Frecuencia cardíaca en tiempo reallJ por telemetría para ...
DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RADIO TELEMETRÍA PARA...
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DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RADIO TELEMETRÍA PARA ADQUISICIÓN DE DATOS EN LA EMPRESA KASAI S.A.S. JORGE ALEXANDER PINZÓN GIL UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES BOGOTA D.C. 2019
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DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RADIO TELEMETRÍA PARA
ADQUISICIÓN DE DATOS EN LA EMPRESA KASAI S.A.S.
JORGE ALEXANDER PINZÓN GIL
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES
BOGOTA D.C.
2019
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DESARROLLO DE UN SISTEMA DE RADIO TELEMETRÍA PARA
ADQUISICIÓN DE DATOS EN LA EMPRESA KASAI S.A.S.
JORGE ALEXANDER PINZÓN GIL
TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE:
INGENIERO EN TELECOMUNICACIONES
DIRECTOR:
ING. LUIS ALEJANDRO ROJAS
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES
BOGOTA D.C.
2019
iii
Tabla de contenido
RESUMEN .......................................................................................................................... VI
ABSTRACT ...................................................................................................................... VII
CAPÍTULO 1 ........................................................................................................................ 1
PREÁMBULO ...................................................................................................................... 1
Planteamiento del problema................................................................................................ 1
OBJETIVOS ......................................................................................................................... 2
Objetivo general ................................................................................................................... 2
Objetivos Específicos ........................................................................................................... 2
JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................ 3
MARCO TEÓRICO ............................................................................................................ 3
Laboratorios metrología acreditados en Volumen............................................................ 3
Telemática ............................................................................................................................. 6
Origen de la telemática ........................................................................................................ 6
WiFi ....................................................................................................................................... 7
Bluetooth ............................................................................................................................... 7
ZigBee .................................................................................................................................... 8
WiMAX ............................................................................................................................... 10
Generaciones de la telefonia movil celular. ..................................................................... 12
Red de comunicación móvil de Tercera Generación (3G) .............................................. 12
Red de comunicación móvil de Cuarta Generación (4G) ............................................... 13
iv
Red de comunicación móvil de Quinta Generación (5G) ............................................... 14
EXCEL ................................................................................................................................ 17
ENVIAR E-MAIL DESDE EXCEL CON MACROS .................................................... 17
Termohigrometros ............................................................................................................. 20
ESTADO DEL ARTE ........................................................................................................ 22
CAPÍTULO 3 ...................................................................................................................... 26
METODOLOGÍA E IMPLEMENTACIÓN ................................................................... 26
Adquisición de datos (termohigrómetro). ........................................................................ 27
Selección de tecnología inalámbrica. ................................................................................ 29
Sistema de telecomunicaciones (radiofrecuencia) .......................................................... 31
Xbee ..................................................................................................................................... 32
Módulo GSM SIM 800L .................................................................................................... 42
Procesamiento de datos (Software)................................................................................... 46
CAPÍTULO 4 ...................................................................................................................... 51
RESULTADOS, ANÁLISIS Y OBTENCIÓN DE DATOS ........................................... 51
Montaje de módulos Xbee en cada una de las áreas. ...................................................... 51
CAPÍTULO 5 ...................................................................................................................... 58
CONCLUSIONES .............................................................................................................. 58
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 60
v
LISTA DE FIGURAS pág.
Figura 1. Algunos instrumentos de volumen. .................................................................... 4
Figura 2. Pila de protocolo Zigbee (Faudot, 2008). ............................................................ 9
Figura. 3 Tecnologías en 2,4Ghz (Faudot, 2008)................................................................. 10
Figura 4 Outlook con archivo adjunto (Rueda, 2014).......................................................... 19
Figura 5. Termohigrómetro (Abarado, 2015). ..................................................................... 20
Figura 6. Modem RF Valor $1 900.500 pesos colombianos (JRI, 2015) ............... 22
Figura 7. Termohigrometro Datalogger Valor $ 709.500 pesos colombianos (JRI,
2015). ................................................................................................................................... 23
Figura 8. Repetidor RF Valor $ 1.150.000 pesos colombianos (JRI, 2015). ..................... 23
Figura 9. Configuración típica de datalogger SPY (JRI, 2015). .......................................... 24
Figura 10. Diagrama de bloques de la solución. .................................................................. 26
Figura 11 Área de calibración de elementos de volumen. ................................................... 28
Figura 12 Área de verificación y mantenimiento de elementos de volumen. ...................... 28
Figura 13. Esquema de adquisición de datos del termohigrómetro al módulo RF. ............. 29
Figura 14. Arquitectura sistema radiofrecuencia ................................................................. 31
Figura 15. Descripción física del microcontrolador. ............................................................ 32
Figura 16. Interfaz Xbee – PC............................................................................................. 33
Figura 17. Configuración del puerto USB ........................................................................... 34
Figura 18. Carga el modulo Xbee. ...................................................................................... 34
Figura 19. Parametros del modulo Xbee conectado............................................................. 35
Figura 20. Configuración de parametros de los modulos Xbee. .................................... 35
Figura 21. Reconocimiento de los modulos Xbee, en el programa XCTU.......................... 36
Figura 22. Datos optenidos de los modulos Routers monitor serial de XCTU. ................... 37
Figura 23. Test del rango del modulo Xbee 1 con respecto al coordinador XCTU. ............ 38
vi
Figura 24. Test del rango del modulo Xbee 2 con respecto al coordinador XCTU. ............ 39
Figura 25. Potencia de los diferentes canales....................................................................... 40
Figura 26. Valores recomendados para el indicador de fuerza de señal recibida
(Núñez Pérez, Bonilla Rodriguez, & Calvillo Téllez, 2017). .............................................. 41
Figura 27. Relación Distancia vs. Nivel de recepción para frecuencia de 2.4 GHz
(Núñez Pérez, Bonilla Rodriguez, & Calvillo Téllez, 2017). .............................................. 41
Figura 28. Pines del modulo SIM 800L. .............................................................................. 42
Figura 29. Conexión de Modulo SIM 800L con Arduino uno. ............................................ 42
Figura 30. Pricipales caracteristicas Modulo SIM 800L[18]. ........................................ 44
Figura 31 Diagrama de flujo para el mensaje al celular ....................................................... 45
Figura 32. Adquisición de datos para Excel......................................................................... 46
Figura 33. Datos tomados de dos termohigrometro. ............................................................ 47
Figura 34. Graficas de los datos tomados de dos termohigrometro. .................................... 48
Figura 35. Correo de outlook y archivo pdf con datos obtenidos hasta la alarma. .............. 49
Figura 36. Datos tomados cada en prueba de funcionamiento. ............................................ 52
Figura 37. Graficas de los datos obtenidos. ..................................................................... 52
Figura 38. Condiciones de temperatura y humedad en alarma. ........................................... 53
Figura 39. Correo instantáneo enviado por cuenta Outlook. ............................................... 53
Figura 40. Mensaje en el celular del encargado del área. .................................................... 54
Figura 41. Graficas del muestreo tomado en 12 horas cada 5 minutos................................ 56
Figura 42. Graficas del muestreo tomado en 24 horas cada 5 minutos................................ 57
Figura 43. Graficas de muestreo tomado en 4 horas cada 3 minutos. .................................. 57
vii
LISTA DE TABLAS pág.
Tabla 1. Comparación de tecnologías inalámbricas (Faudot, 2008). ................................... 11
Tabla 2. Costo de implementación de dos datalogger JRI (JRI, 2015) ................................ 24
Tabla 3. Comparación de diferentes módulos en el mercado. ............................................. 30
Tabla 4. Medidas de potencia para las dos áreas de los Xbee.............................................. 51
Tabla 5. Tiempos máximos y mínimos de notificación en condición de alarma. ................ 54
Tabla 6. Muestreo del sistema en condiciones ambientales normales. ................................ 56
vii
RESUMEN
Esta monografía consiste en el desarrollo de un sistema de radio telemetría para adquisición
de datos en la empresa Kasai S.A.S, que permite la adquisición de datos de dos
termohigrómetros datalogger en tiempo real, estos datos quedaran registrados en un archivo
de Excel con sus respectivas gráficas, además cuando se genere una alarma, es decir las
condiciones se salen de lo normal, el sistema por medio de un módulo GSM , notifica
mediante un mensaje de texto al celular del encargado del área, también se genera un
email, que adjuntara un archivo tipo PDF, con los datos obtenidos hasta el momento, para
dejar registro del suceso, si la condición de alarma no cambia después de un tiempo, se
enviara un nuevo email y mensaje de texto reportando la alarma.
