UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS

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1 UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS TEMA: DESARROLLO DE UN SISTEMA EMBEBIDO PARA EL MONITOREO DE LA TEMPERATURA DEL AGUA EN UNA PISCINA CAMARONERA TRABAJO PRÁCTICO DEL EXAMEN COMPLEXIVO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO DE SISTEMAS AUTOR: GALINDO AGUILAR CARLOS ALEXANDER MACHALA EL ORO

2 CESiÓN DE DERECHOS DE AUTOR Yo, GALlNDO AGUILAR CARLOS ALEXANDER, con C.I , estudiante de la carrera de INGENIERíA DE SISTEMAS de la UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERíA CIVIL de la UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA, en calidad de Autor del siguiente trabajo de titulación DESARROLLO DE UN SISTEMA EMBEBIDO PARA EL MONITOREO DE LA TEMPERATURA DEL AGUA EN UNA PISCINA CAMARONERA Declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional. En consecuencia, asumo la responsabilidad de la originalidad del mismo y el cuidado al remitirme a las fuentes bibliográficas respectivas para fundamentar el contenido expuesto, asumiendo la responsabilidad frente a cualquier reclamo o demanda por parte de terceros de manera EXCLUSIVA. Cedo a la UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA de forma NO EXCLUSIVA con referencia a la obra en formato digital los derechos de: a. Incorporar la mencionada obra al repositorio digital institucional para su democratización a nivel mundial, respetando lo establecido por la Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-Compartirlgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0), la Ley de Propiedad Intelectual del Estado Ecuatoriano y el Reglamento Institucional. b. Adecuarla a cualquier formato o tecnología de uso en internet, así como incorporar cualquier sistema de seguridad para documentos electrónicos, correspondiéndome como Autor(a) la responsabilidad de velar por dichas adaptaciones con la finalidad de que no se desnaturalice el contenido o sentido de la misma. Machala, 03 de diciembre de 2015 GALlNDO AG LAR CARLOS ALEXANDER C.I

3 RESUMEN DESARROLLO DE UN SISTEMA EMBEBIDO PARA EL MONITOREO DE LA TEMPERATURA DEL AGUA EN UNA PISCINA CAMARONERA Carlos Alexander Galindo Aguilar Ing. Johnny Novillo Vicuña La empresa camaronera EL CAMARON S.A. necesita implementar una interfaz electrónica y grafica que permita monitorear la temperatura del agua de todas sus piscinas, a través de la conexión con un computador en tiempos determinados de 2 minutos. Por esta razón me permito recomendar y desarrollar una aplicación que por medio del puerto serial de una placa de Arduino se conecte al circuito electrónico del sensor de temperatura para mostrar y almacenar los datos obtenidos según el tiempo solicitado. Palabras clave: temperatura; computador; arduino; puerto serial; sensor. ii

4 ABSTRACT EMBEDDED DEVELOPMENT OF A SYSTEM FOR MONITORING WATER TEMPERATURE IN A SHRIMP POOL Carlos Alexander Galindo Aguilar Ing. Johnny Novillo Vicuña The Shrimp Company EL CAMARON S.A. needs to implement an electronic interface and graphics in order to monitor the water temperature of all pools, through connection with a computer at certain times of 2 minutes. For this reason I would recommend and develop an application via the serial port of an Arduino board is connected to the electronic circuit of the temperature sensor to display and store the data according to the requested time. Keywords: temperature; computer; arduino; serial port; sensor. iii

5 INDICE DE CONTENIDO RESUMEN... ii ABSTRACT... iii INDICE DE CONTENIDO... iv INDICE DE TABLAS... v INDICE DE FIGURAS... vi 1. INTRODUCCION Marco Contextual Problema Objetivo General DESARROLLO Marco Teórico Sensor de Temperatura LM Placa y Software Arduino Programa Visual Studio Potenciómetro LCD 16x Marco Metodológico Resultados CONCLUSIONES REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ANEXOS Documentación fotográfica y Captura de Imágenes iv

6 INDICE DE TABLAS TABLA 1: DESCRIPCIÓN DE PINES DEL SENSOR LM TABLA 2: CARACTERÍSTICAS PLACA ARDUINO... 4 TABLA 3: MATERIALES USADOS EN EL PROYECTO... 5 v

