SISTEMA AUTÓNOMO DE RIEGO
AUTONOMOUS IRRIGATION SYSTEM

Miguel Jesús Peñalver Carvajal

DOBLE GRADO EN INGENIERÍA INFORMÁTICA - MATEMÁTICAS
FACULTAD DE INFORMÁTICA

UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

Trabajo de Fin de Grado
del Grado en Ingeniería Informática

Curso 2022/2023

Dirigido por
Juan Carlos Fabero Jiménez

Doctor en Física



Resumen

El problema de la desertificación en España está a la orden del día y la situación
empeora progresivamente. Por ello nos hacemos la siguiente pregunta: ¿cómo podemos
aprovechar mejor los recursos hídricos en un país donde una gran parte de la superficie
se dedica a la agricultura? Para dar respuesta a esta pregunta presentamos un sistema
de riego automático, destinado para su utilización tanto en hogares como en agricultura,
y que permite el cálculo automático de los tiempos de riego gracias a la observación de
parámetros ambientales como la temperatura, la humedad y precipitaciones, así como la
época del año y configurando manualmente el tipo de árbol regado. Complementamos este
proyecto con un sistema de control para una depuradora de piscina empleando el mismo
código, demostrando la modularidad y flexibilidad de uso. Con este sistema se ha reducido el
consumo de agua en los meses de verano entre un 30 % y un 50 %, además de un aumento en
la frecuencia de riego y una consecuente mejora en los cultivos. El software empleado para
este cometido es de código abierto, Home Assistant y ESPHome, líderes en el sector de la
automatización del hogar y proporcionan una interfaz amigable e intuitiva. La implicación
en el futuro del proyecto puede ser muy amplia, pues proporciona un sistema automático y
aplicable tanto a nivel profesional como para pequeños hogares y jardines.

Palabras clave

Automatización; Riego; Sostenibilidad; Ecología; Interfaz; Embedded System Processor ;
ESPHome; Home Assistant.



Abstract

Desertification has become a pressing issue in Spain, with the situation deteriora-
ting progressively. As a result, we’re left wondering: how can we better manage our water
resources in a country where a significant portion of the land is dedicated to agriculture?
To address this challenge, we’ve developed an innovative automatic irrigation system that
can be used both in households and on farms. The system calculates the watering times
automatically by taking into account environmental factors such as temperature, humidity,
precipitation, and the type of tree being irrigated. We’ve also developed a control system
for pool purification using the same code, which highlights the flexibility and modularity of
our solution. The system has led to a 30 % to 50 % reduction in water consumption during
summer, while also improving crop yields due to the increased frequency of watering. Our
software, Home Assistant and ESPHome, are open-source and leaders in home automation,
providing a user-friendly interface that is intuitive to navigate. Looking forward, we be-
lieve that our automated system will be widely applicable across different settings, from
professional agriculture to small-scale gardens and homes.

Keywords

Automation; Irrigation; Sustainability; Ecology; Interface; Embedded System Processor ;
ESPHome; Home Assistant.



Índice general

Índice i

Agradecimientos iii

1. Introducción 1
1.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1. Introduction 5
1.1. Goals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2. Arquitectura del sistema 9
2.1. Sistema central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2. Nodo de las electroválvulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3. Nodo de la piscina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3. Descripción a nivel de hardware 12
3.1. Dispositivos de conexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2. Home Assistant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.3. Nodo de las electroválvulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.4. Nodo de la piscina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4. Herramientas empleadas en la instalación 18

5. Descripción del proyecto a nivel de software 20
5.1. Sistema principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5.2. Nodos de control: ESPHome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5.3. Gestión de los eventos de tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.4. Llenado de la piscina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

6. Proyectos previos 27

i



6.1. DIY Irrigation Controller de Brian Hanifin . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6.2. Sprinkler Controller de ESPHome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6.3. Controladores de la marca Rain Bird . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

7. Montaje del sistema 33
7.1. Home Assistant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
7.2. Nodo de las electroválvulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
7.3. Nodo de la piscina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

7.3.1. Boyas magnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
7.3.2. Pluviómetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

7.4. Termómetro exterior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

8. Interfaz y funcionamiento 41
8.1. Interfaz para el riego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
8.2. Interfaz para la piscina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

9. Conclusiones 48

9. Conclusions 50

Referencias 54

A. Esquema de la instalación 55

ii



Agradecimientos

A mi tutor, Juan Carlos, por animarme a realizar este trabajo y saber valorar el

esfuerzo detrás de este proyecto, así como por haber afianzado mi interés por el cacharreo

y las redes tanto dentro como fuera de las aulas.

A mi familia, por haberme permitido económicamente llevar a cabo el proyecto y por

apoyarme y ayudarme a lo largo de todos estos años.

A la Universidad, por fomentarme la curiosidad y por su valiosa contribución en mi

formación académica.

iii



Capítulo 1

Introducción

En este proyecto se va a abordar uno de los grandes problemas del mundo de la
agricultura actualmente, concretamente en los campos de regadío, donde en muchos casos
la gestión de estos se realiza manualmente y sin ningún tipo de planificación.

Según un reciente informe del Ministerio de Agricultura [1], publicado en mayo de
2021, se estima que la superficie de riego en España en 2020 se sitúa en 2.943.088 hectáreas,
de las cuales el 23 % aún se riega de manera “ineficiente”, término empleado en el documento
para referirse a aquel riego que se realiza por gravedad o inundación. En el 77 % que se riega
de forma eficiente, se emplean sistemas como el riego localizado o por aspersión; sin embargo,
el informe no desgrana si dichos sistemas se encuentran informatizados o disponen de algún
tipo de control, o se trata de un riego puramente manual.

Así pues, existe aún un claro atraso en la gestión del agua en España, un país donde
llaman la atención lugares tales como la Región de Murcia donde más del 15 % de la super-
ficie se encuentra destinada a cultivo de regadío. Sin embargo, dicha zona está catalogada
como desertificada o en proceso de desertificación, aunque en el informe anterior no hace
referencia a qué proporción de ese 15 % se riega de manera eficiente.

Nuestra propuesta para solventar el gran problema de gestión de agua es emplear riego
localizado o por aspersión junto al uso de electroválvulas. El sistema de riego localizado
es ampliamente utilizado en la actualidad, pues garantiza un aprovechamiento mucho más
eficiente del agua, al verter esta misma en los alrededores de los troncos de los árboles.
Se diferencia así del riego por aspersión, donde se simula lluvia fina sobre el cultivo. Este

1



proyecto es aplicable a ambos casos sin cambiar la instalación actual de riego.

Aunque aún hay superficies en España que no hacen uso de estos sistemas eficientes,
los gobiernos regionales suelen convocar ayudas que permiten su rápida adopción, ya que
es de interés común el máximo aprovechamiento de los recursos hidrológicos del país. Por
ello, la implementación de este proyecto es posible en la mayoría de los casos.

Como vemos en los primeros párrafos, la situación actual es mejorable en cuanto a
aprovechamiento se refiere, por ello nuestro proyecto va dirigido a aquellos campos o lugares
donde se tenga una instalación de regadío. En concreto, solo es necesario el cambio de las
válvulas que dan paso al agua, cambiándolas por alguno de los modelos que permiten el
control electrónico de las mismas.

Figura 1.1: Vista superior de una Raspberry Pi 3 B+.

Este proyecto nos va a permitir un control automático del riego de los árboles o de
cultivos estacionales, con algunas ventajas adicionales que veremos más adelante. Consiste
en un sistema que monitoriza la temperatura y la humedad del aire, así como la cantidad de
precipitaciones diarias, y con esos datos realiza un cálculo matemático sencillo para obtener
el tiempo de riego de cada sector o zona, controlado mediante distintas electroválvulas.

El proyecto consta de un sistema principal, el cual actúa como servidor y nos per-
mite controlar el resto de dispositivos ofreciendo una interfaz web. El ordenador empleado
para este propósito es un Intel NUC 1.2, con un procesador Intel Core i5, el cual ejecuta
una instancia de Home Assistant. Sin embargo, para este propósito puede emplearse una
Raspberry Pi 3 B+ como la que se muestra en la imagen 1.1, la cual dispone de recursos
suficientes para efectuar los cálculos y gestionar los programas necesarios.

En el servidor, de forma remota, se pueden programar y actualizar una serie de mi-
crocontroladores, los cuales describiremos a fondo más adelante, los cuales se encuentran

2



conectados a la red local y permiten actualizaciones OTA (Over-the-Air). Uno de los mi-
crocontroladores será el encargado de la gestión del riego y el control de las electroválvulas.

Figura 1.2: Vista frontal del Intel NUC usado en el proyecto.

Para mostrar la flexibilidad del código y las posibilidades del proyecto, también lo
emplearemos para programar otro nodo, el cual se encarga de la gestión de una depuradora
de piscina y del llenado de la misma gracias a la comunicación entre los microcontroladores.

1.1. Objetivos

El objetivo principal de este proyecto es conseguir un mejor aprovechamiento de los
recursos hídricos disponibles, así como evitar errores humanos cometidos habitualmente en
la gestión de los mismos. Con este sistema automatizado pretendemos, junto a una técnica
de riego eficiente como es el riego por goteo, aprovechar al máximo el agua empleada y
minimizar el gasto innecesario.

Para alcanzar dicho objetivo, presentamos a continuación los criterios que debe cum-
plir un sistema para considerar que realiza un buen aprovechamiento hídrico:

Reducir los errores humanos más comunes en la gestión del riego. De todos ellos el de
mayor relevancia práctica es el olvido, tanto si se deja demasiado tiempo como si se
omite cuando es necesario.

Modificar los tiempos de irrigación según la época del año. Esto es importante pues las
necesidades hídricas son distintas en primavera y en otoño, aunque el rango térmico
sea similar.

Tener en cuenta a la hora de calcular los tiempos de riego el tipo de árbol o de cultivo
para ajustar la cantidad de agua convenientemente.

3



Realizar ligeras variaciones en la cantidad de agua según la temperatura ambiente y
la humedad relativa, de forma que se minimicen los efectos de olas de calor y haya un
ahorro de agua en las olas de frío.

Modificar los tiempos de riego según las precipitaciones acumuladas de los últimos
días. Esto es de especial utilidad en plantaciones susceptibles de contraer enfermedades
por encharcamiento.

4



Chapter 1

Introduction

In this project, we will address one of the major problems in agriculture, specifically
in irrigated fields. In many cases, the management is carried out manually and without any
planning.

According to a recent report from the Spanish Ministry of Agriculture [1], published in
May 2021, the estimated irrigated area in Spain in 2020 was 2,943,088 hectares. Out of this
total, 23 % is still irrigated in an “inefficient” way, referring to gravity or flood irrigation
as mentioned in the document. The remaining 77 % is irrigated efficiently using systems
such as localized or sprinkler irrigation. However, the report does not specify whether these
systems are computerized or have any kind of control, or if the irrigation is purely manual.

Therefore, there is still a clear deficiency in water management in Spain, particularly
in regions like the Region of Murcia where over 15 % of the land is dedicated to irrigation
crops. However, the report does not mention the proportion of that percentage that is
irrigated efficiently.

