Sistema de monitoreo y control de un acuario utilizando tecnología IoT CAMACHO

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Sistema de monitoreo y control de un acuario utilizando tecnología IoT

Johan Andres Arango Mozas
Kevin Andres Arce Rivera
Juan Felipe Chamorro Rojas

Tecnología Electrónica Industrial

Director
Ing. Carlos Lino Rengifo Rentería
Magister

Institución Universitaria Antonio José Camacho
Facultad de Ingeniera
Tecnología En Electrónica Industrial
2023
2

Contenido
1. Introducción ........................................................................................................................... 10
1.1 Planteamiento del Problema ........................................................................................... 11
1.2 Objetivos ........................................................................................................................ 13
1.2.1 Objetivo general ........................................................................................................... 14
1.2.2 Objetivos específicos .................................................................................................... 14
2. Alcance .............................................................................................................................. 14
3. Antecedentes ...................................................................................................................... 15
4. Métodos de uso actuales .................................................................................................... 17
5. Descripción del sistema ..................................................................................................... 19
2. Comparación y elección de materiales ..................................................................................... 20
2.1 Sensores ............................................................................................................................... 20
2.2 Actuadores ........................................................................................................................... 21
2.3 Dispositivo IoT .................................................................................................................... 21
2.5 Tecnologías de conectividad ............................................................................................... 25
2.6 Plataformas IoT ................................................................................................................... 28
2.7 Sensores empleados en la estructura ................................................................................... 34
2.7.1. Sensor de temperatura DS18B20 ................................................................................. 34
2.7.2. Sensor analógico de pH DE DFROBOT ..................................................................... 35
2.7.3 Sensor TDS analógico de gravedad DFROBOT .......................................................... 36
2.8 Actuadores y otros dispositivos utilizados en el sistema ...................................................... 37
2.8.1 Módulo de relés de TOOGOO 5V – 8 canales .............................................................. 37
2.8.2 Calentador ..................................................................................................................... 38
2.8.3 Iluminación ................................................................................................................... 38
2.8.3 BOMBA DE AGUA ..................................................................................................... 39
2.8.4 Display LCD 128×64 12864 ........................................................................................ 40
2.8.5 Servomotor ................................................................................................................... 41
2.8.6 Ventilador ..................................................................................................................... 41
3. Desarrollo del proyecto ............................................................................................................. 42
3.1. Modos de funcionamiento .................................................................................................. 42
3.2. Desarrollo del hardware del sistema .................................................................................. 42
3.3.1 Conexión del sensor de temperatura DS18B20 ............................................................ 42
3

3.3.2 Conexión del sensor analógico de pH .......................................................................... 43
3.3.3 Conexión de sensor de conductividad .......................................................................... 46
3.3.4 Conexión de LCD 128x64 ............................................................................................ 47
3.3.5 Conexión de servomotor ......................................................................................... 50
3.3.6 Conexión de ventilador ........................................................................................... 51
3.4. Sistema de alarma............................................................................................................... 51
3.4.1 Funcionamiento ............................................................................................................ 51
3.4.2 Esquema de montaje ..................................................................................................... 52
3.5. Desarrollo del software del sistema ................................................................................... 53
3.5.1 Arduino ......................................................................................................................... 53
3.5.2 Ubidots ......................................................................................................................... 54
3.5.3 Menú device ................................................................................................................. 55
3.5.4 Menú dashboard ........................................................................................................... 55
4. Control ...................................................................................................................................... 56
4.1 Control de temperatura ........................................................................................................ 56
4.2 Control de pH ...................................................................................................................... 57
4.3 Control de conductividad .................................................................................................... 57
5. Pruebas ...................................................................................................................................... 58
5.1 Conexiones .......................................................................................................................... 58
5.2 Pagina .................................................................................................................................. 60
5.3 Montaje sensores ................................................................................................................. 63
6. Recursos ................................................................................................................................ 70
7. Discusion y posibles mejoras ................................................................................................ 71
8. Conclusiones .......................................................................................................................... 72
9. Bibliografía ............................................................................................................................ 73

Lista de tablas

Pág.
Tabla 1: Sensor de pH................................................................................................................ 35
Tabla 2: Potencia del calentador ............................................................................................... 38
Tabla 3:Resultados obtenidos .................................................................................................... 66
Tabla 4: Resultados de pH ......................................................................................................... 67
Tabla 5 Resultados de conductividad ........................................................................................ 68
Tabla 6 Recursos de software .................................................................................................... 70
Tabla 7 Recursos de materiales ................................................................................................. 70

Lista de Figuras
5

Figura 1: Crecimiento personal de dispositivos conectados .................................................. 11
Figura 2: Georgia Aquarium .................................................................................................... 12
Figura 3: Berlín AquaDom ....................................................................................................... 12
Figura 4: Acuario Domestico .................................................................................................... 13
Figura 5: Acuario a utilizar ...................................................................................................... 15
Figura 6: ProFilux 3.1T ............................................................................................................. 17
Figura 7: Unidad de control ACQ130 ...................................................................................... 17
Figura 8: Plataforma ApexEL .................................................................................................. 18
Figura 9: Ferduino ..................................................................................................................... 19
Figura 10: Descripción del sistema ........................................................................................... 20
Figura 11: Arduino Uno ............................................................................................................ 22
Figura 12: Arduino Mega .......................................................................................................... 22
Figura 13: Arduino Yún ............................................................................................................ 23
Figura 14: Waspmote ................................................................................................................ 23
Figura 15: Raspberry ................................................................................................................ 24
Figura 16: Claves de Arduino ................................................................................................... 25
Figura 17: Logo de diferentes protocolos de comunicación ................................................... 26
Figura 18: ESP 32 ...................................................................................................................... 28
Figura 19: Varias Plataformas IoT .......................................................................................... 29
Figura 20: Plataformas IoT....................................................................................................... 30
Figura 21: Consola de Ubidots.................................................................................................. 30
Figura 22: Ejemplo Dashboard de ubidots .............................................................................. 31
Figura 23: Tipos de cuentas y precios de ubidots ................................................................... 32
Figura 24: Consola de Cayenne ............................................................................................... 32
Figura 25: Dashboard de Cayenne ........................................................................................... 33
Figura 26: Logo de la plataforma elegida Ubidots ................................................................. 33
Figura 27: Sensor de temperatura DS18B20 ........................................................................... 35
Figura 28: Sensor analógico de pH DE DFROBOT .............................................................. 36
Figura 29: Sensor TDS analógico de gravedad DFROBOT .................................................. 37
Figura 30: Modulo relé 8 canales ............................................................................................. 37
Figura 31: Calentador 110 V – 150 W con termostato ........................................................... 38
Figura 32: Lámpara a utilizar .................................................................................................. 39
6

Figura 33: Bomba a utilizar ...................................................................................................... 40
Figura 34: Display LCD 128×64 12864 .................................................................................... 41
Figura 35: Servomotor .............................................................................................................. 41
Figura 36: Ventilador ................................................................................................................ 42
Figura 37: Conexión DS18B29 Arduino .................................................................................. 43
Figura 38: Conexión DS18B20 ESP 32 .................................................................................... 43
Figura 39: Placa del sensor analógico de pH ........................................................................... 45
Figura 40: Conexión del sensor analógico de pH Arduino .................................................... 45
Figura 41: Conexión del sensor analógico pH ESP 32 ............................................................ 45
Figura 42: Conexión sensor de conductividad Arduino ......................................................... 47
Figura 43: Conexión sensor de conductividad ESP 32 ........................................................... 47
Figura 44: Esquema de pines .................................................................................................... 49
Figura 45: Conexión LCD 128X64 a Arduino ......................................................................... 50
Figura 46: Conexión de servomotor ......................................................................................... 50
Figura 47: Conexión de ventilador ........................................................................................... 51
Figura 48: Icono alarma ............................................................................................................ 51
Figura 49: Buzzer activo (zumbador) ...................................................................................... 52
Figura 50: Conexión Buzzer activo .......................................................................................... 52
Figura 51: Conexión buzzer activo a Arduino ........................................................................ 53
Figura 52: Logo Arduino .......................................................................................................... 53
Figura 53: Logo de Ubidots ....................................................................................................... 54
Figura 54: Página principal de ubidots .................................................................................... 55
Figura55: Menú Device ............................................................................................................ 55
Figura 56: Menú dashboard ..................................................................................................... 56
Figura 57: Control de temperatura .......................................................................................... 57
Figura 58: Control de pH .......................................................................................................... 57
Figura 59: Control de pH .......................................................................................................... 58
Figura 60: Conexión Arduino y pantalla LCD........................................................................ 58
Figura 61: Parámetros ............................................................................................................... 59
Figura 62: Conexiones ............................................................................................................... 59
Figura 63: Código ...................................................................................................................... 60
Figura 64: Panel de control página .......................................................................................... 60
7

