Sistema de monitoreo remoto de humedad,
temperatura y estado de los brotes en un
germinador autom
´
atico
Remote monitoring system for humidity, temperature and sprout status
in an automatic germinator
Marco Aurelio Nu
˜
no-Maganda
∗ 1
, Yahir Hern
´
andez-Mier
1
, Angel David Mendoza-Valdez
1
,
Lessly Gabriela Galv
´
an-Villanueva
1
, Said Polanco-Martag
´
on
1
1
Polytechnic University of Victoria,
Victoria, Tamaulipas, 87138, Mexico
∗
mnunom@upv.edu.mx
Abstract—The present work describes the design of
electronic circuits for an irrigation system of an automatic
germinator and the monitoring of the sprouts using a camera
and artificial vision algorithms. This project aims to automate
the seed development process to provide the right conditions
for proper growth and later transplanting when it reaches
the seedling stage, as well as to detect growth problems in
the early stage. We tested the developed prototype with five
fast-germinating crops: onion, lettuce, cilantro, chili, and bean
seeds. We compared the performance of sprouts germinated in
the proposed system with others germinated outside the device
under different conditions. The irrigation system includes a
basic control that, based on a target humidity threshold, turns
on the water pump to modify the current conditions to reach
the target humidity.
Keywords: Automatic Seed Germination; Automatic
Irrigation; Computer Vision; Remote Monitoring, Embedded
System.
Resumen— El presente trabajo describe el dise
˜
no de
circuitos electronicos para un sistema de riego de un
germinador autom
´
atico, asi como el monitoreo de los brotes
mediante una c
´
amara y algoritmos de visi
´
on artificial. El
prop
´
osito de este proyecto es poder automatizar el proceso de
desarrollo de la semilla, para poder brindarle las condiciones
adecuadas para un correcto crecimiento y posteriormente su
transplante cuando llegue a la etapa de pl
´
antula, ademas de
detectar problemas de crecimiento en la fase temprana. El
prototipo desarrollado fue probado con cinco cultivos de
r
´
apida germinaci
´
on: semillas de cebolla, lechuga, cilantro,
chile y frijol. Se compar
´
o el desempe
˜
no de los brotes
germinados en el sistema propuesto con otros germinados
fuera del dispositivo bajo diferentes condiciones. El sistema
de riego incluye un control muy b
´
asico, que en base a un
umbral de humedad objetivo, enciende la bomba de agua para
modificar la condiciones actuales y as
´
ı alcanzar la humedad
objetivo.
Palabras clave: Germinaci
´
on Autom
´
atica de Semillas,
Riego Autom
´
atico, Visi
´
on por Computadora, Monitoreo
Remoto, Sistema Embebido
I. INTRODUCCI
´
ON
De acuerdo a un estudio realizado por la Organizaci
´
on
Panamericana de la Salud (OPS) y la Organizaci
´
on Mundial
de la Salud (OMS) en pa
´
ıses de Latinoam
´
erica, M
´
exico
ocupa el cuarto lugar en consumo de alimentos ultra
procesados, los cuales son los principales causantes de
sobrepeso, obesidad e hipertensi
´
on. Los alimentos y bebidas
ultra procesados se consideran productos particularmente
obesog
´
enicos y en general poco saludables, su consumo
frecuente conlleva un aumento de calor
´
ıas, mismo que se
relaciona con el desarrollo de diabetes tipo 2, la forma m
´
as
com
´
un de la enfermedad. Datos de la Organizaci
´
on Mundial
de la Salud (OMS), se
˜
nalan que las y los mexicanos compran
212 kilogramos de este tipo de alimentos al a
˜
no, por persona
[1], [2].
Una forma de cubrir estas necesidades alimenticias y
mejorar, adem
´
as de asegurar la calidad de los alimentos, es
el consumo de alimentos cultivados en huertos caseros [3].
El uso de tecnolog
´
ıas de la agricultura de precisi
´
on puede
ayudar a mejorar los m
´
argenes, a trav
´
es de un aumento del
valor de rendimiento (cantidad o calidad), de una reducci
´
on
en la cantidad de insumos, o de ambos simult
´
aneamente [4].
Para lograr este objetivo, son necesarias herramientas para
detectar enfermedades y plagas en cultivos. Para esto, la in-
teligencia artifical, los sistemas expertos y el procesamiento
de im
´
agenes han sido apliamente explorados [5].
La propagaci
´
on sexual de las plantas se lleva a cabo
mediante las semillas, las cuales tienen la funci
´
on de mul-
tiplicar y perpetuar la especie. Las semillas son estructuras
complejas que generalmente consisten de un embri
´
on, que
es el producto de la fusi
´
on entre el
´
ovulo con el n
´
ucleo
esperm
´
atico; un endospermo que provee de nutrientes al
embri
´
on para el desarrollo y el crecimiento de la pl
´
antula;
y la testa de la semilla formada externamente por los
integumentos que representan los tejidos maternos del
´
ovulo
[6].
Para que la semilla cumpla con su objetivo, es necesario
que el embri
´
on se transforme en una pl
´
antula que sea capaz
de valerse por s
´
ı misma, mediante mecanismos metab
´
olicos
y morfo-gen
´
eticos, conocidos como proceso de germinaci
´
on.
El proceso de germinaci
´
on est
´
a constituido por varias fases:
i) Absorci
´
on de agua por la semilla o imbibici
´
on; ii) Ac-
tivaci
´
on del metabolismo y proceso de respiraci
´
on, s
´
ıntesis
de prote
´
ınas y movilizaci
´
on de sustancias de reserva; iii)
Revista elektron, Vol. 8, No. 2, pp. 25-34 (2024)
ISSN 2525-0159
25
Recibido: 30/09/24; Aceptado: 11/11/24
https://doi.org/10.37537/rev.elektron.8.2.196.2024
Technical Report
Elongaci
´
on del embri
´
on y ruptura de la testa a trav
´
es de la
cual se observa salida de la rad
´
ıcula [7].
