DISEÑO DE UNA RED DE SENSORES IMPLEMENTADA EN UN PROTOTIPO MONITOREADO VÍA WEB

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1 DISEÑO DE UNA RED DE SENSORES IMPLEMENTADA EN UN PROTOTIPO MONITOREADO VÍA WEB Autor: Diego Mauricio Rativa Arias CÓD.: Director: Ing. José David Cely Callejas Universidad Distrital Francisco Jose De Caldas Facultad Tecnológica Ingeniería En Telecomunicaciones Bogota

2 Tabla de contenido I. INTRODUCCIÓN... 3 II. ESTADO DEL ARTE... 4 A. Diseño e implementación de una red de comunicación inalámbrica para protección ambiental en el bosque... 4 B. Diseño e implementación de un prototipo para una red de domótica y seguridad para un hogar utilizando el estándar IEEE zigbee... 4 C. Desarrollo de aplicaciones de monitorización en tiempo real con el empleo del protocolo inalámbrico zigbee para sistemas de calentamiento de agua con energía solar... 4 D. Estudio de factibilidad de las tecnologías inalámbricas wi-fi y zigbee y la implementación de una de ellas en la aplicación de sensores remotos... 5 III. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA... 6 IV. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA... 7 V. OBJETIVOS... 8 A. Objetivo General... 8 B. Objetivos Específicos... 8 VI. ALCANCES Y LIMITACIONES... 9 VII. RESULTADOS ESPERADOS VIII. METODOLOGIA IX. CRONOGRAMA X. PRESUPUESTO XI. Bibliografía

3 I. INTRODUCCIÓN El proyecto consiste en diseñar una red de sensores inalámbricos implementados en un prototipo simulando un entorno industrial en un laboratorio de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, determinando los factores que afectan la comunicación en el entorno y así poder evaluar el comportamiento de la comunicación. Una vez realizado lo anterior, se procederá a desarrollar una herramienta de monitoreo donde se puedan observar las variables sensandas desde un ambiente web. Proyecto desarrollado dentro del grupo de investigación TELETECNO. El presente trabajo tiene como objetivo dar una descripción del proyecto de grado Diseño de una red de sensores implementada en un prototipo vía WEB, recogiendo conceptos de comunicación inalámbrica para facilitar la comprensión del lector, se analiza el estado del arte, los avances que se han desarrollado para con ello ilustrar e identificar, tecnologías que se utilizan en aplicaciones para procesos de monitoreo remoto en ambientes industriales, entre otros. 3

4 II. ESTADO DEL ARTE A. Diseño e implementación de una red de comunicación inalámbrica para protección ambiental en el bosque El proyecto se enfoca en brindar una solución para la red comunicación inalámbrica del sistema de monitoreo, diseñando la parte física y los protocolos de la misma. El protocolo planteado concibe la red como una serie de niveles lógicos, los cuales tendrán a la base en el cero y se irá en aumento conforme se alejen de la misma razón del rango de alcance de los teledetectores creados. Cuando se presenta un evento la información recopilada del mismo seguirá un camino descendente atreves de los niveles. La ruta que sigan los datos hasta el punto de control estará definida por los niveles de carga de los nodos de los niveles inferiores, hasta llegar al punto de control (Murillo, 2005) [1]. B. Diseño e implementación de un prototipo para una red de domótica y seguridad para un hogar utilizando el estándar IEEE zigbee Se aborda el Diseño de la Red de Domótica y Seguridad para un hogar, su estructura, así como de los elementos susceptibles de control; y la forma cómo se puede controlar cada uno de los elementos (lámparas, electrodomésticos, persianas, válvulas de gas, temperatura), así como la parte de la seguridad. En el diseño del prototipo en sí, se describen los elementos que participan en el diseño: los módulos ZigBee y el elemento de control implementado, se indica de manera eficaz cómo fue conformado el prototipo de prueba. Se efectuaron las pruebas de comunicación y distancias necesarias para comprobar el alcance y correcto funcionamiento del prototipo diseñado; y se analizan los resultados obtenidos. (Reinoso, Jimenez, 2009)[2]. C. Desarrollo de aplicaciones de monitorización en tiempo real con el empleo del protocolo inalámbrico zigbee para sistemas de calentamiento de agua con energía solar Este proyecto se enfoco en aplicar la tecnología ZigBee para monitorear en tiempo real un sistema de calentamiento de agua con energía solar, a fin de ampliar la utilización de estas tecnologías en los sistemas de control de procesos industriales y en la formación de pregrado de la carrera Ingeniería en Automática. El proceso se aplica a un sistema instalado en el hotel Las América, en el cual se controla la temperatura del agua para las habitaciones a través de la manipulación del caudal de agua que recircula entre los calentadores solares y el tanque de almacenamiento. El diseño e implementación del controlador se realiza con el empleo de microcontroladores PIC y del programa LabWindows para la programación del sistema supervisor. (Pulles, Pino, Bozon, Escalona, 2010)[3]. 4