Figura 65: Historial de parámetros .......................................................................................... 61
Figura 66: temperatura ............................................................................................................. 61
Figura 67: pH ............................................................................................................................. 61
Figura 68: pH ............................................................................................................................. 62
Figura 69: Sensores .................................................................................................................... 63
Figura 70: Termostato y ventilador ......................................................................................... 63
Figura 71: Bomba ...................................................................................................................... 64
Figura 72: Dispensador de líquidos .......................................................................................... 64
Figura 73: Ventilador ............................................................................................................... 65
Figura 74: Temperatura elevada .............................................................................................. 65
Figura 75: pH ............................................................................................................................ 66
Figura 76: Conductividad agua limpia .................................................................................... 67
Figura 77: Conductividad agua sucia ...................................................................................... 68

Resumen
En este proyecto de grado se utilizó la tecnología IOT (Internet de las Cosas) para construir
un sistema remoto y controlar un acuario. Una serie de alertas que forman parte del monitoreo le
permiten detectar anomalías y corregirlas, devolviendo el sistema a la normalidad después de que
se haya solucionado una falla. Además, cuando se encuentra un problema en el acuario, se activa
un sistema de alarma sonoro y por medio de la plataforma de Ubidots también generará una alarma
que será por medio de mensaje de correo electrónico así mismo la plataforma permitirá monitorear
la temperatura, el pH y la conductividad la cual se visualiza por medio de la plataforma en
cualquier parte del mundo toda la comunicación se hizo con dos dispositivos que brindan la
facilidad de controlar y programar al gusto que se desea el mejor para el cuidado de los peces, el
ESP 32 es una de las herramientas la que utilizamos en el proyecto la cual permite controlar los
actuadores y dar señal a los sensores y poder monitorear las variables, Ubidots hace de enlace con
el ESP 32 para tener una buena comunicación con los sensores y actuadores. El Arduino también
es una buena herramienta en nuestro proyecto ya que es la que activa nuestra alarma sonora y la
que da señal a nuestra LCD que se encuentra en la parte física de nuestro acuario. En el sistema se
presentaron dificultades con el tema de la conexión del ESP 32 y la plataforma de Ubidots y
también la conexión y funcionamiento de la alarma sonara ya que en ambas no se tenía la
experiencia o la experticia de poder hacerlo con menos dificultades.

Abstract
In this degree project, IOT (Internet of Things) technology was used to build a remote
system and control an aquarium. A series of alerts that are part of the monitoring allow you to
detect anomalies and correct them, bringing the system back to normal after a fault has been fixed.
In addition, when a problem is found in the aquarium, an audible alarm system is activated and
through the Ubidots platform it will also generate an alarm that will be through an email message;
likewise, the platform will allow us to monitor the temperature, the pH and conductivity, which
we can view through the platform anywhere in the world, we did all the communication with two
devices that give us the ease of controlling and programming the way we want it to be better for
the care of the fish, the ESP 32 is one of the tools that we use in the project which allows us to
control the actuators and give a signal to our sensors and to be able to monitor the variables,
Ubidots acts as a link with the ESP 32 to have good communication with the sensors and actuators
. The Arduino is also a good tool in our project since it is the one that activates our audible alarm
and the one that gives a signal to our LCD that is located in the physical part of our aquarium. In
the system we had difficulties with the issue of the connection of the ESP 32 and the Ubidots
platform and also the connection and operation of the alarm sound since in both we did not have
the experience or expertise to be able to do it with less difficulties.

1. Introducción
En el presente proyecto se implementó un sistema automatizado para el control y
supervisión de un acuario usando tecnología IoT, se diseñara un sistema de control por medio de
una plataforma que se podrá manejar en cualquier parte del mundo por si algo este fallando se
implementaron alarmas para el fallo de la variables que se va a controlar que en este caso van a
ser la temperatura, pH y conductividad, la plataforma a utilizar tiene muchas funciones como
monitorear en cualquier momento el estado de las variables, notificaciones de las alarmas por si
algo falla en el sistema y control de actuadores en cualquier momento que el usuario desee activar
un actuador. En la parte física del sistema se podrá visualizar el estado de la variables y control de
los actuadores manualmente.
11

1.1 Planteamiento del Problema
Debido al hecho de que los acuarios son ecosistemas vivos dinámicos. Debido a esto,
necesitan un cuidado adicional a pesar de toda la automatización. Aunque aún no han sido
automatizados, tareas como monitorear temperatura, pH, conductividad, limpiar biotopos y
cambiar filtros siguen siendo vitales para la salud de un organismo. Dado que los usuarios viajan
con frecuencia, podrán comprobar el estado del acuario a través de IoT y beneficiarse de las
siguientes funciones: Monitorización a través de Internet.

Figura 1: Crecimiento personal de dispositivos conectados

Un sistema IoT es una integración cuya función es especificar dispositivos (incluidas
personas ver figura 1) en tiempo real, utilizando así la conectividadpara recibir y enviar datos
desde dispositivos. A través de este proyecto investigamos cómo se puede integrar un acuario en
el mundo de la tecnología IoT, permitiendo controlarlo y monitorearlo desde cualquier parte del
mundo.
En la actualidad se han construido espectaculares acuarios, algunos de los cuales cuentan
con más de 30.000 metros cúbicos de agua y miles de animales marinos, un ejemplo es el Acuario
de Georgia en Atlanta, Estados Unidos, como se muestra en la Figura 2.

Nota: tomado de https://www.prensariohub.com/iot-lo-ultimo-que-hay-que-saber/
https://www.prensariohub.com/iot-lo-ultimo-que-hay-que-saber/
12

Figura 2: Georgia Aquarium

Nota: Tomado de https://www.visittheusa.co/experience/donde-ver-dory-y-sus-amigos

Sin embargo, no solo se construyen como centros de atracción turística, sino que en muchos
establecimientos comerciales o comerciales se han incorporado acuarios como elementos
decorativos para atraer visitantes, como el AquaDom, un acuario cilíndrico que contiene 1 millón
de litros de agua salada y está ubicado en Inside the Radissom Hotel Berlin, como se muestra en
la Figura 3.

Figura 3: Berlín AquaDom
Nota: Tomado de https://aplaneticketandreservations.com/2017/01/12/aquadom-sea-life-berlin-germany/

https://www.visittheusa.co/experience/donde-ver-dory-y-sus-amigos
https://aplaneticketandreservations.com/2017/01/12/aquadom-sea-life-berlin-germany/
13

Muchos de estos acuarios no siempre los tiene por decoración o por tapar un vacío en un
negocio muchas de las personas tienen estos acuarios para transmitir una sensación de paz y
tranquilidad creando una sensación relajante por eso muchas personas optan por tener un acuario
en casa para fines de sentirse más relajados. A continuación un ejemplo de un acuario domestico
en la figura 4

Figura 4: Acuario Domestico

Nota: Tomado de https://www.acuariosdemarisco.es/aspectos-a-considerar-para-tener-un-acuario-en-casa_fb40305.html

1.2 Objetivos
El objetivo de este trabajo es construir un prototipo a escala que permita evaluar tecnologías
de Internet de las Cosas (IoT) para el control, monitoreo, automatización y supervisión de acuarios,
brindando soluciones de bajo costo. No se trata solo de conectar un dispositivo a una red y mostrar
los valores de sus sensores. De lo contrario, los datos también deben recopilarse, enviarse y
recibirse en tiempo real sin intervención humana directa. Asimismo, la programación permite que
los dispositivos realicen sus funciones, se comuniquen y tomen decisiones en base a la información
recibida, y los actuadores reaccionan a estas decisiones. Por otra parte, la recogida,
almacenamiento y gestión de datos nos permitirá monitorizar y automatizar actividades en base a
la información obtenida.
El proyecto permite el estudio de estas nuevas tecnologías, que están en expansión y
actualmente se consideran muy importantes, y, por otro lado, profundizar en otras tecnologías
vistas en los cursos realizados durante el período de tecnología.
https://www.acuariosdemarisco.es/aspectos-a-considerar-para-tener-un-acuario-en-casa_fb40305.html
14

1.2.1 Objetivo general
Desarrollar un sistema de monitoreo y control de temperatura, pH y conductividad en un
acuario que utilice la plataforma IoT para alerta al usuario.

1.2.2 Objetivos específicos
1. Desarrollar un sistema de control de temperatura, pH y conductividad para el acuario.
2. Implementar un sistema de monitoreo mediante la tecnología IoT.
3. Implementar un sistema de alerta sonoro, visual y mensaje de texto.

