RFID TEMPERATURE SENSOR

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1 ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INGENIERO INDUSTRIAL RFID TEMPERATURE SENSOR Autor: Director: Kathleen Kramer Madrid Junio 2014

2 AUTORIZACIÓN PARA LA DIGITALIZACIÓN, DEPÓSITO Y DIVULGACIÓN EN ACCESO ABIERTO ( RESTRINGIDO) DE DOCUMENTACIÓN 1º. Declaración de la autoría y acreditación de la misma. El autor D., como alumno de la UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS (COMILLAS), DECLARA que es el titular de los derechos de propiedad intelectual, objeto de la presente cesión, en relación con la obra Proyecto Fin de Carrera, que ésta es una obra original, y que ostenta la condición de autor en el sentido que otorga la Ley de Propiedad Intelectual como titular único o cotitular de la obra. En caso de ser cotitular, el autor (firmante) declara asimismo que cuenta con el consentimiento de los restantes titulares para hacer la presente cesión. En caso de previa cesión a terceros de derechos de explotación de la obra, el autor declara que tiene la oportuna autorización de dichos titulares de derechos a los fines de esta cesión o bien que retiene la facultad de ceder estos derechos en la forma prevista en la presente cesión y así lo acredita. 2º. Objeto y fines de la cesión. Con el fin de dar la máxima difusión a la obra citada a través del Repositorio institucional de la Universidad y hacer posible su utilización de forma libre y gratuita ( con las limitaciones que más adelante se detallan) por todos los usuarios del repositorio y del portal e-ciencia, el autor CEDE a la Universidad Pontificia Comillas de forma gratuita y no exclusiva, por el máximo plazo legal y con ámbito universal, los derechos de digitalización, de archivo, de reproducción, de distribución, de comunicación pública, incluido el derecho de puesta a disposición electrónica, tal y como se describen en la Ley de Propiedad Intelectual. El derecho de transformación se cede a los únicos efectos de lo dispuesto en la letra (a) del apartado siguiente. 3º. Condiciones de la cesión. Sin perjuicio de la titularidad de la obra, que sigue correspondiendo a su autor, la cesión de derechos contemplada en esta licencia, el repositorio institucional podrá: (a) Transformarla para adaptarla a cualquier tecnología susceptible de incorporarla a internet; realizar adaptaciones para hacer posible la utilización de la obra en formatos electrónicos, así como incorporar metadatos para realizar el registro de la obra e incorporar marcas de agua o cualquier otro sistema de seguridad o de protección. 1

3 (b) Reproducirla en un soporte digital para su incorporación a una base de datos electrónica, incluyendo el derecho de reproducir y almacenar la obra en servidores, a los efectos de garantizar su seguridad, conservación y preservar el formato.. (c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo abierto institucional, accesible de modo libre y gratuito a través de internet. 1 (d) Distribuir copias electrónicas de la obra a los usuarios en un soporte digital. 2 4º. Derechos del autor. El autor, en tanto que titular de una obra que cede con carácter no exclusivo a la Universidad por medio de su registro en el Repositorio Institucional tiene derecho a: a) A que la Universidad identifique claramente su nombre como el autor o propietario de los derechos del documento. b) Comunicar y dar publicidad a la obra en la versión que ceda y en otras posteriores a través de cualquier medio. c) Solicitar la retirada de la obra del repositorio por causa justificada. A tal fin deberá ponerse en contacto con el vicerrector/a de investigación (curiarte@rec.upcomillas.es). d) Autorizar expresamente a COMILLAS para, en su caso, realizar los trámites necesarios para la obtención del ISBN. d) Recibir notificación fehaciente de cualquier reclamación que puedan formular terceras personas en relación con la obra y, en particular, de reclamaciones relativas a los derechos de propiedad intelectual sobre ella. 5º. Deberes del autor. 1 En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría redactado en los siguientes términos: (c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo institucional, accesible de modo restringido, en los términos previstos en el Reglamento del Repositorio Institucional 2 En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría eliminado. 2

4 El autor se compromete a: a) Garantizar que el compromiso que adquiere mediante el presente escrito no infringe ningún derecho de terceros, ya sean de propiedad industrial, intelectual o cualquier otro. b) Garantizar que el contenido de las obras no atenta contra los derechos al honor, a la intimidad y a la imagen de terceros. c) Asumir toda reclamación o responsabilidad, incluyendo las indemnizaciones por daños, que pudieran ejercitarse contra la Universidad por terceros que vieran infringidos sus derechos e intereses a causa de la cesión. d) Asumir la responsabilidad en el caso de que las instituciones fueran condenadas por infracción de derechos derivada de las obras objeto de la cesión. 6º. Fines y funcionamiento del Repositorio Institucional. La obra se pondrá a disposición de los usuarios para que hagan de ella un uso justo y respetuoso con los derechos del autor, según lo permitido por la legislación aplicable, y con fines de estudio, investigación, o cualquier otro fin lícito. Con dicha finalidad, la Universidad asume los siguientes deberes y se reserva las siguientes facultades: a) Deberes del repositorio Institucional: - La Universidad informará a los usuarios del archivo sobre los usos permitidos, y no garantiza ni asume responsabilidad alguna por otras formas en que los usuarios hagan un uso posterior de las obras no conforme con la legislación vigente. El uso posterior, más allá de la copia privada, requerirá que se cite la fuente y se reconozca la autoría, que no se obtenga beneficio comercial, y que no se realicen obras derivadas. - La Universidad no revisará el contenido de las obras, que en todo caso permanecerá bajo la responsabilidad exclusiva del autor y no estará obligada a ejercitar acciones legales en nombre del autor en el supuesto de infracciones a derechos de propiedad intelectual derivados del depósito y archivo de las obras. El autor renuncia a cualquier reclamación frente a la Universidad por las formas no ajustadas a la legislación vigente en que los usuarios hagan uso de las obras. - La Universidad adoptará las medidas necesarias para la preservación de la obra en un futuro. b) Derechos que se reserva el Repositorio institucional respecto de las obras en él registradas: - retirar la obra, previa notificación al autor, en supuestos suficientemente justificados, o en caso de reclamaciones de terceros. 3

5 ü:;ffiffiil Madrid, a 4 de Junio de 2014 ACEPTA Fdo...