Se presenta así un desarrollo por capítulos que incluye cada una de las herramientas
utilizadas para llegar al cumplimiento de los objetivos del proyecto planteados, los cuales
se dan a conocer en el capítulo 1 que presenta la introducción general del mismo y sus
alcances. En el capítulo 2 se da a conocer el marco teórico que implica cada recurso
utilizado como referencia del desarrollo. El capítulo 3 muestra el proceso metodológico de
elaboración del proyecto. El capítulo 4 muestra los resultados y análisis obtenidos; y
finalmente el capítulo 5 brinda las conclusiones definitivas encontradas.
viii
ABSTRACT
This monograph consists of the development of a radio telemetry system for data
acquisition in the company Kasai S.A.S, which allows the acquisition of data from several
thermohigrometers datalogger in real time, these data will be recorded in an Excel file with
their respective graphics , also when an alarm is generated, that is, the conditions go out of
normal, the system by means of a GSM module, notifies by means of a text message to the
cell phone of the manager of the area, an email is also generated, which contains a PDF file,
with the data obtained so far, to record the event, if the alarm condition does not change
after a while, a new email and text message will be sent reporting the alarm.
Thus, a chapter development is presented that includes each of the tools used to achieve the
objectives of the proposed project, which are disclosed in Chapter 1, which presents the
general introduction of the same and its scope. In chapter 2, the theoretical framework
implied by each resource used as a reference for development is presented. Chapter 3
shows the methodological process of project preparation. Chapter 4 shows the results and
analyzes obtained; and finally chapter 5 gives the definitive conclusions found.
1
CAPÍTULO 1
PREÁMBULO
Planteamiento del problema
En los laboratorios de control de calidad existen áreas críticas, las cuales deben
tener un control estricto de las condiciones ambientales (temperatura y humedad relativa),
por lo tanto, deben ser monitoreadas constantemente, ya que la fluctuación de estas
condiciones fuera de las tolerancias permitidas, afecta directamente los procesos realizados
en el laboratorio, consecuentemente genera retrasos y perdidas de la producción.
Para dar cumplimiento al CIC (Control Interno de la Calidad) establecido por la OMS en
1981 con el fin de evaluar la calidad de los procedimientos, en el caso de los laboratorios
de calibración según la norma ISO/IEC 17025 las condiciones ambientales se deben
mantener constantes, por tanto se debe generar un registro diario, actualmente el monitoreo
de estas condiciones se hace de manera manual por el laboratorista con una periodicidad
determinada, sin embargo estos registros no dan lugar a detectar cambios bruscos de
temperatura y humedad que pueden afectar directamente los procesos, en el caso de contar
con termohigrómetro datalogger, no se podría realizar un control en tiempo real, ya que
estos dispositivos generan un registro diario, pero no dan lugar a la detección temprana de
fluctuaciones producto de una falla mecánicas, electrónicas o humanas (OMS Organización
Mundial de la salud, 2016) (ISO (International Organization for Standardization), 2005).
Kasai es una empresa dedicada a la comercialización de equipos de laboratorio, entre ellos
equipos de volumen, ofreciendo servicios de mantenimiento preventivo y calibración, el
proceso de calibración se realiza por método gravimétrico, el cual consiste en determinar el
volumen, midiendo el peso de la sustancia. Este proceso se realiza en el laboratorio de
metrología que cuenta con balanzas de alta precisión, con varias cifras decimales de
exactitud, siendo muy sensibles a las condiciones ambientales (humedad y temperatura), su
2
variación afecta la exactitud e inserta un error no deseado a las mediciones. La calibración
que se efectúa con estas balanzas es para equipos de volumen, como micropipetas, buretas,
dispensadores, etc. El entregar un equipo de volumen con mala calibración repercutirá en
los análisis del cliente final, por esto la importancia de entregar un certificado confiable. Ya
que todo este proceso está acreditado por la ONAC (Organismo Nacional de Acreditación
de Colombia), es obligatorio que se garanticen unas condiciones mínimas en el ambiente
para realizar el proceso de calibración.
OBJETIVOS
Objetivo general
Desarrollar un sistema de radio telemetría que permita la adquisición de datos de
varios termohigrómetros datalogger en tiempo real, generando alarmas cuando las
condiciones se salgan de lo normal.
Objetivos Específicos
• Diseñar sistema de comunicación del termohigrómetro con el punto de acceso, el
computador y el software que grafique y registre los datos obtenidos (temperatura y
humedad relativa) y permita el envío del correo electrónico en caso de alarma.
• Implementar el sistema de radio telemetría por medio de la interacción entre los módulos
del datalogger y el computador, datalogger y teléfono celular.
• Evaluar el desempeño del sistema de radio telemetría en intervalos de veinte minutos para
las variables de temperatura y humedad relativa en dos áreas críticas.
3
JUSTIFICACIÓN
El desarrollo del sistema de radio telemetría permitirá el monitoreo constante de
áreas críticas de laboratorios y en tiempo real, impidiendo que pierdan procesos y tiempos
valiosos, además en caso de la ausencia de personal en el laboratorio, avisará de manera
inmediata si las condiciones cambian y se salen de las tolerancias permitidas (condición de
alarma), esto con el fin que se aplique un plan contingente a tiempo, para atender dicha
alarma.
CAPÍTULO 2
MARCO TEÓRICO
Laboratorios metrología acreditados en Volumen.
Los laboratorios de metrología acreditados en volumen por la ONAC (Organismo Nacional
de Acreditación de Colombia), realizan calibración de instrumentos de volumen bajo el
método gravimétrico, el cual consiste en determinar el volumen de forma indirecta en
función de la masa y la densidad del líquido utilizado.
Algunos instrumentos de volumen a los cuales se les realiza calibración: Micropipetas,
dispensadores, buretas, probetas, picnómetros, matraz, vasos precipitados, como se
observan en la figura 1.
4
Figura 1. Algunos instrumentos de volumen.
El Método Gravimétrico es el método de medición aplicable a la calibración de materiales
volumétricos. Con este método se mide el volumen del material volumétrico, a través de la
masa del agua destilada contenida en el recipiente, y que se obtiene de la diferencia de la
masa del recipiente con agua y la masa del recipiente vacío. La calibración puede ser en la
modalidad para entregar o para contener, en el primer caso se requiere un recipiente que es
el que se pesa vacío y lleno y se requiere considerar los tiempos de entrega; la modalidad
para contener es en el mismo recipiente que se pesa lleno y vacío, cuando está vacío debe
estar completamente seco. Además, como parte de las mediciones se registran la
temperatura ambiental, la temperatura del agua, la presión atmosférica y la humedad
relativa. La densidad del agua destilada se conoce en función de la temperatura del agua. El
procedimiento de medición aplicable al método gravimétrico se resume a continuación
(CENAM, 2016):
1. Limpiar y secar el recipiente volumétrico que se pretende calibrar.
2. Acondicionar el sistema de medición a la temperatura de prueba del recipiente y de
los equipos, a la temperatura del laboratorio donde se realiza la calibración, para
tener un sistema de medición en equilibrio.
5
3. Llenar con agua destilada y ajuste del menisco.
4. Determinar la masa de agua, midiendo la masa del recipiente vacío y lleno, por el
método de medición directa (colocar el objeto en el platillo y leer directamente en el
instrumento).
5. Registrar la temperatura del agua.
6. Registrar las condiciones ambientales: la temperatura ambiental, la temperatura del
agua, la presión atmosférica y la humedad relativa.
7. Calcular el volumen.
8. Informar resultados de la medición y la estimación de incertidumbre.
Observe en la figura 2, un ejemplo de calibración de instrumentos de volumen en dos
balanzas.
