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Timestamp: 2017-10-18 13:19:36+00:00

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Posible Resumen
Uploaded by Jose Gregorio Olaves Carrasquero
DISEÑO DE UN SISTEMA INALÁMBRICO PARA EL MONITOREO EN TIEMPO REAL DE TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA BAJO INVERNADERO
JAIME ARTURO RODRÍGUEZ RAMÍREZ CÓDIGO: 44951055
UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERÍA DE DISEÑO Y AUTOMATIZACIÓN ELECTRÓNICA BOGOTÁ D.C. 2006
JAIME ARTURO RODRÍGUEZ RAMÍREZ
Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero de Diseño y Automatización Electrónica
Director JOSE ANTONIO TUMIALÁN PhD en Ingeniería Mecánica
PhD José Antonio Tumialán Director del proyecto
Ingeniero Oscar Flórez Jurado
Ingeniero José Andrés Domínguez Jurado
iii .A mi madre y a mi familia por su apoyo siempre incondicional.
AGRADECIMIENTOS El autor expresa su agradecimiento a: José Antonio Tumialán. por la orientación y las valiosas sugerencias recibidas para realizar este trabajo. Todas la personas que colaboraron desinteresadamente para la realización de este trabajo. Ingeniero Agrícola. Luis Angel Barahona. Director de Proyecto. por su aporte personal y profesional. iv .
................................ TECNOLOGÍAS ACTUALES ....2.....4...................... 1..................1......... 1................................................................................................1...15.......16 Consumo de energía e incorporación a la red......................................................2.......3.....16 Topologías................................................2............3........................................................6 Soluciones de monitoreo con descarga de datos por lotes. ESTÁNDAR IEEE 802.....................6 1........ PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.............................7 1.........................................17 v ..........12 2..13 Tipos de dispositivos ..............6 Red cableada con descarga de datos en tiempo real...............1...............8 1...7 Redes inalámbricas con descarga de datos en tiempo real....................4 frente a otras tecnologías inalámbricas . 2.......... 2.................... TECNOLOGIA INALÁMBRICA. Importación y distribuidores nacionales.............9 2...1 1.12 2.. ............ CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL DISEÑO............................ 1.................... ANTECEDENTES.............. .1..................15..2..... MARCO LEGAL Y FRECUENCIAS DE OPERACIÓN.2.......12 2.4........1...2.....6 1..........................4....3...CONTENIDO INTRODUCCIÓN .........2..... 2........................................................ El estándar IEEE 802.........1.......................................3............1.............................1... DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA SOLUCIÓN PROPUESTA ......2............17 2. ...................................
................43 3...................23 Antenas .......................39 Protección de los instrumentos contra la radiación solar..........................3.. SELECCIÓN DEl TRANSCEIVER ...41 3....2..............................................................36 3... 2........................................................................5..........1... ANALISIS DE COSTOS........3....................1.6.... Componentes de un sistema de comunicación inalámbrica ......................30 2........2...1........................27 Análisis de resultados...........2..2..... Metodología de prueba........ DISEÑO DE LA ETAPA DE MEDICIÓN .... El invernadero ................................... 2.5.................. ..................................... 3.................. PRUEBAS PRELIMINARES EN CAMPO ..........26 2................................ Temperatura ........................ Humedad relativa ......2........................4....................5................ 2. SELECCIÓN DE SENSORES ..........................2.....................1............1................................................... CONSIDERACIONES SOBRE OBSTÁCULOS Y RUIDO ....2..........24 Consideraciones sobre el montaje .....26 2..............38 3.............48 vi ....4............................2...................38 3..........................2..................6..1...........1....1........7..............5.... Instrumentos convencionales ............................42 3.........................2................... 3................. 2........ Sensores capacitivos y resistivos..........................................42 3..1................38 Estándares de medición de condiciones meteorológicas............23 Conceptos de línea de vista ...................................................................................19 2...........1..................22 2.............1...........42 3.......... CONSIDERACIONES GENERALES .......................2....6.......5......................................................
............ BENEFICIOS ............................. 4.................................2.1.............................2...................................................... APLICABILIDAD FUTURA....................................3........ DISPOSITIVOS...........2............................................59 4.......................1..1..............53 4......................6..........2.....4.........72 5.............1........... Módulo de medición........................................5.................................1....57 4............. CONSIDERACIONES GENERALES ..................4.. Diagrama de flujo para el PIC16LF688 en el módulo de medición 58 4..........................56 4.......................1.............72 vii ............... Diagrama funcional del circuito.. ANÁLISIS DE CONSUMO DE ENERGÍA ..3. MODELO DE REQUISITOS .............2.........................1..................................3......62 4..53 4............ METODOLOGÍA DE MONTAJE EN CULTIVO........................... CALIBRACIÓN Y MANTENIMIENTO ..72 5......................62 Control automático de riego en cultivos................1...........3.............52 4................................................................... Monitoreo de variables en procesos industriales..... Diagrama funcional del circuito ......................... Módulo repetidor.....2...................1..........................................66 5................................................................................61 4............53 4...................................................... DISEÑO DE SOFTWARE..........1.................2......................................1... Coordinador de red................1........... Diagrama de flujo para el PIC16LF688 en el Coordinador.54 4....55 4........................ ..................2........1......... PRUEBAS PRELIMINARES ..................4.........1...60 4.... DISEÑO DE MÓDULOS DE MEDICIÓN Y TRANSMISIÓN.64 4.....1....63 4...............
. Exportar Datos ........................... Iniciar y detener sistema ...........1............................................................................... Diagrama de flujo ....1.......77 5............1.. 5......5................. Descripción del problema ................................ Descargar datos ....................5.................... Configurar nodos...........84 Registro de datos y de sucesos........6..................4. Diagramas de secuencias ..........1...........4.............................................85 5................ 5...........3..............82 5...................3...................1...................................................2.............................3..76 5....78 5..........5...... MODELO DE ANÁLISIS ...............1.........................................................1....................4.........1........2............4..............80 5....................4................1................ Consultar datos ..............4............................................... 5.............................1........75 5.................75 5....1.............1.............85 5............................................. BASE DE DATOS Y MODELO ENTIDAD-RELACION .....74 5....2..........2..........3............... 5.........3.....3........2.................4...79 5...................................3....................5.......83 5.................................. DISEÑO GENERAL DEL PROGRAMA DE COMPUTADORA ...... 5...........73 Diagrama de clases ..........................5...........................................81 5......................72 Diagrama de casos y usos ............1.................84 5.................1..............83 Información de sucesos.............85 viii .......... Enviar configuración......................2................3........3............... Servicio del sistema operativo ...................................................... Aplicación cliente .................................3......84 Opciones generales......2..........3........... Consultar estado ...............3..........5............. Información y configuración de nodos ...............7...84 5..........
..1.............................85 6..........................................................92 BIBLIOGRAFÍA . Interfaces preliminares ........2........89 7...........................................................................................................................................5..................................................... CONCLUSIONES .........................94 BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA............................................................. RECOMENDACIONES...........................96 REFERENCIAS INTERNET ..........................5.................................................................98 ix .
............................... Especificaciones SHT1x / SHT7x de Sensirion ........ .LISTA DE TABLAS Tabla 1.................................... ............... 64 x ............................................................... Niveles de intensidad de la señal...................... 29 Tabla 7......... Características de las principales tecnologías inalámbricas..... 14 Tabla 2.......... 37 Tabla 11.... 35 Tabla 9...................................... Ganancias requeridas según márgenes de atenuación y distancias entre puntos.... Ganancia de las antenas en cada bloque........... ............ Comparativa de costos entre un sistema cableado y uno inalámbrico..... Características del módulo ETRX1........................................................... ............ Especificaciones HTS2010SMD de Humirel........................................... ............................ 44 Tabla 14.. Sensores de temperatura y sus características ........ 14 Tabla 3.................. 35 Tabla 8.................................... ......... Pruebas de alcance en finca piloto con cultivos de hortalizas............. 51 Tabla 18... 36 Tabla 10... 22 Tabla 5.... Comparación de tecnologías inalámbricas......... 41 Tabla 13........................................................................................................... 22 Tabla 4............................ Características de respuesta del instrumental meteorológico..... Análisis de consumo módulo inalámbrico...... ... ..... Características de radiofrecuencia del módulo ETRX1 de Telegesis....................................... ... Valores de exactitud y resoluciones recomendadas........... ..... ........... 50 Tabla 17............................... 40 Tabla 12................................. Especificaciones HIH-3610 de Honeywell .... 45 Tabla 16. Ganancia de las antenas en cada bloque............................. ........................... 45 Tabla 15.... ..... 28 Tabla 6.... Resumen de características de sensores de temperatura.....................
..................................... 80 Tabla 27....... 77 Tabla 24............ ............................. Flujo principal del caso de uso Configurar nodos..................................... Flujo principal del caso de uso Iniciar y detener sistema..... 65 Tabla 20......... 76 Tabla 23............ 71 Tabla 22. Resumen de mediciones iniciales.................... ....... Flujo principal del caso de uso Enviar configuración..... 69 Tabla 21..... .. ............ 82 xi .................. 81 Tabla 28.............. ............. 79 Tabla 26............................. 78 Tabla 25.. Flujo principal del caso de uso Exportar datos............. Flujo principal del caso de uso Descargar datos............. Resumen de la segunda serie de mediciones..... Flujo principal del caso de uso Consultar datos............ Flujo principal del caso de uso Consultar estado.. ............... ............................................ ....................... Análisis de consumo para el módulo de medición..Tabla 19...........
Enfoque de energía de una antena omnidireccional.............. Metodología de diseño........................................ Configuración de transceiver comandado por microcontrolador......LISTA DE FIGURAS Figura 1...................................... Tipos de antena según el enfoque de energía... Diámetros de la Zona Fresnel según distancia y frecuencia de operación............................. Tarjeta con módulo inalámbrico de prueba de eco del Kit de Desarrollo........................... Distribución de los bloques en finca piloto con cultivos de hortalizas.................................................................. .............................................................................. ............ ......................4 ....... ...... ................................................................................................. ..................................... 24 Figura 9.................................... 24 Figura 10.. 10 Figura 4........... Esquema funcional general.. Vista de los cultivos bajo invernadero en la finca.. 39 xii ....... 17 Figura 6............ 15 Figura 5. . Diagrama funcional de hardware y software ............................................................................................... 30 Figura 15.... .......................................................... 9 Figura 3.... 5 Figura 2................ ........................................ Arquitectura en capas para el estándar IEEE 802................................................................................ 21 Figura 8....................................... 27 Figura 13................... Imagen del ETRX1 ....... 20 Figura 7............................................................ 28 Figura 14..... 32 Figura 17.... Localización de nodos finales y nodos repetidores en los bloques de la finca............ .................................................. 25 Figura 11........................................... 31 Figura 16..... Invernadero..... .................. Topologías ....................... Zona Fresnel entre dispositivos inalámbricos ................................... Factores de atenuación de señal.................... 26 Figura 12...................................... .................................................15..
................................ Exactitud en la familia de sensores SHT1x / SHT7x .................................... ....................................... 56 Figura 25............... 48 Figura 21....................................... 79 xiii .............. Diagrama de pines del microcontrolador PIC16LF688..... 74 Figura 34................ 70 Figura 33................................... ....................................... ...................... ................................................ Imágenes del circuito de prueba comandado por calculadora Hewlett Packard..... 75 Figura 35.................................................................... 48 Figura 20........... Diagrama de flujo del módulo coordinador gestionando nodos de la red.................................... 78 Figura 38.... microcontrolador y memoria........................................ Diagrama funcional del módulo de medición................................................. 57 Figura 27.......................... Diagrama de secuencia Consultar datos ........... 77 Figura 37..... ..... 60 Figura 29....................... 67 Figura 31........................... 57 Figura 26.... Montaje típico del SHT1x / SHT7x .............................................. Dispositivos que conforman una red de monitoreo típica ...................... 69 Figura 32...... Diagrama de flujo de sincronización con el programa de Servicio.............................................. Gráfico de la segunda serie de resultados de medición de temperatura y humedad relativa..... 59 Figura 28.. 55 Figura 24.................. ................................................................ Diagrama de secuencia Iniciar y detener sistema .......................................................................Figura 18....... .............. Diagrama de casos y usos ...................... Diagrama de clases ....... .................... Diagrama funcional del circuito de prueba de sensor................... Diagrama de secuencia Consultar estado . Diagrama de flujo para el módulo repetidor................................................ 67 Figura 30. 76 Figura 36.......... 54 Figura 23..................................... Gráfico de primera serie de resultados de medición de temperatura y humedad relativa........... ................ Diagrama de secuencia Configurar nodos ...................... Filtro para sensores SHT1x ...................... Diagrama de flujo para el módulo de medición.......... 53 Figura 22............... 47 Figura 19............... ... Diagrama funcional del módulo Coordinador...............................................
......................... Entorno general de la aplicación cliente....... ..........Figura 39. Diagrama de secuencia Enviar configuración ................. 87 Figura 45.... Modelo entidad relación. Interfaz para la edición de la tabla GRUPOS....... ........... 87 xiv ................................................. ........... 82 Figura 42............... 81 Figura 41....................... Diagrama de flujo de sincronización con el programa de Servicio.......................................... 83 Figura 43................... Diagrama de secuencia Exportar datos .................................................. 80 Figura 40......... .............. Diagrama de secuencia Descargar datos .. 86 Figura 44......................
