Source: https://es.scribd.com/document/314900444/Diseno-de-Un-Sistema-Inalambrico
Timestamp: 2019-04-21 08:40:10+00:00

Document:
Cargado por Danny Alejandro
Articulo de Divulgación_Sistemas Inalambricos
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Casas Domóticas.en.Es
Dialnet-TecnologiaBluetooth-4168662.pdf
Manual_BTNext.pdf
Manual Sail P7
_REDES I_ Medios Inalambricos
Red_PLC_
PARA EL MONITOREO EN TIEMPO REAL
DE TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA BAJO INVERNADERO
CÓDIGO: 44951055
FACULTAD DE INGENIERÍA DE DISEÑO Y
Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero de Diseño y
JOSE ANTONIO TUMIALÁN
PhD en Ingeniería Mecánica
PhD José Antonio Tumialán
Ingeniero Oscar Flórez
Ingeniero José Andrés Domínguez
por la orientación y las valiosas sugerencias recibidas para realizar este trabajo.AGRADECIMIENTOS El autor expresa su agradecimiento a: José Antonio Tumialán. por su aporte personal y profesional. iv . Director de Proyecto. Luis Angel Barahona. Ingeniero Agrícola. Todas la personas que colaboraron desinteresadamente para la realización de este trabajo.
.................................6 1.............................................3...CONTENIDO INTRODUCCIÓN ..........2................2......................6 1.1....3..........15.............12 2.... Red cableada con descarga de datos en tiempo real...........2....... Importación y distribuidores nacionales...16 2........................... ...... ...7 1..17 v ........................... DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA SOLUCIÓN PROPUESTA ................................. CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL DISEÑO..................1.....8 1........................1............................................13 2... PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA....................... TECNOLOGÍAS ACTUALES . TECNOLOGIA INALÁMBRICA.....12 2......... Soluciones de monitoreo con descarga de datos por lotes...9 2............................12 2......... ..1.............................1.............................................2.............2.......4..............4 frente a otras tecnologías inalámbricas ........ ESTÁNDAR IEEE 802.2............6 1.....4.......2...................6 1....... Consumo de energía e incorporación a la red.... Redes inalámbricas con descarga de datos en tiempo real...........1 1.............17 2.........................................................................4...............16 2............................................................................................1.......... El estándar IEEE 802............... Tipos de dispositivos ......1........ Topologías.....7 1.................................................1..................... MARCO LEGAL Y FRECUENCIAS DE OPERACIÓN...................2......3.....15.... ANTECEDENTES..3...
.................................................................2... PRUEBAS PRELIMINARES EN CAMPO ....... Temperatura ......1... El invernadero .....................6......................38 3..............2.........39 3.........2..........................................48 vi .....................42 3........... Humedad relativa ....5.....42 3..42 3..............2............1..............1...... CONSIDERACIONES SOBRE OBSTÁCULOS Y RUIDO ...........................38 3................6.5....... Consideraciones sobre el montaje ................ DISEÑO DE LA ETAPA DE MEDICIÓN .............................................................1....... Análisis de resultados................................1.............5...................... Metodología de prueba...........38 3................ SELECCIÓN DEl TRANSCEIVER ............ Sensores capacitivos y resistivos.......................................30 2.23 2........... Estándares de medición de condiciones meteorológicas.... Conceptos de línea de vista .........2.............. Antenas .................................22 2................................1...................................................36 3.........................................4..................................5..3....2........1..2..... CONSIDERACIONES GENERALES ................27 2........43 3.................1.................2....................... Protección de los instrumentos contra la radiación solar.. SELECCIÓN DE SENSORES .............2................................4....................6......................... Componentes de un sistema de comunicación inalámbrica ..................... Instrumentos convencionales ............41 3.......24 2.................... ................2..................3...........................1....................................23 2..........19 2................1.................1..... ANALISIS DE COSTOS..........................................2....................7...5.26 2.................................26 2....
..........................1......................66 5..... APLICABILIDAD FUTURA.................2.............2.....2...........................2.............5.........60 4......72 vii ...................53 4.................1................................1.72 5......4... BENEFICIOS ............... Módulo repetidor............. DISPOSITIVOS.....2.............................2......................................................1.......4............56 4........ PRUEBAS PRELIMINARES ............................................... Monitoreo de variables en procesos industriales.3..1............... Diagrama de flujo para el PIC16LF688 en el Coordinador..................................6............................... Coordinador de red...1....................................2.....................................................53 4.................... DISEÑO DE MÓDULOS DE MEDICIÓN Y TRANSMISIÓN..............55 4..1. Diagrama funcional del circuito..................................... Control automático de riego en cultivos..52 4........... MODELO DE REQUISITOS ..........1.....53 4.......2.........54 4.............................................................3.......4...............................1....... ..... METODOLOGÍA DE MONTAJE EN CULTIVO...................................61 4..........................1............... CONSIDERACIONES GENERALES .................... DISEÑO DE SOFTWARE........59 4..............................................72 5......................64 4..62 4....................3.................. Módulo de medición...........1.....................................57 4.......................................................1..63 4..1...62 4..........3...........................1............... CALIBRACIÓN Y MANTENIMIENTO .... Diagrama de flujo para el PIC16LF688 en el módulo de medición 58 4........... ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA .....1........................... Diagrama funcional del circuito ................................
..........................................................85 viii .................................4............................................................................................ Configurar nodos....... Opciones generales.3.. Aplicación cliente .............3..............................................83 5...........2.3.............80 5...4..... BASE DE DATOS Y MODELO ENTIDAD-RELACION .........6...............83 5........3............1................ Diagrama de flujo .........5....7..................3..... DISEÑO GENERAL DEL PROGRAMA DE COMPUTADORA .......5............................4.5......75 5............. MODELO DE ANÁLISIS ........1............1..........................................2............... Diagrama de casos y usos ............5.......................3..................................... Descripción del problema ......................1..4.......................... Información de sucesos....1...................1..................... Servicio del sistema operativo .........................................2....5..... Enviar configuración........ Diagramas de secuencias ...........2.....................4.....84 5...................... Descargar datos ......75 5.......1...........73 5............................................74 5................................. Consultar estado .................................84 5.... Iniciar y detener sistema .....3........................................77 5...3..........................................1..........76 5.84 5.............................. Consultar datos .......4.72 5.................................................. Registro de datos y de sucesos..........1...............................2...........2.................3........................1........ Diagrama de clases .............1.....3.. Información y configuración de nodos ....... Exportar Datos .....................1.......3.............5...81 5................................1..................................................2..........................................1..84 5.............85 5........78 5..79 5.82 5..85 5.........4.3...............................................................
................................2.................................................. RECOMENDACIONES......................................................... Interfaces preliminares ................................................................98 ix ........ CONCLUSIONES ................................................................................................................................89 7........................................94 BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA...........5......1........................96 REFERENCIAS INTERNET ....85 6...............92 BIBLIOGRAFÍA ..........................................................5......
. 36 Tabla 10... ......................... 35 Tabla 9................ Sensores de temperatura y sus características ....................... 44 Tabla 14.................................. 22 Tabla 5... 45 Tabla 15................. Especificaciones HIH-3610 de Honeywell.......... ... 14 Tabla 3... ........... ................ 41 Tabla 13.............................. 40 Tabla 12..... ..................... Comparativa de costos entre un sistema cableado y uno inalámbrico........... Especificaciones HTS2010SMD de Humirel...................... Características de radiofrecuencia del módulo ETRX1 de Telegesis. Ganancias requeridas según márgenes de atenuación y distancias entre puntos............................................................................. 51 Tabla 18...................................................... 22 Tabla 4......................... .............................................LISTA DE TABLAS Tabla 1........... Pruebas de alcance en finca piloto con cultivos de hortalizas... 64 x ............................ 28 Tabla 6. ........................... ............... 29 Tabla 7....................................... Comparación de tecnologías inalámbricas............................................................. 35 Tabla 8.......................... 50 Tabla 17... Características de respuesta del instrumental meteorológico...... Análisis de consumo módulo inalámbrico.............. 14 Tabla 2............ Niveles de intensidad de la señal.................. Ganancia de las antenas en cada bloque........ Características del módulo ETRX1.............. Valores de exactitud y resoluciones recomendadas........ Especificaciones SHT1x / SHT7x de Sensirion ........................... 45 Tabla 16................... Características de las principales tecnologías inalámbricas.................................................. Ganancia de las antenas en cada bloque................ ..................... Resumen de características de sensores de temperatura.......... ....... 37 Tabla 11...
....... Resumen de mediciones iniciales................. 81 Tabla 28.............. Flujo principal del caso de uso Descargar datos................................. Flujo principal del caso de uso Iniciar y detener sistema.... Flujo principal del caso de uso Enviar configuración... 80 Tabla 27......... . Flujo principal del caso de uso Exportar datos...................................... 78 Tabla 25.................. Flujo principal del caso de uso Consultar estado....... ............. Resumen de la segunda serie de mediciones.......... Flujo principal del caso de uso Configurar nodos...Tabla 19........... 71 Tabla 22.... 79 Tabla 26.................................................................. Análisis de consumo para el módulo de medición............................................ 65 Tabla 20... 69 Tabla 21................... 82 xi ................... Flujo principal del caso de uso Consultar datos.......................................... 77 Tabla 24.............. 76 Tabla 23.................
...... Esquema funcional general.. ................................. Tipos de antena según el enfoque de energía................. ....... Metodología de diseño............................................................. Configuración de transceiver comandado por microcontrolador................................................................. 30 Figura 15....................................................LISTA DE FIGURAS Figura 1............................... 20 Figura 7........................... Topologías ... 9 Figura 3.............................................. ....... Tarjeta con módulo inalámbrico de prueba de eco del Kit de Desarrollo........ 24 Figura 9.......... 32 Figura 17.. Invernadero..... 27 Figura 13.. 39 xii .................................... Localización de nodos finales y nodos repetidores en los bloques de la finca............ Diagrama funcional de hardware y software......................... 17 Figura 6.............................................. Distribución de los bloques en finca piloto con cultivos de hortalizas............................. 26 Figura 12................................. ....................................................................................................... Zona Fresnel entre dispositivos inalámbricos.. 28 Figura 14..................................................................................... ............ 21 Figura 8................................... Arquitectura en capas para el estándar IEEE 802....4 .. ......................................... .......................... 15 Figura 5.................................................................15....................................................... 10 Figura 4............................................................ Diámetros de la Zona Fresnel según distancia y frecuencia de operación........ Enfoque de energía de una antena omnidireccional. Factores de atenuación de señal................................................................................. 5 Figura 2................ Imagen del ETRX1 ........................ ...... 24 Figura 10..... .................................... . Vista de los cultivos bajo invernadero en la finca......................... 31 Figura 16......................... 25 Figura 11....
... 78 Figura 38................. 53 Figura 22........................ Diagrama funcional del módulo Coordinador................. 59 Figura 28...................................... 70 Figura 33.................................................. Diagrama de flujo del módulo coordinador gestionando nodos de la red..... .................... Dispositivos que conforman una red de monitoreo típica.......................... 57 Figura 26............................. 75 Figura 35.................. .............. 56 Figura 25............ Diagrama funcional del circuito de prueba de sensor.................. microcontrolador y memoria................... Diagrama de casos y usos ............. Diagrama de secuencia Iniciar y detener sistema ..................... 69 Figura 32....... Diagrama de flujo para el módulo de medición... Diagrama de secuencia Configurar nodos............ 60 Figura 29.............................................................. Filtro para sensores SHT1x..................................................... Diagrama de secuencia Consultar estado .................................................... 67 Figura 30.............. 55 Figura 24................. 77 Figura 37...................... 47 Figura 19......... Diagrama funcional del módulo de medición.................... 79 xiii ..................................... Diagrama de pines del microcontrolador PIC16LF688....................... 57 Figura 27..... Diagrama de clases ........................................................................................... 74 Figura 34................. Gráfico de primera serie de resultados de medición de temperatura y humedad relativa....................... 54 Figura 23................................................. 67 Figura 31....................... Imágenes del circuito de prueba comandado por calculadora Hewlett Packard........................................ Montaje típico del SHT1x / SHT7x ................................................................................................Figura 18.... ................................. .... 48 Figura 20.... ................. Exactitud en la familia de sensores SHT1x / SHT7x............ ...... Gráfico de la segunda serie de resultados de medición de temperatura y humedad relativa.... Diagrama de secuencia Consultar datos ................................................... 76 Figura 36.......... 48 Figura 21...................................... ...... Diagrama de flujo para el módulo repetidor.......... Diagrama de flujo de sincronización con el programa de Servicio...............................................................
.......... 87 Figura 45....................... 86 Figura 44..... Interfaz para la edición de la tabla GRUPOS... Entorno general de la aplicación cliente................. 80 Figura 40........................ ....... Diagrama de secuencia Descargar datos ................. Diagrama de secuencia Exportar datos .................... 83 Figura 43................. 81 Figura 41..........................Figura 39........ Modelo entidad relación............... Diagrama de flujo de sincronización con el programa de Servicio................................................ 82 Figura 42.. Diagrama de secuencia Enviar configuración .............. ...................................................... 87 xiv ....... ......................
xv . PIC: siglas de circuito integrado programable. BYTE: conjunto de ocho bits. BLUETOOTH: es la norma que define un estándar global de comunicación inalámbrica que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes equipos mediante un enlace por radiofrecuencia. BIT: dígito binario. Diseñado para aplicaciones de corta distancia (<10m). especialmente aplicada a la agricultura. BPS: siglas de bits por segundo. ELECTROVÁLVULA: válvula cuya apertura o cierre se logra por medios eléctricos.GLOSARIO AGROMETEOROLOGÍA: es la ciencia que trata el estado del tiempo en la atmósfera terrestre. Unidad fundamental de la información. PUNTO DE ROCÍO: Se llama así. DATALOGGER: Dispositivo portátil utilizado para registrar mediciones a lo largo del tiempo de manera autónoma. EVAPOTRANSPIRACIÓN: pérdida de agua por la evaporación del suelo y la transpiración de las plantas. a la temperatura en que el vapor de agua empieza a condensarse a una presión determinada.
TRANSCEIVER: dispositivo que combina capacidades de transmisión y recepción en un solo encapsulado UART: siglas de Universal Asynchronous Receiver Transmiter o Transmisor Receptor Asíncrono Universal. Wi-Fi se creó para ser utilizada en redes locales inalámbricas.RS-232: estándar de comunicación serial usado en los PC y en la calculadora HP48. SOLENOIDE: dispositivo eléctrico utilizado para la apertura y cierre de una electroválvula.11. WiFi. Wi-Fi: (o Wi-fi. Wifi. xvi . wifi) es un conjunto de estándares para redes inalámbricas basado en las especificaciones del estándar IEEE 802.
que entregan los datos de las mediciones vía radiofrecuencia a una computadora central de administración por software. Un sistema de medición y registro ágil. xvii . registro y almacenamiento de datos en tiempo real. así como facilidad de implementación y gran número de nodos. aprovechando las ventajas que ofrece el nuevo estándar de transmisión inalámbrica IEEE 802. para ser aplicado en análisis de grados-día y el monitoreo para el manejo climatológico óptimo en un cultivo de flores. flexible y eficiente se vuelve determinante para el manejo óptimo del cultivo y contribuye de manera notable en el análisis de grados-día y otras actividades de mejoramiento desde el punto de vista de la agronomía. localizados en cada área productiva del cultivo. operados con baterías y por medio de microcontroladores. El diseño consiste en una red de dispositivos de medición. donde es de vital importancia contar con sistemas de medición que permitan optimizar los procesos y la calidad de la producción.4. sobre el comportamiento de la temperatura y humedad relativa en un invernadero. registro. para efectuar la medición. El presente trabajo presenta el diseño de un sistema basado en tecnología inalámbrica. para monitorear el comportamiento de la temperatura y la humedad relativa dentro de un invernadero. en cuanto a bajo costo y consumo de energía. se ha diseñado un sistema automático de medición. y transmisión de datos en tiempo real.RESUMEN Debido a la necesidad de monitorear variables climatológicas en cultivos. así como responder de manera oportuna ante los riesgos que puede involucrar el impredecible comportamiento climatológico.15.
easy installation and large number of nodes. to monitoring. as regards low cost. where it’s of vital importance to have measurement systems that allow optimize process and productivity quality. by radio. IEEE 802. using microcontrollers. xviii . flexible and efficient measurement and registry system is so important to optimal cultivation management and contribute at day-degrees analysis and others improvement activities particularly at agronomy aspect. to monitoring temperature and relative humidity behavior into greenhouses. to be used at day-degrees analysis and optimal weather monitoring management at flowers cultivation. registering.ABSTRACT In order to meet today’s requirements with regard to monitoring weather conditions at cultivation. storing and data supplying automatic system at real time. weather. Agile. Keywords: wireless. agriculture. also to response at the right moment against risks because of unpredictable climatic weather. low consumption. This work presents the design of a wireless technology system. with regard to temperature and relative humidity in greenhouses. measure. it’s designed a measuring. registering and transmitting data at real time. located at each cultivation productivity area. battery operated. taking advantage of new wireless transmission standard features.15.4. The design consist of a measuring devices network. which send measurement data. to computer.
y por consiguiente en reducción de utilidades económicas. plagas y enfermedades. alteraciones del ciclo vegetativo. labores agrícolas. entre otras. programar fechas de siembra o ciclos de cultivo. El concepto de grados-día. por lo que representan en términos de reducción de costos de instalación y especialmente de mantenimiento frente a los sistemas cableados tradicionales. un registro y análisis adecuados del comportamiento climatológico se constituyen en herramientas fundamentales.INTRODUCCIÓN El estudio de la interacción entre el clima. es de gran utilidad en la agricultura permitiendo. automatización en el sector agrícola y mejoramiento de los procesos de la industria en general. han producido gran impacto especialmente en el sector agrícola. Soluciones eficientes de comunicación inalámbrica para el registro automático de datos de medición de variables climatológicas. El presente trabajo presenta el diseño de un sistema de monitoreo para ser aplicado en el análisis de grados-día. entre otras cosas. 1 . gestión de recursos y tecnología utilizada. han abierto las puertas al desarrollo de nuevos sistemas de reducción de cableado y mantenimiento. proporciona indicadores que permiten relacionar la respuesta productiva de los cultivos de acuerdo al comportamiento de las diversas variables climatológicas. así como identificar el grado de desarrollo en diferentes etapas. pronosticar fechas de cosecha. Como consecuencia. y contribuyen en la reducción de daños fisiológicos en las plantas que se traducen en pérdidas de producto. Además. a la hora de optimizar la respuesta productiva de un cultivo. aplicados al control de riego.
basándose en módulos de medición comandados por microprocesadores. y la aplicabilidad futura de la solución. 2 . las distancias al lugar de recepción de los datos. dentro de un invernadero. teniendo en cuenta factores tales como. teniendo en cuenta el uso que se le dará a las mediciones. c) Elegir los sensores adecuados para la medición de temperatura y humedad relativa. frente a soluciones tradicionales de transmisión de datos por cable. las condiciones climatológicas de los lugares donde se implementará.OBJETIVOS Objetivo general Diseñar un sistema para monitorear en tiempo real el comportamiento de la temperatura y la humedad relativa. el almacenamiento y la transmisión de los datos. para efectuar la transmisión de datos del invernadero. con base en las características y disposición geográfica de las áreas productivas (bloques en los que está segmentado el cultivo) donde se efectuarán las mediciones de las variables climatológicas en cuestión. los obstáculos físicos. b) Definir la tecnología de transmisión de los datos. las instalaciones eléctricas disponibles y el uso que se le dará a los datos producto de las mediciones. d) Diseñar el hardware necesario para efectuar la medición de las variables climatológicas. incorporando el acondicionamiento de las señales obtenidas. Objetivos específicos a) Identificar la viabilidad técnica de incorporar tecnología inalámbrica.
radiación solar. metodológico y comercial para comenzar a fabricar soluciones que satisfagan las necesidades del sector agrícola en este ámbito. diagnosticar el estado técnico de funcionamiento (módulos activos o inactivos. Es de particular interés para COLTEIN LTDA evaluar la posibilidad de incorporar tecnología inalámbrica para solucionar este tipo de necesidades de monitoreo climatológico. ALCANCES Y LIMITACIONES El alcance de este trabajo de grado está de acuerdo con las necesidades planteadas por la compañía COLTEIN LTDA. considerando que un sistema que opere sin cables tendría gran impacto en el sector agrícola. No obstante. umbrales para generación automática de alarmas). humedad relativa. recibir y administrar los datos obtenidos de las mediciones permitiendo el almacenamiento de los mismos en una base de datos o en forma de archivo plano o similar.e) Diseñar el software adecuado que permita: configurar los parámetros de medición del sistema (tasas de muestreo. es claro que para aplicaciones tales como el control de heladas. fecha y hora de inicio de medición. se hace necesario monitorear el comportamiento de variables tales como temperatura. dados los altos costos de instalación y 3 . dirección y velocidad del viento. con base en los requerimientos identificados en tres fincas productoras y exportadoras de flores de la sabana de Bogotá. Aunque el tema de monitoreo de variables meteorológicas es bastante extenso. y el agricultor colombiano puede requerir de soluciones tecnológicas más complejas. estado de baterías o suministro eléctrico). En materia de variables físicas a medir. este trabajo únicamente incorporará la medición de dos de las variables físicas de mayor incidencia en el desarrollo de las plantas en cultivos de flores como son la temperatura y la humedad relativa. por ejemplo. este trabajo se ha considerado un punto de partida a nivel tecnológico.