Figura 2. Calibración con balanzas.
6
Las instalaciones donde se realizan las mediciones deben contar con un sistema de control
de temperatura adecuado, tal que garantice una estabilidad de temperatura de ± 0.5 °C en
una hora, cuando se calibran volúmenes desde 1 µL y hasta 5 L. Para volúmenes de 5 L en
adelante, la estabilidad de temperatura durante la calibración podrá ser de ± 1 °C en dos
horas. Las balanzas deben situarse en un lugar libre de vibraciones y corrientes de aire.
Cuando se calibran dispositivos para medir micro-volúmenes, la humedad relativa del
laboratorio deberá estar arriba del 50 % (ISO (International Organization for
Standardization), 2005).
Telemática
Origen de la telemática
La Telemática integra la capacidad de transmisión de datos e información
ofrecida por las Telecomunicaciones, mediante las redes de comunicaciones para extender
y ampliar el tratamiento de la información y de los datos que ocupan a la Informática
(Muñoz, 2008).
«La Telemática converge con las Telecomunicaciones y la Informática en la medida en que
las aprovecha como tecnologías fundamentales y diverge innovando en sí misma en
protocolos, redes, servicios y aplicaciones que realimentan el ámbito de las TIC y la
Sociedad de la Información y el Conocimiento. Las tendencias previsibles de crecimiento
de la Telemática dentro del ámbito global de las TIC, que hacen comprender su pertenencia
al ámbito de las telecomunicaciones se basan en su crecimiento continuo ligado
indisolublemente a la evolución y crecimiento de los servicios y aplicaciones que explotan
las capacidades de las redes de telecomunicación» (Muñoz, 2008).
Tecnologías inalámbricas
Dentro de las tecnologías inalámbricas más comunes se encuentran:
7
• WiFi
• Bluetooth
• ZigBee
• WiMAX
WiFi es una tecnología de comunicación inalámbrica que permite conectar a internet
equipos electrónicos, como computadoras, tablets, smartphones o celulares, etc., mediante
el uso de radiofrecuencias o infrarrojos para la trasmisión de la información.
Wifi o Wi-Fi es originalmente una abreviación de la marca comercial Wireless Fidelity, que
en inglés significa ‘fidelidad sin cables o inalámbrica’. En español, lo aconsejable es
escribir wifi sin guion, en minúscula y sin cursivas. Además, se puede emplear de igual
modo en masculino o femenino, dependiendo de la preferencia y del contexto: la (zona)
wifi, el (si Cuando hablamos de WIFI nos referimos a una de las tecnologías de
comunicación inalámbrica mediante ondas más utilizada hoy en día. WIFI, también
llamada WLAN (wireless lan, red inalámbrica) o estándar IEEE 802.11. WIFI no es una
abreviatura de Wireless Fidelity, simplemente es un nombre comercial (Niyato & Hossain,
2007) ( Significados.com, 2018).
En este sentido, la tecnología wifi es una solución informática que comprende un conjunto
de estándares para redes inalámbricas basados en las especificaciones IEEE 802.11, lo cual
asegura la compatibilidad e interoperabilidad en los equipos certificados bajo esta
denominación ( Significados.com, 2018).
Bluetooth ofrece una solución adecuada para este tipo de comunicación, ya que
básicamente funciona respetando los aspectos necesarios, tanto físicos como de protocolos,
para establecer una conexión eficaz entre dispositivos (Tecnología-Informatica.com, s.f.).
8
La conexión física de Bluetooth trabaja a través de un estándar de radio frecuencia de baja
potencia en la banda ISM de los 2,4 GHz, lo que la convierte en una comunicación
totalmente inalámbrica poderosa, que logra mantener una velocidad de transmisión
permanente consiguiendo así no sólo una rapidez notable en el traspaso de datos, sino
también un ahorro de las baterías de los equipos (Tecnología-Informatica.com, s.f.).
ZigBee es una tecnología inalámbrica de corto alcance y bajo consumo originaria de la
antigua alianza HomeRF y que se definió como una solución inalámbrica de baja capacidad
para aplicaciones en el hogar como la seguridad y la automatización (Kinney, 2003).
Entre las aplicaciones que puede tener están:
• Domótica.
• Automatización industrial.
• Reconocimiento remoto.
• Juguetes interactivos.
• Medicina, Etc.
El objetivo de esta tecnología no es obtener velocidades muy altas, ya que solo puede
alcanzar una tasa de 20 a 250Kbps en un rango de 10 a 75 metros, sino que es obtener
sensores cuyos transceptores tengan un muy bajo consumo energético. De hecho, algunos
dispositivos alimentados con dos pilas AA puedan aguantar 2 años sin el cambio de
baterías. Por tanto, dichos dispositivos pasan la mayor parte del tiempo en un estado
latente, es decir, durmiendo para consumir mucho menos (Kinney, 2003).
La pila de arquitectura ZigBee consta de varios componentes en capas como IEEE 802.15.4
2003 en la capa de Control de Acceso al Medio (MAC), la capa física (PHY) y la capa de
red Zigbee (NWK). La capa de aplicación de ZigBee se subdivide en la subcapa APS, la
9
capa ZDO (Zigbee Device Objects) y los objetos de aplicación definidos por cada uno de
los fabricantes. Como se describe en la figura 2 (Faudot, 2008).
Figura 2. Pila de protocolo Zigbee (Faudot, 2008).
ZigBee opera en las bandas libres de 2.4Ghz, 858Mhz para Europa y 915Mhz para Estados
Unidos. En la figura 3 se puede ver el espectro de ocupación en las bandas del protocolo
802 (incluyendo ZigBee).
10
Figura. 3 Tecnologías en 2,4Ghz (Faudot, 2008)
En la banda de 2.4Ghz usa la modulación de espectro expandido DSSS (Direct Sequence
Spread Spectrum). A una velocidad de transmisión de 250Kbps y a una potencia de 1mW
cubre aproximadamente 13 metros de radio (Faudot, 2008).
WiMAX es la creación de una estructura de red implementando como base principal la
utilización de tecnología inalámbrica WiMAX (802.16d - 802.16e) como forma para que
los equipos se conecten entre sí y a internet.
Una definición breve sería como si existiera un enchufe de red en cualquier punto dentro de
la zona de cobertura WiMAX.
Las Redes WiMAX pueden tener muchas utilidades prácticas para todo tipo de entidades,
empresas o negocios.
• Acceder a una red empresarial desde cualquier punto.
• Acceder a Internet sin necesidad de cables.
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• Conectarse sin cables con un pc, un portátil, una PDA, un teléfono
móvil con conexión WiMAX.
• Servicio de HotSpot para acceso restringido por tiempo o volumen.
• Acceder a servicios de VoIP sin cables.
Tabla 1. Comparación de tecnologías inalámbricas (Faudot, 2008).
12
Generaciones de la telefonia movil celular.
Red de comunicación móvil de Tercera Generación (3G)
El objetivo de los sistemas 3G fue ofrecer aumento de las tasas de datos, facilitar el
crecimiento, mayor capacidad de voz y datos, soporte a diversas aplicaciones y alta
transmisión de datos a bajo coste. Los datos se envían a través de la tecnología de una
tecnología llamada Packet Switching. Las llamadas de voz se traducen mediante
conmutación de circuitos.
Año - 2000
Estándares:
UMTS (WCDMA) basado en GSM (Global Systems for Mobile) infraestructura del
sistema 2G, estandarizado por el 3GPP.
CDMA 2000 basado en la tecnología CDMA (IS-95) estándar 2G, estandarizada por
3GPP2.
Interfaz de radio TD-SCDMA que se comercializó en 2009 y sólo se ofrece en China
Velocidad: 384KBPS 2Mbps
Frecuencia: aproximadamente 8 a 2,5 GHz
Ancho de banda: de 5 a 20 MHz
Tecnologías de multiplexación y acceso interfaz de radio llamada WCDMA (Wideband
Code División Multiple Access)
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HSPA es una actualización de W-CDMA que ofrece velocidades de 14,4 Mbit / s de bajada
y 5,76 Mbit / s de subida.