El proceso de germinaci
´
on est
´
a influenciado tanto por
factores internos como externos. Dentro de los factores in-
ternos est
´
an la viabilidad del embri
´
on, la cantidad y calidad
del tejido de reserva y los diferentes tipos de dormancia.
Algunos de los factores externos que regulan el proceso son
el grosor de la testa, disponibilidad de agua, temperatura y
tipos de luz [8]. Los germinadores son dispositivos que fa-
vorecen el proceso de germinaci
´
on al mantener las semillas
en las condiciones adecuadas de humedad. En el proceso de
germinaci
´
on se involucran factores internos y externos. Es-
pec
´
ıficamente, los factores externos son controlables, entre
los que se encuentran disponibilidad de agua, temperatura
y tipos de luz [8]. Un ejemplo del estudio del proceso de
germinaci
´
on aplicado a un cultivo en particular (lechuga)
se encuentra en [9], donde se eval
´
ua la germinaci
´
on de
diferentes variedades de lechuga en temperaturas elevadas.
La tecnolog
´
ıa de monitoreo y control se refiere al uso
de dispositivos tecnol
´
ogicos y sistemas automatizados para
supervisar y regular diferentes variables y procesos en
diversas aplicaciones, como la agricultura, la industria, la
salud, entre otras. Esta tecnolog
´
ıa permite recopilar datos
en tiempo real, realizar an
´
alisis y tomar decisiones basadas
en la informaci
´
on recopilada para optimizar el rendimiento,
mejorar la eficiencia y garantizar la seguridad. En el con-
texto de la agricultura y la horticultura, la tecnolog
´
ıa de
monitoreo y control se utiliza para supervisar y gestionar
factores ambientales cr
´
ıticos que afectan el crecimiento y
desarrollo de las plantas, como la temperatura, la humedad,
la luz, el pH del suelo y la disponibilidad de nutrientes. Esto
se logra mediante el uso de sensores, actuadores, sistemas
de riego automatizado, sistemas de iluminaci
´
on controlada
y software de gesti
´
on de datos [10].
La tecnolog
´
ıa de monitoreo y control permite a los
agricultores y productores optimizar las condiciones de
crecimiento de las plantas, minimizar el uso de recursos
como agua y energ
´
ıa, prevenir enfermedades y plagas, y
mejorar la calidad y el rendimiento de los cultivos. Adem
´
as,
esta tecnolog
´
ıa facilita la recopilaci
´
on de datos y el an
´
alisis
de tendencias a largo plazo, lo que permite una toma de
decisiones m
´
as informada y estrat
´
egica en la gesti
´
on de
cultivos [11].
En este art
´
ıculo, se reporta el dise
˜
no un prototipo de
germinador autom
´
atico, que permite al usuario monitorear
el germinado de las semillas para su trasplante y cosecha.
El objetivo del monitoreo remoto es extraer informaci
´
on
de im
´
agenes de los brotes (espec
´
ıficamente del tiempo que
tardaron en brotar) e informarlo al usuario, reduciendo
su preocupaci
´
on de estar al pendiente de la evoluci
´
on de
los brotes. Para cumplir con dicho objetivo, fue nece-
sario dise
˜
nar circuitos el
´
ectricos y/o electr
´
onicos, adem
´
as
de desarrollar el software necesario para controlar dichos
circuitos, incluyendo un m
´
odulo de visi
´
on que a trav
´
es
de las im
´
agenes adquiridas mediante una c
´
amara, permite
determinar el estado de los brotes.
II. REVISI
´
ON DEL ESTADO DEL ARTE
Existen varios sistemas que han resuelto el problema
de monitorear el germinado de semillas tanto a peque
˜
na
como a gran escala. A peque
˜
na escala, en [12], proponen
utilizar un dispositivo Raspberry Pi para adquisici
´
on de
datos de los sensores, dejando a un lado el monitoreo de
la germinaci
´
on mediante visi
´
on por computadora. A gran
escala, en [13], proponen un sistema de cuatro c
´
amaras para
monitorear hasta 400 semillas. Recientemente, en [14], se
emplean t
´
ecnicas complejas como el Aprendizaje Profundo
(DL por sus siglas en ingl
´
es) para segmentar el tama
˜
no de
las hojas, dejando fuera el control de las condiciones de la
germinaci
´
on. En [15], adem
´
as de desarrollar el algoritmo
de segmentaci
´
on, proponen una contenedor espec
´
ıfico para
dicho prop
´
osito, adem
´
as de llevar a cabo el procesamiento en
una computadora de reciente generaci
´
on con tarjeta gr
´
afica
NVidia. Finalmente, en [16] reportan el uso de modelos de
DL tanto para segmentaci
´
on como para clasificaci
´
on
´
utiles
para determinar el estado de germinaci
´
on de las semillas.
Para llevar a cabo el proceso, requieren de un kit NVIDIA
Jetson Nano.
III. MATERIALES Y M
´
ETODOS
A. Dise
˜
no del prototipo germinador
El dise
˜
no incluye una base tipo caja sin fondo con el
prop
´
osito de almacenar los componentes de manera orga-
nizada y segura. Esta base no solo proporciona una mayor
seguridad al usuario al salvaguardar los elementos internos,
sino que tambi
´
en contribuye a realzar la est
´
etica global
del germinador autom
´
atico. Se integraron caracter
´
ısticas de
ventilaci
´
on y circulaci
´
on de aire en el dise
˜
no para garantizar
un intercambio adecuado de aire dentro del prototipo. Se ha
integrado un recipiente dise
˜
nado para almacenar el agua.
Este tanque proporciona un suministro estable y accesible
de agua para el sistema de riego, garantizando una disponi-
bilidad continua de agua para las plantas.