No obstante. este trabajo de grado llegará hasta la etapa de diseño dada la reciente aprobación y patrocinio por parte de COLTEIN LTDA a este proyecto. METODOLOGÍA Para la consecución de los objetivos propuestos. Como consecuencia. De otra parte. inicialmente ha sido necesario documentar los requerimientos principales sobre monitoreo climatológico en los invernaderos donde se pretende implementar este tipo de solución. entre otras. así como la fabricación de soluciones en el tema de automatización de invernaderos y control de riego. Así mismo se ha revisado literatura relacionada con la medición de las variables físicas en cuestión. con el propósito de medir la validez del diseño planteado. Aunque es claro el propósito de construir e implementar este sistema de monitoreo. hay aún pruebas pendientes por efectuar. es claro que en la actualidad. Con base en los resultados obtenidos de este trabajo. se definieron con exactitud todos los parámetros relacionados con el proceso de medición. y que es posible utilizarlos en conjunto para los fines propuestos. De este modo ha sido posible diseñar los diferentes componentes relacionados con la adquisición y almacenamiento de datos que permita efectuar mediciones en campo.mantenimiento de cableado de los sistemas de monitoreo y riego que existen en la actualidad. en el sentido de verificar que los componentes seleccionados operan de acuerdo a lo especificado por los fabricantes y la teoría aplicable. Luego se diseñó toda la estructura relacionada con la transmisión de datos entre 4 . este trabajo hasta ahora se ha limitado a garantizar la viabilidad técnica del diseño. la empresa analizará la viabilidad de implementar sistemas de monitoreo más completos.
se diseñó una base de datos y un programa de computadora. Metodología de diseño. Figura 1. No obstante. con miras a efectuar las correcciones y/o recomendaciones a que haya lugar. así como su protocolo de comunicaciones. Finalmente. comandar el sistema y configurar los parámetros generales de funcionamiento del mismo. necesarios para almacenar los datos de las mediciones.módulos de medición y computadora. RECOPILACION DE INFORMACIÓN ANÁLISIS FORMULACIÓN DE PARÁMETROS Y POSIBLES SOLUCIONES DOCUMENTACIÓN DISEÑO CORRECCIONES EVALUACION DEL DISEÑO REVISIÓN Y RECOMENDACIONES Fuente: El autor. 5 . se efectuó un análisis y evaluación preliminar del diseño resultante. es necesario efectuar otro tipo de pruebas que aseguren la eficiencia del sistema. Una vez diseñado el proceso de transmisión y descarga de los datos del invernadero a una computadora convencional.
Importación y distribuidores nacionales. pero tiene mayores dificultades para hacer efectivo el respaldo técnico. Algunos de los factores a considerar con relación a los sistemas actuales de monitoreo son los siguientes: 1. el cliente puede gozar de precios aceptables. Al adquirir productos directamente del exterior. pues casi la totalidad son fabricadas por compañías internacionales y el empresario colombiano termina pagando la importación y las utilidades de la cadena de distribución. pues muchas veces éste tiene que hacer efectivo dicho respaldo directamente con el fabricante.2.1. según información del departamento comercial de COLTEIN LTDA. El agricultor paga elevados costos al adquirir soluciones de distribuidores nacionales. Soluciones de monitoreo con descarga de datos por lotes. La solución típica que han implementado fincas de la Sabana de Bogotá.1.1. El respaldo técnico ofrecido por estos distribuidores no siempre es el más adecuado. CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL DISEÑO 1.1.1. consiste en utilizar 6 . ANTECEDENTES El tema del monitoreo de variables físicas en cultivo presenta al productor colombiano dificultades en cuanto a que las soluciones que puede implementar no se ajustan a sus posibilidades económicas y/o no satisfacen sus necesidades. 1.
dispositivos de monitoreo con transmisión de datos ‘por lotes’ como es el caso de los registradores marca HOBO®1. así como la adición de nuevos módulos o cambio en la distribución geográfica de los nodos. 1. 1. esta solución obliga a dedicar a una o más personas la labor de descarga de datos.3. 1 Marca registrada de ONSET COMPUTER CORPORATION 7 . por el personal encargado. Finalmente. como consecuencia.1. Es posible elegir una solución para obtener datos en tiempo real utilizando módulos cableados a un punto central. por ejemplo. donde los datos registrados por cada dispositivo deben ser descargados a una computadora manualmente. Redes inalámbricas con descarga de datos en tiempo real. que tienen como desventaja su alto costo y gran consumo de energía (cada módulo necesita instalaciones eléctricas). Esta alternativa presenta varias desventajas. los dispositivos de mano utilizados para descargar los datos son sometidos a un desgaste considerable y en muchos casos no alcanzan la vida útil esperada. Red cableada con descarga de datos en tiempo real. la consulta efectiva de la información depende de la frecuencia de la descarga y. lo que hace más compleja y costosa su implementación y su mantenimiento. o sistemas propietarios (sistemas exclusivos de empresas particulares) con buenas prestaciones.4. Además. y por cable. pero con altos costos y problemas de compatibilidad con otros sistemas y con nuevas tecnologías. utilizando módulos con tecnología WiFi. Es posible obtener en el extranjero una solución para monitorear datos en tiempo real.1. Por una parte. la toma de decisiones no es tan oportuna como debería serlo.
8 . pero estos dispositivos son muy delicados y su vida útil muy reducida. compañía especializada en el diseño. de personal dedicado a la labor de descarga de los datos. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El proyecto de monitoreo de variables climatológicas en tiempo real ha contado con el apoyo técnico y económico de Coltein Ltda. Los clientes en mención tienen instalado actualmente un sistema de monitoreo basado en dataloggers marca HOBO® de la familia H8. para el mejoramiento de los procesos operativos de la industria en general. Estos datos se requieren para manejo de una aplicación de grados-día y para monitorear el estado climatológico de cada uno de los bloques en que se divide la finca. que proporciona los datos de las mediciones en un formato de archivo de computadora que dificulta el proceso constante de descarga de los datos. sistematización y automatización. con base en las expectativas manifestadas por uno de sus clientes en materia de monitoreo climatológico. por lo tanto. en el sentido de remplazar su actual sistema de registro de temperatura y humedad relativa con descarga por lotes. • Se puede utilizar un dispositivo de mano que vende el fabricante para descargar los datos directamente en el cultivo. • El sistema actual es un sistema cerrado. Este sistema no cumple sus necesidades básicamente por las siguientes razones: • El sistema actual no proporciona datos en tiempo real. Se requiere. Lo anterior. • Los dataloggers son importados desde otros países y como consecuencia el soporte técnico no es el mejor. tiene que ser enviado nuevamente al fabricante en el extranjero. por un sistema de monitoreo para contar con datos de mediciones en tiempo real. dado que cuando un dispositivo se daña.2.1. de acuerdo a las expectativas y necesidades del mercado colombiano. desarrollo e implementación de soluciones de ingeniería.
periódicamente. 1. incorpora sensores de temperatura y humedad relativa. un dispositivo central de recepción de datos (coordinador) y una herramienta de software diseñada para la descarga de los datos a una computadora y la configuración general del sistema. El coordinador recibe los datos adquiridos y los almacena localmente. en tiempo real. Desde la computadora el operador puede configurar los intervalos de muestreo de cada uno de los dataloggers. así como otros parámetros de funcionamiento Fuente: El autor. operado por baterías.Dados los anteriores inconvenientes. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA SOLUCIÓN PROPUESTA El sistema para la medición de las variables físicas en cuestión se compone de dispositivos de medición y registro automático (dataloggers). se ha identificado la necesidad de diseñar una solución que suministre datos de mediciones de temperatura y humedad relativa en los cultivos del invernadero.3. Esquema funcional general. La figura muestra el esquema general de funcionamiento del sistema. transfiriéndolos a la computadora. Figura 2. cuando ésta está conectada. Una finca productora de flores está normalmente dividida en lo que se denomina comúnmente ‘bloques’ que son áreas productivas que comparten las mismas condiciones meteorológicas. Módulos para medición de temperatura y humedad relativa en invernadero Coordinador Monitoreo en campo: Descarga de datos: Cada datalogger. Cada datalogger registra y transfiere al coordinador las mediciones efectuadas por los sensores según el intervalo definido por el operador del sistema. para monitorear las condiciones climatológicas de los cultivos y para utilizarlos en el análisis de grados-día. Cada bloque puede considerarse como un microclima 9 .
Es decir que el número de dispositivos de medición o dataloggers en un sistema está en proporción directa con el área de la finca. será que se disponga de un solo dispositivo de medición en cada uno de los bloques que conforman la finca. Como consecuencia. 10 Interfaz de usuario Resultados e informes Computadora para procesamiento y almacenamiento de datos . se requerirá de un solo dispositivo ‘coordinador’ por finca y de una computadora convencional para efectuar las labores de recepción. así como la configuración de los parámetros generales del sistema. umbrales de alarma y otros. En la práctica una finca puede tener entre 10 y 50 bloques. lo normal en una aplicación real de monitoreo climatológico bajo invernadero. De otra parte.independiente. Figura 3. Diagrama funcional de hardware y software Cultivos bajo invernadero Sensores de Temperatura y Humedad Relativa Oficinas o centro de recepción de datos Hardware de recepción Hardware de comunicación PC Hardware de comunicaciones Almacén de datos Microcontrolador Microcontrolador Aplicación Hardware de almacenamiento Hardware de comunicaciones Medición de variables físicas en invernadero Módulo registrador en invernadero gobernado por microcontrolador Hardware de comunicaciones Medio de transmisión Módulo coordinador gobernado por microcontrolador Fuente: El autor. tales como tasas de muestreo. almacenamiento y consulta de datos.
11 . Estos registran las mediciones y transmiten los datos al módulo coordinador quien sirve como vínculo entre la red de dispositivos en el cultivo y la computadora central de almacenamiento y administración del sistema en las oficinas. En el cultivo se disponen los módulos de medición que incorporan los sensores de temperatura y humedad relativa. Valga la pena aclarar que el dispositivo coordinador opera de manera autónoma sin necesidad de tener una computadora encendida y conectada a su hardware de comunicaciones.La figura 3 muestra un diagrama de bloques de los componentes de hardware y software que componen la solución.
TECNOLOGÍAS ACTUALES En la actualidad existe una variedad de estándares internacionales de transmisión inalámbrica por radiofrecuencia tales como Bluetooth y WiFi.2.15. entre otras. pero algunos de estos sistemas se ofrecen a costos altos y como es de suponerse tienen problemas de compatibilidad en el sentido de interoperar con sistemas de otros fabricantes y con nuevas tecnologías.4. 2. 2. En respuesta a la carencia de un estándar apropiado para aplicaciones de monitoreo y control para la industria y el hogar. lo que requieren es dispositivos confiables. que posibilitan la transferencia de grandes volúmenes de datos a alta velocidad para aplicaciones de voz. redes de computadoras.. estos sistemas no necesitan transmitir grandes volúmenes de información a grandes velocidades.1. En contraste a las aplicaciones típicas para las que fueron diseñados Bluetooth y WiFi. hasta hace más o menos 2 años no existía un estándar para redes inalámbricas que sumpliera los requerimientos de aplicaciones de monitoreo y control para el hogar y la industria. para incrementar la vida de las baterías y con la posibilidad de incorporar gran número de módulos en una sola red. tales como redes de sensores y sistemas de control. En cambio. Sin embargo. seguros. ESTÁNDAR IEEE 802. TECNOLOGIA INALÁMBRICA.2. video. Cabe anotar que no es nuevo el desarrollo de sistemas propietarios (diseños de empresas particulares) para ser incorporados en aplicaciones de monitoreo y control para el hogar y la industria. a expensas de un gran consumo de energía y alto costo. etc. IEEE ha desarrollado un nuevo 12 . de bajo consumo.
podemos encontrar que muchas de estas comunicaciones se realizan con pequeños paquetes de datos: para enviar información de un sensor o simplemente para controlar el estado de los sensores. la gran mayoría de los dispositivos pueden estar inactivos hasta que necesitan enviar información o activarse al ‘detectar algo’.15. permite el desarrollo de redes inalámbricas de bajo costo y sencillez de implementación. Además de ser paquetes pequeños de información. con módulos que pueden ser alimentados con baterías durante periodos de hasta un año o más. Este estándar.estándar ratificado a finales del año 2004. El estándar IEEE 802.4 frente a otras tecnologías inalámbricas En el cuadro 1 puede apreciarse una comparativa de las tres tecnologías más conocidas. sensores inalámbricos. Esta tecnología resulta apropiada para aplicaciones de automatización de edificios.1. Si se mira el caso del tipo de comunicaciones que se producen en una red de sensores o actuadores.2.4. control industrial. entre otras. Las principales ventajas que ofrece esta tecnología son: • Bajo consumo de potencia • Facilidad de implementación • Transferencia de datos confiable • Posibilidad de estar inactivos durante grandes periodos de tiempo • Bajo costo 13 . o efectuar una operación periódicamente.15. el IEEE 802. 2. operando en frecuencias que no requieren de permisos de entidades gubernamentales a nivel internacional y transmitiendo a tasas de 250 Kbps.
sensores. Puede usar las bandas libres ISM (Industrial.15. 128bit IEEE 802.4 define una tecnología inalámbrica con velocidades comprendidas entre 20 Kbps y 250 Kbps y rangos de 75 m. hasta 40Kbps en 915MHz (10 canales) y a 20Kbps en la de 868MHz (un solo canal) Tabla 2. redes de ordenadores.4 250 Kbps Consumo de potencia 400mA transmitiendo. móviles. Una red puede estar formada por hasta 65535 nodos los cuales tienen la mayor parte del tiempo el transceiver de radiofrecuencia en estado de bajo consumo de 14 . El estándar IEEE802. Emerging Standards. sustituto del cable Batería de larga duración.11b Horas U$9 complejo 32 Enumeración hasta 3 s 100 m 11Mbps Authentication Service Set ID (SSID) Bluetooth 1 semana U$6 muy complejo 7 Enumeración hasta 10s 10 m 1Mbps 64bit. Estándar Wi-Fi Ancho de Banda Hasta 54Mbps Bluetooth 1 Mbps IEEE 802.4GHz (16 canales). Pag. Bob.2mA en reposo 30mA transmitiendo. La transferencia de datos es de hasta 250 Kbps en la banda de 2. 0. 20mA en reposo 40mA transmitiendo. informática casera Interoperatividad.15. Fuente: http://www. 3uA en reposo Ventajas Aplicaciones Gran ancho de banda Navegar por Internet. bajo coste Control remoto.15. Scientific & Medical) de 2. Comparación de tecnologías inalámbricas.4 GHz (a nivel mundial).4 más de 1 año U$3 Simple 65535 Enumeración 30 ms 70 m 250Kbps 128bit AES y definido por el usuario en capa de aplicación Fuente: HEILE.domodesk. 8. 868 MHz (Europa) y 915 MHz (EEUU). Característica Autonomía de energía Precio Complejidad Nodos Latencia Rango de transmisión Tasa de transmisión Seguridad IEEE 802. productos dependientes de la batería. Características de las principales tecnologías inalámbricas. transferencia de archivos USB inalámbrico. juguetería.Tabla 1. 2004.com.