BYTE: conjunto de ocho bits. Unidad fundamental de la información. especialmente aplicada a la agricultura.GLOSARIO AGROMETEOROLOGÍA: es la ciencia que trata el estado del tiempo en la atmósfera terrestre. xv . 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. BPS: siglas de bits por segundo. DATALOGGER: Dispositivo portátil utilizado para registrar mediciones a lo largo del tiempo de manera autónoma. BIT: dígito binario. PUNTO DE ROCÍO: Se llama así. Diseñado para aplicaciones de corta distancia (<10m). ELECTROVÁLVULA: válvula cuya apertura o cierre se logra por medios eléctricos. PIC: siglas de circuito integrado programable. 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.
xvi .11. WiFi. 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. SOLENOIDE: dispositivo eléctrico utilizado para la apertura y cierre de una electroválvula. Wi-Fi: (o Wi-fi.RS-232: estándar de comunicación serial usado en los PC y en la calculadora HP48. wifi) es un conjunto de estándares para redes inalámbricas basado en las especificaciones del estándar IEEE 802. Wifi.
y transmisión de datos en tiempo real. así como responder de manera oportuna ante los riesgos que puede involucrar el impredecible comportamiento climatológico. para efectuar la medición. así como facilidad de implementación y gran número de nodos. Un sistema de medición y registro ágil. para monitorear el comportamiento de la temperatura y la humedad relativa dentro de un invernadero. localizados en cada área productiva del cultivo. registro y almacenamiento de datos en tiempo real. para ser aplicado en análisis de grados-día y el monitoreo para el manejo climatológico óptimo en un cultivo de flores. El diseño consiste en una red de dispositivos de medición. xvii . donde es de vital importancia contar con sistemas de medición que permitan optimizar los procesos y la calidad de la producción. en cuanto a bajo costo y consumo de energía. sobre el comportamiento de la temperatura y humedad relativa en un invernadero. El presente trabajo presenta el diseño de un sistema basado en tecnología inalámbrica.15. 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. registro. que entregan los datos de las mediciones vía radiofrecuencia a una computadora central de administración por software. aprovechando las ventajas que ofrece el nuevo estándar de transmisión inalámbrica IEEE 802.RESUMEN Debido a la necesidad de monitorear variables climatológicas en cultivos.4. operados con baterías y por medio de microcontroladores. se ha diseñado un sistema automático de medición.
also to response at the right moment against risks because of unpredictable climatic weather. which send measurement data. This work presents the design of a wireless technology system. located at each cultivation productivity area. battery operated. registering and transmitting data at real time. low consumption. it’s designed a measuring. to computer.ABSTRACT In order to meet today’s requirements with regard to monitoring weather conditions at cultivation. weather. with regard to temperature and relative humidity in greenhouses. easy installation and large number of nodes. by radio. Keywords: wireless. 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. measure. using microcontrollers.4. storing and data supplying automatic system at real time. registering. to monitoring. to be used at day-degrees analysis and optimal weather monitoring management at flowers cultivation. IEEE 802. to monitoring temperature and relative humidity behavior into greenhouses. Agile. where it’s of vital importance to have measurement systems that allow optimize process and productivity quality. xviii .15. agriculture. The design consist of a measuring devices network. taking advantage of new wireless transmission standard features. as regards low cost.
alteraciones del ciclo vegetativo. automatización en el sector agrícola y mejoramiento de los procesos de la industria en general. programar fechas de siembra o ciclos de cultivo. es de gran utilidad en la agricultura permitiendo. pronosticar fechas de cosecha. Además. y por consiguiente en reducción de utilidades económicas. labores agrícolas. 1 . por lo que representan en términos de reducción de costos de instalación y especialmente de mantenimiento frente a los sistemas cableados tradicionales. a la hora de optimizar la respuesta productiva de un cultivo. Soluciones eficientes de comunicación inalámbrica para el registro automático de datos de medición de variables climatológicas. gestión de recursos y tecnología utilizada. plagas y enfermedades. y contribuyen en la reducción de daños fisiológicos en las plantas que se traducen en pérdidas de producto. entre otras. El concepto de grados-día. han producido gran impacto especialmente en el sector agrícola. Como consecuencia. un registro y análisis adecuados del comportamiento climatológico se constituyen en herramientas fundamentales. 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. han abierto las puertas al desarrollo de nuevos sistemas de reducción de cableado y mantenimiento. El presente trabajo presenta el diseño de un sistema de monitoreo para ser aplicado en el análisis de grados-día.INTRODUCCIÓN El estudio de la interacción entre el clima. entre otras cosas. aplicados al control de riego.
las distancias al lugar de recepción de los datos.OBJETIVOS Objetivo general Diseñar un sistema para monitorear en tiempo real el comportamiento de la temperatura y la humedad relativa. para efectuar la transmisión de datos del invernadero. basándose en módulos de medición comandados por microprocesadores. d) Diseñar el hardware necesario para efectuar la medición de las variables climatológicas. y la aplicabilidad futura de la solución. las instalaciones eléctricas disponibles y el uso que se le dará a los datos producto de las mediciones. el almacenamiento y la transmisión de los datos. frente a soluciones tradicionales de transmisión de datos por cable. incorporando el acondicionamiento de las señales obtenidas. las condiciones climatológicas de los lugares donde se implementará. 2 . b) Definir la tecnología de transmisión de los datos. teniendo en cuenta factores tales como. Objetivos específicos a) Identificar la viabilidad técnica de incorporar tecnología inalámbrica. dentro de un invernadero. teniendo en cuenta el uso que se le dará a las mediciones. 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. c) Elegir los sensores adecuados para la medición de temperatura y humedad relativa. los obstáculos físicos.
por ejemplo. estado de baterías o suministro eléctrico).e) Diseñar el software adecuado que permita: configurar los parámetros de medición del sistema (tasas de muestreo. se hace necesario monitorear el comportamiento de variables tales como temperatura. 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. considerando que un sistema que opere sin cables tendría gran impacto en el sector agrícola. radiación solar. No obstante. con base en los requerimientos identificados en tres fincas productoras y exportadoras de flores de la sabana de Bogotá. umbrales para generación automática de alarmas). y el agricultor colombiano puede requerir de soluciones tecnológicas más complejas. Aunque el tema de monitoreo de variables meteorológicas es bastante extenso. En materia de variables físicas a medir. es claro que para aplicaciones tales como el control de heladas. fecha y hora de inicio de medición. dados los altos costos de instalación y 3 . metodológico y comercial para comenzar a fabricar soluciones que satisfagan las necesidades del sector agrícola en este ámbito. ALCANCES Y LIMITACIONES El alcance de este trabajo de grado está de acuerdo con las necesidades planteadas por la compañía COLTEIN LTDA. Es de particular interés para COLTEIN LTDA evaluar la posibilidad de incorporar tecnología inalámbrica para solucionar este tipo de necesidades de monitoreo climatológico. 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. este trabajo se ha considerado un punto de partida a nivel tecnológico. humedad relativa. dirección y velocidad del viento. diagnosticar el estado técnico de funcionamiento (módulos activos o inactivos.
De este modo ha sido posible diseñar los diferentes componentes relacionados con la adquisición y almacenamiento de datos que permita efectuar mediciones en campo. 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 . inicialmente ha sido necesario documentar los requerimientos principales sobre monitoreo climatológico en los invernaderos donde se pretende implementar este tipo de solución. este trabajo de grado llegará hasta la etapa de diseño dada la reciente aprobación y patrocinio por parte de COLTEIN LTDA a este proyecto. con el propósito de medir la validez del diseño planteado. así como la fabricación de soluciones en el tema de automatización de invernaderos y control de riego. es claro que en la actualidad. Como consecuencia. la empresa analizará la viabilidad de implementar sistemas de monitoreo más completos. De otra parte. hay aún pruebas pendientes por efectuar.mantenimiento de cableado de los sistemas de monitoreo y riego que existen en la actualidad. se definieron con exactitud todos los parámetros relacionados con el proceso de medición. METODOLOGÍA Para la consecución de los objetivos propuestos. este trabajo hasta ahora se ha limitado a garantizar la viabilidad técnica del diseño. entre otras. y que es posible utilizarlos en conjunto para los fines propuestos. No obstante. Con base en los resultados obtenidos de este trabajo. Así mismo se ha revisado literatura relacionada con la medición de las variables físicas en cuestión. Aunque es claro el propósito de construir e implementar este sistema de monitoreo.
Metodología de diseño. 5 . No obstante. comandar el sistema y configurar los parámetros generales de funcionamiento del mismo. RECOPILACION DE INFORMACIÓN ANÁLISIS FORMULACIÓN DE PARÁMETROS Y POSIBLES SOLUCIONES DOCUMENTACIÓN DISEÑO CORRECCIONES EVALUACION DEL DISEÑO REVISIÓN Y RECOMENDACIONES Fuente: El autor. así como su protocolo de comunicaciones.módulos de medición y computadora. Una vez diseñado el proceso de transmisión y descarga de los datos del invernadero a una computadora convencional. Figura 1. con miras a efectuar las correcciones y/o recomendaciones a que haya lugar. se diseñó una base de datos y un programa de computadora. se efectuó un análisis y evaluación preliminar del diseño resultante. necesarios para almacenar los datos de las mediciones. es necesario efectuar otro tipo de pruebas que aseguren la eficiencia del sistema. Finalmente.
La solución típica que han implementado fincas de la Sabana de Bogotá. consiste en utilizar 6 . Al adquirir productos directamente del exterior. 1.2. El respaldo técnico ofrecido por estos distribuidores no siempre es el más adecuado. el cliente puede gozar de precios aceptables. CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL DISEÑO 1. Algunos de los factores a considerar con relación a los sistemas actuales de monitoreo son los siguientes: 1. pues muchas veces éste tiene que hacer efectivo dicho respaldo directamente con el fabricante. 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. El agricultor paga elevados costos al adquirir soluciones de distribuidores nacionales.1.1.1. según información del departamento comercial de COLTEIN LTDA. pero tiene mayores dificultades para hacer efectivo el respaldo técnico. Importación y distribuidores nacionales. 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. Soluciones de monitoreo con descarga de datos por lotes.1.1.
1. Finalmente. 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.3. Red cableada con descarga de datos en tiempo real. o sistemas propietarios (sistemas exclusivos de empresas particulares) con buenas prestaciones. Por una parte. la consulta efectiva de la información depende de la frecuencia de la descarga y. y por cable. lo que hace más compleja y costosa su implementación y su mantenimiento.1. Es posible obtener en el extranjero una solución para monitorear datos en tiempo real. la toma de decisiones no es tan oportuna como debería serlo. Redes inalámbricas con descarga de datos en tiempo real. así como la adición de nuevos módulos o cambio en la distribución geográfica de los nodos. Además.dispositivos de monitoreo con transmisión de datos ‘por lotes’ como es el caso de los registradores marca HOBO®1. Esta alternativa presenta varias desventajas.4. que tienen como desventaja su alto costo y gran consumo de energía (cada módulo necesita instalaciones eléctricas). pero con altos costos y problemas de compatibilidad con otros sistemas y con nuevas tecnologías. donde los datos registrados por cada dispositivo deben ser descargados a una computadora manualmente. 1. por ejemplo. 1 Marca registrada de ONSET COMPUTER CORPORATION 7 . utilizando módulos con tecnología WiFi. como consecuencia. Es posible elegir una solución para obtener datos en tiempo real utilizando módulos cableados a un punto central. esta solución obliga a dedicar a una o más personas la labor de descarga de datos.1. por el personal encargado.
• Los dataloggers son importados desde otros países y como consecuencia el soporte técnico no es el mejor. Lo anterior. de acuerdo a las expectativas y necesidades del mercado colombiano.2. por un sistema de monitoreo para contar con datos de mediciones en tiempo real. • Se puede utilizar un dispositivo de mano que vende el fabricante para descargar los datos directamente en el cultivo. 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. sistematización y automatización. Los clientes en mención tienen instalado actualmente un sistema de monitoreo basado en dataloggers marca HOBO® de la familia H8. con base en las expectativas manifestadas por uno de sus clientes en materia de monitoreo climatológico. Se requiere. 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. compañía especializada en el diseño. • El sistema actual es un sistema cerrado.1. dado que cuando un dispositivo se daña. tiene que ser enviado nuevamente al fabricante en el extranjero. para el mejoramiento de los procesos operativos de la industria en general. 8 . que proporciona los datos de las mediciones en un formato de archivo de computadora que dificulta el proceso constante de descarga de los datos. Este sistema no cumple sus necesidades básicamente por las siguientes razones: • El sistema actual no proporciona datos en tiempo real. por lo tanto. pero estos dispositivos son muy delicados y su vida útil muy reducida. en el sentido de remplazar su actual sistema de registro de temperatura y humedad relativa con descarga por lotes. desarrollo e implementación de soluciones de ingeniería.
operado por baterías. Esquema funcional general. 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. Descarga de datos: El coordinador recibe los datos adquiridos y los almacena localmente. La figura muestra el esquema general de funcionamiento del sistema. en tiempo real. para monitorear las condiciones climatológicas de los cultivos y para utilizarlos en el análisis de grados-día. transfiriéndolos a la computadora. Cada datalogger registra y transfiere al coordinador las mediciones efectuadas por los sensores según el intervalo definido por el operador del sistema.Dados los anteriores inconvenientes. Módulos para medición de temperatura y humedad relativa en invernadero Coordinador Monitoreo en campo: Cada datalogger. así como otros parámetros de funcionamiento Fuente: El autor. cuando ésta está conectada.3. Cada bloque puede considerarse como un microclima 9 . 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). Figura 2. se ha identificado la necesidad de diseñar una solución que suministre datos de mediciones de temperatura y humedad relativa en los cultivos del invernadero. 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. incorpora sensores de temperatura y humedad relativa. 1. periódicamente. Desde la computadora el operador puede configurar los intervalos de muestreo de cada uno de los dataloggers.
Como consecuencia. se requerirá de un solo dispositivo ‘coordinador’ por finca y de una computadora convencional para efectuar las labores de recepción.independiente. 10 . será que se disponga de un solo dispositivo de medición en cada uno de los bloques que conforman la finca. umbrales de alarma y otros. Figura 3. En la práctica una finca puede tener entre 10 y 50 bloques. almacenamiento y consulta de datos. tales como tasas de muestreo. Diagrama funcional de hardware y software Cultivos bajo invernadero Oficinas o centro de recepción de datos Sensores de Temperatura y Humedad Relativa Hardware de recepción Hardware de comunicación PC Hardware de comunicaciones Almacén de datos Microcontrolador Microcontrolador Aplicación Hardware de almacenamiento Interfaz de usuario Resultados e informes Hardware de comunicaciones Hardware de comunicaciones Medición de variables físicas en invernadero Módulo registrador en invernadero gobernado por microcontrolador Medio de transmisión Módulo coordinador gobernado por microcontrolador Computadora para procesamiento y almacenamiento de datos Fuente: El autor. así como la configuración de los parámetros generales del sistema. De otra parte. lo normal en una aplicación real de monitoreo climatológico bajo invernadero. Es decir que el número de dispositivos de medición o dataloggers en un sistema está en proporción directa con el área de la finca.
En el cultivo se disponen los módulos de medición que incorporan los sensores de temperatura y humedad relativa. 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.La figura 3 muestra un diagrama de bloques de los componentes de hardware y software que componen la solución. 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. 11 .
etc. tales como redes de sensores y sistemas de control. de bajo consumo. video. TECNOLOGÍAS ACTUALES En la actualidad existe una variedad de estándares internacionales de transmisión inalámbrica por radiofrecuencia tales como Bluetooth y WiFi.2. 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. En contraste a las aplicaciones típicas para las que fueron diseñados Bluetooth y WiFi. 2. para incrementar la vida de las baterías y con la posibilidad de incorporar gran número de módulos en una sola red. seguros.15. 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. 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. TECNOLOGIA INALÁMBRICA. estos sistemas no necesitan transmitir grandes volúmenes de información a grandes velocidades.1..4. IEEE ha desarrollado un nuevo 12 . En cambio. ESTÁNDAR IEEE 802.2. a expensas de un gran consumo de energía y alto costo. entre otras. 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. Sin embargo. redes de computadoras. que posibilitan la transferencia de grandes volúmenes de datos a alta velocidad para aplicaciones de voz.
control industrial. Si se mira el caso del tipo de comunicaciones que se producen en una red de sensores o actuadores. Este estándar.4 frente a otras tecnologías inalámbricas En el cuadro 1 puede apreciarse una comparativa de las tres tecnologías más conocidas. 2. 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 .1. 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. o efectuar una operación periódicamente. operando en frecuencias que no requieren de permisos de entidades gubernamentales a nivel internacional y transmitiendo a tasas de 250 Kbps. Esta tecnología resulta apropiada para aplicaciones de automatización de edificios. permite el desarrollo de redes inalámbricas de bajo costo y sencillez de implementación.15. el IEEE 802. con módulos que pueden ser alimentados con baterías durante periodos de hasta un año o más. sensores inalámbricos. El estándar IEEE 802.4. entre otras.15. la gran mayoría de los dispositivos pueden estar inactivos hasta que necesitan enviar información o activarse al ‘detectar algo’. Además de ser paquetes pequeños de información.estándar ratificado a finales del año 2004.2.