2. Alcance
El objetivo del proyecto era desarrollar un sistema que fuera simple de instalar en el hogar,
que pudiera regular la configuración del acuario y que permitiera al propietario administrarlo y
observarlo desde cualquier lugar con conexión a Internet.
Necesitarás estas cosas para esto.
• Usar, diseñar, desarrollar e implementar un sistema de hardware inteligente.
sensores, actuadores y un microcontrolador.
• Interacción con los sensores para obtener los datos que recogen.
• Información intercambiada entre el hardware y la plataforma de Internet.
• Cree una interfaz gráfica de usuario para la plataforma de su elección.
• Gestiona los datos para que puedas comprobar el estado del acuario en cualquier momento.
• Guardar los datos obtenidos para que puedan ser procesados y examinados posteriormente.
• Visualizar gráficamente la evolución de los datos.
• Configurar los principales parámetros de control del acuario.
• Inicie/detenga los actuadores según sea necesario.
• Use su teléfono para administrar el sistema de forma remota y recibir alertas físicas.

Figura 5: Acuario a utilizar
Nota: Elaboración propia Propiedad del autor

El acuario donde se desarrollará este trabajo de grado se observa en la figura 5, y es donde
estará el sistema de control y monitoreo usando la tecnología IoT para así lograr una mejor calidad
de vida a los seres vivos que habitan en este.

3. Antecedentes
El proyecto realizado por Carlos Vallejo trata de un monitoreo y control de pH a través de
una sonda standard para acuarios. El equipo regula el pH del acuario a través de la inyección de
corte de CO2 en un rango estable elegido por el usuario. (Vallejo, s.f.)
El sistema diseñado por Juan Sebastián sarria y desarrolla el control de inyección de CO2:
acá se trató de innovar un poco en lo que había en el mercado, que son las tradicionales válvulas
solenoide para corte. También permite el conteo de las burbujas /seg de CO2 y su dosificación y
temporización. (Sarria, s.f.)
El proyecto llevado a cabo por diego Camargo trata de un módulo de control de nivel de
agua: funciona con dos sensores de nivel que se regulan para cargar agua desde la red doméstica
u otro recipiente, a través de dos bombas en serie, para evitar desborde o vaciado si falla una.
Monitoreo de funcionamiento de bombas y aviso de falla. El controlador puede activar una válvula
a solenoide o una bomba para cargar agua al acuario y mantener el nivel deseado, prefijado por el
usuario. (camargo, s.f.)

4. Metodología
4.1 modalidad de investigación
Investigación aplicada
En el presente proyecto se define como proyecto de investigación aplicada, porque se
realizó la implementación física del prototipo lo cual se hizo todo el montaje se habla en el informe
de los sensores, actuadores, plataforma IoT y alarmas.

Investigación bibliográfica-documental
la investigación bibliográfica documental se obtuvo de artículos, Blogger y paginas
oficiales de los dispositivos utilizados lo cual sirvió mucho ya que nos proporcionaron el
conocimiento y técnicas usadas para llevar a cabo el proyecto.

4.2 Recolección de información
Para el desarrollo del proyecto, se utilizaron documentos, proyectos de investigación
referente acuarios, así como de repositorios de las diferentes universidades del país, además de
dispositivos electrónicos para la adquisición de datos.

4.3 Procesamiento y Análisis de Datos
La información obtenida en la investigación de campo sirvió para aclarar dudas y brindar un mejor
sistema de control electrónico en el acuario y tener en cuenta futuras mejoras, ya que las pruebas tuvieron
mucho que ver a la hora de tomar decisiones. Es importante tener en cuenta que, en el caso de la temperatura,
entre menor sea esta, mayor será la exactitud del sensor DS18B20. Las mediciones fueron tomadas de
mayor a menor, teniendo en cuenta su temperatura y el margen de error proporcionado por cada una de las
temperaturas. Estos valores específicos fueron tomados de la tabla No 3. La conductividad mostró un
porcentaje menor, lo cual no es motivo de preocupación de que el sensor se descalibre, ya que las pruebas
se realizaron con tres tipos de aguas, dos de las cuales se encuentran dentro de los parámetros establecidos.
Unade ellas, que es la contaminada, debe evitarse en los acuarios. Por lo tanto, para evitar este tipo de agua,
que es una de las alarmas a tener en cuenta, hay una bomba que va a sacar el agua contaminada y le dará
paso al agua limpia, la cual no afecta la salud de los peces. El sensor de pH fue el sensor en el que se
hicieron más pruebas, ya que tiende a descalibrarse fácilmente, lo cual pudimos corroborar que tiene un
nivel de exactitud Bueno, por los resultados obtenidos, él tuvo varios problemas con el sensor, por eso se
hicieron varias pruebas con pH definidos y se logró tener con exactitud los valores y tener coherencia con
los resultados del sensor y con el pH de prueba. Los resultados obtenidos de dicho sensor se pueden ver en
17

la tabla No 4, los resultados de los actuadores fueron más satisfactorios ya que se compenetraron bien con
la página y las alarmas tanto físicas como las de la plataforma ubidots.

5. Métodos de uso actuales
Existen diversas empresas que ofrecen productos para el control de acuarios como, por ejemplo:
 ProFiLux GHL Iberia: PROFILUX es actualmente el sistema más completo que existe
en el mercado para controlar y monitorear acuarios, es un sistema muy avanzado que
brinda demasiadas funciones que permite salir tranquilos de casa.

Figura 6: ProFilux 3.1T

Nota: Tomado de http://www.profilux.es/profilux-3-1t/

 Aquatronica: Aquatronica permite al aficionado sentirse cómodo con el conocimiento de
que su acuario está bajo control y siempre en un ambiente saludable para sus peces o
corales, incluso si se encuentran fuera de su ciudad durante algunos días. "El sistema de
control de Aquatronica es muy sencillo e intuitivo.
Figura 7: Unidad de control ACQ130

Nota: Tomada de https://www.aquatronica.com/pc_index.php?L=ita&PAGE=home&OTP=/

http://www.profilux.es/profilux-3-1t/
https://www.aquatronica.com/pc_index.php?L=ita&PAGE=home&OTP=/
18

Neptune: Neptune Systems ofrece una familia excepcional y completa de equipos,
controladores, sensores y accesorios. El equipo principal se puede usar solo, como parte de una
solución especialmente diseñada, o todos juntos en un sistema de equipo de acuario integrado fácil
de usar.

Figura 8: Plataforma ApexEL

Nota: Tomado de https://www.neptunesystems.com/apexel/

Junto con los sistemas comerciales anteriores, hay una serie de proyectos de código abierto.
Dos de estos proyectos, Jarduino y Fernuino, utilizan el microcontrolador Arduino Mega. Aunque
Jarduino fue diseñado para controlar sistemas de riego, es sencillo modificar el código para operar
acuarios. La Figura 9 ilustra un módulo de Cerduno.

https://www.neptunesystems.com/apexel/
19

Figura 9: Ferduino

Nota: Tomado de https://www.ferduino.com/

Teniendo en cuenta lo anterior, se puede concluir que existen numerosas soluciones de
control de acuarios disponibles en el mercado en estos momentos. Todas estas marcas
proporcionan un control total del acuario, ofreciendo precisión y facilidad. de instalación, Por lo
tanto, estos bienes están fuera del alcance de nuestro proyecto.

Las placas para sistemas Open Source, es un entorno integrado para el Arduino mega 2560,
el módulo ethernet W5100, y varios conectores para bombas, sensores de nivel y sensores de
temperatura, lo que facilita el trabajo. para conectar los diversos componentes entre sí, lo que
simplifica su integración. Sin embargo, ofrecen ninguna capacidad de IoT. Se pudo inferir de
todos estos factores que estos sistemas no satisfacen los requerimientos.

6. Descripción del sistema
El sistema que se desarrolló consta de un acuario equipado con sensores para registrar los
valores de los parámetros primarios del sistema y actuadores para controlarlo. Utiliza un
dispositivo IoT para comunicarse con los sensores y actuadores. Se utiliza un enrutador para la
comunicación bidireccional con la nube. En una plataforma IoT, la información se mantiene en la
nube. Se puede visualizar, analizar y compartir información utilizando la plataforma IoT. En la
figura 10 se puede ver una descripción grafica del sistema a desarrollar en este proyecto.

https://www.ferduino.com/
20

Figura 10: Descripción del sistema

Nota: Tomada de Elaboración propia

 TEMPERATURA: La temperatura que debe mantener tu acuario de agua dulce para tus
peces tropicales vivan de manera óptima debe estar entre los 24º y 25º. De lo contrario, los
peces se sentirán incómodos y estresados. (ANIMAL, 2023)
 PH: El PH indica si el agua es alcalina, neutra o ácida. Se rige por una escala del 1 al 14,
siendo el 1 el valor más ácido y el 14 el más alcalino. El PH recomendado en cualquier
acuario suele oscilar entre el 6,6 y el 7,6. Por eso, si los valores son más altos, hay que
Preguntarse cómo bajar el PH del acuario. (animal, 2023)
 Calidad del agua: Los buenos sistemas de filtración e intercambio de agua son esenciales
para garantizar una alta calidad del agua.
 Iluminación: La iluminación es un factor importante para los seres que habitan allí y el
acuario requiere de la misma de 9 a 12 horas diarias aproximadamente.