En la parte superior del germinador, se instalaron es-
trat
´
egicamente dos sistemas de iluminaci
´
on LED dise
˜
nados
espec
´
ıficamente para plantas. Estas l
´
amparas LED propor-
cionan un espectro completo de luz similar a la luz natural,
lo que impulsa el crecimiento de las plantas de acelerar la
fotos
´
ıntesis. Con tres modos de luz disponibles (rojo, azul,
blanco c
´
alido y combinaciones de estos) y cinco niveles
de ajuste de brillo (20%, 40%, 60%, 80% y 100%), se
pueden adaptar para satisfacer las necesidades espec
´
ıficas
de las diferentes etapas de crecimiento de las plantas. En la
figura 1, se muestran fotograf
´
ıas del prototipo de germinado
desarrollado en este trabajo.
Se propone un dise
˜
no a peque
˜
na escala que permita
realizar pruebas extensivas, las cuales permitir
´
an validar
el dise
˜
no propuesto para posteriormente llevar el prototipo a
gran escala En base a materiales de bajo costo, se estableci
´
o
que las medidas para este dise
˜
no sean de 27 cm de largo,
39 cm de ancho y 25 cm de alto. Alberga 30 espacios
para semillas, estando el espacio dise
˜
nado para utilizar dos
mitades de casillero de huevo hecho de cart
´
on (material
que adem
´
as es biodegradable), cuyas medidas son est
´
andar
en el mercado mexicano. En la figura 2, se muestra el
dise
˜
no modelado en SolidWorks, mientras que en la figura
3 se muestra la vista del interior obtenida por la c
´
amara
que obtendr
´
a im
´
agenes para el monitoreo de los brotes.
Finalmente en la figura 4, se muestra el prototipo listo para
llevar a cabo la fase de prueba.
Revista elektron, Vol. 8, No. 2, pp. 25-34 (2024)
ISSN 2525-0159
26
http://elektron.fi.uba.ar
(a) Vista Posterior
(b) Vista Frontal
Fig. 1: Diferentes vistas del protitopo del germinador prop-
uesto en este art
´
ıculo
Se integraron caracter
´
ısticas de ventilaci
´
on y circulaci
´
on
de aire en el dise
˜
no para garantizar un intercambio adecuado
de aire dentro del prototipo. Esto contribuye a mantener
condiciones ambientales estables y uniformes en el interior
del germinador autom
´
atico, promoviendo as
´
ı un crecimiento
saludable de las plantas. Se ha integrado un recipiente
dise
˜
nado para almacenar el agua. Este tanque proporciona
un suministro estable y accesible de agua para el sistema
de riego, garantizando una disponibilidad continua de agua
para las plantas.
B. Riego aut
´
om
´
atico
Para el desarrollo del riego autom
´
atico primero se fij
´
o
un par
´
ametro que se tomar
´
ıa c
´
omo base para comenzar con
su construcci
´
on. La humedad relativa. El nivel
´
optimo de
humedad relativa para la mayor
´
ıa de las plantas se sit
´
ua
en torno al 80% (normalmente 65-75% durante la noche y
alrededor del 80% durante el d
´
ıa). Si el nivel de humedad au-
menta o disminuye, es probable que los procesos fisiol
´
ogicos
de tu planta se ralenticen, provocando un crecimiento m
´
as
lento y un rendimiento de menor calidad [17]. Esta ser
´
a
medida por el sensor de temperatura y humedad relativa
DHT22 que se encargar
´
a de informar al controlador cuando
la humedad relativa en el aire y la temperatura sean menor
a la requerida.
Fig. 2: Dise
˜
no del germinador utilizando SolidWorks
™
.
Fig. 3: Vista interior de la c
´
amara de germinaci
´
on.
Fig. 4: Prototipo finalizado.
Revista elektron, Vol. 8, No. 2, pp. 25-34 (2024)
ISSN 2525-0159
27
http://elektron.fi.uba.ar
En la figura 5, se muestra el circuito armado para el
control del riego y ventilaci
´
on. Los componentes son una
fuente de alimentaci
´
on, una bomba de agua, el sensor
DTH-22 y una placa Arduino UNO, que incluye el c
´
odigo
necesario para matener los niveles de humedad en un valor
adecuado de acuerdo con lo establecido previamente.
C. Componentes hardware y software
En cuanto a los componentes electr
´
onicos utilizados, se
propone que sean econ
´
omicos, por lo que se descartan
plataformas de c
´
omputo reportadas en el estado de la liter-
atura como son una computadora de escritorio, un Raspberry
Pi o un kit Jetson Nano. La lista de materiales es la siguiente:
• M
´
odulo de ESP32-CAM
• M
´
odulo de C
´
amara Arducam OV2640
• Sensor de temperatura y humedad DHT22.
• Mini Bomba de Agua RS-385
• Relevador 5V de 1 canal
• Kit de 8 leds de espectro completo.
En cuanto a la parte software, los m
´
odulos implementados
al interior de ESP32-CAM son los siguientes:
• M
´
odulo de control de condiciones del entorno. Este
m
´
odulo monitorea continuamente el nivel de humedad,
y cuando
´
este es bajo, envia los comandos para el
encendido de la bomba. Cuando la humedad alcanza
un nivel aceptable, se mandan los comandos necesarios
para detener el suministro de agua.
• M
´
odulo de procesamiento de im
´
agen. Este m
´
odulo
segmenta en tiempo real el brote, el cual es informado
al usuario. Adem
´
as, se incluye informaci
´
on acerca
de total de semillas que han brotado. Los algoritmos
implementados en este m
´
odulo tienen que ser muy
ligeros, de tal forma que pueda ser llevados a cabo
por el ESP32-CAM. De manera particular, el proce-
samiento involucra operaciones de umbralizaci
´
on local,
operaciones morfol
´
ogicas y detecci
´
on de Blobs, lo
cual permite detectar cuando un brote esta en proceso
avanzado de germinaci
´
on. Se eligi
´
o la c
´
amara Arducam
debido al costo y al bajo consumo de potencia, lo que
permite darle al sistema una autonom
´
ıa de operaci
´
on
larga.