8.4 define una tecnología inalámbrica con velocidades comprendidas entre 20 Kbps y 250 Kbps y rangos de 75 m. 868 MHz (Europa) y 915 MHz (EEUU).15. Bluetooth 1 Mbps IEEE 802.4 GHz (a nivel mundial). El estándar IEEE802. Emerging Standards.4GHz (16 canales).Tabla 1. 0. bajo coste Aplicaciones Navegar por Internet. La transferencia de datos es de hasta 250 Kbps en la banda de 2.11b 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.domodesk.2mA en reposo 30mA transmitiendo. Característica Autonomía de energía Precio Complejidad Nodos Latencia Rango de transmisión Tasa de transmisión Seguridad IEEE 802.15. productos dependientes de la batería.4 250 Kbps Fuente: http://www. Características de las principales tecnologías inalámbricas. 3uA en reposo Ventajas Gran ancho de banda Interoperatividad.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. sustituto del cable Batería de larga duración. informática casera Control remoto. hasta 40Kbps en 915MHz (10 canales) y a 20Kbps en la de 868MHz (un solo canal) Tabla 2. 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 . Pag. sensores. Estándar Wi-Fi Ancho de Banda Hasta 54Mbps Consumo de potencia 400mA transmitiendo. juguetería. transferencia de archivos USB inalámbrico.15. Scientific & Medical) de 2. móviles. redes de ordenadores. Comparación de tecnologías inalámbricas. 20mA en reposo 40mA transmitiendo.com. 2004. Puede usar las bandas libres ISM (Industrial. Bob. 128bit IEEE 802.
finalmente. aparece la estructura de la arquitectura en capas. El objetivo. la capa de aplicación queda a cargo de las empresas que incorporan la tecnología en sus diseños.15. Figura 4. Arquitectura en capas para el estándar IEEE 802. es que un sensor equipado con un transceiver de esta tecnología pueda ser alimentado con baterías por más de un año.4 GHz. Está diseñado para mantener transmisiones de mayores volúmenes de datos pero a costa de un mayor consumo de energía.4 APLICACIÓN MARCO DE APLICACIÓN CAPA DE RED Y DE SEGURIDAD CAPA MAC CAPA FÍSICA Definida por el usuario Compañías promotoras IEEE Fuente: HEILE. Las capas de protocolos de red y seguridad son definidas por las compañías promotoras del estándar y.4.15.15. 2004. Las primeras dos capas. en la figura 4.4 usa la DSSS (secuencia directa de espectro ampliado) en la banda 2. Pag. Bob. 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. son definidas por el estándar IEEE 802. Emerging Standards. el estándar IEEE 802.4 GHz. Siguiendo el estándar del modelo de referencia OSI (Open Systems Interconnection).potencia (sleep) con objeto de consumir menos que otras tecnologías inalámbricas. la física (PHY) y la de acceso al medio (MAC). 15 . 8. Al igual que WiFi.
4 maneja tres tipos de dispositivos: El coordinador de red. requiere memoria y capacidad de computación. El dispositivo de función reducida (RFD) de capacidad y funcionalidad limitadas (especificada en el estándar) con bajo costo y simplicidad. Normalmente se opera con energía de la red AC ya que debe operar permanentemente. El dispositivo de función completa (FFD) capaz de recibir mensajes. Se operan normalmente con baterías. Creados para ser incorporados en módulos junto con sensores y/o actuadores de la red. La memoria adicional y la capacidad de computación. Éste puede funcionar como un coordinador de red.2.2.15. Normalmente se opera con energía de la red AC ya que tienen que estar permanentemente escuchando transmisiones en la red para retransmitirlas. 16 . es el más sofisticado de los tipos de dispositivos. el estándar IEEE 802. que mantiene en todo momento el control del sistema.3. dado que no se utilizan como repetidores. lo hacen ideal para hacer las funciones de repetidor. 2. 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. Consumo de energía e incorporación a la red El bajo consumo de potencia es una de las características más importantes de esta tecnología. que normalmente es de unos 30 ms. 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. Tipos de dispositivos A nivel lógico.2.2. considerablemente menor a la de tecnologías como WiFi y Bluetooth (transición y enumeración mayores a 3 s).
El protocolo de enrutamiento elimina las rutas menos óptimas. La red final puede tener hasta 65535 nodos. MARCO LEGAL Y FRECUENCIAS DE OPERACIÓN Los sistemas de telecomunicaciones basados en el estándar IEEE 802. “Los dispositivos de espectro ampliado operan desde el año de 1985 y 17 . Emerging Standards. 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.4. 2. En la topología de malla.2.15. así como las tecnologías Wi-Fi y Bluetooth se basan en la tecnología de espectro ampliado.3. Figura 5. el coordinador es responsable de inicializar la red y de elegir los parámetros de la red. pero la red puede ser ampliada a través del uso de repetidores. Topologías La red de nodos puede configurarse básicamente en tres topologías: Estrella.4. malla y árbol. se comunican únicamente con el coordinador. 2004. Todos los demás dispositivos. Topologías Fuente: HEILE. Pag. conocidos con el nombre de dispositivos finales. En la topología estrella. Bob.2. 8.
Jairo Augusto. Salto de Frecuencia con sus correspondientes características técnicas. 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.co 18 .5 MHz y de 5 725 a 5 850 MHz. de banda ancha y baja potencia. y se dictan otras disposiciones”3 se permite el uso de varios sistemas de acceso inalámbrico entre ellos Wi-Fi. las cuales pueden enumerarse de la siguiente forma: 2 ORTEGON BOLIVAR.mincomunicaciones. Allí se dan algunas advertencias reglamentarias en dichas bandas para no causar interferencia perjudicial a otros servicios de telecomunicaciones. de 2 400 a 2 483. 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. empleando un código independiente al de los datos. Científicas y Médicas (ISM) de 902 a 928 MHz.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.4. Y define las modalidades de Secuencia Directa.15. mediante sistemas de acceso inalámbrico y redes inalámbricas de área local. 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. 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. Bluetooth y el estándar IEEE 802.gov.
Banda de 5 250 a 5 350 MHz. 19 . Bajo este escenario habría que diseñar e implementar las 4 ORTEGON BOLIVAR. e). Sin embargo. no van incluidas en el chip. 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.4.15. las capas siguientes. en aplicaciones de redes de sensores. c). 2. la capa física y de control de acceso al medio de la arquitectura de los dispositivos.4. están definidos bajo el estándar IEEE802.a). y Banda de 5 725 a 5 850 MHz. de protocolo de red y seguridad. y como tales van incorporados en el transceiver. Se optó por incorporar esta tecnología en el diseño. d). f). Freescale Semiconductor. SELECCIÓN DEL TRANSCEIVER Compañías Microchip.15. La regulación estatal colombiana promueve los sistemas inalámbricos wi-fi y bluetooth. dadas sus evidentes ventajas frente a otros estándares de transmisión inalámbrica. b). para prestar servicios de telecomunicaciones a terceros los operadores deben tener la autorización respectiva”4. “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. Jairo Augusto. otras. Banda de 902 a 928 MHz. Banda de 2 400 a 2 483. como entre Texas muchas Instruments. Banda de 5 470 a 5 725 MHz. Como se discutió en la sección 2. Comercialmente es posible adquirir los transceiver por separado teniendo únicamente la implementación de la capa física y de control de acceso al medio. Banda de 5 150 a 5 250 MHz. que comanda el protocolo de comunicaciones conectándose directamente al transceiver. Ember. dispositivos de distribuyen actualmente comunicación con tecnología basada en el estándar IEEE802.5 MHz.4.2. Por su parte.
seguridad de las transmisiones. Según lo anterior. no es descartable la idea de desarrollar el protocolo dado el gran ahorro en costos.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.siguientes capas de la arquitectura para manejar la parte de protocolo de red.microchip. Fuente: Página principal de Microchip http://www. exonerándolo de las complejidades del protocolo de red. es decir el desarrollo de la aplicación final. No obstante. Como es de suponerse. Este trabajo se ha limitado a adoptar el uso del módulo encapsulado incluyendo transceiver RF y microcontrolador. Mientras el sólo transceiver puede costar alrededor de 2 a 4 dólares. ruteo para topologías de malla y árbol. únicamente la implementación de la capa de usuario. este tipo de encapsulado resulta más costoso que adquirir transceiver y microcontrolador por separado. Esta no es una tarea fácil y por ello. a futuro. Configuración de transceiver comandado por microcontrolador. etc. varias compañías han desarrollado su propio stack para implementar esta funcionalidad. es posible adquirir comercialmente módulos que incorporan en un mismo encapsulado. dado que el sólo diseño del protocolo de red representaría un desarrollo considerable fuera de los objetivos de este trabajo. el encapsulado con el stack puede valer más de 30 dólares. 20 . que se apreciaría más cuando se comercializa un gran número de unidades. y de acuerdo posiblemente a un estudio de mercado. Figura 6.
la mayoría de módulos que se consiguen comercialmente no tienen una funcionalidad de red completa aún. basada en el transceiver EM2420 de la compañía Ember.15. El ETRX1 a diferencia de otros. desde una computadora.telegesis. incluyendo el EmberNet/EmberZNet stack. sino mediante desarrollo de software. se ha seleccionado el módulo ETRX1 de la compañía Telegesis. Figura 7.4. funcionamiento en modo cíclico. implementa la funcionalidad de repetidor para topología de malla y árbol. La mayoría no incorporan la funcionalidad de repetición. modos de consumo. Además. Este instrumento resulta muy útil a la hora de efectuar pruebas de alcance y de configuración.15. y por lo tanto no es posible implementar de manera simple la topología malla y árbol. repetidores o dispositivos finales. http://www.4 es una tecnología aún en evolución.com 21 . dirección.Dado que el estándar IEEE802. así como definir otros parámetros de funcionamiento. tales como canales de operación. a través de comandos. la compañía distribuye un Kit de desarrollo que permite. Imagen del ETRX1 Fuente: Hoja de datos de la página principal de Telegesis. Luego de considerar varias alternativas para efectuar las comunicaciones inalámbricas. configurar los módulos inalámbricos para que operen como coordinadores. compatible con el estándar IEEE802. mediante tarjetas RS-232.
4 • Puede actuar como FFD.4 11 a 26) • Potencia de salida de hasta 3dBm Fuente: Hoja de datos de la página principal de Telegesis.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 802.15.com Tabla 4. Características del módulo ETRX1. • 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. 2. http://www.7V – 3. CONSIDERACIONES SOBRE OBSTÁCULOS Y RUIDO Esta sección expone algunas consideraciones con respecto a la instalación de los 22 . Las siguientes son las tablas de características del ETRX1 dadas por el fabricante. • Basado en el transceiver Ember EM2420. Tabla 3.4 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 2.45mm • Antena integrada o antena externa mediante conector Hirose U.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. • Tamaño 37. RFD y Coordinador • Incluye el transceiver Ember EM2420 • Hasta 8 MIPS de procesamiento • El módulo viene con software de interface mediante comandos AT.5. http://www.telegesis.15. Características de radiofrecuencia del módulo ETRX1 de Telegesis.15.El ETRX1 tiene un alcance de transmisión con línea de vista de hasta 135 m.FL • UART para fácil comunicación • Cumple con el estándar IEEE 802.com 2.75 x 20.telegesis.
La primera se refiere a la posibilidad de ver de un punto a otro punto. La segunda.5. para tener en cuenta a la hora de implementar un sistema.1.2. Conceptos de línea de vista Es común hablar del concepto de línea de vista en sistemas de comunicación inalámbrica. en cambio.5. 2. En un sistema de transmisión pueden existir elementos físicos de obstrucción y ruido o interferencia. entre un dispositivo transmisor y uno receptor. implica no sólo ver de un punto a otro. debe diferenciarse entre línea de vista visual y línea de vista RF. comúnmente denominado zona Fresnel. sino que exista además un camino entre los dos puntos en forma de balón de fútbol americano. 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. 23 . de modo que una línea recta une los dos puntos. que pueden limitar la capacidad de un sistema para transmitir datos de un lugar a otro. Sin embargo.dispositivos de transmisión inalámbrica. 2. con el propósito de optimizar el rango de alcance de transmisión.
La forma como se enfoca la energía depende de su diseño y aplicación.telegesis. 24 .5. 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. Figura 9.4GHz) 5. La tabla presenta algunos valores de diámetros según distancias y frecuencias de operación. Distancia 300 m 1. que el diámetro necesario para la zona Fresnel depende de variables tales como la frecuencia de transmisión y distancia entre los puntos. Diámetros de la Zona Fresnel según distancia y frecuencia de operación.telegesis. Antenas La antena es un dispositivo que enfoca la energía en una dirección en particular.3.Figura 8. además. http://www. http://www. Debe tenerse en cuenta. Zona Fresnel entre dispositivos inalámbricos Fuente: Página principal de Telegesis. mayor alcance es posible lograr.com 2. Esto quiere decir que entre más alto se sitúen los dispositivos.4 m 8.2 m Fuente: Página principal de Telegesis.2 m 20.4 m 15.com Para poder lograr el máximo alcance.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.
1 dBi (6 dBd): 17º de ancho de haz vertical 25 . Ganancias típicas pueden ser las siguientes: 2. podemos distinguir entre dos tipos de antenas: • Antenas omnidireccionales: enfocan la energía en varias direcciones.Figura 10.com Una antena es llamada de alta ganancia cuando concentra la energía mucho más en una dirección. dado que al enfocar la energía en más direcciones existirán más caminos para que la señal alcance su objetivo final. Tipos de antena según el enfoque de energía.1 dBi (3 dBd): 33º de ancho de haz vertical 8.telegesis. es muy posible que una antena de baja ganancia omnidireccional logre mayor alcance que una de alta ganancia unidireccional. http://www.1 dBi (0 dBd): 75º de ancho de haz vertical 5. Fuente: Página principal de Telegesis. lo que en la práctica permite lograr mayores alcances de transmisión en entornos donde hay línea de vista. En este orden de ideas. Debe tenerse en cuenta que en entornos donde no es posible obtener línea de vista.
com • Antenas direccionales: enfocan la energía especialmente en una dirección.1 dBi (13 dBd): 35º de ancho de haz vertical 2.telegesis.1 dBi (6 dBd): 70º de ancho de haz vertical 11. Enfoque de energía de una antena omnidireccional. 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. Todos los cables de RF adicionan pérdidas al sistema. por lo cual es recomendable reducir la longitud del cable tanto como sea posible. Consideraciones sobre el montaje De ser posible.5. produciendo resultados inesperados.4. tal como lo haría una linterna.1 dBi (9 dBd): 55º de ancho de haz vertical 15.6. Ganancias típicas pueden ser las siguientes: 8. PRUEBAS PRELIMINARES EN CAMPO La empresa Coltein Ltda adquirió el Kit de Desarrollo para efectuar pruebas 26 . 2. Fuente: Página principal de Telegesis.Figura 11. http://www. Demasiada cercanía puede interferir en la forma como la antena irradia energía. debe situarse la antena lo más lejos posible de objetos metálicos.
