SISTEMA DE MEDICION DE TEMPERATURA

Yuver Rengifo Guzmán Departamento de Ingeniería electrónica Ing. electrónico Email: [email protected] Keywords: Embedded systems, sensors, web programming

RESUMEN En la actualidad el desarrollo industrial a conllevado a que la contaminación ambiental sea elevada, la medición de variables ambiéntales juegan un papel de gran interés en la vida de todos los Ceres vivos. Variables como humedad relativa, temperatura, entre otras, tienen gran relevancia para informar que tan hostil es nuestro entorno Para esto fue diseñado sistema meteorológico a través de linkit one que permite tener mediciones en tiempo casi real de la temperatura, este sistema puede informar los niveles de temperatura. Este proyecto se realiza con el propósito de controlar la variable de temperatura. Las mediciones son realizadas por una estación portátil conformada por un sensor DHT11, y una placa de desarrollo (linkit one). Para desarrollar este proyecto, el primer paso fue estudiar el comportamiento de cada componente, para así construir la estación portátil. Luego la programación de linkit one, la programación de servidor web (ubidots). Palabras clave: sistemas programación web

embebidos,

a la comprensión del cambio climático, mejorar la forma de hacer negocios, o hacer que cada día sea más agradable. Desde el Internet de las Cosas (Internet of Things o IoT), donde estamos hoy? estamos comenzando a entrar En un nuevo reino: Internet of Everything o IoE, donde las cosas toman conciencia de su contexto, adquieren una mayor potencia de procesamiento y una mayor capacidad de detección [1]. Con este proyecto se espera contribuir al desarrollo tecnológico y a la apertura de nuevas investigaciones en este ámbito IoT.

sensores,

OBJETIVO GENERAL Diseñar un sistema de control de temperatura automático que permita comunicar en tiempo real el estado de la variable temperatura. OBJETIVOS ESPECIFICOS 





Implementar un sistema electrónico y de control a través de linkit one, utilizando tecnología de control digital basada en sistemas embebidos, Lograr el acoplamiento de los elementos que integran todo el sistema a fin de lograr el 100% de trabajo óptimo. Lograr la correcta transferencia de Información entre el sensor y el sistema central a fin de no perder nada de información.

INTRODUCCION Estamos entrando en una era en la que Internet tiene el potencial de mejorar dramáticamente las vidas de todos en nuestro planeta. Desde curar enfermedades,

Figura1. Modelo del sistema de censado de temperatura Todo el sistema mostrado en la figura 1 es alimentado con una batería que suministra linkit one, proporcionando así la corriente necesaria para que el sistema de control funcione correctamente. 1. MATERIALES Y METODOS 1.1 Materiales linkit one Es una plataforma electrónica abierta para la creación de prototipos. Tiene Procesador incorporado, linkit one se programa mediante el lenguaje de programación SDK (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo java (basado en Processing). Los proyectos desarrollados con linkit one pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador, estos tienen la posibilidad de comunicarse con diferentes tipos de software (p.ej. Flash, Processing, MaxMSP).

Estos dispositivos proporcionan al usuario información y control, y pueden intercambiar datos y mensajes de control con los usuarios, es un dispositivo inteligente con aplicaciones en la nube a través de mensajes GSM, GPRS, Wi-Fi o Bluetooth.

una simple herramienta de comunicación de voz y se convirtió en un instrumento de conectividad total. [5]. D. Estándares de comunicación A continuación se mencionan algunos estándares de comunicación relevantes en el presente proyecto.

Que son controlados de servicios en la nube o teléfonos inteligentes a través de conexiones Wi-Fi o Bluetooth. Cada plataforma de desarrollo a su vez ofrecerá una o más variantes de conjuntos de chips y la API diseñadas para satisfacer las necesidades de desarrollo y de dispositivos específicos. Y para permitir la creación de prototipos de dispositivos.

E. Estándar IEEE 802.11 Define el uso de los dos niveles inferiores de la arquitectura o modelo OSI (capa física y capa de enlace de datos), especificando sus normas de funcionamiento en una red de área local inalámbrica (WLAN). La familia de protocolos 802.11 es la base de Wi-Fi [6].

2. MARCO REFERENCIAL A continuación se describen brevemente las componentes para el desarrollo principal del dispositivo.