• M
´
odulo de comunicaci
´
on de resultados. Este m
´
odulo
comunica a una aplicaci
´
on externa el estado de la
humedad del sistema y del estado de los brotes.
IV. RESULTADOS
A. Cultivos empleados
Las pruebas de germinaci
´
on se llevaron a cabo con cinco
tipos diferentes de semillas; cebolla, cilantro, chile, lechuga
y frijol. Los cinco cultivos se sometieron a tres diferentes
ambientes; luz directa de sol, luz indirecta de sol, y luz
artificial UV. Las pruebas se llevaron a cabo en los primeros
d
´
ıas de febrero, que en esta regi
´
on la temperatura alcanzaba
medias de 18
o
C como m
´
ınima, a 34
o
C como m
´
axima
pudi
´
endose considerar un clima “templado” en su mayor
parte del d
´
ıa, pero siendo aun as
´
ı un clima bastante c
´
alido
en el punto m
´
as alto del sol para diferentes cultivos y zonas:
• La cebolla es una planta que requiere climas templados
y c
´
alidos, con ambiente seco. No obstante, dado el
gran n
´
umero de variedades existentes, posee una amplia
adaptaci
´
on, tanto a las condiciones clim
´
aticas como de
suelo. Se necesita un per
´
ıodo de elevada temperatura,
acompa
˜
nado de una gran luminosidad, para obtener
un engrosamiento adecuado del bulbo. La temperatura
m
´
ınima para la germinaci
´
on de la cebolla se sit
´
ua sobre
los 4
o
C y la m
´
axima en los 35
o
C. La temperatura
´
optima de crecimiento est
´
a entre los 14
o
y los 32
o
C.
Una vez nacidas las plantitas resisten bastante bien el
frio y las heladas primaverales. La cebolla se adapta
a muy diversos tipos de suelos. No obstante, prefiere
los suelos profundos, con buen contenido en materia
org
´
anica y de textura suelta [18].
• El chile de preferencia debe sembrarse en suelos fran-
cos, pero produce muy bien en suelos pesados hasta
suelos arenosos. Con respecto a la fecha de siembra, su
mejor
´
epoca es el trasplante en los meses de noviembre
a enero pero se siembra todo el a
˜
no. Estos meses son
de menor incidencia de plagas y enfermedades [19].
• El cilantro es una planta anual de f
´
acil y r
´
apido
crecimiento, prefiere el sol pero crece bastante bien en
sombra parcial. La temperatura
´
optima de germinaci
´
on
var
´
ıa de 15 a 30
o
C y que los mejores resultados se
obtienen con temperaturas de 27 y 22
o
C durante el d
´
ıa
y la noche, respectivamente, con un tiempo necesario
para germinar de 10 a 21 d
´
ıas. El cilantro como una
hortaliza de clima fr
´
ıo cuya temperatura media mensual
de crecimiento debe ser de 15 a 18
o
C; por lo cual, es
probable que este cultivo requiere de d
´
ıas cortos y de
noches con temperatura fresca [20].
• La lechuga requiere una temperatura
´
optima para su
germinaci
´
on de 20 °C. A temperaturas superiores a
30 °C no presentan germinaci
´
on en la mayor
´
ıa de
cultivares o el proceso germinativo es retardado, muy
com
´
un en condiciones tropicales. Por lo tanto, depen-
diendo del lugar y la
´
epoca de siembra, la germinaci
´
on
puede ser err
´
atica o nula, comprometiendo el stand de
pl
´
antulas al momento de la siembra [9]
B. Pruebas fuera del germinador autom
´
atico
En una fase de experimentaci
´
on previa, se sembraron
10 semillas de cada cultivo basado en las condiciones
previamente descritas. En esta fase, se plantaron tanto fuera
como dentro del germinador, con la finalidad de caracterizar
las ventajas del uso de un germinador con condiciones
controladas. Durante el desarrollo del proyecto, se llevaron
a cabo pruebas exhaustivas utilizando cuatro tipos de semil-
las: frijol, lenteja, cilantro y lechuga. Estas pruebas se
realizaron tanto en el ambiente automatizado del germinador
autom
´
atico como en condiciones al aire.
En el entorno del germinador autom
´
atico, se observ
´
o que
las plantas comenzaron a brotar despu
´
es de ocho d
´
ıas, siendo
el frijol el primer tipo de semilla en emerger. Durante el
per
´
ıodo de crecimiento, se observ
´
o un desarrollo saludable
de las plantas, caracterizado por hojas verdes y vigorosas.
Es importante destacar que no se detect
´
o presencia de plagas
en este entorno, posiblemente debido a las condiciones
controladas proporcionadas por el contenedor del germi-
nador autom
´
atico. Adem
´
as, se enfatiza que el germinador
autom
´
atico operaba bajo sombra, utilizando exclusivamente
Revista elektron, Vol. 8, No. 2, pp. 25-34 (2024)
ISSN 2525-0159
28
http://elektron.fi.uba.ar
Fig. 5: Circuito el
´
ectrico para control del riego y la ventilaci
´
on
luz LED artificial para el proceso de fotos
´
ıntesis.
Por otro lado, se realizaron pruebas comparativas con
las mismas cuatro semillas en condiciones al aire libre,
tanto bajo sombra como bajo la exposici
´
on directa al sol.
Se observ
´
o que las plantas que estuvieron expuestas al sol
crecieron de manera significativa en altura, pero posterior-
mente murieron debido a la falta de humedad en el sustrato.
Posiblemente la r
´
apida evaporaci
´
on del agua causada por la
exposici
´
on solar contribuy
´
o a la sequedad del suelo.
En contraste, las semillas que fueron cultivadas sin el uso
del germinador autom
´
atico, pero bajo sombra, mostraron
un crecimiento m
´
as lento y prolongado. Este proceso fue
caracterizado por la necesidad de riego manual, careciendo
de un control y programaci
´
on establecidos para el suministro
de agua. En la figura 6, se muestran las condiciones de
un cultivo seleccionado (especificamente lechuca), con su
respectivo sustrato el cual fue dejado al aire libre.
