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Maestría en Sistemas Embebidos
Presentación de Trabajo Final
Red de sensores inteligentes inalámbricospara el monitoreo de estructuras civiles
Esp. Ing. Marcelo Pistarelli
Director:Mtr. Ing. Rosa Corti
Jurados:Dr. Ing. Pablo Martín Gomez
Dr. Ing. Roberto MartínezIng. Marcelo Romeo
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1Origen de vibraciones
I Tráfico de vehículos.
I Cercanía a vías de tren.
I Zonas de gran actividad industrial.
I Zonas de actividad minera.
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1Origen de vibraciones
I Tráfico de vehículos.
I Cercanía a vías de tren.
I Zonas de gran actividad industrial.
I Zonas de actividad minera.
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1Origen de vibraciones
I Tráfico de vehículos.
I Cercanía a vías de tren.
I Zonas de gran actividad industrial.
I Zonas de actividad minera.
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1Origen de vibraciones
I Tráfico de vehículos.
I Cercanía a vías de tren.
I Zonas de gran actividad industrial.
I Zonas de actividad minera.
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2Efecto de las vibraciones
I Daño en lasestructuras.
I Molestia en laspersonas.
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2Efecto de las vibraciones
I Daño en lasestructuras.
I Molestia en laspersonas.
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3Motivación
I Instituto de Mecánica Aplicada yEstructuras (IMAE).
I Pruebas de capacidad estructural.
I Peritajes de estructuras.
I Efecto de vibraciones en suelos,estructuras y personas.
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3Motivación
I Instituto de Mecánica Aplicada yEstructuras (IMAE).
I Pruebas de capacidad estructural.
I Peritajes de estructuras.
I Efecto de vibraciones en suelos,estructuras y personas.
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3Motivación
I Instituto de Mecánica Aplicada yEstructuras (IMAE).
I Pruebas de capacidad estructural.
I Peritajes de estructuras.
I Efecto de vibraciones en suelos,estructuras y personas.
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3Motivación
I Instituto de Mecánica Aplicada yEstructuras (IMAE).
I Pruebas de capacidad estructural.
I Peritajes de estructuras.
I Efecto de vibraciones en suelos,estructuras y personas.
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4Motivación
I Captura de datosrequiere notebookconectada.
I Distancia limitada a4 m por cables.
I Sin umbrales dedisparo.
I Alto costo.
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4Motivación
I Captura de datosrequiere notebookconectada.
I Distancia limitada a4 m por cables.
I Sin umbrales dedisparo.
I Alto costo.
![Page 14: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/14.jpg)
4Motivación
I Captura de datosrequiere notebookconectada.
I Distancia limitada a4 m por cables.
I Sin umbrales dedisparo.
I Alto costo.
![Page 15: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/15.jpg)
4Motivación
I Captura de datosrequiere notebookconectada.
I Distancia limitada a4 m por cables.
I Sin umbrales dedisparo.
I Alto costo.
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5Solución propuesta
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6Esquema de tecnologías
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7Hardware del nodo sensor
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8Hardware nodo sensor
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9Firmware nodo sensor
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10Hardware adaptador USB-LoRa
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11Firmware adaptador USB-LoRa
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12Drivers
I Acelerómetro.
I Reloj de adquisición.I Almacenamiento externo.I GPS.I Control de energía.I LoRa.I Almacenamiento interno.
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12Drivers
I Acelerómetro.I Reloj de adquisición.
I Almacenamiento externo.I GPS.I Control de energía.I LoRa.I Almacenamiento interno.
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12Drivers
I Acelerómetro.I Reloj de adquisición.I Almacenamiento externo.
I GPS.I Control de energía.I LoRa.I Almacenamiento interno.
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12Drivers
I Acelerómetro.I Reloj de adquisición.I Almacenamiento externo.I GPS.
I Control de energía.I LoRa.I Almacenamiento interno.
![Page 27: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/27.jpg)
12Drivers
I Acelerómetro.I Reloj de adquisición.I Almacenamiento externo.I GPS.I Control de energía.
I LoRa.I Almacenamiento interno.
![Page 28: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/28.jpg)
12Drivers
I Acelerómetro.I Reloj de adquisición.I Almacenamiento externo.I GPS.I Control de energía.I LoRa.
