Plagavisión : desarrollo de un prototipo de nodo WSN con capacidad visual para la detección temprana de plagas

Schandy, Javier - González, Mauricio - Wainstein, Nicolás

Supervisor(es): Barboni, Leonardo - Gómez, Alvaro

Resumen:

En el presente documento se describe el trabajo realizado en el proyecto PLAGAVISIÓN, donde se desarrolló un prototipo funcional de un sistema de detección temprana de plagas en cultivos frutícolas mediante tecnologías de redes de sensores inalámbricos con capacidad visual. El mismo se enmarca dentro del convenio FPTA entre el Grupo de Microelectrónica del IIE-FING-UdelaR, el INIA y JUMECAL para el desarrollo de soluciones de WSN para el uso en el sector agropecuario. La necesidad surge por parte de los productores para mejorar el control de poblaciones de polillas Cydia Pomonela y Cydia Molesta en los cultivos. Tradicionalmente estos controles se realizaron mediante el conteo manual y local de los especímenes atrapados en trampas que en su piso contienen un adhesivo y feromonas de la especie. Éstas se encuentran ubicadas de manera distribuida en el terreno, colgadas de las ramas de los árboles. En este contexto, el diferencial que ofrece esta solución es obtener en tiempo real imágenes distribuidas de las trampas, para así generar una base de datos mediante una red inalámbrica integrada por nodos de costo accesible con autonomía energética de varios meses. La información obtenida permite tomar decisiones en torno al uso de pesticidas y control mediante confusión sexual, repercutiendo en una mejor calidad de las cosechas. El prototipo diseñado e implementado se compone por un nodo TelosB compatible CM3000 (integrado por un MCU MSP430 y una radio CC2420), una cámara Linksprite LS-Y201, LEDs para la iluminación, un circuito interfaz con switches para controlar la alimentación de la cámara y la iluminación, y dos baterías AA. El sistema propuesto es capaz de capturar, almacenar, procesar y transmitir las imágenes hacia un nodo sink dos veces al día con una autonomía energética esperada superior a los 28 meses. Se diseñó además un gabinete en acrílico para proteger al sistema de las condiciones ambientales. Los nodos utilizan Contiki OS, un RTOS que realiza el control de los recursos hardware e integra distintos stacks de red para WSN. Sobre este sistema operativo se escribieron los distintos módulos de la aplicación entre los que se encuentran el driver de la cámara, el procesamiento de las imágenes y las transmisiones por radio. En el proyecto se exploró en técnicas de procesamiento de imágenes en hardware reducido y se alcanzó a implementar, por fuera del alcance estipulado inicialmente, un algoritmo de decodificación parcial de imágenes JPEG y de detección de polillas mediante un clasificador lineal Fisher. El procesamiento permite reducir la cantidad de datos a ser transmitidos, al enviar únicamente el conteo de polillas o tomar decisiones locales sobre cuándo enviar las imágenes (e.g. no enviar hasta alcanzado cierto umbral o enviar solamente cuando existan cambios incrementales significativos en el conteo) repercutiendo en una mayor autonomía energética y en una simplificación de la red. El principal desafío en torno al estudio, diseño e implementación de la red consistió en la necesidad de encontrar protocolos orientados a conexión y confiables en WSN que tuvieran el menor consumo energético posible. La necesidad de una calidad de servicio orientado a conexión y confiable surge por tratarse de imágenes JPEG donde no son admisibles pérdidas, duplicados o desorden de los paquetes. Se realizaron ensayos de caracterización del consumo de corriente y se estimó la carga consumida en cada ciclo de ejecución. Se logró obtener niveles de bajo consumo de corriente, lo que permite una autonomía energética superior a la planteada en los objetivos del proyecto


Detalles Bibliográficos
2014
Electrónica
Español
Universidad de la República
COLIBRI
http://hdl.handle.net/20.500.12008/20093
Acceso abierto
Licencia Creative Commons Atribución – No Comercial – Sin Derivadas (CC - By-NC-ND)
Resumen:
Sumario:En el presente documento se describe el trabajo realizado en el proyecto PLAGAVISIÓN, donde se desarrolló un prototipo funcional de un sistema de detección temprana de plagas en cultivos frutícolas mediante tecnologías de redes de sensores inalámbricos con capacidad visual. El mismo se enmarca dentro del convenio FPTA entre el Grupo de Microelectrónica del IIE-FING-UdelaR, el INIA y JUMECAL para el desarrollo de soluciones de WSN para el uso en el sector agropecuario. La necesidad surge por parte de los productores para mejorar el control de poblaciones de polillas Cydia Pomonela y Cydia Molesta en los cultivos. Tradicionalmente estos controles se realizaron mediante el conteo manual y local de los especímenes atrapados en trampas que en su piso contienen un adhesivo y feromonas de la especie. Éstas se encuentran ubicadas de manera distribuida en el terreno, colgadas de las ramas de los árboles. En este contexto, el diferencial que ofrece esta solución es obtener en tiempo real imágenes distribuidas de las trampas, para así generar una base de datos mediante una red inalámbrica integrada por nodos de costo accesible con autonomía energética de varios meses. La información obtenida permite tomar decisiones en torno al uso de pesticidas y control mediante confusión sexual, repercutiendo en una mejor calidad de las cosechas. El prototipo diseñado e implementado se compone por un nodo TelosB compatible CM3000 (integrado por un MCU MSP430 y una radio CC2420), una cámara Linksprite LS-Y201, LEDs para la iluminación, un circuito interfaz con switches para controlar la alimentación de la cámara y la iluminación, y dos baterías AA. El sistema propuesto es capaz de capturar, almacenar, procesar y transmitir las imágenes hacia un nodo sink dos veces al día con una autonomía energética esperada superior a los 28 meses. Se diseñó además un gabinete en acrílico para proteger al sistema de las condiciones ambientales. Los nodos utilizan Contiki OS, un RTOS que realiza el control de los recursos hardware e integra distintos stacks de red para WSN. Sobre este sistema operativo se escribieron los distintos módulos de la aplicación entre los que se encuentran el driver de la cámara, el procesamiento de las imágenes y las transmisiones por radio. En el proyecto se exploró en técnicas de procesamiento de imágenes en hardware reducido y se alcanzó a implementar, por fuera del alcance estipulado inicialmente, un algoritmo de decodificación parcial de imágenes JPEG y de detección de polillas mediante un clasificador lineal Fisher. El procesamiento permite reducir la cantidad de datos a ser transmitidos, al enviar únicamente el conteo de polillas o tomar decisiones locales sobre cuándo enviar las imágenes (e.g. no enviar hasta alcanzado cierto umbral o enviar solamente cuando existan cambios incrementales significativos en el conteo) repercutiendo en una mayor autonomía energética y en una simplificación de la red. El principal desafío en torno al estudio, diseño e implementación de la red consistió en la necesidad de encontrar protocolos orientados a conexión y confiables en WSN que tuvieran el menor consumo energético posible. La necesidad de una calidad de servicio orientado a conexión y confiable surge por tratarse de imágenes JPEG donde no son admisibles pérdidas, duplicados o desorden de los paquetes. Se realizaron ensayos de caracterización del consumo de corriente y se estimó la carga consumida en cada ciclo de ejecución. Se logró obtener niveles de bajo consumo de corriente, lo que permite una autonomía energética superior a la planteada en los objetivos del proyecto