Our proposal to address this significant water management problem is to use localized
or sprinkler irrigation along with the implementation of solenoid valves, as we will discuss
later. The localized irrigation system is widely used today because it ensures much more
efficient water utilization by delivering water directly to the area around the tree trunks.
In contrast, sprinkler irrigation simulates fine rain over the crops. Our project is applicable
to both systems without requiring changes to the existing irrigation setup.

While some areas in Spain still do not utilize these efficient systems, regional govern-

5



ments typically provide grants to facilitate their rapid adoption, as maximizing the use of
the country’s water resources is a common interest. Therefore, the implementation of this
project is feasible in most cases.

As evident from the previous paragraphs, the current situation can be improved in
terms of water utilization. Therefore, our project is focused on fields or locations where an
irrigation system is already in place. Specifically, only the valves that control the water flow
need to be replaced with models that allow electronic control of the valves.

Figura 1.1: Top view of a Raspberry Pi 3 B+.

This project will allow us to achieve automatic control of irrigation for trees or
seasonal crops, along with some additional advantages that we will discuss later. It consists
of a system that monitors air temperature, humidity, and daily precipitation, and based on
this data, performs a simple mathematical calculation to determine the irrigation time for
each sector or zone. The irrigation is controlled through various solenoid valves.

The project comprises a main system that acts as a server, providing a web interface
to control the other devices. For this purpose, an Intel NUC 1.2 with an Intel Core i5
processor is used to run an instance of Home Assistant. However, a Raspberry Pi 3 B+
like the one shown in Figure 1.1 can be used for this purpose as well, as it has sufficient
resources to perform the calculations and manage the necessary programs.

On the server, a series of microcontrollers can be programmed and updated remotely,
which will be described in detail later. These microcontrollers are connected to the local
network and support Over-the-Air (OTA) updates. One of the microcontrollers will be
responsible for irrigation management and controlling the solenoid valves.

6



Figura 1.2: Front view of the Intel NUC used in the project.

To demonstrate the code’s flexibility and the project’s possibilities, we will also utilize
it to program another node responsible for managing a pool filtration system and controlling
its filling, facilitated by communication between the microcontrollers.

1.1. Goals

The primary goal of this project is to achieve a better utilization of available water
resources and mitigate common human errors frequently encountered in water management.
Through this automated system, our aim is to maximize water usage and minimize unne-
cessary expenses by implementing an efficient irrigation technique such as drip irrigation.

To accomplish this goal, we outline below the criteria that a system must fulfill to
be considered effective in water utilization:

Reduce common human errors in irrigation management, with particular emphasis on
addressing the practical issue of forgetting to irrigate, whether by allowing excessive
intervals between irrigation sessions or omitting them when necessary.

Adjust irrigation timing according to the season, as water requirements vary between
spring and autumn, despite similar temperature ranges.

Consider the specific tree or crop type when calculating irrigation timing to ensure
appropriate water quantity adjustments.

Incorporate slight variations in water amounts based on ambient temperature and
relative humidity, thus minimizing the impact of heatwaves and conserving water
during cold spells.

7



Modify irrigation timing based on accumulated precipitation in recent days, especially
valuable for plantations susceptible to waterlogging-related diseases.

8



Capítulo 2

Arquitectura del sistema

Antes de describir los elementos de hardware en profundidad, presentamos una visión
general de los distintos componentes del proyecto. Podemos encontrar un esquema con
dichos elementos en el anexo A.

Disponemos de un servidor principal, en este caso un ordenador Intel NUC, el cual
gestiona y monitoriza numerosos microcontroladores a través de la red local. Dicho orde-
nador permite acceder a todas las funcionalidades a través de una interfaz web accesible
desde el navegador tanto dentro como fuera de la red local, para una cómoda gestión del
sistema.

Los controladores empleados en este proyecto son microcontroladores ESP (acrónimo
de “Embedded System Processor”), los cuales son una familia de microcontroladores de
bajo costo y bajo consumo de energía mayormente empleados en proyectos de Internet
de las cosas (IoT). Estos chips se basan en el procesador de la serie Xtensa LX6 de la
compañía Tensilica, y es producido por la compañía china Espressif Systems. También
disponen de conectividad inalámbrica, WiFi y Bluetooth, aunque hay algunas versiones
(como las empleadas en el proyecto) que disponen de conectividad Ethernet.

El sistema tratado en este trabajo se compone de numerosos nodos dirigidos por
dispositivos ESP, los cuales se conectan a la red local. En este proyecto vamos a tratar dos
de ellos. El primero del que vamos a hablar es el “nodo de las electroválvulas” dirigido por un
ESP32, el cual internamente realiza cálculos para fijar unos tiempos de encendido y apagado
del riego según distintos parámetros. El otro dispositivo que vamos a presentar es el “nodo

9



de la piscina”, dirigido también por un ESP32, el cual es el encargado de comunicar al nodo
anterior que le hace falta agua a la piscina, además de gestionar el tiempo que se encuentra
el motor de la depuradora encendido. En el capítulo 5 explicaremos más en profundidad la
comunicación entre los nodos. El Home Assistant es el encargado de la comunicación entre
ellos y de proveerles los valores y parámetros necesarios para realizar sus cálculos.

2.1. Sistema central

En primer lugar, como elemento central de gestión y comunicación, se ha empleado un
ordenador Intel NUC de octava generación, el cual únicamente ejecuta el sistema operativo
Home Assistant, desarrollado con la automatización y gestión del hogar conectado como
principal tarea. Este sistema operativo, entre otras cosas, nos permite la automatización de
ciertas tareas y, en este caso particular, nos servirá para programar los ESP32 de manera
remota, sin necesidad de acceder físicamente a ellos, así como el acceso a través de una
dirección web a la configuración y el control del hogar.

La elección del mencionado modelo de ordenador ha sido para agilizar las tareas de
compilación además de otras ajenas al proyecto, como el procesamiento de imágenes de
una cámara de seguridad. Sin embargo, anteriormente a este ordenador se disponía de una
Raspberry Pi 3 Modelo B+, la cual realizaba todas las funciones a pesar de sus limitados
recursos.

El acceso a este ordenador se realiza a través de la red local o el dominio corres-
pondiente, pero no tiene ninguna pantalla ni periféricos conectados directamente. Desde la
instalación del Intel NUC hace más de un año, no se ha reportado ningún fallo ni caída del
sistema. Todo el software empleado es libre y se puede encontrar en sus correspondientes
repositorios de GitHub [2].

2.2. Nodo de las electroválvulas

Para la gestión de las electroválvulas, se ha empleado un ESP32 con conexión Ether-
net, concretamente el modelo de la marca Wireless-Tag. Para la programación del ESP se
ha hecho uso de la herramienta ESPHome [3], creada para la programación de los disposi-
tivos ESP8266 y ESP32 y la mayoría de sus variantes. Además, para la interacción con el
dispositivo se ha habilitado una página dentro de la interfaz del Home Assistant, conocida
como Dashboard, donde podemos cambiar todos los parámetros expuestos por el ESP32.

10



El objetivo principal de este nodo es la apertura y cierre de las electroválvulas que dan
paso al agua de riego, con una correspondiente división por zonas según la electroválvula
que nos permita identificar el cultivo y disponer de un registro histórico de los recursos
hídricos empleados. También se encarga de gestionar los tiempos de irrigación según las
condiciones ambientales y deberá tener en cuenta el tipo de cultivo a la hora de calcular los
tiempos y la frecuencia de riego. Por último, también debe permitir el control remoto del
sistema, por si en caso de fuga o por cualquier emergencia se tuviese que cortar el agua.

La razón de ser del proyecto es la inexistencia de soluciones actuales que cubriesen
las necesidades por completo. Uno de los puntos más difíciles de abarcar por las soluciones
actualmente en el mercado es el cálculo automático de los tiempos según las condiciones
ambientales y el control remoto del sistema.

2.3. Nodo de la piscina

Para el control de la depuradora de la piscina se ha usado una placa ESP32 de la
marca Olimex con conexión Ethernet POE. Para la programación de la placa se ha empleado
la misma herramienta nombrada anteriormente, ESPHome [3], al igual que la interacción
con el dispositivo, la cual se realiza a través de la interfaz del Home Assistant.

El objetivo principal de este nodo es el encendido y apagado del motor de la depura-
dora, teniendo en cuenta la hora del día, pues se trata de un motor alimentado únicamente
con paneles solares. También se encarga de mantener la piscina en un nivel óptimo, para
evitar la entrada de aire en el motor. Como funciones secundarias, destacamos el control
de la iluminación de la piscina, el control del sistema mediante botones físicos situados en
la depuradora y el registro de la cantidad de agua de lluvia mediante un pluviómetro de
balancín, aprovechando la privilegiada situación de este dispositivo, sin ningún objeto de
gran tamaño cerca que pueda afectar las medidas. Por último, se debía tener en cuenta que,
debido a la naturaleza solar del motor y ser una zona susceptible a inundaciones, la caseta
de la depuradora únicamente dispone de energía eléctrica durante los meses de verano, que
es cuando se encienden los focos de la piscina, por ello se optó por la solución POE.

Aunque podría parecer un caso de sobreingeniería, ninguna de las soluciones comer-
cializadas actualmente en un rango de precio razonable permiten la configuración necesaria
para cumplir todos los objetivos junto a una alimentación POE.

11



Capítulo 3

Descripción a nivel de hardware

En este capítulo vamos a desarrollar los distintos elementos de hardware empleados
en el proyecto. Podemos dividir los dispositivos en dos secciones claramente diferenciadas:
por una parte, aquellos dispositivos que permiten la interconexión, como el encaminador,
y los que se encargan de la realización de cálculos y la monitorización de sensores, como
el microcontrolador que controla las electroválvulas. Identificaremos cada uno de ellos a lo
largo del capítulo.

3.1. Dispositivos de conexión

Toda la instalación se encuentra conectada por cable Ethernet categoría 5E. Para la
interconexión del cableado se ha instalado un conmutador gigabit con alimentación POE y
un encaminador de la marca TP-Link que dispone también de conexión inalámbrica, entre
otros elementos a los que no haremos referencia por no pertenecer al proyecto.

En un inicio se valoró la posibilidad de conectar los nodos ESP a través de conexión
inalámbrica, haciendo uso de la banda WiFi de 2.4GHz. A pesar de tratarse de una vivienda
aislada y libre de interferencias en esa banda, la distancia de ambos nodos al encaminador
hacía de la conexión inalámbrica una conexión no fiable. Además, cuando se diseñó origi-
nalmente el proyecto a nivel de software, las librerías que gestionan la conexión WiFi de los
dispositivos no permitían una conexión estable, resultando en numerosas caídas a lo largo
del día, aunque el dispositivo no permanecía desconectado más de un minuto en ningún
caso. Por ello se optó por una conexión cableada para toda la instalación y se eligió una
versión del ESP32 algo más costosa, pero que evitaría problemas.

12



Figura 3.1: Conmutador POE modelo TP-Link TL-SG108PE.

El modelo de encaminador usado en este proyecto es un Archer C6 [4] de la marca
TP-Link, aunque se podría haber utilizado cualquier modelo con la funcionalidad mDNS o
que nos permita la asignación de direcciones IP estáticas (para conectarnos con los ESP)
y redireccionamiento de puertos (para acceder a la instalación de Home Assistant desde
fuera de la red local).