HSPA + puede proporcionar velocidades de datos pico teóricas de hasta 168 Mbit / s de
bajada y 22 Mbit / s de subida.
CDMA2000 1X: Puede soportar tanto servicios de voz como de datos. La máxima
velocidad de datos puede llegar a 153 kbps
Servicios - telefonía móvil de voz, acceso a Internet de alta velocidad, acceso fijo
inalámbrico a Internet, llamadas de video, chat y conferencias, televisión móvil, vídeo a la
carta, servicios basados en la localización, telemedicina, navegación por Internet, correo
electrónico, buscapersonas, fax y mapas de navegación, juegos, música móvil, servicios
multimedia, como fotos digitales y películas. Servicios localizados para acceder a las
actualizaciones de tráfico y clima, servicios móviles de oficina, como la banca virtual.
Red de comunicación móvil de Cuarta Generación (4G)
El sistema móvil de cuarta generación está basado totalmente en IP. El objetivo principal de
la tecnología 4G es proporcionar alta velocidad, alta calidad, alta capacidad, seguridad y
servicios de bajo coste para servicios de voz y datos, multimedia e internet a través de IP.
Para usar la red de comunicación móvil 4G, los terminales de los usuarios deben ser
capaces de seleccionar el sistema inalámbrico de destino. Para proporcionar servicios
inalámbricos en cualquier momento y en cualquier lugar, la movilidad del terminal es un
factor clave en 4G (Ortega, 2018).
Inicio - años de 2010. En 2008, la UIT-R especifica los requisitos para los sistemas 4G
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Estándares - Long-Term Evolution Time-Division Duplex (LTE-TDD y LTE-FDD)
estándar WiMAX móvil (802.16m estandarizado por el IEEE)
Velocidad - 100 Mbps en movimiento y 1 Gbps cuando se permanece inmóvil.
Telefonía IP
Nuevas frecuencias, ancho de banda de canal de frecuencia más amplia.
Tecnologías de multiplexación / acceso - OFDM, MC-CDMA, CDMA y LAS-Red-LMDS
Ancho de Banda - 5-20 MHz, opcionalmente hasta 40 MHz
Bandas de frecuencia: - LTE cubre una gama de diferentes bandas. En América del Norte
se utilizan 700, 750, 800, 850, 1900, 1700/2100 (AWS), 2300 (WCS) 2500 y 2600 MHz
(bandas 2, 4, 5, 7, 12, 13, 17, 25, 26 , 30, 41); 2500 MHz en América del Sur; 700, 800,
900, 1800, 2600 MHz en Europa (bandas 3, 7, 20); 800, 1800 y 2600 MHz en Asia (bandas
1, 3, 5, 7, 8, 11, 13, 40) 1800 MHz y 2300 MHz en Australia y Nueva Zelanda (bandas 3,
40).
Servicios - acceso móvil web, telefonía IP, servicios de juegos, TV móvil de alta definición,
videoconferencia, televisión 3D, computación en la nube, gestión de flujos múltiples de
difusión y movimientos rápidos de teléfonos móviles, Digital Video Broadcasting (DVB),
acceso a información dinámica, dispositivos portátiles.
Red de comunicación móvil de Quinta Generación (5G)
Inicio año - 2015
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La capa física y de enlace de datos define la tecnología inalámbrica 5G indicando que es
una tecnología Open Wireless Architecture (OWA) (González & Salamanca, 2016).
Para realizar esto, la capa de red está subdividida en dos capas; capa de red superior para el
terminal móvil y un menor nivel de red para la interfaz. Aquí todo el enrutamiento se basa
en direcciones IP que serían diferentes en cada red IP en todo el mundo (González &
Salamanca, 2016).
En la tecnología 5G la pérdida de velocidad de bits se supera mediante el Protocolo de
Transporte Abierta (OTP). El OTP es soportado por Transporte y capa de sesión. La capa
de aplicación es para la calidad de la gestión de servicio a través de varios tipos de redes.
5G adelanta un verdadero mundo inalámbrico Wireless-World Wide Web (WWWW)
(González & Salamanca, 2016).
Velocidad - 1 a 10 Gbps.
Ancho de Banda - 1.000x ancho de banda por unidad de superficie.
Frecuencia - 3 a 300 GHz
Tecnologías de multiplexación / Access - CDMA y BDMA
Estándares - banda ancha IP LAN / W AN / PAN & WWWW
Características: rendimiento de tiempo real - de respuesta rápida, de baja fluctuación,
latencia y retardo
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Muy alta velocidad de banda ancha - velocidades de datos Gigabit, cobertura de alta
calidad, multi espectro
Infraestructura virtualizada - Software de red definido, sistema de costes escalable y bajo.
Soporta Internet de las Cosas y M2M - 100 veces más dispositivos conectados, Cobertura
en interiores y eficiencia de señalización
Reducción de alrededor del 90% en el consumo de energía a la red.
Su tecnología de radio facilitará versión diferente de las tecnologías de radio para compartir
el mismo espectro de manera eficiente.
Servicios: - Algunas de las aplicaciones son importantes - personas y dispositivos
conectados en cualquier lugar en cualquier momento. Su aplicación hará que el mundo real
sea una zona Wi Fi. Dirección IP para móviles asignada de acuerdo con la red conectada y
la posición geográfica. Señal de radio también a mayor altitud. Múltiples servicios
paralelos, con los que se puede saber el tiempo meteorológico y en tu posición geográfica
mientras hablas. La educación será más fácil. Un estudiante que se sienta en cualquier parte
del mundo puede asistir a la clase. El diagnóstico remoto es una gran característica de 5G.
Un Médico puede tratar al paciente situado en la parte remota del mundo. El seguimiento
será más fácil, una organización gubernamental y otros investigadores pueden monitorear
cualquier parte del mundo. Se hace posible reducir la tasa de criminalidad. La visualización
del universo, galaxias y planetas serán posibles. Posible también detectar más rápidamente
desastres naturales incluyendo tsunamis, terremotos, etc. (Equipo de Expertos, 2018).
En la implementación el módulo SIM 800L, no es necesario tener una conexión a 4G, con
3G sería suficiente, ya que la finalidad es reportar por medio de un mensaje de texto.
17
EXCEL
Es un programa informático desarrollado y distribuido por Microsoft Corp. Se trata de un
software que permite realizar tareas contables y financieras gracias a sus funciones,
desarrolladas específicamente para ayudar a crear y trabajar con hojas de cálculo.
Uno de los puntos fuertes de Excel es que da a sus usuarios la posibilidad de personalizar
sus hojas de cálculo mediante la programación de funciones propias, que realicen tareas
específicas, ajustadas a las necesidades de cada uno, y que no hayan sido incluidas en el
paquete original. A grandes rasgos, las opciones son dos: crear fórmulas en las mismas
celdas de la planilla en cuestión, o bien utilizar el módulo de desarrollo en Visual Basic
(Pérez Porto & Gardey, 2009).
Parallax Data Acquisition Tool es una herramienta de software complementaria gratuita para
Microsoft Excel. Adquiere hasta 26 canales de datos recogidos por microcontroladores y
organiza los números en columnas dentro de una hoja de trabajo en tiempo real. Así ocurre
posibilidad de montaje de gráficos, cálculos y otros análisis de acuerdo con el usuario
(Negm, 2016).
ENVIAR E-MAIL DESDE EXCEL CON MACROS
Esta macro te permite enviar una hoja de Excel que queramos por correo desde Microsoft
Outlook. Para poder ejecutar esta macro es necesario activar la opción de referencia para el
Microsoft Outlook. Para hacer esto, abrimos el VB Editor, seleccionamos
Herramientas/Referencias y buscamos Biblioteca de Microsoft Outlook y activamos la
casilla.
Paso 1: Declaramos dos variables. Para este ejemplo tenemos la Variable OLApp de tipo
objeto que se encargará de abrir ejecutar el programa de Outlook. Y la segunda variable,
OLMail que almacenará el correo.
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Dim OLApp As Outlook.Application
Dim OLMail As Object
Paso 2: Copiamos las hojas que queremos enviar y se guardan en un archivo temporal. Al
momento de grabar el nuevo archivo con la hoja, seleccionaremos también la ruta para el
archivo.