2. Comparación y elección de materiales
A continuación, vamos a presentar los componentes a usar para la ejecución del proyecto
2.1 Sensores
Los sensores son herramientas da la facilidad de recoger datos que los envían ya sea a una
base de datos o la nube. En otras palabras, responden a cambios en una variable física convirtiendo
esos cambios en una señal eléctrica que luego transmiten a un dispositivo lógico. Se instalarán tres
sensores, uno para temperatura, pH y conductividad, en el acuario.

2.2 Actuadores
Los actuadores permiten comunicarnos con el sistema mientras contabilizan la información
recopilada por los sensores. Se requerirán relés porque la mayoría de los actuadores que se van a
usar requieren voltajes y corrientes mayores que las proporcionadas por la junta de Arduino.
Existen cinco actuadores, una bomba de agua, una lámpara, calentador, ventilador y un
dispensador de líquidos en el acuario.

2.3 Dispositivo IoT
Una red global de computadoras conectadas constituye Internet. Cualquier componente que
se conecta Internet debe estar equipado con algún tipo de dispositivo electrónico que le permita
leer y enviar datos a la red. La mejor opción es utilizar un microcontrolador o un microordenador
dadas las especificaciones del proyecto a realizar. Estos dispositivos están compuestos por un
circuito integrado programable que puede ejecutar los comandos almacenados en su memoria.
permite gestionar los componentes de entrada y salida. Contienen periféricos, puertos de entrada
y salida, memoria (RAM y ROM), una unidad central de procesamiento (CPU) y otros
componentes.

Arduino Uno R3
Es una placa que contienes 14 pines de entrada/salida digital (el cual 6 se usan como
salidas PWM), 6 analógicas y un resonador cerámico de 16 MHz (CSTCE16M0V53-R0), una
conexión USB, un conector de alimentación, puede jugar con su Uno sin preocuparse demasiado
por hacer algo mal. (arduino.cc, 2023).

Figura 11: Arduino Uno
Nota: Tomada de https://arduino.cl/arduino-uno/

Arduino Mega 2560
Es una placa microcontrolador basada en el ATmega2560 . Contiene 54 pines de
entrada/salida digital (15 de ellos se usan como salidas PWM), 16 como entradas analógicas, 4
UART ,un oscilador de cristal de 16 MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, un
cabezal ICSP, y un botón de reinicio.

Figura 12: Arduino Mega

Nota: Tomada de https://arduino.cl/arduino-mega-2560/

Arduino Yún
Con la potencia de un sistema basado en Linux que permite aplicaciones y conexiones de
red avanzadas. La conexión a su red Wi-Fi o por cable es sencilla gracias al panel web de Yún y
al programa dedicado ''YunFirstConfig'' . El panel weble permite administrar sus preferencias de
https://arduino.cl/arduino-uno/
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-2549-8-bit-AVR-Microcontroller-ATmega640-1280-1281-2560-2561_datasheet.pdf
https://arduino.cl/arduino-mega-2560/
https://www.arduino.cc/en/Tutorial/YunFirstConfig
23

escudo y cargar su boceto. El Yún Rev. 2 utiliza la biblioteca Bridge y, por lo tanto, amplía las
capacidades de la placa mediante el uso del procesador Linux. (“Arduino Yún Rev. 2”) Como
siempre, cada elemento de la plataforma (hardware, software y documentación) está disponible
gratuitamente y es de código abierto. Esto significa que puedes aprender exactamente cómo está
hecho y usar su diseño como punto de partida para tus propios proyectos.

Figura 13: Arduino Yún

Nota: Tomada de (Herramientas tecnologicas profesionales, s.f.)
Waspmote
La Waspmote fue diseñada para poder trabajar en un consumo bajo. Los interruptores
digitales permiten encender y apagar cualquiera de las interfaces de los sensores, así mismo los
módulos de radio.
Figura 14: Waspmote

Nota: Tomada de https://www.libelium.com/iot-products/waspmote/

Hay muchas empresas que tienen plataformas de microcontroladores que ofrecen una
funcionalidad comparable en microcomputadoras además de las placas mencionadas
anteriormente.

https://www.arduino.cc/en/Reference/YunBridgeLibrary
https://www.libelium.com/iot-products/waspmote/
24

Raspberry Pi 3 Model B+

Procesador quad-core de 64 bits a 1,4 GHz, LAN inalámbrica de doble banda, Bluetooth
4.2/BLE, Ethernet más rápido y compatibilidad con Power-over-Ethernet (con PoE HAT
independiente). (raspberrypi)
Figura 15: Raspberry

Nota: Tomada de https://www.raspberrypi.com/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/

Después de examinar la gama de opciones disponibles, Arduino y Raspberry Pi son los dos
mejores lugares para comenzar en esta industria. Aunque pueden parecer muy similares en algunos
aspectos, en realidad son muy diferentes en términos de funcionalidad. La principal distinción
entre los dos es que Raspberry Pi es una minicomputadora, mientras que Arduino es un
microcontrolador. Esto implica que Arduino tiene menos funciones disponibles, pero en cambio
facilita el aprendizaje. Se seleccionó la plataforma Arduino para este proyecto porque ya que es
más adecuada para llevar a cabo proyectos electrónicos por su simplicidad. Arduino es versátil y
asequible.

Se optó por el arduino ya que durante la tecnología se utilizó en diferentes prácticas y
proyectos además cuenta con una facilidad a la hora de programarse y usar sus librerías y como
segunda herramienta se usó el ESP32 se ha utilizado en prácticas anteriores y se cuenta con la
experiencia y conocimiento de realizar sistemas IoT la cual se nos hizo un poco más sencillo a la
hora de programar y enlazar el dispositivo a Ubidots que fue la plataforma escogida para controlar
y monitorear el acuario.

https://www.raspberrypi.com/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/
25

Además, cuenta con un único IDE para todos los sistemas operativos y una gran variedad
de shields que le permiten expandir su área de acción. Para Arduino, hay aplicaciones y librerías
disponibles, que incluyen herramientas de diseño de circuitos y programación en entornos gráficos.
Esto amplía la gama de aplicaciones potenciales. La Figura 18 ilustra los principales factores que
hacen de Arduino la plataforma más utilizada.

Figura 16: Claves de Arduino
Nota: Tomada de https://www.aprendiendoarduino.com/talleres/arduino-fundamentos-de-hardware-iot/

Los modelos más populares dentro de Arduino son Arduino Uno y Arduino Mega. Debido
a sus entradas analógicas y digitales, que son los componentes más cruciales de este proyecto y se
encuentran en el Arduino Uno, que está diseñado para proyectos de esta naturaleza, ha sido
seleccionado para su uso en este proyecto.

2.5 Tecnologías de conectividad
Para conectar el dispositivo IoT a las plataformas y servicios IoT. Se necesita un protocolo
de comunicación y una infraestructura de red. Las tecnologías de red vienen en una variedad de
formas, desde las más pequeñas hasta las más grandes. Están disponibles redes de área personal
inalámbricas como 6LoWPAN, zigBee o Bluetooth, así como redes inalámbricas más grandes
como Wifi.
A través de una red más grande, Internet, los datos recopilados por estas redes se envían a la
plataforma IoT. Al utilizar tecnologías LTE o 4G, los teléfonos móviles también se pueden usar
https://www.aprendiendoarduino.com/talleres/arduino-fundamentos-de-hardware-iot/
26

para acceder a servicios web remotos. Los logotipos de varios protocolos de comunicación se
representan en la figura 20.

Figura 17: Logo de diferentes protocolos de comunicación
Nota: Tomada de Elaboración propia

6LoWPAN: Es posible utilizar IPv6 sobre redes basadas en IEE 802.15 gracias al estándar (IPv6
sobre redes de área personal inalámbricas de baja potencia). 4 mínimo. Permite que los
dispositivos, como los nodos de la red inalámbrica, se comuniquen directamente con otros
dispositivos IP.

