implementación de una red de sensores inalámbrica para la monitorización de estructuras...
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Implementación de una red de sensores
inalámbrica para la monitorización de
estructuras arquitectónicas
Autor: Marta Domínguez SantanaTutores: Dr. D. Francisco Javier del Pino Suárez Dr. D. Rubén Pulido Medina
Proyecto Final de Carrera
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Índice de contenidos Patologías de la construcción
Objetivo del PFC
Redes de sensores y tecnología ZigBee
Waspmote y sensores
Pruebas de aplicación con Waspmote
Conclusiones y líneas futuras
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Patologías de la construcción¿Qué es una patología constructiva? ¿ y un
proceso patológico?
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Patologías de la construcción
La lesión
Causas de la lesión
Intervenciones sobre la lesión
• Física•Mecánica•Química
• Reparación•Restauración•Rehabilitación•Prevención
Grietas y fisuras
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Patologías de la construcciónEstudio de grietas y fisuras
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Patologías de la construcción
Estudio patológico
•Observación•Toma de datos•Análisis del proceso patológico•ActuaciónPropuesta de toma de datos con sensores
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Índice de Contenidos Patologías de la construcción
Objetivo del PFC
Redes de sensores y tecnología ZigBee
Waspmote y sensores
Pruebas de aplicación con Waspmote
Conclusiones y líneas futuras
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Objetivo del PFC
Estudio de la placa de Waspmote
Correcto funcionamiento de los sensores
Estudio de grietas y fisuras
Toma de datos a través de sensores
diagnosticar las causas de la lesión
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Índice de contenidos Patologías de la construcción
Objetivo del PFC
Redes de sensores y tecnología ZigBee
Waspmote y sensores
Pruebas de aplicación con Waspmote
Conclusiones y líneas futuras
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Redes de sensores y tecnología ZigBee
Elementos de una red inalámbrica de sensores
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Redes de sensores y tecnología ZigBeeTecnología ZigBee
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Redes de sensores y tecnología ZigBee
Características•Corto alcance•Baja tasa binaria•Bajo consumo•Robustez en las comunicaciones•Coste reducido
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Redes de sensores y tecnología ZigBee
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Redes de sensores y tecnología ZigBeeTopologías ZigBee
Topología estrella
Topología malla Topología árbol
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COMPARATIVA PRINCIPALES ESTÁNDARES DE COMUNICACIÓN
ZigBee Bluetooth WiFi
Estándar 802.15.4 802.15.1 802.11
AB 250 kbps 24 Mbps Hasta 54Mbps
Consumo20.8 mA en Tx6 A en reposo
40 mA en Tx0.2 mA en
reposo
400 mA en Tx20 mA en
reposo
Conexión
Se puede conectar a la red un gran número de dispositivos
Su conexión es limitada
Muchas redes conectadas a un administrador principal
Ámbito de aplicación
Dispositivos portátilesDomótica, iluminación sensores…
Dispositivos portátiles
Internet y redes de ordenadores
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Índice de contenidos Patologías de la construcción
Objetivo del PFC
Redes de sensores y tecnología ZigBee
Waspmote y sensores
Pruebas de aplicación con Waspmote
Conclusiones y líneas futuras
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Waspmote y sensoresBajo consumoArquitectura modularFunciona para diferentes protocolos y
frecuenciasCompatible con más de 50 sensoresProgramación en C++ y API Open Source
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Waspmote y sensores
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Waspmote y sensores
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Waspmote y sensores
Módulos de comunicación Xbee
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Waspmote y sensores
Waspmote Gateway
Recomendable para: aplicaciones con pocos nodos en interiores realizar pruebas mientras se configura la red.
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Waspmote y sensores
Sensores
• PLACA DE EVENTOS
• PLACA DE SMART CITIES
- Doblez / Curvatura
-Desplazamiento Lineal- Detección de Grietas- Propagación de Grietas- Temperatura
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Waspmote y sensoresPlaca de Eventos
Aplicaciones
ESPECIFICACIONESPeso: 20grDimensiones: 73,5 x 51 x 1,3 mmRango de temperatura: [-20ºC, 65ºC]CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS
Tensión de alimentación: 3.3V Tensión de potencia: 3.3V Corriente máxima admitida (continua): 200mACorriente máxima admitida (pico): 400mA
•Seguridad•Emergencias•Control de mercancías en logística
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Waspmote y sensores
Sensor de Doblez (FLX-01-H)
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Waspmote y sensoresPlaca de Smart Cities
ESPECIFICACIONESPeso: 20grDimensiones: 73,5 x 51 x 1,3 mmRango de temperatura: [-20ºC, 65ºC]CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICASTensión de alimentación: 3.3V y 5 V Tensión de potencia: 3.3V Y 5 VCorriente máxima admitida (continua): 200mACorriente máxima admitida (pico): 400mA
Aplicaciones• Mapas de ruidos• Monitorización de la salud estructural• Calidad del aire• Gestión de residuos
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Waspmote y sensores
Detección de Grietas
Propagación de Grietas
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Waspmote y sensoresSocket donde van conectados el sensor de
Detección y Propagación de Grietas
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Waspmote y sensoresDesplazamiento lineal
