ppi 201502ZU4659
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ISSN 0254-0770 / Depósito legal pp 197802ZU38
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DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA
REVISTA TÉCNICAREVISTA TÉCNICA
“Buscar la verdad y aanzar
los valores transcendentales”,
misión de las universidades en
su artículo primero, inspirado
en los principios humanísticos.
Ley de Universidades 8 de
septiembre de 1970.
“Buscar la verdad y aanzar
los valores transcendentales”,
misión de las universidades en
su artículo primero, inspirado
en los principios humanísticos.
Ley de Universidades 8 de
septiembre de 1970.
VOLUMEN ESPECIAL 2020 No.1
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Volumen Especial, 2020, No. 1, pp. 03-55
Evaluation of a feeding system based on fuzzy logic
Hugo Rolando Sánchez Quispe* , Dalton Euclides Sarango Guaman y Mirian Isabel
Cucuri Pushug
Facultad de Recursos Naturales, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Sede Orellana, Ciudad el Coca
220150, Ecuador
*Autor de Contacto: hugo.sanchez@espoch.edu.ec
https://doi.org/10.22209/rt.ve2020a01
Recepción: 31/10/2019 | Aceptación: 14/01/2020 | Publicación: 01/03/2020
Abstract
Animal feeding is one of the most important components of poultry production systems, diffuse logic using
environmentsof 10 and 50 chickens respectively, evaluating small and large chickens, fed 6 and 3 times a day. The results
Keywords:
Evaluación de un sistema de alimentación avícola basado en
lógica difusa
Resumen
La alimentación animal es uno de los componentes más importantes de los sistemas de producción avícola, la
lógica difusa usando reconocimiento de patrones mejora estos sistemas de alimentación. Se diseñó y evaluó un controlador
completamente aleatorizado donde se comparó un controlador difuso con un sistema de alimentación tradicional, se
evaluaron 20 galpones en ambientes seccionados y no seccionados de 10 y 50 pollos respectivamente, evaluando pollos
en el reconocimiento de patrones en ambientes seccionados con un porcentaje de entrega similar al sistema tradicional, en
Palabras clave:
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Volumen Especial, 2020, No. 1, pp. 03-55
4Sánchez Quispe y col.
Introducción
Uno de los principales objetivos de los sistemas
de producción de pollos de engordes es lograr que la
producción sea lo más rápida posible y con una adecuada
ganancia de peso [1], en este sentido el sistema de
los requerimiento de energía y proteínas [2].
El uso de la lógica difusa ha sido empleada con
y cantidad de alimentos, [3] evaluaron un dispositivo que
en la suplementación de alimentos.
tradicionales [4], dado que modela sistemas donde la
respuesta no es lineal, esto en el caso de los sistemas de
producción avícola permite un mejor reconocimiento
de los patrones de consumo de los pollo, aumentando la
pérdidas [5].
En el caso del Ecuador, los criaderos avícolas
constituyen una de las actividades más importantes en
sistemas de producción en función de la capacidad
instalada y el grado de conocimiento del productor, en
todos estos sistemas de producción la alimentación
constituye uno de los elementos más importante en la
estructura de costos.
En los sistemas avícolas uno de los aspectos
donde más se ha avanzado es la formulación de raciones
[7], dado que esto constituye un factor clave para la
minimización de los costos y el aumento de la ganancia
de peso, así como la velocidad de crecimiento de los pollos
de engorde
de galpones automáticos o automatizados, para
aumentar la capacidad productiva, reduciendo costos y
herramienta que permite hacer uso de la tecnología con
Entre la innovaciones tecnológicas en los sistemas
de producción avícola está el uso de la lógica difusa, la cual
estaba basada en el reconocimiento de patrones mediante
el cual se establecen dispositivos que pueden determinar
de formas [10], estos es importante en la alimentación
avícola dado que los el patrón de los pollos no es lineal,
sino que responde a un sistema de lógica difusa
La lógica difusa es un sistema matemático que
modela funciones no lineales, que convierte unas entradas
en salidas acordes con los planteamientos lógicos que
usan el razonamiento aproximado [11]. Su aplicación
está enfocada especialmente para sistemas de control
preciso ya que una de las principales ventajas al utilizar
lógica difusa, son las salidas que ofrece permitiendo un
control mucho más veloz y preciso pudiendo adelantarnos
a los hechos [12].