Una segunda tarjeta. Metodología de prueba La prueba consistió en utilizar las dos tarjetas que incluye el Kit de desarrollo.preliminares con los módulos inalámbricos. construcciones. 27 . Se tuvo la oportunidad de efectuar algunas pruebas de alcance en una finca con cultivos de hortalizas. cada una con un módulo de transmisión inalámbrico. Figura 12. Una de ellas actúa como eco de la transmisión.6. envía paquetes de datos y verifica si los recibe correctamente. 2. El Fade margin se define como la diferencia entre la intensidad de la señal entrante y la sensitividad de recepción de un módulo. 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. cubiertas plásticas de los invernaderos.1. Tarjeta con módulo inalámbrico de prueba de eco del Kit de Desarrollo. Fuente: El autor. 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. es decir. diferencias de altura del terreno y altura de colocación de los módulos. los paquetes de datos que recibe los retransmite inmediatamente. como árboles.
en las oficinas. Los bloques 11 al 14 están separados de los demás por un camino vehicular (no muy transitado). La siguiente figura muestra la distribución de bloques (áreas productivas) de la finca donde se efectuaron las pruebas. Básicamente. Figura 13. La 28 . la finca está dividida en 14 bloques. donde se sitúa la computadora para la administración y recepción de los datos del sistema. Niveles de intensidad de la señal.Tabla 5. Las oficinas se encuentran localizadas entre los bloques 1 y 2. Distribución de los bloques en finca piloto con cultivos de hortalizas. 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. 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. Fuente: El autor. Y es precisamente allí.
siguiente tabla resume los resultados de las pruebas de alcance efectuadas. sin fallos. se definieron los puntos de prueba mostrados en el cuadro. donde ‘Punto A’ y ‘Punto B’ especifican los bloques entre los cuales se efectuó cada prueba de transmisión. Estos resultados permiten establecer el tipo de nodos que deben disponerse en cada uno de los 29 . La tercera columna de la tabla muestra el resultado de la transmisión. 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. 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. Es decir.1dBi. Tabla 6. De acuerdo a la distribución de bloques en la finca. si se efectuó o no de manera constante. Pruebas de alcance en finca piloto con cultivos de hortalizas. Las pruebas se realizaron localizando los módulos a 2 metros de altura y utilizando antenas omnidireccionales de 2.
así como entre los sitios 0 y 14. Análisis de resultados Para entender el mecanismo de elección de módulos. En este caso particular una disposición adecuada de nodos podría ser la mostrada en la siguiente figura. Localización de nodos finales y nodos repetidores en los bloques de la finca. 12 y 11. La misma metodología permite definir la elección de módulos para el resto de la finca.bloques para garantizar la correcta recepción de los datos al punto central de administración. 12. Como consecuencia. 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. Caso contrario ocurrió entre los sitios 0 y 12. Fuente: El autor. obsérvese el caso de los bloques 11. Los resultados muestran que no hubo buena recepción entre los sitios 0 y 11. 13 y 14. es evidente que en el sitio 13 no habrá recepción.2. Figura 14. 12 y 14 y entre 12 y 13. 2. dado 30 . Cabe considerar que esta metodología no es la misma en todos los casos.6.
árboles. teniendo en cuenta las diferentes fuentes de interferencia o pérdida de señal. sino además las diferencias de altura del terreno. Construcciones. obstáculos. Figura 15. pueden disminuir la intensidad de las señales. 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. altura del terreno. 31 . • • • • Potencia de transmisión: Potencia que es capaz de emitir el transmisor. Fuente: El autor. deben considerarse 4 factores a la hora de estimar el rango de transmisión. En este sentido. 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. para la implementación de una red inalámbrica es necesario evaluar cuidadosamente las condiciones particulares de cada finca.que no sólo hay que tener en cuenta las distancias geográficas. Sensitividad de recepción: Es una medida de la mínima intensidad de señal que un dispositivo receptor puede percibir. Es difícil determinar el máximo rango de alcance de transmisión inalámbrica. Adicionalmente. barreras en sitios específicos y otras fuentes de interferencia. Según lo anterior. ya que depende de las características propias del medio.5 metros. donde las plantas alcanzan hasta los 2. Ganancia de antenas: Cantidad de ganancia de señal que puede proporcionar una antena. Vista de los cultivos bajo invernadero en la finca.
The Power of Sensitivity. más la ganancia de las antenas del transmisor y el receptor. Entre mayor sea la intensidad de la señal. Existe una atenuación natural de la señal debida a la distancia. menor la pérdida en la transmisión. 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. Factores de atenuación de señal. La potencia de transmisión.1) Para que las comunicaciones sean satisfactorias el margen de atenuación debe ser mayor que cero.Figura 16. En muchas situaciones es conveniente saber qué tan susceptible a fallar es un sistema. La atenuación varía además con la frecuencia de transmisión y el tipo y densidad de los materiales de los obstáculos. en función 5 STEED. 32 . Para ello. Los obstáculos hacen mayor esta atenuación. El margen de atenuación está dado por la diferencia entre RSSI y la sensitividad del receptor. Entre menor es la frecuencia. constituyen lo que comúnmente se denomina RSSI (RX Signal Strength Indicator) o intensidad de la señal. menos las pérdidas en la trayectoria. Improving range with receiver sensitivity. Fuente: El autor. 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. David. y es independiente de la sensitividad del receptor.
El margen de atenuación se ha estimado de acuerdo a las condiciones del ambiente en los diversos sectores de la finca. sensitividad del receptor. frecuencia y margen de atenuación. 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. Para este estudio. ganancia de antenas. Para este análisis. y por lo tanto el margen de atenuación no debe ser muy alto.125 m. 33 . pueden considerarse como trayectos donde las condiciones son más estables. Los trayectos restantes.del medio de propagación.2) donde. de acuerdo a la cantidad o magnitud de los obstáculos presentes. no hay fuentes de interferencia variables. el valor de λ es igual a 0. el trayecto del punto 0 al 2 puede tener interferencia debido a la estación de bombeo. R N PT GT λ PR FM = Rango máximo de transmisión = Constante según el medio de propagación (N=2 para línea de vista. Cada uno de los módulos se operó con antenas de 2. A una frecuencia de 2.4 GHz. 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. 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.1dB. Concretamente. Para el módulo ETRX1 la potencia de transmisión es de 3dBm con una sensitividad de recepción de -94dBm. potencia de transmisión. se ha tomado N=4 para ambiente urbano. (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. 4) Para finalmente obtener: Ganancia de antenas = 20 log(4πr/λ) dB + margen de atenuación . De este modo tenemos: Margen de atenuación = potencia de transmisión + ganancia de antenas – sensitividad de recepción – 20 log(4πr/λ) dB (Ec. Pérdida en la trayectoria = 20 log(4πr/λ) dB donde. Un muro de ladrillo en la práctica puede llegar a producir una atenuación de entre 5 y 10 dB según su grosor. 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). Dado que las potencias de transmisión y recepción son constantes para los módulos ETRX1.potencia de transmisión + sensitividad de recepción (Ec. 34 . r = Rango máximo de transmisión λ = Longitud de onda (Ec. En resumen el cambio en la orientación representó atenuaciones entre 2 y 5 dB. Para este propósito se ha utilizado una fórmula derivada de la ecuación de Friis. que permite hallar la pérdida en la trayectoria. Según lo anterior. en función de la distancia y de la frecuencia de transmisión. solamente es posible modificar las ganancias de las antenas. para establecer los márgenes de atenuación indicados. 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.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.
51 -1. 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.73 77. 35 .06 2.76 -5.125 102.80 -5. puede establecerse el tipo de antena en cada uno de los bloques. Según los valores de ganancia obtenidos. 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.01 -5.26 113. las transmisiones ya cumplen con los márgenes de atenuación especificados y. Tabla 8. no es necesario incluir antenas de ganancia. sensitividad del receptor y distancia.17 90.72 107.06 171.49 141.20 -1.17 8.80 -0.26 64. Ganancia de las antenas en cada bloque.14 Fuente: El autor.99 64. 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. Los valores negativos de ganancia en la tabla anterior indican que.26 118.4 Margen de atenuación 15 20 20 15 15 22 15 15 15 15 15 15 15 20 Ganancia requerida -9.78 2. Ganancias requeridas según márgenes de atenuación y distancias entre puntos.19 3.75 111.51 64. para los valores señalados de potencia de transmisión.80 4. por lo tanto.Tabla 7.08 -1.31 -4.47 100.
2 Margen de atenuación calculado con N=4 (dB) 31. con un margen de 30 dB). entre un sistema cableado y uno inalámbrico 36 .Como verificación final de la validez de las ecuaciones utilizadas y los cálculos efectuados. Factor determinante en alcance y margen de atenuación.5 metros de altura.2 4. por la altura a la que se efectuaron las pruebas y las condiciones propias del medio.2 4. Los valores de margen de atenuación calculados con la ecuación 4 derivada de la ecuación de Friis tomando N=4 (31. principalmente. junto con el margen de atenuación calculado con la ecuación 4.7. donde algunas variedades superan los 2. Una de las tarjetas se situó en un punto fijo. Distancia obtenida (m) 32 31 28 Promedio Ganancia (dB) 4. Lo que permite comprobar que el entorno en el que se efectuaron las pruebas puede ser clasificado como ambiente urbano. se realizó una prueba para determinar si se había tomado correctamente la constante de propagación N=4 para ambientes urbanos. 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. 2. ANALISIS DE COSTOS Para realizar un análisis de costos. Futuras pruebas permitirán determinar el efecto real de la altura sobre el alcance y margen de atenuación de las comunicaciones inalámbricas.53dB en promedio). como el caso de las flores.21 31. es decir. Ganancia de las antenas en cada bloque.05 31. Las distancias obtenidas se muestran en la siguiente tabla. son cercanos al margen de atenuación obtenido de los indicadores de las tarjetas del kit de desarrollo de los módulos inalámbricos. Otro factor a considerar para pruebas futuras será el efecto de atenuación de otro tipo de cultivos.33 32.53 Fuente: El autor. Nuevamente se utilizaron las tarjetas del Kit de desarrollo para este fin. Tabla 9.
Por su parte.660 1 1. el tendido de cable es de alrededor de 13 veces el costo de una red inalámbrica usando el módulo inalámbrico ETRX1.000. TRM Costos asociados a cableado Cable apantallado 2hilos Cable vehicular (alimentación) Mano de obra Zanja Conduit 1/2 Número de nodos TOTAL Costo por nodo Costos asociados a transmisión inalámbrica Costo módulos inalámbricos Costo por nodo Cantidad 3. no se han tenido en cuenta costos relacionados con mantenimiento. Además. Total $ Vr./Und. Total U$ ML 3.692 3.830 14 21.000 672 48 Fuente: Departamento comercial de Coltein Ltda.830 1.610 ML 1.983 8.200 4. Otro aspecto a considerar es la redistribución geográfica de los nodos de la red.000 1. Como puede apreciarse.239 2500 14 120.798 628 Unidad Vr.660 3. adicionar módulos repetidores.400 425 1. incluyendo costos de cable.como el propuesto.500 12.000 5.000 120.000 1.026. Vr.360 1.570.000 400 ML 2. 37 .096. en caso de que sea necesario.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. y dependiendo del caso.061. comparativamente más económicos que el tendido de cable.993.760 1. una red inalámbrica solo requeriría revisar los alcances de los nodos para redistribuirlos y. especialmente en cuanto a costo de cable.810. Tabla 10. En este caso. los costos de cableado en una finca promedio de 14 bloques son considerablemente altos. En el escenario cableado. lo que incrementaría aún más el valor estimado. es factible tener que volver a cablear uno o varios trayectos.124 ML 290 1. el cual constituye en este ejemplo más del 50% del costo total.000.680. Comparativa de costos entre un sistema cableado y uno inalámbrico. zanja y mano de obra adicional.
De forma básica. al estar protegidas del viento”7. el invernadero actúa como un sistema que no permite la 6 BARRIOS CAPDEVILLE. pájaros. 5. En ausencia de la fuente de calor. trabajar en su interior durante los días lluviosos.1. 38 . También produce una economía en el riego por la menor evapotranspiración. 7 Ibid. Construcción de un invernadero. un invernadero consiste en una estructura de madera o de metal acompañada de una cubierta plástica que por lo general es de polietileno transparente. Capacitación y Cultura del Agro. acortar los ciclos vegetativos de las plantas.3.1. Octavio. Esta cubierta se dispone tanto a los lados como en el techo. Sus beneficios van más allá permitiendo “obtener una producción limpia. El invernadero Los invernaderos son sistemas muy útiles en el manejo óptimo de la producción de hortalizas y flores. 5.1. y su función es la de retener en su interior el calor producido durante el día por el sol o sistemas de calefacción artificiales. conseguir mayor precocidad. DISEÑO DE LA ETAPA DE MEDICIÓN 3. policarbonato o vidrio. Argentina 2004. que es la pérdida de agua por la evaporación del suelo y la transpiración de las plantas. Fundación de Comunicaciones. Pag. lluvia o el viento. CONSIDERACIONES GENERALES 3. aumentar los rendimientos. Se constituyen en herramienta para “producir fuera de temporada. FUCOA. desarrollar cultivos que necesitan otras condiciones climáticas y evitar los daños de roedores. mejorar la calidad de los cultivos mediante una atmósfera interior artificial y controlada”6. Pag.
1. los termómetros deben estar protegidos de la radiación del sol y al mismo 39 . Invernadero. Fuente: Barrios Capdeville. Esto tiene como beneficio tener un diseño útil para estudios de contaminación y calidad del aire. en materia de monitoreo y registro climatológico. Los invernaderos requieren un sistema para regular la ventilación.transferencia de calor hacia el exterior. Meteorología y Estudios Ambientales. Estándares de medición de condiciones meteorológicas. manteniendo la temperatura en los niveles apropiados para el desarrollo de las plantas. la humedad y la temperatura interior.25 y 2 metros sobre el nivel del suelo. Octavio. Según el IDEAM “se entiende por temperatura del aire en superficie. IDEAM.2. Figura 17. 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. por ejemplo. se ha decidido tener en cuenta los lineamientos que dicta el Instituto de Hidrología. Para obtener una lectura representativa de las temperaturas del aire. Construcción de un invernadero 3. permite obtener datos contrastables con otras zonas geográficas. la temperatura del aire libre a una altura comprendida entre 1. Así mismo.
S.5 a 2 m sobre el suelo) como la diferencia de temperatura entre dos niveles (generalmente 2 m y 10 m). Medellín. 25. recomendados por estándares internacionales. Para lograr este fin. Valores de exactitud y resoluciones recomendadas.5 hPa 10 W/m 2 Fuente: U. cuya base se encuentra a una altura de 2 metros sobre el suelo. IDEAM. Del mismo modo es necesario tener en cuenta los valores de exactitud y resolución de las mediciones. Bogotá. Estas medidas sirven para realizar cálculos sobre la elevación de la pluma y para determinar la estabilidad atmosférica”9. Tabla 11.02 °C 0. Guía de procedimientos para la auditoría de estaciones meteorológicas de la red de monitoreo de calidad del aire. Pag. 2002.1 °C ± 1.0 grados 0. 2001.tiempo estar convenientemente ventilados”8.5 °C ± 10% del observado o ± 0. La siguiente tabla especifica los valores de exactitud y resolución recomendadas en estudios de calidad del aire. 32. 40 . lo normal es que los instrumentos se instalan dentro de lo que se denomina caseta meteorológica.5 °C ± 0. 9 LEÓN ARISTIZABAL. Manual del observador meteorológico. “Para los estudios de contaminación del aire son útiles tanto la temperatura del aire ambiental en un solo nivel (generalmente 1. Meteorología y Estudios Ambientales.3 mm 0. EPA 2000 8 Instituto de Hidrología.1 °C 0.5 mm ± 3 hPa ± 5% del observado Resolución de la medición 0. IDEAM.1 °C 0.1 m/s 1. Gloria Esperanza. 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. Pag.2 m/s + 5% del observado ± 5 grados ± 0.