Tanto para alimentar el nodo de la depuradora como para conectar el nodo de las
electroválvulas se ha empleado un conmutador administrado, también de la marca TP-
Link, el cual dispone de 8 puertos Gigabit, con alimentación POE en 4 de ellos (IEEE
802.3 af). El nombre completo de este dispositivo es el TP-Link TL-SG108PE [5] (figura
3.1). Se ha considerado importante aportar esta información pues, a pesar de haber muchos
conmutadores en el mercado que cumplen con la norma IEEE 802.3af, no todos han llegado
a funcionar correctamente con el ESP32 alimentado por POE. El comportamiento en el
arranque del ESP era errático con conmutadores de otras marcas populares como YuanLey,
número uno en ventas en Amazon en el momento de la compra del dispositivo.

3.2. Home Assistant

Este dispositivo es el nodo principal de comunicación. Se trata de un ordenador com-
pleto ejecutando un sistema operativo específicamente diseñado para ejecutar una instancia
de Home Assistant. Dicho ordenador se encuentra en el interior de la vivienda, conectado
directamente al encaminador con cable Ethernet. El ordenador elegido es un Intel NUC
NUC8i5BEH [6] (figura 1.2), el cual dispone de un procesador Intel i5 de octava generación
y modelo U, de bajo consumo, 8GB de memoria RAM y un SSD NVME de 256GB. Las
especificaciones de dicho computador están muy por encima de las necesidades del proyecto,
pudiendo usarse otros procesadores más modestos como un Intel Celeron o, incluso, una
Raspberry Pi 4, como ya hablamos anteriormente. Algunos de los requisitos para la elección

13



Figura 3.3: Microcontrolador WT32-ETH01, una versión del ESP32.

era una suficiente cantidad de RAM (más de 4GB) y un bajo consumo, pues se encuentra
conectado 24 horas al día, 365 días al año.

Figura 3.2: Logo
del proyecto Zig-
bee2MQTT.

Para establecer conexión con el sensor de temperatura exterior
de la casa, situado en la fachada de la misma, se ha necesitado adquirir
un adaptador USB para conexiones ZigBee, pues el sensor elegido es el
sensor de temperatura y humedad de la marca Aqara [7], con conexión
inalámbrica mediante el protocolo anteriormente mencionado. El adap-
tador elegido [8] para dicho cometido dispone de un chip CC2652RB de
Texas Instruments Inc., uno de los más potentes de su clase, preparado
para cubrir largas distancias ofreciendo una gran compatibilidad. La
elección de este dispositivo no fue casual, sino que se consultó la pági-
na de recomendación de adaptadores [9] para el software libre utilizado
en el Home Assistant para este cometido, Zigbee2MQTT [10] 3.2.

3.3. Nodo de las electroválvulas

Para construir este dispositivo se han empleado componentes de más bajo nivel.
Como elemento principal se ha usado un microcontrolador ESP32 con conexión Ethernet.
Se ha empleado el modelo WT32-ETH01 3.3 de la marca Wireless-Tag [11], el cual dispone
de un chip LAN8720 integrado en la placa, que permite al dispositivo disponer de conexión
por cable de hasta 100Mbps. Sin embargo, esta característica no le priva de contar con
conectividad WiFi y Bluetooth, aunque en este proyecto no se ha hecho uso de ello.

14



Las electroválvulas elegidas para este proyecto fueron dos modelos de la marca Rain
Bird [12]. Esta marca fue escogida por su fiabilidad y resistencia ante condiciones adversas,
pues debido al modo de funcionamiento de este tipo de válvulas al cerrarse, otros modelos
tienen problemas al lidiar con la velocidad del agua si la temperatura ambiente es muy alta,
algo muy común en la Región de Murcia, donde se ha realizado la instalación. Además, hay
que añadir la dificultad de tener que lidiar con las altas presiones del agua de riego, las
cuales pueden llegar a ser de hasta 12 bares de presión en la temporada de invierno. Por
todo ello, se ha optado por la serie PGA de Rain Bird.

Figura 3.4: Placa genérica relés de 4
canales y con funcionamiento a 5V
DC.

Para el control de las electroválvulas se ha usa-
do una placa de 4 relés 3.4, las cuáles únicamente
cortan las corriente al solenoide de las mismas, por
lo que no permite la circulación del agua cerrando el
diafragma interno. Además, para el transformador de
corriente de las electroválvulas se ha usado otra placa
con un único relé, para así evitar que el transforma-
dor esté conectado continuamente, pues los primeros
días de funcionamiento se detectó un calentamiento
del mismo sin haber nada conectado a él.

Para la alimentación tanto del microcontrola-
dor como las placas de relés se ha empleado un trans-
formador de corriente genérico a 5V DC (aunque también funcionan con lógica de 3’3V DC),
mientras que para las electroválvulas se ha empleado un transformador AC-AC con salida
de 24V.

3.4. Nodo de la piscina

Como en el caso anterior, se ha empleado un ESP32 con conexión Ethernet para
realizar los cálculos y controlar los dispositivos. Sin embargo, se ha elegido en este caso el
modelo open source ESP32-POE de la marca Olimex [13], pues se precisaba de alimentación
POE en este caso.

La elección de la alimentación POE no fue un capricho de diseño, esto se hizo debido
a distintos factores expuestos a continuación: en primer lugar, la caseta de la depuradora se
encuentra bajo tierra, por lo que la conexión wifi no era una opción viable. En segundo lugar,

15



Figura 3.5: Microcontrolador ESP32-POE, una versión del ESP32 de la marca Olimex.

debido a que la depuradora está alimentada con paneles solares sin baterías, la alimentación
que recibe es corriente continua, con voltajes muy variables y no dispone de energía durante
la noche. Por ello se necesitaba un sistema fiable para poder disponer de un control total
de lo que ocurre, sin caídas de conexión ni fallos de alimentación. Por último, aunque hay
cableado eléctrico a 240V AC en la caseta en cuestión, este no se encuentra con energía la
mayoría del tiempo, pues debido a la localización, es susceptible a inundaciones. Por todo
ello, se decidió que la mejor elección era usar un sistema POE, situado en una caja estanca.

Antes de realizar las conexiones en el motor de la depuradora, el cual es una bomba
de piscina de la marca Lorentz, se realizó un estudio de su controlador electrónico, de
manera que pudimos observar distintas conexiones para controlar el funcionamiento del
propio motor y para saber cuando se encuentra en funcionamiento, pues al ser solar no es
tan sencillo como activar el relé para garantizar el movimiento del motor.

Para el control del motor de la depuradora y las luces de la piscina se ha empleado
una placa sencilla con dos relés, la cual es alimentada por el propio ESP32, ya que no
disponemos de transformador de corriente. Además, se han añadido una serie de botones
físicos al propio cuadro eléctrico de la depuradora para disponer de un control manual in
situ de la depuradora y las luces. Esto último se ha realizado para evitar tener que usar la
interfaz web para su control pues se vio que en ciertas situaciones no era práctico, como al
limpiar el filtro de la depuradora, para lo cual hay que encender y apagar el motor un gran
número de veces. En dicho caso de uso los botones nos permiten un control más directo y
visual de lo que ocurre.

Se ha instalado también un control del nivel de la piscina para evitar la entrada
de agua al motor y, aprovechando la instalación de las electroválvulas, realizar un llenado
automático de la misma. Para ello se han instalado dos boyas a distinta altura como las
de la figura 3.6, de manera que la piscina siempre se encuentre entre el nivel superior e
inferior y nos permita saber si el nivel está muy bajo o muy alto, de forma que nunca se

16



llene demasiado y acabe provocando un desbordamiento.

Figura 3.6: Boyas empleadas para el control
de nivel de la piscina.

Por último, para medir la cantidad de
lluvia, se ha conectado por cable un pluvióme-
tro de balancín [14] (figura 3.7) a este contro-
lador. Este elemento es de la marca MISOL
Electric y está diseñado para funcionar con su
propia estación meteorológica, aunque por la
sencilla electrónica de la que dispone fue posi-
ble conectarlo al microcontrolador directamen-
te, empleando una resistencia y eliminación de
rebotes mediante software.

Figura 3.7: Vista del interior y carcasa del pluviómetro de balancín, internamente dispone
de un interruptor REED y un imán en el balancín.

17



Capítulo 4

Herramientas empleadas en la
instalación

Para la instalación del sistema operativo Home Assistant se han usado herramientas
similares a las que se emplearía para cualquier sistema operativo. En este caso se usaron
dos memorias USB conectadas al ordenador en el que iba a ser instalado el sistema, una
de ellas contenía una versión de Ubuntu Live, mientras que la otra disponía de una imagen
del sistema operativo Home Assistant, el cual iba a ser instalado en el disco interno del
ordenador. Este método fue elegido por sencillez y familiaridad con el proceso, aunque no
es el único método disponible [15].

Para la instalación del sistema operativo y el código en los ESP32 se debe, en una
primera instancia, conectar mediante USB el microcontrolador al dispositivo que ejecuta
ESPHome, en este caso el Home Assistant. Si el ESP32 no dispone de interfaz USB, como el
ESP32-POE, se puede emplear un adaptador USB2TTL para instalar el binario por primera
vez. Las actualizaciones se realizarán vía OTA, según el medio físico que empleemos para
conectar el ESP32 a la red local, bien por WiFi, bien por conexión Ethernet.

El módulo o adaptador USB2TTL (figura 4.1) es una placa encargada de transformar
las señales D+ y D- del interfaz USB a las señales RX y TX RS232, las cuales son interpre-
tables por los microcontroladores ESP32. Por lo general, aunque depende del adaptador,
también nos proveerá de alimentación a 5 voltios y 3’3 voltios para alimentar la placa de
desarrollo.

Finalmente, para probar las primeras versiones de los controladores y comprobar el

18



Figura 4.1: Ejemplo de adaptador USB-TTL que nos permite conectarnos a los microcon-
troladores.

correcto funcionamiento de los mismos, se emplearon unos transformadores de pared de 5
voltios, junto a unos cables USB con uno de los extremos acabado en pines, para poder
conectarlo a la placa del ESP32. Sin embargo, para este uso puede emplearse el dispositivo
USB2TTL anteriormente mencionado.

El proyecto en general es bastante autocontenido, pues las herramientas utilizadas en
la versión funcional apenas difieren de las empleadas en la instalación y en la versión final.

19



Capítulo 5

Descripción del proyecto a nivel de
software

En este capítulo mostraremos una explicación del software empleado en el proyecto.
Mencionar especialmente que todo el software empleado es libre y puede ser descargado
desde las webs de sus correspondientes desarrolladores, encontrándose el código público en
GitHub.

Se debe realizar una distinción entre el software empleado en el sistema principal, el
cual nos permite programar y actualizar los nodos, y el empleado en los microcontroladores
como tal, el cual nos permite configurar sus parámetros y leer la información que ofrecen a
través del Home Assistant.

5.1. Sistema principal

El sistema principal está formado por el Intel NUC del cual ya hemos hablado y se
encuentra ejecutando el sistema operativo Home Assistant.

Home Assistant es un software de automatización del hogar de código abierto que se
ejecuta en un servidor local y permite a los usuarios controlar y automatizar dispositivos
en su hogar. Este sistema está basado en Python y utiliza un enfoque de integración para
conectarse con diferentes dispositivos y plataformas.