5 D. Estudio de factibilidad de las tecnologías inalámbricas wi-fi y zigbee y la implementación de una de ellas en la aplicación de sensores remotos El proyecto se basa en el estudio, diseño e implementación de sistemas de transmisión inalámbrica, adecuadas para dar soporte a las necesidades de comunicación de los grupos de investigación en control electrónico GICE y el grupo de investigación en robótica móvil autónoma ROMA de la Universidad Distrital francisco José de Caldas[4]. 5

6 III. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA El proyecto nace o surge por la necesidad de una empresa de automatización que requiere modificar sus sistemas de transmisión de información proveniente de sensores a distancia. En la actualidad esta transmisión se hace por un medio cableado, se pretende evaluar una tecnología de transmisión inalámbrica que funcione correctamente con este tipo de sensores en este ambiente, valorar las ventajas y desventajas que esta presentaría con la forma de transmisión actual. El impacto social de este proyecto está enfocado hacia la empresa de automatización y el cliente que sería el usuario final del sistema. Según el resultado del estudio se pretende reducir gastos en la implementación del sistema de automatización lo cual benéfica al usuario final. Con la disponibilidad de una red inalámbrica se pueden aprovechar más los recursos tecnológicos y físicos. Loa usuarios directos e indirectos de este proyecto serán la empresa de automatización y el cliente final. 6

7 IV. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA Actualmente se utilizan sistemas de comunicación cableados en las empresas de automatización lo cual genera inconvenientes como la dificultad en la instalación, movilidad, costos entre otros. Se pretende realizar una aplicación en un prototipo con otro tipo de tecnología que solucione estos inconvenientes. Los problemas que se pueden identificar son: limitaciones de distancia y cobertura, movilidad, costos. Dentro de las limitaciones de distancia y cobertura, se observa que en la actualidad la empresa tiene una red cableada para transmisión de información de diferentes sensores. Para la movilidad, el problema se presenta cuando se requiere hacer mediciones en otra área y por ende el desplazamiento del sensor. Costos, La distribución de sensores en diferentes sitios genera altos costos en el cableado para la comunicación de estos. 7

8 V. OBJETIVOS A. Objetivo General Diseñar de una red de sensores de temperatura con el estudio del comportamiento de los modelos de propagación en un entorno industrial utilizando dispositivos IEEE B. Objetivos Específicos Determinar el efecto producido por las condiciones del entorno industrial en una comunicación IEEE Diseñar una red de sensores de temperatura simulando un entorno industrial en un laboratorio de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad Tecnológica, implementado en un prototipo utilizando la tecnología Zigbee. Desarrollar una un sistema de acceso remoto que permita el monitoreo de la variable física medida por los sensores con un entorno web. 8

9 VI. ALCANCES Y LIMITACIONES El proyecto es factible, ya que se está en la capacidad de elaborar un estudio con el fin de poder implementar la tecnología Zigbee en un ambiente industrial, esto recreándolo en un laboratorio de la Universidad Distrtal FJDC. Se definió un cronograma para que el proyecto se realice en el tiempo deseado y de la forma más eficiente. Este proyecto tiene muchas ventajas, dentro de las cuales esta que se desarrollara dentro de la universidad con lo cual podemos contar con las herramientas y equipos para la realización de las pruebas. Una de las limitaciones es en cuanto a los permisos para el préstamo de equipos y salas. 9

10 VII. RESULTADOS ESPERADOS El proyecto que se desea desarrollar consta de tres bloques funcionales los cuales son: A continuación se dará una breve explicación de cada uno de estos bloques. ESTUDIO DE TECNOLOGÍA: Se estudiara la tecnología Zigbee y su comportamiento en entornos industriales como en el área de automatización para la comunicación de sensores remotos. PRUEBAS CON EL PROTOTIPO: Se realizan unas pruebas de funcionamiento donde se acondicionan los sensores, pruebas de transmisión entre los módulos inalámbricos. DISEÑO FINAL: Según los datos recogidos os en las anteriores etapas se hace el diseño final donde se transmite los datos obtenidos por los sensores para que se puedan visualizar en la aplicación de monitoreo. 10