Es por esta razón, se propone la implementación
de un controlador basado en la herramienta de la lógica
difusa como es el reconocimiento de patrones para
mejorar el abastecimiento de insumos alimentarios en
galpones avícolas.
Materiales y Métodos
La investigación se llevó a cabo en la provincia de
Chimborazo ubicada en la parte central del Ecuador. Para
la evaluación del sistema de alimentación difusa se evaluó
un controlador durante 6 semanas, en pollos de engorde
de tamaños pequeño y grande, se utilizó el sistema de
lógica difusa (haar cascade) para la diferenciación el
tamaño. El sistema de alimentación fue comparado con
un sistema tradicional, para ló cual se seleccionaron
dos áreas, una seccionada y otra sin seccionar; el área
seccionada corresponde a un área de 10 pollos de
engorde por m2 dentro del galpón; en total se tomaron 20
galpones por cada sistema de alimentación, mientras que
el área no seccionada equivale a un galpón con capacidad
de 50 pollos de engorde, el cual fue replicado 20 veces, la
pollo pequeños y 3 veces al día para los pollos grande, con
una ración de 130 gramos por cada pollo pequeño y 900
gramos para pollo grandes.
Levantamiento de los datos
especies como de los insumos requeridos, no fueron
necesarias las simulaciones, sino que la medición se
realizó directamente sobre la población con ambientes
seccionados de 1 metro cuadrado por cada 10 pollos para
el caso de ambiente seccionado y en una población de 50
pollos en los ambientes sin seccionar, a los que se les dio
seguimiento durante 1 semana.
pollos, tanto en el ambiente seccionado y sin seccionar, se
utilizó el sistema de lógica difusa denominado cascada (haar
cascade) de open_cv entrenada previamente (Figura
1).
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Volumen Especial, 2020, No. 1, pp. 03-55
5
Evaluación de un sistema de alimentación avícola
Figura 1.
pollos de engordes en ambientes seccionados.
El sistema permite controlar las variables de
entrada, que son las imágenes capturadas por la cámara de
Raspberry Pi, las cuales son usadas para el reconocimiento
microprocesador (Raspberry Pi) procesó la información
e interpreto las variables de salida de control, que en
alimento y agua.
Diseño del controlador difuso
El control difuso que se diseñó e implementó
es un controlador del tipo proporcional, la entradas para
el funcionamiento es el número de pollos procesados
por el algoritmo de reconocimiento. La estructura del
controlador difuso estuvo en función de los datos que se
obtuvo en el reconocimiento de patrones y que permitió
abastecimiento de insumos.
Variables lingüísticas
Se tomó en cuenta el principio básico del
funcionamiento de la válvula de abastecimiento de
insumos, posteriormente se transformaron los datos
analógicos a digitales, considerando que la lógica difusa
interpreta valores entre 0 y 1, la modulación del ancho de
pulso en función del voltaje se realizó con la librería de
Python (RPI.PWM) a través del acceso directo de memoria
de la Raspberry (DMA).
Conjuntos difusos
Para el propósito se utilizó la función trapezoidal
y la función triangular por lo que su relación quedó de la
siguiente manera:
ERROR: ENP= trapf (0,0;0,0, 260,0; 300,0);
300,0; 300,0; 300) y VOLTAJE: M_1 (VNP)=tra
Entorno hardware del sistema de control
Raspberry Pi 3, servomotores, sensores de peso, cámara
de Raspberry Pi y los conversores AC/DC y herramientas
informáticas de computación como router y putty; la
programación se realizó en PHYTON, que junto Open CV
son herramientas muy potentes en el reconocimiento de
patrones. El patrón para el reconocimiento de patrones
fueron las sombras que forman los pollos dentro de
espacio de análisis de tal manera que el sistema está
diseñado para analizar el número de pixeles que tiene la
imagen capturada por la cámara de Raspberry Pi.
Las variables consideradas en el controlador
fueron el número de pollos y el voltaje que necesita el
servomotor para su apertura y abastecimiento de insumos
avícolas, las mismas fueron establecidas de la siguiente
manera: Variables de entrada. La imagen, número de
pollos y variables de salida. Señal (PWM).
Diseño del reconocimiento de patrones
El patrón utilizado para el reconocimiento de
los pollos fue la sombra y forma de la misma producida
por los pollos, se descartó características como el color ya
que su cambio entre el amarillo y el blanco no es uniforme
como un pollo grande o pequeño. El reconocimiento de
patrones constó de 5 procesos considerando que x(s)
son las entradas que para la investigación se considera el
entorno del galpón avícola por lo que y(s) es la salida o los
resultados del reconocimiento de patrones.