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Waspmote y sensores
TemperaturaPin 1 = VCCPin 2 = OutPut Pin 3 = GND
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Waspmote y sensoresIDE Waspmote Waspmote V 1.1
IDE – V. 02 para Windows
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Waspmote y sensores
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Waspmote y sensores
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Índice de contenidos Patologías de la construcción
Objetivo del PFC
Redes de sensores y tecnología ZigBee
Waspmote y sensores
Pruebas de aplicación con Waspmote
Conclusiones y líneas futuras
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Pruebas de aplicación con Waspmote
1. Prueba sensor de Doblez / Curvatura2. Prueba sensor Desplazamiento Lineal3. Prueba sensor de Detección de Grietas4. Prueba sensor de Propagación de Grietas5. Prueba sensor de Temperatura6. Correcto funcionamiento de la micro SD7. Ajuste del reloj, fecha y hora8. Prueba Final
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Pruebas de aplicación con Waspmote
Sensor de Doblez / Curvatura
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Pruebas de aplicación con Waspmote
Sensor de Doblez / Curvatura
GATEWAY :
0013A200
409156C5
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Pruebas de aplicación con WaspmoteSensor de Desplazamiento Lineal
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Pruebas de aplicación con Waspmote
Sensor de Detección de Grietas
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Pruebas de aplicación con Waspmote
Sensor de Propagación de Grietas
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Pruebas de aplicación con Waspmote
Sensor de Temperatura
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Pruebas de aplicación con Waspmote
Correcto funcionamiento de la micro SD
1) Activar SD2) Crear fichero3) Crear archivo4) Crear .txt5) Mostrar lo escrito: - USB - Abrir .txt o
WordPad
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Pruebas de aplicación con Waspmote
Ajuste del reloj, fecha y horaRTC.setTime("15:06:04:05:10:26:00")RTC.getTime()
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Pruebas de aplicación con WaspmotePrueba Final
¿QUÉ QUEREMOS CONSEGUIR?
Realizar medidas con los sensores de:
Temperatura Desplazamiento
Lineal Detección de Grietas
Guardar medidas en la micro SD
Medidas durante 1 año
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Pruebas de aplicación con Waspmote¿Cuántas medidas es capaz de almacenar
nuestra tarjeta micro SD de 2 GB durante un año?1 GB = 1024 MB y 1MB = 1024 KB
Valor para TT de 1.918.894,08 KB
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Pruebas de aplicación con WaspmoteDatos:TT = tamaño total de la memoria.TL = tamaño por medida. 1 medida = 100 Bytes = 0.1 KB
Nº de medidas por minuto durante un año 36.5
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Pruebas de aplicación con Waspmote
Para nuestro caso
Tarjeta micro SD de 191894 KB de memoria
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Pruebas de aplicación con Waspmote¿Qué ocurrirá si se mantiene nuestro
Waspmote encendido durante 1 año? ¿ Es capaz nuestra batería de aguantar?Consumo de Waspmote para diferentes modos de funcionamiento:ON: 9mASleep: 62μADeep Sleep: 62μAHibernate: 0.7μA
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Pruebas de aplicación con Waspmote
Waspmote encendido durante 1 año
Donde: Tnodo = tiempo que durará la batería del nodoQbat = carga de la batería en mAhTON = tiempo que está encendido el nodoION = consumo del nodo cuando permanece
encendido
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Pruebas de aplicación con WaspmoteComprobación para los siguientes modos
Tiempo que dura una medida
IOFF
Deep Sleep = 62 μA
Hibernante = 0 A
TON
TOFF
Tint
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Pruebas de aplicación con Waspmote
Ecuación:
Donde:IOFF = consumo del nodo cuando permanece en Deep Sleep o
Hibernante.TOFF = tiempo que está el nodo en Deep Sleep o Hibernante.
Modo Deep Sleep:
Hibernate:
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Variables
Void Setup ( )
• Inicializamos las configuraciones• Creamos:
un directorio para el fichero una carpeta un .txt para guardar las medidas
Void Loop ( )
• Lectura de los sensores.• Escribimos en el .txt la medida de cada sensor• Entro en modo de bajo consumo durante 10 min• Salgo del modo de bajo consumo
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Pruebas de aplicación con Waspmote
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Pruebas de aplicación con Waspmote
Abrimos el .txt con WordPad
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Índice de contenidos Patologías de la construcción
Objetivo del PFC
Redes de sensores y tecnología ZigBee
Waspmote y sensores
Pruebas de aplicación con Waspmote
Conclusiones y líneas futuras
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Conclusiones y líneas futurasConclusiones: Estudio de las patologías constructivas Estudio del Hardware libre Waspmote
Hemos comprobado el correcto funcionamiento de lo sensores y
hemos aprendido a programarlos Hemos guardado los datos de los sensores en una tarjeta micro
SD Hemos evaluado la capacidad de la memoria para guardar
datos Hemos comprobado diferentes modos de ahorro de batería
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Conclusiones y líneas futuras
Líneas futuras: Pruebas en estructuras arquitectónicas que necesiten
estudio
Integración de nuevos módulos o sensores
Implementación de una red de sensores inalámbrica haciendo uso del protocolo de comunicación ZigBee estudiado
Subir datos a una plataforma online
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Presupuesto total
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AGRADECIMIENTOS
A todos los que me han apoyado y ayudado a conseguir mi meta