Diseño de un Mezclador para Televisión Digital Vía Satélite DVB-SH basado en ...
Implementación de una red de sensores inalámbrica para la monitorización de explotaciones vitivinícolas
1. IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED DE SENSORES
INALÁMBRICA PARA LA MONITORIZACIÓN
DE EXPLOTACIONES VITIVINÍCOLAS
AUTOR:
TUTOR:
COTUTOR:
TITULACION:
FECHA:
Bruno Rodríguez Ledesma
Dr. D. Francisco Javier del Pino Suárez
Dr. D. Sunil Lalchand Khenchandani
Ingeniero Técnico de Telecomunicación
especialidad en Sistemas de Telecomunicación
Julio 2013
2. ESTRUCTURA DEL PROYECTO
BLOQUE I
INTRODUCCIÓN
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
MARCO TECNOLÓGICO
BLOQUE II
COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN
BLOQUE III
CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
PRESUPUESTO
3. ESTRUCTURA DEL PROYECTO
BLOQUE I
INTRODUCCIÓN
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
MARCO TECNOLÓGICO
BLOQUE II
COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN
BLOQUE III
CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
PRESUPUESTO
4. INTRODUCCIÓN
¿POR QUÉ EL SECTOR VITIVINÍCOLA?
Conocimiento del sector
Detección de un problema
Búsqueda de solución tecnológica
Posibilidades de crecimiento y desarrollo
5. INTRODUCCIÓN
RED DE SENSORES INALÁMBRICA
(WSN: Wireless Sensor Networks)
Motivos de elección:
Económicos
Portabilidad
Geográficos
7. ESTRUCTURA DEL PROYECTO
BLOQUE I
INTRODUCCIÓN
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
MARCO TECNOLÓGICO
BLOQUE II
COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN
BLOQUE III
CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
PRESUPUESTO
8. LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
Características:
Limitación en la mecanización de las tareas vitícolas
La media de superficie por parcela es de 0,24 Ha
Bodegas de capital privado y carácter familiar
(Según D.O. Tacoronte-Acentejo)
9. LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
CAPACIDAD (L)
Hasta 10.000
Nº BODEGAS
9
Entre 10.000 y 50.000
23
Entre 50.000 y 100.000
6
Más de 100.000
7
Bodegas según su capacidad de producción inscritas en la D.O. Tacoronte-Acentejo (2012)
Características:
Todas son pequeñas y medianas bodegas
La actividad de la bodega constituye una segunda o tercera
actividad del propietario
Interés creciente en mejorar las acciones en las distintas fases
del proceso de producción vitivinícola
(Según D.O. Tacoronte-Acentejo)
10. LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
El proceso de producción:
SALA DE ELABORACIÓN
BODEGA DE BOTELLAS
BODEGA DE BARRICAS
11. LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
Instalación de una pequeña/mediana bodega:
SALA DE ELABORACIÓN
BODEGA DE BARRICAS
BODEGA DE BOTELLAS
13. LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
Parámetros que intervienen en la producción:
Temperatura
Humedad
Cantidad de Luz
14. LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
Mejoras tecnológicas para mejorar la producción:
Red de sensores inalámbrica para controlar los procesos
de elaboración y conservación del vino
Seguimiento de la información a través de una interfaz web
15. MARCO TECNOLÓGICO
O
BLOQUE I
INTRODUCCIÓN
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
MARCO TECNOLÓGICO
BLOQUE II
COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN
BLOQUE III
CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
PRESUPUESTO
16. MARCO TECNOLÓGICO
O
Kit de desarrollo SquidBee:
Compuesto de:
Gateway
Arduino UNO
3 nodos
Arduino XBee Digimesh
“Open Mote”
Sensores de temperatura,
humedad y luminosidad
21. MARCO TECNOLÓGICO
O
Propagación de la señal:
Para una buena comunicación:
Sensibilidad del receptor
Potencia de salida
Frecuencia de señal
Medio de propagación de la señal
¡¡QUIZÁS SE PUEDA OMITIR ESTA DIAPO!!
22. ESTRUCTURA DEL PROYECTO
BLOQUE I
INTRODUCCIÓN
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
MARCO TECNOLÓGICO
BLOQUE II
COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN
BLOQUE III
CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
PRESUPUESTO
23. COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
Arduino UNO:
Microcontrolador
Voltaje de funcionamiento
Alimentación (recomendada)
Voltaje máximo de entrada (no recomendado)
Pines digitales I/O
Pines de entrada analógica
Corriente DC por I/O Pin
Corriente DC para el pin 3.3V
Memoria Flash
SRAM
EEPROM
Velocidad de reloj
ATmega328
5V
7-12V
20V
14 (de los cuales 6 dan salida PWM)
6
40mA
50mA
32Kb (ATmega328) 0.5Kb usados por
bootloader
2Kb (ATmega328)
1Kb (ATmega328)
16 MHz
Características técnicas Arduino UNO
24. COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
Arduino XBee Shield:
JUMPERS
Velocidad de transmisión máxima
Frecuencia de señal
Potencia de transmisión
Número de canales
Conectividad (interior / exterior)
Antena
Topología de red
250 kbps
2,5 Ghz
1 mW (0dbm)
16
30m / 100m
Chip, / U.FL
Punto a punto, estrella
Características técnicas XBee™ s1 802.15.4 de Digi
25. COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
Sensor de temperatura MCP9700A:
Rango de temperaturas: -40ºC hasta 125ºC
3 pines: Vin, GND y Vout
Vout proporcional al Celsio:
0 es 0V y 1024 son 5V; cada 10mV es 1ºC
Muy económico
26. COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
Sensor de humedad 808H5V5:
Vout proporcional a HR del entorno
Alta precisión
Bajo precio
27. COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
Sensor de luz LDR A9050 :
R inversamente proporcional
a intensidad de luz
Oscuridad => 0
100% de luz (por una lámpara UV) => 950
(%) = (100/950) * analogRead ()
28. ESTRUCTURA DEL PROYECTO
BLOQUE I
INTRODUCCIÓN
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
MARCO TECNOLÓGICO
BLOQUE II
COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN
BLOQUE III
CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
PRESUPUESTO
29. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
Pruebas y resultados:
Pruebas para determinar distancias entre nodos
Pruebas de conexión
Pruebas de transmisión entre nodos.
30. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
Pruebas para determinar distancias entre nodos:
Pruebas en interior (puertas abiertas)
Potencia mínima entre 1.4·10-8 mW y 4.4·10-9 mW.
Pérdidas a partir de los 25 metros
Pruebas en interior (puertas cerradas)
Potencia mínima entre 3.41·10-10 mW y 7.30·10-11 mW.
Pérdidas mayores a partir de los 25 metros
Pruebas en outdoor
La potencia entre 1.60·10-7 mW y 1.26·10-7 mW
Pérdidas a partir de los 36 metros
31. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
Pruebas para determinar distancias entre nodos:
Conclusiones:
+ Distancia; - Paquetes recibidos
Comportamientos diferentes según localización
Irregularidades en la comunicación inalámbrica
32. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
Pruebas de conexión:
Distancia
Conexión
6 metros
Ok
16 metros
Ok
24 metros
Ok
32 metros
Al 2º intento se conecta correctamente
36 metros
No conecta
Estado conexiones en función de la distancia entre nodos
33. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
Pruebas de trasmisión de información entre nodos:
Transmisión entre varios nodos Digimesh
Distancia máxima entre los nodos: 20 metros aprox.
Disposición de medidas indoor con nodo coordinador X
34. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
Pruebas de trasmisión de información entre nodos:
Paquetes perdidos según el voltaje recibido
Características del Arduino:
Input voltage (recomendado) → 7V – 12V
- Input voltage (límites) → 6V – 20V
Voltaje
Paquetes recibidos
Paquetes perdidos
20 V
100%
0%
15 V
100%
0%
12 V
100%
0%
10 V
100%
0%
9V
100%
0%
8V
100%
0%
…….
…….
…….
4.0 V (0.06A)
100%
0%
3.8 V (0.06A)
100%
0%
3.7 V (0.01A)
0%
100%
3.6 V (0.01A)
0%
100%
Paquetes recibidos vs perdidos en función de la alimentación
Adaptador de 220V a 5V 1Amp
35. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
Programación de los nodos SquidBee :
Programa para Arduino que lee los datos del sensor desde el puerto serie
¿ESQUEMA CÓDIGO?:
Paquetes recibidos vs perdidos en función de la alimentación
37. ESTRUCTURA DEL PROYECTO
BLOQUE I
INTRODUCCIÓN
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
MARCO TECNOLÓGICO
BLOQUE II
COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN
BLOQUE III
CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
PRESUPUESTO
39. SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN
Script de recogida de datos:
Python 2.7
#@X|NUM_DATO|data0-VALOR0|data1-VALOR1|data2-VALOR2#
X: Identificador del nodo
NUM_DATO: Número de dato enviado
VALOR0: Luminosidad
VALOR1: Humedad
VALOR2: Temperatura
http://winebee.aquicomo.com/?node=X&lum=VALOR0&hum=VALOR1&temp=VALOR2
40. SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN
Base de datos:
Cuenta con 2 tablas:
SQLite
Nodos
Datos
Definición de tablas (Django):
...
class Data (models.Model):
id = models.AutoField(primary_key=True)
node = models.ForeignKey(Node, verbose_name=_(u'Node'), null=False, blank=False)
temperature = models.DecimalField(_(u'Temperature'), max_digits=4, decimal_places=2,
null=False, blank=False)
humidity = models.IntegerField(_(u'Humidity'),max_length=4,null=False, blank=False)
luminosity = models.IntegerField(_(u'Luminosity'),max_length=4,null=False, blank=False)
date = models.DateTimeField(_(u'Date'), default=datetime.now, null=False, blank=False)
def __unicode__(self):
return u'%s' % (self.id)
...
42. SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN
Aplicación web:
http://winebee.aquicomo.com/admin
Backend
Parte administrativa
Alta nuevos nodos
Modificar / Eliminar
Alta usuarios
Consulta de datos
44. ESTRUCTURA DEL PROYECTO
BLOQUE I
INTRODUCCIÓN
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
MARCO TECNOLÓGICO
BLOQUE II
COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN
BLOQUE III
CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
PRESUPUESTO
45. CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
Objetivos alcanzados:
Necesidades del sector vitivinícola en Canarias
Estudio del funcionamiento Arduino y Zigbee
Implementación de una WSN
Desarrollo software recogida y lectura de datos vía web
46. CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
Conclusiones y líneas futuras:
Mejora en los resultados de la producción: calidad/rentabilidad
Solución al alcance del pequeño/mediano bodeguero
Continuación de la línea de investigación
Ampliación de nodos / sensores
Independencia del gateway (Ethernet / Wifi)
Introducción de actuadores