En el primer proceso consistió en almacenar
las imágenes capturadas del entorno real del ambiente
cámara de Raspberry Pi, tomando en cuenta que en visión
la iluminación y el enfoque de la cámara, previo a ello se
para eliminar el ruido, sabiendo que para el proyecto se
trabaja con imágenes capturadas en entornos reales por
la cámara de Raspberry Pi, además en este proceso se
realizó la extracción de las características, tales como;
las sombras producidas por los pollos en el ambiente
de investigación, el análisis de dichas características se
realiza por la saturación de colores.
Análisis de variables
Las variables utilizadas para comparar los resultados
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Volumen Especial, 2020, No. 1, pp. 03-55
6Sánchez Quispe y col.
entre el sistema de alimentación nominal (convencional)
y el sistema basado en lógica difusa, tanto en ambiente
seccionados como no seccionados fueron el porcentaje de
de pollos, la cantidad de alimento estimado con la cantidad
de alimento ofertado y la cantidad de agua suministrada,
Resultados y Discusión
Evaluación en ambientes seccionados
Previo a la evaluación del consumo de alimento
de pollos grandes y pequeños en ambientes seccionados,
se evaluó el patrón de reconocimiento basado en visión
Tabla 1.
cial en ambiente.
Parámetro Ambiente
seccionado
Número de experimentos 20
Número de reconocimientos de
pollos pequeños 180 pollos
Número de reconocimientos pollos
grandes 185 pollos
Pollos pequeños no reconocidos 20 pollos
Pollos grandes no reconocidos 15 pollos
Porcentaje de detección pequeños 90%
Porcentaje de detección grandes 92,5%
Los resultados de la Tabla 1, muestran que el sistema
y serparación de pollos al lograr un porcentaje de
de reconocimneto y una decuada separación de los pollos
Con éxito [13] usaron el sistema de visión
para el sexuado a través de análisis de imagen para la
producción de patos.
En la Tabla 2, se observa al evaluar el sistema
de alimentación usando el controlador difuso que en
durante las primeras horas del día y que puede usar a
pollos en horas de la mañana.
Tabla 2. Consumo de alimentos de pollos pequeños bajo
sistema de control difuso
Hora Caudal
(gr s-1)
Estimados
(gr)
Entregado
(gr)
Tiempo
Abierto (s)
Balance
6:00 146 1300 1352,9 8,9 +52,9 (4,09%)
10:00 146 1300 1301,4 8,9 +1,04 (0,08 %)
14:00 146 1300 1307,26 8,9 +7,26 (0,55 %)
18:00 146 1300 1302,13 8,9 +2,13 (0,16%)
22:00 146 1300 1308,16 8,9 +8,16 (0,62 %)
2:00 146 1300 1320,63 8,9 +20,63 (1,58
%)
De igual forma [4], evaluaron un controlador
automatizado para la alimentación de pollos el cual
fue evaluado y comparado con un sistema manual en
términos de sobrealimentación y tiempo de dispensación
de insumos, el resultado encontrado fue una evaluación
exitosa del sistema mecatrónico al encontrar un tiempo
de 1 segundo adicional al compararlo con el sistema
Cuando se evalúa el consumo de alimentos con
el controlador difuso pero en pollos grandes en ambientes
que el caso de los pollos pequeños fue observada en las
primeras horas del día (Tabla 3).
Al evaluar un controlador automático en
comparación a un controlador difuso y un sistemas sin
mecanismo de control, [5] encontrando que en los sistemas
de alimentación sin controladores el comportamiento
fue inadecuado, ellos encontraron que un controlador
PID fue más eficiente que el sistema de control difuso,
difuso, sin embargo ambos sistemas fueron más eficientes
que el sistema convencional.
