que permite a los apicultores 
conocer el estado general de las colmenas sin importar su ubicación. SITAP informa el 
estado de las variables físicas de entrada, así como eventos que perturban la 
estabilidad de la colmena: ser golpeada o sacudida fuertemente, llegar al nivel crítico 
de agua azucarada en el tanque de alimentación (alimentador) o aperturas no 
programadas de la colmena. 
SITAP comprende dos prototipos que fueron desarrollados de forma simultánea y bajo 
la misma plataforma: SITAP1 encargado del sensado de las variables descritas 
anteriormente y la interacción con el usuario en campo, mientras SITAP2 realiza la 
comunicación a través de Internet. Por este motivo el segundo prototipo toma una 
etapa de sensado inferior al primero y no interactúa con el usuario en campo; en lugar 
de esto, automáticamente envía la información adquirida por medio de un correo 
electrónico y un mensaje de texto periódicamente o ante un evento que perturbe las 
actividades al interior de la colmena. En la figura 2 se ilustra el flujo de la información 
dentro de cada uno de los prototipos, partiendo de las variables medidas, los sensores 
7 
y el sistema embebido que realiza el procesamiento y registro de los datos, hasta al 
usuario por medio de una pantalla de cristal líquido, un archivo de texto que es 
transferido a una memoria USB o a través de Internet (correo electrónico/mensaje de 
texto). 
Figura 2: Diagrama de bloques de SITAP. Izquierda SITAP1. Derecha SITAP2 
 
Durante el desarrollo de SITAP no se hizo uso de personas, animales u otro ser vivo. 
Los equipos e instrumentos usados y desarrollados para SITAP no presentan 
afectación sobre personas, animales o el medio ambiente que lo rodea. 
SITAP con sus partes eléctricas y mecánicas se ha diseñado y está dispuesto en una 
colmena apícola de forma tal que su construcción y ubicación no cause maltrato o 
traumatismo alguno a ningún ser vivo. SITAP no afecta la salud, higiene o el bienestar 
general de las abejas dentro del apiario, respetando los derechos de los animales. 
 
 ELEMENTOS DE SITAP 
Las terminales ubicadas en la colmena usan el sistema embebido Chumby Hacker 
Board (CHB), que permite conectar, programar y administrar los siguientes dispositivos: 
módulo de adquisición de variables físicas y alarmas, pantalla de visualización, 
adaptador para comunicación inalámbrica, según norma IEEE 802.11b, tarjeta de 
conexiones para la adquisición de la información proveniente de los sensores y un 
teclado numérico. 
8 
 
La disposición de los sensores al interior de la colmena, para lograr adquirir la 
información más relevante, se realizó bajo la asesoría del Grupo GAUN. 
 
Para la adquisición de temperatura y humedad se eligió un sensor cuyo funcionamiento 
está dentro los rangos requeridos de temperatura y humedad relativa (35 °C y 80% 
respectivamente) que normalmente están presentes al interior de la colmena. 
 
Para establecer la cantidad aproximada de abejas presentes en la colmena, fue 
desarrollado e implementado un módulo de conteo de población basado en 
observaciones realizadas por el grupo GAUN. Usualmente, los apicultores, modifican 
las colmenas habilitando orificios que únicamente son usados por las abejas como 
salida. Se instrumentaron dichos orificios de forma que las abejas que pasan por ellos 
sean registradas. 
 
Si el nivel del tanque de suministro con agua azucarada en la colmena se encuentra 
bajo, el módulo ubicado dentro del tanque registrará lo ocurrido y enviará la información 
al sistema embebido. El cambio en esta variable es usado como alarma obligando al 
sistema a registrar el evento, enviar un correo electrónico y un mensaje de texto. 
 
Para tener control de la apertura de la colmena, el sistema registra el momento en que 
la tapa es retirada y cuando ésta se ubica nuevamente sobre la colmena. Esta variable 
es también usada como alarma por el sistema. 
9 
Si la colmena es golpeada o sacudida fuertemente, el sistema registra lo ocurrido, y un 
LED dispuesto sobre la caja de mando, a modo de alarma, indica que ha ocurrido una 
perturbación sobre la colmena. 
 