Este sistema es compatible con una amplia variedad de dispositivos, incluyendo ter-
mostatos, luces, cámaras de seguridad, sensores y mucho más, lo que permite a los usua-

20



rios controlar y automatizar fácilmente su hogar. Además, ofrece una interfaz de usuario
amigable y altamente personalizable, lo que nos permite acceder a sus dispositivos y au-
tomatizaciones desde una aplicación móvil o una interfaz web, bien en local o a través de
internet.

El sistema de automatización se basa en “entidades”, que son objetos individuales
dentro del sistema que representan dispositivos o servicios específicos. Cada entidad puede
tener sus propias características y atributos, y pueden ser controladas y automatizadas de
diferentes maneras. Por ejemplo, una luz puede ser una entidad con características como
el color, el brillo y el estado (encendido o apagado), mientras que un termostato puede ser
otra entidad con características como la temperatura y el modo.

Además de integrarse con diferentes dispositivos, puede integrarse con diferentes pla-
taformas, como Amazon Alexa o Google Assistant, para ofrecer un control de voz completo.
También puede integrarse con servicios de seguridad y monitoreo para protección del hogar.

El sistema operativo consiste en una versión de Ubuntu que destaca por su sencillez y
cuyo acceso a la configuración, o mediante una terminal, es bastante limitado. Únicamente
dispone de los controladores estrictamente necesarios para controlar el hardware del orde-
nador y poder hacer uso de contenedores de Docker. Para instalar un programa este debe
tener un contenedor de Docker e instalarse mediante un Dockerfile, siendo necesario que se
encuentre en GitHub, no siendo posible instalar programas o añadir características directa-
mente al sistema operativo, el cual carece de interfaz gráfica y acceso directo mediante la
terminal.

Las limitaciones tan particulares que tiene este sistema hacen que la instalación y
puesta en marcha sea un procedimiento fácil y rápido: basta con copiar el sistema al disco
duro y conectarlo al ordenador donde se desea ejecutar, el resto de configuraciones son
automáticas y el acceso al mismo se realizará mediante un navegador en otro dispositivo y
accediendo a su IP local a través del puerto 8123.

Las actualizaciones del sistema que añaden características e incluyen cambios incom-
patibles con la versión anterior son lanzadas mensualmente, al inicio de cada mes natural.
Sin embargo, también son realizadas algunas actualizaciones a lo largo del mes, las cuales
permiten solucionar pequeños bugs que puedan ser encontrados en el sistema.

La configuración de nuestra instancia expuesta en este trabajo puede encontrarse
en GitHub [16]. Ahí se pueden encontrar los archivos de configuración que permiten crear

21



ciertas entidades necesarias para el control del sistema. Además, también se incluye el código
para la programación de los nodos de control, de los cuales hablaremos más adelante.

5.2. Nodos de control: ESPHome

Tanto el nodo de las electroválvulas como el nodo de la piscina han sido programados
gracias a ESPHome y su integración con Home Assistant, pues permite realizar tanto la
programación como la compilación y la instalación desde la interfaz web.

ESPHome es una plataforma de software de código abierto diseñada para la automa-
tización del hogar. Se ejecuta en dispositivos basados en los chips ESP8266 y ESP32, que
son microcontroladores de bajo costo y alta eficiencia energética diseñados para el Internet
de las cosas (IoT). ESPHome se enfoca en proporcionar una experiencia de programación
fácil y accesible, permitiendo crear configuraciones de dispositivos IoT sin tener que escribir
código desde cero.

Figura 5.1: Logo del sistema ESPHome.

Su funcionamiento se basa en la creación de un archivo de configuración para cada
microcontrolador en formato YAML (aunque pueden incluirse funciones en C y C++ des-
critas en otros archivos), en el cual se especifican los componentes y las funciones que se
desean implementar en el dispositivo IoT. La plataforma ESPHome toma este archivo de
configuración y lo traduce en un código eficiente en C++, que se carga en el microcontro-
lador ESP para ejecutarse. Una vez cargado el firmware, el dispositivo ESP se conecta a la
red local y envía información sobre su estado y datos sensoriales a Home Assistant.

Una de las características clave de ESPHome es su capacidad para integrarse nati-
vamente con Home Assistant, pudiendo recibir comandos y controlar entidades del propio
sistema. Esto nos permite controlar los microcontroladores IoT desde una única interfaz,
permitiendo también la automatización basada en reglas y escenas con el Home Assistant.

Para realizar la programación de los ESP32 se ha usado el add-on (son básicamente
contenedores de Docker que se ejecutan dentro del sistema operativo del Home Assistant)

22



llamado Studio Code Server. Este add-on ejecuta una instancia de Visual Studio Code y
nos permite modificar los archivos, así como compilar el código e instalarlo en los dispo-
sitivos ESP conectados. Se ha empleado esta herramienta, por encima de otras, debido a
su simplicidad y practicidad, ya que con ella es posible programar desde la misma interfaz
web del Home Assistant, llamada Frontend.

Excepcionalmente, también se ha utilizado el add-on oficial de ESPHome para pro-
gramar, sin embargo, la experiencia de usuario no es tan buena, pues no dispone de un
coloreado sintáctico tan rico ni permite ver el código a la vez que se realiza la compilación,
entre otros motivos.

Para probar la solidez del código se han usado las herramientas de logging propias
de la terminal del Visual Studio Code, el cual permite mostrar el historial del dispositivo
en tiempo real.

En el enlace del que hablamos anteriormente donde se encontraba la configuración
del Home Assistant, también puede encontrarse el código YAML y C++ para la configura-
ción de los nodos de control ESPHome en su correspondiente carpeta [17]. A continuación
describiremos la estructura general del proyecto:

En dicha carpeta nos encontramos con varios archivos de configuración en formato
YAML para cada uno de los microcontroladores que son gestionados por el sistema. En
este proyecto trataremos dos de ellos, el llamado “irrigation” y “pool”. Ambos disponen de
un archivo de configuración principal, donde se definen sus nombres para los sensores y el
resto de archivos de configuración necesarios para su funcionamiento.

También nos encontramos con varios archivos hpp en dicha carpeta, como irriga-
tion.hpp, entre otros. Estos archivos contienen definiciones de funciones, en contra de algu-
nos principios de buena práctica de C++. Esto se debe a que en ESPHome se diferencian
los archivos hpp de los cpp en cómo se incluyen en la compilación final. Los archivos hpp son
incluidos en el archivo main.cpp, resultado de la generación de código a partir del YAML.
De esta forma podemos acceder a las funciones desde el código lambda en los archivos de
configuración YAML.

El archivo time_control.hpp [18] contiene las funciones necesarias para el tratamiento
de los hitos temporales para ciertos eventos, como comenzar el riego, entre otros. Debido
a las limitaciones de la implementación, se deben guardar dichos hitos en formato entero,
de manera que se debe traducir dicha información y compararla con el instante actual para

23



saber cuándo lanzar un evento. Para dichos cálculos se hace uso de la librería de C llamada
ctime. Además, se proveen las funciones necesarias para tratar listas de tiempos y devolver
un instante temporal en un formato entendible por el usuario final para mostrar dicha
información en la interfaz, gracias a la función strftime().

El archivo pool.hpp [19] contiene las funciones necesarias para la gestión de la depu-
radora de la piscina. Por ello, se han incluido funciones para saber la hora del amanecer y
el atardecer, ya que la depuradora únicamente se encuentra alimentada por energía solar,
así como funciones que devuelven listas de enteros (listas en formato string para poder ser
guardadas en la memoria del dispositivo ESP) que representan los eventos de encendido y
apagado de la depuradora. Diferenciamos así los tres modos de funcionamiento: automático,
el cual según la temperatura ambiente enciende la depuradora un cierto número de minutos
cada dos horas y media; día completo, para depurar desde el alba hasta el ocaso; y el modo
invierno, el cual solo enciende la depuradora media hora en las horas centrales del día para
evitar el gripado del motor durante los meses de invierno, pues la piscina suele estar tapada
con una lona y no precisa depuración.

El archivo irrigation.hpp [20] define las funciones que permiten el cálculo de los
hitos temporales para el control del agua de riego. Las funciones son bastante similares
respecto al archivo anterior, salvo que aquí no permitimos un control puramente manual
del dispositivo controlado, pues siempre que se encienda debe haber un tiempo máximo de
funcionamiento elegido por el usuario. De ahí la función manual_set(), que permite crear
el evento de apagado y ponerlo en la lista de eventos. Además también dispone de algunas
funciones que permiten el llenado de la piscina y el cálculo de los siguientes días que se va
a regar, pues no es un proceso que se vaya a repetir diariamente, sino que depende de la
temperatura y humedad exterior, la lluvia de los últimos días, así como el tipo de árbol
regado, diferenciándose entre frutales, árboles de hoja caduca y árboles de hoja perenne.
Los tiempos totales de riego han sido obtenidos de un informe de la Consejería de Agua,
Agricultura, Ganadería y Pesca de la Región de Murcia [21].

En la carpeta common [22] se encuentran las plantillas para la configuración de los
sensores más habituales o comunes entre dispositivos y los archivos base de los microcontro-
ladores, donde se configura la contraseña para las actualizaciones o el modelo de la placa.
Algunas de los archivos más utilizados son la configuración de la conexión Ethernet, pues
hay que definir los pines de conexión del mismo, el sensor con el tiempo actual y el archivo
basic_control.yaml, que nos permite crear botones para reiniciar el microcontrolador y saber

24



su conexión desde la interfaz del Home Assistant. En el proyecto usamos también los ar-
chivos para las entidades controladas por eventos de tiempo, (time_controlled_entity.yaml
[23]), los cuales permiten el control de los relés de la depuradora y las electroválvulas ha-
ciendo uso de la abstracción.

Los archivos propios del nodo de las electroválvulas pueden encontrarse en su carpeta
específica irrigation [24], dentro de la raíz esphome. Aquí encontramos las configuraciones
para el control del riego, el adaptador de corriente, el llenado de la piscina y la gestión de
cada una de las válvulas.

De la misma manera encontramos la configuración del nodo de la piscina en su carpeta
dedicada pool [25], donde podemos diferenciar las configuraciones de los distintos sensores
en este microcontrolador: el pluviómetro, que permite al controlador de riego calcular con
mayor eficacia los tiempos de riego, los sensores de nivel de la piscina y un sensor que permite
saber si la bomba de la piscina está encendida, ya que, dado que es solar, encender su relé no
implica el movimiento de la bomba si no recibe suficiente energía. Dispone de dos relés, para
controlar la bomba ya mencionada y las luces de la piscina. También dispone de un archivo
específico de configuración pool_filling.yaml [26], donde se definen las automatizaciones y
la comunicación con el nodo de las electroválvulas para gestionar el llenado de la piscina.

5.3. Gestión de los eventos de tiempo

Como introducíamos anteriormente, el sistema trabaja internamente con números
enteros o timestamps, que se corresponden con los segundos pasados desde el 1 de enero
de 1970. De esta forma, podemos sumar tiempos con más facilidad y guardar los valores
internamente como texto plano. Así, cada minuto se comprueba si hay algún evento para
encender o apagar un dispositivo controlado por tiempo.

Debido a limitaciones de la implementación de ESPHome únicamente podemos guar-
dar ciertos tipos de variables en memoria, entre ellos los strings, pero no los vectores o
arrays. Por ello, cuando se deba guardar una lista de tiempos se guardará en una variable
de tipo string como una representación textual de la lista de enteros, separando los distintos
datos por comas y ordenados temporalmente.