Pag. Siguiendo el estándar del modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnection). Al igual que WiFi.15. La tecnología Bluetooth es capaz de llegar a 1 MB/s en distancias de hasta 10 m (su uso está orientado más hacia la reducción de cables) operando en la misma banda de 2. Arquitectura en capas para el estándar IEEE 802. finalmente. aparece la estructura de la arquitectura en capas.potencia (sleep) con objeto de consumir menos que otras tecnologías inalámbricas. la capa de aplicación queda a cargo de las empresas que incorporan la tecnología en sus diseños. en la figura 4.4 GHz. Las capas de protocolos de red y seguridad son definidas por las compañías promotoras del estándar y. Las primeras dos capas.4 usa la DSSS (secuencia directa de espectro ampliado) en la banda 2.4. 15 .4 APLICACIÓN Definida por el usuario MARCO DE APLICACIÓN Compañías promotoras CAPA DE RED Y DE SEGURIDAD CAPA MAC IEEE CAPA FÍSICA Fuente: HEILE. Está diseñado para mantener transmisiones de mayores volúmenes de datos pero a costa de un mayor consumo de energía. Bob. la física (PHY) y la de acceso al medio (MAC). 8. es que un sensor equipado con un transceiver de esta tecnología pueda ser alimentado con baterías por más de un año.15.15. Figura 4. el estándar IEEE 802. El objetivo.4 GHz. 2004. son definidas por el estándar IEEE 802. Emerging Standards.
que normalmente es de unos 30 ms. requiere memoria y capacidad de computación.15.2. Tipos de dispositivos A nivel lógico.4 maneja tres tipos de dispositivos: El coordinador de red. dado que no se utilizan como repetidores. Normalmente se opera con energía de la red AC ya que debe operar permanentemente. Consumo de energía e incorporación a la red El bajo consumo de potencia es una de las características más importantes de esta tecnología. considerablemente menor a la de tecnologías como WiFi y Bluetooth (transición y enumeración mayores a 3 s). El dispositivo de función reducida (RFD) de capacidad y funcionalidad limitadas (especificada en el estándar) con bajo costo y simplicidad.2. es el más sofisticado de los tipos de dispositivos.2. Durante la mayor parte del tiempo de operación un dispositivo se encuentra en modo de bajo consumo (sleep) y sólo se activa durante un muy pequeño intervalo de tiempo para reportarse en la red de dispositivos. Éste puede funcionar como un coordinador de red. El dispositivo de función completa (FFD) capaz de recibir mensajes. 16 . Se operan normalmente con baterías. La memoria adicional y la capacidad de computación. Dos factores a tener en cuenta son la transición de modo de bajo consumo a modo normal (alrededor de 15ms) y la enumeración o incorporación a la red. el estándar IEEE 802. lo hacen ideal para hacer las funciones de repetidor. que mantiene en todo momento el control del sistema.3.2. Creados para ser incorporados en módulos junto con sensores y/o actuadores de la red. 2. Normalmente se opera con energía de la red AC ya que tienen que estar permanentemente escuchando transmisiones en la red para retransmitirlas.
2. La red final puede tener hasta 65535 nodos.3. pero la red puede ser ampliada a través del uso de repetidores. el coordinador es responsable de inicializar la red y de elegir los parámetros de la red. MARCO LEGAL Y FRECUENCIAS DE OPERACIÓN Los sistemas de telecomunicaciones basados en el estándar IEEE 802. Pag.15. 8. Bob. Figura 5. malla y árbol. Topologías La red de nodos puede configurarse básicamente en tres topologías: Estrella. En la topología estrella. uno de los dispositivos tipo FFD asume el rol de coordinador de red y es responsable de inicializar y mantener los dispositivos en la red. “Los dispositivos de espectro ampliado operan desde el año de 1985 y 17 .2. El protocolo de enrutamiento elimina las rutas menos óptimas. Emerging Standards. conocidos con el nombre de dispositivos finales. Todos los demás dispositivos. se comunican únicamente con el coordinador. 2. así como las tecnologías Wi-Fi y Bluetooth se basan en la tecnología de espectro ampliado. Topologías Fuente: HEILE. 2004.4. En la topología de malla.4.
5 MHz y de 5 725 a 5 850 MHz. las cuales pueden enumerarse de la siguiente forma: 2 ORTEGON BOLIVAR. Con la Resolución 689 del 21 de abril de 2004 “por la cual se atribuyen unas bandas de frecuencias para su libre utilización dentro del territorio nacional.15.gov. Básicamente estas dos técnicas podrían resumirse como el método utilizado por la tecnología para distribuir la señal convencional en un espectro de propagación equivalente”2. que utilicen tecnologías de espectro ampliado y modulación digital. de banda ancha y baja potencia. Jairo Augusto. Salto de Frecuencia con sus correspondientes características técnicas.co 18 . Científicas y Médicas (ISM) de 902 a 928 MHz. de 2 400 a 2 483. Este Reglamento Técnico atribuyó rangos de frecuencia para los sistemas de acceso inalámbrico y redes inalámbricas tipo LAN que empleen tecnologías de espectro ampliado y modulación digital de banda ancha y baja potencia.fueron la base para desarrollar aplicaciones en las bandas Industriales. En Colombia el Ministerio de Comunicaciones reglamentó por primera vez esta tecnología a través de la Resolución 3382 de 1995 definiéndolos como aquellos sistemas donde la energía media de la señal transmitida se reparte sobre una ancho de banda mucho mayor del ancho de banda de la información de interés. La regulación estatal colombiana promueve los sistemas inalámbricos wi-fi y bluetooth 3 El texto completo de la resolución puede consultarse desde la página principal del Ministerio de comunicaciones http://www. y se dictan otras disposiciones”3 se permite el uso de varios sistemas de acceso inalámbrico entre ellos Wi-Fi. Allí se dan algunas advertencias reglamentarias en dichas bandas para no causar interferencia perjudicial a otros servicios de telecomunicaciones. Bluetooth y el estándar IEEE 802. empleando un código independiente al de los datos.4.mincomunicaciones. mediante sistemas de acceso inalámbrico y redes inalámbricas de área local. Y define las modalidades de Secuencia Directa.
y como tales van incorporados en el transceiver.15. como entre Texas muchas Instruments. Por su parte.a).4. otras. Banda de 5 250 a 5 350 MHz. d). Como se discutió en la sección 2. Jairo Augusto. Bajo este escenario habría que diseñar e implementar las 4 ORTEGON BOLIVAR. f). Banda de 2 400 a 2 483.5 MHz. Sin embargo. dadas sus evidentes ventajas frente a otros estándares de transmisión inalámbrica. Banda de 5 150 a 5 250 MHz. b). “Según esta resolución se entiende que la utilización del espectro radioeléctrico en las bandas de frecuencias mencionadas anteriormente no requiere de ningún tipo de licencia. que comanda el protocolo de comunicaciones conectándose directamente al transceiver. para prestar servicios de telecomunicaciones a terceros los operadores deben tener la autorización respectiva”4. la capa física y de control de acceso al medio de la arquitectura de los dispositivos. de protocolo de red y seguridad. SELECCIÓN DEL TRANSCEIVER Compañías Microchip. 19 . La regulación estatal colombiana promueve los sistemas inalámbricos wi-fi y bluetooth. están definidos bajo el estándar IEEE802.2. c). y Banda de 5 725 a 5 850 MHz. Banda de 902 a 928 MHz. 2.15. Se optó por incorporar esta tecnología en el diseño. e). Banda de 5 470 a 5 725 MHz. distribuyen Freescale actualmente Semiconductor.4. Comercialmente es posible adquirir los transceiver por separado teniendo únicamente la implementación de la capa física y de control de acceso al medio. en aplicaciones de redes de sensores. Ember. dispositivos de comunicación con tecnología basada en el estándar IEEE802. sino que se incorporan en forma de firmware que es posible elegir y ajustar de acuerdo a las necesidades de la aplicación y que se implementa normalmente por medio de un microcontrolador. las capas siguientes. no van incluidas en el chip.4.
Este trabajo se ha limitado a adoptar el uso del módulo encapsulado incluyendo transceiver RF y microcontrolador. Figura 6. Fuente: Página principal de Microchip http://www.com. el transceiver para las comunicaciones RF y el microcontrolador con el firmware que cumple con la funcionalidad de red. dejando a cargo de los diseñadores de aplicaciones. Según lo anterior. este tipo de encapsulado resulta más costoso que adquirir transceiver y microcontrolador por separado. es posible adquirir comercialmente módulos que incorporan en un mismo encapsulado.microchip. es decir el desarrollo de la aplicación final. dado que el sólo diseño del protocolo de red representaría un desarrollo considerable fuera de los objetivos de este trabajo. no es descartable la idea de desarrollar el protocolo dado el gran ahorro en costos.siguientes capas de la arquitectura para manejar la parte de protocolo de red. varias compañías han desarrollado su propio stack para implementar esta funcionalidad. exonerándolo de las complejidades del protocolo de red. Esta no es una tarea fácil y por ello. ruteo para topologías de malla y árbol. Configuración de transceiver comandado por microcontrolador. y de acuerdo posiblemente a un estudio de mercado. Mientras el sólo transceiver puede costar alrededor de 2 a 4 dólares. Como es de suponerse. No obstante. 20 . únicamente la implementación de la capa de usuario. a futuro. que se apreciaría más cuando se comercializa un gran número de unidades. el encapsulado con el stack puede valer más de 30 dólares. seguridad de las transmisiones. etc.
tales como canales de operación. incluyendo el EmberNet/EmberZNet stack. sino mediante desarrollo de software.15. La mayoría no incorporan la funcionalidad de repetición. se ha seleccionado el módulo ETRX1 de la compañía Telegesis. basada en el transceiver EM2420 de la compañía Ember.com 21 . dirección. a través de comandos.4 es una tecnología aún en evolución. la mayoría de módulos que se consiguen comercialmente no tienen una funcionalidad de red completa aún. repetidores o dispositivos finales. y por lo tanto no es posible implementar de manera simple la topología malla y árbol. compatible con el estándar IEEE802. Luego de considerar varias alternativas para efectuar las comunicaciones inalámbricas. funcionamiento en modo cíclico. la compañía distribuye un Kit de desarrollo que permite. Imagen del ETRX1 Fuente: Hoja de datos de la página principal de Telegesis. Además.15. desde una computadora.telegesis.4. modos de consumo. Este instrumento resulta muy útil a la hora de efectuar pruebas de alcance y de configuración. El ETRX1 a diferencia de otros. así como definir otros parámetros de funcionamiento. mediante tarjetas RS-232.Dado que el estándar IEEE802. implementa la funcionalidad de repetidor para topología de malla y árbol. http://www. configurar los módulos inalámbricos para que operen como coordinadores. Figura 7.
RFD y Coordinador • Incluye el transceiver Ember EM2420 • Hasta 8 MIPS de procesamiento • El módulo viene con software de interface mediante comandos AT. • Basado en el transceiver Ember EM2420.7V – 3. Tabla 3. http://www.telegesis.45mm • Antena integrada o antena externa mediante conector Hirose U.FL • UART para fácil comunicación • Cumple con el estándar IEEE 802.4 • Puede actuar como FFD. • Tamaño 37. Características de radiofrecuencia del módulo ETRX1 de Telegesis. CONSIDERACIONES SOBRE OBSTÁCULOS Y RUIDO Esta sección expone algunas consideraciones con respecto a la instalación de los 22 . • 8 líneas de entrada/salida de propósito general y dos entradas análogas • Soporta 5 diferentes modos de consumo • Basado en el EmberNet™ classic stack • Cumplimiento del estándar IEEE 802.El ETRX1 tiene un alcance de transmisión con línea de vista de hasta 135 m.com Tabla 4.5.com 2. Características del módulo ETRX1.15.75 x 20. Las siguientes son las tablas de características del ETRX1 dadas por el fabricante.4GHz Banda ISM • Transceiver RF de espectro ampliado de secuencia directa • Tasa de transferencia efectiva de 250kbps • Módulo de muy bajo consumo de potencia (-30mA en transmisión) • 16 canales (Canal 802.telegesis. http://www.4 con el nuevo EmberZNet™ stack disponible próximamente • Actualización de Firmware vía RS232 o sobre el aire (protección con contraseña) • Encriptación de hardware soportada (AES-128) • Voltaje de alimentación 2.15.6V • Corriente de consumo tan baja como 15uA en modo sleep • Probado para cumplimiento de CE y FCC (con la antena integrada) • Rango de temperatura de operación: -40°C a +85°C Fuente: Hoja de datos de la página principal de Telegesis.4 11 a 26) • Potencia de salida de hasta 3dBm Fuente: Hoja de datos de la página principal de Telegesis. 2.15.
implica no sólo ver de un punto a otro. con el propósito de optimizar el rango de alcance de transmisión.dispositivos de transmisión inalámbrica. para tener en cuenta a la hora de implementar un sistema.5. entre un dispositivo transmisor y uno receptor. sino que exista además un camino entre los dos puntos en forma de balón de fútbol americano.1. en cambio. Sin embargo. comúnmente denominado zona Fresnel. 2. Componentes de un sistema de comunicación inalámbrica Básicamente un sistema de transmisión está compuesto por los siguientes tipos de dispositivos: • Dispositivo de transmisión (codifica datos en forma de ondas de radiofrecuencia para ser transmitidas al receptor por medio de una antena) • Dispositivo de recepción (decodifica los datos que llegan a través de la antena de recepción) • El medio a través del cual se efectúa la comunicación • Antenas o elementos de enfoque y captación de señales de radiofrecuencia. de modo que una línea recta une los dos puntos. Conceptos de línea de vista Es común hablar del concepto de línea de vista en sistemas de comunicación inalámbrica. En un sistema de transmisión pueden existir elementos físicos de obstrucción y ruido o interferencia. 23 . La primera se refiere a la posibilidad de ver de un punto a otro punto.2. La segunda. 2. que pueden limitar la capacidad de un sistema para transmitir datos de un lugar a otro.5. debe diferenciarse entre línea de vista visual y línea de vista RF.
Distancia 300 m 1. además. Figura 9.2 m 20.telegesis.6 Km 8 Km 16 Km Diámetro requerido para la zona Fresnel (900MHz) 7m 12 m 23 m 31 m Diámetro requerido para la zona Fresnel (2. Debe tenerse en cuenta.2 m Fuente: Página principal de Telegesis.Figura 8. La tabla presenta algunos valores de diámetros según distancias y frecuencias de operación.3. lo ideal es localizar el receptor y el transmisor en sitios tales que la zona Fresnel entre los dos puntos esté lo más libre posible de obstáculos. Zona Fresnel entre dispositivos inalámbricos Fuente: Página principal de Telegesis. mayor alcance es posible lograr. Antenas La antena es un dispositivo que enfoca la energía en una dirección en particular. 24 .5.telegesis. que el diámetro necesario para la zona Fresnel depende de variables tales como la frecuencia de transmisión y distancia entre los puntos.4GHz) 5. http://www. La forma como se enfoca la energía depende de su diseño y aplicación.com 2.4 m 15. Esto quiere decir que entre más alto se sitúen los dispositivos. http://www.com Para poder lograr el máximo alcance.4 m 8. Diámetros de la Zona Fresnel según distancia y frecuencia de operación.
podemos distinguir entre dos tipos de antenas: • Antenas omnidireccionales: enfocan la energía en varias direcciones. es muy posible que una antena de baja ganancia omnidireccional logre mayor alcance que una de alta ganancia unidireccional.Figura 10.com Una antena es llamada de alta ganancia cuando concentra la energía mucho más en una dirección. Tipos de antena según el enfoque de energía. Ganancias típicas pueden ser las siguientes: 2. lo que en la práctica permite lograr mayores alcances de transmisión en entornos donde hay línea de vista. http://www.1 dBi (6 dBd): 17º de ancho de haz vertical 25 . Debe tenerse en cuenta que en entornos donde no es posible obtener línea de vista.telegesis. En este orden de ideas.1 dBi (3 dBd): 33º de ancho de haz vertical 8.1 dBi (0 dBd): 75º de ancho de haz vertical 5. dado que al enfocar la energía en más direcciones existirán más caminos para que la señal alcance su objetivo final. Fuente: Página principal de Telegesis.
http://www. PRUEBAS PRELIMINARES EN CAMPO La empresa Coltein Ltda adquirió el Kit de Desarrollo para efectuar pruebas 26 . Fuente: Página principal de Telegesis. produciendo resultados inesperados.5. Demasiada cercanía puede interferir en la forma como la antena irradia energía.1 dBi (13 dBd): 35º de ancho de haz vertical 2. 2.Figura 11. Consideraciones sobre el montaje De ser posible. En algunos casos es posible que la antena deba situarse separadamente de los dispositivos de transmisión y recepción por lo cual deben utilizarse cables para conectarla. Enfoque de energía de una antena omnidireccional. debe situarse la antena lo más lejos posible de objetos metálicos.telegesis.1 dBi (9 dBd): 55º de ancho de haz vertical 15.4. tal como lo haría una linterna. Todos los cables de RF adicionan pérdidas al sistema. por lo cual es recomendable reducir la longitud del cable tanto como sea posible.com • Antenas direccionales: enfocan la energía especialmente en una dirección. Ganancias típicas pueden ser las siguientes: 8.1 dBi (6 dBd): 70º de ancho de haz vertical 11.6.
cada una con un módulo de transmisión inalámbrico. Una de ellas actúa como eco de la transmisión. Fuente: El autor. los paquetes de datos que recibe los retransmite inmediatamente.6. Las tarjetas permiten determinar a través de 3 leds el nivel de transmisión (fade margin) entre dos módulos inalámbricos de acuerdo a las transmisiones de datos efectuadas. envía paquetes de datos y verifica si los recibe correctamente.preliminares con los módulos inalámbricos. Se tuvo la oportunidad de efectuar algunas pruebas de alcance en una finca con cultivos de hortalizas. El objetivo fue verificar los niveles de transmisión y los alcances máximos posibles en todas y cada una de las áreas productivas de la finca para conocer el efecto que pudieran tener posibles fuentes de pérdida de transmisión. Figura 12. El Fade margin se define como la diferencia entre la intensidad de la señal entrante y la sensitividad de recepción de un módulo. como árboles. Metodología de prueba La prueba consistió en utilizar las dos tarjetas que incluye el Kit de desarrollo. construcciones. diferencias de altura del terreno y altura de colocación de los módulos. 2. es decir.1. Tarjeta con módulo inalámbrico de prueba de eco del Kit de Desarrollo. cubiertas plásticas de los invernaderos. Una segunda tarjeta. 27 .