6 Autorizada la entrega del proyecto del EL DIReCTOR DEL PRoyscro Kathleen Kramer Fecha: Z!,., //.ol tbtlt Vo Bo nl CoonorNADoR DE PRoyECTos Álvaro Sánchez Miralles Fdo.: t...t

7 IV

8 RFID TEMPERATURE SENSOR. Autor: Polo Tascón, David. Director: Kramer, Kathleen. Entidad colaboradora: Advantageous Systems LLC. RESUMEN DEL PROYECTO Existen casos en la industria de la tecnología, medicina, alimentación y energía en los que la temperatura de ciertos objetos y contenedores es crítica, pero una conexión directa para la medición de la temperatura no es práctica. El patrocinador de este Proyecto Final de Carrera, Advantageous Systems, necesita una solución para realizar un seguimiento y leer inalámbricamente la temperatura de ciertos objetos. Estos objetos necesitan mantenerse en un cierto rango de temperaturas y nunca sobrepasar una temperatura crítica que hará que el producto enviado se estropee. La solución que se le ha ofrecido a la compañía se compone de varias etiquetas con sensor de temperatura integrado y una aplicación de Android que permitirá al usuario utilizar su smartphone como un lector portátil. Un prototipo en 3D se puede observar en la Figura 1 y en la Figura 2 mostrando el anverso y reverso de una etiqueta. Figura 1. Anverso de la etiqueta Figura 2. Reverso de la etiqueta Algunas compañías han desarrollado algún trabajo alrededor de los sensores inalámbricos utilizando tecnologías RFID. Una de estas compañías es Phase IV Engineering. Esta compañia ha desarrollado varios tipos de sensores de alto rendimiento y lectores RFID para ser usados en entornos industriales. Debido a los altos estándares utilizados por esta compañía, los precios de estos sensores son muy altos para el propósito de este Proyecto Final de Carrera. V

9 Otra compañía que también ha desarrollado sensores inalámbricos ha sido Secure RF. Una de las características adicionales que ofrece esta compañía junto con sus sensores es la posibilidad de encriptación de la información almacenada en la etiqueta RFID. Esta característica afecta directamente al precio de los sensores. Existen dos usos principales para este proyecto: El primero es que se utilizará como un sistema para realizar un seguimiento de la temperatura de ciertos productos, como la leche, que se puede echar a perder si se expone a altas temperaturas. Cada producto tendrá una etiqueta pegada que estará midiendo la temperatura cada cierto intervalo de tiempo. Si la temperatura crítica se alcanzase, una señalización visual avisará al usuario de que el producto podría estar estropeado. También la etiqueta registra una lista de temperaturas leídas que puede ser leída para determinar cuándo el producto alcanzó la temperatura crítica. El segundo uso es como uso personal para personas que necesiten administrarse un determinado tipo de medicamentos que se puedan estropear si se exponen a altas temperaturas, como la insulina para los diabéticos. Cada pack de insulina llevará una etiqueta pegada que avisará con la señalización visual si la temperatura crítica se a alcanzado para avisar al usuario que la efectividad de la insulina puede no ser la esperada. Figura 3. Interacciones entre la etiqueta y el lector VI

10 RESUMEN Figura 4. Procesos internos de la etiqueta El diseño de este proyecto se ha dividido en cuatro partes: Primera parte: Se realizó una investigación sobre las tecnologías inalámbricas y los sensores que se podrían utilizar. Esta parte es muy importante porque define las bases para empezar a trabajar con el proyecto. Segunda parte: Se construyó un prototipo simple de la etiqueta. Esta parte es necesaria para la siguiente parte, puesto que ayudará en la depuración de la aplicación de Android. Tercera parte: En esta parte se desarrollo la aplicación de Android. Esta aplicación lee el número de identificación único de cada etiqueta y la temperatura. Si se necesita pueda también leer la lista de temperaturas medidas y escribir un nuevo límite de temperatura crítico en la etiqueta. Cuarta parte: En esta parte del proyecto se desarrolló la señalización visual. La señalización visual se diseñó utilizando tinta electrónica de manera que sólo se consume energía cuando cambia de estado. Para determinar cuando activar la señalización visual, un microprocesador lee el registro que contiene el contador de fuera de límites a través de una conexión por SPI, y activa la señalización visual si no es igual a cero. Un diagrama de funcionamiento de las distintas partes del proyecto se puede apreciar en la Figura 3 y en la Figura 4. VII

11 RESUMEN VIII

12 RESUMEN ABSTRACT There are instances in the technology, medicine, food, and energy industries where the temperature of certain objects and containers is critical, but a direct sensing connection is impractical. The sponsor of this Senior Design Project, Advantageous Systems, needs a solution to keep track and read wirelessly the temperature of certain items. These items need to be in a certain range of temperatures and never go over a critical temperature that will spoil the product shipped. The solution given to the company is a system composed of various sensor tags and an Android app that will allow the user to use a smartphone as a portable reader. A 3D concept drawing can be seen on Figure 1 and Figure 2 showing the front and the back of the tag. Figure 1. Front of the tag Figure 2. Back of the tag Some companies developed some work around wireless sensor using RFID technologies. One of this companies is Phase IV Engineering. This company has developed several types of high-end wireless sensors and RFID readers to be used on the industry. Due to the high standards followed by this company, the price of these sensors is very high for the purpose of this Senior Design project. Another company that also developed wireless sensors was Secure RF. One of the extra features that this company adds to its sensors is the possibility of encryption of the data stored on the RFID tag. This also affects directly the price of the sensors. There are two main practical uses for this project: First, it will be used as a system to keep track of the temperature of certain products, such as milk, that can spoil if exposed to high temperatures. Each product will have a tag attached IX

13 RESUMEN to it, that will be measuring the temperature every interval of time. If the critical temperature is reached, then a visual cue will warn the user that the product may be spoiled. Also the tag registers a list of temperatures that can be read to determine when did the product reach the critical temperature. The second use is a personal use for people that need to take some medicines that can also be spoiled if exposed to high temperatures, such as insuline for diabetics. Each pack of insuline will have a tag that will also warn with a visual cue if the critical temperature has been reached, to tell the user that the effectivity of the insuline may not be the expected. Figure 3. Interactions between the tag and the reader Figure 4. Processes within the tag X

14 ABSTRACT The design of the project was divided intro four parts: First part: A research about wireless technologies and sensors that could be used was performed. This part is very important because it defines the basics to start to work on the project. Second part: A simple prototype tag was built. This part is required for the next part, because it will help to debug the Android app. Third part: In this part, the Android app was developed. This app reads the unique identification number of the tag and the temperature. If required it can also read the list of measured temperatures and it can set a new critical temperature to the tag. Fourth part: In this part of the project, the visual cue was developed. The visual cue was designed using e-ink so it only consumes power when changing states. In order to determine when to set the visual cue, a microprocessor will read the register containing the out of limits counter through an SPI connection and it will set the visual cue if the value read is not equal to zero. A diagram showing the operation of the different parts of the project can be seen on Figure 3 and on Figure 4. XI

15 ABSTRACT XII

16 ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI) INGENIERO INDUSTRIAL RFID TEMPERATURE SENSOR Autor: Director: Kathleen Kramer Madrid Junio 2014

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18 Índice de documentos DOCUMENTO I. MEMORIA Parte I. Memoria pág. 12 a páginas Parte II. Estudio económico pág. 48 a 52 5 páginas Parte III. Código fuente pág. 53 a páginas Parte IV. Hojas de características pág. 92 a páginas DOCUMENTO II. PLANOS 1. Lista de planos pág. 3 1 página 2. Planos pág. 5 a 8 4 páginas DOCUMENTO III. PLIEGO DE CONDICIONES 1. Generales y económicas pág. 5 a 6 2 páginas 2. Técnicas y particulares pág. 7 a 9 3 páginas DOCUMENTO IV. PRESUPUESTO 1. Mediciones pág. 5 a 5 1 página 2. Precios unitarios y sumas parciales pág. 7 a 8 2 página 3. Presupuesto general pág. 9 a 9 1 página

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20 A mis padres, por su apoyo incondicional durante toda mi vida académica.