7 INDICE DE FIGURAS ILUSTRACIÓN 1: PLACA Y SOFTWARE DE ARDUINO... 2 ILUSTRACIÓN 2: PORTADA DE VISUAL STUDIO ILUSTRACIÓN 3: TERMINALES DEL POTENCIÓMETRO... 3 ILUSTRACIÓN 4: DESCRIPCIÓN DE PINES LCD... 3 ILUSTRACIÓN 5: DIAGRAMA DE BLOQUE DEL PROYECTO... 4 ILUSTRACIÓN 6: CONFIGURACIÓN DEL PUERTO SERIAL... 5 ILUSTRACIÓN 7: DIAGRAMA EN ESQUEMA... 6 ILUSTRACIÓN 8: PINES UTILIZADOS EN LA PLACA ARDUINO... 6 ILUSTRACIÓN 9: DISEÑO DEL CIRCUITO EN PROTOBOARD... 7 ILUSTRACIÓN 10: TEMPERATURA MOSTRADA POR EL PUERTO SERIAL... 7 ILUSTRACIÓN 11: PANTALLA PRINCIPAL DEL SOFTWARE... 8 ILUSTRACIÓN 12: DISEÑO ELECTRÓNICO HECHO EN PROTOBOARD ILUSTRACIÓN 13: CAMARONERA EL CAMARON S.A ILUSTRACIÓN 14: INICIALIZACIÓN DE FORMULARIO ILUSTRACIÓN 15: CÓDIGO PARA SELECCIÓN DE TIEMPO ILUSTRACIÓN 16: CÓDIGO DE CONECTAR-LIMPIAR ILUSTRACIÓN 17: FUNCIÓN VERIFICAR PUERTO DISPONIBLE ILUSTRACIÓN 18: CÓDIGO BOTÓN CONECTAR ILUSTRACIÓN 19: ALMACENAR DATOS EN LA BD vi

8 1. INTRODUCCION Este proyecto está enfocado a la obtención de datos desde un circuito electrónico en este caso un sensor de temperatura, y su posterior visualización por medio de un software desarrollado el cual nos va a servir para poder realizar un seguimiento continuo de los cambios presentados en el entorno y en tiempo real. Es por esto que al crear esta interfaz ayudaríamos a la empresa a tener un mayor controlar en el crecimiento normal de los camarones durante todo el año; así mismo como saber qué meses no son recomendables para realizar la crianza. La temperatura promedio del agua no baja jamás a menos de 24 C sin embargo entre Julio y Noviembre las temperaturas pueden en algunas ocasiones llegar a 34 C y más. Para realizar este trabajo hemos dispuesto de un sensor de temperatura LM35 el mismo que está conectado a una placa de Arduino que recoge los datos del sensor (milivoltios) y los transforma en grados centígrados. Esta placa a su vez está conectada al computador a través de un puerto USB y emite datos los cuales son controlados por el programa desarrollado en Visual Studio Estos datos nos indican la temperatura actual del agua en las piscinas camaroneras. 1.1 Marco Contextual EL CAMARON S.A se encuentra ubicado en el Cantón El Guabo en la parroquia de Bajo Alto. En sus instalaciones posee alrededor de 6 piscinas camaroneras las cuales están bajo la Administración del Ing. Juan Pérez el cual ha venido trabajando utilizando ideas propias de como verificar la temperatura de sus piscinas, actualmente queriendo aplicar la tecnología y la informática para obtener mejores resultados nos ha solicitado la elaboración de un sistema que simplifique todas sus actividades, sin embargo es necesario buscar la mejor opción en la utilización de técnicas y sensores de temperatura. Además la constante evolución para determinar resultados tratando de minimizar errores ha creado la necesidad de analizar diferentes propuestas para desarrollar el proyecto en mente. Adicionalmente quienes están inmersos en el ámbito de las camaroneras están conscientes de que la única manera de mejorar el rendimiento en su productividad es mediante el desarrollo de una aplicación informática. 1.2 Problema El monitoreo de la temperatura del agua en las empresas camaroneras hoy en día es muy fundamental pues muchas veces ha generado pérdidas en vez de ganancias debido al sobre calentamiento del agua; es por esa razón que EL CAMARON S.A se ha visto en la necesidad de adquirir un software que les ayude y facilite tomar las mediciones diarias de la temperatura en todas sus piscinas. 1.3 Objetivo General Desarrollar un sistema embebido para controlar el monitoreo diario de la temperatura que se genera un una piscina camaronera. 1