Básicamente. Se determinó que el nivel del suelo del sector del bloque 10 se encuentra levemente por debajo del nivel de los demás bloques de la finca. La siguiente figura muestra la distribución de bloques (áreas productivas) de la finca donde se efectuaron las pruebas. La 28 . Niveles de intensidad de la señal. 3 LEDs encendidos 2 LEDs encendidos 1 LEDs encendidos 0 LEDs encendidos Señal muy fuerte (fade margin > 30dB) Señal fuerte (fade margin > 20dB) Señal moderada (fade margin > 10dB) Señal débil (fade margin < 10dB) Fuente: El autor. Distribución de los bloques en finca piloto con cultivos de hortalizas. Los bloques 11 al 14 están separados de los demás por un camino vehicular (no muy transitado). Figura 13. Las oficinas se encuentran localizadas entre los bloques 1 y 2. Y es precisamente allí.Tabla 5. la finca está dividida en 14 bloques. donde se sitúa la computadora para la administración y recepción de los datos del sistema. Fuente: El autor. en las oficinas.
si se efectuó o no de manera constante. Las pruebas se realizaron localizando los módulos a 2 metros de altura y utilizando antenas omnidireccionales de 2. donde ‘Punto A’ y ‘Punto B’ especifican los bloques entre los cuales se efectuó cada prueba de transmisión. sin fallos. se definieron los puntos de prueba mostrados en el cuadro. Es decir.1dBi. Tabla 6. Estos resultados permiten establecer el tipo de nodos que deben disponerse en cada uno de los 29 . NIVEL DE TRANSMISIÓN ENTRE SITIOS DE MEDICION Punto A 0 0 0 0 0 0 0 12 12 12 2 2 2 2 3 3 3 3 5 5 5 5 7 7 7 Punto B 1 2 12 11 14 3 4 11 14 13 11 3 4 5 4 6 5 7 6 8 7 9 8 10 9 Transmitió SI SI SI NO NO NO NO SI SI SI SI SI SI NO SI SI SI SI SI SI SI NO SI SI SI Nivel (1-3) 3 2 2 0 0 0 0 2 3 2 1 2 2 0 2 2 2 1 2 2 2 0 2 1 2 Fuente: El autor. De acuerdo a la distribución de bloques en la finca. Pruebas de alcance en finca piloto con cultivos de hortalizas. La cuarta columna muestra el nivel de intensidad de la señal de acuerdo al número de leds encendidos en las tarjetas de prueba de acuerdo a lo expuesto en la tabla 5. La tercera columna de la tabla muestra el resultado de la transmisión.siguiente tabla resume los resultados de las pruebas de alcance efectuadas.
dado 30 . Caso contrario ocurrió entre los sitios 0 y 12. así como entre los sitios 0 y 14. 12. 13 y 14.6. Cabe considerar que esta metodología no es la misma en todos los casos. Los resultados muestran que no hubo buena recepción entre los sitios 0 y 11. es evidente que en el sitio 13 no habrá recepción. Localización de nodos finales y nodos repetidores en los bloques de la finca. 2. Fuente: El autor. Esto permite concluir que será necesario localizar en el sitio 12 un módulo de tipo repetidor que permita cubrir los cuatro bloques de dicha zona. En este caso particular una disposición adecuada de nodos podría ser la mostrada en la siguiente figura. La misma metodología permite definir la elección de módulos para el resto de la finca. Figura 14.2. 12 y 11. Análisis de resultados Para entender el mecanismo de elección de módulos. obsérvese el caso de los bloques 11. 12 y 14 y entre 12 y 13. Como consecuencia.bloques para garantizar la correcta recepción de los datos al punto central de administración.
Vista de los cultivos bajo invernadero en la finca. Es difícil determinar el máximo rango de alcance de transmisión inalámbrica. sino además las diferencias de altura del terreno. Adicionalmente. donde las plantas alcanzan hasta los 2.que no sólo hay que tener en cuenta las distancias geográficas. En este sentido. obstáculos. Según lo anterior. Construcciones. estas pruebas se efectuaron en una finca donde la altura de las plantas es notablemente menor a la de un cultivo de flores u otros productos. ya que depende de las características propias del medio. Fuente: El autor. barreras en sitios específicos y otras fuentes de interferencia. deben considerarse 4 factores a la hora de estimar el rango de transmisión. teniendo en cuenta las diferentes fuentes de interferencia o pérdida de señal. • Ganancia de antenas: Cantidad de ganancia de señal que puede proporcionar una antena. árboles. • Pérdida en la trayectoria: es la disminución de señal que ocurre cuando las ondas de radiofrecuencia viajan a través del aire o de los obstáculos. • Sensitividad de recepción: Es una medida de la mínima intensidad de señal que un dispositivo receptor puede percibir. pueden disminuir la intensidad de las señales. Figura 15.5 metros. 31 . para la implementación de una red inalámbrica es necesario evaluar cuidadosamente las condiciones particulares de cada finca. altura del terreno. • Potencia de transmisión: Potencia que es capaz de emitir el transmisor.
Figura 16. mayor será la capacidad del sistema de comunicaciones para responder a eventualidades del medio La fórmula de Friis5 permite estimar el máximo alcance de transmisión. en función 5 STEED. La atenuación varía además con la frecuencia de transmisión y el tipo y densidad de los materiales de los obstáculos. Para ello. menor la pérdida en la transmisión. 32 . David. La potencia de transmisión. menos las pérdidas en la trayectoria. constituyen lo que comúnmente se denomina RSSI (RX Signal Strength Indicator) o intensidad de la señal. Existe una atenuación natural de la señal debida a la distancia. se ha definido el término ‘Margen de atenuación’ o ‘Fade margin’ que puede definirse bajo la siguiente ecuación: Margen de atenuación = potencia de transmisión + ganancia de antenas – sensitividad de recepción – pérdida en la trayectoria (Ec. más la ganancia de las antenas del transmisor y el receptor. Improving range with receiver sensitivity. En muchas situaciones es conveniente saber qué tan susceptible a fallar es un sistema. Factores de atenuación de señal. y es independiente de la sensitividad del receptor. Fuente: El autor. Los obstáculos hacen mayor esta atenuación.1) Para que las comunicaciones sean satisfactorias el margen de atenuación debe ser mayor que cero. The Power of Sensitivity. Entre mayor sea la intensidad de la señal. Entre menor es la frecuencia. El margen de atenuación está dado por la diferencia entre RSSI y la sensitividad del receptor.
del medio de propagación. N=4 para ambiente urbano) = Potencia de transmisión = Ganancia total de antenas = Longitud de onda = Sensitividad de recepción = Margen de atenuación La constante de propagación N se determina empíricamente. Concretamente. se ha tomado N=4 para ambiente urbano. R N PT GT λ PR FM = Rango máximo de transmisión = Constante según el medio de propagación (N=2 para línea de vista.4 GHz. A una frecuencia de 2. Para este análisis. (Ec. Los trayectos restantes. pueden considerarse como trayectos donde las condiciones son más estables. Cada uno de los módulos se operó con antenas de 2. Para el módulo ETRX1 la potencia de transmisión es de 3dBm con una sensitividad de recepción de -94dBm. El margen de atenuación se ha estimado de acuerdo a las condiciones del ambiente en los diversos sectores de la finca. frecuencia y margen de atenuación. de acuerdo a la cantidad o magnitud de los obstáculos presentes. no hay fuentes de interferencia variables. 33 . ganancia de antenas. el trayecto del punto 0 al 2 puede tener interferencia debido a la estación de bombeo. y por lo tanto el margen de atenuación no debe ser muy alto. el valor de λ es igual a 0.125 m. en la finca se han identificado ciertos puntos críticos donde las condiciones pueden variar y donde debe elegirse un margen de atenuación mayor que garantice comunicaciones exitosas en las peores condiciones de interferencia. el trayecto del punto 0 al 12 debe atravesar un camino vehicular y el trayecto del punto 12 al 13 está junto a construcciones con paso habitual de personas. potencia de transmisión.2) donde. sensitividad del receptor. Para este estudio.1dB.
Para este propósito se ha utilizado una fórmula derivada de la ecuación de Friis. que permite hallar la pérdida en la trayectoria.potencia de transmisión + sensitividad de recepción (Ec. en función de la distancia y de la frecuencia de transmisión. r = Rango máximo de transmisión λ = Longitud de onda (Ec. 5) La siguiente tabla resume los valores de ganancia requeridos de acuerdo a los márgenes de atenuación definidos y según la distancia a la que se encuentran.En algunas pruebas de laboratorio se estimó el efecto de atenuación de señal de acuerdo a la orientación de las antenas y los módulos inalámbricos. Un muro de ladrillo en la práctica puede llegar a producir una atenuación de entre 5 y 10 dB según su grosor. Dado que las potencias de transmisión y recepción son constantes para los módulos ETRX1. En resumen el cambio en la orientación representó atenuaciones entre 2 y 5 dB. para establecer los márgenes de atenuación indicados. Pérdida en la trayectoria = 20 log(4πr/λ) dB donde. puede remplazarse la pérdida en la trayectoria de la ecuación 3 en la ecuación 1.3) Como se quiere hallar la ganancia necesaria para cada trayecto de transmisión. Según lo anterior. se optó por manejar un margen de atenuación de 20 dB (22dB para el trayecto 12 al 13) para los puntos más críticos y un margen de 15 dB para el resto de trayectos (5 dB para atenuación por orientación y 10 dB para otras eventualidades). De este modo tenemos: Margen de atenuación = potencia de transmisión + ganancia de antenas – sensitividad de recepción – 20 log(4πr/λ) dB (Ec. 4) Para finalmente obtener: Ganancia de antenas = 20 log(4πr/λ) dB + margen de atenuación . 34 . solamente es posible modificar las ganancias de las antenas.
26 118.01 -5.4 Margen de atenuación 15 20 20 15 15 22 15 15 15 15 15 15 15 20 Ganancia requerida -9.17 8. BLOQUE GANANCIA DE LA ANTENA (DB) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2 2 2 2 2 2 5 2 2 2 2 5 5 2 Fuente: El autor.75 111. Ganancias requeridas según márgenes de atenuación y distancias entre puntos.72 107.47 100.76 -5. Ganancia de las antenas en cada bloque. Según los valores de ganancia obtenidos.26 113. La tabla siguiente especifica la ganancia necesaria de la antena (todas las antenas son omnidireccionales) de acuerdo los valores de ganancia requeridos que se especifican en la tabla anterior. por lo tanto.31 -4.19 3.06 171.20 -1.17 90.99 64. para los valores señalados de potencia de transmisión.125 102. no es necesario incluir antenas de ganancia.49 141.78 2.80 -0.80 4. Punto A 0 0 0 12 12 12 2 3 3 3 3 5 7 7 Punto B 1 2 12 11 14 13 3 4 6 5 7 6 8 10 Distancia en metros 43.80 -5.51 64. 35 . Los valores negativos de ganancia en la tabla anterior indican que. Tabla 8.51 -1.06 2.Tabla 7.14 Fuente: El autor. sensitividad del receptor y distancia.73 77.08 -1.26 64. las transmisiones ya cumplen con los márgenes de atenuación especificados y. puede establecerse el tipo de antena en cada uno de los bloques.
7. Factor determinante en alcance y margen de atenuación. es decir. Otro factor a considerar para pruebas futuras será el efecto de atenuación de otro tipo de cultivos. 2. con un margen de 30 dB).2 4. Los valores de margen de atenuación calculados con la ecuación 4 derivada de la ecuación de Friis tomando N=4 (31.5 metros de altura.53dB en promedio). Lo que permite comprobar que el entorno en el que se efectuaron las pruebas puede ser clasificado como ambiente urbano. Futuras pruebas permitirán determinar el efecto real de la altura sobre el alcance y margen de atenuación de las comunicaciones inalámbricas.21 31. Distancia obtenida (m) 32 31 28 Promedio Ganancia (dB) 4. Las distancias obtenidas se muestran en la siguiente tabla. Ganancia de las antenas en cada bloque. donde algunas variedades superan los 2. Nuevamente se utilizaron las tarjetas del Kit de desarrollo para este fin.Como verificación final de la validez de las ecuaciones utilizadas y los cálculos efectuados.2 4.2 Margen de atenuación calculado con N=4 (dB) 31. La otra tarjeta se situó a una distancia donde se detectara un cambio en el indicador de margen de atenuación (en la transición de 2 a 3 leds encendidos. son cercanos al margen de atenuación obtenido de los indicadores de las tarjetas del kit de desarrollo de los módulos inalámbricos. principalmente. Tabla 9. ANALISIS DE COSTOS Para realizar un análisis de costos. entre un sistema cableado y uno inalámbrico 36 .05 31. se realizó una prueba para determinar si se había tomado correctamente la constante de propagación N=4 para ambientes urbanos.53 Fuente: El autor. como el caso de las flores. por la altura a la que se efectuaron las pruebas y las condiciones propias del medio. junto con el margen de atenuación calculado con la ecuación 4. Una de las tarjetas se situó en un punto fijo.33 32.
570.360 1.993. Otro aspecto a considerar es la redistribución geográfica de los nodos de la red.830 Número de nodos Unidad Vr. una red inalámbrica solo requeriría revisar los alcances de los nodos para redistribuirlos y. lo que incrementaría aún más el valor estimado.400 425 1.500 12.como el propuesto.680.660 1 1.660 3.000 120. Vr. es factible tener que volver a cablear uno o varios trayectos. incluyendo costos de cable. Por su parte.061. zanja y mano de obra adicional.000. el tendido de cable es de alrededor de 13 veces el costo de una red inalámbrica usando el módulo inalámbrico ETRX1./Und.000 400 ML 2. Como puede apreciarse.096. Además.124 ML 290 1. TRM 2500 Costos asociados a cableado Cable apantallado 2hilos Cable vehicular (alimentación) Mano de obra Zanja Conduit 1/2 Cantidad 3.810.000 1. se muestra a continuación una tabla de costos de la implementación de un sistema de cableado en una finca productora de hortalizas de la sabana de Bogotá. En el escenario cableado.239 14 TOTAL Costo por nodo Costos asociados a transmisión inalámbrica Costo módulos inalámbricos Costo por nodo 14 120.000 672 48 Fuente: Departamento comercial de Coltein Ltda. y dependiendo del caso.000.000 21. los costos de cableado en una finca promedio de 14 bloques son considerablemente altos. adicionar módulos repetidores.830 1.000 5. Comparativa de costos entre un sistema cableado y uno inalámbrico. Total U$ ML 3.760 1.798 628 1. Total $ Vr. especialmente en cuanto a costo de cable. En este caso. el cual constituye en este ejemplo más del 50% del costo total.026. Tabla 10.200 4. no se han tenido en cuenta costos relacionados con mantenimiento.000 1. 37 . comparativamente más económicos que el tendido de cable.983 8.610 ML 1. en caso de que sea necesario.692 3.
desarrollar cultivos que necesitan otras condiciones climáticas y evitar los daños de roedores. el invernadero actúa como un sistema que no permite la 6 BARRIOS CAPDEVILLE. Sus beneficios van más allá permitiendo “obtener una producción limpia. 7 Ibid. al estar protegidas del viento”7. aumentar los rendimientos. mejorar la calidad de los cultivos mediante una atmósfera interior artificial y controlada”6. Pag. Esta cubierta se dispone tanto a los lados como en el techo. También produce una economía en el riego por la menor evapotranspiración. Argentina 2004. En ausencia de la fuente de calor. Octavio. FUCOA. DISEÑO DE LA ETAPA DE MEDICIÓN 3.1. un invernadero consiste en una estructura de madera o de metal acompañada de una cubierta plástica que por lo general es de polietileno transparente.1.3. Se constituyen en herramienta para “producir fuera de temporada. De forma básica. 5. conseguir mayor precocidad. pájaros. que es la pérdida de agua por la evaporación del suelo y la transpiración de las plantas. CONSIDERACIONES GENERALES 3. Construcción de un invernadero.1. Capacitación y Cultura del Agro. acortar los ciclos vegetativos de las plantas. trabajar en su interior durante los días lluviosos. policarbonato o vidrio. Pag. 5. lluvia o el viento. y su función es la de retener en su interior el calor producido durante el día por el sol o sistemas de calefacción artificiales. Comunicaciones. El invernadero Los invernaderos son sistemas muy útiles en el manejo óptimo de la producción de hortalizas y flores. 38 Fundación de .
transferencia de calor hacia el exterior. los termómetros deben estar protegidos de la radiación del sol y al mismo 39 . Esto tiene como beneficio tener un diseño útil para estudios de contaminación y calidad del aire. manteniendo la temperatura en los niveles apropiados para el desarrollo de las plantas. Fuente: Barrios Capdeville. la temperatura del aire libre a una altura comprendida entre 1.2.25 y 2 metros sobre el nivel del suelo. permite obtener datos contrastables con otras zonas geográficas. Construcción de un invernadero 3. por ejemplo. Meteorología y Estudios Ambientales. Los invernaderos requieren un sistema para regular la ventilación. útiles en estudio y pronóstico de heladas y comportamiento climatológico. Aunque este trabajo no tiene como objetivo armonizar las mediciones de las condiciones climatológicas con respecto a los estándares de medición de organismos nacionales.1. la humedad y la temperatura interior. se ha decidido tener en cuenta los lineamientos que dicta el Instituto de Hidrología. Invernadero. Figura 17. Para obtener una lectura representativa de las temperaturas del aire. IDEAM. Octavio. Así mismo. Según el IDEAM “se entiende por temperatura del aire en superficie. Estándares de medición de condiciones meteorológicas. en materia de monitoreo y registro climatológico.
02 °C 0. 2001. Manual del observador meteorológico. 2002.1 °C 0.5 °C ± 10% del observado o ± 0.0 grados ± 0. Estas medidas sirven para realizar cálculos sobre la elevación de la pluma y para determinar la estabilidad atmosférica”9.1 °C ± 1. EPA 2000 8 Instituto de Hidrología.5 °C ± 0. Pag. Del mismo modo es necesario tener en cuenta los valores de exactitud y resolución de las mediciones.5 a 2 m sobre el suelo) como la diferencia de temperatura entre dos niveles (generalmente 2 m y 10 m).S. Pag.5 mm ± 3 hPa ± 5% del observado 0. Tabla 11. “Para los estudios de contaminación del aire son útiles tanto la temperatura del aire ambiental en un solo nivel (generalmente 1. Gloria Esperanza. 32. Guía de procedimientos para la auditoría de estaciones meteorológicas de la red de monitoreo de calidad del aire.3 mm 0. Bogotá. Valores de exactitud y resoluciones recomendadas.2 m/s + 5% del observado Resolución de la medición 0. IDEAM. 40 . Medellín. 9 LEÓN ARISTIZABAL. lo normal es que los instrumentos se instalan dentro de lo que se denomina caseta meteorológica. recomendados por estándares internacionales.1 m/s ± 5 grados 1.tiempo estar convenientemente ventilados”8. Meteorología y Estudios Ambientales. Variable meteorológica Velocidad del viento (horizontal y vertical) Dirección del viento (acimut y elevación) Temperatura del aire Diferencia vertical de Temperatura Temperatura del Punto de Rocío Precipitación Presión Atmosférica Radiación Solar Exactitud de la variable ± 0.5 hPa 10 W/m 2 Fuente: U. 25. Para lograr este fin. La siguiente tabla especifica los valores de exactitud y resolución recomendadas en estudios de calidad del aire. IDEAM. cuya base se encuentra a una altura de 2 metros sobre el suelo.1 °C 0.
en el caso de la temperatura. los fabricantes de sensores recomiendan evitar una exposición directa y prolongada a la radiación solar por lo cual se hace necesario de disponer. caso en el cual se requiere proteger los instrumentos. Variable Meteorológica Especificaciones Horizontal Velocidad del viento Vertical Dirección del Viento Temperatura Diferencia de Temperatura Temperatura del punto de Rocío Radiación Solar Velocidad Inicial Constante de Distancia Velocidad Inicial Constante de Distancia Velocidad Inicial Distancia de Retardo Razón de Amortiguamiento Constante de Tiempo Constante de Tiempo Constante de Tiempo Amplitud Constante de Tiempo Amplitud Respuesta Espectral ≤ 0. A pesar de ello. una exactitud de 0.1. Como 41 . de algún elemento que impida esta exposición. Comercialmente es posible adquirir escudos contra radiación solar. el plástico del mismo contiene protección contra rayos ultravioleta.20 °C a + 60 °C 285 nm a 2800 nm Fuente: U.1ºC y un tiempo de respuesta menor a un minuto serían características aceptables para la elección del sensor.5ºC con una resolución de 0. Protección de los instrumentos contra la radiación solar Una caseta meteorológica es útil en los casos donde se efectúan mediciones a campo abierto.4 a 0. Características de respuesta del instrumental meteorológico.S.7 ≤ 1 minuto ≤ 1 minuto ≤ 1 minuto . no solo de la radiación solar y las precipitaciones.5 m/s @ 10 grados ≤5m 0. sino también de la suciedad y el polvo. EPA 2000 Según lo anterior.30 °C a + 30 °C 5 segundos .Tabla 12. En el caso del monitoreo bajo invernadero.3. 3. por lo menos.25 m/s ≤5m ≤ 0. pero éstos elevan considerablemente el costo por unidad de medición implementada.5 m/s ≤5m ≤ 0.