21 ABSTRACT XIV

22 Agradecimientos A la empresa patrocinadora, Advantageous Systems LLC, por darme la oportunidad de realizar este proyecto del que tanto he aprendido. A mi tutora de proyecto, Dr. Kathleen Kramer por su disposición a ayudar siempre que fuera necesario. Al Dr. Ernest Kim, y al Tte. Cnel. Henry Eisenson por su ayuda durante el desarrollo de este proyecto. A los técnicos del taller Jeff Hoit y Garry Frocklage por su inestimable ayuda a la hora de realizar nuestros prototipos y por su infinita paciencia mientras trabajaba la máquina de tallado de PCB. A la Universidad de San Diego y a la Escuela Superior de Ingeniería ICAI por permitirme realizar este proyecto durante mi año de intercambio. XV

23 AGRADECIMIENTOS XVI

24 L DOCUMENTO I MEMORIA

25 DOCUMENTO I. MEMORIA ÍNDICE 2

26 Índice I. Memoria Introducción Estudio de los trabajos existentes Objetivos y aplicaciones Metodología Planificación Estudio y desarrollo del proyecto Fase 1: Investigación sobre las tecnologías y sensores disponibles Investigación sobre tecnologías inalámbricas Investigación sobre sensores Fase 2: Diseño y construcción de la etiqueta RFID Fase 3: Desarrollo de la aplicación de Android Fase 4: Diseño e implementación de la señalización visual Bibliografía 46 II. Estudio económico Estudio económico Viabilidad Rentabilidad III. Código fuente Aplicación de Android MainActivity.java GraphScreeen.java WriteScreen.java ReadNfcV.java Util.java NFCForegroundUtil.java activity_main.xml

27 DOCUMENTO I. MEMORIA ÍNDICE 1.8. graph.xml write.xml Aplicación del microprocesador main.c spi_fun.c spi_fun.h config.h IV. Hojas de Características 93 SL13A Smart Sensory Tag Chip For Unique Identification, Monitoring and Data Logging 95 4

28 Índice de figuras 1. Temperature Micro-T RFID Data Logger Lector Micro-T RFID Data Logger Reader Sensor Fenix de Farsens Lector AMS AS3911 de AMS Diagrama de Gantt Ilustración de un smartphone leyendo una etiqueta NFC Ilustración cardiógrafo deportivo que utiliza Bluetooth de baja energía Diagrama de bloques del sensor SL13A Diagrama de bloques del sensor RF430FRL152H Montaje en protoboard Antena W7001 de Pulse Electronics Prototipo tallado en PCB Inicialización del lector Ajuste de la antena de la etiqueta Inicialización del sensor Elección del modo de registro del sensor Elección de los límites de temperatura del sensor Inicialización del reloj de tiempo real Funcionamiento del sensor en tiempo real Pantalla principal del entorno de desarrollo ADT Gestor de kits de desarrollo de software Pantalla principal de la aplicación Pantalla de graficación de la aplicación Pantalla principal de la aplicación Pantalla de tinta electrónica Diagrama de conexión de la señalización visual Comunicación por SPI - Envío de comando y dirección Comunicación por SPI - Respuesta del sensor Comunicación por SPI - Detalle del envío del comando Comunicación por SPI - Detalle de la respuesta del sensor

29 DOCUMENTO I. MEMORIA ÍNDICE DE FIGURAS 6

30 Índice de tablas 1. Codificación utilizada en las comunicaciones por NFC Comparación entre NFC y Bluetooth de baja energía Comparación entre los dos sensores candidatos Comandos cool-log Precios de los elementos necesarios para la construcción

31 DOCUMENTO I. MEMORIA ÍNDICE DE TABLAS 8

32 Acrónimos ICAI PFC Insitituto Católico de Artes e Industrias Proyecto Fin de Carrera 9

33 DOCUMENTO I. MEMORIA ACRÓNIMOS 10

34 Símbolos α β Primera letra del alfabeto griego Segunda letra del alfabeto griego 11

35 DOCUMENTO I. MEMORIA SÍMBOLOS 12

36 L PARTE I MEMORIA

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38 Capítulo 1 Introducción H AY aplicaciones dentro del ámbito de la tecnología, la medicina, la alimentación y las industrias energéticas en las que la temperatura de ciertos objetos y de sus recipientes es crítica, pero en los que una conexión directa para la medición de la temperatura no es práctica. El patrocinador de este proyecto, Advantageous Systems LLC, busca una solución para poder medir y registrar de manera inalámbrica la temperatura de ciertos artículos. La temperatura de dichos artículos ha de situarse en una horquilla determinada de temperatura, y nunca superar una temperatura crítica. La evolución durante los últimos años de las tecnologías de comunicación inalámbrica ha hecho que cada vez más aplicaciones de uso cotidiano empiecen a implementar estas capacidades. Cómo se puede apreciar, los teléfonos móviles de última generación cada día incorporan nuevas tecnologías de comunicación inalámbrica. En un principio comenzaron únicamente por incluir comunicaciones infrarrojas en los teléfonos móviles de finales de los años 90, pero según los teléfonos se han hecho más y más inteligentes, han ido incorporando nuevas tecnologías de comunicación inalámbrica como son el Wi-Fi, bluetooth, NFC 1... Esta evolución de los teléfonos móviles ha dado lugar al desarrollo de múltiples aplicaciones de consumidor que se nutren cada vez más de estas nuevas tecnologías de comunicación. Por esta razón, para dar solución al problema planteado por el patrocinador del proyecto, se ha decidido utilizar estas tecnologías disponibles en el bolsillo de cualquier persona, y desarrollar una aplicación para teléfonos móviles Android que sea capaz de leer la temperatura del objeto que se desee controlar. La tecnología más importante que permiten utilizar los móviles de última generación es Near Field Communication, o en castellano, Comunicación de Campo Cercano. Esta tecnología de 1 Near Field Communication 15