I Almacenamiento interno.
![Page 29: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/29.jpg)
12Drivers
I Acelerómetro.I Reloj de adquisición.I Almacenamiento externo.I GPS.I Control de energía.I LoRa.I Almacenamiento interno.
![Page 30: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/30.jpg)
13Tareas
I Tarea acelerómetro.
I Tarea USB.I Tarea almacenamiento.I Tarea GPS.I Tarea comunicación LoRa.I Tarea monitoreo de batería.
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13Tareas
I Tarea acelerómetro.I Tarea USB.
I Tarea almacenamiento.I Tarea GPS.I Tarea comunicación LoRa.I Tarea monitoreo de batería.
![Page 32: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/32.jpg)
13Tareas
I Tarea acelerómetro.I Tarea USB.I Tarea almacenamiento.
I Tarea GPS.I Tarea comunicación LoRa.I Tarea monitoreo de batería.
![Page 33: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/33.jpg)
13Tareas
I Tarea acelerómetro.I Tarea USB.I Tarea almacenamiento.I Tarea GPS.
I Tarea comunicación LoRa.I Tarea monitoreo de batería.
![Page 34: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/34.jpg)
13Tareas
I Tarea acelerómetro.I Tarea USB.I Tarea almacenamiento.I Tarea GPS.I Tarea comunicación LoRa.
I Tarea monitoreo de batería.
![Page 35: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/35.jpg)
13Tareas
I Tarea acelerómetro.I Tarea USB.I Tarea almacenamiento.I Tarea GPS.I Tarea comunicación LoRa.I Tarea monitoreo de batería.
![Page 36: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/36.jpg)
14Modos de disparo
I Deshabilitado.
I Free-run.
I Amplitud.
I Por amplitud en banda frecuencialANSI S1.11.
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14Modos de disparo
I Deshabilitado.
I Free-run.
I Amplitud.
I Por amplitud en banda frecuencialANSI S1.11.
![Page 38: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/38.jpg)
14Modos de disparo
I Deshabilitado.
I Free-run.
I Amplitud.
I Por amplitud en banda frecuencialANSI S1.11.
![Page 39: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/39.jpg)
14Modos de disparo
I Deshabilitado.
I Free-run.
I Amplitud.
I Por amplitud en banda frecuencialANSI S1.11.
![Page 40: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/40.jpg)
15Banco de filtros ANSI S1.11
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16Sincronismo por GPS
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17Resultados de sincronismo por GPS
Medición RiseDelay (ns)
1 10,802 -24,403 -22,404 8,005 16,806 40,007 55,208 24,809 -14,0010 8,80
Tiempo absoluto de retardo promedio de 24,04 ns � 977 ns.
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18Sincronismo por LVDS
![Page 44: Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de ...€¦ · Presentación de Trabajo Final Red de sensores inteligentes inalámbricos para el monitoreo de estructuras](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022071501/61203d5943a29c1aab2c1792/html5/thumbnails/44.jpg)
19Resultados de sincronismo por LVDS
Medición RiseDelay (ns)
1 240,002 100,003 120,004 200,005 120,006 110,007 70,008 140,009 140,00
10 190,00
Tiempo de retardo promedio de 143 ns � 977 ns.
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20Validación con acelerómetro patrón
Maqueta con perfil IPN100 utilizado para las mediciones.
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21Validación con acelerómetro patrón
Nodo sensor montado sobre el perfil IPN100.
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22Validación con acelerómetro patrón
Acelerómetro montado bajo el perfil IPN100, colineal con elnodo sensor.
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23Dominio temporal
Nodo sensor
Acelerómetropatrón
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24Dominio frecuencial
Nodo sensor
Acelerómetropatrón
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25Modos de vibración
I Cinco primeros modos de vibración obtenidos por el IMAEde un modelo matemático del perfil IPN100.
I Contrastados con los medidos con el nodo sensor yacelerómetro patrón.
I Modos 1, 2, 3 y 5 coinciden de manera exacta entre lossensores.
Modo Frecuencia modelo matemático (Hz) Frecuencia nodo sensor (Hz) Frecuencia acelerómetro patrón (Hz)
1 2,975 2,967 2,9672 7,332 7,149 7,1493 16,059 15,84 15,844 32,637 29,553 32,525 51,894 50,3 50,3
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25Modos de vibración
I Cinco primeros modos de vibración obtenidos por el IMAEde un modelo matemático del perfil IPN100.