-802.11a permite hasta 54 Mbps en las bandas licenciada a 5 GHz. -802.11b permite hasta 11 Mbps en la banda licenciada a 2.4 GHz. • 802.11g permite hasta Mbps en la banda no licenciada a 2.4 GHz. -802.11n permite hasta 600 Mbps en las bandas licenciadas a 2.4 GHz y 5 GHz.

A. Linkit one plataforma de desarrollo. Plataforma de desarrollo le permite diseñar y Wearables de prototipos y dispositivos Internet de las Cosas (IOT), el uso de hardware y una API que son similares a los ofrecidos por las placas Arduino.

no no 54 no

F. Protocolos GPRS Se basa en la plataforma comercial más pequeña del mundo System-on-Chip (SOC) para llevar puestos, MediaTek MT2502 (Áster). Este SOC funciona con energía eficiente de MediaTek Wi-Fi y GNSS también conjunto de chips de compañía. Esto significa que puede crear fácilmente dispositivos que se conectan a otros dispositivos inteligentes o directamente a las aplicaciones y servicios en la nube para que sea más fácil de crear prototipos de dispositivos Wearables y IOT y sus aplicaciones [2].

LAPD (Link Access Protocol for D-channel) es un protocolo de control de enlace de datos para los canales tipo D que son usados para transportar información de control y señalización y que nunca se separan de los canales B que transportan datos de usuario. LAPD es HDLC trabajando en un modo determinado, más concretamente asíncrono balanceado. LAPD pertenece a la tecnología ISDN, es el protocolo ITU Q.921.

B. Wi-fi

Este protocolo multiplexa varias conexiones en un solo canal real entre usuarios y se diferencia del LAPB (LAP balanceado) por su secuencia de segmentación/ensamblaje de tramas [5].

Es un mecanismo de conexión de dispositivos electrónicos de forma inalámbrica. Los dispositivos habilitados con wi-fi (como una computadora personal, un televisor inteligente, una videoconsola, un teléfono inteligente o un reproductor de música) pueden conectarse a internet a través de un punto de acceso de red inalámbrica. Dicho punto de acceso tiene un alcance de unos veinte metros en interiores, distancia que es mayor al aire libre, la particularidad es que el Wi-Fi utiliza el aire como medio de transmisión [3].

3. Estado del arte El Internet De las Cosas (IoT) es un concepto que se refiere a la interconexión digital de objetos cotidianos con internet, Alternativamente, Internet de las cosas es el punto en el tiempo en el que se conectarían a internet más “cosas u objetos” que personas. El concepto de internet de las cosas lo propuso Kevin Ashton en el Auto-ID Center del MIT en 1999, donde se realizaban investigaciones en el campo de la identificación por radiofrecuencia en red (RFID) y tecnologías de sensores. La empresa estadounidense Cisco, que está desarrollando en gran medida la iniciativa del internet de las cosas, define Internet De las Cosas como la reunión de personas, procesos, datos y cosas para hacer conexiones en red más relevantes y valiosas que nunca, convirtiendo la información en acciones que crean nuevas capacidades, experiencias más ricas, y oportunidades

C. GPRS El GPRS (General Packet Radio Service) es una extensión de la tecnología de comunicaciones móviles GSM. En ella la información es dividida en pequeños bloques, los que posteriormente se reagrupan al llegar a destino. Este tipo de transmisión permite una mayor capacidad y velocidad. Con la Banda Ancha Móvil, la telefonía móvil dejó de ser

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económicas sin precedentes para las empresas, los individuos y los países. Además, Cisco ha creado un “contador de conexiones” dinámico que le permite estimar el número de “cosas” conectadas desde julio de 2013 hasta el 2020. El concepto de que los dispositivos se conectan a la red a través de señales de radio de baja potencia es el campo de estudio más activo del internet de las cosas. Este hecho se explica porque las señales de este tipo no necesitan ni Wi-Fi ni Bluetooth. Sin embargo, se están investigando distintas alternativas que necesitan menos energía y que resultan más baratas, bajo el nombre de “Chirp Networks”.

El LinkIt ONE placa de desarrollo de código abierto, ideal para prototipos de dispositivos Wearables, Esta basado en un SoC MediaTek Aster (MT2502) combinado con Wi-Fi (MT5931) y GPS (MT3332) chipsets para ofrecerle acceso a todas las características de MediaTek LinkIt.