39 I. MEMORIA 1. INTRODUCCIÓN comunicación es una rama dentro de la tecnología RFID, y es de corto alcance y de alta frecuencia (13.56 MHz). La comunicación se produce mediante inducción en un campo magnético, en el que dos antenas de espira son colocadas dentro de sus respectivos campos cercanos. El sensor que se ha decidido utilizar en este proyecto está integrado junto con un dispositivo que se encargará de las comunicaciones a través de NFC. Este sensor puede funcionar de forma activa o pasiva. En este caso, como se desea una medición continuada en el tiempo de la temperatura del objeto, el sensor funcionará de forma activa, es decir, alimentado por una batería. También el sensor dispone de una señalización visual que alerta de cuando el límite de temperatura máximo se ha superado. Este límite de temperatura se puede cambiar desde la aplicación de Android, pero una vez que la señalización visual se ha activado, hay que desactivarla manualmente. El sensor también registra un histórico de las temperaturas, que se puede consultar a través de la aplicación de Android Estudio de los trabajos existentes En la actualidad existen varias empresas que dedican sus esfuerzos a desarrollar nuevos tipos de sensores inalámbricos, también con tecnología RFID. Además estas empresas suelen también dedicarse al desarrollo de lectores para sus propios sensores inalámbricos. Phase IV Engineering: Phase IV Engineering es una empresa que se dedica a diseñar y construir sensores inalámbricos de altas prestaciones. Entre su catálogo de productos se encuentran sensores inalámbricos que van desde sensores de temperaturas hasta galgas extensiométricas. En concreto ofrecen dos productos muy similares a este proyecto: UHF SensTag Long Range Data Logger: Este producto en concreto es un sensor de temperatura inalámbrico que guarda un registro de las temperaturas leídas. Puede ser leído desde más de 10 pies (3 metros) de distancia por lectores RFID EPC 2 de segunda generación. Temperature Micro-T RFID Data Logger: Este producto es un sensor de temperatura en miniatura que incorpora también el registro de temperaturas leídas, pero además está sellado con el fin de ser sumergible. Se ofrecen en distintos rangos de temperaturas 2 Código Electrónico de Producto (código EPC o EPC, por sus siglas en inglés electronic product code) es un número único diseñado para identificar de manera inequívoca cualquier objeto. Este código es un sistema de identificación y seguimiento de las mercancías en tiempo real. El número se encuentra almacenado en un circuito integrado, denominado tag, que puede leerse mediante radiofrecuencia RFID. 16

40 I. MEMORIA 1. INTRODUCCIÓN máximas y presiones soportadas, variando desde los 200 C hasta los 150 C de temperatura máxima y desde los 1200 PSI hasta los 200 PSI. Figura 1. Temperature Micro-T RFID Data Logger Phase IV Engineering también ha desarrollado sus propios lectores para sus sensores RFID. El más destacado es el Micro-T RFID Data Logger Reader, para sus productos Micro-T, que permite leer la información almacenada en los sensores y representarla gráficamente. El software necesario se vende por separado. Todas las soluciones de sensores inalámbricos y lectores ofrecidos por Phase IV Engineering son de alto rendimiento por lo que los precios de venta impiden que estos sensores puedan ser utilizados masivamente para el propósito de este proyecto. En la Figura 2 se puede ver un lector de este tipo. Figura 2. Lector Micro-T RFID Data Logger Reader Secure RF: 17

41 I. MEMORIA 1. INTRODUCCIÓN Secure RF es una empresa que se dedica principalmente a proveer de soluciones de seguridad para aplicaciones que utilicen la tecnología RFID mediante criptografía. Dentro de los productos que ofrecen se encuentra LIME Tag y Veridify. LIME Tag: este producto es una etiqueta RFID pasiva asistida por batería que incluye encriptación de la información. Se puede utilizar con lectores RFID EPC Class 1 de segunda generación. Según la empresa, a esta etiqueta RFID se le pueden acoplar varios tipos de sensores que incluyen: temperatura, humedad, impacto, ph, y otro tipo de sensores que se puedan acoplar a esta etiqueta. Veridify: este producto es una etiqueta NFC que permite tanto a consumidores como a usuarios comerciales confirmar la identidad de un producto y opcionalmente recuperar información de la nube utilizando únicamente un smartphone. Las soluciones que ofrece esta empresa llevan un paso más allá la posibilidad de leer una etiqueta RFID con sensor de temperatura añadiendo algoritmos de encriptación para asegurar que las etiquetas no sean clonadas y que el producto es genuino. En el caso de este proyecto va más allá de lo que se necesita, añadiendo un valor al producto que no es necesario para la aplicación. Farsens: Farsens es una empresa que se dedica a diseñar y fabricar sensores inalámbricos utilizando la tecnología RFID. Las etiquetas RFID con sensores que fabrican son pasivas, es decir, que no necesitan batería para funcionar, aunque también pueden usarse con batería incrementando el rango de lectura de estas etiquetas RFID. Su producto Fenix es un sensor inalámbrico de temperatura y presión. Puede ser leído desde una distancia de hasta 1,5 metros. Se puede encontrar en varias formas y tamaños. Su rango de medición de temperatura va desde -30 C hasta 85 C. Como sus competidores también puede ser leido por lectores RFID EPC Class 1 de segunda generación. Aparte de medir temperatura, también tiene la capacidad de medir presión, con un rango que va desde 260 mbar hasta 1260 mbar. En la Figura 3 se puede apreciar las distintas formas y tamaños en los que se ofrece este sensor de Farsens. 18

42 I. MEMORIA 1. INTRODUCCIÓN Figura 3. Sensor Fenix de Farsens AMS: AMS es una empresa que se dedica principalmente al diseño y a la fabricación de sensores inalámbricos y lectores RFID de los mismos. En cuanto a su diseño de sensores, éstos vienen únicamente con el sensor y la circuitería necesaria para poder funcionar simplemente añadiéndoles una antena, lo que da más libertad a la hora de diseñar, dejando al cliente el diseño del producto final. En cuanto a lectores RFID ofrecen distintas soluciones: AMS AS3911: este es un lector que funciona a través de un ordenador. Es capaz de leer etiquetas RFID de varios protocolos que incluyen ISO A y B (NFC), ISO (NFC), FeliCa e ISO (NFC). Tiene el inconveniente de necesitar de un ordenador para poder funcionar y representar en la pantalla los datos leídos. En la Figura 4 se puede observar este lector. AMS SL13A: este es un sensor preparado con toda la circuitería para funcionar inalámbricamente con la tecnología NFC. Tiene un rango de medición de temperaturas de -40 C hasta 110 C con un error absoluto en la medición de 0,5 C. Figura 4. Lector AMS AS3911 de AMS 19