25



5.4. Llenado de la piscina

El llenado de la piscina se lleva a cabo mediante una comunicación constante entre
el nodo de la piscina y el de las electroválvulas, asegurándonos de que no se desborde y que
no se encienda el motor de la depuradora al mismo tiempo, pues el llenado se lleva a cabo
por la misma tubería por la que impulsa el agua el motor de la depuradora.

En primer lugar, cuando se detecta que el nivel de la piscina está bajo, se comunica
al nodo de las electroválvulas que es necesario un llenado y este ajusta la hora del mismo,
pues no se dispone de agua a todas las horas del día. Si el nivel disminuye de un mínimo
permitido, el motor de la piscina no se encenderá de forma automática para evitar la entrada
de aire.

Cuando el llenado comienza, el nodo de las electroválvulas se lo comunica al de la
piscina a través del Home Assistant. Únicamente cuando el primero recibe una respuesta
de la piscina, el nodo de las electroválvulas empieza el llenado, fijando el cierre tres minutos
después del instante actual. De esta forma, cada minuto el nodo de la piscina comunicará al
de las electroválvulas si precisa más agua o no. En caso afirmativo se alargará el tiempo de
finalización y, en caso de que ya esté lo suficientemente llena, la válvula se cerrará cuando
se lance el evento de cierre, tres minutos después desde la última comunicación.

Cuando acaba el llenado, se produce una última comunicación entre los dispositivos,
de manera que el nodo de la piscina puede volver a activar la depuradora.

Estas comunicaciones se llevan a cabo mediante el sistema nativo de eventos y ser-
vicios ofrecido por ESPHome, por el cual se comunica con el Home Assistant y no directa-
mente con otros dispositivos ESP. Este sistema es mucho más eficiente que el otro sistema
de comunicación planteado para el proyecto, el cual se basaba en una comunicación directa
entre nodos mediante HTTP usando la red local y la dirección IP del otro nodo. Sin embar-
go, este sistema alternativo de mensajes, que no necesita al Home Assistant para funcionar,
consume una alta cantidad de memoria RAM adicional en el microcontrolador por lo que
usar el servidor central para dicho propósito, con el cual ya está conectado, es la forma más
natural y eficiente de efectuar la comunicación.

26



Capítulo 6

Proyectos previos

En este capítulo se tratarán dos proyectos que se han desarrollado con anterioridad
o bien al mismo tiempo que el descrito en este trabajo, así como las soluciones ofrecidas
por una marca líder en el sector. También veremos las ventajas e inconvenientes de cada
uno de ellos y se realizará una comparación con el proyecto descrito en este trabajo.

6.1. DIY Irrigation Controller de Brian Hanifin

Este proyecto partió inicialmente del proyecto de Brian Hanifin [27]. Las ideas toma-
das de dicho proyecto han sido únicamente para el nodo de las electroválvulas, en cuanto
a la organización de las entidades temporales a nivel de código, pues ESPHome no ofrece
ninguna solución nativa para este caso de uso. La elección del hardware del proyecto es muy
distinta, pues en el caso de Hanifin se decanta por una solución ya fabricada como es el
dispositivo Sonoff 4CH PRO [28], mientras que en nuestro caso nos hemos decantado por
una solución de más bajo nivel, eligiendo los componentes individualmente e incorporando
conexión Ethernet.

Sin embargo, su código presentaba una solución incompleta para nuestro caso de uso
y presentaba ciertas carencias que fueron abordadas a nivel de programación:

El código de Hanifin está pensado para ejecutar todos los días el mismo ciclo de riego
una y otra vez, no pudiendo desconectarlo determinados días, ni ejecutarlo días dis-
tintos con horas distintas cada día. Esto, en nuestro caso, era un impedimento grande,
pues como ya se ha comentado anteriormente, no se recibe el agua de riego a la misma

27



hora, sino que depende del mes en curso. No estábamos interesados en regar varias
veces al día, sino en algo completamente automatizado y variable según los meses, pe-
ro estas pequeñas variaciones debían hacerse manualmente. Además, resultaba difícil
aplicar automatizaciones complejas, como que al detectar cierta cantidad de lluvia se
saltase un día de riego, pues la programación no lo permitía.

Al introducirle una hora manualmente que fuese incorrecta sintácticamente o al dejar
el campo vacío, el dispositivo ESP dejaba de funcionar y se reiniciaba. Este incon-
veniente puede parecer algo fácil de evitar, pero el problema se complica cuando el
usuario final no es programador y no entiende qué está ocurriendo en el dispositivo.
Además, dejar el campo vacío puede ser útil en determinados casos, por ejemplo, si
se busca que un día no haya ningún riego programado. Una buena forma de esquivar
esta limitación era poner una hora inexistente pero correcta sintácticamente, como las
25:00, de forma que jamás se ejecutase la automatización y no reiniciase el dispositivo
de forma continuada. Una vez más, esto era algo que buscaba solucionar en nuestro
proyecto.

Parte de los sensores y datos se incluían en el Home Assistant, cuando lo ideal es
que todo se realice de manera local en el nodo. Por ejemplo, los cuadros de texto
donde se guardaban las horas eran entidades del Home Assistant de las cuales leía
el microcontrolador. Sin embargo, la explicación de este aspecto puede ser por la
antigüedad del proyecto, pues se han añadido numerosos sensores a ESPHome en los
últimos dos años que permitirían centrar más la programación en el dispositivo.

La gestión del tiempo restante era imprecisa y no muy clara. Este se guardaba en
forma de entero en una variable interna. Cada 10 segundos se ejecutaba un fragmento
de código que restaba 10 unidades a dicha variable, lo cual terminaba acumulando un
gran error al cabo de varios minutos. Esto daba lugar a comportamientos impredeci-
bles a la hora de manejar los tiempos.

Como se venía augurando por los anteriores inconvenientes, el nivel de automatización
era demasiado sencillo y poco elaborado, por lo que no permitía intercomunicación
entre nodos ni reutilización del código, pues se hizo para que funcionase y no pensando
en la reutilización y la modularidad. Esto llevaba a que si, como en nuestro caso,
dispones de tres zonas distintas de riego, se tuviesen que copiar grandes fragmentos
de código para agregar una única funcionalidad. Básicamente, la única automatización

28



Figura 6.1: Captura de la interfaz para el riego de Brian Hanifin.

presente era la de ejecutar cierta acción a una hora determinada.

A pesar de los inconvenientes, decidí usar este proyecto como punto de partida para
nuestro código, pues los controles y sensores propuestos para cada zona de riego me parecía
que daban suficiente información sobre el estado del sistema, aunque la programación no
satisficiera las necesidades que teníamos. La interfaz propuesta en el Home Assistant es muy
visual, clara y amigable con el usuario (figura 6.1). Por ello se decidió incorporar algunos
elementos en nuestro proyecto, como los separadores de sección o el aspecto de los botones
para el control manual.

6.2. Sprinkler Controller de ESPHome

Esta componente nativo de ESPHome [29] fue lanzado a finales de 2022, cuando el
proyecto ya se encontraba montado y funcionando desde hacía meses. Sin embargo, vamos
a comparar las funcionalidades de ambos, pues la propuesta nativa dispone de muchas
funciones, aunque, como veremos, no está enfocada en el ahorro, sino en una automatización
básica.

29



Figura 6.2: Interfaz gráfica propuesta por ESPHome para un controlador con 5 zonas dis-
tintas.

El funcionamiento de este componente nativo está basado en simular al de los contro-
ladores más básicos de riego disponibles en el mercado, con algunas funcionalidades extra
como el control remoto y multiplicadores de tiempo, pero sin una excesiva automatización.
Algunas de las funcionalidades más interesantes es el control de distintas zonas y los rie-
gos secuenciales de las mismas, para asegurar la presión en las tuberías. Además, también
dispone de un tiempo máximo de funcionamiento y funciones para las repeticiones y mul-
tiplicadores, sin embargo, presenta algunas limitaciones respecto a nuestro proyecto que lo
hacen imposible de implementar en nuestro caso de uso:

No presenta automatización para la puesta en marcha, únicamente para el cierre de
la válvula, por lo que su funcionamiento es equivalente al funcionamiento manual
de nuestro sistema. La única posibilidad de automatización es a través del propio
Home Assistant o añadiendo código en la configuración del dispositivo ESPHome, sin
embargo, no es una funcionalidad disponible en el componente.

No hay un control automático ante lluvia o heladas, por lo que debería realizarse una
intervención manual si buscamos este comportamiento.

30



La comunicación con otros dispositivos sería posible añadiendo más código, pero no
es una funcionalidad ya implementada ni contemplada en el componente. En nuestro
proyecto, el dispositivo de la piscina comunica al de las electroválvulas cuándo debe
mandarle agua.

Sin embargo, ambos proyectos han identificado problemas comunes en materia de
control y seguridad en este tipo de instalaciones, encontrando necesidades particulares que
deben ser satisfechas. Por ello, tanto el proyecto descrito en este trabajo como su análo-
go, el componente nativo de ESPHome, están preparados para ser usados en multitud de
instalaciones. Algunos de estos aspectos comunes son:

Contar con una válvula central o superior, la cual controla el suministro a todas las
demás y la cual puede disponer de un funcionamiento retardado para evitar que las
tuberías entre válvulas tengan presión con el circuito cerrado.

La ausencia de control directo sobre los relés de las válvulas, de manera que la única
forma de encender el riego sea a través de los ciclos y automatismos. Esto permite
que siempre esté limitado el tiempo de encendido de las válvulas y un correcto control
de las mismas. Como se menciona en la documentación: Esta configuración ayudará a
prevenir errores (humanos, automatizaciones o de otro tipo) y puede ayudar a evitar
desastres.

6.3. Controladores de la marca Rain Bird

Estos controladores de riego son los más avanzados de su clase y en los que nos
hemos basado para la obtención de ideas de implementación. Sin embargo, son únicamente
comparables con el proyecto en cuando a la calidad del software de los controladores, pues
su precio es desorbitado en comparación con el ahorro de agua que puede suponer o la
comodidad de uso.

Los modelos más caros, los cuales parten de los 800€ únicamente el controlador,
disponen de ajustes del tiempo de riego por estaciones, control de múltiples zonas, sensores
meteorológicos, y un control automático de los tiempos de riego, así como una aplicación
para controlar el sistema desde el teléfono.

A pesar de contar con la mayoría de funciones de las que dispone el proyecto de este
trabajo, hemos identificado un problema común en la industria de productos electrónicos,

31



Figura 6.3: A la izquierda, controlador de Rain Bird modelo ESP-TM2, con algunas funcio-
nalidades básicas y destinado al ámbito doméstico, con 8 zonas diferenciadas. A la derecha
su aplicación, al configurar una zona específica.

la ausencia del código fuente para su modificación y uso, por si este no se adapta a nuestras
necesidades. Además, tampoco ofrecen controladores con conexión Ethernet y no es posible
añadirla, ya que las conexiones y los módulos son tecnología propietaria de la marca.

El hecho de no disponer del código fuente ni poder crear nuestros propios programas
limita la capacidad para añadir sensores o mejorar la lógica para el control de tiempos
de riego. Esto último podría ser una gran desventaja ante olas de calor o episodios de
mucho frío, en los cuales las necesidades hídricas de los cultivos varían y esto no puede
ser configurado en la aplicación. Sin embargo, sí dispone de parada automática ante la
presencia de lluvia o heladas.