I Contrastados con los medidos con el nodo sensor yacelerómetro patrón.
I Modos 1, 2, 3 y 5 coinciden de manera exacta entre lossensores.
Modo Frecuencia modelo matemático (Hz) Frecuencia nodo sensor (Hz) Frecuencia acelerómetro patrón (Hz)
1 2,975 2,967 2,9672 7,332 7,149 7,1493 16,059 15,84 15,844 32,637 29,553 32,525 51,894 50,3 50,3
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25Modos de vibración
I Cinco primeros modos de vibración obtenidos por el IMAEde un modelo matemático del perfil IPN100.
I Contrastados con los medidos con el nodo sensor yacelerómetro patrón.
I Modos 1, 2, 3 y 5 coinciden de manera exacta entre lossensores.
Modo Frecuencia modelo matemático (Hz) Frecuencia nodo sensor (Hz) Frecuencia acelerómetro patrón (Hz)
1 2,975 2,967 2,9672 7,332 7,149 7,1493 16,059 15,84 15,844 32,637 29,553 32,525 51,894 50,3 50,3
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26Conclusiones
I Desarrollo de tres PCB distintos (dos enel nodo sensor y uno en adaptadorUSB-LoRa).
I Desarrollo de sistema operativo entiempo real para Cortex-M3/M4.
I Aplicación de los conocimientosadquiridos en la carrera.
I Implementación y validación de sistemade sincronismo por señal GPS.
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26Conclusiones
I Desarrollo de tres PCB distintos (dos enel nodo sensor y uno en adaptadorUSB-LoRa).
I Desarrollo de sistema operativo entiempo real para Cortex-M3/M4.
I Aplicación de los conocimientosadquiridos en la carrera.
I Implementación y validación de sistemade sincronismo por señal GPS.
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26Conclusiones
I Desarrollo de tres PCB distintos (dos enel nodo sensor y uno en adaptadorUSB-LoRa).
I Desarrollo de sistema operativo entiempo real para Cortex-M3/M4.
I Aplicación de los conocimientosadquiridos en la carrera.
I Implementación y validación de sistemade sincronismo por señal GPS.
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26Conclusiones
I Desarrollo de tres PCB distintos (dos enel nodo sensor y uno en adaptadorUSB-LoRa).
I Desarrollo de sistema operativo entiempo real para Cortex-M3/M4.
I Aplicación de los conocimientosadquiridos en la carrera.
I Implementación y validación de sistemade sincronismo por señal GPS.
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27Próximos pasos
I Desarrollo de una plataforma vibratoriaparametrizable.
I Calibración en un laboratorio del INTIconforme norma ISO 16063-21.
I Implementación de algoritmos decompresión de datos.
I Incorporación de entrada desincronismo externo.
I Implementación de algoritmos deencriptación de datos.
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27Próximos pasos
I Desarrollo de una plataforma vibratoriaparametrizable.
I Calibración en un laboratorio del INTIconforme norma ISO 16063-21.
I Implementación de algoritmos decompresión de datos.
I Incorporación de entrada desincronismo externo.
I Implementación de algoritmos deencriptación de datos.
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27Próximos pasos
I Desarrollo de una plataforma vibratoriaparametrizable.
I Calibración en un laboratorio del INTIconforme norma ISO 16063-21.
I Implementación de algoritmos decompresión de datos.
I Incorporación de entrada desincronismo externo.
I Implementación de algoritmos deencriptación de datos.
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27Próximos pasos
I Desarrollo de una plataforma vibratoriaparametrizable.
I Calibración en un laboratorio del INTIconforme norma ISO 16063-21.
I Implementación de algoritmos decompresión de datos.
I Incorporación de entrada desincronismo externo.
I Implementación de algoritmos deencriptación de datos.
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27Próximos pasos
I Desarrollo de una plataforma vibratoriaparametrizable.
I Calibración en un laboratorio del INTIconforme norma ISO 16063-21.
I Implementación de algoritmos decompresión de datos.
I Incorporación de entrada desincronismo externo.
I Implementación de algoritmos deencriptación de datos.
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GraciasEsp. Ing. Marcelo Pistarelli