Zigbee: Las principales ventajas de la tecnología Zigbee son su bajo coste, su sencillez y la
implementación de un sistema de comunicación inalámbrica en la banda de 24 GHz. También está
diseñado para aislar el ruido. Su alcance es de unas pocas decenas de metros. Se basa en IEEE
802.15. mínimo cuatro. Por lo general, se emplea en situaciones en las que el consumo juega un
papel importante.

Bluetooth: Los protocolos de seguridad y control se implementan en software, mientras que el
hardware se basa en un chip de radio. Se utiliza un programa de software para implementar el
protocolo de seguridad. Es un protocolo de comunicación inalámbrica para la transmisión de datos
por radiofrecuencia entre dos dispositivos inalámbricos que se encuentran dentro de un rango de
10 metros. Se basa en IEEE 802.15. 1 punto de referencia.

Redes Wifi: Es una tecnología estándar abierta que permite la conectividad inalámbrica entre
computadoras y redes de área local. Se basa en el estándar IEEE 802.11x (a, b, g) y se diseñó
específicamente para funcionar como una red Ethernet inalámbrica. Utiliza señales de
radiofrecuencia que se proponen por aire para llevar a cabo la transmisión. Un par de sus beneficios
son la rápida inserción de dispositivos en la red y la capacidad de usar la red dentro de las
limitaciones del rango de transmisión.

Ethernet: Es el método aceptado para conectar computadoras a una red para que puedan
comunicarse entre sí o compartir el acceso a Internet. Es el protocolo de comunicación por cable
más popular en una red de área local (LAN). A través de un conector RJ-45 se realiza la conexión.
El estándar IEEE 802.3 sirve como base.

GSM: Con esta tecnología, también conocida como 2G, se hizo una transición de las
comunicaciones analógicas a las digitales. Según la región, se utiliza una banda de frecuencia
diferente para GSM. Las frecuencias de radio de 900 MHz y 1800 MHz se utilizan en Europa. Las
estaciones móviles son el nombre que se le da a los teléfonos usados. Se requiere una tarjeta SIM,
que contiene datos sobre el terminal y su usuario, para que una estación esté operativa. El IMEL
es un número de identificación especial para cada estación móvil. Además, las tarjetas tienen un
identificador internacional único que permite moverlas a otro dispositivo sin perder sus datos.

GPRS: Su base es el sistema de transmisión de voz GSM, que permite la comunicación vía satélite
sin el uso de cables o una conexión física directa entre dos terminales móviles. Se utilizan en
lugares donde la cobertura 3G y 4G no está disponible. La distinción principal entre GSM y GPRS
es que el primero se desarrolló con el objetivo de transmitir audio, mientras que el segundo se
desarrolló con el objetivode transmitir datos.

3G: Tecnología de tercera generación para teléfonos móviles. Una velocidad mínima de 200
Kbit/sy una velocidad máxima de 284 se pueden transmitir de forma inalámbrica utilizando esta
tecnología móvil. El nivel de seguridad de la comunicación aumenta en comparación con 2G, que
es otro beneficio.

4G: Tecnología de telefonía móvil de cuarta generación. Su velocidad máxima de transmisión en
movimiento es de 100 Mbit/s, y su velocidad máxima en reposo es de 1 Gbit/s. La velocidad a la
que los usuarios pueden navegar por Internet y descargar archivos es la distinción principal entre
3G y 4G. Con un tiempo de respuesta de tres a cuatro veces más corto, la cuarta generación es de
cinco a diez veces más rápida que la tercera.

Figura 18: ESP 32
Nota: Tomada de (ESP32-ARDUINO, 2018)

2.6 Plataformas IoT
El propósito principal de cualquier dispositivo IoT es intercambiar datos a través de la
comunicación con otros dispositivos y aplicaciones IoT.
La plataforma IoT conecta a los usuarios con las bases de datos, los puntos de acceso y el
hardware. Estos son sus principales objetivos:
• Garantizar la transmisión de datos y la interacción de los dispositivos.
• Mantener los datos recopilados del hardware en la nube.
• Tome medidas informadas basadas en los datos que han recopilado los dispositivos.
• Revisar los datos que han recopilado los gadgets.
• Integración de varios sistemas.

Con la ayuda de las plataformas IoT, se puede visualizar los datos, crear eventos y hacer mucho
más. Actualmente hay muchas plataformas IoT disponibles. En el artículo titulado "Top 20 IoT
Platforms in 2018” se puede ver un estudio de varias plataformas IoT. En la figura 22, se puede
ver los logotipos de las diversas plataformas IoT mencionados en el artículo.

Figura 19: Varias Plataformas IoT

Nota: Tomada de Elaboración propia
Todos los días surgen nuevas plataformas de IoT y, debido al gran volumen de estas
plataformas, es un desafío analizarlas todas. Categorizando las cosas según su precio y la industria
a la que están destinadas para facilitar el análisis.
• Sitios web diseñados para pequeñas empresas. plataformas con restricciones en la cantidad
de mensajes que pueden enviar y la cantidad de dispositivos conectados, pero que aun así
están disponibles para su uso de forma gratuita.
• Sitios web que brindan servicios en todo el mundo. Además, ofrecen versiones de prueba
o servicios gratuitos. Son el paso intermedio entre las plataformas centradas en IoT y las
plataformas utilizadas por las grandes empresas. IFTTT Maker, Particle, Firebase Google
y TheThingsIo son algunos de ellos.
• Las plataformas de software de grandes corporaciones como Google, Amazon, Microsoft
e IBM.

Debido a que están enfocados a la conectividad de los objetos y debido a que varios de
ellos se encuentran dentro del primer grupo de plataformas orientadas a la pequeña empresa, nos
interesa utilizarlos para desarrollar nuestro proyecto. Muchas de estas plataformas permiten un uso
gratuito con algunas limitaciones y son totalmente configurables. Incluyen plataformas como se
logra ver en la figura 23.
30

Figura 20: Plataformas IoT
Nota: Tomada de elaboración propia

De estas seis plataformas se prueban la plataforma Ubidots
 Ubidots
Es una plataforma que permite a las empresas crear aplicaciones de IoT que transforman
los datos de los sensores en conocimiento útil. Emplear un equipo de ingeniería para crear
una aplicación IoT que funcione y se vea bien es costoso en términos de tiempo y dinero.
Para integrar rápidamente una solución IoT en cualquier negocio o proyecto de
investigación, Ubidots es un recurso útil y asequible.

Figura 21: Consola de Ubidots
31

Nota: Tomada de Captura de pantalla

La gestión de datos de Ubidots es completo ya que la plataforma es ligera para leer los datos
correspondientes y tiene mucha variedad de widgets y ordenes que lo hace aún más completa esta
plataforma. A continuación, en la figura 26 un ejemplo de dashboard de Ubidots.

Figura 22: Ejemplo Dashboard de ubidots
Nota: Tomada de Captura de pantalla
Ubidots dispone de distintas cuentas ya sea gratuitas, pruebas o de pago para cubrir distintas
necesidades de los usuarios como se puede ver en la figura 27.
32

Figura 23: Tipos de cuentas y precios de ubidots
Nota: Tomada de https://ubidots.com/pricing?_gl

 Cayenne my devices
Una plataforma de creación de prototipos de dispositivos IoT es Cayenne myDevices. Su
capacidad para ser una solución visual con funcionalidad de arrastrar y soltar, que permite
la configuración del sistema sin codificación, es una de sus mayores ventajas. El beneficio
es obvio: no es necesario escribir una sola línea de código del lado del servidor. El hecho
de que proporcionan, como a cualquier herramienta de este tipo, restringe severamente La
consola principal de Cayenne se representa en la figura 28.

Figura 24: Consola de Cayenne
Nota: Tomada de Captura de pantalla

https://ubidots.com/pricing?_gl
33

La API de MQTT sirve como el único medio de comunicación y la única restricción es
realizar llamadas a la API. Solo se pueden enviar 60 mensajes por minuto desde cada cliente, y se
pueden realizar 50 intentos de conexión desde cada IP cada diez minutos. Estas restricciones
restringen la cantidad total de mensajes enviados o intentos de conexión, en lugar de la cantidad
de dispositivos conectados. La Figura 29 muestra una ilustración de un Tablero creado usando esta
plataforma.

Figura 25: Dashboard de Cayenne

Fuente: Tomada de https://programarfacil.com/blog/arduino-blog/cayenne-mydevices-arduino-sensores-iot/

Ambas plataformas tienen métodos de trabajo muy similares, pero debido a que Ubidots es una
plataforma más reciente y simple de usar, se eligió esta. El logo de la plataforma se puede ver en
la Figura 30.