Por otro lado, la conexión local y a Internet únicamente es posible a través de un
módulo WiFi, vendido a parte. La conexión a Ethernet no está contemplada en ningún
rango de precio. Esto llama la atención, pues la mayoría de sistemas de estas características
están destinados a instalaciones aisladas de riego, en grandes superficies.

32



Capítulo 7

Montaje del sistema

En este capítulo explicaremos el proceso de montaje del proyecto, haciendo un reco-
rrido por cada uno de los sistemas de los que dispone. En primer lugar se tratará el montaje
del servidor, posteriormente trataremos el nodo de las electroválvulas, donde se mostrará
la caja de conexiones y las electroválvulas, en tercer lugar el nodo de la piscina junto a
todos los elementos que gestiona, y finalmente dedicaremos unas líneas al termómetro ex-
terior colocado en la fachada de la casa y conectado inalámbricamente al servidor. Puede
encontrarse un esquema general de la instalación en el Anexo A.

7.1. Home Assistant

La colocación del Intel NUC se realiza como cualquier ordenador tras la instalación
del sistema operativo. En este caso, el dispositivo ha sido colocado a pocos centímetros
del rúter y conectado por cable al mismo. Dado que no es necesario el acceso físico a este
ordenador ni la conexión de ningún periférico, el lugar de colocación no es algo determinante,
únicamente debe contar con conexión inalámbrica o por cable a la red.

Para asegurar el funcionamiento del mismo y evitar caídas y daños en el sistema ante
problemas en el sistema eléctrico, tanto para el Intel NUC como para el rúter se ha instalado
un sistema de alimentación ininterrumpida con potencia suficiente para proporcionar energía
durante al menos 7 horas y proteger los dispositivos contra sobretensiones. Este sistema
también alimenta el nodo de la piscina, pues ante un corte eléctrico la piscina puede seguir
funcionando con energía solar y este nodo debe ser capaz de controlarlo, otro de los motivos
por los que se eligió el funcionamiento POE.

33



7.2. Nodo de las electroválvulas

Este ESP32 se encuentra en una caja estanca, situada un metro y medio de altura en
una pared exterior, protegida de las inclemencias del tiempo. Los cables se han introducido
en la caja con prensaestopas, para garantizar la estanqueidad tanto de las entradas como
de las salidas.

Figura 7.1: Caja de conexiones donde se encuentra el controlador de las electroválvulas.

Como podemos observar en la figura 7.1, la salida del cableado de las electroválvulas
a 24V AC se realiza por el lado inferior izquierdo mediante cinco cables, cuatro de ellos son
la fase y están conectados a los relés y accionan las electroválvulas, mientras que el restante
es el neutro y está conectado al otro terminal del transformador AC sin ningún relé. En
la parte superior izquierda encontramos el cable que lleva energía a la luz del garaje y va
conectado al relé doble para ser accionado remotamente.

Entre los componentes internos diferenciamos en primer lugar el ESP32, el modelo
WT32-ETH01 de la marca Wireless-Tag, el cual es el encargado de controlar el resto de
elementos. Este microcontrolador se encuentra en una placa que permite realizar las cone-
xiones con tornillos, así como fijar el mismo a la placa de metacrilato posterior. De esta
manera, en caso de que se necesite cambiar el controlador por algún motivo, basta con
extraerlo de su socket y conectar otro ESP32, sin precisar la reconexión de todos los cables
manualmente, por lo que esto puede ser realizado por prácticamente cualquier persona.

En la caja también encontramos el adaptador de corriente de las electroválvulas,

34



la caja negra situada en el margen derecho, que transforma los 240V AC del hogar a los
24V AC que precisan las electroválvulas. Este adaptador dispone de un relé que permite
encenderlo únicamente cuando es necesario, pues en los primeros días de la instalación se
vio que el mismo liberaba calor tras horas de haber desconectado las electroválvulas, por
lo que para evitar este consumo fantasma se procedió a la instalación de un relé adicional.
Este mismo relé también permite controlar la luz del garaje de la cual ya hemos hablado.
Siguiendo con la transformación de energía, se puede diferenciar el transformador metálico
situado en borde inferior, el cual proporciona 5V en corriente continua al controlador y los
dos módulos de relés situados en la caja.

Para el control de las electroválvulas independientemente disponemos de la placa de
relés con cuatro conexiones situada bajo los cables en la zona izquierda de la caja. Esta placa
se encuentra conectada al microcontrolador con cuatro cables, lo que permite un control
individualizado de cada relé.

Figura 7.2: Caja de distribución de agua con las electroválvulas conectadas.

Como vemos la instalación es sencilla, modular y fácilmente escalable siempre y
cuando dispongamos de conexiones suficientes en la placa ESP32, pues cada electroválvula
va directamente conectada a un relé, el cual precisa de un pin en la placa para ser accionado.
Como proyecto futuro se piensan incluir botones físicos y controles en la caja de conexiones
7.1, de manera que sea posible accionar manualmente las electroválvulas sin acceder a la
interfaz web.

35



En la figura 7.2 se muestra una foto de la instalación final de las electroválvulas,
donde se diferencian los tres ramales o zonas, que se han diferenciado en la interfaz como
“Zona Norte”, “Zona Sur” y “Llenado de la piscina”, encontrándose en la imagen de arriba
a abajo respectivamente.

Figura 7.3: Válvula principal, que dispone
tanto de control de manual como de control
automático.

Anteriormente en el lugar donde se
encuentran las electroválvulas, se encontra-
ban una serie de válvulas manuales metá-
licas, las cuales se retiraron todas salvo la
principal, la cual se puede observar en la fi-
gura 7.3. Esta se dejó por seguridad para
que en caso de fallo electrónico o de necesi-
tar algún tipo de mantenimiento en las elec-
troválvulas, como eliminación de atascos o
cambio de los solenoides, se pudiese desco-
nectar completamente el suministro.

Como se aprecia en las imágenes an-
teriores, las conexiones eléctricas se han realizado mediante empalmes sencillos rodeados
con cinta aislante, para protegerlos en caso de inundaciones y la humedad del ambiente en
los meses de lluvias torrenciales. En este caso se usó la cinta por ausencia de otro material
más eficaz en el momento del montaje. Sin embargo, ante una modificación a día de hoy, se
emplearían otro tipo de elementos diseñados para este fin, como el plástico termorretráctil.

Como ya hemos explicado anteriormente, hay una electroválvula principal y tres se-
cundarias, una para cada ramal de agua. Debido a la configuración del sistema, debemos
asegurarnos de que cada vez que se enciende uno de los ramales, lo haga también la electro-
válvula principal y el transformador de corriente, y si se cierran todas las electroválvulas, el
controlador debe apagar todos los relés, incluido el transformador de corriente. Esto se ha
conseguido mediante software y se puede encontrar en los archivos explicados en el capítulo
5. El funcionamiento de esta lógica es sencilla y puede ser alcanzada mediante software:
cada vez que se abre o cierra uno de los ramales se realiza una comprobación del resto y,
en función de su estado, se encienden o apagan los relés que controlan la válvula principal
y el transformador de corriente.

36



7.3. Nodo de la piscina

En este nodo nos encontramos el ESP32-POE de la marca Olimex, del cual hemos
hablado anteriormente, en el interior de una caja estanca, donde la entrada y salida de cables
se realiza con prensaestopas para garantizar la estanqueidad, como en el caso anterior. En
este caso es doblemente importante, pues no estaríamos protegiendo el dispositivo de la
lluvia y la humedad, sino de las frecuentes inundaciones en el lugar donde se encuentra.

Figura 7.4: Caja de conexiones del nodo de la piscina.

Como se aprecia por la ausencia de transformador en la figura 7.4, el ESP32 en este
caso se alimenta por POE gracias a un switch que se encuentra en el interior de la vivienda,
como hemos descrito en el capítulo 3. Por tanto, no precisamos de transformador de corriente
ni línea de 220V en la caja estanca, haciendo la manipulación de los componentes mucho
más segura.

El dispositivo situado a la derecha es el ESP32-POE, el cual ejecuta el código y se
conecta con el Home Assistant. El relé situado en la zona central de la caja nos permite el
control del motor de la depuradora (inferior) y de las luces de la piscina (superior). El hecho
de tener un controlador independiente para el motor, proporcionado por la marca Lorentz
como podemos observar en la figura 7.5 en el centro, nos permite la colocación de cables de
pequeño diámetro, pues no van conectados directamente a la alimentación del motor.

37



Figura 7.5: De izquierda a derecha, caja original de conexiones con los botones físicos de
control, controlador del motor solar de la marca Lorentz, y caja de conexiones del ESP32-
POE.

El resto de conexiones de la caja se corresponden con un sensor para detectar el
funcionamiento del motor, pues al ser solar no nos podemos asegurar que al encenderlo
comience a moverse; dos boyas magnéticas que nos ayudan a detectar el nivel de la piscina
para controlar el llenado y desactivar la depuración en caso de que sea necesario; y un
pluviómetro de balancín que ayuda a modificar los tiempos de riego según la cantidad de
lluvia medida. La colocación del pluviómetro en este nodo se debe a la localización y la
ausencia de objetos alrededor que puedan falsear las mediciones. También se han añadido
dos botones en otra caja de conexiones que permiten el control manual de la depuradora y el
encendido de los focos, pues tras la instalación de este sistema se identificó dicha necesidad,
por lo que se aprovecharon los interruptores de la instalación anterior.

7.3.1. Boyas magnéticas

La instalación de las boyas, anteriormente presentadas en el capítulo 3 y mostradas
en la figura 7.6, se hizo en una zona aledaña al vaso de la piscina, realizando un taladro
en uno de los skimmer para permitir un flujo de agua entre el tubo de PVC enterrado que
contiene las boyas y el vaso de la piscina. La elección de dicha posición en vez de en la
propia piscina fue para evitar problemas de golpes y oleaje que estropearan las mediciones.
Tampoco se podía realizar en el interior del skimmer, pues no permitiría la extracción de
la cesta que filtra las impurezas más grandes que arrastra el viento a la piscina.

38



Figura 7.6: Proceso de instalación de las boyas en la piscina.

7.3.2. Pluviómetro

Para la instalación de este dispositivo únicamente fue necesario encontrar un lugar
llano donde colocarlo y asegurar la ausencia de objetos en los alrededores que pudiesen
afectar a las medidas. Hay que tener en cuenta que no se debe alejar en más de 5 metros del
controlador, pues la señal de 3.3V empleada para detectar cada movimiento del balancín
se degrada con la distancia. En las pruebas realizadas durante la instalación se comprobó
que con un cable telefónico de dos hilos sin aislamiento el límite se encuentra en 6 metros
de cable, a partir de esa distancia se perdían cierta cantidad de pulsos y en algunos ca-
sos el mismo cable actuaba como antena y se detectaba una excesiva cantidad de ruido,
imposibilitando la captación de datos.

7.4. Termómetro exterior

Debido a la conexión ZigBee del termómetro exterior, este debe encontrarse dentro
del rango de alguno de los rúters de este protocolo. Por ello se decidió instalarlo en la fachada
de la casa, concretamente en la fachada norte, para evitar la radiación solar directa. Para
alargar la vida útil del termómetro, se instaló en una caja plástica atornillada a la fachada
a 1’2 metros de altura, intentando adecuarnos lo máximo posible a la normativa de la
AEMET. La caja dispone de aberturas en la zona inferior para asegurar que el interior de
la misma estuviese a la misma temperatura que el exterior.

