Despliegue de una red de sensores inalámbrica para aplicación en una. fábrica de café. Juan Valverde. Universidad Politécnica de Madrid

Transcripción

1 Despliegue de una red de sensores inalámbrica para aplicación en una fábrica de café Universidad Politécnica de Madrid Juan Valverde

2 Redes de sensores y reconfigurabilidad PROYECTO SUSTENTIC 2

3 Proyecto Esquema de la presentación Tareas principales del proyecto Integrantes del proyecto Entorno de aplicación Lugares de medida Parámetros de medida Plataforma Cookies Vs Requisitos Adaptación de la plataforma Capa de alimentación Capas de sensores Sensores Capa de ph Capa de Conductividad Capa de CO2 Conclusiones 3

4 Proyecto SustenTIC Diseño hardware para toma de datos DATOS Proyecto SustenTIC TSI Diseño del entorno software para muestra de datos Fábrica que acoge la nueva tecnología Evaluación medioambiental de los datos obtenidos IMPACTO 4

5 Redes de sensores y reconfigurabilidad ENTORNO DE APLICACIÓN 5

6 Entorno de aplicación I Fábrica de Café Soluble Medios donde hacer la medida Emisión de gases en las chimeneas Dióxido de carbono CO 2 Monóxido de carbono CO Dióxido de azufre SO 2 Óxidos del Nitrógeno NO x Parámetros de calidad en el agua residual ph + Temperatura Conductividad + Temperatura Medida del Impacto Medioambiental 6

7 Entorno de aplicación II 7

8 Entorno de aplicación III CO 2 NO x SO 2 CO ph & Conductividad CO 2 NO x SO 2 CO CO 2 NO x SO 2 CO 8

9 Redes de sensores y reconfigurabilidad PLATAFORMA COOKIES vs REQUISITOS VS. 9

10 Plataforma VS Requisitos I Capa de Procesamiento Capa de Alimentación Capa de Comunicaciones Cookie Capa de Sensores 10

11 Plataforma VS Requisitos II Requisitos del proyecto Medidas cada 2seg Sistema desatendido Emplazamientos difíciles Altas temperaturas en las chimeneas Sensores químicos Rediseño y adaptación Alimentación desde la red Sensores con alto rango de temperatura respuesta analógica alto precio gran tamaño Mayor número de nodos Entorno industrial 11

12 Redes de sensores y reconfigurabilidad ADAPTACIÓN DE LA PLATAFORMA 12

13 Capa de Alimentación I Entrada red Eléctrica 220VAC Entrada batería 5V, 3.3V Entrada fuente auxiliar Max.9V TRACO 7VDC 5VDC 3.3VDC SWITCH 3.3V > 3.3V REG 1.2V REG 2.5V REG 3.3V 1.2V 2.5V 3.3V CONECTORES VERTICALES Entrada puerto USB 5V FTDI DATOS 13

14 Capa de Alimentación II Características 4 formas de alimentación Reguladores lineales Convertidor AC-DC compacto 3 niveles de alimentación 14

15 Capa de sensores Sensores Medidas en el agua Medidas en el aire Conductividad y ph y Temperatura CO CO, NOx, SO Temperatura 2 2 InPro 4260/120 InPro 7012 NDIR IRC-A1 Electroquímicos Pt ºC Pt ºC NTC R 25 =3000Ω Pasivos Doble electrodo Constante de celda B=3450K 20x20mm Xerolyt K=1 Alimentación 5V rango ºC 12x120mm 12.5x110mm 20x20mm Pasivo Pasivo rango ºC 15

16 Capa de ph I Medida de los iones Hidronio en una sustancia [H 3 O + ] Expresa la acidez o alcalinidad de 0-14 Depende de la temperatura: Pt100 integrada La medida esperable en la salida de la EDAR es 7-8 Los límites por legislación son 6-10 Circuitos de prueba en laboratorio Salida de la depuradora de la fábrica 16

17 Capa de ph II Esquema del circuito de acondicionamiento de señal del sensor Electrodo de ph Sensor Pt100 OPAMP de precisión OPAMP de precisión Puente a 3 hilos Etapa amplificadora Generación de offset Etapa amplificadora CONECTORES VERTICALES ADC µc 17

18 Capa de CO 2 I Medida de la concentración de dióxido de carbono en las emisiones a la atmósfera Producido en las calderas, tostadores y torres de secado Medida dependiente de la temperatura: NTC integrada La concentración normal del aire exterior es de ppm en ciudad hasta de 550ppm Los límites por legislación son para exposiciones largas de 5000ppm y para cortas de 15000ppm 18

19 Capa de CO 2 II Sensor Terminal de Referencia Esquema del circuito de acondicionamiento de señal del sensor Filtro paso Bajo Filtro paso alto Etapa amplificadora Terminal Activo Lámpara infrarroja NTC LUZ Filtro paso Bajo PWM a baja f Puente de medida Filtro paso alto Generación de offset Etapa amplificad ora Etapa amplificadora CONECTORES VERTICALES ADC µc 19

20 Capa de Conductividad I Medida de la cantidad de compuestos iónicos disueltos en el agua Inversamente proporcional a la resistividad entre dos electrodos (K) Medida dependiente de la temperatura: Pt1000 integrada El agua pura tiene 0.05 µs/cm y el agua potable límite 1055 µs/cm Un valor típico de medida en el agua residual de la fábrica es 1297 µs/cm Conductividad=(1/R)*K Circuitos de prueba en laboratorio 20

21 Capa de Conductividad II Esquema del circuito de acondicionamiento de señal del sensor Celda de conductividad Sensor Pt1000 Circuito de medida Puente a 3 hilos Rectificador de media onda Etapa amplificadora Generación de offset Etapa amplificadora CONECTORES VERTICALES ADC µc 21

22 Conclusiones Es necesario crear dos capas nuevas de la plataforma según los requisitos del proyecto: Alimentación y Sensado. La nueva capa de alimentación permite la alimentación directa de la red para hacer frente al alto consumo por el gran flujo de datos y la dificultad de cambio de baterías. La filosofía de las redes de sensores cambia un poco en esta aplicación debido a los sensores utilizados: alto precio, gran tamaño El número de nodos será superior que en otras aplicaciones llevadas a cabo en el CEI debido a la presencia de elementos metálicos en el entorno. 22

23 Muchas gracias! 23