7 ≤ 1 minuto ≤ 1 minuto ≤ 1 minuto . por lo menos. en el caso de la temperatura. Protección de los instrumentos contra la radiación solar Una caseta meteorológica es útil en los casos donde se efectúan mediciones a campo abierto. 3. sino también de la suciedad y el polvo.3.Tabla 12. una exactitud de 0.S. pero éstos elevan considerablemente el costo por unidad de medición implementada.1ºC y un tiempo de respuesta menor a un minuto serían características aceptables para la elección del sensor.1. EPA 2000 Según lo anterior.20 °C a + 60 °C 285 nm a 2800 nm Horizontal Velocidad del viento Vertical Dirección del Viento Temperatura Diferencia de Temperatura Temperatura del punto de Rocío Radiación Solar Fuente: U. En el caso del monitoreo bajo invernadero. Como 41 . Características de respuesta del instrumental meteorológico.5ºC con una resolución de 0. los fabricantes de sensores recomiendan evitar una exposición directa y prolongada a la radiación solar por lo cual se hace necesario de disponer. de algún elemento que impida esta exposición.30 °C a + 30 °C 5 segundos . el plástico del mismo contiene protección contra rayos ultravioleta.5 m/s @ 10 grados ≤5m 0.25 m/s ≤5m ≤ 0. no solo de la radiación solar y las precipitaciones. A pesar de ello. Variable Meteorológica Especificaciones 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 ≤ 0.4 a 0. Comercialmente es posible adquirir escudos contra radiación solar.5 m/s ≤5m ≤ 0. caso en el cual se requiere proteger los instrumentos.
todas las variables antedichas proporcionan una especificación completa de la cantidad de vapor de agua en el aire”10. la diferencia en temperatura del bulbo seco (depresión del bulbo húmedo) es una medida de la cantidad de humedad en el 10 Ibid. 3.1. se ha considerado el uso de una pequeña caseta meteorológica. temperatura del punto de rocío. Manuel. Madrid. LEDESMA JIMENO. 11 2000. Y ésta es precisamente la definición de humedad relativa. en la práctica. 3. Las principales variables de humedad son presión del vapor.2. Aunque estas variables son indicadores útiles de la humedad. 64. A excepción de humedad relativa. uno de los cuales se cubre con un fieltro mojado (el bulbo húmedo) y un mecanismo para ventilar. SELECCIÓN DE SENSORES 3. Pag. La evaporación baja la temperatura del bulbo húmedo. 36. humedad específica. Humedad relativa “La humedad es un término general relacionado con la cantidad de agua en el aire. Climatología y Meteorología Agrícola. humedad absoluta y humedad relativa. 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.2. “El psicrómetro.alternativa y teniendo en cuenta que no hay exposición directa en el invernadero. 42 .2. como medida para evitar el deterioro que puedan sufrir los instrumentos.1.1. dado el reducido tamaño de la unidad de medición. consiste en dos termómetros. Editorial Paraninfo. “lo mas importante es conocer a qué distancia se encuentra una masa de aire de la saturación”11. Pag.
15. 39. Pag. tales como el cabello humano. Pag. Bogotá. 36 13 Ibid. 15 MADUEÑO LUNA. Sensores. en función de la humedad relativa de la atmósfera ambiente”14. pero es muy conocido y utilizado”13. 6. Estos presentan diferente elasticidad con la humedad. pero por lo general no son convenientes para los programas rutinarios de monitoreo. División de Avnet 14 Electronics Marketing. Sensores capacitivos y resistivos. 2000.aire. acondicionadores y procesadores de señal.2. Sin embargo. IDEAM. 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. Gloria Esperanza. 3. el higrómetro “No es tan fiable como el psicrómetro. 2002. 43 . MAYNE. Pag. Pag. Es posible determinar la humedad relativa. Silica. 12 LEÓN ARISTIZABAL. Tema2.2. los tejidos de algunos animales o materiales sintéticos.1. 2003. Los psicrómetros aún están en uso en muchas estaciones de observación. Al respecto. Antonio. Guía de procedimientos para la auditoría de estaciones meteorológicas de la red de monitoreo de calidad del aire. 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. Universidad Nacional de Colombia. pueden ser utilizados como estándares secundarios en procedimientos de auditoría”12. Memorias del curso de instrumentación medida y control en agricultura. “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. Jordi. El higrómetro es un instrumento que mide el efecto físico que la humedad tiene en las sustancias.
A continuación se presentan las especificaciones de algunos de los sensores que se consideró incluir en el diseño: Tabla 13. tiempo de respuesta (en algunos puede estar dado en minutos). 25 °C.0546-0. consumo (es una variable importante tratándose del diseño de un dispositivo autónomo operado por baterías). 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. ± 8% @ 90% RH Típico Linealidad RH ± 0. Honeywell. U$18 de 25-49 Terminado 2. 0-60% RH. resolución.honeywell. Humirel. 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. Especificaciones HIH-3610 de Honeywell Referencia: HIH-3610 Series Compañía: Honeywell Costo: U$20 de 1-24 unds. 0-100 % RH sin condensación.8 Vdc Corriente de alimentación 200 µA típica Rango de operación para la humedad relativa 0 a 100% RH.2% of RH Repetibilidad ± 0. requerimientos de acondicionamiento de señal y costo.com 44 . Además un circuito acondicionador y linealizador dan una salida estándar.0 Vdc a 5.0012T) T in °F) Sensible a la luz Fuente: http://www. el rango de operación (algunos dispositivos no operan a condiciones extremas 100% de humedad relativa). 5 VDC de alimentación Intercambiabilidad RH ± 5% RH. fuentes de excitación.5% RH Tiempo de respuesta RH. Sensirion. 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%).093-0.100 in] Lead Pitch Certificación NIST Exactitud RH ± 2% RH.5% RH Típico Histéresis RH ± 1. Se revisaron hojas de especificaciones de sensores comercializados por las compañías Onset Computer. entre otras.En el caso de los sensores de Humedad Resistivos: Un electrodo polímero montado en tandem sensa la humedad en el material.00216T) T en °C (True RH = Sensor RH/(1.54 mm [0.
04 pF/°C Histéresis de humedad +/-1.com Tabla 15.humirel. Especificaciones SHT1x / SHT7x de Sensirion Referencia: SHT1x / SHT7x Compañía: Sensirion Costo: U$23 45 . @ 63 %) τ 10 s Coeficiente de temperatura a 55 % RH / 10 a 40°C Tcc + 0. 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.Tabla 14. estático.5 %RH/año Tiempo de recuperación después de 150 horas de condensación 10 s Tiempo de respuesta (33 a 76 % RH.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.34 pF/%RH Estabilidad a lo largo del tiempo 0. Especificaciones HTS2010SMD de Humirel.
con similitudes en rango de operación y exactitud. Por su parte.03 12 +/-0.sensirion. aunque para este tipo de aplicación este tiempo es aceptable.01 14 +/-0.01 14 Unds °C Bit °C °C S 1/e (63%) -40 5 123. puede ser alimentado desde 2. se decidió incluir en el 46 .8 30 0. y tiene el mayor tiempo de respuesta. en general ofrece buenas características en relación a su precio.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 0.4 voltios adecuado para montaje con batería y su consumo de energía es ideal para aplicaciones con dispositivos portátiles operados por batería.04 12 Ver figura Tip 0. Aunque los tres tipos de sensores ofrecen características adecuadas para la aplicación de monitoreo climatológico. No viene con certificado de calibración.5 %RH s %RH %RH/año Fuente: http://www.com En general.1 0.5 8 Ver figura Total 0 1/e (63%) Lento movimiento de aire 0.1 Máx 0.03 12 %RH Bit %RH 100 4 +/. se trata de sensores digitales que integran la medición de humedad relativa y temperatura en un solo chip.1 < 0. incluye detector de nivel bajo de alimentación. Finalmente el sensor modelo STH15 trabaja sobre el rango completo de humedad relativa (es sumergible). El sensor de Honeywell es superior en estabilidad a lo largo del tiempo y. el sensor de Humirel ofrece muy buenas características al mejor precio. para este trabajo. tiene el mejor tiempo de respuesta. buena exactitud y resolución. viene con certificado de calibración. Además.
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).com Como puede apreciarse en las gráficas de exactitud. Exactitud en la familia de sensores SHT1x / SHT7x Fuente: Hoja de datos en la pagina principal de Sensirion http://www. polvo.3uA de consumo) por medio de comandos. los sensores SHT15 y SHT75 ofrecen la mayor exactitud de la familia. pero es de fácil acondicionamiento. El SHT15. puede acompañarse un pequeño filtro contra 47 suciedad. Figura 18. agua y otros contaminantes con protección IP67. en el tiempo en que no se requiere efectuar medición alguna. y tiene la característica de que puede operar en modo de ‘sleep’ (0. Las siguientes gráficas muestran el grado de exactitud a lo largo de la escala completa de medición. Este sensor es más costoso que los de los otros fabricantes. 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.sensirion. . El STH15 difiere del SHT75 solamente en que el primero viene en montaje superficial. además.
basados en: “(1) la expansión térmica.sensirion. Temperatura Dentro del campo de la medición de variables meteorológicas. los instrumentos clásicamente utilizados pueden clasificarse en tres clases principales.2. 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 a que no tienen la capacidad de registrar datos automatizados”16.com 3.sensirion. Montaje típico del SHT1x / SHT7x Fuente: Hoja de datos en la pagina principal de Sensirion http://www.com La siguiente figura muestra el montaje típico controlado por un microcontrolador. (2) el cambio de resistencia y (3) las propiedades termoeléctricas de diversas sustancias como una función de la temperatura. 33 48 .2. Pag. Sin embargo. Figura 20.Figura 19. Las estaciones meteorológicas tradicionales contienen 16 Ibid. Filtro para sensores SHT1x Fuente: Hoja de datos en la pagina principal de Sensirion http://www.
debido a sus distintos comportamientos eléctricos. como una función de la temperatura. 3. Termopares: Los termopares utilizan la tensión generada en la unión de dos metales en contacto térmico. hecho a partir de una mezcla de óxidos metálicos fusionados entre sí. 49 . principalmente el platino o el cobre. Según lo anterior se consideraron como alternativas de diseño aquellos sensores basados en la siguiente clasificación: 1.termómetros de máxima. el termistor arroja un cambio de resistencia con la temperatura mayor que el DTR. termógrafos y psicrómetros. También lo son las NTC (Negative Termal Coefficient). Semiconductores: Se basan en la variación de la conducción de una unión p-n polarizada directamente. que se llaman termistores y están caracterizadas por un coeficiente de temperatura negativo. Por lo general. Estos dos metales son los más usados porque su resistencia muestra un aumento rigurosamente lineal con el incremento de la temperatura. están caracterizadas por un coeficiente de resistividad positivo PTC (Positive Termal Coefficient). 2. 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. Como la relación entre la resistencia y la temperatura para un termistor no es lineal. de mínima. Otro tipo de termómetro de cambio de resistencia es el termistor. Resistivos: Lo constituyen las RTD (Resistance Temperature Detector) o PT100 basadas en la dependencia de la resistividad de un conductor con la temperatura. Según afirma León “un tipo de sensor común en los programas de medición meteorológica in situ es el detector de temperatura por resistencia (DTR).
50 . exige requerimientos especiales para evitar corrientes de inducción de fuentes cercanas de corriente alterna que podrían ocasionar errores en la medición. lo que podría considerarse un beneficio para el diseño en cuestión. Tabla 16. 17 Ibid. Pag. el de semiconductor ofrece mejores características en cuanto a linealidad y facilidad en el acondicionamiento de señal. 35. Resumen de características de sensores de temperatura. La siguiente tabla resume los sensores de temperatura según sus características eléctricas y requerimientos de acondicionamiento de señal. llamados termopares. su uso es limitado en las mediciones rutinarias de campo”17.Otra consideración importante se refiere a la utilización de termopares y es la siguiente “la instalación de tales sensores. Sensor Termopar Características eléctricas Termopares parásitos Baja salida de voltaje Baja sensitividad Salida no lineal Resistencia de salida Baja resistencia (100Ω.sensirion. La tabla de la siguiente página resume las principales características de los diferentes tipos de sensores de temperatura. Los termopares también son susceptibles al voltaje espurio causado por la humedad. 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 RTD Termistor Sensor IC Fuente: Hoja de datos en la pagina principal de Sensirion http://www. Por estas razones.com A diferencia de los tres primeros tipos de sensor.
al receptor 6m (Máx 25) <300m <1500m <1500m Linealidad Si.5 % ± 0. Mas caro que T o J Mas caro que K Pequeño tamaño respuesta rápida Alta resistencia a corrosión de humedad. respuesta rápida 0. Más preciso.3 % ± 0. Sin contacto con el material y buena repetibilidad Respuesta rápida.005 ºC 0. Mas económico Bueno en atmósferas oxidantes. Caro. Medidas de precisión. Sensores de temperatura y sus características Elemento Térmico Bimetal Resistencia de: Niquel Platino Cobre Termistor Deriva <1%/año Alcance mínimo 28 ºC 50 ºC <11 ºC <3 ºC <1 ºC Precisión Repetibilidad ±1 % ± 0. Dificil determinar temperatura exacta. pequeño tamaño.2% 0. respuesta rápida. vapor. AlfaOmega Marcombo. Oxidante . Sensibilidad excelente.11 ºC 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 0. ºC 500 500 300 950 120 400 Distancia Máx.25 % ± 0.5 % ± 0.5 ºC/año a >11 ºC/año S/Atm Trabajo Tamaño y envejecimiento - ± 0. varia con la cuarta potencia de la temperatura El haz de radiación del objeto a la lente del pirómetro no debe interrumpirse Pobre linealidad más caro que el termopar Difícil determinar temperatura exacta. Antonio. Caro.05 ºC Temperatura Máx.) Pobre.0075 Muy buena ± 0.Tabla 17.4 .1 ºC ± 0. 294 51 .05 ºC Sin envejecer 1 ºC/año Envejecido <0. linealidad menor que sonda de resistencia Baja temperatura máx. Pag. relativamente independiente de la emisividad - Pobre - - Precisión muy elevada Fuente: CREUSS. Alcance estrecho. alta deriva sin envejecer Ventajas Económico Económico Buena estabilidad. Sensibilidad. baja temperatura No lienal.5 % ± 0. 2004. frágil Baja resistividad.25 % ±1 % ± 0. Mayor estabilidad.5% 0.11 ºC ~ 0.3 .5 ºC 0.Reductora Reductora Oxidante Oxidante Alcance amplio.0.3 ºC/año <0. Barato Señal de salida>termopar y sonda de resistencia.3 ºC ~ 0.05 ºC/año <0. Instrumentación Industrial.11 ºC ~ 0.5 % ± 0.0. excepto vapor Buena Escala expuesta a baja temperatura Excelente Buena Pobre Atmósfera de Trabajo Depende del material del bulbo A proteger en liquidos y atmósferas corrosivas Cualquiera Desventajas Sistema térmico voluminoso Medida local Bajo límite de temperatura.01 ºC 0. bueno en bajas temperaturas Bueno en atmósferas reductoras.25 Muy buena Muy buena Muy buena 6000 5000 5000 5000 250 Galvanométrico Limitado por Ω ext (Cables compens.8% 1 .03 ºC ± 0. compensación unión fría. Termopar mas lineal.3 ºC ± 0. Protegido es bueno en armósferas oxidantes 500 ºC 100 ºC 110 ºC 220 ºC 400 ºC 330 ºC 1 .03 . Es el más barato excepto óptico Atmósferas de polvo.11 ºC 370 550 1100 1600 <1500m Buena Buena Muy buena Buena a alta temp. Influido por la emisividad de los cuerpos Temperatura < 700 ºC Respuesta rápida y lecatura a bajas temperaturas. Señal salida > termopar. alcance estrecho.11 ºC ~ 0. frágil Más caro que el termopar o el termistor.