39



Figura 7.7: Termómetro inalámbrico de la marca Aqara.

Este es uno de los puntos débiles del proyecto, pues la batería del dispositivo es
limitada y debe ser cambiada cada pocos meses, sobre todo en épocas de frío. Por ello no se
descarta una futura mejora instalando un sensor de temperatura, como el sensor BME680
de la marca Bosch [30] en alguno de los microcontroladores presentados en este trabajo.

40



Capítulo 8

Interfaz y funcionamiento

El control de todos los elementos del riego se realiza desde la interfaz del Home
Assistant, no siendo posible, en este momento, el control de los mismos desde la propia
caja donde está presente el controlador, salvo el nodo de la depuradora donde sí es posible
controlar manualmente los focos de la piscina y el motor de la depuradora.

8.1. Interfaz para el riego

La interfaz presente en el Home Assistant nos permite controlar todos los parámetros
posibles en los dispositivos y nos muestra la información relevante sobre la programación
automática y sobre el estado del sistema en tiempo real, como vemos en la figura 8.1.

El comportamiento respecto a la automatización es el siguiente: el dispositivo, a las
00:30, recalcula los tiempos en los que encender el agua de riego a partir de los datos
obtenidos del Home Assistant como la temperatura y la humedad media de las últimas 48
horas, las cuales se calculan mediante interpolación lineal, debido a la falta de periodicidad
de las medidas.

Los tiempos calculados son los que se muestran en la zona de programación auto-
mática en la figura 8.2, donde se muestra el siguiente riego programado y la duración del
mismo, así como la última vez que se ejecutó un ciclo. Esta programación es una sugerencia,
pues puede ser desconectada con el botón superior llamado ‘Riego automático’. También
se muestra el estado actual y el tiempo restante hasta que se cierre automáticamente la
válvula. El botón superior con un color más oscuro permite iniciar un ciclo manual de riego

41



Figura 8.1: Sección de información del sistema, donde vemos el periodo de riego de este
mes y si el agua está disponible en la zona superior. En los siguientes iconos se muestra el
estado de las válvulas y el transformador de corriente.

Figura 8.2: Interfaz para controlar la zona Norte de riego.

42



Figura 8.3: Cinta de opciones correspondiente a la zona Norte.

Figura 8.4: Estadísticas de riego del último mes de la zona Norte.

o detener un ciclo ya iniciado, ya sea manual o automático.

Adicionalmente, se puede desplegar una cinta de opciones, las cuales solo aplican
a esta zona en concreto y permiten configurar, como vemos en la figura 8.3, la hora de
comienzo del riego en el periodo de mañana y de tarde, así como el tipo de árbol a regar.
Esta última opción permite elegir entre frutales, árboles de hoja caduca y árboles de hoja
perenne, de esta forma calcula los tiempos con mayor precisión.

Por último, se dispone de una gráfica por zona (figura 8.4), la cual muestra informa-
ción sobre el riego en el último mes. Cada barra azul corresponde a un día, mientras que la
altura depende del tiempo de riego de esa zona durante ese día.

Se ha incluido también una automatización novedosa, útil sobre todo en zonas frías
con heladas en invierno. Estas zonas sufren roturas del sistema de tuberías con frecuencia,
sobre todo en los goteros y las conexiones. Es por ello por lo que se ha incluido una automa-

43



Figura 8.5: En la zona superior vemos el periodo de riego de este mes y si el agua está
disponible en la zona superior. En los siguientes iconos se muestra el estado de los focos de
la piscina, permitiendo ser encendidos, y las boyas magnéticas.

tización con la que, en caso de bajar la temperatura de 0ºC, se activan las electroválvulas de
riego durante 3 minutos, cada 45 minutos, para así evitar la congelación y rotura del sistema
de riego. Este sistema está pensado para proteger, en nuestro caso particular, las mangueras
y goteros, pues las electroválvulas se encuentran en una estructura semienterrada, donde
raramente llegarán a tener temperaturas bajo cero.

8.2. Interfaz para la piscina

La sección principal, donde se muestra el estado del sistema en tiempo real, es muy
similar a la mostrada en la sección anterior y puede ser contemplada en la figura 8.5.

Posteriormente se dispone de la zona de control del motor de la depuradora, como se
muestra en la figura 8.6, donde podemos seleccionar los distintos modos de automatización,
según el momento del año o las condiciones de la piscina: el modo automático, en el cual
se calculan los tiempos de depuración en función de la temperatura exterior y cada cierto
tiempo se enciende el motor para limpiar la superficie del agua con los skimmer ; el modo
Non-stop, que enciende el motor desde el amanecer hasta el ocaso; y el modo invierno,
que mantiene encendido el motor media hora al día para evitar el gripado del mismo en la
temporada invernal y, a diferencia de los anteriores, no tiene en cuenta las boyas magnéticas
de nivel. En los dos primeros modos, si la boya magnética inferior se desconecta, el sistema
desconectaría automáticamente el motor de la depuradora hasta completar el siguiente
llenado por seguridad.

44



Figura 8.6: Interfaz para controlar el motor de la depuradora.

Se dispone de un botón, el cual permite encender manualmente la depuradora, de la
misma forma que el botón físico disponible en el cuadro de conexiones. Este modo manual
no tiene tiempo límite de encendido, a diferencia del riego, pues no supone ningún perjuicio
que se quede encendido y puede ser útil en múltiples ocasiones. Como en el caso del riego,
podemos ver el estado actual del sistema donde también se muestra si el motor está real-
mente funcionando o no, pues al ser solar no podemos estar seguros de ello simplemente
accionando el relé. Finalmente, se nos muestra el siguiente ciclo automático que va a ser
realizado, tanto la hora a la que está programado como la duración del mismo.

La interfaz diseñada para el llenado de la piscina es bastante similar a la ofrecida
para cada una de las zonas de riego, únicamente diferenciándose en la automatización para
solicitar el llenado de la misma. Por tanto, cuando se detecte que la piscina se encuentra
con un bajo nivel de agua, se llenará automáticamente hasta la boya situada en la zona
superior siempre y cuando el llenado automático esté activado. Como en el caso del riego, es
posible seleccionar las horas más convenientes para llevar a cabo el llenado. El apagado de la

45



Figura 8.7: Interfaz para controlar el llenado de la piscina, muy similar a la del riego.

depuración durante el llenado se hace de forma automática, permitiendo un funcionamiento
completamente autónomo. El funcionamiento manual realiza las mismas funciones que en
el caso del riego, aunque no es recomendable, pues no tiene en cuenta las boyas magnéticas
y no se apaga automáticamente, únicamente al finalizar el tiempo seleccionado.

Por último, disponemos de una sección donde se muestran las estadísticas tanto
del llenado como de la depuración de los últimos 30 días de forma gráfica, como puede
observarse en la figura 8.8. Estas estadísticas pueden ser útiles para la identificación de
problemas, como fugas de agua en la piscina que estén llevando a un llenado diario excesivo
o algún problema en el motor, pues únicamente se contabilizan los minutos que el motor se
encuentra realmente en funcionamiento y no el tiempo que está encendido el relé.

46



Figura 8.8: Estadísticas del último mes de la depuración de la piscina y del llenado de la
misma.

47



Capítulo 9

Conclusiones

Con este proyecto se ha conseguido reducir notablemente el consumo de agua en
los meses de verano y un mantenimiento del riego durante todo el año. En el momento de
escribir estas líneas el sistema lleva en funcionamiento 20 meses sin intervención, a excepción
de ciertas modificaciones del código para añadir nuevas funcionalidades.

Mediante la interfaz se ha conseguido minimizar los errores humanos, pues no se
permite al usuario mantener encendido el riego mayor tiempo del indicado. Además, gracias
a la automatización de los tiempos de riego se ha solventado el problema de los riegos
irregulares y la falta de atención, sobre todo ante olas de calor y periodos de mayor estrés
hídrico.

Se ha logrado también ajustar el riego atendiendo a las necesidades según la época
del año, la temperatura, la humedad y las precipitaciones, lo cual ha sido muy notable en
los cultivos en los que se ha aplicado: un limonero y un naranjo, entre otros árboles.

Gracias a la gestión automatizada del riego, el aumento de la producción en los ár-
boles ha sido bastante notable, logrando más de un 200 % en el caso del naranjo y un 50 %
de mejora en el caso del limonero. En el resto de cultivos regados se ha podido observar un
aumento notable en el crecimiento, sin embargo no podemos medir el rendimiento del riego
en términos productivos pues no han alcanzado la madurez suficiente. Además, en nume-
rosas plantas se ha reducido el riesgo de infección, pues se ha reducido el encharcamiento
de la tierra, aprovechando mejor el agua disponible.

Este proyecto puede ser aplicado tanto en jardines residenciales como en proyectos de

48



mayor escala, ya que únicamente se debe añadir una nueva zona para cada electroválvula en
el código para disponer de las mismas funcionalidades y disponer de un control automático
tras la configuración mediante la interfaz. El único límite a tener en cuenta serían las propias
conexiones de la placa empleada en el proyecto. Sin embargo, este aspecto se encuentra en
una constante mejora con la reciente inclusión de la Raspberry Pi Pico W en la lista de
microcontroladores compatibles, por lo que no se debe descartar que se añadan nuevas
placas con mayor potencia y conexiones.

Por otro lado, recalcar que durante las temporadas sin producción agrícola este sis-
tema permite a los agricultores confiar en los automatismos y no dedicar tiempo al mante-
nimiento de los árboles hasta la siguiente temporada.

Por último, el periodo actual de sequía que está sufriendo España pone de manifiesto
la necesidad de sistemas de riego como el presentado en este proyecto que puedan aprovechar
y adaptarse a las necesidades de los árboles junto a las del clima. Como ya se ha visto, el
proyecto dispone de control remoto, lo que le otorga una mayor flexibilidad para adaptarse
a futuras restricciones sobre los cultivos.

49



Chapter 9

Conclusions

With this project, a significant reduction in water consumption during the summer
months has been achieved, as well as year-round irrigation maintenance. At the time of
writing, the system has been operating for 20 months without intervention, except for
certain code modifications to add new functionalities.

Through the interface, human errors have been minimized as users are not allowed
to keep the irrigation system on for longer than necessary. Additionally, by automating the
irrigation timing, the problem of irregular watering and lack of attention, especially during
heatwaves and periods of increased hydric stress, has been resolved.

The irrigation has also been adjusted according to the specific needs of each season,
temperature, humidity, and precipitation, which has been particularly notable in crops such
as lemon and orange trees, among others.

Thanks to the automated irrigation management, there has been a considerable in-
crease in tree productivity, with the orange trees showing an increase of over 200 % and a
50 % improvement for the lemon trees. Other irrigated crops have also shown significant
growth, although the productive yield cannot be measured as they have not reached suffi-
cient maturity. Moreover, the risk of infection has been reduced in numerous plants due to
reduced waterlogging of the soil, optimizing water usage.