Para la interfaz con el usuario, en el primer prototipo, se generó un menú que permite 
visualizar la información registrada, descargar un archivo de texto plano con la 
información de las lecturas realizadas, fecha y hora a una memoria USB, si se ha 
conectado alguna, modificar la fecha y la hora y finalmente apagar el dispositivo de 
forma segura. El menú se controla por medio de un teclado numérico de conexión USB. 
El segundo prototipo de SITAP, realiza un reporte diario y entrega de los estados de las 
alarmas a los apicultores, el sistema de monitoreo requiere una conexión a Internet. 
Para proporcionar este servicio es utilizado un adaptador de conexión inalámbrica a 
Internet. El adaptador de conexión inalámbrica cuenta con una antena de recepción de 
alta potencia y alto alcance, la cual se ubica a 500 metros de distancia del apiario. 
 
 DISEÑO ESTRUCTURAL E IMPLEMENTACIÓN DE SITAP 
A partir de los paneles usados tradicionalmente en la apicultura, donde las abejas 
forman sus panales de cría y producción de miel, se diseñó un panel de forma que se 
obtuviera la información requerida sin intervenir con el comportamiento habitual de la 
población, la figura 3 muestra el diseño del panel de ubicación del sensor de 
movimiento, humedad y temperatura así como su prototipo terminado. El diseño posee 
espacio adicional si se requiere la adición de sensores en nuevas etapas de SITAP. 
10 
 
Figura 3: Panel de ubicación de sensor de movimiento temperatura y humedad. Diseño preliminar 
(izquierda) y prototipo elaborado. El panel cuenta con una malla usada usualmente en la apicultura, para 
impedir que las abejas tengan contacto con los sensores o conexiones eléctricas y viceversa 
 
La figura 4 presenta el diseño de la estructura que permite el conteo de las abejas sin 
que interfiera con sus actividades cotidianas. 
 
Figura 4: Diseño estructura sistema de conteo de población, vista anterior y posterior 
 
El diseño estructural del sensor de nivel del tanque de alimentación, y su disposición 
física final se presenta en la figura 5. 
 
Figura 5: Sensor de nivel. Diseño preliminar (izquierda) y prototipo elaborado 
11 
La figura 6 presenta el diseño de la ubicación general de los sensores en la colmena y 
la disposición final dentro la colmena. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6: Disposición final de los sensores en la colmena. Diseño preliminar (izquierda) y prototipo. 
 
 PRUEBAS Y RESULTADOS 
SITAP fue ensamblado y montado sobre una colmena apícola en laboratorio para 
realizar pruebas, como se puede ver en la figura 6. 
Para las pruebas de funcionamiento de SITAP, en laboratorio fueron establecidas 
ciertas condiciones controladas con el fin de evaluar la efectividad del sistema. Las 
condiciones de temperatura y humedad cerca de los sensores fueron modificadas, así 
como el nivel del tanque. También fue simulado el ingreso y partida de abejas a través 
de los orificios dispuestos en la estructura presentada en la figura 4. Dentro de las 
pruebas realizadas, la colmena fue abierta, cerrada y “sacudida fuertemente”. 
Tras realizar los procedimientos anteriores se verificó que el sistema hubiese registrado 
todos los eventos, que la información fuese visualizada en la pantalla de cristal líquido y 
que un correo y mensaje de texto hubiese sido enviado según las condiciones del 
cuadro 1. 
 
 
12 
Cuadro 1: Condiciones de envío del correo electrónico y de SMS de SITAP. 
 
 
La visualización en campo tiene en cuenta la indumentaria usada por los apicultores, 
dado lo anterior se seleccionó una pantalla con iluminación de fondo y de un tamaño 
adecuado para su lectura en campo (4x20 caracteres). Sobre la CHB fue desarrolladoel driver de visualización para la pantalla, y para ésta un menú fácil de seguir por el 
usuario usando el teclado numérico. Se observa en la figura 7 que el menú permite 
realizar las tareas básicas de monitoreo del estado actual de la colmena, apagado 
seguro, actualización de la fecha, descarga de la información adquirida, almacenada en 
un archivo de texto plano (figura 8), en una memoria USB. 
 