3.1 Desarrollo metodológico

LinkIt ONE es un producto co-diseño por Seeed Studio y MediaTek. Reúne el conocimiento de las partes en el hardware abierto y diseños de referencia de la industria líder para Wearables y dispositivos IOT para crear esta placa de desarrollo de gran alcance.

Web De las Cosas: ubidots. La Web de las Cosas (WoT) es un término usado para describir los enfoques, software, y modelos de programación que permiten a los objetos del mundo real ser parte de la World Wide Web (WWW). De manera similar a lo que la Web es a la Internet, la Web de las Cosas proporciona una capa de aplicación que simplifica la creación de aplicaciones del Internet de las Cosas. Actualmente existen diversas páginas web que permiten integrar cosas a la Web, entre ellas está ubidots (http://ubidots.com//); una web, que según desarrolladores ubidots es una aplicación de código abierto del Internet de las Cosas para almacenar y recuperar datos de las cosas utilizando el protocolo HTTP a través de Internet o a través de una red de área local. Ubidots permite la creación de aplicaciones de registro de sensor, aplicaciones de seguimiento de localización y una red social de las cosas con las actualizaciones de estado. Ubidots permite visualizar datos de las cosas mediante la creación de Canales personalizables según la aplicación que se requiera. Cada canal permite visualizar muchas variables diferentes (Temperatura, Humedad Relativa, Presion Atmosferica…) mediante graficos de líneas o mediante Gauges personalizables. Dentro de la configuración y personalización de los canales, está la posibilidad de agregar la ubicación del canal con solo introducir los datos geográficos de Altitud y Longitud, así como la posibilidad de agregar un video que se encuentre en plataformas como Youtube o Vimeo. Cabe anotar que cada canal creado cuenta con un código API Key que es un código que se debe utilizar en las líneas de código de la programación que se realice; mediante dicho API Key nuestra plataforma de desarrollo (linkit one) tendrá acceso a nuestro canal para así grabar los datos y tener posterior visualización de los mismos. Cada canal tiene la opción de ser públicos, lo que quiere decir que cualquier persona con tan solo tener el link del canal podrá acceder a leer los datos a monitorear, así mismo cada canal nos presenta la opción de exportar los datos y tenerlos en una hoja de cálculo de Excel.

También proporciona funciones de pin-out similares a las placas Arduino, por lo que es fácil para que usted conecte con varios sensores, periféricos, y Shields de Arduino, también permiete el acceso a varios sensores, periféricos y Groves (Sensores de Seeed) .

Su programación se hace en la IDE de Arduino Esta tarjeta incluye: Tarjeta Link It ONE Batería de 3.7V 100mAh Antenas GPS, WIFI, GSM

DISEÑO Para el diseño del sistema se siguió la siguiente metodología: 1.- Se procedió primeramente mediante un cronograma calendarizado estrictamente las tareas a desarrollar. Basados en la construcción del prototipo, este proyecto fue dividido en 2 áreas de investigación y aplicación: a) 1.Sistema de captura de información: Sensores b) 2. Sistema de programación. c) 3.- Sistema de comunicaciones. #include #include #include #include #include #include #include #define WIFI_AP "UPB" #define WIFI_PASSWORD "Ç" #define WIFI_AUTH LWIFI_OPEN #define URL "things.ubidots.com" #define TOKEN "EMN0UvYxjcy0pfACcUtPwOYzXWZpePMNj4Ix nhWqyyNyPLO4TjlRMJbL9aqM" #define VARID1 "5734f9a176254252f4a98d35"

#define WEBSITE "things.ubidots.com" #define URL "/api/v1.6/collections/values/?token=EMN0UvYxjcy 0pfACcUtPwOYzXWZpePMNj4IxnhWqyyNyPLO4 TjlRMJbL9aqM&force=true"

{ if (LWIFI_STATUS_CONNECTED == true){ Serial.println("Connecting to Ubidots..."); LWiFiClient c; while (!c.connect(URL, 80)) { Serial.println("Retrying to connect..."); delay(100); }

#include "LDHT.h" #define DHTPIN 2 #define DHTTYPE DHT11 LDHT dht(DHTPIN,DHTTYPE);