Humedad relativa “La humedad es un término general relacionado con la cantidad de agua en el aire. Pag. dado el reducido tamaño de la unidad de medición. como medida para evitar el deterioro que puedan sufrir los instrumentos. uno de los cuales se cubre con un fieltro mojado (el bulbo húmedo) y un mecanismo para ventilar. SELECCIÓN DE SENSORES 3. Instrumentos convencionales Los tipos de instrumentos normalmente utilizados en la medición de la humedad relativa en el campo meteorológico son los psicrómetros y los higrómetros. humedad absoluta y humedad relativa. A excepción de humedad relativa.1.2. 3. consiste en dos termómetros. “El psicrómetro.2. Climatología y Meteorología Agrícola. 36. 64. se ha considerado el uso de una pequeña caseta meteorológica. Las principales variables de humedad son presión del vapor. la diferencia en temperatura del bulbo seco (depresión del bulbo húmedo) es una medida de la cantidad de humedad en el 10 Ibid. Manuel. Pag. temperatura del punto de rocío. Editorial Paraninfo. en la práctica. Y ésta es precisamente la definición de humedad relativa. 42 . Madrid. Aunque estas variables son indicadores útiles de la humedad. 3. “lo mas importante es conocer a qué distancia se encuentra una masa de aire de la saturación”11.1.1.2. 2000. todas las variables antedichas proporcionan una especificación completa de la cantidad de vapor de agua en el aire”10. humedad específica. La evaporación baja la temperatura del bulbo húmedo.alternativa y teniendo en cuenta que no hay exposición directa en el invernadero. 11 LEDESMA JIMENO.
43 . 2002. 6. Al respecto. 12 LEÓN ARISTIZABAL. Antonio. Pag. Pag. Jordi. Sin embargo.2. 39. en función de la humedad relativa de la atmósfera ambiente”14. Sensores capacitivos y resistivos. pueden ser utilizados como estándares secundarios en procedimientos de auditoría”12.1. Sensores. Bogotá.2. “El principal inconveniente que presentan es que a humedades altas (100% de humedad relativa) el dieléctrico se satura y tarda bastante tiempo en volver a medir correctamente”15. División de Avnet Electronics Marketing. Tema2. 15 MADUEÑO LUNA. Los psicrómetros aún están en uso en muchas estaciones de observación. Gloria Esperanza. los tejidos de algunos animales o materiales sintéticos. pero por lo general no son convenientes para los programas rutinarios de monitoreo. el higrómetro “No es tan fiable como el psicrómetro.aire. Memorias del curso de instrumentación medida y control en agricultura. Pag. Pag. Es posible determinar la humedad relativa. pero es muy conocido y utilizado”13. 2003. 3. IDEAM. acondicionadores y procesadores de señal. Estos presentan diferente elasticidad con la humedad. El higrómetro es un instrumento que mide el efecto físico que la humedad tiene en las sustancias. 2000. la tensión de vapor y el punto de rocío por medio de este instrumento con la ayuda de una fórmula psicrométrica o tablas basadas en esta fórmula. 15. Universidad Nacional de Colombia. 36 13 Ibid. Guía de procedimientos para la auditoría de estaciones meteorológicas de la red de monitoreo de calidad del aire. 14 MAYNE. tales como el cabello humano. Silica. Los sensores capacitivos “están formados por condensador de dos láminas de oro como placas y como dieléctrico una lámina no conductora que varia su constante dieléctrica.
En el proceso de elección de un sensor adecuado para la medición de humedad relativa se tuvieron en cuenta características como la exactitud (son comunes valores de 3 a 4%).100 in] Lead Pitch Certificación NIST Exactitud RH ± 2% RH. 0-100 % RH sin condensación. Honeywell. el rango de operación (algunos dispositivos no operan a condiciones extremas 100% de humedad relativa). ± 8% @ 90% RH Típico Linealidad RH ± 0. 5 VDC de alimentación Intercambiabilidad RH ± 5% RH. entre otras. fuentes de excitación. Además un circuito acondicionador y linealizador dan una salida estándar. Se revisaron hojas de especificaciones de sensores comercializados por las compañías Onset Computer.0546-0.8 Vdc Corriente de alimentación 200 µA típica Rango de operación para la humedad relativa 0 a 100% RH. 0-60% RH. Especificaciones HIH-3610 de Honeywell Referencia: HIH-3610 Series Compañía: Honeywell Costo: U$20 de 1-24 unds.54 mm [0.5% RH Típico Histéresis RH ± 1.093-0.00216T) T en °C (True RH = Sensor RH/(1.En el caso de los sensores de Humedad Resistivos: Un electrodo polímero montado en tandem sensa la humedad en el material.honeywell. Sensirion.com 44 . 1/e 15 s con movimiento lento del aire@ 25 °C Estabilidad RH ± 1% RH típico a 50% RH en 5 años Voltaje de alimentación 4.2% of RH Repetibilidad ± 0.5% RH Tiempo de respuesta RH. resolución.0 Vdc a 5. tiempo de respuesta (en algunos puede estar dado en minutos).0012T) T in °F) Sensible a la luz Fuente: http://www. Humirel. A continuación se presentan las especificaciones de algunos de los sensores que se consideró incluir en el diseño: Tabla 13. consumo (es una variable importante tratándose del diseño de un dispositivo autónomo operado por baterías). 25 °C. U$18 de 25-49 Terminado 2. requerimientos de acondicionamiento de señal y costo. sin condensación Rango de operación para la temperatura -40 °C a 85 °C (-40 °F a 185 °F) Compensación de temperatura True RH = Sensor RH/(1.
Referencia: HTS2010SMD Compañía: Humirel Costo: U$18 Temperatura de almacenamiento -40 a 100 °C Voltaje de alimentación para la humedad relativa 10 Vac Rango de operación para la humedad RH 0 a 100 % RH Rango de operación para la temperatura Ta – 40 a 100 °C Máxima potencia eléctrica de suministro (continuo) @ 25°C P25 2 mW HUMEDAD Rango de medición de humedad RH 1 a 99 % Capacitancia nominal @ 55 % RH* C 177 180 183 pF Sensitividad promedio desde 33 % a 75 % RH ∆C/%RH 0.humirel. @ 63 %) τ 10 s Coeficiente de temperatura a 55 % RH / 10 a 40°C Tcc + 0.34 pF/%RH Estabilidad a lo largo del tiempo 0.04 pF/°C Histéresis de humedad +/-1. Especificaciones SHT1x / SHT7x de Sensirion Referencia: SHT1x / SHT7x Compañía: Sensirion Costo: U$23 45 . Especificaciones HTS2010SMD de Humirel.5 % RH Exactitud (10 % to 90 % RH) +/-2 % RH Voltaje de alimentación Vs 1 5 10 Vac TEMPERATURA Resistencia nominal @ 25°C 10 kΩ Valor Beta: B25/100 B 3600 3730 3800 Rango de medición de temperatura – 40 a 100 °C Tiempo de respuesta 10 s Fuente: http://www.com Tabla 15.Tabla 14.5 %RH/año Tiempo de recuperación después de 150 horas de condensación 10 s Tiempo de respuesta (33 a 76 % RH. estático.
el sensor de Humirel ofrece muy buenas características al mejor precio. se trata de sensores digitales que integran la medición de humedad relativa y temperatura en un solo chip.5 8 0.com En general. en general ofrece buenas características en relación a su precio.8 30 °C S 0.03 12 +/-0.5 %RH %RH/año Ver figura 1/e (63%) -40 5 0. Además. El sensor de Honeywell es superior en estabilidad a lo largo del tiempo y. Por su parte.1 0.1 Ver figura Total 0 1/e (63%) Lento movimiento de aire Fuente: http://www. para este trabajo. No viene con certificado de calibración. y tiene el mayor tiempo de respuesta. Aunque los tres tipos de sensores ofrecen características adecuadas para la aplicación de monitoreo climatológico. se decidió incluir en el 46 . tiene el mejor tiempo de respuesta. Finalmente el sensor modelo STH15 trabaja sobre el rango completo de humedad relativa (es sumergible).Parámetro TEMPERATURA Resolución Repetibilidad Exactitud Rango Tiempo de respuesta HUMEDAD Resolución Repetibilidad Exactitud Intercambiabilidad Rango Tiempo de respuesta Histéresis Estabilidad a lo largo del tiempo Condiciones Min Tip Máx Unds 0.4 voltios adecuado para montaje con batería y su consumo de energía es ideal para aplicaciones con dispositivos portátiles operados por batería.03 12 %RH Bit %RH 100 4 %RH s +/. buena exactitud y resolución.04 12 0.01 14 °C Bit °C 123.01 14 +/-0. puede ser alimentado desde 2.1 < 0. viene con certificado de calibración. aunque para este tipo de aplicación este tiempo es aceptable. con similitudes en rango de operación y exactitud. incluye detector de nivel bajo de alimentación.sensirion.
Exactitud en la familia de sensores SHT1x / SHT7x Fuente: Hoja de datos en la pagina principal de Sensirion http://www. en el tiempo en que no se requiere efectuar medición alguna. polvo.com Como puede apreciarse en las gráficas de exactitud.3uA de consumo) por medio de comandos. El SHT15. El STH15 difiere del SHT75 solamente en que el primero viene en montaje superficial. y tiene la característica de que puede operar en modo de ‘sleep’ (0. además. puede acompañarse un pequeño filtro contra contaminantes con protección IP67. agua y otros . Figura 18. 47 suciedad.sensirion. Este sensor es más costoso que los de los otros fabricantes. pero es de fácil acondicionamiento. los sensores SHT15 y SHT75 ofrecen la mayor exactitud de la familia. Las siguientes gráficas muestran el grado de exactitud a lo largo de la escala completa de medición.diseño el sensor de Sensirion que empaqueta en el mismo chip la medición de humedad relativa y temperatura (esto es un beneficio para la obtención de una medida más exacta del punto de rocío). Esta característica lo hace óptimo a la hora de reducir el consumo de batería teniendo en cuenta que se trata de una unidad de medición operada por baterías.
Filtro para sensores SHT1x Fuente: Hoja de datos en la pagina principal de Sensirion http://www.Figura 19. Sin embargo.sensirion. los instrumentos clásicamente utilizados pueden clasificarse en tres clases principales. (2) el cambio de resistencia y (3) las propiedades termoeléctricas de diversas sustancias como una función de la temperatura.com 3. basados en: “(1) la expansión térmica. Pag.com La siguiente figura muestra el montaje típico controlado por un microcontrolador.2. 33 48 de registrar tradicionales datos contienen . Montaje típico del SHT1x / SHT7x Fuente: Hoja de datos en la pagina principal de Sensirion http://www.sensirion. Figura 20.2. 16 a Las que no tienen estaciones la capacidad meteorológicas Ibid. Temperatura Dentro del campo de la medición de variables meteorológicas. Los termómetros de mercurio y alcohol son ejemplos comunes de sensores de expansión térmica. su valor es limitado en redes de monitoreo in situ o remotas debido automatizados”16.
Estos dos metales son los más usados porque su resistencia muestra un aumento rigurosamente lineal con el incremento de la temperatura. como una función de la temperatura. Semiconductores: Se basan en la variación de la conducción de una unión p-n polarizada directamente. Termopares: Los termopares utilizan la tensión generada en la unión de dos metales en contacto térmico. termógrafos y psicrómetros. estos sistemas generalmente están diseñados para usar una combinación de dos o más termistores y resistores fijos que permitan obtener una respuesta casi lineal sobre un rango específico de temperatura”. El DTR opera sobre la base de los cambios de resistencia de ciertos metales. el termistor arroja un cambio de resistencia con la temperatura mayor que el DTR. hecho a partir de una mezcla de óxidos metálicos fusionados entre sí. están caracterizadas por un coeficiente de resistividad positivo PTC (Positive Termal Coefficient). que se llaman termistores y están caracterizadas por un coeficiente de temperatura negativo. 2. principalmente el platino o el cobre. de mínima. Según lo anterior se consideraron como alternativas de diseño aquellos sensores basados en la siguiente clasificación: 1. Según afirma León “un tipo de sensor común en los programas de medición meteorológica in situ es el detector de temperatura por resistencia (DTR). debido a sus distintos comportamientos eléctricos.termómetros de máxima. Por lo general. También lo son las NTC (Negative Termal Coefficient). 49 . Como la relación entre la resistencia y la temperatura para un termistor no es lineal. Resistivos: Lo constituyen las RTD (Resistance Temperature Detector) o PT100 basadas en la dependencia de la resistividad de un conductor con la temperatura. Otro tipo de termómetro de cambio de resistencia es el termistor. 3.
lo que podría considerarse un beneficio para el diseño en cuestión. 50 . llamados termopares. exige requerimientos especiales para evitar corrientes de inducción de fuentes cercanas de corriente alterna que podrían ocasionar errores en la medición. su uso es limitado en las mediciones rutinarias de campo”17. Tabla 16.Otra consideración importante se refiere a la utilización de termopares y es la siguiente “la instalación de tales sensores. el de semiconductor ofrece mejores características en cuanto a linealidad y facilidad en el acondicionamiento de señal. La tabla de la siguiente página resume las principales características de los diferentes tipos de sensores de temperatura. Sensor Termopar RTD Termistor Sensor IC Características eléctricas Termopares parásitos Baja salida de voltaje Baja sensitividad Salida no lineal Resistencia de salida Baja resistencia (100Ω. Pag.sensirion. 17 Ibid. Por estas razones. La siguiente tabla resume los sensores de temperatura según sus características eléctricas y requerimientos de acondicionamiento de señal.com A diferencia de los tres primeros tipos de sensor. Los termopares también son susceptibles al voltaje espurio causado por la humedad. 35. típico) Baja sensitividad Salida no lineal Resistencia de salida Alta resistencia y sensitividad Drástica salida no lineal Alto nivel de voltaje o corriente a la salida Salida lineal Acondicionamiento de señal Compensación Cold-junction Gran amplificación Alta resolución Linealización Excitación de corriente Alta resolución Linealización Excitación de voltaje o corriente Resistencia de referencia Linealización Fuente de poder Ganancia moderada Fuente: Hoja de datos en la pagina principal de Sensirion http://www. Resumen de características de sensores de temperatura.
Caro.5 % Muy buena ± 0. Influido por la emisividad de los cuerpos Temperatura < 700 ºC Respuesta rápida y lecatura a bajas temperaturas. alta deriva sin envejecer Alcance amplio.5% 0.3 ºC ± 0.25 % ±1 % ± 0. al receptor 6m (Máx 25) - 300 <300m 950 120 400 <1500m 0. alcance estrecho. Alcance estrecho. AlfaOmega Marcombo. bueno en bajas temperaturas Bueno en atmósferas reductoras.3 ºC ~ 0.3 ºC/año <11 ºC ± 0.25 Muy buena Muy buena 5000 5000 5000 - 330 ºC ± 0.8% 1 .3 % ± 0. - Fuente: CREUSS. Es el más barato excepto óptico Atmósferas de polvo. respuesta rápida Más caro que el termopar o el termistor.11 ºC 370 550 1100 1600 6000 - 500 ºC 100 ºC 110 ºC 220 ºC 400 ºC 1 . baja temperatura No lienal.25 % 0. Caro. Mas económico Bueno en atmósferas oxidantes. respuesta rápida.11 ºC ~ 0.005 ºC 0.Tabla 17.2% 0.05 ºC/año <3 ºC <1 ºC ± 0. compensación unión fría. Dificil determinar temperatura exacta. Oxidante .0. Sensibilidad.5 % ± 0.1 ºC ± 0.05 ºC Temperatura Máx.) - Linealidad Si. Mayor estabilidad. frágil Baja resistividad. Sensibilidad excelente.5 % ± 0.3 .Reductora Reductora Oxidante Oxidante Pobre. Termopar mas lineal. Barato Señal de salida>termopar y sonda de resistencia. Más preciso. Instrumentación Industrial.5 ºC <0.4 .01 ºC 0. excepto vapor Buena Atmósfera de Trabajo Depende del material del bulbo Escala expuesta a baja temperatura Excelente Buena Pobre A proteger en liquidos y atmósferas corrosivas Cualquiera Buena Buena Muy buena Buena a alta temp. Antonio.5 ºC/año a >11 ºC/año S/Atm Trabajo Tamaño y envejecimiento 0.0.0075 Muy buena 250 <1500m <1500m Galvanométrico Limitado por Ω ext (Cables compens. Sensores de temperatura y sus características Elemento Térmico Bimetal Resistencia de: Niquel Platino Cobre Termistor Termopar de: Cobre-Constantán (T) Hierro-Constantán (J) Cromel-Alumel (K) Pt-Pt/Rd (R y S) Radiación de: Óptico Infrarojo Fotoeléctrico Total Relación Cuarzo Deriva <1%/año Alcance mínimo 28 ºC 50 ºC Precisión Repetibilidad ±1 % ± 0. Protegido es bueno en armósferas oxidantes Sin contacto con el material y buena repetibilidad Respuesta rápida. ºC 500 500 Distancia Máx.5 % ± 0. pequeño tamaño. vapor. Medidas de precisión. frágil Buena estabilidad. 294 51 Pequeño tamaño respuesta rápida Alta resistencia a corrosión de humedad.03 . varia con la cuarta potencia de la temperatura El haz de radiación del objeto a la lente del pirómetro no debe interrumpirse Pobre - Desventajas Sistema térmico voluminoso Medida local Ventajas Económico Económico Bajo límite de temperatura. linealidad menor que sonda de resistencia Pobre linealidad más caro que el termopar Baja temperatura máx.11 ºC ~ 0. Señal salida > termopar. 2004.05 ºC Sin envejecer 1 ºC/año Envejecido <0. Pag. relativamente independiente de la emisividad Precisión muy elevada . Mas caro que T o J Mas caro que K Difícil determinar temperatura exacta.11 ºC ~ 0.11 ºC <0.03 ºC ± 0.
cabe anotar que. ofreciendo mayor exactitud en la obtención de la medida del punto de rocío útil en algunos análisis del comportamiento climatológico y su efecto en las plantas. los sensores de la familia SHT de Sensirion incorporan la medición de temperatura. Las características de exactitud. 52 . 3. CALIBRACIÓN Y MANTENIMIENTO En todo sistema de monitoreo climatológico. con base en un resultado de calibración. los cuales a su vez deberán ser cotejados con otros instrumentos nacionales o internacionales para asegurar la calidad de las mediciones. es factible utilizar instrumentos que sirvan como patrón para los sensores de medición instalados. De otra parte. un adecuado mantenimiento y calibración del instrumental. otros fabricantes recomiendan tareas de calibración anuales. No obstante. sensores y/o equipos es fundamental a la hora de garantizar la calidad de las mediciones efectuadas. es necesario establecer algún mecanismo de ajuste para los sensores (posiblemente por software). aunque este trabajo no lo ha determinado.Como se dijo en la sección anterior. resolución y tiempo de respuesta del sensor de temperatura del SHT15 cumplen con los valores recomendados y lo hacen apropiado para el diseño. Según lo anterior. Entidades como la Superintendencia de Industria y Comercio prestan el servicio de calibración mediante laboratorios de Metrología. Aunque el fabricante de los sensores ofrece un certificado de calibración que comprueba que el instrumento se entrega debidamente ajustado a la exactitud y comportamiento especificados. además de la medición de humedad relativa en un solo chip. además por la facilidad de acondicionamiento y bajo consumo de energía. no indica un mecanismo de ajuste de calibración ni recomienda un intervalo para efectuar dicha tarea. o por lo menos hasta ahora no se ha obtenido dicha información (actualmente se está tratando de obtener esta información con el fabricante).3.