C. Pruebas dentro del germinador autom
´
atico
En la figura 7, se muestra evidencia del seguimiento de la
germinaci
´
on de brotes (el cultivo seleccionado es la cebolla,
por ser la mas resistente a las condiciones climatol
´
ogicas
de la region donse se hicieron las pruebas) al interior del
sistema. Se pueden observar rectangulos verdes, resultados
de detectar el brote en el espacio asignado a la semilla. A
continuaci
´
on se resume el seguimiento a lo largo de 25 d
´
ıas:
• Dia 1. Inicia la experimentaci
´
on, se han agregado las
semillas de lechuga en 9 campos, esperando brotes de
estas como resultado del ambiente que le proporcionara
el germinador autom
´
atico.
• Dia 5. Se puede observar en la fig. 7b la emergencia
inicial de la germinaci
´
on, marcada por la aparici
´
on del
primer brote, representando as
´
ı el inicio del proceso de
desarrollo vegetal.
• D
´
ıa 7. Se observan dos en la fig. 7c dos brotes
emergentes, indicativos del inicio del proceso de ger-
minaci
´
on y crecimiento vegetal.
• D
´
ıa 11. Se contin
´
uan observando dos brotes, siendo
uno ligeramente m
´
as grande que el otro, lo que podr
´
ıa
indicar un progreso diferencial en el desarrollo de las
plantas.
• D
´
ıa 9. Se contin
´
uan observando dos brotes, lo cual
sugiereuna estabilidad en el proceso de germinaci
´
on
y desarrollo de las plantas.
• D
´
ıa 13. Se identifican tres plantas en el proceso de ger-
minaci
´
on, lo que sugiere buen avance en el crecimiento
de los brotes detectados.
• D
´
ıa 15. El an
´
alisis revela la persistencia de tres plantas
en el proceso de germinaci
´
on, evidenciando adem
´
as un
brote que ha desarrollado tres hojas.
• D
´
ıa 17. El seguimiento visual indica la presencia de
tres plantas en desarrollo, junto con la identificaci
´
on
de una maleza que ha surgido en el entorno.
• D
´
ıa 19. Se logra observar cuatro plantas en crecimiento,
acompa
˜
nadas de la aparici
´
on de una maleza en el
entorno.
Revista elektron, Vol. 8, No. 2, pp. 25-34 (2024)
ISSN 2525-0159
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(a) Cultivos con luz solar indirecta
(b) Cultivos con luz solar directa
Fig. 6: Pruebas realizadas sin utilizar el germinador au-
tom
´
atico exponiendo los brotes a luz directa e indirecta
• D
´
ıa 21. Se identifican cinco plantas en crecimiento,
lo cual sugiere que el ambiente proporcionado por el
germinador es favorable para el crecimiento de las
plantas.
• D
´
ıa 23. Se observan cinco brotes que han crecido
considerablemente, mostrando un mayor desarrollo en
comparaci
´
on con etapas anteriores.
• D
´
ıa 25. Adem
´
as de los cinco brotes en las
´
areas
designadas para la siembra de semillas, se identifica
un sexto brote en una ubicaci
´
on no destinada para
la siembra, lo cual plantea la posibilidad de que la
semilla se haya desplazado debido al sistema de riego
autom
´
atico, generando as
´
ı un resultado inesperado para
la experimentaci
´
on.
D. Detecci
´
on de brotes mediante visi
´
on por computadora
Para detectar los brotes, el sistema captura im
´
agenes cada
determinado tiempo (para este caso en particular, cada 12
horas). Una vez capturada la imagen, se utiliza el modelo
YOLO para detectar si la semilla ha brotado [21]. El modelo
YOLO esta basado en redes neuronales, y en este caso en
particular se encarga de predecir si en la imagen obtenida
hay un brote, y marcarlo. Los pasos requeridos para obtener
dicha informaci
´
on son:
• Cargar la imagen: Se carga la imagen en la que se desea
detectar los brotes de plantas utilizando cv2.imread().
• Cargar el modelo pre-entrenado YOLO: Se carga el
modelo pre-entrenado de detecci
´
on de objetos YOLO,
que consiste en un archivo de pesos (yolov3.weights)
y un archivo de configuraci
´
on (yolov3.cfg) utilizando
cv2.dnn.readNet().
• Definir las clases detectables: Se cargan las clases
de objetos detectables por el modelo YOLO
desde un archivo (coco.names) utilizando open()
y read().splitlines().
• Obtener las capas de salida del modelo: Se obtienen
las capas de salida del modelo YOLO utilizando mod-
elo.getUnconnectedOutLayersNames().
• Preprocesamiento de la imagen: La imagen se redi-
mensiona y normaliza los valores de p
´
ıxeles utilizando
cv2.dnn.blobFromImage().
• Establecer la entrada para el modelo: Se establece
la entrada para el modelo YOLO utilizando mod-
elo.setInput().
• Obtener las detecciones de la red neuronal: Se obtienen
las detecciones de objetos en la imagen utilizando
modelo.forward().
• Mostrar las detecciones en la imagen: Para cada de-
tecci
´
on de objeto, se verifica si corresponde a un brote
de planta con una confianza mayor al 50%. Si es as
´
ı,
se dibuja un rect
´
angulo alrededor del brote de planta
detectado en la imagen utilizando cv2.rectangle().
• Mostrar la imagen con las detecciones de plantas: La
imagen con los brotes de plantas detectados se muestra
en una ventana utilizando cv2.imshow().