Sheets(«Revenue Table»).Copy
ActiveWorkbook.SaveAs ThisWorkbook.Path & «\TempRangeForEmail.xlsx»
Paso 3: Se llama a abrir el Outlook y se abre una ventana de mensaje nuevo:
Set OLApp = New Outlook.Application
Set OLMail = OLApp.CreateItem(0)
OLApp.Session.Logon
Paso 4: Se llena el correo en blanco con los destinatarios, las copias, las copias ocultas, el
asunto y el contenido del mensaje y el archivo adjunto. Para este último, se debe colocar la
ruta en donde se encuentra guardado el archivo temporal que se generó anteriormente.
Luego de esto se mostrará la ventana de nuevo mensaje con los datos llenados.
With OLMail
.To = «[email protected]; [email protected]»
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.CC = «»
.BCC = «»
.Subject = «This is the Subject line»
.Body = «Sample File Attached»
.Attachments.Add (ThisWorkbook.Path & «\TempRangeForEmail.xlsx»)
.Display
End With
En este paso, se está terminando con el comando .Display, el permite que se muestre el
mensaje que generamos. Sin embargo, también podemos modificar se puede usar el
comando .Send para que envíe directamente el correo sin mostrarlo. Ver en la figura 4
Figura 4 Outlook con archivo adjunto (Rueda, 2014).
20
Paso 5: Una vez que enviamos el mensaje, debemos proceder a borrar el archivo temporal
que generamos en Excel.
ActiveWorkbook.Close SaveChanges:=True
Kill ThisWorkbook.Path & «\TempRangeForEmail.xlsx»
Paso 6: Finalmente, se recomienda dejar las variables libres para evitar algún problema con
errores posteriores a la ejecución. Para ello, igualamos las variables a Nothing.
Set OLMail = Nothing
Set OLApp = Nothing [10]
Termohigrometros
Figura 5. Termohigrómetro (Abarado, 2015).
21
Con frecuencia existen equipos que proporcionan condiciones para guardar y
comprobar la humedad y temperatura fuera y dentro de algún dispositivo o simplemente
determinar la temperatura de un refrigerador, frecuentemente el constante uso de estos
utensilios es necesario sobre todo cuando hay organizaciones gubernamentales que regulan
la fabricación de algún fármaco o simple y sencillamente para facilitar o mejorar algún
proceso productivo dentro de una empresa o institución (Grover Marín Mamani, 2017).
El uso de un higrómetro es un principio muy importante si es que nos encontramos
fabricando algún producto farmacéutico o producto que pueda ser perjudicado a cambios de
temperatura y humedad, en ocasiones los imprevistos cambios en estas variables pueden
perjudicar la condición por ejemplo de algún producto biológico (Abarado, 2015) (Grover
Marín Mamani, 2017).
Por tal motivo es de gran importancia inspeccionar o al menos chequear que lo que se está
fabricando se encuentra controlado bajo una adecuada humedad, en nuestro país por
ejemplo la elaboración de reactivos químicos se encuentra altamente regulada y debe ser
monitoreada durante todo el proceso de producción, en ocasiones incluso la humedad tiene
que estar registrada por varias semanas con el firme objetivo de tener un archivo histórico
en caso de que un lote de producción tenga problemas de calidad (Grover Marín Mamani,
2017) (Abarado, 2015).
Por tal motivo es que el simple uso de estos instrumentos es tan importante, el
termohigrómetro es un instrumento que puede apoyarnos en diferentes establecimientos
como por ejemplo consultorios médicos y farmacias. Hoy en día existen diferentes tipos de
estos utensilios, existen muchos modelos y marcas estos instrumentos pueden ser de gran
utilidad en cualquier negocio, hay termo higrómetros que tienen rangos de medición muy
amplios, así como rangos más pequeños (equipos normalmente utilizados por farmacias y
droguerías) (Abarado, 2015) (Grover Marín Mamani, 2017).
22
ESTADO DEL ARTE
En la actualidad existen datalogger con un módulo de comunicación por radio que permite
la transmisión de mediciones al software operativo y la administración de alarmas. Estas
aplicaciones tienen un costo alto por cada dispositivo, adicional a esto por cada servicio se
debe adquirir un dispositivo adicional, es decir, si se requiere conexión al computador se
debe adquirir un modem adicional.
Algunas marcas son Jri, TermaData, T-TEC.
En la figura 6 es un modem que se encarga de entregar los datos al PC, que recibe de los
demás datalogger, en la figura 7 se observa un dispositivo que mide humedad y
temperatura, para la figura 8 este dispositivo es un contacto que, al tener una condición de
alarma, activa una señal sonora para notificarla.
Figura 6. Modem RF Valor $1 900.500 pesos colombianos (JRI, 2015)
23
Figura 7. Termohigrometro Datalogger Valor $ 709.500 pesos colombianos (JRI,
2015).
Figura 8. Repetidor RF Valor $ 1.150.000 pesos colombianos (JRI, 2015).
Nota: Sin costos de impuestos e importación.
En la figura 9 se representa una típica configuración de dispositivos JRI, se tiene el
termohigrómetro que tuvo una condición de alarma, envió la notificación al modem el cual
dar aviso al PC, a la vez al teléfono y generara correo electrónico.
24
Figura 9. Configuración típica de datalogger SPY (JRI, 2015).
Nombre del equipo Valor Cantidad
Datalogger $ 1 419.000 2
Modem RF $ 1 900.500 1
TOTAL $ 3 319.500
Tabla 2. Costo de implementación de dos datalogger JRI (JRI, 2015)
Nota: Sin costos de impuestos e importación.
En la tabla 2, se toma un presupuesto aproximado de cuánto costaría la implementación de
un sistema básico de monitoreo para los equipos JRI.
Uno de los artículos consultados es “CONTROL DE TEMPERATURA Y HUMEDAD
PARA CULTIVO DE HONGOS COMESTIBLES SHIITAKE” en donde utilizan sensores
de temperatura y humedad, de manera inalámbrica que se enrutan a un microcontrolador
para que esté, por vía USB, se conecte con el computador y se visualicen los datos en
pantalla a través de una interfaz de usuario, programada en Java, desde donde se
25
monitorean las condiciones de temperatura y humedad ideales para el proceso reproductivo
(Rodriguez, Sanabria, & Chacón, 2011).
En la revista Tecnura de la universidad Distrital, se encuentra “Parámetros de configuración
en módulos XBEE-PRO® S2B ZB para medición de variables ambientales”, en donde se
utiliza comunicación inalámbrica mediante los protocolos del Instituto de Ingenieros
Eléctricos y Electrónicos IEEE 802.4.15 y ZigBee®. Haciendo uso de los módulos de
radiofrecuencia XBeePRO® S2B ZB de Digi International Inc., se muestra la fase de
diseño del enlace inalámbrico utilizando la topología estrella; se realiza la caracterización
de los parámetros para configurar los dispositivos de radiofrecuencia que permiten la
comunicación para la medición de los parámetros de algunas variables ambientales
mediante el acoplamiento de diversos sensores utilizando el XBee Shield para la placa del
microcontrolador Arduino Mega 2560. Se forman cuatro nodos, cada uno de los cuales
permiten medir cuatro variables: temperatura ambiental, humedad relativa, precipitación y
radiación solar global. A su vez, el coordinador y una tarjeta Arduino Ethernet permiten
visualizar los datos en tiempo real mediante un aplicativo en la red de área local (Vera
Romero, Barbosa Jaimes, & Pabón González, 2015).
MONITOREO REMOTO VÍA WEB PARA LAS VARIABLES TEMPERATURA,
HUMEDAD Y LUMINOSIDAD.