Tabla 3. Consumo de alimentos de pollos grande
bajo sistema de control difuso
Hora Caudal
(g s-1)
Estimados
(g)
Entregado
(g)
Tiempo
Abierto (s) Balance
6:00 158 9000 9057,13 8,9 +57,13
(0,63%)
16:00 158 9000 9016,16 8,9 +16,16
(0,18%)
24:00 158 9000 9007,46 8,9 +7,46
(0,08 %)
En el caso del consumo de agua se observa en la
primeras
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Volumen Especial, 2020, No. 1, pp. 03-55
7
Evaluación de un sistema de alimentación avícola
en el resto de la evaluación se observó una sobreestimación
Tabla 4. Abastecimiento de agua en pollos pequeños bajo sistema de control difuso
Hora Caudal
(gr s-1)
Estimados
(gr)
Entregado
(gr)
Tiempo
Abierto (s) Balance
6:00 26 2340 2297,53 90 -42,47 (-1,81 %)
10:00 26 2340 2343,73 90 3,73 (0,15)
14:00 26 2340 2342,86 90 2,86 (0,12)
18:00 26 2340 2348,26 90 8,26 (0.35%)
22:00 26 2340 2347,43 90 7,43 (0,31%)
2:00 26 2340 2339,00 90 -1,00 (-0,04%)
Las bondades de los sistemas automatizados son
señaladas por [15] para el suministro de agua en galpones
avícolas ya que reduce las pérdidas de agua, regula la
cantidad y tiempo de suministro, mejora las condiciones
sanitarias, homogeniza el tamaño de las aves, reduce el
costo de mano de obra en los galpones, reduce el stress, sin
el caso de Nigeria usan bebederos automatizados, siendo
las causas escaso conocimiento técnico, falta de acceso
a crédito e inadecuadas condiciones de electricidad,
situación similar se presenta en el Ecuador, donde a pesar
de las ventajas de estos sistemas, la mayoría de las granjas
avícolas están en manos de pequeños productores de un
bajo nivel técnico y en zonas de acceso remoto.
En el caso de los pollos grandes al igual que lo
observado en el consumo de alimentos se observa en la
lo observado en casos anteriores ocurrió durante las
primeras horas de alimentación
Tabla 5. Abastecimiento de agua de pollos grande bajo
sistema de control difuso
Hora Caudal
(gr s-1)
Estimados
(gr)
Entregado
(gr)
Tiempo
Abierto (s) Balance
6:00 26 16200 16215,46 623,1 +15,46
(0,09%)
16:00 26 16200 16203,96 623,1 +3,96
(0,02%)
24:00 26 16200 16204,13 623,1 +4,13
(0,03 %)
basado en lógica difusa han sido usado con éxito en la
India, usando incluso sistemas similares al de la presente
investigación como Raspberry Pi2, [16] señalan que las
ventajas de estos sistemas es que provee información
más rápida y precisa a los productores, ya que se conecta
a una serie de sensores ambientales, es de bajo costo y
fácil adquisición, además como se mencionó previamente
permite controlar otros parámetros como temperatura,
luz, humedad etc., y como se observó en la Tabla 5 al
compararlo con los resultados obtenidos en sistemas
Cuando se compara el sistema de alimentación
de logica difusa (Figura 2) con el sistema de alimentación
nominal, obserrvamos que tanto para pollos grandes como
para pollos pequeños existe una sobreoferta de alimentos
en el sistema de logica difusa, pero que en ningun caso la
del sistema de alimentación.
A
B
Horas de alimentación
06:00 10:00 14:00 18:00 22:00 02:00
Alimento consumido(gr)
1280
1300
1320
1340
1360
Nominal
Difuso
Horas
06:00 10:00 14:00 18:00 22:00 02:00
Alimento consumido(gr)
8980
9000
9020
9040
9060
Nominal
Difuso
Figura 2. Comportamiento del sistema bajo control
difuso vs alimentación nominal en pollos pequeños (A) y
grandes (B) en ambiente seccionados.
ventajas del uso de sistemas basado en lógica difusa
para sustituir los sistemas manuales, por la reducción
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Volumen Especial, 2020, No. 1, pp. 03-55
8Sánchez Quispe y col.
de los costos generados por la mano de obra usada en
los sistemas convencionales, mejorando la relación
el tiempo empleado para el suministro de la alimentos, así
como el control de parámetros ambientales asociados al
uso de sensores para el registro de temperatura, humedad
etc., todo esto se traduce en que estos sistemas sean más
éxito en sistemas de riego y control de invernadero.
En relación al consumo de agua al comparar
ambos sistemas se observa un excedente con el sistema
de lógica difusa en comparación al sistema nominal
agua al igual que lo reportado para el abastecimiento de
alimentos, esta en los rangos normales establecido en los
estándares de calidad.
Horas de alimentación
04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00
Agua consumida (gr)
16200
16203
16206
16209
16212
16215
16218
Difuso
Nominal
Figura 3. Comportamiento del consumo de agua en
pollos de engorde bajo sistema de control difuso y
alimentación nominal.