9 2.1 Marco Teórico 2. DESARROLLO Sensor de Temperatura LM35 Tabla 1: Descripción de Pines del Sensor LM35 Pin Función Descripción 1 VCC Alimentación (5V) 2 OUT Salida. Devuelve lo que el sensor ha captado 3 GND Conectado a tierra. Es un sensor el cual se puede utilizar para detectar la temperatura del aire ambiente. Ofrece una gama funcional entre -55 C hasta 150 C con una precisión garantizada de 0.5 C a 25 C. La sensibilidad es de 10mV por cada Grado Centígrado por lo tanto si tenemos 55ºC = 55 x 10 = 550mV. La tensión de salida es proporcional a la temperatura Placa y Software Arduino Ilustración 1: Placa y Software de Arduino Es una placa de tipo electrónica, constituida principalmente por un microcontrolador el cual puede ser programado para realizar funciones específicas en un determinado proyecto. En este caso al decir programado nos referimos a que podemos utilizar un lenguaje de programación de alto nivel y desarrollar un aplicativo que reciba y envié datos desde y hacia la placa; así mismo Arduino pertenece al grupo de software libre por esa razón puede ser utilizado libremente. Está constituido por varios puertos tanto de entrada como de salida (análogo-digital); maneja su propio lenguaje para realizar pruebas y se conecta al computador por medio de cable USB. 2

10 2.1.3 Programa Visual Studio 2010 Ilustración 2: Portada de Visual Studio 2010 Es una herramienta desarrollada por Microsoft especializada para crear aplicaciones clásicas de tipo Windows Form y aplicaciones web que pueden ser ejecutadas de forma local en el mismo computador así como también mediante la red con equipos remotos; trabajan de forma conjunta con el componente NET Framework que facilita desarrollar interfaces de usuario (GUI) interactivas que son adaptables a cualquier plataforma de Windows. Es multilenguaje debido a que es compatible con una lista de lenguajes de programación como son C#, Visual Basic, C++, ASP.Net entre otros. Visual Studio está diseñado para cualquier persona entre ellos programadores y estudiantes que deseen iniciar en un entorno de desarrollo muy funcional y elaborar aplicativos para dispositivos móviles, páginas web, sistemas distribuidos y muchos más Potenciómetro Ilustración 3: Terminales del Potenciómetro Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie. Normalmente son utilizados en circuitos de poca corriente LCD 16x2 Ilustración 4: Descripción de Pines LCD Es una pantalla LCD constituida por un cristal líquido de 16x2 o 16x4, son muy útiles para presentar textos ya sean de forma estática o en movimiento, su consumo de energía así como su precio son bajos por esa misma razón su comercialización es en gran cantidad. Su implementación es fácil, sencilla y el uso que se le puede dar depende de la asignatura en la cual se esté tratando ya sea electrónica básica, informática, equipos industriales, robótica y más. 3

11 2.2 Marco Metodológico El proyecto se ha dividido en un diagrama de bloques el cual se representa de la siguiente manera: Ilustración 5: Diagrama de Bloque del Proyecto La fórmula específica para el cálculo de la Temperatura sale de la relación del sensor con los grados. El sensor de temperatura LM35 responde a variaciones de 10mV por cada 1 C. Ejemplo: 26.4 C = 264mV = 0.264V (Pablo E. Garcia, 2013) El convertidor analógico al digital es de 10bits de resolución, los valores variaran entre 0 y 1023, entonces Vout = (5V * dato)/1023 siendo (0 > dato < 1023) y para ajustar la escala a grados centígrados: Vout = ((5V * dato) * 100)/1023 Las características de placa arduino UNO son las mencionadas: Tabla 2: Características Placa Arduino Microcontrolador ATmega328 Voltaje de operación 5V Voltaje de Entrada 6V - 20V Pines Digitales (E/S) 14 (6 proporcionan salidas PWM) Pines de Entrada analógica 6 Memoria Flash 32 KB ( ATmega328 ) 0,5 KB utilizado por gestor de arranque SRAM 2 KB ( ATmega328 ) EEPROM 1 KB ( ATmega328 ) Velocidad de reloj 16 MHz Peso 25 G 4

12 Los materiales usados es este proyecto se describen a continuación: Tabla 3: Materiales usados en el proyecto N Cantidad Descripción 1 1 Laptop con Sistema Operativo Windows 2 1 Protoboard 3 1 Placa de Arduino 4 1 Sensor LM Potenciómetro 10 K 6 1 Resistencia 220K 7 1 LCD 16x2 8 1 Cable USB 9 Varios Cable UTP Una configuración predeterminada para que exista la conexión entre la placa de arduino y el computador es la que a continuación se presenta. Ilustración 6: Configuración del Puerto Serial Estos valores van a ser predeterminados para realizar cualquier la conexión con el puerto serial, estos deben ser configurados tanto en el computador así como en el programa que va a servir de interfaz. Utilizando la aplicación llamada Fritzing se ha diseñado un diagrama de esquema para poder entender el funcionamiento del sensor. 5