Se desarrolló un dispositivo que testea agentes físicos como temperatura, humedad y
luminosidad, siendo capaz de detectar cambios en ambientes industriales de producción
como productos perecederos, que requieran un monitoreo constante de dichos factores, por
ende, se genera la necesidad de mantener un flujo continuo de datos por medio de sensores
que especifique este proceso y así revisar en línea la variabilidad sin la necesidad de
mantener personal presente dentro del área a monitorear. El sistema se comunica de forma
26
remota (inalámbricamente) a una base de datos general (en la web) la cual permite conocer
la información del espacio en el cual sea implementado. El principal aporte de este trabajo
es la generación de un modelo de monitoreo eficiente y eficaz, de tal manera, que es posible
el seguimiento permanente del área desde cualquier lugar sin importar que no se encuentre
dentro de la misma red de datos. Este sistema brinda a las industrias una solución radical en
el cuidado de materias primas y/o productos realizados, susceptibles al cambio del
ambiente, brindando datos reales y en un periodo de tiempo supremamente corto
(Rodríguez Chiquiza & Giraldo Ramos, 2016).
CAPÍTULO 3
METODOLOGÍA E IMPLEMENTACIÓN
Figura 10. Diagrama de bloques de la solución.
Como ya se describió en la justificación, la problemática que se tienen en las áreas donde
las condiciones de temperatura y humedad son controladas, requieren de una supervisión
constante, ya que una falla en el sistema de refrigeración, provoca cambios en las
condiciones ambientales, afectando otros equipos críticos que intervienen en procesos
vitales para la empresa, existen sistemas remotos que permiten monitorear y vigilar estas
condiciones y cuando se exceden las máximas de tolerancias, se genere una alarma, por
medio de un mensaje de texto al celular y él envió de un E-mail, como se evidenció en el
estado del arte, estos dispositivos resultan muy costosos, por esta razón se prefiere realizar
una revisión manual de las condiciones. Con el sistema de radio telemetría se pretende dar
ADQUISICIÓN DE
DATOS
SISTEMA DE
TELECOMUNICACIONES
(RADIOFRECUENCIA)
PROCESAMIENTO DE
DATOS
27
una solución práctica, económica y confiable, donde el cliente con un computador con
paquete de office, pueda tener el monitoreo constante de sus áreas a un bajo costo.
La implementación se ejecutará para la empresa Kasai SAS, la cual tiene un laboratorio de
calibración de volumen, donde las condiciones ambientales se deben monitorear, ya que
esto garantiza que los equipos queden bien calibrados. Existe otra área donde se encuentra
una balanza para realizar verificación en el mantenimiento que también requiere monitoreo,
entonces se tiene dos termohigrómetros, uno por cada área.
Adquisición de datos (termohigrómetro).
Los termohigrómetros como ya se mencionaron son dispositivos que miden humedad
relativa del ambiente y temperatura, los que se utilizan para esta aplicación están enviando
datos de su estado real por el puerto serial del dispositivo, además este permite seleccionar
los topes o valores máximos de temperatura y humedad que se requieren en el área de
calibración ver figura y en el área de ajuste y mantenimiento de los equipos de volumen.
Teniendo en cuenta las recomendaciones de la norma 8655 – 6 Métodos gravimétricos para
la determinación de errores en la medición, se recomienda que las condiciones ambientales
para el lugar en donde se realice la calibración o verificación de instrumentos de volumen,
deberán tener una humedad relativa no menor a 50% y la temperatura deberá estar entre
15°C a 30°C máximo. Para el laboratorio donde se realizan las calibraciones de Kasai, la
temperatura controlada será de 20 °C y la humedad no debe superar el 80 % RH. La forma
en que se mantienen estas condiciones es por medio de un aire acondicionado para la
temperatura y de un deshumidificador para humedades altas, en el caso de ser muy bajas se
utiliza un humidificador.
El área cuenta con esclusa que evita corrientes de aire al momento de ingresar, también las
balanzas están ubicadas en mesones anti vibratorios, el personal que efectúa la calibración
28
deberá portar bata y guantes. El agua que se utiliza tendrá que ser destilada y des
gasificada, también se tendrá que tomar lectura de la temperatura del agua. Las condiciones
ambientales no solo afectan el proceso, también las balanzas, estas son sensibles a cambios
brucos de temperatura o corrientes de aire.
Figura 11 Área de calibración de elementos de volumen.
Figura 12 Área de verificación y mantenimiento de elementos de volumen.
29
Cuando el termohigrómetro transmite los datos por el puerto serie, son recibidos por el
módulo Xbee para ser transmitidos por radio frecuencia como se ve en la figura 11.
Figura 13. Esquema de adquisición de datos del termohigrómetro al módulo RF.
Selección de tecnología inalámbrica.
Existen en el comercio varios módulos que se conectan entre sí para él envió de datos, que
utilizan tecnologías inalámbricas como lo muestra la tabla 3:
Tecnología Dispositivo Precio Aprox. Ventajas Desventajas
Wifi ESP8266 $10 000 Económico Se requiere conexión a
una red wifi.
Bluetooth HC-06 $16 000 Económico Cobertura muy baja
para la aplicación
3GSM SIM 800I $32 000 Económico Requiere de sim card
plan de datos o se
requiere de mantener
TERMOHIGROMETRO MODULO XBEE
PUERTO SERIE PUERTO SERIE
30
recargando saldo
ZigBee Xbee S2C $180.000
Más costoso
que los demás
módulos
No necesita conexión a
ninguna red, buena
distancia, bajo consumo
de potencia, fácil
configuración, menos
sensible a interferencias
de otros dispositivos.
Tabla 3. Comparación de diferentes módulos en el mercado.
Después de evaluar las tecnologías inalámbricas, para la aplicación específica se
tendrán en cuenta los siguientes factores:
Bajo coste de conectividad.
Bajo consumo de energía.
Robustez.
Seguridad.
Se selecciona la tecnología inalámbrica XBee-PRO S2C 802.15.4 RF, la cual posee un bajo
costo con respecto a las otras tecnologías, además tiene una fácil implementación, su
software X-CTUX-CTU es una aplicación basada en Windows que provee una interfaz
gráfica para la configuración e interacción con los módulos de radiofrecuencia del
fabricante DIGI, el cual es libre adquisición, este software se convierte en una herramienta
muy útil en el momento de instalar y poner en marcha los módulos, ya que nos indica que
módulos se encuentran en la red, además su potencia, se pueden hacer transferencia de
paquetes para corroborar que a la distancia de comunicación no existan perdidas de datos.
31
La tecnología Xbee está enfocada al monitoreo y control de procesos, su frecuencia de
radio por ser de 2,4 Ghz, esta menos expuesto a interferencias de radiofrecuencias. Posee
una buena cobertura de transmisión, ya que esta aplicación no requiere de un flujo grande
de información, la tecnología se adapta a la medida y no queda sobredimensionada.
El nodo ZigBee más completo requiere en teoría cerca del 10% del software de un nodo
Bluetooth o WiFi típico. Esta cifra baja al 2% para los nodos más sencillos (Faudot, 2008)
(Kinney, 2003).
Sistema de telecomunicaciones (radiofrecuencia)
Figura 14. Arquitectura sistema radiofrecuencia
La arquitectura de red RF utiliza una topología de estrella en la que cada nodo final se
comunica con el módulo Xbee coordinador el cual es encargado de alimentar los datos para
Módulo
3GSM
Coordinador
Xbee
x
Xbee 2
Xbee 1
32
el software, además en caso de alarma comunica al módulo 3GSM, para que sea enviado el
mensaje de texto al teléfono celular que este designado (ver figura 14).
Xbee
El Xbee es un microcontrolador fabricado por digi, el cual usa un protocolo Zigbee, consta
de 20 pines, donde 13 son entradas y salidas digitales, cuatro análogas como se muestra en
la figura 11. Para la aplicación propuesta se utilizará el Xbee S2C, el cual tiene un alcance
de 60 metros en interiores y 1200 metros en exteriores con línea de vista y condiciones
ideales, su frecuencia de operación es de 2,4 Ghz, Velocidad de transmisión RF: 250kbps.
La temperatura de operación -40 a 80 °C, Voltaje de operación: 2.1 – 3.6V.
Figura 15. Descripción física del microcontrolador.
Los dispositivos Xbee se configurarán en modo transparente, esto quiere decir que todos los
datos recibidos por el puerto serial, se transmitirán de manera directa y a su vez los datos
recibidos por RF, serán transmitidos por el puerto serial, como un cable serial, al configurar
la interface se debe configurar de modo AT.