43 I. MEMORIA 1. INTRODUCCIÓN 1.2. Objetivos y aplicaciones Los objetivos de éste proyecto son: Desarrollo de una etiqueta NFC que incluya un sensor de temperatura. Desarrollo de una aplicación de Android que sea capaz de leer y escribir la etiqueta NFC. Implementación de una señalización visual de alerta de temperatura máxima. La aplicación principal de este proyecto es para poder medir de manera eficiente y barata la temperatura de varios productos. Como ejemplo se puede poner el control de la cadena de frío de un producto perecedero como puede ser la leche. Cada botella o brick de leche tendrá su propio sensor, el cual cada cierto tiempo estará tomando una medida de temperatura. Si en algún momento, la temperatura máxima definida por el fabricante es superada, la señalización visual se encenderá, haciendo sencilla la identificación de los productos en mal estado. Si se desea conocer en qué momento se produjo el pico de temperatura, no hay más que acercar el smartphone al sensor de temperatura, y automáticamente leerá toda la información disponible, y se podrá consultar la hora exacta en la que ocurrió el pico de temperatura. También se puede aplicar a los paquetes de insulina para diabéticos. Se sabe que cuando la insulina alcanza una cierta temperatura, su efectividad desciende peligrosamente, con lo cual el paciente puede acabar con un coma diabético. Si en el paquete de insulina se coloca uno de estos sensores, dará un aviso visual de que la insulina no está en buen estado en el caso de que se supere la temperatura máxima, permitiendo al paciente sustituir sus inyecciones de insulina por unas nuevas Metodología Para la realización de este proyecto se ha considerado una división por fases para garantizar el seguimiento y consecución del mismo. El proyecto está formado por tres fases: FASE 1: Investigación sobre las tecnologías y sensores disponibles Debido a que la empresa patrocinadora dio total libertad para realizar el proyecto sin dar ninguna pauta, en esta fase del proyecto se procedió a investigar sobre los sensores de temperatura y cómo integrarlos con la tecnología NFC. Además en esta fase es en la que se decidió salir adelante con una aplicación de Android en vez de diseñar un lector de etiquetas RFID como los que actualmente existen en el mercado. Durante esta fase se realizaron compras de material 20

44 I. MEMORIA 1. INTRODUCCIÓN de demostración de las distintas empresas que ofrecían sus sensores con tecnología RFID. Esto permitió familiarizarse con el producto antes de comenzar el diseño de la aplicación final. FASE 2: Diseño y construcción de la etiqueta RFID En esta fase del proyecto se ha procedido a realizar el diseño y el posterior montaje de la etiqueta RFID. El diseño consiste en integrar en el menor espacio posible el sensor de temperatura con la antena NFC y con todo lo necesario para poder incluir la señalización visual. A partir de este punto se puede continuar con las siguientes fases del proyecto. FASE 3: Diseño de la aplicación de Android En esta fase del diseño se procedió a familiarizarse con el entorno de desarrollo Eclipse para poder empezar a diseñar la aplicación de Android. Una vez se realizaron unas primeras aplicaciones de prueba para acostumbrarse al desarrollo de aplicaciones de Android, se procedió a la programación de la aplicación definitiva. Para la programación de las funciones principales de la aplicación de Android se utilizaron los comandos CoolLog reseñados en la hoja de características del sensor. A la vez que se realizó la programación de las funciones de la aplicación, también se diseñó una sencilla interfaz gráfica que permita utilizar las funciones de la aplicación de una manera fácil y natural. FASE 4: Diseño e implementación de la señalización visual En esta fase se realizó el diseño y la implementación de la señalización visual. Para ello hizo falta familiarizarse con el funcionamiento de las comunicaciones por SPI del sensor utilizado, ya que éste no responde al funcionamiento estándar de comunicaciones por SPI. Primero se construyó un primer prototipo utilizando la plataforma de desarrollo Mbed. Una vez se tuvo el diseño funcionando en la plataforma Mbed, se migró hacia un microprocesador de bajo consumo de la casa Microchip, el cual permitió además miniaturizar aún más el diseño. 21

45 I. MEMORIA 1. INTRODUCCIÓN 1.4. Planificación A continuación se muestra la planificación temporal del proyecto. Figura 5. Diagrama de Gantt 22

46 Capítulo 2 Estudio y desarrollo del proyecto 2.1. Fase 1: Investigación sobre las tecnologías y sensores disponibles D EBIDO a que el patrocinador de este proyecto, Advantageous Systems, no especificó más que unas líneas generales de lo que quería que fuera el proyecto, ha sido necesaria una fase de investigación en la que se han determinado los elementos óptimos a utilizar para el desarrollo del proyecto. Las guías generales que proporcionó la empresa patrocinadora fueron: Un producto que permita leer y registrar la temperatura de un objeto. Consumo de energía ajustado. Tamaño reducido (intentar no superar 1 in x 1 in x 0,3 in) Señalización visual de exceso de temperatura (no debe apagarse si la temperatura baja) Lector de sensor portable. El rango de temperaturas debe ser lo más amplio posible El error de medición de temperatura debe ser menor o igual que 0,5 C Investigación sobre tecnologías inalámbricas Después de una investigación sobre las tecnologías inalámbricas disponibles para el uso de sensores inalámbricos se llegó a la conclusión de que el mejor sistema para utilizar en este caso es la tecnología NFC. La tecnología NFC, o de Comunicaciones de Campo Cercano, es una tecnología que permite establecer una comunicación inalámbrica entre dos dispositivos compatibles simplemente con que se toquen o acercándolos a una distancia de unos pocos centímetros. 23

47 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO La tecnología NFC trabaja a MHz, en la banda de la Alta Frecuencia, y ofrece una velocidad de intercambio de información que oscila entre los 106 kbps y los 424 kbps. Dependiendo de la velocidad de transferencia de información que se desee utilizar, se utilizan dos tipos de codificación diferentes. Esto puede observarse en la Tabla 1. Velocidad Dispositivo activo Dispositivo pasivo 424 kbps Manchester, 10 % ASK Manchester, 10 % ASK 212 kbps Manchester, 10 % ASK Manchester, 10 % ASK 106 kbps Miller modificado, 100 % ASK Manchester, 10 % ASK Tabla 1. Codificación utilizada en las comunicaciones por NFC NFC es una plataforma abierta que desde un principio fue pensada y diseñada para utilizar en dispositivos móviles. Está pensado para una comunicación instantánea entre equipos. Figura 6. Ilustración de un smartphone leyendo una etiqueta NFC Uno de sus puntos fuertes es la velocidad de comunicación, que es casi instantánea sin necesidad de emparejamiento previo. En contrapartida, el alcance de la tecnología NFC es bastante reducido, ya que como máximo llega a unos 20 cm. Para el desarrollo de este proyecto la distancia máxima de comunicación no es un problema, puesto que cada producto individualmente avisará mediante su señalización visual de que se ha superado la temperatura máxima, y es en ese momento cuando el usuario acercará su teléfono móvil al producto para conocer la temperatura actual y conocer el registro de temperaturas. La tecnología NFC puede funcionar en dos modos: 24