Figura 26: Logo de la plataforma elegida Ubidots

Fuente: Tomada de https://ubidots.com/
https://programarfacil.com/blog/arduino-blog/cayenne-mydevices-arduino-sensores-iot/
https://ubidots.com/
34

2.7 Sensores empleados en la estructura
A continuación, se visualizará los siguientes sensores a usar en el proyecto
2.7.1. Sensor de temperatura DS18B20
Se pueden usarlo para comprobar la temperatura del agua del acuario.
El sensor DS18B20 ofrece una resolución que va desde los 9 bits hasta los 12 bits. El
DS18B20, representado en la Figura 31, se comunica con un microprocesador central mediante un
bus de 1 cable, que por definición solo necesita una línea de datos (y tierra). No se requiere una
fuente de alimentación externa. Varios DS18B20 pueden funcionar con el mismo cable porque
cada DS18B20 tiene un código de serie de 64 bits distinto. -55°C a 125°C (-67°F a 257°F) es el
rango de temperatura. Precisión en el rango de -10 °C a 85 °C: 0,5 °C.

Figura 27: Sensor de temperatura DS18B20

Fuente: Tomada de h t t p s : / / e l e c t r o n i l a b . c o / t i e n d a / s e n s o r - d e - t e m p e r a t u r a - d s 1 8 b 2 0 -
t i p o - s o n d a /

2.7.2. Sensor analógico de pH DE DFROBOT
La Figura 31 muestra el sensor que se usará para medir el pH, consta de una sonda y una
placa controladora que emite un valor analógico proporcional a la medición. A continuación en la
tabla 1 se mostrará la escala que trabaja el sensor de pH que es de 1 al 14 en cada escala marca un
voltaje que entre más bajo sea la escala mayor es el voltaje que genere.

Tabla 1: Sensor de pH
Fuente: Tomada de https://www.dfrobot.com/wiki/index.php/PH_meter(SKU:_SEN0161)
El kit con el que viene comercialmente muestra un pH de 4.0 y con ese valor toca calibrar
el sensor por medio de muestrasque da el fabricante. Las principales características del sensor son:
 Alimentación: 5 V
 Rango de medición: 0 – 14 pH
 Temperatura de medición: 0 – 60ºC
 Precisión: ± 0,1 pH
https://electronilab.co/tienda/sensor-de-temperatura-ds18b20-tipo-sonda/
https://electronilab.co/tienda/sensor-de-temperatura-ds18b20-tipo-sonda/
https://www.dfrobot.com/wiki/index.php/PH_meter(SKU:_SEN0161)
36

 Tiempo de respuesta: ≤ 1 min
 Led Verde: Alimentación
 Led Rojo: Límite de pH

Figura 28: Sensor analógico de pH DE DFROBOT
Fuente: Tomada de Propiedad del autor

2.7.3 Sensor TDS analógico de gravedad DFROBOT
Para medir el nivel de TDS del agua, utilice un sensor de TDS que sea compatible con
Arduino. Se puede utilizar en los campos de hidroponía, uso doméstico y otras pruebas de calidad
del agua. Este producto acepta un amplio rango de voltaje de entrada de 3 a 5 V y una salida de
voltaje analógico de 0.

Figura 29: Sensor TDS analógico de gravedad DFROBOT

Fuente: Tomada de https://www.sigmaelectronica.net/producto/sen0244/

2.8 Actuadores y otros dispositivos utilizados en el sistema
2.8.1 Módulo de relés de TOOGOO 5V – 8 canales
El tablero Arduino Uno usado en el proyecto, podrá controlar las cargas y corrientes de 110
voltios hasta 10 A gracias a un relé, un dispositivo electromecánico. Para el estado operativo, tiene
luces indicadoras. ampliamente utilizado para controlar todas las MCU, el sector industrial, los
PLC y las casas inteligentes. Podemos ver el módulo utilizado en este proyecto en la figura 30.

Figura 30: Modulo relé 8 canales

Fuente: Tomada de https://ja-bots.com/producto/modulo-rele-8/
https://www.sigmaelectronica.net/producto/sen0244/
https://ja-bots.com/producto/modulo-rele-8/
38

2.8.2 Calentador
Debido a que se debe mantener una temperatura constante en el agua del acuario, a medida
que pasa el tiempo la temperatura del agua disminuye, lo cual es perjudicial para los peces y las
plantas. Para detener esto, se utiliza un calentador. El principal aspecto para tener en cuenta a la
hora de elegir el calentador adecuado es su potencia, que por lo general debe ser de 1 vatio por
cada litro de agua del acuario. El volumen del acuario en litros y la potencia requerida del
calentador están relacionados en la Tabla 2 con la diferencia térmica en grados Celsius.
Tabla 2: Potencia del calentador
Fuente: Tomada de http://www.deudei.es/acuarios/calcular-potencia-calentador-acuario/

Dado que el acuario que se usará tiene una capacidad de 60 litros, la potencia indicada en
la columna de 75 l es la recomendada. el calefactor debe tener 100 w de potencia porque la
diferencia térmica en invierno puede llegar a los 10 °C. Otra consideración importante al
seleccionar un calentador es si tiene o no un termostato. Usaremos esta función como seguridad
adicional para evitar que la temperatura del agua suba por encima del valor establecido por el
termostato. La figura 31 muestra el calentador que usaremos en esta situación, que es de 110 V -
150 W.
Figura 31: Calentador 110 V – 150 W con termostato
Fuente: Tomada de Propiedad del autor

2.8.3 Iluminación
http://www.deudei.es/acuarios/calcular-potencia-calentador-acuario/
39

La iluminación influye significativamente en la salud de los peces y las plantas de los
acuarios. Para determinar con precisión las necesidades de iluminación de nuestro acuario, se
deben tener en cuenta una serie de factores. iluminación fluorescente o led, por un lado. Dado que
la iluminación estará encendida durante mucho tiempo (9 a 12 horas), hemos decidido utilizar LED
en este proyecto a pesar de que son más caros. Esto se debe a que su eficiencia es muy importante.
Otro elemento que actúa en su contra es el calor generado por las luces fluorescentes. La
profundidad del acuario es otro factor para tener en cuenta porque la luminosidad disminuye
depende del acuario de la persona ya que cada acuario tiene su luz diferente. La iluminación media
requiere 20 lúmenes por litro y la iluminación alta 35. Las luces de menos de 5.500 K no se
recomiendan para el uso en acuarios porque favorecen el crecimiento de algas. Las temperaturas
de color entre 5500 y 6500 son las que hacen que las lámparas sean las mejores. Debido a que
nuestro proyecto requiere iluminación estándar (20 lúmenes por litro), Se necesita alrededor de
1200 lúmenes. La luz se programará en dos ciclos de cinco horas cada uno, separados por un
descanso de dos horas. Esto evitará el crecimiento de algas y no dañará las plantas. Para ello se
utilizará la barra LED de la figura 32.
Figura 32: Lámpara a utilizar
Fuente: Tomada de Propiedad del autor

2.8.3 BOMBA DE AGUA
Para ser efectivo, un sistema de filtración debe ser capaz de filtrar todo el volumen de agua
del acuario de tres a cinco veces en una hora. La bomba debe moverse entre 180 y 400 l/h debido
a los 60 l que tiene acuario. La bomba modelo RESUN P-400L tiene un caudal de 400 l/h y 10
watios de potencia. La figura 33 muestra esta bomba.
40

Figura 33: Bomba a utilizar

Fuente: Tomada de propiedad del autor

2.8.4 Display LCD 128×64 12864
Dado que un microcontrolador proporciona información en formato binario, una pantalla
alfanumérica es ideal para interactuar con él porque tiene un procesador que puede descifrar la
información binaria e imprimirla en forma alfanumérica. Hay 128 filas y 64 columnas en la
pantalla. A diferencia de sus competidores en el mercado (LCD 1602 o 2004), esta pantalla es
excelente para mostrar tanto gráficos como texto, lo que le permite diseñar interfaces más
complejas. utilizado en máquinas CNC, automatización industrial, impresoras 3D y dispositivos
de control. Se necesitan tres bits para el control de la pantalla y ocho bits para los datos, pero solo
se pueden usar cuatro bits para esta tarea porque la comunicación con el microcontrolador se
realiza en paralelo

ESPECIFICACIONES Y DISPONIBILIDAD.

Entrada de voltaje: 5 V.
• 360 mA es la corriente de entrada.
• 1 punto 8 W de potencia.
41

ST7920 es el dispositivo básico.
• 9punto 3 por 7 centímetros.
• Tamaño de pantalla: 3 2 pulgadas.