Seguidamente se definen el tipo de variables a utilizar y su velocidad, y se revisa si hay lectura del sensor DHT11. float tempC=0.0,Humi=0.0; LGPRSUDP u; char payload[180]; char le[4]; String response;

Serial.println("Connected!"); while(1) { LWifiStatus ws = LWiFi.status(); boolean status = wifi_status(ws); if(!status){ Serial.println("Connecting to AP"); while (0 == LWiFi.connect(WIFI_AP, LWiFiLoginInfo(WIFI_AUTH, WIFI_PASSWORD))) { delay(500); } }

void setup() { LTask.begin(); LWiFi.begin(); dht.begin(); Serial.begin(9600); En la siguiente excursión se procede a revisar la conexión Wi-Fi, si esta está disponible se procede a enviar los datos a Ubidots a través de Wi-Fi, en el código se definen los protocolos para él envió de los datos haca la página web de Ubidots.

if(dht.read()) { tempC = dht.readTemperature(); Humi = dht.readHumidity(); } String payload = "{\"value\":"+ String(dht.readTemperature()) + "}"; String le = String(payload.length());

Serial.println("Connecting to AP"); LWiFi.connect(WIFI_AP, LWiFiLoginInfo(WIFI_AUTH, WIFI_PASSWORD));

if(!c.connected()){ while (!c.connect(URL, 80)){ delay(100); } Serial.println("Client reconnected!"); }

if(!LBTServer.begin((uint8_t*)"LinkIT ING.Electronica")) { Serial.println("Fail to start BT."); return; } Serial.println("BT server is started."); } boolean wifi_status(LWifiStatus ws){ switch(ws){ case LWIFI_STATUS_DISABLED: return false; break; case LWIFI_STATUS_DISCONNECTED: return false; break; case LWIFI_STATUS_CONNECTED: return true; break; } return false; }

c.print(F("POST /api/v1.6/variables/")); c.print(VARID1); c.println(F("/values HTTP/1.1")); c.println(F("User-Agent: LinKit One/1.0")); c.print(F("X-Auth-Token: ")); c.println(TOKEN); c.println(F("Connection: close")); c.println(F("Content-Type: application/json")); c.print(F("Content-Length: ")); c.println(le); c.print(F("Host: ")); c.println(URL); c.println(); c.println(payload); c.println(); int v; while(c.available()){ v = c.read();

void loop() 4

if(v < 0){ Serial.println("No response."); break; } } delay(1000); } } Si la comunicación Wi-Fi no está disponible se procede a preguntar si GPRS está disponible si es así los datos se envían directamente a través de GPRS, se debe definir el APN del operador celular que se esté utilizando en este caso se utiliza TIGO Colombia por lo que se define (web.colombiamovil.com.co) y se lleva al código de la siguiente manera:

else { Serial.println("Attach to GPRS network"); Attach to GPRS network - need to add timeout

//

LGPRS.attachGPRS("web.colombiamovil.com.co","" ,""); if(dht.read()) { tempC = dht.readTemperature(); Humi = dht.readHumidity(); } save_values(tempC); if(LBTServer.connected()) { // echo back all received data if(dht.read()) { tempC = dht.readTemperature(); Humi = dht.readHumidity(); }

Ilustración a.) Visualización interna del dispositivo. b.) Visualización externa del dispositivo. En la figura 4 se muestra un screenshot de la aplicación recibiendo los datos del sensor, para su posterior sincronización con la base de datos en la nube ubidots.

} Resultados La figura 4 se presenta el dispositivo terminado con algunas protecciones, se puede apreciar en la ilustración 3b que la batería no está interna lo cual puede presentar problemas de seguridad del dispositivo a la hora de llevarlo a la práctica en aplicaciones de campo por lo cual esto se debe mejorar si se desea implementar a nivel de industria. Ilustración 1 Visualización de datos en Ubidots. Se puede apreciar en la figura 4 la variación de temperatura en el tiempo visualizada desde la plataforma Ubidots. Los datos enviados desde el dispositivo se trasmiten de forma clara, estos son enviados cada cierto tiempo, este tiempo es definido en el código y puede ser alterado cuando el usuario lo prefiera al igual que los operadores wi-fi y GPRS que se utilicen brindando versatilidad, garantizando un mejor envió de datos y

minorando las pérdidas que pueden presentarse en un sistema que utilice un solo tipo de comunicación y que no tenga respaldo para la información.