La compañía digi cuenta con un software de configuración gratuito e intuitivo llamado
XCTU, para este caso se usa la Version: 6.4.1. Este software además de configurar los
módulos, contiene unas herramientas muy útiles, detección automática de módulos
presentes en la red, mide el rango de alcance de los módulos, visualizar por medio de una
33
consola los datos el puerto serial, mostrando los datos que se están recibiendo en tiempo
real.
Los roles Xbee son:
Coordinador es el encargado de configurar la red, router encargado de dirigir los mensajes a
otros routers o a Xbee configurados como dispositivos finales, dispositivo final no realiza
enrrutamiento y mantiene en modo sleep para ahorro de energía.
Para la configuración de la implementación se tiene un coordinador y dos routers, el Xbee
configurado como coordinador sera el encargado de recibir los datos de los dos router
ubicados con los termohigrometros a monitoriar.
Los pasos para la configuración de los módulos son los siguientes:
Instalación del software XCTU.
Se utiliza el adaptador Xbee explorer USB, este me puede comunicarme directamente con
el PC ya que hace la conversión de RS 232 a USB, permitiendo tener una interfaz entre PC
y módulo Xbee (ver figura 16).
Figura 16. Interfaz Xbee – PC.
34
Reconocimiento del
módulo Xbee.
Configuración del modulo Xbee en el software XCTU.
Por medio del adaptador Xbee explorer USB, se conecta a una entrada USB del
computador, en el XCTU se debe seleccionar al Com que corresponda la entrada, también
se debe tener en cuenta la velocidad 9600 baudios, ocho bit, sin paridad y sin control de
flujo (ver figura 13), teniendo esto configurado ya está listo para tener lectura del
módulo(ver figura 14), cuando ya lo reconoce podemos ver el nombre, la función, el puerto
de comunicación y la dirección MAC del módulo, como se observa en la figura 17.
En la figura 16 se observa que al seleccionar la pestaña de Radio Configuration, se
despliegan todos los parámetros que se pueden configurar del módulo.
Figura 17. Configuración del puerto USB
Figura 18. Carga el modulo Xbee.
Selección del puerto
USB que corresponda.
35
Figura 19. Parametros del modulo Xbee conectado.
Figura 20. Configuración de parametros de los modulos Xbee.
Modulo conectado
indica Nombre, Función Puerto y
MAC.
Número de identificación de la
red
36
Configuración de los Routers:
En la opción ID PAIN se ingresa el valor de la ID de la red, para este caso es 123. Se
configura JV Channel Verification, que hace que el router verifique si en el canal hay un
coordinador valido en ese canal, si no lo hay cambia el canal hasta encontrar uno. En la
opción AP API Enable, se deja de modo transparente.
Pruebas de comunicación entre los modulos:
Figura 21. Reconocimiento de los modulos Xbee, en el programa XCTU.
Dispositivo coordinador
Dispositivo Router 1
Dispositivo Router 2
37
Se evidencia en la figura 17 que en la red existe un dispositivo configurado como
coordinador y los dos modulos inalambricos en modo router, se puede ver la identificación
de la MAC de cada modulo.
Figura 22. Datos optenidos de los modulos Routers monitor serial de XCTU.
Se realizan pruebas de transmisión de datos de los modulos, los cuales se visualizan en la
herramienta de serial consola, en la figura 18 se pueden visualizar los datos transmitidos
por los dos modulos Xbee router al Xbee coordinador. Ya teniendo comunicación de los
modulos en la figura 19, con la herramienta radio range test se realiza comprobación de el
envio de paquetes del coordinador con el Xbee 1, donde se evidencia que no hay perdida de
paquetes y que se tiene una potencia de -46dbm (potencia del receptor coordinador). En la
Figura 20 se observa los datos de transmisión para el Xbee 2.
Datos enviados por los
Xbee1 y Xbee 2
38
Figura 23. Test del rango del modulo Xbee 1 con respecto al coordinador XCTU.
Cantidad de paquetes enviados y recibidos
Potencia del Coordinador
39
Figura 24. Test del rango del modulo Xbee 2 con respecto al coordinador XCTU.
Con la herramienta Spectrum Analyzer, se puede analizar el comportamiento de los
diferentes canales del modulo coordinador, destacando los mayores y menores valores de
potencia, como el promedio (ver figura 21).
Cantidad de paquetes enviados y recibidos
Potencia del
Coordinador
40
Figura 25. Potencia de los diferentes canales.
Los niveles de potencia en un sistema de comunicaciones inalámbricas representan un
factor importante cuando se transmiten datos, por esta razón para estos módulos a mayor
distancia o entre más obstáculos existan, mayor es la probabilidad de pérdida de datos.
El máximo alcance del enlace para operar dentro del estándar XBee, en la frecuencia de 2.4
GHz que fija la Potencia Isotrópica Radiada Equivalente a 20 dBm, y el segundo, estima el
alcance máximo que se puede obtener. Considerando los parámetros de calidad del enlace
como potencia radiada, ganancia de antenas, atenuación por propagación en espacio libre,
margen de desvanecimiento y nivel de recepción de la señal (Núñez Pérez, Bonilla
Rodriguez, & Calvillo Téllez, 2017).
En la figura 22 están los valores más indicados para la operatividad de los módulos Xbee
para el indicador de fuerza de señal recibida. En la figura 27 la relación Distancia vs. Nivel
de recepción para frecuencia de 2.4 GHz después de realizar pruebas de los módulos a
distancia con línea de vista.
41
Figura 26. Valores recomendados para el indicador de fuerza de señal recibida
(Núñez Pérez, Bonilla Rodriguez, & Calvillo Téllez, 2017).
Figura 27. Relación Distancia vs. Nivel de recepción para frecuencia de 2.4 GHz
(Núñez Pérez, Bonilla Rodriguez, & Calvillo Téllez, 2017).
42
Módulo GSM SIM 800L
El SIM800L módulo GSM / GPRS con antena, este módulo cuatribanda permite
utilizar funciones avanzadas de comunicación a través de la red celular, como mandar
mensajes de texto, datos o realizar llamadas. Este módulo permite accesar los pines RXD y
TXD SIM800L para manejarlo desde un microcontrolador (ver figura 28).
Figura 28. Pines del modulo SIM 800L.
Para el manejo del modulo SIM 800L, se usara el microcontrolador arduino uno, este se
encargara de recibir el mensaje de alarma por parte del Xbee Coordinador, para luego dar
los codigos para que el modulo SIM 800L, envie el mensaje de texto al telefono de la
persona responsable.
Figura 29. Conexión de Modulo SIM 800L con Arduino uno.
43
En la figura 24 se muestra las conexiones de las salidas seriales del arduino uno al modulo
GSM, tomando la alimentación del mismo microcontrolador.
A continuación se mensionaran las principales caracteristicas del modulo, como lo son las
especificaciones electricas, las condiciones ambientales de operación y especificaciones
tecnicas (ver Figura 25).
44
Principales características:
Figura 30. Pricipales caracteristicas Modulo SIM 800L[18].
45
Programa en el Arduino con la configuración y las instrucciones se dan por
mensajes AT, que permiten configurar las diferentes funciones que tiene el modulo.
Figura 31 Diagrama de flujo para el mensaje al celular
Inicio
Recibe estado de pin de alarma
Pin está
activo
Envía mensaje de texto
por medio SIM800L
SI
NO
FIN
46
Procesamiento de datos (Software).
En el procesamiento de datos se utilizara el programa Excel, como la toma de datos
enviados por los dos termohigrometros, utilizando PLX-DAQ, macro que configura el
puerto USB del computador y todos los datos que se reciben son almacenados en celdas,
como se observa en la figura 26.
Figura 32. Adquisición de datos para Excel.
Se selecciona trabajar en Excel ya que es una aplicación que la mayoría de computadores la
tienen, su compatibilidad y versatilidad, hacen que la solución no presente problemas de
compatibilidad o se necesite un computador específico para su funcionamiento.
Los datos quedaran almacenados en las celdas con hora y fecha que proporcionara el
computador como se ve en la figura 27, la capacidad de información estará limitada por la
capacidad del computador y de la hoja de Excel.