Evaluación en sistemas no seccionados
Cuando se evaluó el sistema de alimentación
en ambiente no seccionados, lo primero que resalta es
una disminución en el la capacidad del sistema de visión
resultados se observan en la Tabla 6.
Tabla 6. Reconocimiento de pollos mediante
Parámetro Ambiente
seccionado
Número de experimentos 20
Número de reconocimientos de pollos pequeños 432 pollos
Número de reconocimientos pollos grandes 346 pollos
Pollos pequeños no reconocidos 568 pollos
Pollos grandes no reconocidos 654 pollos
Porcentaje de detección pequeños 43,2 %
Porcentaje de detección grandes 34,6%
Se observó
no seccionados con 50 pollos, no obstante una menor
se traduce en un funcionamiento inadecuado del sistema
de alimentación basado en lógica difusa.
El controlador difuso dispensa una cantidad de
alimento estadísticamente similar a la cantidad estimada,
el error absoluto es alto dado que más de la mitad de la
a una subestimación en la cantidad de alimento ofertado
lo cual se traduce en una menor ganancia de peso. En este
cámara para la toma de imágenes tiene que ser de una alta
resolución,
a 45 grados, de tal forma que el enfoque a este ángulo
permita obtener una mejor toma, con el mismo principio
la altura de la cámara debe ser de tal manera que no se
de entre pollo grande o pequeño incidiendo directamente
al abastecimiento del alimentos.
Otro parámetro fundamental en referencia
al reconocimiento de patrones es tener una buena
iluminación, se sugiere una cámara por grupo de aves en
el ambiente seccionado, la implementación de la luz se
podría controlar de mejor manera.
Cuando se evalúa el consumo de alimento en pollos
pequeños en ambiente seccionado se observa una tasa de
explicó previamente el patrón de reconocimiento de visón
Tabla 7. Consumo de alimentos de pollos
pequeños bajo sistema de control difuso en ambiente no
seccionado
Parámetros evaluados
Número de galpones 20
Número de reconocimientos de pollos pequeños 432
Consumo de alimento estimado (g) 56160,00
Cantidad de alimento entregada (g) 56825,85
Balance 665,60
Exceso de alimento (%) 1,18
Al igual que lo observado para los pollos
pequeños en el ambiente no seccionado se observó que el
Rev. Téc. Ing. Univ. Zulia. Volumen Especial, 2020, No. 1, pp. 03-55
9
Evaluación de un sistema de alimentación avícola
al compararlo con la cantidad de alimento estimados
oferta de alimentos lo cual hace inviable el sistema.
Tabla 8. Consumo de alimentos de pollos grandes bajo
sistema de control difuso en ambiente no seccionado
Parámetros evaluados
Número de galpones 20
Número de reconocimientos de pollos pequeños 365
Consumo de alimento estimado (g) 32850
Cantidad de alimento entregada (g) 329482,46
Balance 654
Exceso de alimento (%) 0,19
Conclusiones
la alimentación de pollos grandes, al observarse menos
tasas de sobrealimentación cuando fue comparado con el
sistema tradicional, tanto en ambientes seccionados como
no seccionados
En ambientes seccionados como no seccionados,
constituye una alternativa para el manejo de sistemas
de alimentación avícola por el costo que representa en la
disminución de mano de obra.
En la alimentación de pollos grandes, como en
pollos pequeños, la mayor tasa de sobrealimentación se
observó durante las primeras horas, por lo que el patrón
de reconocimiento pudo ser afectado por condiciones
El consumo de agua fue similar en ambos
sistemas, independientemente de la edad de los pollos
observando una tasa de sobre consumo en las primeras
horas del día en comparación al sistema tradicional.
En los ambientes no seccionados el sistema de
en la cantidad real de alimento entregado, lo que puede
afectar la ganancia de peso y la homogeneidad del tamaño
y peso de las aves dentro del galpón.
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REVISTA TECNICA
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UNIVERSIDAD DEL ZULIA
www.luz.edu.ve
www.serbi.luz.edu.ve
www.produccioncientica.luz.edu.ve
Esta revista fue editada en formato digital y publicada
en Febrero de 2020, por el Fondo Editorial Serbiluz,
Universidad del Zulia. Maracaibo-Venezuela
Volumen Especial, 2020, No. 1, pp. 03 - 55_________________