1. DISEÑO DE MÓDULOS DE MEDICIÓN Y TRANSMISIÓN 4. 4. Dispositivos que conforman una red de monitoreo típica Módulos para medición de temperatura y humedad relativa. dentro del alcance máximo de transmisión inalámbrica Repetidor Coordinador Computadora para configuración del sistema.1. Figura 21. por fuera del alcance máximo de transmisión inalámbrica Fuente: El autor. La siguiente figura muestra el funcionamiento de estos dispositivos en una red de monitoreo típica. DISPOSITIVOS La solución diseñada se compone de tres tipos de dispositivos que conforman la red de monitoreo: Coordinador. recepción y administración de datos de monitoreo climatológico Módulos para medición de temperatura y humedad relativa.1.4. Módulo de medición y Módulo repetidor. Cuenta 53 . Coordinador de red Dispositivo cuya función es centralizar la recepción de datos y servir de vínculo entre la computadora y los nodos (módulos de medición) de toda la red.
1. Se requeriría de un solo Coordinador de red para cada finca. Téngase en cuenta que este segundo microcontrolador debe estar lo más libre posible para gestionar eficientemente la recepción de datos desde los módulos de medición. El circuito está comandado por dos microcontroladores PIC16LF688.3 V Vbat 9V VIN VOUT 5. así como las funciones generales del coordinador.con capacidad de almacenamiento suficiente para almacenar datos de manera autónoma en caso de estar desconectado de la computadora y no cuenta con elementos sensores (solamente almacena los datos de los demás dispositivos y los transmite a la computadora).0 V VIN MCP1701 VOUT 5. Diagrama funcional del circuito. Vbat 9V 3. 54 DO DI SLEEP MÓDULO RF ETRX1 . Figura 22. se consideró más apropiado disponer dos.1.3V RC0 RC1 RC2 RC3 RX TX RX TX RA2 PIC16LF688 SCL SDA RA0 RA1 24LC256 PIC16LF688 Fuente: El autor. Diagrama funcional del módulo Coordinador. Alimentado por baterías recargables para funcionamiento autónomo en intervalos cortos de tiempo (algunos días). 4. y un segundo microcontrolador dedicado a gestionar las comunicaciones a través del módulo de RF.0V MCP1701 2 3 R2IN T2OUT DB9 R2OUT T2IN MAX232 RC0 RC1 RC2 RC3 3. sirviendo principalmente como buffer de datos.1. uno dedicado a la transmisión entre módulo y computadora. Aunque sería factible utilizar un solo microcontrolador para gestionar todas las funciones del módulo.
55 .2. el coordinador recibe el dato y lo almacena en la tabla correspondiente NO SI ¿Pendiente cambiar config? ¿Cmd=Lectura? SI TX nueva configuración NO ¿RX respuesta? Almacenar datos en tabla NO SI TX Nada Quitar estado pendiente en config SLEEP El coordinador permanece en estado de bajo consumo hasta que recibe alguna interrupción por el canal de transmisión Fuente: El autor. Diagrama de flujo para el PIC16LF688 en el Coordinador El diseño incluye dos microcontroladores con el propósito de que uno de ellos gestione la comunicación del coordinador con la computadora y el otro esté Figura 23. se busca en tabla de configuración si hay cambios de configuración pendientes por aplicar. se utiliza una memoria EEPROM de 32KB para almacenar localmente los datos de las mediciones y parámetros de configuración de los nodos.Como muestra el diagrama. Diagrama de flujo del módulo coordinador gestionando nodos de la red. osciladores y UART El coordinador espera reporte de los nodos de medición. ¿Cmd=0? NO SI ¿Cmd=RQ? Si hay cambios pendientes se envía la nueva configuración Buscar en listado de configuración NO Si el nodo de medición se reportó para transmitir lectura de medición.1. 4.1. INICIO Configurar puertos E/S. RX Cmd SI Cuando se conecta un nodo.
exclusivamente dedicado a atender a los módulos de medición de la red. Es alimentado por baterías de 9 voltios con duración esperada de 8 meses a 1 año.1. Se sitúa un 56 . A continuación se indica la secuencia de pasos que debe seguir el coordinador para llevar a cabo estas tareas.2. Diagrama de flujo de sincronización con el programa de Servicio. Módulo de medición Dotado con sensores para la medición de temperatura y humedad relativa con potencia para transmitir datos en rangos de hasta 135 metros. INICIO Monitorear el puerto hasta que haya conexión de la computadora Leer puerto NO ¿Computadora se conectó? SI NO ¿Computadora envió comando? SI Analizar comando Enviar respuesta a la computadora según comando NO Los comandos que puede enviar la computadora son:  Obtener numero de nodos  Obtener número de registros  Leer configuración de nodo  Escribir configuración de nodo  Vaciar registros de la memoria Si la computadora envía un comando se verifica que tipo de comando es. Figura 24. se ejecuta la tarea y se retorna una respuesta ¿Finalizó conexión con la computadora? SI Fuente: El autor. 4.
3 V Vbat 9V SCK DATA VIN MCP1701 RC1 RC2 RX TX RCO VOUT 3. El PIC16LF688 almacena los parámetros de medición del módulo y según estos parámetros obtiene la medición del sensor y transfiere los datos al coordinador mediante el módulo de transmisión RF. regulador con muy baja disipación de energía. Figura 25. Diagrama funcional del circuito El sensor de temperatura y humedad relativa. 3. 4.3V PIC16LF688 SHT15 DO DI SLEEP MÓDULO RF Fuente: El autor. Diagrama de pines del microcontrolador PIC16LF688. en cada bloque o el número que se considere conveniente de acuerdo a las necesidades específicas de cada cliente. Diagrama funcional del módulo de medición. el microcontrolador y el módulo de transmisión inalámbrica se alimentan a 3.com 57 . es decir.1.3 VDC regulados por medio del MCP1701. garantizando además que sensor y módulo de transmisión se mantengan en modo de bajo consumo.2.módulo de medición en cada una de las áreas productivas de la finca.1.microchip. Fuente: Hoja de datos en la pagina principal de Microchip http://www. Figura 26.
Nótese que los módulos RF pueden transmitir en modo broadcast (los mensajes son transmitidos a todos los nodos de la red) o en modo unicast (los mensajes se direccionan a un nodo específico. en este caso al coordinador). mayor el tiempo de latencia del sistema. Debe tenerse en cuenta que la tasa de reporte determina el ‘tick’ del módulo y. la tasa de muestreo debe ser múltiplo de la tasa de reporte. activándose únicamente para reportarse al coordinador. 58 . el módulo de medición debe estar reportándose continuamente al coordinador (por defecto se configuró una tasa de reporte de 5 segundos) para cambiar dicha configuración garantizando una latencia de tiempo real del sistema.1. Diagrama de flujo para el PIC16LF688 en el módulo de medición En condición normal de funcionamiento. efectuar mediciones y transmitir los datos de las mediciones. El microcontrolador (y el módulo) permanecen ‘activos’ la mayor parte del tiempo.La configuración del microcontrolador consiste en establecer la dirección de los puertos de E/S. se deben enviar los comandos al módulo IEEE802. sin paridad y 8 bits de datos. El siguiente diagrama muestra el modo de operación del microcontrolador. 4. configurar el módulo del timer 1 para trabajar con un cristal de 32768 Hz y el puerto serie (UART) para comunicarse en modo asíncrono a 9600 baudios.4 para configurarlo en modo de comunicación unicast. y el intervalo al cual debe efectuar mediciones. Debido a que esta configuración de intervalos varía cuando el usuario lo determina. el microcontrolador almacena los datos correspondientes al intervalo de tiempo al cual se reporta al módulo coordinador. como consecuencia. configurar el oscilador interno para trabajar a 4 MHz. determinada por la tasa de reporte (por defecto 5 segundos). Adicionalmente. Entre mayor sea la tasa de reporte.2.2.15.
pues su función es únicamente la de retransmitir datos que no alcanzan a ser transmitidos desde algunos módulos de medición. T=0 RQ es la secuencia para indicar al coordinador que el nodo se reporta TX RQ RX Cmd SI Tup es la unidad de medida del tiempo (tick). Tup=5. por encontrarse a largas distancias (en la práctica y según el caso. chequeo de baterías o cambio de Tup y Tm. VBat Fuente: El autor. es posible que un módulo tenga 59 . (120 equivale a 10 minutos) El módulo espera una respuesta válida del coordinador El procedimiento RX retorna 0 si hay time-out ¿Cmd=0? NO Procesar Cmd Cmd puede ser una medición. TX Rta El PIC se configura para que salga del modo de bajo consumo por interrupción del temporizador SLEEP T=T+1 NO Esta condición indica que se debe efectuar la medición ¿T=Tm? SI T=0 Se efectúa la medición y se envían datos al coordinador TX TEMP. INICIO Configurar puertos E/S. Diagrama de flujo para el módulo de medición. Módulo repetidor Este dispositivo no cuenta con sensores para medición de variables climatológicas. osciladores y UART Tm=120. 4. T es el registro temporizador. Tm es el número de ticks para hacer la medición. HR. Por defecto es 5 s.3.1.Figura 27.
Diagrama de flujo para el módulo repetidor. se instala un módulo coordinador de red por finca. este dispositivo debe ser alimentado con baterías recargables de alta capacidad o por la red eléctrica si se dispone de ella. Este circuito es el más simple de todos. 3. debido a que este tipo de módulo debe estar en constante escucha de mensajes de los demás nodos de la red. de acuerdo a las necesidades de cada cliente.2.3V MÓDULO RF Fuente: El autor. A diferencia del módulo de medición. a diferencia del módulo de medición. en este caso deberá estar posiblemente alimentado por la red AC). 4. el cual la mayor parte del tiempo permanece en estado ‘sleep’ de bajo consumo. optimizando al máximo los rangos de transmisión en la medida de lo posible mediante una colocación adecuada.función de medición y de repetidor al mismo tiempo. METODOLOGÍA DE MONTAJE EN CULTIVO Durante la etapa de implementación de la solución. dado que la funcionalidad de repetición va incorporada en el stack en el mismo módulo RF. Así mismo. dependerá de la disposición geográfica de los bloques de cada finca.3 V 9VDC VIN MCP1701 DO DI SLEEP VOUT 3. conectado a la computadora desde 60 . activándose solamente cuando debe realizar mediciones y transmitir los datos al coordinador. se sitúan cada uno de los módulos de medición en los bloques correspondientes de las fincas. Figura 28. los obstáculos físicos y demás fuentes de interferencia. Esto reduce el circuito a los siguientes componentes. El número de módulos repetidores necesarios en la red.
3. • No se necesita de personal para recolectar y descargar los datos al sistema. • Es posible reorientar las labores de personal involucrado en recolección manual de datos (descarga de registradores) hacia labores de análisis. pues no se requiere cableado y la detección de fallas no resulta dispendiosa. • A diferencia de muchas soluciones importadas. Una vez se hayan hecho las pruebas necesarias y se haya puesto en marcha el sistema. Finalmente y de acuerdo a la distribución geográfica de la finca. 4. BENEFICIOS • Se dispone de información en tiempo real para responder de manera eficiente a variaciones climáticas que afecten las condiciones óptimas del proceso productivo de las fincas. lo cual hace que la toma de decisiones en instantes críticos (como dejar personal en las horas de la noche para control de heladas) sea mucho más oportuna. fuentes de interferencia y obstáculos físicos. implementados en diversas fincas productoras y exportadoras de flores de la sabana de Bogotá. la única labor del usuario (que será la persona o personas de la finca que estén al frente o hagan uso del sistema) se basará en tareas. un efectivo servicio de soporte técnico 61 . control y mejoramiento del proceso productivo. una solución de ingeniería colombiana permite al agricultor contar con una completa asistencia en la implementación.donde se administra el sistema. tales como la de definir los intervalos en los que cada módulo de medición deba efectuar mediciones. se instalan módulos repetidores en los lugares donde lo amerite. configurar umbrales para la generación de alarmas y demás parámetros de funcionamiento del sistema. • La incorporación de tecnología inalámbrica reduce casi por completo los costos asociados a la instalación y el mantenimiento de una red de monitoreo. Estas ventajas no son posibles de lograr con sistemas de monitoreo por lotes.
• El sistema constituye una red inalámbrica que puede usarse en el futuro no solo para el sistema de monitoreo de temperatura y humedad. iluminación. • Mediante procesos eficientes de monitoreo se facilita la certificación de las fincas en programas como FlorVerde. para fines inalcanzables con sistemas tradicionales de monitoreo por lotes. 4. sino también para control y automatización de otros procesos (control de cortinas.4. de gran importancia dentro del gremio floricultor en términos de sostenibilidad y competitividad. transformación. • Posibilitar el tratamiento de los datos obtenidos de las mediciones efectuadas en invernadero. almacenamiento y empaque de sus productos. generación de alarmas por niveles críticos de temperatura y humedad.) para el tratamiento. tales como el pronóstico de heladas. mandos inalámbricos etc. entre otras. procesamiento. monitoreo de otras variables como radiación. viento.). 62 .para cualquier tipo de reparación o reemplazo. consulta de datos por Internet. así como la correspondiente garantía. gozando además de las posibilidades de desarrollo en hardware y software para adaptaciones. la industria requiere de soluciones dirigidas a la supervisión de variables físicas dentro de instalaciones (poscosechas. sistemas de alarma. Monitoreo de variables en procesos industriales Además del tema climatológico en cultivos. Se pretende ofrecer a la industria módulos registradores inalámbricos que permitan medir diversas variables físicas en todos los ambientes de manera eficiente dando respuesta a las necesidades tecnológicas actuales. humedad suelo. expansiones y mejoramiento futuro. bodegas. reemplazo de cableado en sistemas existentes. APLICABILIDAD FUTURA 4.4. entre otras. CO2.1. etc. captura de datos en campo.
y especialmente en las labores de mantenimiento. La programación y control del sistema se efectúa desde un computador de escritorio. reduciendo de manera notable los costos involucrados en instalación de cables. producirá un gran impacto en el sector agrícola en general. Control automático de riego en cultivos La operación básica de un sistema de control de riego consiste en activar de manera secuencial electroválvulas para aplicar agua en el cultivo. Dotar de tecnología inalámbrica a los sistemas automáticos de riego actuales. aún persiste el problema de hacer una instalación para el cableado (los 4 hilos). protección contra el agua. facilita el mantenimiento preventivo y correctivo del sistema y reduce el costo total del sistema ya que el costo inicial. el cual se comunica con un control central que es el encargado de interactuar con los controladores de válvulas. instalación y mantenimiento del cableado tiene una participación de 50% del costo total del sistema (en el caso de cable por cada válvula)”18. No obstante. motores y sistemas de monitores de variables utilizando como medio de comunicación y alimentación una red cableada de 4 hilos. Todos los inconvenientes anteriores son solucionables. entre otras. puestas a tierra y problemas con descargas eléctricas atmosféricas sobre el cableado. pero sigue el inconveniente de tener que hacer una instalación. lo cual exige uso de canaletas.4. combinado con el arranque de motobombas. tuberías conduit enterradas. “La reducción de cableado (red de 4 hilos) y el uso de un controlador en cada válvula reduce enormemente el costo del cableado (ya que no se necesita un cable por válvula).2. 18 Información proporcionada por el Departamento de Ingeniería de Coltein Ltda 63 .4. monitoreo de presión y caudal en la tubería y manejo de la fertilización.
entre otras cosas.84 612 1.65 1 727.27 0.015 30 30 0.748 15 10 16.2 3.015 30 30 0.59 0.05 0. que le brinden autonomía de hasta 1 año o más.13 0.60 0.748 15 15 16.65 0. Análisis de consumo módulo inalámbrico.15 0.748 15 5 16.20 0. es necesario operar los dispositivos con baterías.79 0.9 Objetivos Eficiencia del sistema Vida de batería requerida Capacidad de batería requerida años mAh 1 5858.748 15 0.18 0.015 30 30 0. Ya que el usuario espera reducir no sólo los costos relacionados con instalaciones de cable.4.47 612 0.2 3.10 612 0. que muchos cultivos no cuentan con instalaciones eléctricas y por lo tanto.9 0.14 Promedio de consumo mA 0.2 3. ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA Uno de los puntos más críticos a la hora de diseñar los módulos de medición es precisamente el tema de los consumos de energía.2 3.15 Fuente: El autor. una red de medición inalámbrica con alto consumo de energía y poco tiempo de autonomía sería inaceptable.72 0. A continuación se muestra el efecto directo que tiene el consumo de cada dispositivo en la autonomía general del sistema de monitoreo.02 0. 64 . Teniendo en cuenta.17 0.5. Tabla 18.05 1 1306.53 1 533. Tiempo Sleep Idle/Receive Transmitiendo # bytes transmitidos Unds s ms ms A B C D 1 16.11 0.07 0. sino además las tareas relacionadas con mantenimiento de la red de monitoreo.9 0.9 0.015 30 30 Consumo del sistema Sleep Idle/Receive Transmitiendo mA mA mA Comparación consumo Sleep Idle/Receive Transmitiendo % % % 0.98 Capacidad de batería dada Tiempo de batería estimado mAh años 612 0.
La tabla muestra 4 escenarios de consumo, con tiempos de latencia de 1, 5, 10 y
15 segundos. Cabe anotar que para el circuito de medición el microcontrolador
puede permanecer como máximo en estado de sleep un tiempo de 16 segundos.
De allí que los posibles escenarios impliquen permanecer hasta máximo 16
segundos en sleep. El tiempo estimado de la batería se obtuvo asumiendo una
capacidad de batería de 612mAh, obtenida de la relación desde una potencia de
una batería de 9V(8,4V) a 250mAh a un voltaje de 3,3V a 612mAh. Como puede
verse, el tiempo de latencia es el factor más incidente a la hora de establecer la
autonomía del sistema. En cuanto a requerimientos de monitoreo climatológico, un
tiempo de latencia de 15 segundos es suficiente y, tal como se muestra, daría una
autonomía de un poco más de un año.