los cuales a su vez deberán ser cotejados con otros instrumentos nacionales o internacionales para asegurar la calidad de las mediciones. No obstante. es necesario establecer algún mecanismo de ajuste para los sensores (posiblemente por software). 52 . además por la facilidad de acondicionamiento y bajo consumo de energía. otros fabricantes recomiendan tareas de calibración anuales. es factible utilizar instrumentos que sirvan como patrón para los sensores de medición instalados. De otra parte. CALIBRACIÓN Y MANTENIMIENTO En todo sistema de monitoreo climatológico. 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. cabe anotar que. con base en un resultado de calibración. 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. no indica un mecanismo de ajuste de calibración ni recomienda un intervalo para efectuar dicha tarea. Las características de exactitud. aunque este trabajo no lo ha determinado. un adecuado mantenimiento y calibración del instrumental. resolución y tiempo de respuesta del sensor de temperatura del SHT15 cumplen con los valores recomendados y lo hacen apropiado para el diseño. Entidades como la Superintendencia de Industria y Comercio prestan el servicio de calibración mediante laboratorios de Metrología. los sensores de la familia SHT de Sensirion incorporan la medición de temperatura.Como se dijo en la sección anterior. Según lo anterior. además de la medición de humedad relativa en un solo chip. sensores y/o equipos es fundamental a la hora de garantizar la calidad de las mediciones efectuadas.3. 3. o por lo menos hasta ahora no se ha obtenido dicha información (actualmente se está tratando de obtener esta información con el fabricante).
por fuera del alcance máximo de transmisión inalámbrica Fuente: El autor. 4.4.1. Módulo de medición y Módulo repetidor. Dispositivos que conforman una red de monitoreo típica Módulos para medición de temperatura y humedad relativa. DISEÑO DE MÓDULOS DE MEDICIÓN Y TRANSMISIÓN 4. recepción y administración de datos de monitoreo climatológico Módulos para medición de temperatura y humedad relativa. 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. Cuenta 53 .1. Figura 21.1. DISPOSITIVOS La solución diseñada se compone de tres tipos de dispositivos que conforman la red de monitoreo: Coordinador. dentro del alcance máximo de transmisión inalámbrica Repetidor Coordinador Computadora para configuración del sistema. La siguiente figura muestra el funcionamiento de estos dispositivos en una red de monitoreo típica.
54 . Se requeriría de un solo Coordinador de red para cada finca. Figura 22. 3. 4.0 V Vbat 9V VIN MCP1701 2 3 DB9 R2OUT T2IN MAX232 R2IN T2OUT RC0 RC1 RC2 RC3 RX TX PIC16LF688 SCL SDA 24LC256 RC0 RC1 RC2 RC3 VOUT 3. uno dedicado a la transmisión entre módulo y computadora. sirviendo principalmente como buffer de datos.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).3 V Vbat 9V VIN MCP1701 VOUT 5. El circuito está comandado por dos microcontroladores PIC16LF688.1.1. Diagrama funcional del circuito.3V RX TX RA2 RA0 RA1 PIC16LF688 DO DI SLEEP MÓDULO RF ETRX1 Fuente: El autor.0V 5. y un segundo microcontrolador dedicado a gestionar las comunicaciones a través del módulo de RF. así como las funciones generales del coordinador. 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. Aunque sería factible utilizar un solo microcontrolador para gestionar todas las funciones del módulo. Alimentado por baterías recargables para funcionamiento autónomo en intervalos cortos de tiempo (algunos días). se consideró más apropiado disponer dos. Diagrama funcional del módulo Coordinador.1.
55 . el coordinador recibe el dato y lo almacena en la tabla correspondiente NO ¿Cmd=Lectura? ¿Pendiente cambiar config? NO ¿RX respuesta? Almacenar datos en tabla TX Nada SI Quitar estado pendiente en config SLEEP El coordinador permanece en estado de bajo consumo hasta que recibe alguna interrupción por el canal de transmisión NO SI TX nueva configuración Buscar en listado de configuración Si hay cambios pendientes se envía la nueva configuración RX Cmd SI ¿Cmd=0? NO SI Fuente: El autor. se busca en tabla de configuración si hay cambios de configuración pendientes por aplicar. 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 utiliza una memoria EEPROM de 32KB para almacenar localmente los datos de las mediciones y parámetros de configuración de los nodos. Cuando se conecta un nodo.2. 4. SI ¿Cmd=RQ? NO Si el nodo de medición se reportó para transmitir lectura de medición. osciladores y UART El coordinador espera reporte de los nodos de medición. Diagrama de flujo del módulo coordinador gestionando nodos de la red.1. INICIO Configurar puertos E/S.1.Como muestra el diagrama.
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. A continuación se indica la secuencia de pasos que debe seguir el coordinador para llevar a cabo estas tareas. 4. 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 Si la computadora envía un comando se verifica que tipo de comando es. Se sitúa un 56 .2. Figura 24. se ejecuta la tarea y se retorna una respuesta 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 ¿Finalizó conexión con la computadora? SI Fuente: El autor. Diagrama de flujo de sincronización con el programa de Servicio.1. 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.
Diagrama funcional del circuito El sensor de temperatura y humedad relativa.1. 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. Vbat 9V 3. 4.3V SHT15 RC1 RC2 RX TX RCO PIC16LF688 DO DI SLEEP MÓDULO RF Fuente: El autor. en cada bloque o el número que se considere conveniente de acuerdo a las necesidades específicas de cada cliente.1. Diagrama de pines del microcontrolador PIC16LF688. garantizando además que sensor y módulo de transmisión se mantengan en modo de bajo consumo.2. es decir. Figura 26.com 57 .3 VDC regulados por medio del MCP1701. Figura 25.módulo de medición en cada una de las áreas productivas de la finca. regulador con muy baja disipación de energía. Diagrama funcional del módulo de medición. Fuente: Hoja de datos en la pagina principal de Microchip http://www. el microcontrolador y el módulo de transmisión inalámbrica se alimentan a 3.3 V SCK DATA VIN MCP1701 VOUT 3.microchip.
El siguiente diagrama muestra el modo de operación del microcontrolador. Diagrama de flujo para el PIC16LF688 en el módulo de medición En condición normal de funcionamiento. el microcontrolador almacena los datos correspondientes al intervalo de tiempo al cual se reporta al módulo coordinador. Debido a que esta configuración de intervalos varía cuando el usuario lo determina. Adicionalmente.2.4 para configurarlo en modo de comunicación unicast. 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. 4. efectuar mediciones y transmitir los datos de las mediciones. la tasa de muestreo debe ser múltiplo de la tasa de reporte. 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. se deben enviar los comandos al módulo IEEE802. y el intervalo al cual debe efectuar mediciones. Debe tenerse en cuenta que la tasa de reporte determina el ‘tick’ del módulo y. El microcontrolador (y el módulo) permanecen ‘activos’ la mayor parte del tiempo. 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. 58 . sin paridad y 8 bits de datos. Entre mayor sea la tasa de reporte. como consecuencia. activándose únicamente para reportarse al coordinador. determinada por la tasa de reporte (por defecto 5 segundos).1.2. en este caso al coordinador). configurar el oscilador interno para trabajar a 4 MHz.La configuración del microcontrolador consiste en establecer la dirección de los puertos de E/S. mayor el tiempo de latencia del sistema.15.
HR. Diagrama de flujo para el módulo de medición. Por defecto es 5 s. VBat Se efectúa la medición y se envían datos al coordinador Fuente: El autor. NO ¿T=Tm? SI T=0 TX TEMP. chequeo de baterías o cambio de Tup y Tm. osciladores y UART Tm=120. Módulo repetidor Este dispositivo no cuenta con sensores para medición de variables climatológicas. T es el registro temporizador. Tup=5.3. es posible que un módulo tenga 59 . INICIO Configurar puertos E/S. T=0 RQ es la secuencia para indicar al coordinador que el nodo se reporta TX RQ RX Cmd Tup es la unidad de medida del tiempo (tick). (120 equivale a 10 minutos) El módulo espera una respuesta válida del coordinador El procedimiento RX retorna 0 si hay time-out SI ¿Cmd=0? NO Procesar Cmd TX Rta SLEEP T=T+1 El PIC se configura para que salga del modo de bajo consumo por interrupción del temporizador Esta condición indica que se debe efectuar la medición Cmd puede ser una medición. por encontrarse a largas distancias (en la práctica y según el caso. pues su función es únicamente la de retransmitir datos que no alcanzan a ser transmitidos desde algunos módulos de medición. 4.1.Figura 27. Tm es el número de ticks para hacer la medición.
el cual la mayor parte del tiempo permanece en estado ‘sleep’ de bajo consumo. se instala un módulo coordinador de red por finca. Este circuito es el más simple de todos. se sitúan cada uno de los módulos de medición en los bloques correspondientes de las fincas. Esto reduce el circuito a los siguientes componentes. debido a que este tipo de módulo debe estar en constante escucha de mensajes de los demás nodos de la red.3V Fuente: El autor.función de medición y de repetidor al mismo tiempo. este dispositivo debe ser alimentado con baterías recargables de alta capacidad o por la red eléctrica si se dispone de ella. en este caso deberá estar posiblemente alimentado por la red AC). Diagrama de flujo para el módulo repetidor. Figura 28. METODOLOGÍA DE MONTAJE EN CULTIVO Durante la etapa de implementación de la solución.2. dependerá de la disposición geográfica de los bloques de cada finca. Así mismo. activándose solamente cuando debe realizar mediciones y transmitir los datos al coordinador. El número de módulos repetidores necesarios en la red. dado que la funcionalidad de repetición va incorporada en el stack en el mismo módulo RF. 9VDC 3. 4. optimizando al máximo los rangos de transmisión en la medida de lo posible mediante una colocación adecuada. los obstáculos físicos y demás fuentes de interferencia. de acuerdo a las necesidades de cada cliente. a diferencia del módulo de medición. conectado a la computadora desde 60 . A diferencia del módulo de medición.3 V DO DI SLEEP MÓDULO RF VIN MCP1701 VOUT 3.
un efectivo servicio de soporte técnico 61 . implementados en diversas fincas productoras y exportadoras de flores de la sabana de Bogotá.donde se administra el sistema. • A diferencia de muchas soluciones importadas. • La incorporación de tecnología inalámbrica reduce casi por completo los costos asociados a la instalación y el mantenimiento de una red de monitoreo. Una vez se hayan hecho las pruebas necesarias y se haya puesto en marcha el sistema. 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. control y mejoramiento del proceso productivo. fuentes de interferencia y obstáculos físicos. 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. se instalan módulos repetidores en los lugares donde lo amerite. configurar umbrales para la generación de alarmas y demás parámetros de funcionamiento del sistema.3. 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. • 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. tales como la de definir los intervalos en los que cada módulo de medición deba efectuar mediciones. Estas ventajas no son posibles de lograr con sistemas de monitoreo por lotes. una solución de ingeniería colombiana permite al agricultor contar con una completa asistencia en la implementación.
4. para fines inalcanzables con sistemas tradicionales de monitoreo por lotes. así como la correspondiente garantía.). viento. captura de datos en campo. monitoreo de otras variables como radiación. 62 . CO2.) para el tratamiento. Monitoreo de variables en procesos industriales Además del tema climatológico en cultivos. sistemas de alarma. reemplazo de cableado en sistemas existentes. mandos inalámbricos etc. APLICABILIDAD FUTURA 4. la industria requiere de soluciones dirigidas a la supervisión de variables físicas dentro de instalaciones (poscosechas. transformación. gozando además de las posibilidades de desarrollo en hardware y software para adaptaciones. expansiones y mejoramiento futuro. sino también para control y automatización de otros procesos (control de cortinas. consulta de datos por Internet. • El sistema constituye una red inalámbrica que puede usarse en el futuro no solo para el sistema de monitoreo de temperatura y humedad. almacenamiento y empaque de sus productos. generación de alarmas por niveles críticos de temperatura y humedad. • Mediante procesos eficientes de monitoreo se facilita la certificación de las fincas en programas como FlorVerde. de gran importancia dentro del gremio floricultor en términos de sostenibilidad y competitividad. procesamiento.para cualquier tipo de reparación o reemplazo. • Posibilitar el tratamiento de los datos obtenidos de las mediciones efectuadas en invernadero.1. iluminación. tales como el pronóstico de heladas. humedad suelo. etc.4. entre otras. entre otras.4. bodegas. 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.
La programación y control del sistema se efectúa desde un computador de escritorio. No obstante. reduciendo de manera notable los costos involucrados en instalación de cables. protección contra el agua. y especialmente en las labores de mantenimiento.4. puestas a tierra y problemas con descargas eléctricas atmosféricas sobre el cableado. tuberías conduit enterradas. Dotar de tecnología inalámbrica a los sistemas automáticos de riego actuales. motores y sistemas de monitores de variables utilizando como medio de comunicación y alimentación una red cableada de 4 hilos. combinado con el arranque de motobombas. Todos los inconvenientes anteriores son solucionables. pero sigue el inconveniente de tener que hacer una instalación. instalación y mantenimiento del cableado tiene una participación de 50% del costo total del sistema (en el caso de cable por cada válvula)”18. 18 Información proporcionada por el Departamento de Ingeniería de Coltein Ltda 63 . “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). producirá un gran impacto en el sector agrícola en general. el cual se comunica con un control central que es el encargado de interactuar con los controladores de válvulas.2. lo cual exige uso de canaletas. aún persiste el problema de hacer una instalación para el cableado (los 4 hilos). 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. entre otras.4. monitoreo de presión y caudal en la tubería y manejo de la fertilización. facilita el mantenimiento preventivo y correctivo del sistema y reduce el costo total del sistema ya que el costo inicial.