13 Ilustración 7: Diagrama en Esquema Los PINES utilizados para realizar este Sensor se detallan de la siguiente manera: Puertos digitales (Datos para LCD) Botón de reseteo - S1 (Reinicio de placa) Puerto de entrada analógica 0 (Recibe valor del sensor) Puerto de alimentación 5V y tierra GND (Voltajes para que funcione el circuito) USB (Envío y recepción de los datos al computador Voltaje para la placa) Ilustración 8: Pines utilizados en la placa arduino 2.3 Resultados 6

14 Para la elaboración de la automatización del diseño electrónico en modo GUI (Interfaz Gráfica de Usuario) y en forma de Esquema se utilizó el aplicativo Fritzing, el cual tiene la mayoría de integrados y nos permite a su vez realizar la conexión de los puntos para verificar si están correctos. Ilustración 9: Diseño del circuito en Protoboard En la figura siguiente podemos observar el funcionamiento adecuado del Sketch hecho en el Software de Arduino; con el cual se programó el controlador para que calcule la temperatura y poderla enviar a mostrar por el puerto serial. Ilustración 10: Temperatura mostrada por el puerto serial 7

15 Para presentar la temperatura se ha diseñado un aplicativo en el cual se muestra todos los puertos serial COM que actualmente estén presentes en el computador, se puede elegir el tiempo de obtención de los datos y se procede a realizar la conexión. Ilustración 11: Pantalla principal del Software 8

16 3. CONCLUSIONES Según la investigación realizada fue posible determinar las siguientes conclusiones: Utilizando las tecnologías actuales se logró desarrollar un sistema de obtención de datos proveniente de la temperatura generada por fenómenos ambientales, físicos en las piscinas camaroneras. La plataforma Arduino permite a los estudiantes involucrarse en la programación y en la electrónica de una manera más sencilla y básica, debido a que no se necesitan conocimientos avanzados para realizar un proyecto. Arduino funciona en cualquier sistema operativo, por lo cual no se ha tenido problemas significativos en la instalación y utilización de su extensa lista de comando debido a que en la web se puede conseguir manuales y guías. Las aplicaciones de entrenamiento facilitan el aprendizaje ya que se tiene los elementos físicos y los manuales para la programación, además los módulos implementados no solo pueden ser usados por Arduino sino por cualquier otro microcontrolador. Es importante resaltar que las tecnologías que utilizan la placa Arduino y Visual Basic.Net tienen mucho que entregar a futuro ya que sus aplicaciones no solo se pueden utilizar en Dispositivos Móviles, Laptops y Tablet, sino que buscan las facilidades para generar aplicaciones bajo costo, pero muy valiosas en el uso de la educación y la investigación.. 9

17 4. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Banzi, M. (2009). Primeros pasos con Arduino. O'Reilly Media. Blanco, L. (2010). Programación en Visual Basic.Net. Madrid: Grupo Eidos. Evans F, B. (2007). Arduino Programming Notebook. San Francisco, California. Felitas, P. (2013). Access 2013: Guia práctica para el usuario. Buenos Aires: Fox Andina S.A. Fernando, L. O. (2011). Visual Basic - Guia definitiva del programador. Bogotá: Ediciones Users. Lorca, F. (2011). Libro Ejemplo. Timo Rei Lee. Pablo E. Garcia, M. H. (2013). Prácticas con Arduino. Albacete. Simon Monk, J. P. (2012). 30 Proyectos con Arduino. Madrid, España: Estribor. Torrente Artero, O. (2013). Arduino Curso Practico. México: Alfaomega. Vanegas, C. A. (2011). Visual Basic y ASP.Net a su alcance. Bogotá. Varios. (2012). Libro Básico de Arduino, Primera Edición. Bogota, Colombia: Tienda de Robótica. 10

18 5. ANEXOS 5.1 Documentación fotográfica y Captura de Imágenes Ilustración 12: Diseño electrónico hecho en Protoboard Ilustración 13: Camaronera EL CAMARON S.A 11

19 Ilustración 14: Inicialización de formulario Ilustración 15: Código para selección de tiempo Ilustración 16: Código de Conectar-Limpiar 12

20 Ilustración 17: Función verificar puerto disponible Ilustración 18: Código botón Conectar Ilustración 19: Almacenar datos en la BD 13

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