Figura 7: Presentación de la interfaz de usuario (izquierda) y de los datos adquiridos sobre una pantalla 
de cristal líquido. 
 
 
Figura 8: Muestra de los sensores sobre el archivo de texto plano. 
 
Finalmente, la figura 9 presenta la caja de mando de SITAP, la cual es ubicada a un costado de 
la colmena. 
13 
 
Figura 9: Caja de mando SITAP. 
 
En la figura 10, se observan los correos electrónicos generados, en la parte inferior se 
puede observar el contenido de las alarmas y en la parte superior el reporte diario en 
un archivo adjunto. 
 
Figura 10: Reporte de SITAP en la bandeja de entrada de un correo electrónico de prueba 
 
 
 CONCLUSIONES 
Los aportes realizados por SITAP apoyan la investigación apícola en Colombia e 
impulsan el crecimiento económico en el sector agrícola del país. 
 
SITAP, al ofrecer monitoreo de colmenas apícolas, facilita y optimiza el trabajo de los 
pequeños y grandes apicultores en Colombia. Además de reducir la intervención del 
14 
hombre sobre las colmenas, evitando daños en su población y optimizando la 
producción. 
 
La construcción y adecuación de SITAP es viable para el apicultor colombiano, al no 
demandar mayores recursos humanos o económicos, presentar soluciones óptimas y 
contribuye al desarrollo de la industria apícola en Colombia. 
 
Las dos soluciones tecnológicas desarrolladas permiten al pequeño o gran apicultor 
seleccionar el dispositivo que más se adapte a sus necesidades y condiciones de 
trabajo, permitiendo monitorear las colmenas de forma eficiente. 
 
Los sistemas desarrollados para la apicultura bajo plataformas tecnológicas embebidas 
son herramientas eficaces y altamente robustas para realizar tareas específicas de 
sensado de variables físicas y eventos que afectan las colmenas, manejo de 
información y comunicación para sistemas de monitoreo en campo y remoto. Que 
implican implementación de bajo costo. 
 
El manejo de SITAP es semiautomático y amable con el usuario gracias a su sencilla e 
intuitiva interfaz de manejo, que se adecua a las necesidades en campo. 
 
La posibilidad de enviar paquetes de información de varios tipos desde las colmenas a 
través de Internet, brinda modularidad y fácil evolución de SITAP. 
 
 REFERENCIAS 
[1] Definición apicultura (en línea) <lema.rae.es/drae/?val=apicultura>, [citado el 
4/Abril/2012] 
[2] Laverde Rodríguez Jairo César, Agenda Prospectiva De Investigación Y Desarrollo 
15 
Tecnológico Para La Cadena Productiva De Las Abejas Y La Apicultura En Colombia 
Con Énfasis En Miel De Abejas, Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, Colombia, 
2010, pp. 15, 25 
[3] Fuente de información XI ENCUENTRO COLOMBIANO DE APICULTURA I 
SEMINARIO APICOLA DE LOS ANDES XIV JORNADA APICOLA UNIVERSITARIA. 
 [4] Estrés en las Abejas (en línea), 
<http://www.beekeeping.com/articulos/estres_abejas.htm >, [citado el 4/Abril/2012] 
[5] Alimentación de las Abejas (en línea), 
http://www.infogranja.com.ar/alimentacion_de_la_abeja.htm>, [citado el 23/Mayo/2012] 
[6] La Polinización (en línea), <http://www.abejas.org/polinizacion/la_polinizacion.htm>, 
[citado el 4/Abril/2012] 
[7] Aula Medioambiental del Real Jardín Botánico Juan Carlos I, Universidad de Alcalá, 
Cuaderno didáctico de Medio Ambiente nº 25 (en línea), 
<http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm>, 
[citadoel 23/Mayo/2012] 
[8] J. Yick, B. Mukherjee, Wireless sensor network survey.Computer Networks2292, 
2007. 
[9] M. Colli, Unix. 1ra ed. Gradi S. A.: Argentina, 2009, pp. 283 
 
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
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http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
http://www.aulaapicolazuqueca.com/la_actividad_ap%C3%ADcola_a_lo_largo_.htm
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