Figura 34: Display LCD 128×64 12864

Fuente: Tomada de propiedad del autor

2.8.5 Servomotor
Un servomotor es un dispositivo actuador que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier
posición dentro de su rango de operación, y de mantenerse estable en dicha posición. Ya que este
dispositivo trabaja por posiciones.
Figura 35: Servomotor

Fuente: Tomada de propiedad del autor
2.8.6 Ventilador
42

El ventilador es una máquina rotativa capaz de mover una determinada masa de aire a la que
comunicar una cierta presión que pone un gas en movimiento. También se define como una turbomáquina
que transmite energía para generar la presión necesaria con la que mantener un flujo continuo de aire.
Figura 36: Ventilador

Fuente: Tomada de propiedad del autor

3. Desarrollo del proyecto
.
En un acuario es importante tener controlado los parámetros para conseguir un buen habitad para que estén
saludables sin enfermedades. Sin embargo, es necesario determinar los valores correctos de temperatura,
pH y conductividad para sí mismo crear un buen habitad para los peces.

3.1. Modos de funcionamiento
El sistema podrá funcionar de dos formas diferentes:
• Modo Manual: Permite el control local de la activación y desactivación de los distintos
componentes del sistema por parte del usuario. No existe control automático.
• Modo automático: El sistema ejecuta las acciones preprogramadas en base a la información que
recibe de los sensores o de acuerdo con el cronograma establecido. con las funcionalidades
necesarias para lagestión del acuario. Además, permite la activación y desactivación manual de los
distintos componentes del sistema desde la plataforma.
3.2. Desarrollo del hardware del sistema
A continuación, se mostrarán las conexiones entre los sensores y los actuadores que se utilizaron,
seguido de una conexión entre el Arduino y el ESP 32.

3.3.1 Conexión del sensor de temperatura DS18B20
43

1-Wire es el protocolo de comunicación utilizado por el sensor de temperatura digital
DS18B20. Se requiere las librerías "OneWire.h" y "DallasTemperature.h” para comunicar los
sensores usando las bibliotecas y Arduino Uno. Al usar la dirección configurada de fábrica de 64
bits del dispositivo, se puede leer la temperatura de cada sensor. Como se muestra en la figura 40,
se conecta el sensor a un pin Arduino Uno para determinar la dirección del dispositivo.
Figura 37: Conexión DS18B29 Arduino
Fuente: Tomada de https://naylampmechatronics.com/blog/46_tutorial-sensor-digital-de-temperatura-ds18b20.html

Figura 38: Conexión DS18B20 ESP 32
Fuente: Tomada de https://blog.uelectronics.com/tarjetas-desarrollo/internet-of-things/como-programar-el-ds18b20-con-
arduino-ide-y-esp32/

3.3.2 Conexión del sensor analógico de pH
https://naylampmechatronics.com/blog/46_tutorial-sensor-digital-de-temperatura-ds18b20.html
https://blog.uelectronics.com/tarjetas-desarrollo/internet-of-things/como-programar-el-ds18b20-con-arduino-ide-y-esp32/
https://blog.uelectronics.com/tarjetas-desarrollo/internet-of-things/como-programar-el-ds18b20-con-arduino-ide-y-esp32/
44

En este proyecto, se requirieron las entradas analógicas A5, la fuente de alimentación y dos
GND, que pueden ser todos iguales, para conectar el sensor de pH al Arduino Uno. Se utiliza un
conector BNC para conectar la sonda a la placa del controlador. Como se puede ver en la figura
41, la placa del controlador tiene seis pines.
• La temperatura.
• Hacer: Señalar un límite de pH.
• Valor de pH expresado en unidades de Po.
• G: Tierra en un circuito analógico.
• G significa masa de alimentación.
• V es para potencia (5V).

Figura 39: Placa del sensor analógico de pH

Fuente: Tomada de https://electronilab.co/tienda/sensor-analogico-de-ph-de-0-14/

En esta conexión necesitamos conectar la masa (G), la alimentación que es de 5V y el Po que es la entrada
analógica.

Figura 40: Conexión del sensor analógico de pH Arduino

Fuente: Tomada de https://sawerssrl.freshdesk.com/support/solutions/articles/31000164678-modulo-ph-analogico-ph-4502c

Figura 41: Conexión del sensor analógico pH ESP 32
https://electronilab.co/tienda/sensor-analogico-de-ph-de-0-14/
https://sawerssrl.freshdesk.com/support/solutions/articles/31000164678-modulo-ph-analogico-ph-4502c
46

Fuente: Tomada de https://how2electronics.com/diy-iot-water-ph-meter-using-ph-sensor-esp32/

3.3.3 Conexión de sensor de conductividad
Sensor análogo de conductividad eléctrica, para Arduino™. Entre sus principales aplicaciones
están:
 Monitoreo de la calidad del agua
 Acuicultura
 Cultivos hidropónicos y acuapónicos
Características:
 Voltaje de operación: 5V
 Dimensiones del PCB: 45mm × 32mm
 Rango de medida: 1ms/cm ~ 20ms/cm
 Temperatura de operación: 5°C ~ 40°C
 Exactitud: < ±10% F.S (utilizando Arduino 10 bits ADC)
 Interfaz PH2.0 (3-pin SMD)
 Electrodo de conductividad
 Longitud del cable del electrodo: Aproximadamente 60cm
 Indicador de voltaje
https://how2electronics.com/diy-iot-water-ph-meter-using-ph-sensor-esp32/
47

Figura 42: Conexión sensor de conductividad Arduino

Fuente: Tomada de https://how2electronics.com/tds-sensor-arduino-interfacing-water-quality-monitoring/

Figura 43: Conexión sensor de conductividad ESP 32

Fuente: Tomada de https://how2electronics.com/aquarium-water-quality-monitor-with-tds-sensor-esp32/

3.3.4 Conexión de LCD 128x64
La pantalla es un LCD gráfico, iluminado con un contraste variable. Esta pantalla contiene
color azul y caracteres blancos. Se tienen las siguientes características:
 Resolución: 128 de largo y 64 de ancho
 Controlador: HJ12864ZW
 Alimentación: 3.3V a 5v con un consumo de corriente de 250mA.
 Luz de fondo: Azul
https://how2electronics.com/tds-sensor-arduino-interfacing-water-quality-monitoring/
https://how2electronics.com/aquarium-water-quality-monitor-with-tds-sensor-esp32/
48

 Velocidad de datos: 2Mhz
 Pantalla: 3.2″
 Tamaño: 9.3 x 7.0 x 1.0 cm
 Peso: 80g
En la siguiente tabla se muestra la configuración de pines de la pantalla, por lo tanto, es
posible que si tienes una pantalla con un modelo distinto la configuración pueda cambiar.
(HETPRO, 2021)
49

Figura 44: Esquema de pines
Fuente: Tomada de https://hetpro-store.com/TUTORIALES/lcd-i2c-arduino-128x64/
https://hetpro-store.com/TUTORIALES/lcd-i2c-arduino-128x64/
50

Figura 45: Conexión LCD 128X64 a Arduino
Fuente: Tomada de https://www.taloselectronics.com/blogs/tutoriales/como-utilizar-pantalla-grafica-lcd128x64-st7920

3.3.5 Conexión de servomotor
A continuación, se mostrará la conexión del servomotor al ESP 32 en la figura 47.

Figura 46: Conexión de servomotor

Fuente: Tomada de https://www.programadornovato.com/esp32-con-servo-girar-servomotor/

https://www.taloselectronics.com/blogs/tutoriales/como-utilizar-pantalla-grafica-lcd128x64-st7920
https://www.programadornovato.com/esp32-con-servo-girar-servomotor/
51

3.3.6 Conexión de ventilador
A continuación, se mostrará la conexión que se utilizó al ESP 32 en la figura 48.

Figura 47: Conexión de ventilador

Fuente: Tomada de https://programarfacil.com/blog/arduino-blog/rele-con-arduino-lampara/v
3.4. Sistema de alarma
Una alarma funciona a través de un equipo de dispositivos electrónicos distribuidos
estratégicamente dentro del acuario. Todos estos elementos forman parte del sistema de alarma
instalado. Esta se activa y da una señal de alerta cuando unos de los parámetros se encuentran fuera
de los rangos establecidos.
Figura 48: Icono alarma
Fuente: Tomada de https://es.dreamstime.com/icono-de-timbre-alarma-sonora

3.4.1 Funcionamiento
https://programarfacil.com/blog/arduino-blog/rele-con-arduino-lampara/v
https://es.dreamstime.com/icono-de-timbre-alarma-sonora
52

El funcionamiento será un sistema de alarma sonora el cual se utilizará un Buzzer activo
(zumbador) conectado junto a la placa de un Arduino uno o mega.