E. Puesta en operaci
´
on del germinador autom
´
atico
En la figura 8, se muestra la vista interior del germinador,
donde la tonalidad morada se debe al encendido de los leds
utilizados para dotar de luz a los brotes. En la figura 9,
se muestra el primer brote obtenido despues de 8 d
´
ıas de
monitoreo. Posterior a este periodo, se dejaron crecer los
brotes otros 8 d
´
ıas para su trasplante. En la versi
´
on actual,
el usuario establece la humedad deseada, se sugiere que
sea del 60%. Cuando la humedad est
´
a por debajo de este
umbral, se inicia un proceso de goteo de la bomba de agua,
el cual contin
´
ua hasta alcanzar o superar dicho umbral en
la pr
´
oxima lectura. En el caso de la temperatura, dado que
actualmente no es posible controlarla, solamente se lleva el
registro de dicha variable.
En la figura 10, se muestra el resultado de la imple-
mentaci
´
on de m
´
odulo de visi
´
on para detectar en una primera
instancia las semillas que presentan brotes, y posteriormente
detectar el n
´
umero de hojas de los brotes obtenidos mediante
el germinador. Como resultado de esta implementaci
´
on, el
sistema almacena de manera interna el hist
´
orico del n
´
umero
de plantas que han brotado desde su puesta en operaci
´
on.
Esta evoluci
´
on se puede generar de manera gr
´
afica, y un
ejemplo de
´
esto se mustra en la figura 11. No se realiz
´
o una
comparativa de las semillas germinadas sin el sistema, de-
bido a que prioriz
´
o la implementaci
´
on de un sistema donde
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(a) D
´
ıa 1 (b) D
´
ıa 5 (c) D
´
ıa 7
(d) D
´
ıa 9 (e) D
´
ıa 11 (f) D
´
ıa 13
(g) D
´
ıa 15 (h) D
´
ıa 17 (i) D
´
ıa 19
(j) D
´
ıa 21 (k) D
´
ıa 23
Fig. 7: Monitoreo embebido de cultivo de lechuga a lo largo de 25 d
´
ıas
el usuario no est
´
e humedeciendo el sustrato ni verificando
el estado de germinaci
´
on de las semillas.
F. Monitoreo remoto del entorno y control de condiciones
ambientales
Como resultado del monitoreo, es posible generar gr
´
aficas
que muestran el comportamiento de la temperatura y
humedad al interior del germinador. En la figura 12, se
muestra la evoluci
´
on de la temperatura a lo largo del d
´
ıa,
y la respuesta del germinador para controlar los niveles de
humedad aceptables a lo largo del d
´
ıa mediante el bombeo
del agua. Cuando la humedad cae por debajo del umbral
m
´
ınimo (60%), la bomba inicia un ciclo de goteo de 2 min-
utos y se apaga, y su efecto es notorio en la pr
´
oxima lectura,
Fig. 8: Vista interior del germinador en operaci
´
on con los
leds encendidos.
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Fig. 9: Primer brote de frijol en el germinador propuesto.
Fig. 10: Segmentaci
´
on de las hojas de un brote de frijol por
el m
´
odulo de visi
´
on.
donde esta humedad vuelve a estar por encima del nivel
m
´
ınimo. De manera similar, en la figura 13, se muestran la
temperatura y humedad promedio diaria capturadas durante
una semana, que permite evaluar la respuesta del control de
humedad al interior del germinador.
Los resultados de los experimentos reportados en este
art
´
ıculo fueron obtenidos en condiciones fuera del labora-
torio. El germinador fue ubicado al interior de una casa
habitaci
´
on, con las condiciones de temperatura y humedad
normales para la fecha del a
˜
no en donde se llev
´
o a cabo
la experimentaci
´
on. Una recomendaci
´
on que se debe dar
a conocer al usuario final es la ubicaci
´
on del dispositivo
en un lugar fresco, seco, con luz natural pero alejado
de la luz solar directa. Tambien se debe advertir que los
resultados pueden variar dependiendo de las climatol
´
ogicas
externas. Otra recomendaci
´
on es que se recomienda verificar
de manera continua la conexi
´
on a Internet, ya que de haber
Fig. 11: Monitoreo de semillas germinadas a lo largo de un
ciclo de prueba
una falla continua, esto podr
´
ıa ocasionar que las alertas no
sean recibidas por el usuario en caso de un problema de
crecimiento de los brotes.
Fig. 12: Prueba del monitoreo temperatura y humedad del
germinador autom
´
atico a lo largo de un d
´
ıa espec
´
ıfico del
ciclo de prueba
Fig. 13: Prueba del monitoreo temperatura y humedad del
germinador autom
´
atico a lo largo de una semana espec
´
ıfica
del ciclo de prueba
G. Interfaz de monitoreo remoto
El usuario final tiene dos alternativas para poder hacer
el monitoreo del estado de las semillas al interior del
germinador:
• Mediante el uso de una aplicaci
´
on de escritorio de-
sarrollada en python con interfaces implementadas en
PyQt6, se despliega la informaci
´
on del estado del ger-
minador. Para esto requiere computadora con conexi
´
on
a Internet.
• Mediante el uso de una aplicaci
´
on m
´
ovil, que hace uso
de notificaciones para informar al usuario el estado del
germinador. La ventaja de la aplicaci
´
on m
´
ovil es que no
se requiere de una computadora para su acceso, aunque
si la conexi
´
on a Internet.
La informaci
´
on mostrada es similar en ambas aplica-
ciones. Por un lado es posible consultar de manera re-
mota las condiciones actuales del germinador (temperatura,
humedad y semillas germinadas), adem
´
as de desplegar el
hist
´
orico de comportamiento de dichas variables. De manera
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manual es posible establecer el umbral de humedad, as
´
ı
como los intervalos de monitoreo (que por defecto est
´
an es-
tablecidos por hora, pero pueden ser cambiados dependiendo
de lo que el usuario requiera). En la figura 14, se muestra
la distribuci
´
on de componentes de interfaz de usuario de
la aplicaci
´
on m
´
ovil para el monitoreo del germinado de
las semillas. En la figura 15, se muestra la distribuci
´
on
de componentes de interfaz de usuario de la aplicaci
´
on de
escritorio para el monitoreo del germinado de las semillas.
Ambas aplicaciones se conectan con un servidor, el cual se
encarga de la comunicaci
´
on entre el sistema embebido en
el disponsitivo de monitoreo y la aplicaci
´
on de escritorio
o m
´
ovil. Ambas aplicaciones permiten al usuario confirmar
la duraci
´
on del hist
´
orico de los monitoreos, Por defecto,
el monitoreo semana esta configurado para 7 d
´
ıas, pero se
puede personalizar para que abarque un periodo arbitrario
de dias, desde un m
´
ınimo de 3 d
´
ıas y hasta un m
´
aximo
de 28 d
´
ıas. En el caso del monitoreo diario, este se adapta
a lo solicitado por el usuario para monitorea por horas, o
incluso establecer la separaci
´
on por minutos (una separaci
´
on
minima de 3 minutos entre las lecturas) y hasta un m
´
aximo
de 120 minutos como separaci
´
on entre las lecturas.
Fig. 14: Aplicaci
´
on m
´
ovil de monitoreo remoto del estado
de los brotes
V. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO
El germinador autom
´
atico propuesto ofrece un control
preciso y constante de las condiciones ambientales, lo que
contribuye a un crecimiento saludable de las plantas. La
capacidad de monitoreo visual proporcionada por la c
´
amara
ESP32-CAM y los algoritmos de an
´
alisis de imagen en
Python permite la observaci
´
on del proceso de germinaci
´
on y
crecimiento de las plantas, facilitando la detecci
´
on temprana
de problemas y la toma de decisiones informadas.
El dise
˜
no y la implementaci
´
on del germinador autom
´
atico
representan un avance significativo en el campo de la
agricultura urbana y dom
´
estica. A trav
´
es de la integraci
´
on de
tecnolog
´
ıas como sensores ambientales, algoritmos de visi
´
on
por computadora y sistemas de control automatizado, se ha
demostrado la viabilidad y la eficacia de este sistema para
facilitar el cultivo de plantas en entornos controlados.
El uso del sistema de riego automatizado tuvo un im-
pacto significativo en el crecimiento y desarrollo de las
plantas dentro del germinador. Las plantas mostraron un
crecimiento m
´
as vigoroso y saludable en comparaci
´
on con
aquellas no expuestas al sistema automatizado de riego.
Durante el per
´
ıodo de observaci
´
on, se pudo constatar que el
germinador autom
´
atico demostr
´
o una notable precisi
´
on en
el control ambiental. El sistema logr
´
o mantener de manera
efectiva condiciones estables de temperatura, humedad y luz,
elementos cr
´
ıticos para el desarrollo saludable de las plantas.
La implementaci
´
on de un sistema de riego automatizado,
junto con la activaci
´
on del ventilador cuando se detectaba
un exceso de humedad, contribuy
´
o significativamente a
mantener la humedad del sustrato en niveles
´
optimos.
Durante el proceso de investigaci
´
on y desarrollo, se ha
comprobado que el germinador autom
´
atico ofrece un control
constante de las condiciones ambientales, lo que contribuye
a un crecimiento saludable y
´
optimo de las plantas. La
capacidad de monitoreo visual proporcionada por la c
´
amara
ESP32-CAM y los algoritmos de an
´
alisis de imagen en
Python ha permitido la observaci
´
on del proceso de germi-
naci
´
on y crecimiento de las plantas, facilitando la detecci
´
on
temprana de problemas y la toma de decisiones informadas.
Adem
´
as, se ha evidenciado que el germinador autom
´
atico
tiene el potencial de democratizar el cultivo de plantas al
hacerlo m
´
as accesible y f
´
acil de realizar para una amplia
gama de usuarios, incluidos aquellos con espacios limitados
o sin experiencia previa en agricultura. Esto podr
´
ıa tener
un impacto positivo en la seguridad alimentaria, la salud y
el bienestar de las comunidades al promover la producci
´
on
local y el consumo de alimentos frescos y nutritivos.
En resumen, el germinador autom
´
atico representa una
herramienta innovadora y prometedora para la agricultura
urbana y dom
´
estica, con el potencial de mejorar la eficiencia,
la sostenibilidad y la accesibilidad del cultivo de plantas en
entornos urbanos y dom
´
esticos.
Dentro de las pontenciales mejoras de este proyecto
son la evaluaci
´
on exhaustiva y minucionsa del desempe
˜
no
del modelo Yolo, ya que en las pruebas reportadas en
este art
´
ıculo no se han encontrado fallas, pero tampoco se
garantiza que sea infalible.
El sistema propuesto puede tener aplicaciones variadas
que van desde evaluar las mismas condiciones de tem-
peratura/humedad/iluminaci
´
on con diferentes variedades de
semillas, o varias las condiciones con sobre la misma
variedad de semilla y con esto lograr una caracterizaci
´
on
de las condiciones id
´
oneas que permitan obtener la mayor
cantidad de brotes en el menor tiempo posible. Con respecto
al m
´
odulo de visi
´
on, se desea determinar de manera precisa
el n
´
umero de hojas del brote, con la finalidad de indicar al
usuario del momento adecuado para hacer el trasplante o se
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http://elektron.fi.uba.ar
Fig. 15: Aplicaci
´
on de escritorio para el monitoreo remoto del estado de los brotes
requiera atenci
´
on especial.
REFERENCES
[1] Organizaci
´
on Panamericana de la Salud, “Alimentos y bebidas
ultraprocesados en am
´
erica latina: tendencias, efecto sobre la
obesidad e implicaciones para las pol
´
ıticas p
´
ublicas,” 2015,
publications. [Online]. Available: https://iris.paho.org/bitstream/hand
le/10665.2/7698/9789275318645 esp.pdf?sequence=5
[2] ——, “Alimentos y bebidas ultraprocesados en am
´
erica latina:
ventas, fuentes, perfiles de nutrientes e implicaciones,” 2019,
publications. [Online]. Available: https://iris.paho.org/bitstream/hand
le/10665.2/51523/9789275320327 spa.pdf?sequence=1
[3] J. I. Macdiarmid, “Seasonality and dietary requirements: will eating
seasonal food contribute to health and environmental sustainability?”
Proceedings of the Nutrition Society, vol. 73, no. 3, pp. 368–375,
2014.
[4] E. Garc
´
ıa and F. Flego, “Agricultura de precision,” Ciencia y
tecnolog
´
ıa, pp. 99+, 2024/4/4/ 2008, 99. [Online]. Available:
https://link.gale.com/apps/doc/A381667270/IFME?u=anon
∼
c514f2b
1&sid=googleScholar&xid=a5e8395e
[5] J. G
´
omez-Camperos, H. Jaramillo, and G. Guerrero-G
´
omez,
“T
´
ecnicas de procesamiento digital de im
´
agenes para detecci
´
on
de plagas y enfermedades en cultivos: una revisi
´
on,” Ingenier
´
ıa
y Competitividad, vol. 24, no. 1, oct. 2021. [Online]. Available:
https://revistaingenieria.univalle.edu.co/index.php/ingenieria y com
petitividad/article/view/10973
[6] H. Hartmann and D. Kester, Hartmann and Kester’s Plant
Propagation: Principles and Practices, ser. Always learning.
Prentice Hall, 2002. [Online]. Available: https://books.google.com.m
x/books?id=SNtXAAAAYAAJ
[7] J. Nau, Ball Culture Guide: The Encyclopedia of Seed Germination.
Ball Pub., 1999. [Online]. Available: https://books.google.com.mx/
books?id=AUsjAQAAMAAJ
[8] J. M. P. Villamil and F. P. Garc
´
ıa, Germinaci
´
on de semillas. Minis-
terio de Agricultura, Pesca y Alimentaci
´
on, 1998.
[9] H. d. S. Lemos Neto, M. d. A. Guimar
˜
aes, B. d. N. Silva,
and S. Medeiros Filho, “Germination and emergence of lettuce at
elevated temperatures,” Revista Colombiana de Ciencias Hort
´
ıcolas,
vol. 12, no. 3, p. 677–684, Sep. 2018. [Online]. Available: https:
//revistas.uptc.edu.co/index.php/ciencias horticolas/article/view/7720
[10] A. Srinivasan, Handbook of Precision Agriculture: Principles
and Applications. CRC Press, 2006. [Online]. Available: https:
//books.google.com.mx/books?id=EUhZDwAAQBAJ
[11] A. Castrignano, G. Buttafuoco, R. Khosla, A. Mouazen, D. Moshou,
and O. Naud, Agricultural Internet of Things and Decision Support
for Precision Smart Farming. Elsevier Science, 2020. [Online].
Available: https://books.google.com.mx/books?id=kyzJDwAAQBAJ
[12] R. R. Urquijo and M. J. Marinelli, “Sistema de monitoreo de una
c
´
amara de germinaci
´
on hidrop
´
onica con iot basado en raspberry pi,”
in IV Simposio Argentino de GRANdes DAtos (AGRANDA 2018)-
JAIIO 47 (CABA, 2018), 2018.
[13] M. Wagner, D. Demilly, S. Ducournau, C. D
¨
urr, and J. L
´
echapp
´
e,
“Computer vision for monitoring seed germination from dry state to
young seedlings,” Seed Test, vol. 142, pp. 49–51, 2011.
[14] M. Trivedi, A. Gupta et al., “Automatic monitoring of the growth
of plants using deep learning-based leaf segmentation,” International
Journal of Applied Science and Engineering, vol. 18, no. 2, pp. 1–9,
2021.
[15] Q. Peng, L. Tu, Y. Wu, Z. Yu, G. Tang, and W. Song,
“Automatic monitoring system for seed germination test based on
deep learning,” Journal of Electrical and Computer Engineering,
vol. 2022, p. 4678316, Oct 2022. [Online]. Available: https:
//doi.org/10.1155/2022/4678316
[16] R. R. Donapati, R. Cheruku, and P. Kodali, “Real-time seed detection
and germination analysis in precision agriculture: A fusion model
with u-net and cnn on jetson nano,” IEEE Transactions on AgriFood
Electronics, vol. 1, no. 2, pp. 145–155, 2023. [Online]. Available:
https://app.dimensions.ai/details/publication/pub.1166689761
[17] M. Carrara, P. Catania, F. Pipitone, M. Vallone, S. Piraino, M. Salvia,
and C. Paolino, “Temperature and relative humidity distribution inside
a greenhouse using wireless sensors,” Acta Hort, vol. 801, no. 1, pp.
595–599, 2008.
[18] J. Jap
´
on Quintero, Cultivo extensivo de la cebolla, ser. Hojas divul-
gadoras (MAPA) ; 18. Madrid: Ministerio de Agricultura, 1982.
[19] J. M. Crispin Mora, “Crecimiento y producci
´
on de chile jalape
˜
no
(capsicum annuum l.), bajo fertilizaci
´
on org
´
anica en casa sombra y
campo.”
[20] J. Hern
´
andez D
´
avila, “Crecimiento y desarrollo del cilantro co-
riandrum sativum l. por efecto del fotoper
´
ıodo y la temperatura
y su control con fitoreguladores,” Ph.D. dissertation, Universidad
Aut
´
onoma de Nuevo Le
´
on, 2003.
[21] J. Redmon, S. Divvala, R. Girshick, and A. Farhadi, “You
only look once: Unified, real-time object detection,” 2015, cite
arxiv:1506.02640. [Online]. Available: http://arxiv.org/abs/1506.026
40
Revista elektron, Vol. 8, No. 2, pp. 25-34 (2024)
ISSN 2525-0159
34
http://elektron.fi.uba.ar