Disponible en: http://facultad.bayamon.inter.edu/cgonzalezr/ELEN4 618/GSM.pdf ; Consultado a los 30 días del mes de marzo de 2016.

Conclusión [6] Dora María BallesterosΨ, Harvey Enrique Melo, Ascanio José Maya Quintero - Sistema de transmisión inalámbrica de señales ECG y de temperatura para ambientes hospitalarios (SINHO) Grupo de Investigación TIGUM, Universidad Militar Nueva Granada, Colombia - Recibido 16 de febrero de 2010. Aceptado 23 de junio de 2010 disponible en http://www.scielo.org.co/pdf/rinbi/v4n7/v4n7a06.pdf; Consultado a los 30 días del mes de marzo de 2016.

A través de la placa de desarrollo Linkit One se puede realizar dispositivos para aplicaciones IOT con mucha versatilidad y ahorro tanto económico como de espacio, al integrar en su hardware las tecnologías (Bluetooth, GPRS y Wi-Fi) se logra una rápida conexión y transmisión de datos, además de esto un fácil manejo del software ahorrando líneas de código gracias a las librerías prediseñadas por los fabricantes de la placa y la línea de sensores compatibles con ella.

[7] Carlos Robles Algarín, Roger Caputo Llanos, Alfredo Sánchez Hernández - Diseño de un sistema scada basado en labView, implementando el protocolo de comunicación inalámbrica zigbee design of a labview-based scada system, implementing the zigbee wireless communication protocol - Ingeniería Electrónica. Universidad Cooperativa de Colombia Grupo de Investigación en Sistemas Electrónicos y Energías Renovables - Recibido 28/02/11, Aceptado 15/05/2012. Disponible en: http://ojs.uac.edu.co/index.php/prospectiva/article/Vi ewFile/395/367 ; Consultado a los 30 días del mes de marzo de 2016.

En el presente el sensor DTH11 presenta un eficiente funcionamiento y compatibilidad de software y hardware con la placa Linkit One. El dispositivo obtenido en este proyecto puede tener aplicabilidades ambientales o de industria quedando abierto a futuras modificaciones por ejemplo integrar o cambiar sensores. Ya que no se presentan problemas con las tecnologías de transmisión inalámbrica (Bluetooth, GPRS y WiFi), todas son muy estables pero cada una presenta ventajas y desventajas desde el punto de vista de su velocidad de transmisión, distancia y ancho de banda, con lo anteriormente dicho es difícil no plantearse un interrogante:

[8] La implementación del sistema SCADA con conexiones inalámbricas en la nueva posición del autotransformador de 300 MVA de la Subestación Pomasqui administrada por la CELEC EP Transelectric, ubicada en la ciudad de Quito, Ecuador. Realizado en febrero del 2015 el por el estudiante de electrónica digital y comunicación Alberto Parra Hidalgo asesorado por el Lic. Rene Alberto Cañete Bajuelo Mg.Universidad tecnológica Israel quito ecuador Disponible: http://186.42.226.2/bitstream/47000/638/1/UISRAEL -EC-ELDT-378.242-32.pdf ; Consultado a los 30 días del mes de marzo de 2016.

Bibliografía [1] Libro - Roy Blake – Sistemas electrónicos de comunicaciones – Niagara College of Applied Arts & Tecnology welland Ontario Canada. [2] Jaime Moreno Castillo - LINKIT one: Estudio de las plataformas software existentes para la Internet de las cosas –- 13 de junio del 2015 - en: http://openaccess.uoc.edu/webapps/o2/bitstream/1060 9/42816/6/jmorenocastiTFC0615memoria.pdf ; Consultado a los 30 días del mes de marzo de 2016. [3] WI-FI and protocol http://www.dipbadajoz.

-

Disponible

en:

es/agenda/tablon/jornadaWIFI/doc/tecnologias_wifi_ wmax.pdf ; Consultado a los 30 días del mes de marzo de 2016. [4] BLUETOOTH y Protocolo de comunicación – Disponible en: http://docs.esupport.sony.com/speakersstands/SRSBT S50_guide/es/contents/02/01/01/01.html ; Consultado a los 30 días del mes de marzo de 2016. [5] GSM y protocolo de comunicación –

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