Development of an Artificial Intelligent Lighting System for Protected Crops

[ES] En este artículo se presenta el desarrollo hardware y software de un sistema de iluminación artificial para cultivos protegidos. El sistema consta de un conjunto de lámparas, circuitos de control de potencia y un sensor de intensidad lumínica, que junto al software desarrollado en LabVIEW®, permiten llevar a cabo el control sobre la cantidad de energía irradiada durante todo el proceso de cultivo teniendo en consideración la forma en que esta energía se distribuye en cada fotoperiodo. Todo este proceso de control se realiza en un ordenador el cual se comunica con un dispositivo Arduino MEGA que cumple la función de tarjeta de adquisición de datos. Para programar el funcionamiento del sistema de control se diseña una interfaz que facilita al usuario la introducción de parámetros y la visualización de información del funcionamiento del sistema. Además, permite seleccionar la estrategia de control con el que se desea controlar el sistema pudiendo elegir entre un control predictivo o un control PD. Ambos algoritmos hacen uso de un modelo matemático de las lámparas el cual se encarga de transformar las señales generadas por los controladores en señales digitales que gobiernan el funcionamiento de la electrónica implementada. Finalmente, se analizan los resultados experimentales obtenidos en diversas pruebas realizadas haciendo uso de ambos algoritmos de control comparando los beneficios e inconvenientes de cada controlador.
[EN] This article describes the hardware and software development of an artificial lighting system for protected crops. The system consists of a set of lamps, power control circuits and light intensity sensor, which together with a software developed in LabVIEW® allow to carry out the control over the amount of energy radiated throughout the cultivation process taking into consideration how this energy is distributed in each photoperiod. All this monitoring process takes place in a computer which is connected to an Arduino MEGA device serves as data acquisition card. To program the operation of the control system an interface is designed that enables the user to input parameters and display the system operating information. It also allows selecting the appropriate control strategy with a choice of selecting a predictive control or PD control system. Both algorithms make use of a mathematical model of the lamps which is responsible for transforming the signals generated by the drivers in digital signals that govern the operation of the implemented electronic system. Finally, the experimental results are analysed in various tests using both control algorithms to show the benefits and disadvantages of each controller.
Los autores desean agradecer el apoyo y la financiación concedida por el Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, Automática y Física Aplicada de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid.