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Monitorización del pastoreo de bovinos del CIDBA – Acraquia a
través de redes de sensores inalámbricos
Monitoring CIDBA – Acraquia cattle grazing through wireless sensor networks
Paucar-Chanca Rufino1 • Poma-Palacios Javier2 • Espinoza Marco3
Recibido: 20 de Noviembre del 2024 / Aceptado: 12 de Diciembre del 2024
RESUMEN
El objetivo del presente trabajo fue conocer el comportamiento en el pastoreo de los bovinos del Centro de
Investigación y Desarrollo de Bovinos Acraquia (CIDBA) de la Universidad Nacional de Huancavelica, a
través de redes de sensores inalámbricos. Para ello, se diseñó, construyó e implemento un dispositivo de redes
de sensores inalámbricos conectado a una aplicación web (encargada de gestionar la información captada por
el dispositivo). Este sistema (dispositivo y aplicación web) incluyo nodos de sensores en cada vacuno (collar
con sus respectivas fuentes de alimentación) y una estación de monitoreo, que permitieron recopilar datos en
tiempo real sobre la ubicación, movimientos y comportamiento de los bovinos. La información obtenida fue
procesada y analizada para conocer el desplazamiento, tiempo de pastoreo, horarios de beber y tiempo de
dormir de los bovinos del CIDBA. Se encontraron en media general para las variables en estudio los siguientes
valores: desplazamiento = 276 metros, tiempo de pastoreo = 8.26 horas, tiempo de dormir = 11.35 horas y el
horario de beber de las vacas oscilo entre las 08:55 horas y las 10:05 horas por la mañana y de las 12:59 horas
hasta las 14:15 horas por la tarde. Por otro lado, los resultados evidencian la eficacia del sistema en la
generación de datos precisos y útiles para la toma de decisiones en la gestión del pastoreo. Asimismo, se
identificaron retos asociados a las condiciones geográficas y climáticas, así como al mantenimiento del equipo
en campo. En conclusión, el uso de redes de sensores inalámbricos representa una herramienta innovadora y
eficiente para mejorar la gestión del pastoreo en sistemas ganaderos, contribuyendo al desarrollo sostenible y
a la conservación de los recursos naturales. Se recomienda fortalecer la infraestructura tecnológica, capacitar
a los usuarios y fomentar la integración con programas de manejo sostenible.
Palabras claves: Bovinos, comportamiento, pastoreo y redes de sensores inalámbricos.
ABSTRACT
The objective of this work was to understand the grazing behavior of cattle at the Acraquia Cattle Research
and Development Center (CIDBA) of the National University of Huancavelica, through wireless sensor
networks. To do this, a wireless sensor network device connected to a web application (in charge of managing
the information captured by the device) was designed, built and implemented. This system (device and web
application) included sensor nodes in each cattle (collar with its respective power sources) and a monitoring
station, which allowed collecting real-time data on the location, movements and behavior of the cattle. The
information obtained was processed and analyzed to know the movement, grazing time, drinking times and
sleeping time of the CIDBA cattle. The following values were found as the general average for the variables
under study: displacement = 276 meters, grazing time = 8.26 hours, sleeping time = 11.35 hours and the cows'
drinking time ranged between 08:55 hours and 10:05 hours in the morning and from 12:59 hours to 14:15 hours
in the afternoon. On the other hand, the results show the effectiveness of the system in generating accurate and
useful data for decision making in grazing management. Likewise, challenges associated with geographic and
climatic conditions, as well as maintenance of equipment in the field, were identified. In conclusion, the use of
wireless sensor networks represents an innovative and efficient tool to improve grazing management in
livestock systems, contributing to sustainable development and the conservation of natural resources. It is
recommended to strengthen the technological infrastructure, train users and promote integration with
sustainable management programs.
Keywords: Cattle, behaviour, grazing and wireless sensor networks.
Revista de Investigación Científica Siglo XXI (2024)
https://doi.org/ 10.54943/rcsxxi.v4i2.553
Vol. 4, Núm. 2, pp. 36 - 49
ARTÍCULO ORIGINAL
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1. INTRODUCCIÓN
El monitoreo del pastoreo bovino es una actividad
crucial en la ganadería moderna, ya que permite
optimizar el uso de los recursos forrajeros, mejorar
la productividad de los animales y mitigar
impactos ambientales. Tradicionalmente, esta
actividad se ha realizado de manera manual, pero
los avances tecnológicos han dado paso a la
incorporación de herramientas innovadoras, como
las redes de sensores inalámbricos (RSI), para
facilitar este proceso. Estas tecnologías no solo
permiten un control más eficiente de los animales
en pastoreo, sino que también ofrecen datos en
tiempo real que apoyan la toma de decisiones
basada en evidencia. Diversos estudios han
demostrado la eficacia de las RSI en la
monitorización del comportamiento animal. Por
ejemplo, la integración de sensores GPS ha
permitido rastrear los movimientos de bovinos y
optimizar su manejo en pastoreo extensivo
(Anderson et al., 2013 y Arce et al., 2009).
Asimismo, García et al. (2015) destacan que estas
tecnologías facilitan la identificación de patrones
de pastoreo, lo que contribuye al diseño de
estrategias sostenibles. Además, las RSI pueden
monitorear variables ambientales como la
temperatura y humedad, ayudando a evaluar el
impacto del clima en el comportamiento animal
(Jones et al., 2017). En investigaciones recientes,
Smith et al. (2019) encontraron que el uso de
sensores reduce significativamente el tiempo
dedicado al manejo manual del ganado, mientras
que Brown y Taylor (2020) subrayaron su utilidad
en sistemas de pastoreo rotacional para evitar el
sobrepastoreo. Por otro lado, Rodríguez et al.
(2018) y Nagl et al. (2003) reportaron que el
monitoreo constante permite detectar anomalías en
la salud del ganado, como cambios en la actividad
física que podrían indicar enfermedades. El uso de
RSI también se ha vinculado a la mejora en la
conservación de los recursos naturales. Según
López et al. (2020), la información obtenida sobre
la distribución espacial del pastoreo contribuye a
evitar la degradación del suelo. Del mismo modo,
investigaciones de Wilson et al. (2021) resaltan
cómo estas tecnologías ayudan a evaluar la presión
de pastoreo sobre áreas específicas, promoviendo
prácticas más equilibradas. Otros estudios han
explorado los beneficios económicos de la
implementación de RSI. Martínez y Gómez (2019)
concluyeron que el costo inicial de los dispositivos
es compensado rápidamente por la mejora en la
eficiencia operativa. Además, Johnson y White
(2020) indicaron que el acceso a datos precisos
permite tomar decisiones más acertadas, lo que
reduce pérdidas económicas asociadas al manejo
ineficiente del ganado. En el contexto peruano,
Fernández et al. (2021) destacaron la pertinencia
de estas tecnologías en regiones altoandinas, donde
las condiciones climáticas y la geografía desafiante
dificultan el monitoreo tradicional. En este sentido,
Ortiz et al. (2022) demostraron que la
implementación de RSI en comunidades rurales
incrementó la productividad ganadera sin
comprometer la sostenibilidad ambiental.
Finalmente, estudios de campo en zonas rurales
latinoamericanas confirman que las RSI no solo
mejoran la gestión del pastoreo, sino que también
promueven la resiliencia de las comunidades frente
al cambio climático (Guzmán et al., 2021; Herrera
y Vargas, 2022). En línea con estos hallazgos, la
presente investigación tuvo como objetivo conocer
el comportamiento en el pastoreo de los bovinos
del Centro de Investigación y Desarrollo de
Bovinos Acraquia (CIDBA) de la Universidad
Nacional de Huancavelica, a través de redes de
sensores inalámbricos. Para lo cual, se diseñó,
construyó e implemento un dispositivo de redes de
sensores inalámbricos conectado a una aplicación
web (encargada de gestionar la información
captada por el dispositivo).
2. MATERIAL Y MÉTODOS
El trabajo se desarrolló en el Centro de
Investigación y Desarrollo de Bovinos Acraquia
(CIDBA) de la Universidad Nacional de
Huancavelica (UNH), ubicada en la localidad
denominada Acraquia del distrito de Pampas, de la
provincia de Tayacaja y de la región de
Huancavelica del Perú, ubicada a 3260 m.s.n.m.
con una temperatura promedio anual de 14 °C y
una humedad relativa de 60%. Para el presente
estudio, se utilizaron 3 vacas del mencionado
centro, a quienes se les monitoreó con el
dispositivo diseñado y construido para el presente
trabajo, basado en redes de sensores inalámbricos.
Los datos obtenidos por el dispositivo fueron
procesados y analizados utilizando el programa
estadístico R - The R Project for Statistical
Computing (R Core Team, 2024).
Autor Principal: Rufino Paucar Chanca
Correo del autor: rufino.paucar@unh.edu.pe
1 Escuela profesional de Zootecnia,
Universidad Nacional de Huancavelica,
Huancavelica, Perú.
2
Escuela profesional de Electrónica,
Universidad Nacional de Huancavelica,
Huancavelica, Perú.
3
Escuela profesional de Zootecnia,
Universidad Nacional de Huancavelica,
Huancavelica, Perú.
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3. RESULTADOS
Desplazamiento, tiempo de pastoreo, horarios
de beber y tiempo de dormir de los bovinos del
CIDBA
Se encontraron en media general para las
variables en estudio los siguientes valores:
desplazamiento = 276 metros, tiempo de pastoreo
= 8.26 horas, tiempo de dormir = 11.35 horas y el
horario de beber de las vacas oscilo entre las
08:55 horas y las 10:05 horas por la mañana y de
las 12:59 horas hasta las 14:15 horas por la tarde.
Tabla 01. Estadísticos descriptivos de desplazamiento, tiempo de pastoreo, horarios de beber y tiempo de
dormir de los bovinos del CIDBA – Acraquia.
Variables
Desviación Estándar
Desplazamiento (metros)
20.52
Tiempo de pastoreo (Horas)
0.15
Horario de beber (Hora)
*
Tiempo de dormir (Horas)
0.36
* No corresponde por el tipo de variable.
Posición espacial - temporal de bovinos del
CIDBA – Acraquia
Utilizando el dispositivo de redes de sensores
inalámbricos, se logró obtener la posición temporal
y espacial de los bovinos con un error de 3 metros.
A continuación, se describe el proceso de diseño y
construcción de los módulos electrónicos:
La figura N° 1, muestra el esquema general del
prototipo de la investigación titulado
“MONITORIZACIÓN DEL PASTOREO DE
BOVINOS DEL CIDBA – ACRAQUIA A
TRAVÉS DE REDES DE SENSORES
INALÁMBRICOS”; destacando la estación de
monitoreo y el nodo en cada ganado vacuno (collar
con sus respectivas fuentes de alimentación).
Diagrama general del sistema
Desarrollo del hardware
Estación de monitoreo:
Encargado de realizar el monitoreo de la posición
geográfica, desplazamiento, tiempo de pastoreo,
horario de beber agua, Tiempo de dormir de tres
ganados vacunos del CIDBA – ACRAQUIA, a
través del programa BoviSoft desarrollado en
LabVIEW 2017, para ser mostrado a través de la
interface USB.
El circuito (ver figura N° 2) utiliza el
microcontrolador ATmega328 de la placa Arduino
Uno, que por un lado permite la conexión con la
PC a través del puesto USB (en la actualidad las
laptops cuentan con este puerto, que permiten una
conexión sencilla y universal) y por el otro;
permite la conexión RS232 a nivel TTL con el
módulo GSM SIM 900.
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Esquema del circuito electrónico de la estación de monitoreo
Nodo de Adquisición:
La figura N° 3, muestra el diagrama de
bloques de un nodo de adquisición de datos;
que se encarga de encender el módulo
SIM800L, adquirir los datos desde GPS
para cada ganado vacuno, lo procesa y lo
envía a la estación de monitoreo, utilizando
mensajes de texto con comandos AT.
Esquema del circuito electrónico del nodo de adquisición
TX
RX
TX_8
RX_7
VCC1
GND
VCC 1
D+ 3
D- 2
GND 4
J1
USBCONN
CONEXION CON LA PC
C1
100uF
DIGITAL (PWM~)
ANALOG IN
AREF
13
12
~11
~10
~9
8
UNO
ARDUINO
A0
A1
A2
A3
A4
A5
POWER
ATMEGA328P
ATMEL
www.arduino.cc
GND
RX < 0
7
~6
~5
4
~3
2
TX > 1
RESET
5V
GND
3.3V
GND
ARD1
ARDUINO UNO
1
2
J2
CONN-SIL2
C2
0.1nF
VCC1
Nota: VDD = 5 V / 2 Amperios
SIM900
AREF
D13
D12
D10
RX<0
D9
D8
D7
D6
D5
D4
D3
D2
TX>1
NRST
5V
GND
3.3V
GND
GND
D11
SIM1
SIM900
Fuente de
alimentación
serialgps(RX_4)
serialgps(TX_3)
TX_8
RX_7
RX_7
TX_8
TX_3
RX_4
RXD
VCC
25V
100uF
GPS
Module
GND
TXD
GPS1
GPS MODULE
Vcc
C1
0.1nF
Vcc
C2
100uF
SIM800L
SPKN
SPKP
MCP
ANT
DTR
RING
GND
TXD
RXD
RST
4.1V
MCN
SIM1
SIM800L
OUT -
IN + OUT +
IN -
XL1
XL6009
D12
ATMEGA328P
ATMEL
D11
D10
D9
D8
D7
D6
D5
D4
D3
D2
GND
RST
RX D0
TX D1
VIN
GND
RST
5V
A7
A6
A5
A4
A3
A2
A1
A0
REF
3V3
D13
Nano
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
A5
A4
A3
A2
A1
A0
A6
A7
ARD1
ARDUINO NANO
1
2
J1
CONN-SIL2
Nota: VDD = 5 V / 1.5 Amperios
Bateria tipo LIPO
3.7V/10000mAH
Carga de
Bateria
Módulo TP4056
M1
Vcc
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Breve descripción de hardware
Arduino Uno R3:
La figura N° 4 muestra su placa electrónica; la
cual se basa en el microcontrolador ATmega328
de Atmel. Cuenta con conector USB, de
alimentación, una cabecera de ICSP, y un botón
de reinicio.
Principales características
• Microcontrolador ATMega328.
• Voltaje de operación de 1.8 - 5.5V.
• Voltaje de entrada (recomendado) 7-12V.
• 14 pines digitales de E/S (6 proporcionan una
salida PWM).
• 6 pines de entrada analógica.
• Corriente de E/S DC por pin de 40 mA.
• Para 3.3 V, corriente por pin de 50 mA.
• Múltiples fuentes de interrupción
• Memoria Flash 32 KB.
• Memoria SRAM de 2 KB y EEPROM de 1
KB.
• Velocidad de reloj 16 MHz.
• Periférico de comunicación serial USART,
USB
Fuente: https://naylampmechatronics.com/ardusystem-tarjetas/8-uno-r3.html/
Placa electrónica de Arduino Uno
Fuente de alimentación: Arduino Uno puede ser
alimentado a través de la conexión USB o con una
fuente de alimentación externa que se selecciona
automáticamente, el poder puede venir de un
adaptador de AC a DC o la batería. El adaptador se
puede conectar a un plug de 2.1mm centro-positivo
en el conector de alimentación de la placa, los
cables de la batería se pueden insertar en los
encabezados de pin GND y Vin del conector de
alimentación.
Puede operar con un suministro externo de 6 a 20
voltios. El rango recomendado es de 7 a 12 voltios.
Arduino Nano:
La figura N° 5 muestra el aspecto físico de Arduino
Nano, completo y fácil de utilizar basado en el
ATmega328P (Arduino Nano 3.x). Tiene más o
menos la misma funcionalidad del Arduino Uno,
pero en un paquete diferente. Solo le falta un
conector de alimentación de CC y funciona con un
cable USB Mini-B en lugar de uno estándar.
Arduino Nono es muy similar a Arduino Uno.
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Fuente: https://www.teslaelectronic.com.pe/producto/arduino-nano-r3-compatible/
Placa electrónica de Arduino Nano
SIM900 GSM/GPRS Shield:
El módulo GSM/GPRS Shield, es un modem
GSM/GPRS ultra compacto del tipo "Cuatri
Banda" en montaje superficial y diseñado con un
"Core" AMR926EJ-S, un procesador "single -
chip" muy poderoso que permite mayores
prestaciones que el promedio de los módulos
existentes en el mercado, con mayor velocidad de
procesamiento y significativo ahorro de energía en
el modo "sleep" (ver figura N° 6).
Con una interfaz estándar, el SIM900 entrega una
alta prestación en los modos GSM / GPRS en las
bandas de 850/900/1800/1900 MHZ para voz,
SMS, Datos, y Fax. El módulo GSM está diseñado
con una técnica de ahorro de energía que en modo
"sleep" con una corriente baja de 1.5mA.
Fuente: https://arduino-hannover.de/2014/04/20/mein-paket-ein-sim900-gsmgprs-shield/
Aspecto físico del módulo Arduino GSM/GPRS Shield
Características:
• Basado en el Chip de SIMCom's SIM900.
• Cuatro bandas 850/900/1800/1900 MHz:
puede trabajar en redes GSM en todos los
países de todo el mundo.
• Zócalo de tarjeta SIM y antena GSM:
instalado en la tarjeta.
• Control vía comandos AT - Comandos
estándar: GSM 07.07 & 07.05 / Comandos
mejorados: SIMCOM AT comandos.
• Pila TCP/UDP integrada: permite cargar los
datos a un servidor web.
• Servicio de mansajes cortos: usted puede
enviar pequeñas cantidades de datos a través
de la red (ASCII or puro hexadecimal).
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• 12 GPIOs, 2 PWMs and an ADC (toda lógica
a 2.8 voltios).
• Baja potencia de consumo: 1.5mA (modo
sleep).
• Rango de temperatura industrial: -40°C a +85
°C.
GSM SIM 800L:
El módulo SIM800L (Ver La figura N° 7), es un
dispositivo quad-band GSM/GPRS, trabaja en las
frecuencias GSM850MHz, EGSM900MHz,
DCS1800MHz y PCS1900MHz. Este módulo de
telefonía celular que te permite añadir voz, texto,
datos y SMS a tu proyecto en un pequeño paquete,
contiene una cantidad sorprendente de la
tecnología en este pequeño paquete. Es muy
similar al SIM900 GSM/GPRS Shield.
Fuente: https://www.teslaelectronic.com.pe/producto/modulo-gsm-sim800l-con-02-antenas/
Aspecto físico del módulo GSM SIM 800L
Módulo UAR GPS NEO-6M (7):
El módulo GPS en su modelo GY-GPS6MV2
viene con un módulo de serie U-Blox NEO 6M
equipado en el PCB, una EEPROM con
configuración de fábrica, una pila de botón para
mantener los datos de configuración en la memoria
EEPROM, un indicador LED y una antena
cerámica. También posee los pines o conectores
Vcc, Rx, Tx y Gnd por el que se puede conectar a
algún microcontrolador mediante una interfaz
serial. Para que nuestro módulo GPS funcione a la
perfección se recomienda hacer las pruebas en un
ambiente abierto o cercano a la ventana para una
correcta recepción de la señal (Figura N° 8).
Fuente: https://www.luisllamas.es/localizacion-gps-con-arduino-y-los-modulos-gps-neo-6/
Módulo GPS GY-GPS6MV2 NEO-6M
Aplicación web y base de datos de la
monitorización de bovinos del CIDBA –
Acraquia
Se logro crear una aplicación web, que se encarga
de gestionar la información captada con el
dispositivo mencionado líneas arriba. A
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continuación, se describe el proceso de diseño y
programación de la aplicación web:
Introducción a la programación en LabVIEW
LabVIEW es una herramienta de programación
gráfica. Originalmente este programa estaba
orientado a aplicaciones de control de
instrumentos electrónicos usadas en el desarrollo
de sistemas de instrumentación, lo que se conoce
como instrumentación virtual, es por ello que los
programas creados en LabVIEW se guardan en
ficheros llamados VI y con la extensión (.vi), que
significa como ya se describió instrumento virtual
(Virtual Instruments).
También relacionado con el mismo concepto se da
nombre a sus dos ventanas principales: un
instrumento real tendrá un panel frontal donde
estarán sus botones, pantallas, etc. Y una
circuitería interna. En LabVIEW estas partes
reciben el nombre de Panel Frontal y Diagrama de
Bloques respectivamente, como la Figura N° 9.
Panel frontal: Es la parte que ve el usuario final, tiene
fondo gris por defecto el cual puede ser cambiado
por el usuario.
Diagrama de bloques: En esta ventana se realizó la
programación, tiene fondo blanco por defecto, puede
ser cambiado.
El panel frontal y el diagrama de bloques están
conectados a través de los terminales (elementos
que sirven como entradas o salidas de datos). De la
misma forma que un indicador luminoso de la
caratula de un instrumento está representado como
un diodo en la circuitería interna, en un programa
en LabVIEW ese mismo indicador luminoso estará
representado en el diagrama de bloques como una
salida del tipo booleano en el que se escribe un
valor.
Panel frontal y de diagrama de bloques con sus paletas de control y función.
Bovisoft
Es el programa desarrollado en LabVIEW 2017,
que se encarga de realizar el monitoreo de la
posición geográfica, día y hora de los 3 vacunos
(con estos datos se obtuvo el desplazamiento,
tiempo de pastoreo, horario de beber agua, tiempo
de dormir de vacunos del CIDBA – ACRAQUIA).
La Figura N° 10 muestra el panel frontal del
programa Bovisoft en su versión 0.1; este
programa presenta lo siguiente:
Configuración del sistema:
Puerto serial: Identifica el número de puerto serial
utilizado de la conversión serial/USB del módulo
Arduino Uno.
Id Bovino: Número que identifica al bovino
monitoreado y toma los valores de 20, 21 y 22.
Latitud, Longitud, Altitud: Muestra la posición
geográfica actual del bovino, datos obtenidos del
módulo GPS, el cual se actualiza automáticamente.
Día, Mes, Año: Datos obtenidos desde el módulo
GPS y se actualiza automáticamente.
Hora, Minutos, Segundos: Datos obtenidos desde
el módulo GPS y se actualiza automáticamente.
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Panel frontal, configuración de sistema del programa Bovisoft V 0.1.
Tabla de datos
Esta tabla muestra los datos de latitud, longitud,
altitud, fecha, hora y id bovino, el cual obedece al
formato que será guardado.
Así; mismo se presenta:
Icono cerrar programa: Al hacer clic, se termina de
ejecutar el programa.
Icono exportar: Al hacer clic en este icono se
presenta una ventana emergente que nos permite
guardar los datos obtenidos desde que se inició el
programa. La Figura N° 9, muestra el instrumento
virtual para generar un reporte de los datos
obtenidos.
La Figura N° 11 muestra la tabla de datos del
programa Bovisoft V 0.1 dentro del panel frontal.
Panel frontal, tabla de datos del programa Bovisoft V 0.1.
La Figura N° 12, muestra el diagrama de bloques
del programa Bovisoft V 0.1, en el cual se realiza la programación a través de las diversas funciones
como:
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• Programación (donde encontramos:
estructuras, arreglos, datos, temporizadores,
archivos de E/S, formas de onda, aplicación de
control, generación de reporte, etc.)
• Instrumentos de E/S (como VISA, serial, etc.).
• Matemáticas (elemental, algebra lineal,
integral/derivadas, etc.).
• Procesamiento de señal (generación de señales,
operación con señales, filtros, transformadas,
espectros, medidas de onda, etc.).
• Control y simulación (PID, lógica difusa).
• DSC (alarmas y eventos, historial, etc.).
Diagrama de bloques del programa BOVISOFT V 0.1
Obtenido los datos con el programa BOVISOFT V
0.1, se puede descargar en archivo Excel. Haciendo
clic en el Icono EXPORTAR A EXCEL, se
muestra la ventana de la figura 13, al aceptar se
genera el archivo Excel que se abre
automáticamente, como se muestra en la Figura N°
14.