A continuación se muestra el efecto directo que tiene el consumo de cada dispositivo en la autonomía general del sistema de monitoreo. Teniendo en cuenta. Tiempo Sleep Idle/Receive Transmitiendo # bytes transmitidos Consumo del sistema Sleep Idle/Receive Transmitiendo Comparación consumo Sleep Idle/Receive Transmitiendo Promedio de consumo Objetivos Eficiencia del sistema Vida de batería requerida Capacidad de batería requerida Capacidad de batería dada Tiempo de batería estimado años mAh mAh años Unds s ms ms A 1 16.07 0.11 0. entre otras cosas.748 15 0. es necesario operar los dispositivos con baterías.65 612 0.015 30 30 0.9 1 5858.9 1 727.9 1 1306.05 612 0.748 15 0.015 30 30 0.10 B 5 16.748 15 0. Tabla 18. que muchos cultivos no cuentan con instalaciones eléctricas y por lo tanto.15 0.15 mA mA mA % % % mA Fuente: El autor.59 0.47 C 10 16. que le brinden autonomía de hasta 1 año o más.2 3.27 0.18 0.015 30 30 0.2 3.84 D 15 16. 64 .9 1 533.2 3.2 3.14 0.79 0.53 612 0.5. una red de medición inalámbrica con alto consumo de energía y poco tiempo de autonomía sería inaceptable.60 0. 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.72 0.4.20 0. Análisis de consumo módulo inalámbrico. Ya que el usuario espera reducir no sólo los costos relacionados con instalaciones de cable.02 0.748 15 0.17 0.05 0.13 0.65 0.015 30 30 0.98 612 1. sino además las tareas relacionadas con mantenimiento de la red de monitoreo.
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.
Tabla 19. Análisis de consumo para el módulo de medición.
Frecuencias PIC Frecuencias de operación 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 Typ 0.0001 0.0033 0.0026 1.4 0.0003 0.028 15 600 365 612 0.9 1 1 8.00 1.4 222 % tiempo
1.8432 0.4 365 8.00 222 Max
3.6864 0.7
4.00 0.75
7.3728 1.3
0.0005 0.006 0.0045 1.54 0.001 0.55
Parámetros de reporte y de medición Despertarse cada: (segundos) Medir cada (segundos) Duración esperada: (dias) Capacidad nominal batería Eficiencia del sistema Dormir al medir Eficiencia I/O FOSC PIC Consumo PIC activo: Frecuencia I/O KHz ms: Despertar y ver si toca medir I/O SHT 7 bytes Esperar medida de SHT Sleep Módulo inalámbrico TOTALES:
0.2 0.2835 66 14933.5165
Capac. Req: Capac. Real Req Consumo mA 1.4045 0.16 0.16 1.4055 0.23 0.01 0.555 21.39 0.53 0.006 52.33 53.11 533.98 533.98 15000 100.00 3.37 608.10 587.80 Duración batería: Dias 342.0 Meses 11.3 Horas 8208.6 0.001 0.002 0.440 99.557
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 segundos. 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.
4.6. PRUEBAS PRELIMINARES
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 continuación.
Figura 29. Diagrama funcional del circuito de prueba de sensor, microcontrolador y memoria.
Vbat 9V 5.0 V VIN MCP1701 VOUT 5.0V
Vbat 9V
VIN MCP1701
VOUT 3.3V
2 3 DB9
R2IN T2OUT
RC0 RC1 RC2 RC3
SCK DATA SHT15
R2OUT T2IN MAX232
SCL SDA 24LC256
RA0 RA1
PIC16LF688
Figura 30. Imágenes del circuito de prueba comandado por calculadora Hewlett Packard.
La calculadora solicitaba mediciones en intervalos de un minuto. Durante esta primera serie de pruebas no se dieron errores en el proceso de lectura. Se efectuaron dos series de mediciones en ambiente cerrado. almacenando los datos de las mediciones en memoria RAM. 68 .Fuente: El autor. 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. 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.
Fuente: El autor. Gráfico de primera serie de resultados de medición de temperatura y humedad relativa.Figura 31. Tabla 20. La tabla siguiente resume los resultados obtenidos de la primera serie de mediciones. 69 . con un total de 4257 lecturas. 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 830 812 2615 Observaciones Todas las lecturas correctas Todas las lecturas correctas Todas las lecturas correctas Fuente: El autor. Resumen de mediciones iniciales.
se determinó que el error era debido a un retardo excesivo en la rutina de llamada a la función del Timer1. es decir. sin intervención de la calculadora. se efectuó un 70 . con el propósito de evaluar la calibración de reloj del microcontrolador. Figura 32. Gráfico de la segunda serie de resultados de medición de temperatura y humedad relativa. Luego de revisar las rutinas de medición. Al final. como puede verse en la siguiente tabla resumen. se obtuvieron errores en las últimas lecturas y un error considerable en el reloj implementado por microcontrolador. Fuente: El autor. Para el primer intervalo de medición. En los siguientes intervalos no se tuvieron errores en las lecturas una vez se corrigieron las rutinas.Una segunda serie de pruebas se efectuó con el circuito autónomo. y verificar los algoritmos de lectura del sensor y escritura en memoria. Los datos de las mediciones se pueden apreciar en la siguiente gráfica.
La siguiente tabla resume los resultados. Intervalo 11/11/05 20:35:04 15/11/05 17:35:04 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 Número de lecturas 5581 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 841 947 5590 8103 Fuente: El autor. Resumen de la segunda serie de mediciones.062 mediciones. 71 . Tabla 21.total de 21.
El software del sistema de monitoreo no solamente va a cumplir una función de registro automático y almacenamiento de datos climatológicos. roturas de las cubiertas plásticas. sino que debe además estar diseñado para permitir al director del cultivo o al operario encargado del mismo.2.5. estar al tanto de la variación del comportamiento climatológico del cultivo.2.1. u otras situaciones. 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 . 5. ofrecer al usuario una forma de configurar parámetros de funcionamiento. se ha diseñado un software para monitorear dichas variables que permita un mejor análisis de la respuesta productiva del cultivo. Descripción del problema Diseñar el software que permita monitorear los datos en tiempo real. DISEÑO DE SOFTWARE 5. MODELO DE REQUISITOS 5. CONSIDERACIONES GENERALES Debido a la necesidad de obtener información sobre el comportamiento de las variables físicas del invernadero. diagnosticar el estado del sistema y almacenar registros históricos de los datos.1. 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.
cada vez que se conecta.2. Se requiere entonces: • • • • Descargar datos del módulo coordinador. En primer lugar el usuario: que es el agrónomo. director o encargado del cultivo y quien opera directamente el sistema. 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. 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. Como administrador de servicios se entiende la aplicación del sistema operativo 73 . 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. 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.• • • 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. Una base de datos almacenará toda la información de registros de mediciones.2. alarmas y configuración de los nodos.
encargada de administrar. el módulo coordinador como último actor. Diagrama de clases El siguiente es el diagrama de clases para el sistema diseñado. 5. Diagrama de casos y usos Iniciar / Detener Servicio Administrador de Servicios Enviar Configuración Configuración Nodos Usuario Registrar Alarmas Módulo Coordinador Consultar Estado include Consultar Datos Base de datos Exportar Datos Descargar Datos Fuente: El autor. el cual comanda los nodos de la red inalámbrica y suministra los datos de las mediciones al sistema para beneficio del usuario.3. iniciar o detener aquellas aplicaciones que operan en segundo plano. 74 .2. Figura 33. Finalmente.
Figura 34. 5. Una segunda aplicación.3.3. operando . MODELO DE ANÁLISIS 5. Diagramas de secuencias Se han identificado las siguientes secuencias de funcionamiento del software. se ejecuta en segundo plano sin 75 intervención del usuario. Diagrama de clases VARIABLES Atributos Nombre Métodos Crear Eliminar Leer atributos Modificar atributos REGISTRO SUCESOS * 1 REGISTRO MEDICIÓN Atributos Variable Nodo Fecha/Hora Valor Métodos Crear Eliminar Leer 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 Suceso Métodos Crear Eliminar Leer * * * * NODO 1 Atributos Nombre Dirección Tasa de reporte Métodos Crear Eliminar Leer atributos Modificar atributos * 1 1 SUCESO Atributos Nombre Métodos Crear Eliminar 1 Fuente: El autor. Se han diferenciado dos núcleos principales para el software de monitoreo. 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.1.
1. La Interface Usuario envía el evento Salir al Manejador Principal. Cliente Interface de Administrador de servicios Administrador de Servicios 2: Solicitar inicio fin servicio 5: Iniciar o detener servicio 1: Desplegar Pantalla General 3: Solicitar Inicio o Fin Servicio 4: Desplegar Pantalla I. Subflujos Excepciones Fuente: El autor. de acuerdo a sus necesidades Ninguna El manejador principal solicita Desplegar Pantalla General a la Interface Usuario. 5. Diagrama de secuencia Iniciar y detener sistema Usuario Interface Usuario Manejador Iniciar o Detener Servicio Manejador Ppal.Aplic. el usuario recibe notificación de este suceso. quien selecciona la opción de inicio o detención del sistema desde el entorno general. Si la actividad seleccionada es Salir. Ninguno Si el administrador de servicios no logra poner en marcha la aplicación de servicio. Administrador de Servicios Permite al usuario poner en marcha o detener la red de monitoreo Este caso de uso es iniciado por el usuario. 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. Flujo principal del caso de uso Iniciar y detener sistema.permanentemente para los procesos de descarga automática de datos desde los nodos de la red. Figura 35. 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. La pantalla principal envía el evento Iniciar o Detener Servicio al Manejador Iniciar o Detener Servicio y este lo envía al Administrador de Servicios. El Manejador Principal sale del sistema. S. El Usuario puede seleccionar entre Iniciar o Detener servicio. F. 76 .3. Caso de uso Actores Propósito Resumen Precondiciones Flujo principal Iniciar y detener sistema Usuario.1. La Pantalla General se despliega. La Interface Usuario despliega la Pantalla General. Iniciar y detener sistema Tabla 22. la Pantalla General envía el evento Salir a la Interface Usuario.
Config.Ppal Ap. La Pantalla General se despliega. Configurar nodos Tabla 23. Figura 36. Info. tales como tasas de muestreo. la Pantalla General envía el evento Salir a la Interface Usuario. Si la actividad seleccionada es Salir. Nodo 4: Solic. Nodo 5: Solic. Flujo principal del caso de uso Configurar nodos. Info. Diagrama de secuencia Configurar nodos Usuario Interface Usuario Manej. Ninguno Ninguna Subflujos Excepciones Fuente: El autor. Nodo 3: Solic. El usuario solicita información de uno de los nodos de la red. 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.1. El Usuario puede seleccionar el nodo que quiere configurar. 77 . La Interface Usuario despliega la Pantalla General. Inf. Nodos 1: Desplegar Pantalla General Manej. 7: Devolver Información 9: Modificar 8: Mostrar Info. Nodo 6 Devolv. El Manejador Principal sale del sistema.3. Caso de uso Actores Propósito Resumen Precondiciones Flujo principal Configurar nodos Usuario. Ninguna El Manejador Principal solicita Desplegar Pantalla General a la Interface Usuario. 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. La información es desplegada en pantalla y el usuario modifica las opciones de configuración si así lo desea.5.2. Info. umbrales de alarma y tiempo de inicio de funcionamiento. base de datos Permite al usuario ver y modificar los parámetros de funcionamiento de cada uno de los nodos de la red de monitoreo. Cliente Interface Base Base de datos 2: Solicitar Inf. Pantalla 10: Modificar 11: Guardar Datos 12: Guardar Datos 13: Salir Fuente: El autor. La Interface Usuario envía el evento Salir al Manejador Principal. La Interface de Usuario envía el evento Solicitar Información Nodo a la Interface Base por medio del Manejador de Configuración de Nodos.
Info. 78 . caso en el cual informa al usuario.Aplic.1.5. la Pantalla General envía el evento Salir a la Interface Usuario.3. La Interface Usuario envía el evento Salir al Manejador Principal. Info. Cliente Interface Base de datos Base de Datos 1: Desplegar Pantalla General 2: Selec.3. Nodo 3:Solic. Nodo 6: Devolv. Figura 37. Info. El Usuario puede seleccionar el nodo cuyo estado quiere consultar. La interface Base devuelve la información al Usuario por medio del Manejador Consultar Estado y despliega la información en pantalla por la Interface Usuario. Ninguna El Manejador Principal solicita Desplegar Pantalla General a la interface Usuario.Info. 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. Consultar estado Tabla 24. Subflujos Excepciones Fuente: El autor. en Pantalla 7: Devolver Información Fuente: El autor. el nivel de batería y si el nodo está operando correctamente. Nodo 5: Solic. El Manejador Principal sale del sistema. Caso de uso Actores Propósito Resumen Precondiciones Flujo principal Consultar estado Usuario. Flujo principal del caso de uso Consultar estado. 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. 9: Salir 8: Mostrar Info. Diagrama de secuencia Consultar estado Usuario Interface Usuario Manejador Consultar Estado Manejador Ppal. La Interface Usuario envía el evento Solicitar Información Nodo a la Interface Base por medio del Manejador de Configuración de Nodos. La Pantalla General se despliega. La Interface Usuario despliega la Pantalla General. Nodo 4: Solic. Si la actividad seleccionada es Salir.
El Usuario puede seleccionar el nodo cuya información desea consultar ingresando los parámetros de búsqueda de acuerdo a sus necesidades. Info. Ninguna El Manejador Principal solicita Desplegar Pantalla General a la interface Usuario.Info. El usuario elige un nodo cuya información quiere consultar. Figura 38. La interface Base devuelve la información al Usuario por medio del Manejador Consultar Datos y despliega la información en pantalla por la Interface Usuario. Si la actividad seleccionada es Salir. Nodo 3: Solic. Nodo 4: Solicitar Información Nodo 5: Solic. El Manejador Principal sale del sistema.1. 79 .5. Diagrama de secuencia Consultar datos Usuario Interface Usuario Manejador Consultar Datos Manejador Ppal. 9: Salir 8: Mostrar Inf. Especifica los parámetros de consulta y la pantalla despliega datos de las mediciones y gráficos de comportamiento climatológico a través del tiempo. Nodo 6: Devolv.4. Cliente Interface Base de datos Base de datos 1: Desplegar Pantalla General 2: Selec. La Interface Usuario despliega la Pantalla General. La Interface Usuario envía el evento Solicitar Información Nodo a la Interface Base por medio del Manejador Consultar Datos. La Pantalla General se despliega. Info.Aplic. Caso de uso Actores Propósito Resumen Precondiciones Flujo principal Consultar datos Usuario. la Pantalla General envía el evento Salir a la Interface Usuario. Ninguno Ninguna Subflujos Excepciones Fuente: El autor. base de datos Poner a disposición del usuario datos de las mediciones efectuadas por la red de monitoreo. Flujo principal del caso de uso Consultar datos.3. Consultar datos Tabla 25. La Interface Usuario envía el evento Salir al Manejador Principal. Pantalla 7: Devolver Información Nodo Fuente: El autor.
Este caso de uso es iniciado por el usuario.Nodo 8: Mostrar Inf.5. Pantalla 10: Guardar como 11: O K 7: Devolución Info. 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. Ninguno Ninguna Subflujos Excepciones Fuente: El autor. La Pantalla General se despliega. de acuerdo a sus necesidades Ninguna El Manejador Principal solicita Desplegar Pantalla General a la Interface Usuario. El Manejador Principal sale del sistema. 80 . Figura 39. Nodo 5: Solic. base de datos Brinda la opción al usuario de exportar los datos almacenados en la base de datos a archivos planos y al portapapeles.1. Flujo principal del caso de uso Exportar datos. La interface Base devuelve la información al Usuario por medio del Manejador Exportar Datos y despliega la información en pantalla por la Interface Usuario.Info. La Interface de Usuario envía el evento Solicitar Información Nodo a la Interface Base por medio del Manejador de Configuración de Nodos.Nodo 4: Solicitar Info.Aplic.Nodo 6: Dev. quien selecciona la opción de inicio o detención del sistema desde el entorno general. La Interface Usuario despliega la Pantalla General. Exportar Datos Tabla 26.5. la Pantalla General envía el evento Salir a la Interface Usuario.Info. Si la actividad seleccionada es Salir. Caso de uso Actores Propósito Resumen Precondiciones Flujo principal Exportar datos Usuario. Cliente Interface Base de datos Base de datos 2: Selec.3.Info. El Usuario puede seleccionar el nodo y los intervalos o filtros de consulta. Nodo 9: Guardar como 12: Salir Fuente: El autor. La Interface Usuario envía el evento Salir al Manejador Principal. Diagrama de secuencia Exportar datos Usuario Interface Usuario Manejador Exportar Datos Manejador Ppal.Nodo e intervalos 1: Desplegar Pantalla General 3: Solic.
