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https://doi.org/10.18502/espoch.v3i1.14470

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authors

  • J. Chimarro

    J. Chimarro

    Centro de Física, Universidad Central del Ecuador, Av. Universitaria, Quito 170129
  • F. Freire

    F. Freire

    Centro de Física, Universidad Central del Ecuador, Av. Universitaria, Quito 170129

Published Date

  • Nov 9, 2023

Device for Determining Variations in Stem Thickness of Trees

ESPOCH Congresses: The Ecuadorian Journal of S.T.E.A.M. / Volume 3 Issue 1 / Pages 510–520

Abstract

In precision agriculture, obtaining accurate information in real-time is essential when making relevant decisions; for example, to determine the hydric stress of plants, continuous monitoring of different plant variables such as stem thickness is required, since this is a very relevant indicator to define the water need. For this purpose, a low-cost prototype was developed to constantly monitor the fluctuations of the diameter of the trunk of a tree. The device has been designed so that it can acquire information autonomously with the help of a control software,. The sensitivity of the device allows measuring variations of up to 8 mm, which is considered optimal for this type of need. During the development of the prototype, the mechanical and electronic structure was designed using simulation software, considering the technical characteristics and functional requirements of the sensor, a control system and power supply. The prototype was built using a 3D printer, the mathematical model used in the control system was validated in a controlled environment presenting a percentage error of 2%, which is considered acceptable, prior to the implementation of the prototype in the field.


Keywords: agriculture, water stress, log diameter, 3D model.


Resumen


En la agricultura de precisión la obtención de información precisa y en tiempo real es fundamental al momento de tomar decisiones relevantes; por ejemplo, para determinar el estrés hídrico de las plantas se requiere de un monitoreo continuo de diferentes variables de la planta como el grosor del tallo puesto que este es un indicador de mucha relevancia para poder definir la necesidad hídrica. Con esta finalidad se desarrolló un prototipo de bajo costo para monitorear constantemente las fluctuaciones del diámetro del tronco de un árbol, el dispositivo ha sido diseñado de manera que pueda adquirir información de forma autónoma apoyado por un software de control, la sensibilidad del dispositivo permite medir variaciones hasta de 8 mm, lo cual se considera óptimo para este tipo de necesidad. Durante el desarrollo del prototipo se diseñó la estructura mecánica y electrónica utilizando software de simulación, tomando en cuenta las características técnicas y requerimientos funcionales del sensor, del sistema de control y alimentación. El prototipo se construyó utilizando una impresora 3D, el modelo matemático utilizado en el sistema de control fue validados en un entorno controlado presentando un error porcentual del 2 %, lo cual se considera aceptable, previo a la implementación del prototipo en campo.


Palabras Clave: Agricultura, Estrés hídrico, Diámetro de troco, Modelo 3D.

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