11 VIII. METODOLOGIA La metodología que se emplea para las soluciones de los problema planteados es la investigación de las redes inalámbricas sobre ambientes industriales como en el área de automatización. Mediante este pruebas de funcionamiento, donde se acondicionaran los sensores y se realizaran las respectivas pruebas para determinar si la comunicación con los mismos es confiable y segura. En cuanto al hardware, es necesario utilizar la tecnología zigbee, para trasmitir los datos adquiridos por el sensor siendo llevados a un servidor que recolectara estos datos y se publicara en una página web para poder ser accedida desde cualquier punto con internet. 11

12 IX. CRONOGRAMA Tabla 1 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Meses mes 1 mes 2 mes 3 mes 4 mes 5 mes 6 Actividad Semanas Investigación y recopilación de información Estudio entre tecnologías Pruebas con los sensores Pruebas de transmisión Pruebas de aplicación de monitoreo Diseño e implementación final del prototipo Monografía Sustentación publica 12

13 X. PRESUPUESTO Tabla 2 PRESUPUESTO GLOBAL PRESUPUESTO GLOBAL DE LA PROPUESTA POR FUENTES DE FINANCIACIÓN (En miles de $) FUENTES RUBROS Univ. Distrital Grupo de Investigación Contrapartida TOTAL PERSONAL MATERIALES Y EQUIPO BIBLIOGRAFÍA SOFTWARE TOTAL Tabla 3 GASTOS DE PERSONAL. INVESTIGADOR/AUXILIAR FORMACIÓN FUNCIÓN DENTRO DEL PROYECTO DEDICACIÓN RECURSOS 1 2 TOTAL DIEGO RATIVA PROFESIONAL INVESTIGADOR 20 X FERNANDO MUÑOZ JOSE DAVID CELY CALLEJAS PROFESIONAL INVESTIGADOR 20 X MAGISTER ASESOR 5 X Empresa, o institución 2 Contrapartida 13

14 Tabla 4 DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS EN USO VALOR U. DISTRITAL GRUPOS DE INVESTIGACIÓN DESCRIPCIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS DE USO PROPIO (En miles de $) EQUIPO VALOR (U. DISTRITAL GRUPOS DE INVESTIGACIÓN) 1 COMPUTADOR SENSORES 400 MÓDULOS INALÁMBRICOS 400 OTROS MATERIALES 200 TOTAL Tabla 5 MATERIALES Y SUMINISTROS MATERIALES Y SUMINISTROS (En miles de $) Tabla 6 LICENCIAS DE SOFTWARE LICENCIAS DE SOFTWARE (En miles de $) Materiales Valor Varios Valor Papelería 50 Internet 150 TOTAL 200 Windows Office TOTAL

15 XI. Bibliografía [1] Murillo Emanuel (2005) Diseño e implementación de una red de comunicación inalámbrica para protección ambiental en el bosque. (Acceso 20 de enero de 2011) [2] Reinoso Pérez, Esteban Santiago (2009), Diseño e implementación de un prototipo para una red de domótica y seguridad para un hogar utilizando el estándar IEEE "ZigBee" (Enero 15 de 2011). [3] Pullés-Boude José Antonio (2010), Desarrollo de aplicaciones de monitorización en tiempo real con el empleo del protocolo inalámbrico zigbee para sistemas de calentamiento de agua con energía solar, (Acceso 25 de Enero de 2011). [4] Bacca Quiroga Diana Carolina (2010), Estudio de factibilidad de las tecnologías inalámbricas wifi y zigbee y la implementación de una de ellas en la aplicación de sensores remotos, /grupos/teletecno/proyectos/teleco.doc+%22estudio+de+factibilidad+de+las+tecnolog%c3%adas +inal%c3%a1mbricas+wifi+y+zigbee+y+la+implementaci%c3%b3n+de+una+de+ellas+en+la+aplica ci%c3%b3n+de+sensores+remotos%22&hl=es&gl=co&pid=bl&srcid=adgeesgafc_xyeeeo8a_snno 0OuMiNrvnGDA_n1LuCgBlAoNCgTMIs7tTf0NMrr_- PwCbLQaJJpg6k9oMBJdrb7r779LK4QLHYN_rEjVMiCV7UdfdiQwTOqnJ- Nt78XszdeDi6m3S8xC&sig=AHIEtbQzkPSTurArjxBGlfBlUG7izG0d1w (Acceso 20 de enero de 2011) 15