Diagrama de secuencia Enviar configuración Admin. Este solicita Enviar Configuración al Manejador Enviar Configuración. el Manejador Enviar Configuración envía la configuración al Módulo Coordinador por medio de Interface Coordinador. Ninguno La aplicación de servicio puede perder comunicación física con la red de monitoreo. Caso de uso Actores Propósito Resumen Enviar configuración Administrador de servicios. El Manejador Enviar Configuración envía Solicitud de Información de Configuración Pendiente a la Base de datos por medio de Interface Base. de Interface Man Enviar Servicios Adm. de modo que la aplicación de servicio esté operando El Administrador de Servicios solicita Iniciar Sistema al Manejador Principal.6. por lo cual es factible que la configuración pendiente por establecer no sea transmitida. quien envía una confirmación al Manejador Principal por medio de Manejador Enviar Configuración. Info Config Pendiente 8: Enviar Configuración Pendiente 9: O K 7: Enviar Configuración Pendiente 10: O K 11: O K Fuente: El autor. quien devuelve la información solicitada al Manejador Enviar Configuración. Flujo principal del caso de uso Enviar configuración. 81 . los obtiene de la base y los transmite a la red de monitoreo. Figura 40.5. Ppal Apl. El usuario debe haber puesto en marcha el sistema previamente. 1: Iniciar Sistema Manej. Servic. Info Config Pendiente 5: Devolv. Enviar configuración Tabla 27. Si hay información de configuración pendiente por enviar a la red de monitoreo. Servicio Interface Base Datos Interface Coordinador Base de Datos Módulo Coordinador 2:Solic Env Config 3:Solic Info Config Pendiente 4: Solic Info Config Pendiente 6: Devolv.3. Precondiciones Flujo principal Subflujos Excepciones Fuente: El autor.1. Si hay cambios pendientes por establecer. 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. Configur.
Diagrama de secuencia Descargar datos Admin. base de datos. El Manejador Principal solicita Analizar Datos al Manejador Registrar Alarmas quien solicita datos a la base de datos por medio de Interface Base. Flujo principal del caso de uso Descargar datos. La aplicación de servicio permanece en un ciclo indefinido donde solicita datos al módulo coordinador y los almacena en la base de datos. generando las alarmas correspondientes de acuerdo a los datos descargados. Analiz Datos 17: O K 13: Solic.1. Este solicita Descargar Datos al Manejador Descargar Datos. Descargar datos Tabla 28. Datos Servicio Manej. quien devuelve los datos solicitados al Manejador Descargar Datos. Caso de uso Actores Propósito Resumen Descargar datos Administrador de servicios. 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. El Manejador Descargar Datos envía Descargar Datos al Módulo Coordinador por medio de Interface Coordinador.5. En cada ciclo. 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. por lo cual la aplicación reintenta la descarga de datos en el siguiente ciclo de conexión. Figura 41. D.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. 3: Descargar Datos 6: Devolver Datos 7: Guardar Datos 10: O K 11: O K 12: Solic. Datos 16:Dev. de Servicios Interface 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. Descargar Ppal Apl. módulo coordinador Almacenar en la computadora los datos de las mediciones efectuadas por la red de monitoreo. Servicios Manejador Manej.Datos 14: Solicitar Datos 15: Devolver Datos 4: Descargar Datos 5: Devolver Datos 8: Guardar Datos 9: O K Fuente: El autor. Precondiciones Flujo principal Subflujos Excepciones Fuente: El autor. 82 .7. Registrar alarmas Interface Base de datos Interface Coordinador Base de Módulo datos Coordinador 1: Iniciar Sistema 2: Solic. Desc.
La tabla VARIABLES almacena las variables físicas a monitorear.5. NODOS y NODOSCONFIG. 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.4. GRUPOS. Conceptualmente el modelo puede subdividirse en los siguientes grupos principales: 5. en este caso temperatura y humedad relativa.1. Información y configuración de nodos Comprende las tablas VARIABLES. así como su estado de configuración (para saber si hay 83 . ej.4. definir una misma tasa de muestreo para los nodos de una zona específica de la finca. 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. Fuente: El autor. Modelo entidad relación. La tabla NODOS contiene información particular de cada nodo.
DISEÑO GENERAL DEL PROGRAMA DE COMPUTADORA El software para el cumplimiento de los requerimientos se ha dividido en dos componentes principales: 84 . registrando la variable en cuestión y fecha y hora de la medición. Registro de datos y de sucesos Comprende las tablas REGISTRO_MONITOREO y REGISTRO_SUCESOS. Finalmente la tabla NODOSCONFIG almacena los datos de configuración de cada uno de los nodos para la variable física correspondiente. pérdida de conexión con algún nodo. Sirven para definir los tipos de alarmas generados por el sistema (umbrales máximos y mínimos superados. 5. Información de sucesos Comprende las tablas SUCESOS y TIPOSSUCESO. registra la ocurrencia y la fecha y hora de los sucesos durante la operación del sistema. La primera almacena los datos de todas las mediciones efectuadas por los nodos de la red. La segunda a su vez.4.4.cambios de configuración pendientes por aplicar o si ya se aplicaron). 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.3. 5. Así mismo. inicio o detención de operación de los nodos y otros). 5. 5.4.2. tasas de incremento y decremento máximas detectadas.4.5. incluye los valores de los umbrales para la generación de alarmas.
1. Interfaces preliminares Las siguientes son algunas de las interfaces de la aplicación cliente diseñada para cumplir con los requerimientos planteados. 5.1.1. 5. Una vez establecida dicha conexión. la conexión del dispositivo coordinador. debe existir un programa que se ejecute en el trasfondo del sistema operativo como un servicio. a partir de dicho instante.1.5. La aplicación cliente permite al usuario.5.5. 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. operario o encargado del cultivo establece los valores de los parámetros de configuración de las mediciones y alarmas. Este programa se encargará de mantener comunicación permanente con el módulo coordinador cuando éste se encuentre conectado a la computadora.5. 5. 85 . dado que el servicio no cuenta con ningún tipo de interfaz.2. deberá existir un programa que permita interactuar al usuario con la red de monitoreo. y visualizar y obtener los datos de temperatura y humedad relativa para su análisis. 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. además de aquella donde se puede iniciar o detener. Básicamente el servicio se ejecutará automáticamente desde que se enciende la computadora y. monitoreará en el puerto.2. Diagrama de flujo El diagrama de flujo en la siguiente página describe el funcionamiento del software operando como servicio.5.
INICIO Monitorear el puerto hasta que haya conexión del coordinador Leer puerto NO ¿Coordinador se conectó? SI Obtener de la base. El coordinador almacena estos cambios y los envía a los nodos cuando estos se reporten. ¿Finalizó conexión con el coordinador? SI Fuente: El autor. nodos con cambios de configuración pendientes Notificar al coordinador cambios de configuración pendientes NO 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.Figura 43. El coordinador da esta información Se descargan los datos antes de hacer efectivos nuevos cambios de configuración NO ¿Se almacenaron todos los datos en la base? SI Generar alarmas si las hay Eliminar datos de mediciones del coordinador Obtener de la base. nodos con cambios de configuración pendientes en ciclo anterior 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 El programa analiza los datos descargados y genera alarma si alguno de los umbrales ha sido superado Descargar datos de mediciones Almacenar datos de mediciones Se verifica si cambios de configuración pendientes en el ciclo anterior llegaron a los nodos. Diagrama de flujo de sincronización con el programa de Servicio. 86 .
Figura 45. Interfaz para la edición de la tabla GRUPOS.La información de las tablas de GRUPOS y VARIABLES se modifica a través de una interfaz como la mostrada a continuación: Figura 44. 87 . Fuente: El autor. Fuente: El autor. Entorno general de la aplicación cliente.
Finalmente. Muy posiblemente. las tasas de muestreo. esto involucra no solamente exportar los datos en formato de archivo plano. además. Aunque la aplicación desarrollada ya debe contener esta librería. dispone de tres paneles principales: • Configuración: Permite al usuario definir. que permita a algunos clientes desarrollar sus propias aplicaciones de acuerdo a necesidades específicas. almacenar los datos transparentemente al usuario en una o varias tablas de bases de datos de otras aplicaciones. 88 . Muestra. 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. es necesario analizar con cuidado las posibles necesidades para que la librería cumpla su objetivo. 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.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. Otro propósito a mediano plazo es diseñar una librería de uso para usuarios desarrolladores. y sea fácil de utilizar. • • Estado: Permite ver si el nodo está operando. sino además. umbrales de alarma y demás parámetros de funcionamiento. fecha y hora de inicio de medición. la medición actual de cada nodo para cada variable y el nivel de batería. para cada variable física a medir. Así mismo.
automatización de procesos y sistemas de control en lazo cerrado. Este impacto no solamente se limita al tema de monitoreo de variables físicas. mientras el estándar IEEE 802. El nuevo estándar IEEE 802.6. La teoría relacionada con reducción de márgenes de atenuación naturales debidos 89 .15. sino también a todas aquellas aplicaciones relacionadas con accionamiento de actuadores.4 ratificado en Diciembre de 2004. ha abierto un abanico de posibilidades en cuanto a la aplicación de tecnología inalámbrica en sistemas de redes de sensores y automatización. una alternativa más apropiada para el manejo de redes de dispositivos donde se requiere transmitir pequeños volúmenes de datos.15.4 ha comenzado a llenar el vacío que había existido en cuanto a estándares para este tipo de aplicaciones. CONCLUSIONES La incorporación de tecnología inalámbrica en sistemas de monitoreo de variables climatológicas tiene un gran impacto especialmente en el sector agrícola. 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. dados los elevados costos de instalación y adquisición de cable y sobre todo aquellos relacionados con el mantenimiento asociado a dichas instalaciones. con tasas de transmisión aceptables y especialmente con muy bajo consumo de energía. El estándar IEEE 802.15.4 ha dado a los diseñadores de sistemas de automatización. así como el de automatización residencial. Tecnologías como Bluetooth y WIFI han posibilitado la transmisión de grandes volúmenes de datos a altas tasas de transferencia.
El tema de monitoreo climatológico. la variedad. se encontró que los sensores se encuentran dentro de la gama de dispositivos de mayor exactitud. dado que los factores que afectan el funcionamiento óptimo de la red de transmisión son numerosos. bajo consumo y facilidad de acondicionamiento. fuentes de interferencia. 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. permite que tiempos de latencia grandes. Se eligieron para el diseño sensores digitales que incorporan en el mismo encapsulado la medición de temperatura y humedad relativa. teniendo como ventaja la posibilidad de obtener un dato más exacto del punto de rocío. El poder de procesamiento. El tema del consumo de potencia y la consiguiente autonomía del sistema. cuando se carece de redes 90 . Sin embargo. cambiantes y difíciles de analizar en conjunto. la facilidad de uso y el bajo consumo de energía de los microcontroladores actuales. Como ventajas adicionales. Los componentes elegidos han hecho de este diseño una solución sencilla pero ajustada a los requerimientos de la aplicación. la reducción de consumo se constituye en una prioridad. en procesos de implementación real en cultivos y otros entornos productivos. por ejemplo. 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. entre otros. altura del terreno. por sus características intrínsecas. Especialmente en aplicaciones donde el tiempo de latencia no puede ser relativamente grande en términos de respuesta del sistema en tiempo real. No obstante.a la distancia. debe ser un asunto que hay que analizar con cuidado. facilitan el diseño óptimo de una red de monitoreo. no perjudiquen la eficiencia del sistema. es indispensable la realización de pruebas de alcance reales. obstáculos y propiedades de los obstáculos presentes. potencia el diseño de soluciones económicas pero confiables y eficientes.
El software computacional se dividió en dos aplicaciones principales: una actuando como servicio en el sistema operativo. 91 . así como la generación de alarmas según umbrales establecidos por el usuario. La primera realiza. y otra como aplicación cliente con interfaz de usuario.de potencia eléctricas y el sistema debe cierta autonomía. las tareas relacionadas con la sincronización de datos y parámetros de configuración con los nodos de la red. de modo transparente para el usuario. 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. 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.
como alternativa a la de alimentación con baterías. que se ajusten al nivel de tecnificación de cada uno de los posibles clientes. los cuales consumen considerablemente mayor energía que los de medición. Este diseño se presentó como alternativa de reducción de cableado para la parte de control. que permitan la incorporación de otro tipo de sensores. y especialmente en el sector agrícola. sistemas de calefacción y motores. existen otras variables físicas de gran incidencia en favor de un estudio y pronóstico del fenómeno. por ejemplo. entre otros. Esta posibilidad sería bastante atractiva. brindando mayor flexibilidad a la hora de implementar el sistema en otro tipo de aplicaciones. por ejemplo. con respaldo de batería recargable. 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. RECOMENDACIONES El monitoreo de temperatura y humedad relativa en tiempo real es de gran utilidad en la agricultura. en aplicaciones tales como el control de heladas. es clara la utilidad que este tipo de redes de dispositivos puede tener en sistemas de automatización de invernaderos y de otros procesos industriales. por lo cual cada dispositivo final puede incorporar electrónica asociada al manejo de actuadores. No obstante. En este orden de ideas es factible concebir un módulo de medición con entradas adicionales de voltaje y/o corriente. tales como electroválvulas. Sería muy beneficioso estudiar la posibilidad de incorporar un sistema de alimentación mediante paneles solares. aumentando la autonomía del sistema. 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. Así mismo.7. para obtener una respuesta óptima del cultivo. En este diseño 92 . Otro tema que merece mención es el de suministro de energía. para el caso de la alimentación de los módulos repetidores.
este diseño podría ser susceptible de ser mejorado en el tema de los costos. Sería interesante hacer un estudio sobre la viabilidad de desarrollar un stack o protocolo propio. pero esto en algunos casos puede representar un problema debido a que en algunos sitios no se dispone de redes eléctricas. Concretamente. el módulo de transmisión de radio. ambos en un mismo encapsulado.dichos módulos se alimentan con baterías recargables o desde la red eléctrica. como se discutió en este documento. incorpora el transceiver y el microcontrolador que implementa el protocolo de red. pero con un amplio abanico de posibilidades en el ámbito de la automatización y control de procesos del sector agrícola e industrial. De otra parte. Como consecuencia. basado en un análisis comercial serio. 93 . En términos de costo de materiales esto representa un sobrecosto de alrededor de 20 dólares por dispositivo. aunque un ahorro considerable en desarrollo. este trabajo debe servir como modelo de aplicación de la tecnología inalámbrica en sistemas de redes de sensores y medición en tiempo real.
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