48 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO Activo: en el que ambos equipos con un chip NFC generan un campo electromagnético e intercambian datos. Pasivo: en el que sólo hay un dispositivo activo y el otro aprovecha ese campo para intercambiar la información. La posibilidad de poder funcionar en estos dos modos es muy importante para este proyecto. La etiqueta que contiene el sensor inevitablemente tiene que ser activa, pues necesita estar midiendo cada cierto intervalo de tiempo la temperatura del producto. Lo realmente importante de poder funcionar en estos dos modos, es que aún cuando la etiqueta se haya quedado sin batería, el dispositivo móvil aún podrá leerla gracias a que la etiqueta es capaz de alimentarse a través del campo magnético creado por el dispositivo móvil. También se estudió la posibilidad de utilizar la tecnología Bluetooth de baja energía. Esta tecnología también viene incluida de serie en la mayoría de los smartphone actuales. Las aplicaciones del Bluetooth de baja energía son múltiples y van desde el sector sanitario (dispositivos de medición de temperatura, monitores de nivel de glucosa en sangre, monitores de presión sanguinea...) hasta el sector de los deportes (monitor de pulsaciones cardíacas, monitor de cadencia de pedaleo en una bicicleta...). En la Figura 7 se puede observar un cardiógrafo deportivo que utiliza esta tecnología. Figura 7. Ilustración cardiógrafo deportivo que utiliza Bluetooth de baja energía 25

49 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO Uno de los inconvenientes que tiene el Bluetooth de baja energía es que tiene que trabajar siempre con un receptor activo, es decir, que el receptor siempre tiene que estar alimentado con una batería. Esto no ocurre con la tecnología NFC, que permite que el receptor sea pasivo, eliminando la necesidad de una batería. Característica NFC Bluetooth de baja energía Compatible con RFID ISO Activo Organismo de estandarización ISO/IEC Bluetooth SIG Estándar de red Punto a punto WPAN Alcance <0.2 m ~50 m Frecuencia MHz GHz Tasa de bits máxima 424 kbps 1 Mbps Tiempo de establecimiento <0.1 s <0.006 s Consumo de potencia <15 ma (lectura) <15 ma (lectura y transmisión) Tabla 2. Comparación entre NFC y Bluetooth de baja energía Finalmente la decisión adoptada ha sido escoger NFC como tecnología para la comunicación inalámbrica debido a los siguientes puntos: La mayoría de dispositivos móviles actuales incluyen esta tecnología Es capaz de trabajar con etiquetas pasivas, lo que permite leer la etiqueta si ésta se quedara sin batería Consume muy poca energía Hay una gran variedad de etiquetas y sensores disponibles para trabajar con esta tecnología Investigación sobre sensores Una vez determinada la tecnología inalámbrica que se va a utilizar, el siguiente paso es escoger el sensor. En el ámbito de los sensores NFC existe mucha variedad de sensores. Dependiendo de la aplicación en la que se desee utilizar el sensor, se pueden encontrar de varios precios. Para este proyecto es esencial que el precio de cada sensor sea lo más bajo posible, ya que la idea del proyecto es que controle la temperatura de cada producto desde la salida de producción hasta su entrega al consumidor final, por tanto se necesita un número elevado de sensores. 26

50 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO La búsqueda de sensores ha culminado con dos posibles candidatos. A continuación se detallan las características de los sensores candidatos. AMS SL13A: El chip SL13A ofrecido por la compañía AMS AG es un circuito integrado que incluye un sensor de temperatura interno. Puede funcionar tanto en modo pasivo como semi-pasivo y utiliza el estándar ISO de comunicaciones a través de NFC. Sus principales características es que puede ser alimentado a través del campo magnético generado por el lector en el momento de la lectura o también ser alimentado por una batería externa. El sensor de temperatura está empaquetado en el chip, pero además se le puede incluir un sensor externo. Como añadido, dispone de una memoria EEPROM de 8 kbits y de un reloj de tiempo real (RTC). Un diagrama detallado de los componentes incluidos en este sensor se puede apreciar en la Figura 8. Figura 8. Diagrama de bloques del sensor SL13A Una de las características más importantes que presenta este sensor es la posibilidad de conectar un microprocesador a través de la interfaz SPI, puesto que de esta manera es como se accederá al registro del contador de fuera de límites del sensor para activar la señalización 27

51 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO visual. Además es compatible con los comandos cool-log, un estándar de comandos a traves de NFC que simplifica las instrucciones de código. Texas Instruments RF430FRL152H El chip RF430FRL152H ofrecido por Texas Instruments es un circuito integrado que incluye un sensor de temperatura y un microcontrolador de señal mixta. Al igual que su competidor de AMS, puede funcional tanto en modo pasivo como en modo semi-pasivo y utiliza también el estándar ISO de comunicaciones a través de NFC. Sus principales características son un bajo consumo y una tensión de alimentación pequeña. Además puede ser alimentado tanto por el campo electromagnético generado por el lector como por una batería externa. Dispone de conexiones de E/S digitales y analógicas, SPI, I2C y JTAG. Una de las características más interesantes que tiene este sensor es que dispone de un microprocesador integrado que proporciona entradas y salidas digitales y analógicas, permitiendo la conexión de la señalización visual sin la necesidad de incluir un microprocesador externo para tal función. En la Figura 9 se puede observar el diagrama de bloques en el que se encuentran todas las funciones internas del sensor. Figura 9. Diagrama de bloques del sensor RF430FRL152H 28

