Red de sensores inalámbricos para monitorización de instalaciones eléctricas de baja tensión

Transcripción

1 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Red de sensores inalámbricos para monitorización de instalaciones eléctricas de baja tensión autor José Antonio Tarifa Galisteo tutor D. Juan Manuel Escaño González Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Sevilla, 2011

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3 Este Proyecto se realizó en el Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática.

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5 A mis padres y hermana. A Juan M. Escaño. Al profesorado y compañeros de estos años. Si te caes siete veces, levántate ocho. Proverbio chino

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7 Índice general CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN Domótica e Inmótica Ejemplos de construcciones inteligentes... 4 Vivienda unifamiliar (Madrid) Delhi International Airport Ltd. 1.2 Red de sensores inalámbrica (WSN) Estándares WSN Sistemas operativos Armónicos en instalaciones eléctricas Origen de los armónicos Efectos de los armónicos Propuestas y objetivos en el trabajo Estructura del documento CAPÍTULO 2. PLATAFORMA HARDWARE Sensores inalámbricos Microcontrolador MSP430F Interfaz radio. IEEE Topología en estrella Topología peer-to-peer Capa física (PHY) Subcapa de acceso al medio (MAC) Interfaz radio. ZigBee Capa de red (NWK) Capa de aplicación (APL) Interfaz radio. DASH Radio CC Interfaz USB FT232BM Pasarela para sensores Justificación del uso de sensores CAPÍTULO 3. TINYOS Y NESC I

8 ÍNDICE GENERAL 3.1 Elementos básicos Componente Interfaz Cableado Componente. Signatura Interfaces Interfaz genérica Interfaces. Instancias Interfaz parametrizada Componentes. Implementación Implementación de configuraciones Componentes genéricos Implementación de módulos Interfaces usadas 3.5 Archivos nesc Ejemplo de código Representación gráfica de componentes Tareas Llamadas split-phase y tareas Gestión de tareas con prioridad Mensajes en TinyOS 2.x Comunicación del nodo Comunicación radio. Protocolos de red Colección Collection Tree Protocol (CTP) Multihop LQI Diseminación Drip DIP y DHV Deluge T Comandos tos-deluge Justificación de su no uso 3.12 Comunicación serie CAPÍTULO 4. APLICACIÓN DESARROLLADA II

9 ÍNDICE GENERAL 4.1 Identificación de los nodos Bases de tiempo Temporización Watchdog TimerMilliC Arranque del mote MainC Operaciones iniciales LedsC Gestión entradas/salidas digitales HplMsp430GeneralIOC Conversión analógico-digital Msp430Adc12ClientAutoRVGC Interfaces usadas Configuración del convertidor Conversión de tensión e intensidad Conversión de sensores auxiliares Procesamiento sensores auxiliares Temperatura interna Tensión de alimentación Otros sensores Gestión memoria flash externa ConfigStorageC Colección de datos ActiveMessageC CollectionC CollectionSenderC Archivo Makefile Diseminación de datos III

10 ÍNDICE GENERAL DisseminationC DisseminatorC Archivo Makefile Datos puerto serie SerialActiveMessageC Variables y constantes globales Función IsRoot Función Arrancar Función InicioMote Función increase Función decrease Tarea ProcSensor Tarea ActValores Tarea EnvioDatos Tarea Conversion Tarea CalcPotencia Potencia en señales discretas. Principio de tiempo de muestreo reducido Tarea CalcDFT Armónicos a estudiar Planteamiento del problema Preparación de datos Algoritmo FFT DFT de la secuencia original Parámetros armónicos Tasa de distorsión total armónica Significado de los LED Representación gráfica de la aplicación Comunicación Ethernet Tmote Connect Operaciones básicas Recuperar el estado del mote IV

11 ÍNDICE GENERAL Reiniciar el servidor de control Reiniciar el dispositivo Tmote Connect Control del protocolo y de la velocidad Programación del mote Configuración del NSLU Comunicación TCP/IP. MATLAB Monitorización y control en MATLAB Arranque del programa Recepción de datos. Gráficas. Servidor web de datos Envío de datos Cierre de conexión CAPÍTULO 5. FASE DE PRUEBAS Envío y recepción de información Simulador TinyOS Conexión JTAG Biblioteca Printf Envío de mensajes propios por puerto serie Código de programa Convertidor analógico-digital Tarea de cálculo de potencias Tarea de cálculo de armónicos Mediciones con señales reales Recogida y procesamiento de datos Generación de señales Montaje Laboratorio Montaje usando Audacity 5.4 Comunicación inalámbrica mote-mote (PC). Recepción de datos Comunicación inalámbrica mote-mote (pasarela). Recepción de datos Comunicación inalámbrica mote-mote (PC). Envío de datos Comunicación inalámbrica mote-mote (pasarela). Envío de datos Monitorización y control con MATLAB Prueba de conjunto CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS Tareas realizadas V

12 ÍNDICE GENERAL 6.2 Líneas futuras de desarrollo ANEXO A. ANÁLISIS DE ARMÓNICOS A.1 Transformada discreta de Fourier A.2 Control de armónicos mediante DFT A.2.1 Teorema de muestreo de Nyquist-Shannon A.2.2 Ventanas más comunes Rectangular Triangular / Bartlett Hanning Hamming Blackman A.3 Algoritmo FFT A.3.1 Mejora del algoritmo FFT para secuencias reales A.4 Indicadores de armónicos y distorsión A.4.1 Distorsión armónica individual A.4.2 Tasa de distorsión total armónica Umbrales críticos de THD en tensión Umbrales críticos de THD en intensidad ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE TABLAS BIBLIOGRAFÍA Nota: las marcas o marcas comerciales que puedan aparecer en el documento son propiedad de sus respectivos propietarios. VI