Frecuencias PIC
Consumos PIC en operación (mA)
Duración esperada (dias)
FOSC PIC MHz
Frecuencia I/O KHz
Consumos PIC, Sensor, Memoria
Consumo PIC sleep (mA)
Consumo WDT
Consumo TMR1
Consumo PIC activo (mA)
Consumo STH sleep
Consumo STH activo
Despertar y ver si toca medir
I/O SHT 7 bytes
Esperar medida de SHT
Parámetros de reporte y de medición
Despertarse cada: (segundos)
Medir cada (segundos)
Duración esperada: (dias)
Capacidad nominal batería
Dormir al medir
Eficiencia I/O
FOSC PIC
Consumo PIC activo:
Capac. Req:
Capac. Real Req
8208.6
14933.5165
Aunque el consumo de energía del módulo inalámbrico es el de mayor incidencia
en la autonomía del sistema, la tabla anterior resume el consumo de potencia de
todos y cada uno de los componentes, asumiendo un tiempo de latencia de 15
Se analizó el efecto que tiene el cambio de velocidad de operación del
microcontrolador, para determinar si el hecho de operar más rápido, implicaría una
reducción significativa en términos de consumo del sistema, al permanecer menos
tiempo operando. Como resultado y para frecuencias de operación en el intervalo
de 1,8 a 8 MHz la variación en la autonomía final del sistema, no superó el 0,01%.
De otra parte, nótese que el consumo del módulo inalámbrico es determinante,
representando un 88% del consumo total del sistema aproximadamente. Esto
hace que variaciones en la frecuencia de operación del microcontrolador, variación
de comportamiento a la hora de medir permaneciendo en sleep mayor tiempo,
tengan un efecto despreciable en la autonomía final del sistema.
Esta sección presenta los resultados de las pruebas iniciales relacionadas con el
funcionamiento de los módulos de medición y módulo coordinador. Estas pruebas
se efectuaron con el propósito de comprobar el funcionamiento del sensor
integrado de temperatura y humedad relativa, verificar la exactitud del reloj
implementado mediante microcontrolador y las rutinas de comunicación con el
sensor y la memoria.
Básicamente se montó el circuito cuyo diagrama funcional se muestra a
Figura 29. Diagrama funcional del circuito de prueba de sensor, microcontrolador y
almacenando los datos de las mediciones en memoria RAM. Se efectuaron dos series de mediciones en ambiente cerrado. 68 . La calculadora solicitaba mediciones en intervalos de un minuto. La siguiente figura muestra una gráfica con los datos de las mediciones para tres intervalos de tiempo con una tasa de muestreo de un minuto.Fuente: El autor. Para la primera serie de pruebas se utilizó una calculadora Hewlett Packard 48GX para tener una forma de revisar constantemente las mediciones efectuadas por el circuito. Se notó un comportamiento acorde con el principio general de que aumentos de temperatura se acompañan de descensos en la humedad relativa y viceversa. Durante esta primera serie de pruebas no se dieron errores en el proceso de lectura.
con un total de 4257 lecturas. Tabla 20.Figura 31. Fuente: El autor. La tabla siguiente resume los resultados obtenidos de la primera serie de mediciones. Gráfico de primera serie de resultados de medición de temperatura y humedad relativa. Resumen de mediciones iniciales. Intervalo 25/10/05 20:00:02 26/10/05 09:49:01 26/10/05 20:22:01 27/10/05 10:00:01 28/10/05 20:30:02 30/10/05 16:04:06 Número de lecturas 830 Observaciones Todas las lecturas correctas 812 Todas las lecturas correctas 2615 Todas las lecturas correctas Fuente: El autor. 69 .
se determinó que el error era debido a un retardo excesivo en la rutina de llamada a la función del Timer1. Gráfico de la segunda serie de resultados de medición de temperatura y humedad relativa. se efectuó un 70 . como puede verse en la siguiente tabla resumen. es decir. con el propósito de evaluar la calibración de reloj del microcontrolador. sin intervención de la calculadora. En los siguientes intervalos no se tuvieron errores en las lecturas una vez se corrigieron las rutinas. Para el primer intervalo de medición. Fuente: El autor. se obtuvieron errores en las últimas lecturas y un error considerable en el reloj implementado por microcontrolador. Al final. Los datos de las mediciones se pueden apreciar en la siguiente gráfica. y verificar los algoritmos de lectura del sensor y escritura en memoria.Una segunda serie de pruebas se efectuó con el circuito autónomo. Figura 32. Luego de revisar las rutinas de medición.
Tabla 21. 71 . Intervalo 11/11/05 20:35:04 15/11/05 17:35:04 Número de lecturas 5581 16/11/05 20:00:05 17/11/05 10:00:05 17/11/05 19:55:05 18/11/05 11:41:05 18/11/05 20:29:05 22/11/05 17:38:05 22/11/05 20:16:05 28/11/05 11:18:05 841 947 5590 8103 Observaciones Ultimas 16 lecturas incorrectas Error de 52 minutos (Rutina de llamada a la función de Timer1 estaba tomando más del tiempo admisible de 150 us) Todas las lecturas correctas Adelanto de 150 ms Todas las lecturas correctas Adelanto de 200 ms Todas las lecturas correctas Adelanto de 700 ms Todas las lecturas correctas Adelanto de 900 ms Fuente: El autor. Resumen de la segunda serie de mediciones. La siguiente tabla resume los resultados.total de 21.062 mediciones.
1. estar al tanto de la variación del comportamiento climatológico del cultivo.5. sino que debe además estar diseñado para permitir al director del cultivo o al operario encargado del mismo. DISEÑO DE SOFTWARE 5. CONSIDERACIONES GENERALES Debido a la necesidad de obtener información sobre el comportamiento de las variables físicas del invernadero. ofrecer al usuario una forma de configurar parámetros de funcionamiento. diagnosticar el estado del sistema y almacenar registros históricos de los datos. y así constituirse como una herramienta para responder de manera oportuna a fenómenos tales como variaciones perjudiciales debidas a cambios físicos producto de cambios climatológicos. MODELO DE REQUISITOS 5. 5. u otras situaciones.2.2.1. Descripción del problema Diseñar el software que permita monitorear los datos en tiempo real. En cuanto a las tareas de configuración el usuario debe poder: • Definir tasas de muestreo de temperatura y humedad relativa • Establecer fecha y hora de inicio de medición para cada nodo o grupos de nodos 72 . roturas de las cubiertas plásticas. se ha diseñado un software para monitorear dichas variables que permita un mejor análisis de la respuesta productiva del cultivo. El software del sistema de monitoreo no solamente va a cumplir una función de registro automático y almacenamiento de datos climatológicos.
Una base de datos almacenará toda la información de registros de mediciones. Diagrama de casos y usos Para el siguiente diagrama de casos y usos se han identificado 4 actores principales que interactúan directamente con el software.2.2. alarmas y configuración de los nodos. Se requiere entonces: • Descargar datos del módulo coordinador. Como administrador de servicios se entiende la aplicación del sistema operativo 73 . cada vez que se conecta. a un intervalo de tiempo especificado • Almacenar los datos de las mediciones en la base de datos • Registrar en la base de datos los sucesos debidos a alarmas • Permitir la exportación de los datos para uso por parte de los operarios o encargados del cultivo 5. el software debe registrar y almacenar de manera organizada toda la información relacionada con los datos de las mediciones registradas por el sistema de monitoreo y facilitar la información al usuario.• Definir intervalos de reporte al coordinador de los nodos de medición de la red • Definir umbrales mínimo y máximo de temperatura y humedad relativa a los cuales el sistema debe generar una alarma • Definir tasas de incremento y decremento máximo de temperatura y humedad relativa a los cuales el sistema debe generar alarmas. En el tema de diagnóstico el usuario debe estar en capacidad de: • Mostrar configuración actual de cada uno de los nodos • Mostrar estado de la batería de cada nodo • Iniciar o detener la operación del sistema de monitoreo Finalmente. director o encargado del cultivo y quien opera directamente el sistema. En primer lugar el usuario: que es el agrónomo.
2. 5. iniciar o detener aquellas aplicaciones que operan en segundo plano. el cual comanda los nodos de la red inalámbrica y suministra los datos de las mediciones al sistema para beneficio del usuario. 74 . Diagrama de clases El siguiente es el diagrama de clases para el sistema diseñado.encargada de administrar. el módulo coordinador como último actor. Diagrama de casos y usos Iniciar / Detener Servicio Administrador de Servicios Configuración Nodos Usuario Enviar Configuración Registrar Alarmas Módulo Coordinador Consultar Estado include Consultar Datos Base de datos Exportar Datos Descargar Datos Fuente: El autor.3. Figura 33. Finalmente.
Una segunda aplicación. 5.1.3. Diagramas de secuencias Se han identificado las siguientes secuencias de funcionamiento del software.Figura 34. El primero de ellos es lo que se ha definido como la aplicación cliente la cual es una aplicación con interfaz de usuario que actúa bajo demanda del mismo y que permite interactuar directamente con la red de monitoreo. operando . se ejecuta en segundo plano sin 75 intervención del usuario. MODELO DE ANÁLISIS 5. Se han diferenciado dos núcleos principales para el software de monitoreo. Diagrama de clases VARIABLES REGISTRO SUCESOS * Atributos Nombre Métodos Crear Eliminar Leer atributos Modificar atributos 1 REGISTRO MEDICIÓN 1 1 * * CONFIGURACION NODO Atributos Nodo Variable Fecha/Hora/Inicio Monitoreo Tasa muestreo Umbral mínimo Umbral máximo Tasa incremento Tasa decremento Métodos Leer configuración Modificar configuración Atributos Variable Nodo Fecha/Hora Valor Métodos Crear Eliminar Leer Atributos Variable Nodo Fecha/Hora Suceso Métodos Crear Eliminar Leer * * 1 * NODO Atributos Nombre Dirección Tasa de reporte Métodos Crear Eliminar Leer atributos Modificar atributos * 1 1 SUCESO 1 Atributos Nombre Métodos Crear Eliminar Fuente: El autor.3.
la Pantalla General envía el evento Salir a la Interface Usuario. quien selecciona la opción de inicio o detención del sistema desde el entorno general. La pantalla principal envía el evento Iniciar o Detener Servicio al Manejador Iniciar o Detener Servicio y este lo envía al Administrador de Servicios. Administrador de Servicios Permite al usuario poner en marcha o detener la red de monitoreo Este caso de uso es iniciado por el usuario.Aplic. Fuente: El autor. La Pantalla General se despliega. La Interface Usuario envía el evento Salir al Manejador Principal. Figura 35. Ninguno Si el administrador de servicios no logra poner en marcha la aplicación de servicio. Iniciar y detener sistema Tabla 22. Si la actividad seleccionada es Salir. 76 .1. el usuario recibe notificación de este suceso. Cliente Interface de Administrador de servicios Administrador de Servicios 1: Desplegar Pantalla General 3: Solicitar Inicio o Fin Servicio 4: Desplegar Pantalla I. 6: Iniciar o detener servicio 7: Iniciar o detener servicio 8: Iniciar o detener servicio 9: O K 10: O K 11: O K 12: Salir Fuente: El autor. Espera a que el Administrador de Servicios le envíe una respuesta de confirmación y la hace llegar al usuario por medio del Manejador Iniciar o Detener Servicio y la Interface de Usuario. 5. de acuerdo a sus necesidades Ninguna El manejador principal solicita Desplegar Pantalla General a la Interface Usuario. El Manejador Principal sale del sistema. Caso de uso Actores Propósito Resumen Precondiciones Flujo principal Subflujos Excepciones Iniciar y detener sistema Usuario. El Usuario puede seleccionar entre Iniciar o Detener servicio.3.1. La Interface Usuario despliega la Pantalla General.permanentemente para los procesos de descarga automática de datos desde los nodos de la red. F. Diagrama de secuencia Iniciar y detener sistema Usuario Interface Usuario 2: Solicitar inicio fin servicio 5: Iniciar o detener servicio Manejador Iniciar o Detener Servicio Manejador Ppal. Flujo principal del caso de uso Iniciar y detener sistema. S.
Nodo 3: Solic. la Pantalla General envía el evento Salir a la Interface Usuario. Ninguna El Manejador Principal solicita Desplegar Pantalla General a la Interface Usuario. Inf.Ppal Ap.3. El Manejador Principal sale del sistema. El usuario solicita información de uno de los nodos de la red. 77 . Nodos Manej. La Interface Usuario despliega la Pantalla General. Nodo 5: Solic. La interface Base devuelve la información al Usuario por medio del Manejador de Configuración de Nodos y despliega la información en pantalla por la Interface Usuario. La Pantalla General se despliega. La Interface de Usuario envía el evento Solicitar Información Nodo a la Interface Base por medio del Manejador de Configuración de Nodos. Cliente Interface Base Base de datos 1: Desplegar Pantalla General 2: Solicitar Inf. Nodo 4: Solic. umbrales de alarma y tiempo de inicio de funcionamiento.5. Si la actividad seleccionada es Salir. Info. El Usuario puede seleccionar el nodo que quiere configurar. Pantalla 10: Modificar 11: Guardar Datos 12: Guardar Datos 13: Salir Fuente: El autor. tales como tasas de muestreo. Figura 36. 7: Devolver Información 9: Modificar 8: Mostrar Info. Configurar nodos Tabla 23. El usuario modifica la información y la Interface Usuario envía el evento Modificar al Manejador Configuración Nodos quien envía el evento Guardar datos a la Interface Base. Info. Diagrama de secuencia Configurar nodos Usuario Interface Usuario Manej. Config. Info. Ninguno Ninguna Fuente: El autor.2. Flujo principal del caso de uso Configurar nodos. Nodo 6 Devolv. base de datos Permite al usuario ver y modificar los parámetros de funcionamiento de cada uno de los nodos de la red de monitoreo.1. Caso de uso Actores Propósito Resumen Precondiciones Flujo principal Subflujos Excepciones Configurar nodos Usuario. La información es desplegada en pantalla y el usuario modifica las opciones de configuración si así lo desea. La Interface Usuario envía el evento Salir al Manejador Principal.
La Interface Usuario envía el evento Solicitar Información Nodo a la Interface Base por medio del Manejador de Configuración de Nodos. Nodo 5: Solic. el nivel de batería y si el nodo está operando correctamente. Info. La Pantalla General se despliega. 9: Salir 8: Mostrar Info. Info.Aplic. Nodo 6: Devolv. 78 . Ninguna El Manejador Principal solicita Desplegar Pantalla General a la interface Usuario. Caso de uso Actores Propósito Resumen Consultar estado Usuario. Nodo 3:Solic.Info. Precondiciones Flujo principal Subflujos Excepciones Fuente: El autor.3. Ninguno La aplicación cliente puede verificar que la aplicación de servicio ha dejado de almacenar datos a la base como consecuencia de una pérdida de comunicación con la red de monitoreo. en Pantalla 7: Devolver Información Fuente: El autor. La interface Base devuelve la información al Usuario por medio del Manejador Consultar Estado y despliega la información en pantalla por la Interface Usuario. Consultar estado Tabla 24.1. El Usuario puede seleccionar el nodo cuyo estado quiere consultar.3. Cliente Interface Base de datos Base de Datos 1: Desplegar Pantalla General 2: Selec. La Interface Usuario despliega la Pantalla General. caso en el cual informa al usuario. la Pantalla General envía el evento Salir a la Interface Usuario. Figura 37. Nodo 4: Solic. El Manejador Principal sale del sistema. base de datos Permite al usuario verificar el estado actual de funcionamiento del sistema El usuario selecciona un nodo y la aplicación despliega información relacionada con la medición actual de cada nodo para cada variable. Info.5. Si la actividad seleccionada es Salir. Flujo principal del caso de uso Consultar estado. La Interface Usuario envía el evento Salir al Manejador Principal. Diagrama de secuencia Consultar estado Usuario Interface Usuario Manejador Consultar Estado Manejador Ppal.
Figura 38. Si la actividad seleccionada es Salir. La Interface Usuario despliega la Pantalla General. Especifica los parámetros de consulta y la pantalla despliega datos de las mediciones y gráficos de comportamiento climatológico a través del tiempo. La Pantalla General se despliega. 9: Salir 8: Mostrar Inf.1. base de datos Poner a disposición del usuario datos de las mediciones efectuadas por la red de monitoreo. Diagrama de secuencia Consultar datos Usuario Interface Usuario Manejador Consultar Datos Manejador Ppal.Aplic. Info. Pantalla 7: Devolver Información Nodo Fuente: El autor. la Pantalla General envía el evento Salir a la Interface Usuario. Consultar datos Tabla 25. La Interface Usuario envía el evento Salir al Manejador Principal. Ninguna El Manejador Principal solicita Desplegar Pantalla General a la interface Usuario. Info.5. El usuario elige un nodo cuya información quiere consultar. La Interface Usuario envía el evento Solicitar Información Nodo a la Interface Base por medio del Manejador Consultar Datos. La interface Base devuelve la información al Usuario por medio del Manejador Consultar Datos y despliega la información en pantalla por la Interface Usuario.3. El Manejador Principal sale del sistema. Ninguno Ninguna Fuente: El autor.Info. Cliente Interface Base de datos Base de datos 1: Desplegar Pantalla General 2: Selec. El Usuario puede seleccionar el nodo cuya información desea consultar ingresando los parámetros de búsqueda de acuerdo a sus necesidades. Flujo principal del caso de uso Consultar datos. Nodo 6: Devolv. Nodo 4: Solicitar Información Nodo 5: Solic. Caso de uso Actores Propósito Resumen Precondiciones Flujo principal Subflujos Excepciones Consultar datos Usuario. 79 .4. Nodo 3: Solic.
5.5. Si la actividad seleccionada es Salir. La Interface de Usuario envía el evento Solicitar Información Nodo a la Interface Base por medio del Manejador de Configuración de Nodos. Cliente Interface Base de datos Base de datos 1: Desplegar Pantalla General 3: Solic.Info. base de datos Brinda la opción al usuario de exportar los datos almacenados en la base de datos a archivos planos y al portapapeles. La Pantalla General se despliega. El Manejador Principal sale del sistema.Info.Nodo e intervalos Manejador Exportar Datos Manejador Ppal. quien selecciona la opción de inicio o detención del sistema desde el entorno general. La interface Base devuelve la información al Usuario por medio del Manejador Exportar Datos y despliega la información en pantalla por la Interface Usuario. La Interface Usuario despliega la Pantalla General. 80 .Info. Pantalla 7: Devolución Info. Flujo principal del caso de uso Exportar datos. Caso de uso Actores Propósito Resumen Precondiciones Flujo principal Subflujos Excepciones Exportar datos Usuario. Nodo 10: Guardar como 11: O K 12: Salir Fuente: El autor.Nodo 9: Guardar como 8: Mostrar Inf. La Interface Usuario envía el evento Salir al Manejador Principal. Ninguno Ninguna Fuente: El autor. Si el Usuario solicita la actividad Guardar la Interface Usuario envía el evento Guardar al Manejador Exportar quien envía una confirmación al Usuario por medio de la Interface Usuario. la Pantalla General envía el evento Salir a la Interface Usuario. Nodo 5: Solic.Nodo 4: Solicitar Info. Diagrama de secuencia Exportar datos Usuario Interface Usuario 2: Selec. Exportar Datos Tabla 26. de acuerdo a sus necesidades Ninguna El Manejador Principal solicita Desplegar Pantalla General a la Interface Usuario.Aplic.1.3. Este caso de uso es iniciado por el usuario. Figura 39. El Usuario puede seleccionar el nodo y los intervalos o filtros de consulta.Nodo 6: Dev.