52 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO En la Tabla 3 se puede observar una comparación de las características principales de los dos sensores. En una primera comparación se puede observar que ambos sensores tienen unas características bastante similares, pero en cuanto a consumo de energía, el sensor de AMS es más eficiente. Por otra parte, el sensor de Texas Instruments tiene incorporado el microprocesador, reduciendo el gasto de éste a la hora de implementar la señalización visual. Los sensores tienen unas características bastante similares, sin embargo, uno de ellos incluye el microprocesador y el otro no, siendo el precio bastante parecido para grandes volúmenes lo que hace que en un principio el sensor elegido sea el de Texas Instruments, sin embargo éste sensor está en fase preview ahora mismo y no es posible adquirirlo. Por tanto el sensor elegido finalmente ha sido el AMS SL13A. Característica AMS SL13A TI RF430FRL152H Frecuencia 13,56 MHz (HF/NFC) 13,56 MHz (HF/NFC) Estándar ISO (NFC-V) ISO (NFC-V) Tensión de alimentación 1,2 3,3 V 1,45 1,65 V Consumo 150 µa / 2 µa (log / standby) 150 µa / 15 µa (log / standby) Rango de temperatura -40 C a 110 C N/D Interfaces SPI (esclavo), Entrada analógica E/S D/A, SPI/I2C, JTAG Tasa de bits 26,48 kbps N/D Empaquetamiento QFN-16 (5mm x 5mm) VQFN-24 (4mm x 4mm) Precio 3,69 1,72 e 1,84 e (alto volumen) Tabla 3. Comparación entre los dos sensores candidatos 2.2. Fase 2: Diseño y construcción de la etiqueta RFID En esta fase del proyecto se ha construido la etiqueta RFID. Se han construido varios prototipos hasta llegar al prototipo final. En un primer diseño todos los elementos fueron montados en un protoboard para comprobar el funcionamiento correcto antes de comenzar con el diseño final. En la Figura 10 se puede observar este primer montaje. La antena utilizada para este proyecto está fabricada por Pulse Electronics. El modelo concreto es el W7001 y está pensada para funcionar a la frecuencia a la que trabajan las 29

53 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO comunicaciones por NFC (13,56 MHz). La antena además tiene un reverso adhesivo que permitirá adherir la etiqueta a los productos. En la Figura 11 se puede observar esta antena. Figura 10. Montaje en protoboard Figura 11. Antena W7001 de Pulse Electronics En la hoja de características del sensor AMS SL13A se especifica que la antena ha de tener una inductancia de en torno a 5,5 µh para que junto con el condensador interno de 25 pf el circuito sea resonante a 13,56 MHz. Debido a que la antena ofrecida por Pulse Electronics cuenta con una inductancia de 0,9 µh, se debe ajustar de nuevo el valor de la impedancia para que el circuito vuelva a ser resonante a 13,56MHz. Para ello se ha utilizado la Ecuación (1) en donde: f: Frecuencia L: Inductancia de la antena 30

54 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO C 1 : Capacidad del condensador interno C 2 : Capacidad del condensador de compensación 2πf = 1 L(C1 + C 2 ) (1) El valor que se obtiene al despejar el la capacidad del condensador de compensación es de ~128 pf. Al no existir condensadores comerciales de esta capacidad se ha elegido el más cercano, siendo la capacidad final elegida 130 pf. El método de comprobación del diseño de la antena es sencillo. Según el fabricante, si la antena está bien diseñada, al radiar a la etiqueta con un lector NFC, en la salida V 3 EXT se debe medir una tensión de alrededor de 3,4 V. Al realizar la medida se comprobó que la elección del condensador de 130 pf es adecuada. También se probaron diseños como el que se puede observar en la Figura 12, el cual está totalmente tallado en un circuito impreso. Figura 12. Prototipo tallado en PCB Una vez se ha desarrollado el primer prototipo, se procede a realizar una comprobación del funcionamiento a través del kit de demostración ofrecido por AMS. Este kit contiene un lector de 3 La salida V EXT dará una tensión regulada de 3,4 V siempre que el campo electromagnético captado por la antena sea el suficiente para hacer funcionar al sensor 31

55 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO etiquetas con conexión USB y un completo software que permite comprobar el funcionamiento correcto de las etiquetas de AMS. Figura 13. Inicialización del lector Figura 14. Ajuste de la antena de la etiqueta 32

56 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO El primer paso es la inicialización del lector USB. Para ello el software proporcionado por AMS posee una pestaña en la que se puede inicializar el lector haciendo una comprobación del lector y posteriormente ajustando los reguladores de tensión y la antena. Esta pestaña se puede observar en la Figura 13. El siguiente paso es calibrar la antena de la etiqueta. Para ello primero se mide la fase de la antena. Lo ideal es que esta fase esté lo más cerca posible de 90. Una vez se ha medido la antena de la etiqueta, se procede al ajuste de la misma, lo que permitirá acercar la fase de la antena aún más a los 90. Esta ventana se puede observar en la Figura 14. Una vez calibrados tanto el lector como la etiqueta es el momento de configurar el lector para su correcto funcionamiento. Lo primero es inicializar el sensor, para ello se debe elegir el número de bloques que se desean para datos de usuario y el tiempo de retraso antes de comenzar a medir. La ventana se encuentra en la Figura 15. Posteriormente se define el modo de registro de la temperatura. En esta ventana se nos ofrece la posibilidad de configurar varios parámetros de registro como son el límite superior extremo de temperatura, el intervalo de medición y el modo de registro. Un detalle de esta configuración se puede apreciar en la Figura 16. Figura 15. Inicialización del sensor 33

57 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO Figura 16. Elección del modo de registro del sensor Dependiendo de la aplicación puede interesar definir el modo de registro dense o el modo out of limits. El primero guarda cada uno de los valores leídos cada intervalo de tiempo en la EEPROM. En cambio, el último guarda sólo los valores de temperatura que están fuera de los límites establecidos por el usuario. El siguiente paso es establecer el resto de los límites de temperatura. Dependiendo de la aplicación, alguno de los límites puede ser innecesario. El detalle de esta configuración se puede observar en la Figura 17. Figura 17. Elección de los límites de temperatura del sensor Figura 18. Inicialización del reloj de tiempo real El último paso es inicializar el reloj de tiempo real (RTC). Para ello la configuración Start Log nos permitirá definir la fecha y hora actual y guardarla dentro de un registro del sensor. El detalle de esta configuración se puede apreciar en la Figura

58 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO Por último, el kit de demostración tiene una pantalla en la que se puede observar el funcionamiento del sensor en tiempo real, mostrando una gráfica de las temperaturas leídas y la cuenta de las veces que se ha superado cada uno de los límites de temperatura. Esta pantalla se puede observar en la Figura 19. Figura 19. Funcionamiento del sensor en tiempo real 2.3. Fase 3: Desarrollo de la aplicación de Android En esta fase del proyecto se diseña la aplicación de Android que se instalará en el smartphone del cliente. Con el fin de desarrollar esta aplicación ha sido necesario instalar un entorno de desarrollo específico para programar en Android. Android utiliza el lenguaje de programación Java para programar las funciones y el lenguaje XML para programar la interfaz. El entorno de desarrollo elegido para realizar el desarrollo de la aplicación de Android es Android Developer Tools (ADT), que se puede descargar gratuitamente. Este entorno de desarrollo contiene todo lo necesario para desarrollar el programa. La ventana inicial de este programa se muestra en la Figura