Figura 49: Buzzer activo (zumbador)
Fuente: Tomada de https://www.luisllamas.es/arduino-buzzer-activo/

3.4.2 Esquema de montaje
Para lograr el montaje se utilizará una placa electrónica integrada en este caso ya sea el
Arduino uno o mega, es sencillo de conectarlo ya que el mismo incorpora los componentes que
sean necesarios y así de esta manera proporcionar la corriente que necesita el mismo.

Figura 50: Conexión Buzzer activo
Fuente: Tomada de https://www.luisllamas.es/arduino-buzzer-activo/

Por lo tanto, simplemente alimentamos el módulo conectado al Vcc y GND a 5V y GND
de Arduino y para esta conexión solo se necesita usar una salida digital para lograr encender el
módulo como se muestra en la figura 51.
https://www.luisllamas.es/arduino-buzzer-activo/
https://www.luisllamas.es/arduino-buzzer-activo/
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Figura 51: Conexión buzzer activo a Arduino
Fuente: Tomada de https://www.luisllamas.es/arduino-buzzer-activo/

3.5. Desarrollo del software del sistema
Para la elaboración del proyecto se ha utilizado la siguiente herramienta de software.
3.5.1 Arduino
Es una plataforma la cual es basada en hardware y software libre que da facilidad para
programar.

Figura 52: Logo Arduino
Fuente: Tomada de https://icon-icons.com/icon/arduino-logo/168572Dado que hay varios modelos de placas Arduino oficiales disponibles, debemos ser específicos al usar el
término "Arduino". A pesar de que hay muchas placas diferentes, todas son miembros de la misma familia.
En Mac, Windows y Linux, el software Arduino (IDE) está disponible y las bibliotecas C se pueden usar
para ampliar el lenguaje. El primer paso para crear un programa Arduino es descargar la versión más
reciente del entorno de desarrollo (IDE), el software utilizado para crear aplicaciones, desde el sitio web de
https://www.luisllamas.es/arduino-buzzer-activo/
https://icon-icons.com/icon/arduino-logo/168572
54

Arduino. Como se muestra en la ilustración 53, el IDE de Arduino tiene una interfaz de usuario sencilla
que distingue cinco áreas.
• Menú: Las diferentes funciones se sitúan en una barra que se encuentra en la parte superior.
• Un menú de acceso rápido: La barra debajo del menú es donde encontrará los botones para las funciones
más utilizadas.
• Editor de texto: En qué ubicación se edita el código.
La consola. se muestran detalles sobre la actividad del IDE.
• El panel de mensajes: Es donde se muestran los mensajes de compilación o de error.
El código se divide en dos secciones clave
• Configuración: Es la parte del código del programa que sólo se ejecuta una vez, al principio.
• Bucle: Es el código que se ejecuta repetidamente.

3.5.2 Ubidots
Ubidots es una plataforma que facilita la toma de decisiones a las empresas que tiene una
integración de sistema global. Ya que el mismo puede enviar datos de los sensores a la nube, el
poder configurar tableros y alertas, tener la facilidad de lograr conectarse con otras plataformas e
usar herramientas de análisis y el arrojar mapas de datos en tiempo real. (ubidots.com, 2023)

Figura 53: Logo de Ubidots
Fuente: Tomada de https://connectamericas.com/es/company/ubidots

El primer paso es buscar Ubidots en la WEB del mismo modo nos encontraremos todas las
funciones y servicios que nos ofrece la plataforma. Ver figura54.

https://connectamericas.com/es/company/ubidots
55

Figura 54: Página principal de ubidots
Fuente: Tomada de https://ubidots.com/

3.5.3 Menú device
Para iniciar un proyecto de IoT en Ubidots hay que acceder al menú para crear un proyecto
nuevo de cero la cual le dará un acceso para así logar conectarlo a nuestra propia cuenta. Ver
figura 55.
Figura 55: Menú Device
Fuente: Tomada de https://stem.ubidots.com/app/devices/

3.5.4 Menú dashboard
Con la interfaz gráfica de usuario de un tablero, puede ver los datos como varios cuadros y
gráficos. Los tableros pueden tener varios widgets configurados junto con sus dimensiones, colores
y fuentes de datos. Además de utilizar datos históricos de conjuntos de datos que se actualizan a
https://ubidots.com/
https://stem.ubidots.com/app/devices/
56

intervalos regulares, los paneles también pueden mostrar información de sus dispositivos en
tiempo real. Se usan los paneles para controlar los dispositivos conectados en tiempo real, así como
para mostrar datos.

Figura 56: Menú dashboard
Fuente: Tomada de Elaboración propia
4. Control
A continuación, se mostrará la descripción y funcionamiento del control de cada una de las
variables a controlar las cuales son la temperatura, pH y conductividad.

4.1 Control de temperatura
El funcionamiento del control de temperatura permitirá al usuario controlar de forma local
y remota, en el momento que la misma se encuentre fuera de los rangos establecidos
inmediatamente activara la alerta y enviara un mensaje al correo donde estará mostrando que la
temperatura esta fuera de los rangos establecidos y así de esta manera el usuario podrá restablecer
la alerta ya sea de forma local o remota, si la temperatura se encuentra muy alta se activara el
ventilador como se muestra en la figura 60 para así mismo lograr bajar la misma al rango
establecido y si la temperatura se encuentra muy baja se activará el calentador para así restablecerla
a los parámetros establecidos como se muestra en la figura, cabe destacar que ambos actuadores
serán ON/OFF que se podrá manipular por medio de la aplicación de ubidots o físicamente tendrá
su respetivos interruptores.

Figura 57: Control de temperatura

Fuente: Tomada de Elaboración propia
4.2 Control de pH
El funcionamiento para poder logar el control del pH se utilizará un dispensador de líquidos
que su función será mediante un líquido de manera ON/OFF que se activará cuando el sensor de
este detecte una anomalía dentro del acuario referente al pH ya que a su vez si se encuentra fuera
de los rangos establecidos inmediatamente mandará la alerta y este sistema se activará para así
mimos regularlo al parámetro correspondiente como se muestra en la figura 58.
Figura 58: Control de pH
Fuente: Tomada de Elaboración propia
4.3 Control de conductividad
El funcionamiento para poder controlar la conductividad en primer lugar se tiene el sensor
el cual estará informando en qué estado se encuentra la misma y si realmente está dentro de los
parámetros establecidos, si se encuentra fuera del rango activara la alerta al usuario dándole
información que es el momento de hacer el cambio para así poder tener el habitad de los peces de
una forma sana y segura para esta acción de tomo una bomba para hacer el vaciado y llenado del
acuario la cual funcionará de manera ON/OFF que se podrá manipula por medio de la aplicación
de Ubidots o físicamente con su interruptor.
58

Figura 59: Control de pH

Fuente: Tomada de Elaboración propia

5. Pruebas
A continuación, se puede observar el funcionamiento y montaje del sistema el cual se estará
controlando los parámetros ya mencionados anteriormente y así de esta manera dándole
cumplimiento a cada uno de los objetivos.

5.1 Conexiones
Figura 60: conexión Arduino y pantalla LCD
Fuente: Tomada de Elaboración propia

Se puede observar la conexión entre el Arduino ya programado con los parámetros
establecidos y la pantalla LCD como se puede ver en la figura 61, esta le dará la facilidad a la
59

persona de poder mirar los rangos en el cual se encuentra el acuario en el momento y así de esta
manera monitorearlo.

Figura 61: Parámetros

Fuente: Tomada de Elaboración propia

Parámetros establecidos de acuerdo con los rangos que debe de tener un acuario para así poder darle una
vida útil a los seres que los habitan en este caso los peces.

Figura 62: Conexiones
Fuente: Tomada de Elaboración propia

En la figura 62 se puede observar ya todas las conexiones finalizadas del sistema logrando el
funcionamiento de cada uno de los sensores utilizados para así de esta manera controlar el acuario desde
cualquier parte del mundo.

5.2 Pagina

Figura 63: código
Fuente: Tomada de Elaboración propia

En esta parte del código podemos ver las variables a controlar como se observa en la figura 63, de
esta manera se hace la programación para así poder lograr la comunicación de la página con el sistema del
acuario.

Figura 64: Panel de control página
Fuente: Tomada de Elaboración propia

De esta manera es el panel de control de la página como se ve en la figura 64 donde se puede
observar los diferentes parámetros que se están controlando, y los controles para poder encender o apagar
lo que en su momento se requiera de acuerdo con las condiciones que se encuentre.

Figura 65: Historial de parámetros

Fuente: Tomada de Elaboración propia

La página tiene la opción de un historial de los parámetros que se puede observar en la figura 65
donde la persona podrá hacerle un seguimiento diariamente y así de esta manera lograr mantener el
acuario en sus óptimas condiciones de acuerdo con lo establecidos y los rangos solicitados.