El Manejador Enviar Configuración envía Solicitud de Información de Configuración Pendiente a la Base de datos por medio de Interface Base. de modo que la aplicación de servicio esté operando El Administrador de Servicios solicita Iniciar Sistema al Manejador Principal. quien devuelve la información solicitada al Manejador Enviar Configuración. Flujo principal del caso de uso Enviar configuración.3. Enviar configuración Tabla 27. Si hay cambios pendientes por establecer. El usuario debe haber puesto en marcha el sistema previamente. Servic. Info Config Pendiente 7: Enviar Configuración Pendiente 10: O K 11: O K Fuente: El autor. quien envía una confirmación al Manejador Principal por medio de Manejador Enviar Configuración. los obtiene de la base y los transmite a la red de monitoreo. Manej.1. Si hay información de configuración pendiente por enviar a la red de monitoreo. 81 8: Enviar Configuración Pendiente 9: O K .6. Info Config Pendiente 5: Devolv. por lo cual es factible que la configuración pendiente por establecer no sea transmitida. Servicio Interface Base Datos Interface Coordinador Base de Datos Módulo Coordinador 1: Iniciar Sistema 2:Solic Env Config 3:Solic Info Config Pendiente 4: Solic Info Config Pendiente 6: Devolv. Ninguno La aplicación de servicio puede perder comunicación física con la red de monitoreo. Ppal Apl. Figura 40. Fuente: El autor. base de datos y módulo coordinador Mantener sincronizados los parámetros de configuración del sistema entre lo que especifica la base de datos y lo que tiene la red de monitoreo La aplicación de servicio se mantiene funcionando en un ciclo indefinido donde consulta en la base de datos la información relacionada con cambios que ha hecho el usuario en los parámetros de configuración de funcionamiento del sistema.5. Configur. el Manejador Enviar Configuración envía la configuración al Módulo Coordinador por medio de Interface Coordinador. Diagrama de secuencia Enviar configuración Admin. de Interface Man Enviar Servicios Adm. Este solicita Enviar Configuración al Manejador Enviar Configuración. Caso de uso Actores Propósito Resumen Precondiciones Flujo principal Subflujos Excepciones Enviar configuración Administrador de servicios.
Caso de uso Actores Propósito Resumen Precondiciones Flujo principal Subflujos Excepciones Descargar datos Administrador de servicios. El usuario debe poner en marcha el sistema para que opere la aplicación de servicio El Administrador de Servicios solicita Iniciar Sistema al Manejador Principal. 3: Descargar Datos 4: Descargar Datos 5: Devolver Datos 6: Devolver Datos 7: Guardar Datos 8: Guardar Datos 9: O K 10: O K 11: O K 12: Solic. Registrar alarmas Interface Base de datos Interface Coordinador Base de Módulo datos Coordinador 1: Iniciar Sistema 2: Solic. Fuente: El autor. La aplicación de servicio permanece en un ciclo indefinido donde solicita datos al módulo coordinador y los almacena en la base de datos.3. Interface Base devuelve lo datos al Manejador Registrar Alarmas quien envía una confirmación al Manejador Principal Ninguno Puede ocurrir una pérdida de comunicación física entre computadora y módulo coordinador durante el proceso de descarga de datos. de Servicios Interface Admin. El Manejador Principal solicita Analizar Datos al Manejador Registrar Alarmas quien solicita datos a la base de datos por medio de Interface Base. Datos Servicio Manej. El Manejador Descargar Datos envía Descargar Datos al Módulo Coordinador por medio de Interface Coordinador. Analiz Datos 17: O K 13: Solic.5. En cada ciclo. módulo coordinador Almacenar en la computadora los datos de las mediciones efectuadas por la red de monitoreo.7. Diagrama de secuencia Descargar datos Admin. El Manejador Descargar Datos envía Guardar Datos al Manejador Base quien envía una confirmación al Manejador Principal por medio de Manejador Enviar Descargar Datos. 82 14: Solicitar Datos 15: Devolver Datos . D. quien devuelve los datos solicitados al Manejador Descargar Datos. Servicios Manejador Manej. Desc.Datos Fuente: El autor. Este solicita Descargar Datos al Manejador Descargar Datos. coteja los datos frente a los parámetros de umbrales de alarma para saber si es necesario generar una alarma que se despliegue en pantalla o suceso que se almacene en la base de datos. Figura 41. Flujo principal del caso de uso Descargar datos. Descargar datos Tabla 28. base de datos. Datos 16:Dev.1. Descargar Ppal Apl. por lo cual la aplicación reintenta la descarga de datos en el siguiente ciclo de conexión. generando las alarmas correspondientes de acuerdo a los datos descargados.
definir una misma tasa de muestreo para los nodos de una zona específica de la finca. ej. La tabla GRUPOS se incluyó con el propósito de definir grupos de nodos que facilite la aplicación de valores de configuración a varios nodos en solo paso. BASE DE DATOS Y MODELO ENTIDAD-RELACION La siguiente figura muestra una vista del diseño del modelo entidad relación para la consecución de los requerimientos planteados: Figura 42. Información y configuración de nodos Comprende las tablas VARIABLES.4. NODOS y NODOSCONFIG. Fuente: El autor. La tabla NODOS contiene información particular de cada nodo.4. GRUPOS. La tabla VARIABLES almacena las variables físicas a monitorear.5. en este caso temperatura y humedad relativa. Modelo entidad relación. así como su estado de configuración (para saber si hay 83 .1. Conceptualmente el modelo puede subdividirse en los siguientes grupos principales: 5.
4. Opciones generales Comprende la tabla OPCIONESGENERALES e incluye los valores de los parámetros exclusivos del programa tales como la localización de la base de datos. tasas de incremento y decremento máximas detectadas. registra la ocurrencia y la fecha y hora de los sucesos durante la operación del sistema. incluye los valores de los umbrales para la generación de alarmas.5.4. DISEÑO GENERAL DEL PROGRAMA DE COMPUTADORA El software para el cumplimiento de los requerimientos se ha dividido en dos componentes principales: 84 . 5. registrando la variable en cuestión y fecha y hora de la medición. La segunda a su vez. 5. Sirven para definir los tipos de alarmas generados por el sistema (umbrales máximos y mínimos superados. Información de sucesos Comprende las tablas SUCESOS y TIPOSSUCESO. 5. pérdida de conexión con algún nodo. La primera almacena los datos de todas las mediciones efectuadas por los nodos de la red.2.3. 5. inicio o detención de operación de los nodos y otros). Finalmente la tabla NODOSCONFIG almacena los datos de configuración de cada uno de los nodos para la variable física correspondiente. Registro de datos y de sucesos Comprende las tablas REGISTRO_MONITOREO y REGISTRO_SUCESOS.cambios de configuración pendientes por aplicar o si ya se aplicaron). Así mismo.4.4.
monitoreará en el puerto.1. debe existir un programa que se ejecute en el trasfondo del sistema operativo como un servicio.5. 5. 5. Básicamente el servicio se ejecutará automáticamente desde que se enciende la computadora y. operario o encargado del cultivo establece los valores de los parámetros de configuración de las mediciones y alarmas. a partir de dicho instante. Interfaces preliminares Las siguientes son algunas de las interfaces de la aplicación cliente diseñada para cumplir con los requerimientos planteados.2. además de aquella donde se puede iniciar o detener.1.1. Aplicación cliente Mientras el servicio del sistema operativo se encuentra permanentemente activo sincronizando la información de configuración y los datos de transmisión de la red de monitoreo. Servicio del sistema operativo Dado que el sistema de monitoreo debe trabajar en tiempo real.5. y visualizar y obtener los datos de temperatura y humedad relativa para su análisis. La aplicación cliente permite al usuario. dado que el servicio no cuenta con ningún tipo de interfaz.5.2. Diagrama de flujo El diagrama de flujo en la siguiente página describe el funcionamiento del software operando como servicio.1.5. 85 . el servicio inicia un proceso cíclico mediante el cual descarga los datos de las mediciones almacenados por el coordinador y sincroniza los valores de configuración de los nodos según lectura de la base de datos. Este programa se encargará de mantener comunicación permanente con el módulo coordinador cuando éste se encuentre conectado a la computadora. deberá existir un programa que permita interactuar al usuario con la red de monitoreo. Una vez establecida dicha conexión.5. 5. la conexión del dispositivo coordinador.
El coordinador da esta información Registrar en base aquellos nodos cuya configuración se haya establecido correctamente El proceso de sincronización de cambios de configuración y descarga y almacenamiento de datos de mediciones se repite a un intervalo de tiempo fijo Descargar datos de mediciones Se descargan los datos antes de hacer efectivos nuevos cambios de configuración Almacenar datos de mediciones ¿Se almacenaron todos los datos en la base? NO SI El programa analiza los datos descargados y genera alarma si alguno de los umbrales ha sido superado Generar alarmas si las hay Eliminar datos de mediciones del coordinador Obtener de la base. 86 Asegurado el almacenamiento de los datos se libera la memoria del coordinador Se hacen efectivos nuevos cambios una vez descargados y almacenados los datos en la base. nodos con cambios de configuración pendientes Notificar al coordinador cambios de configuración pendientes NO ¿Finalizó conexión con el coordinador? SI Fuente: El autor. . INICIO Monitorear el puerto hasta que haya conexión del coordinador Leer puerto NO ¿Coordinador se conectó? SI Obtener de la base. Diagrama de flujo de sincronización con el programa de Servicio. El coordinador almacena estos cambios y los envía a los nodos cuando estos se reporten. nodos con cambios de configuración pendientes en ciclo anterior Se verifica si cambios de configuración pendientes en el ciclo anterior llegaron a los nodos.Figura 43.
Fuente: El autor. 87 . Figura 45. Interfaz para la edición de la tabla GRUPOS. Entorno general de la aplicación cliente. Fuente: El autor.La información de las tablas de GRUPOS y VARIABLES se modifica a través de una interfaz como la mostrada a continuación: Figura 44.
• Estado: Permite ver si el nodo está operando. almacenar los datos transparentemente al usuario en una o varias tablas de bases de datos de otras aplicaciones. 88 . fecha y hora de inicio de medición. El manejo de grupos permite asignar los mismos parámetros de configuración a grupos específicos de nodos. es posible desarrollo un modulo adicional al software que realice el suministro y/o procesamiento de los datos de acuerdo a las necesidades particulares de cada cliente. además. las tasas de muestreo. Muestra. dispone de tres paneles principales: • Configuración: Permite al usuario definir. es necesario analizar con cuidado las posibles necesidades para que la librería cumpla su objetivo.Desde el entorno principal el usuario dispone de un árbol de navegación mediante el cual selecciona los grupos de nodos y nodos específicos que desea configurar o diagnosticar. sino además. y sea fácil de utilizar. la medición actual de cada nodo para cada variable y el nivel de batería. umbrales de alarma y demás parámetros de funcionamiento. Finalmente. que permita a algunos clientes desarrollar sus propias aplicaciones de acuerdo a necesidades específicas. Otro propósito a mediano plazo es diseñar una librería de uso para usuarios desarrolladores. Muy posiblemente. Así mismo. • Informes: Desde allí el usuario puede ver gráficas de comportamiento climatológico en tiempo real así como del comportamiento en intervalos específicos de tiempo para los diferentes nodos de la red. esto involucra no solamente exportar los datos en formato de archivo plano. para cada variable física a medir. Aunque la aplicación desarrollada ya debe contener esta librería.
El estándar IEEE 802. así como el de automatización residencial.4 ha dado a los diseñadores de sistemas de automatización. mientras el estándar IEEE 802.4 ha comenzado a llenar el vacío que había existido en cuanto a estándares para este tipo de aplicaciones. Tecnologías como Bluetooth y WIFI han posibilitado la transmisión de grandes volúmenes de datos a altas tasas de transferencia.6. con tasas de transmisión aceptables y especialmente con muy bajo consumo de energía. sino también a todas aquellas aplicaciones relacionadas con accionamiento de actuadores.4 ratificado en Diciembre de 2004. una alternativa más apropiada para el manejo de redes de dispositivos donde se requiere transmitir pequeños volúmenes de datos.15. Estas características hacen de esta tecnología ideal para transmisión de datos en tiempo real como el presentado en este trabajo y aplicado al monitoreo de variables climatológicas.15. El nuevo estándar IEEE 802.15. ha abierto un abanico de posibilidades en cuanto a la aplicación de tecnología inalámbrica en sistemas de redes de sensores y automatización. CONCLUSIONES La incorporación de tecnología inalámbrica en sistemas de monitoreo de variables climatológicas tiene un gran impacto especialmente en el sector agrícola. Este impacto no solamente se limita al tema de monitoreo de variables físicas. dados los elevados costos de instalación y adquisición de cable y sobre todo aquellos relacionados con el mantenimiento asociado a dichas instalaciones. La teoría relacionada con reducción de márgenes de atenuación naturales debidos 89 . automatización de procesos y sistemas de control en lazo cerrado.
así como por reducción debida a otros factores tales como la altura de colocación de los dispositivos. en entornos y aplicaciones donde se requieran respuestas del orden de milisegundos. por ejemplo. por sus características intrínsecas. El poder de procesamiento. la reducción de consumo se constituye en una prioridad. El tema del consumo de potencia y la consiguiente autonomía del sistema. facilitan el diseño óptimo de una red de monitoreo. cuando se carece de redes 90 . El tema de monitoreo climatológico. no perjudiquen la eficiencia del sistema. dado que los factores que afectan el funcionamiento óptimo de la red de transmisión son numerosos. obstáculos y propiedades de los obstáculos presentes. en procesos de implementación real en cultivos y otros entornos productivos. potencia el diseño de soluciones económicas pero confiables y eficientes.a la distancia. fuentes de interferencia. permite que tiempos de latencia grandes. Especialmente en aplicaciones donde el tiempo de latencia no puede ser relativamente grande en términos de respuesta del sistema en tiempo real. teniendo como ventaja la posibilidad de obtener un dato más exacto del punto de rocío. se encontró que los sensores se encuentran dentro de la gama de dispositivos de mayor exactitud. debe ser un asunto que hay que analizar con cuidado. entre otros. bajo consumo y facilidad de acondicionamiento. la facilidad de uso y el bajo consumo de energía de los microcontroladores actuales. El presente trabajo ha incorporado el uso de microcontroladores en las tarjetas principales de los módulos de medición y coordinador para comandar las tareas de medición de variables climatológicas y sincronización de datos entre dispositivos y la computadora. la variedad. Los componentes elegidos han hecho de este diseño una solución sencilla pero ajustada a los requerimientos de la aplicación. altura del terreno. cambiantes y difíciles de analizar en conjunto. No obstante. Sin embargo. es indispensable la realización de pruebas de alcance reales. Se eligieron para el diseño sensores digitales que incorporan en el mismo encapsulado la medición de temperatura y humedad relativa. Como ventajas adicionales.
y otra como aplicación cliente con interfaz de usuario. El software computacional se dividió en dos aplicaciones principales: una actuando como servicio en el sistema operativo. La primera realiza. 91 . La segunda es aquella desde donde el usuario configura el funcionamiento de la red y la cual suministra los datos de acuerdo a sus necesidades. de modo transparente para el usuario. El software de administración y almacenamiento de datos de la red de monitoreo constituye un elemento de gran importancia en cuanto a que permite al usuario interactuar con la red. las tareas relacionadas con la sincronización de datos y parámetros de configuración con los nodos de la red.de potencia eléctricas y el sistema debe cierta autonomía. así como la generación de alarmas según umbrales establecidos por el usuario.
como alternativa a la de alimentación con baterías. y especialmente en el sector agrícola.7. Así mismo. aumentando la autonomía del sistema. Este diseño se presentó como alternativa de reducción de cableado para la parte de control. por ejemplo. existen otras variables físicas de gran incidencia en favor de un estudio y pronóstico del fenómeno. en aplicaciones tales como el control de heladas. los cuales consumen considerablemente mayor energía que los de medición. RECOMENDACIONES El monitoreo de temperatura y humedad relativa en tiempo real es de gran utilidad en la agricultura. brindando mayor flexibilidad a la hora de implementar el sistema en otro tipo de aplicaciones. es clara la utilidad que este tipo de redes de dispositivos puede tener en sistemas de automatización de invernaderos y de otros procesos industriales. En este diseño 92 . Otro tema que merece mención es el de suministro de energía. con respaldo de batería recargable. entre otros. que permitan la incorporación de otro tipo de sensores. y se basó en la utilización de baterías para el suministro de energía para los módulos de medición pensando en una autonomía de alrededor de 1 año para dichos dispositivos. Sería muy beneficioso estudiar la posibilidad de incorporar un sistema de alimentación mediante paneles solares. Esta posibilidad sería bastante atractiva. que se ajusten al nivel de tecnificación de cada uno de los posibles clientes. por ejemplo. por lo cual cada dispositivo final puede incorporar electrónica asociada al manejo de actuadores. En este orden de ideas es factible concebir un módulo de medición con entradas adicionales de voltaje y/o corriente. para obtener una respuesta óptima del cultivo. No obstante. sistemas de calefacción y motores. tales como electroválvulas. para el caso de la alimentación de los módulos repetidores. El presente diseño puede quedar evidentemente limitado en el sentido de que los módulos fueron estrictamente diseñados para la medición de temperatura y humedad relativa.
como se discutió en este documento. aunque un ahorro considerable en desarrollo. Concretamente. este trabajo debe servir como modelo de aplicación de la tecnología inalámbrica en sistemas de redes de sensores y medición en tiempo real. basado en un análisis comercial serio. De otra parte. ambos en un mismo encapsulado. pero con un amplio abanico de posibilidades en el ámbito de la automatización y control de procesos del sector agrícola e industrial. En términos de costo de materiales esto representa un sobrecosto de alrededor de 20 dólares por dispositivo. pero esto en algunos casos puede representar un problema debido a que en algunos sitios no se dispone de redes eléctricas. Sería interesante hacer un estudio sobre la viabilidad de desarrollar un stack o protocolo propio.dichos módulos se alimentan con baterías recargables o desde la red eléctrica. este diseño podría ser susceptible de ser mejorado en el tema de los costos. el módulo de transmisión de radio. incorpora el transceiver y el microcontrolador que implementa el protocolo de red. 93 . Como consecuencia.
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