59 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO Figura 20. Pantalla principal del entorno de desarrollo ADT Siguiendo la norma de programación de Android, se ha de elegir el mínimo kit de desarrollo de software (SDK por sus siglas en inglés) necesario para la aplicación que se esté desarrollando. Para la utilización de las funciones de comunicación a través de NFC se necesita mínimo la API de nivel 9 de Android (Android 2.3), pero para un soporte completo del protocolo NFC es necesario un nivel más de API, la API 10 (Android 2.3.3). La API 10 de Android contiene comandos necesarios de NFC-V que no están incluidos en la API 9, como son: void connect(): habilitar las operaciones de entrada y salida de la etiqueta utilizando la tecnología NFC-V. void close(): deshabilitar las operaciones de entrada y salida de la etiqueta utilizando la tecnología NFC-V y liberar recursos. boolean isconnected(): este método ayuda a conocer si las operaciones de entrada y salida son posibles. byte[] transceive(byte[] data): envía comandos NFC-V directamente a la etiqueta y recibe la respuesta. 36

60 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO Como API objetivo se ha elegido la versión más actualizada de Android en el momento del desarrollo de este proyecto, y también se utilizará esta API para compilar. En concreto es la API de nivel 19 (Android 4.4.2). Una vez definidas las API s necesarias para el desarrollo de la aplicación, es necesario descargarlas si no estuvieran éstas instaladas. Para ello ADT tiene un gestor de kits de desarrollo de software (SDK Manager). En la Figura 21 se puede observar este gestor de kits de desarrollo de software. Figura 21. Gestor de kits de desarrollo de software Los comandos a programar en la aplicación Android están definidos en la hoja de características del sensor. Estos comandos están estandarizados bajo el nombre cool-log. Se desea que la aplicación sea capaz de leer el número único de identificación (UID) de la etiqueta, la temperatura actual, la tensión de la batería, el registro de temperaturas, el límite superior de temperatura y los contadores de mediciones fuera de límites. Para este propósito los comandos cool-log asociados se muestran en la Tabla 4. 37

61 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO Función Comando cool-log Datos obtenidos Obtener información del sistema Leer bloque único Leer varios bloques Leer configuración de medición Obtener estado de registro 0x2B 0x20 0x23 0xA3 0xA8 Flags, UID, revisión de chip, bloques y tamaño Bloque pedido de la EEPROM Bloques pedidos de la EEPROM Tiempo de inicio, límites de registro, modo de registro, retraso del inicio + tamaño del área de usuario Estado de la medición, contadores de medición fuera de límites Tabla 4. Comandos cool-log Todos estos comandos han sido programados en un archivo dentro de una clase que se llama ReadNfcV.java. Cada uno de los comandos ha sido programado como un método dentro de la clase, con nombres fáciles de asociar a cada uno de los comandos como son: readsingleblock(), readmultipleblocks(), getmeasurementsetup(), getlogstate, etc. Se han implementado los métodos getter y setter para poder acceder a las variables privadas con las que trabaja internamente el programa como pueden ser el número único de identificación (UID), la temperatura actual, etc. El programa consta de tres pantallas diferentes: la principal, a la que se accede nada más arrancar la aplicación, en la cual se muestra información como el número único de identificación (UID), la temperatura actual, y la tensión de la batería; la pantalla de graficación que muestra todos los valores almacenados en la memoria EEPROM del sensor; y por último la pantalla de escritura, en la cual se muestra el límite de temperatura actual y dónde se puede escribir el nuevo límite de temperatura, además de poder visualizar el contador de fuera de límites. Cada una de estas pantallas tiene asociados dos archivos, un archivo XML que contiene la información de las cajas de texto, cajas de entrada y botones de cada pantalla y otro archivo 38

62 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO Java que contiene los métodos que asocian una función a cada botón, o ejecutan los métodos requeridos por estar en esa determinada pantalla. En la Figura 22 se puede observar la pantalla principal de este programa. En las Figuras 23 y 24 se pueden observar las pantallas de graficación y escritura respectivamente. Figura 22. Pantalla principal de la aplicación 39

63 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO Figura 23. Pantalla de graficación de la aplicación 40

64 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO Figura 24. Pantalla principal de la aplicación 2.4. Fase 4: Diseño e implementación de la señalización visual En esta fase del proyecto se diseña y se implementa la señalización visual que alertará al usuario cuando se supere la temperatura crítica del producto. 41

65 I. MEMORIA 2. ESTUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO El funcionamiento de la señalización visual debe ser el siguiente, si la temperatura se mantiene por debajo de la temperatura crítica la señalización visual debe estar apagada. Por el contrario, una vez que se supere esta temperatura, la señalización visual debe activarse y no desactivarse aunque la temperatura haya descendido del valor crítico. Con el fin de mantener la etiqueta NFC con un consumo bajo de energía se ha de escoger cuidadosamente una señalización. En primeros desarrollos se utilizó simplemente un diodo LED, pero el diodo LED descarga la batería rápidamente. Tras una investigación sobre tecnologías que se pudieran utilizar, se encontró la empresa E-Ink, fabricante de las pantallas del Amazon Kindle. Las características de la pantalla ofrecida por E-Ink son las idóneas para la tarea de la señalización visual. La pantalla de E-Ink sólo consume energía cuando cambia de estado. Además la empresa E-Ink es realiza pantallas personalizadas por encargo. Se realizó un pedido a E-Ink de pantallas de un tamaño de 5mm x 5mm para poderlas incluir en la pequeña etiqueta NFC. Figura 25. Pantalla de tinta electrónica En la Figura 25 se puede apreciar un dispositivo que utiliza esta tecnología. Para poder activar la señalización visual, se necesita de una interfaz que sea capaz de leer la información de el contador de mediciones fuera de límites para utilizando esa información ser capaz de encender la señalización visual. Para este propósito se ha elegido el microprocesador PIC 42

66 I. M EMORIA 2. E STUDIO Y DESARROLLO DEL PROYECTO 12LF1552 de la casa Microchip. Este procesador es un microprocesador de baja potencia, tiene únicamente lo necesario, una interfaz SPI y salidas y entradas analógicas en un empaquetamiento de 8 pines. En la Figura 26 se puede apreciar un el diagrama de conexiones entre el sensor, el microprocesador y la señalización visual. Figura 26. Diagrama de conexión de la señalización visual En la hoja de características del sensor se encuentra una sección que explica los pasos a seguir para poder conectarse al sensor externamente utilizando el protocolo SPI. Para ello el sensor se comportará siempre como esclavo y el microprocesador será siempre el maestro. En este caso sólo nos interesa la operación de lectura. Para realizar una lectura se necesita enviar un frame de 82 pulsos de reloj. Primero se manda el comando, luego la dirección de memoria, luego 32 bits de datos dummy y un pulso de reloj conocido como execute. El sensor entonces debe responder de manera que su salida DOU T pasará a estar activa, momento en el que hay que enviar un pulso de acknowledge, seguido de 32 ticks de reloj con los cuales se expulsarán los datos pedidos. Figura 27. Comunicación por SPI - Envío de comando y dirección 43