This project can be applied in both residential gardens and larger-scale projects, as
it only requires adding a new zone for each solenoid valve in the code to have the same
functionalities and enable automatic control after configuration through the interface. The

50



only limitation to consider would be the connections supported by the board used in the
project. However, this aspect is continuously improving with the recent inclusion of the
Raspberry Pi Pico W in the list of compatible microcontrollers, indicating the possibility
of adding new boards with more power and connections.

Furthermore, it should be noted that during seasons without agricultural produc-
tion, this system allows farmers to rely on automation and avoid dedicating time to tree
maintenance until the next season.

Lastly, the current period of drought in Spain highlights the need for irrigation sys-
tems like the one presented in this project, which can adapt to the needs of trees and the
climate. As seen, the project features remote control, providing greater flexibility to adapt
to future crop restrictions.

51



Referencias

[1] Ministerio de Agricultura Pesca y Alimentación. Encuesta sobre superficies y rendi-
mientos de cultivos, 2020. URL https://web.archive.org/web/20210602101030/
https://www.mapa.gob.es/es/estadistica/temas/estadisticas-agrarias/
regadios2020_tcm30-562249.pdf.

[2] Repositorio de GitHub del proyecto Home Assistant. URL https://github.com/
home-assistant.

[3] Página web del proyecto ESPHome. URL https://esphome.io.

[4] Página web del producto: Encaminador TP-Link Archer C6 V2. URL https://www.
tp-link.com/es/home-networking/wifi-router/archer-c6/v2.

[5] Página web del producto: Conmutador POE TP-Link TL-SG108PE. URL https:
//www.tp-link.com/es/business-networking/easy-smart-switch/tl-sg108pe.

[6] Página web del producto: Ordenador Intel NUC 8i5BEH. URL https://www.
intel.es/content/www/es/es/products/sku/126148/intel-nuc-kit-nuc8i5beh/
specifications.html.

[7] Página web del producto: Multisensor Aqara. URL https://www.aqara.com/en/
temperature_humidity_sensor.html.

[8] Página web del producto: Adaptador ZigBee. URL https://slae.sh/projects/
cc2652.

[9] Adatadores ZigBee recomendados. URL https://www.zigbee2mqtt.io/guide/
adapters/#recommended.

[10] Página web del proyecto ZigBee2MQTT. URL https://www.zigbee2mqtt.io.

52

https://web.archive.org/web/20210602101030/https://www.mapa.gob.es/es/estadistica/temas/estadisticas-agrarias/regadios2020_tcm30-562249.pdf
https://web.archive.org/web/20210602101030/https://www.mapa.gob.es/es/estadistica/temas/estadisticas-agrarias/regadios2020_tcm30-562249.pdf
https://web.archive.org/web/20210602101030/https://www.mapa.gob.es/es/estadistica/temas/estadisticas-agrarias/regadios2020_tcm30-562249.pdf
https://github.com/home-assistant
https://github.com/home-assistant
https://esphome.io
https://www.tp-link.com/es/home-networking/wifi-router/archer-c6/v2
https://www.tp-link.com/es/home-networking/wifi-router/archer-c6/v2
https://www.tp-link.com/es/business-networking/easy-smart-switch/tl-sg108pe
https://www.tp-link.com/es/business-networking/easy-smart-switch/tl-sg108pe
https://www.intel.es/content/www/es/es/products/sku/126148/intel-nuc-kit-nuc8i5beh/specifications.html
https://www.intel.es/content/www/es/es/products/sku/126148/intel-nuc-kit-nuc8i5beh/specifications.html
https://www.intel.es/content/www/es/es/products/sku/126148/intel-nuc-kit-nuc8i5beh/specifications.html
https://www.aqara.com/en/temperature_humidity_sensor.html
https://www.aqara.com/en/temperature_humidity_sensor.html
https://slae.sh/projects/cc2652
https://slae.sh/projects/cc2652
https://www.zigbee2mqtt.io/guide/adapters/#recommended
https://www.zigbee2mqtt.io/guide/adapters/#recommended
https://www.zigbee2mqtt.io


[11] Página web del producto: ESP32 modelo WT32-ETH01. URL http://www.
wireless-tag.com/portfolio/wt32-eth01.

[12] Página web de la marca RainBird. URL https://www.rainbird.com/es/eur.

[13] Página web del producto: ESP32 modelo ESP32-POE. URL https://www.olimex.
com/Products/IoT/ESP32/ESP32-POE/open-source-hardware.

[14] Página web del producto: Pluviómetro de balancín. URL http://www.misolie.net/
misol-spare-part-for-weather-station-to-measure-the-rain-volume-for-rain-meter-for-rain-gauge-p-513.
html.

[15] Métodos de instalación de Home Assistant. URL https://www.home-assistant.io/
installation.

[16] Enlace de GitHub a la configuración del Home Assistant. URL https://github.com/
MiguelJPen/Home-Assistant_Config.

[17] Enlace de GitHub a la configuración de ESPHome. URL https://github.com/
MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/esphome.

[18] Enlace de GitHub al archivo de control de tiempos. URL https://github.com/
MiguelJPen/Home-Assistant_Config/blob/master/esphome/time_control.hpp.

[19] Enlace de GitHub al archivo de la piscina. URL https://github.com/MiguelJPen/
Home-Assistant_Config/blob/master/esphome/pool.hpp.

[20] Enlace de GitHub al archivo de riego. URL https://github.com/MiguelJPen/
Home-Assistant_Config/blob/master/esphome/irrigation.hpp.

[21] Consejería de Agricultura y Agua Soria Alfonso, A. La fertirrigación del limone-
ro, 2008. URL https://www.carm.es/web/descarga?IDCONTENIDO=6159&ALIAS=
PUBT&IDADIC=1196&ARCHIVO=Texto+Completo+1+La+fertirrigaci%C3%B3n+en+el+
limonero.pdf&RASTRO=c498\protect\T1\textdollarm1259,20559.

[22] Enlace de GitHub a la carpeta common. URL https://github.com/MiguelJPen/
Home-Assistant_Config/tree/master/esphome/common.

[23] Enlace de GitHub al archivo de entidades controladas por eventos tempora-
les. URL https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/
esphome/common/time_controlled_entity.

53

http://www.wireless-tag.com/portfolio/wt32-eth01
http://www.wireless-tag.com/portfolio/wt32-eth01
https://www.rainbird.com/es/eur
https://www.olimex.com/Products/IoT/ESP32/ESP32-POE/open-source-hardware
https://www.olimex.com/Products/IoT/ESP32/ESP32-POE/open-source-hardware
http://www.misolie.net/misol-spare-part-for-weather-station-to-measure-the-rain-volume-for-rain-meter-for-rain-gauge-p-513.html
http://www.misolie.net/misol-spare-part-for-weather-station-to-measure-the-rain-volume-for-rain-meter-for-rain-gauge-p-513.html
http://www.misolie.net/misol-spare-part-for-weather-station-to-measure-the-rain-volume-for-rain-meter-for-rain-gauge-p-513.html
https://www.home-assistant.io/installation
https://www.home-assistant.io/installation
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/esphome
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/esphome
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/blob/master/esphome/time_control.hpp
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/blob/master/esphome/time_control.hpp
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/blob/master/esphome/pool.hpp
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/blob/master/esphome/pool.hpp
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/blob/master/esphome/irrigation.hpp
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/blob/master/esphome/irrigation.hpp
https://www.carm.es/web/descarga?IDCONTENIDO=6159&ALIAS=PUBT&IDADIC=1196&ARCHIVO=Texto+Completo+1+La+fertirrigaci%C3%B3n+en+el+limonero.pdf&RASTRO=c498\protect \T1\textdollar m1259,20559
https://www.carm.es/web/descarga?IDCONTENIDO=6159&ALIAS=PUBT&IDADIC=1196&ARCHIVO=Texto+Completo+1+La+fertirrigaci%C3%B3n+en+el+limonero.pdf&RASTRO=c498\protect \T1\textdollar m1259,20559
https://www.carm.es/web/descarga?IDCONTENIDO=6159&ALIAS=PUBT&IDADIC=1196&ARCHIVO=Texto+Completo+1+La+fertirrigaci%C3%B3n+en+el+limonero.pdf&RASTRO=c498\protect \T1\textdollar m1259,20559
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/esphome/common
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/esphome/common
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/esphome/common/time_controlled_entity
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/esphome/common/time_controlled_entity


[24] Enlace de GitHub a la carpeta de configuración del riego. URL https://github.com/
MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/esphome/irrigation.

[25] Enlace de GitHub a la carpeta de configuración de la carpeta de la piscina. URL https:
//github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/esphome/pool.

[26] Enlace de GitHub al archivo de configuración de llenado de la pisci-
na. URL https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/blob/master/
esphome/pool/pool_filling.yaml.

[27] Página web del proyecto de riego de Brian Hanifin. URL https://brianhanifin.
com/posts/diy-irrigation-controller-esphome-home-assistant.

[28] Página web del producto: Sonoff 4CH PRO. URL https://sonoff.tech/product/
diy-smart-switches/4chr3-4chpror3.

[29] Página web del componente Sprinkler Controller de ESPHome. URL https://
esphome.io/components/sprinkler.html.

[30] Página web del producto: Multisensor BME680. URL https://www.
bosch-sensortec.com/products/environmental-sensors/gas-sensors/bme680/
#technical.

54

https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/esphome/irrigation
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/esphome/irrigation
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/esphome/pool
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/tree/master/esphome/pool
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/blob/master/esphome/pool/pool_filling.yaml
https://github.com/MiguelJPen/Home-Assistant_Config/blob/master/esphome/pool/pool_filling.yaml
https://brianhanifin.com/posts/diy-irrigation-controller-esphome-home-assistant
https://brianhanifin.com/posts/diy-irrigation-controller-esphome-home-assistant
https://sonoff.tech/product/diy-smart-switches/4chr3-4chpror3
https://sonoff.tech/product/diy-smart-switches/4chr3-4chpror3
https://esphome.io/components/sprinkler.html
https://esphome.io/components/sprinkler.html
https://www.bosch-sensortec.com/products/environmental-sensors/gas-sensors/bme680/#technical
https://www.bosch-sensortec.com/products/environmental-sensors/gas-sensors/bme680/#technical
https://www.bosch-sensortec.com/products/environmental-sensors/gas-sensors/bme680/#technical


Apéndice A

Esquema de la instalación

55


	Portada
	Resumen
	Abstract
	Índice
	Agradecimientos
	Introducción
	Objetivos
	Introduction
	Goals
	Arquitectura del sistema
	Sistema central
	Nodo de las electroválvulas
	Nodo de la piscina



	Descripción a nivel de hardware
	Dispositivos de conexión
	Home Assistant
	Nodo de las electroválvulas
	Nodo de la piscina

	Herramientas empleadas en la instalación
	Descripción del proyecto a nivel de software
	Sistema principal
	Nodos de control: ESPHome
	Gestión de los eventos de tiempo
	Llenado de la piscina

	Proyectos previos
	DIY Irrigation Controller de Brian Hanifin
	Sprinkler Controller de ESPHome
	Controladores de la marca Rain Bird

	Montaje del sistema
	Home Assistant
	Nodo de las electroválvulas
	Nodo de la piscina
	Boyas magnéticas
	Pluviómetro

	Termómetro exterior

	Interfaz y funcionamiento
	Interfaz para el riego
	Interfaz para la piscina

	Conclusiones
	Conclusions
	Referencias
	Esquema de la instalación