Puerto USB
Velocidad de transmisión
Reinicia la celda
Borra el contenido de las celdas
Botón para establecer
conexión.
47
Se tendrán las dos graficas correspondientes a los datos de los dos termohigrómetro como
se observa en la figura 28, que estarán enviando datos cada 20 minutos, en caso de que las
condiciones ambientales estén dentro de los parámetros permitidos, al momento de
presentarse alarma, el termohigrómetro enviara el dato y con este se procederá a activar el
correo, donde se anexara el archivo en pdf, con los datos obtenidos hasta el momento como
se observa en la figura 29.
Figura 33. Datos tomados de dos termohigrometro.
48
Figura 34. Graficas de los datos tomados de dos termohigrometro.
49
Figura 35. Correo de outlook y archivo pdf con datos obtenidos hasta la
alarma.
Para enviar el correo, se usa la aplicación Outlook con una cuenta que estará activa todo el
tiempo, también se creara un archivo, el cual contendrá la hoja activa con los datos
obtenidos y se imprimirá en PDF, que se guardara en una carpeta temporal, para luego ser
anexada al correo, es decir que cada vez que envía un correo se genera un archivo con el
mismo nombre y modifica el anterior.
Se configura el correo del destinatario, como el asunto y el cuerpo del correo.
50
En el siguiente diagrama de flujo se explica el envió de correo en condición de la alarma
través de macros de Excel:
SI
SI
Inicio
Recibe del coordinador el
mensaje de alarma
Condición
de alarma
Envía correo por medio de la
cuenta de Outlook más archivo adjunto con la información
tomada hasta el momento de la
alarma
NO
FIN
Primera vez Ya paso más
de media
hora en alarma?
SI
NO NO
51
CAPÍTULO 4
RESULTADOS, ANÁLISIS Y OBTENCIÓN DE DATOS
Montaje de módulos Xbee en cada una de las áreas.
Medición de potencia y comprobación del envío y recepción de paquetes por medio de la
aplicación XCTU Radio Range Test, datos obtenidos Tabla 2.
Se realiza la conexión de los módulos Xbee en cada una de las áreas, se realizan pruebas de
comunicación de cada uno de módulos, tomando medición de potencia y comprobando que
el termohigrómetro este enviando datos al Xbee coordinador.
Nombre del Área Potencia [dBm] Distancia
[mt] Paquetes perdidos de 50 enviados
Área de calibración de volumen -62 15 0
Área de verificación de volumen -45 5 0
Tabla 4. Medidas de potencia para las dos áreas de los Xbee.
Se ya comprobando que existe comunicación y buena señal, se conecta el coordinador al
puerto USB del PC y se realizan pruebas de lectura de humedad y temperatura de los dos
termohigrometros situados en las dos diferentes áreas, ver figuras 30 y 31.
52
Figura 36. Datos tomados cada en prueba de funcionamiento.
Figura 37. Graficas de los datos obtenidos.
Se realizó esta prueba cada cinco minutos para tener una mayor frecuencia de datos y poder
determinar si existen perdidas de datos, teniendo en cuenta la hora de registro, en donde se
evidencia que no hay pérdidas de datos. En esta prueba se realiza comprobación del macros
en Excel, donde su comportamiento fue constante y no bloqueo ni presento conflictos.
53
El paso siguiente es simular una situación de alarma para comprobar que se envié el
mensaje de texto al celular de destino y a su vez el correo se envié con el archivo adjunto
de los datos registrados hasta el momento de la alarma como se muestra en la figura 32.
Figura 38. Condiciones de temperatura y humedad en alarma.
Teniendo abierta la aplicación de Outlook el macro de Excel envía automáticamente un
correo adjunto con los datos tomados hasta el momento de la condición de alarma ver
figura 33.
Figura 39. Correo instantáneo enviado por cuenta Outlook.
54
De manera simultánea el coordinador da la orden para que el módulo SIM 800L envíe un
mensaje de texto informando en que área específica está sucediendo el evento como se
muestra en la figura 34.
Figura 40. Mensaje en el celular del encargado del área.
Es importante saber el tiempo que se tarda el sistema en reportar las alarmas, en la siguiente
tabla se reportaran el mínimo máximo tiempo para el correo y para el mensaje de texto al
celular, ver tabla 3.
Tipo de Alarma Tiempo mínimo [seg] Tiempo máximo [seg]
Correo electrónico 60 180
Mensaje de texto 45 68
Tabla 5. Tiempos máximos y mínimos de notificación en condición de alarma.
55
Se pueden observar unos tiempos muy cortos, que permiten reaccionar al encargado del
área para que realice la verificación pertinente y si se confirma un daño en el aire
acondicionado o en el deshumidificador, se reporta muy a tiempo y así se evita que se
afecten los procesos.
El sistema también permite que en cualquier momento sea avisada la condición de alarma,
es decir, que en los tiempos no laborales, o tiempos donde el encargado no está presente en
el área, se monitorice de manera constante, también los registros son muy importantes para
los reportes de auditorías, ya que en los laboratorios acreditados es obligación llevar el
registro de las condiciones ambientales.
Otro aspecto para resaltar es la probabilidad de perdida de información por mala
manipulación o que el termohigrómetro falle y pierda toda la información, con este sistema
de radio telemetría se reduce esa probabilidad, ya que en tiempo real está enviando la
información y quedara registrado las condiciones de alarma a través del correo electrónico
y el termohigrómetro no es manipulado por el encargado del área.
Pruebas del sistema a cada cinco y tres minutos en diferentes días, comprobando que la
información llega completa y no existe perdida de información, en la siguiente tabla se
demostrara:
Fecha muestreo Cantidad de registros Horas de muestreo Registros perdidos
03/11/2018 144 12 horas 0
05/11/2018 288 24 horas 0
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10/11/2018 91 4 horas 0
Tabla 6. Muestreo del sistema en condiciones ambientales normales.
Figura 41. Graficas del muestreo tomado en 12 horas cada 5 minutos.
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Figura 42. Graficas del muestreo tomado en 24 horas cada 5 minutos.
Figura 43. Graficas de muestreo tomado en 4 horas cada 3 minutos.
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CAPÍTULO 5
CONCLUSIONES
La implementación del sistema de radio telemetría para adquisición de datos proporciona
grandes ventajas a la hora de monitorear las condiciones ambientales, optimizando tiempos
y reduciendo pérdidas de datos, permitiendo una pronta respuesta en caso de alarma.
El sistema de radio frecuencia para esta solución en particular es muy adecuada, debido a
su bajo consumo de potencia, ya que la aplicación no tiene niveles altos de información
para transmitir, el sistema cumple con las velocidades de transmisión, sin saturarse, lo cual
se ve reflejado en las pruebas que se hicieron, donde no se presentó perdida de datos.
El sistema de radio telemetría para adquisición de datos, de la manera que se plantea, es
muy fácil de implementar, ya que el software es basado en la aplicación de office,
compatible en la mayoría de computadores, como lo es el uso de Outlook, para él envió del
E mail, el uso de estas herramientas hace que tenga un bajo costo, comparado con los
dispositivos que tienen estas mismas posibilidades de notificación de alarma y adquisición
de datos.
Después de realizar pruebas se puede concluir que el sistema de Xbee no depende de una
conexión a una red, como si lo necesitarían los módulos WiFi, además a 2,4 Ghz, tiene muy
poca interferencia, a pesar que el computador receptor de datos estaba ubicado a más de 15
metros y con muros entre los módulos Xbee, la señal se mantiene y no tuvo perdida de
datos, adicional a esto, el módulo de SIM 800L con una básica red de 3GSM, envía el
mensaje de texto sin problema y no necesitaría tener un plan de datos, ya que con una
recarga mínima podría enviar varios mensajes de texto sin invertir en un plan para la línea
telefónica.
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Con el sondeo de datos a diferentes tiempos y en distintos días, se puede comprobar que el
sistema no tuvo problemas de perdida de datos, siendo un sistema confiable, el cual puede
garantizar la trazabilidad de las condiciones ambientales de las áreas monitoreadas, como la
vigilancia de que estas áreas no pasen mucho tiempo en condición de alarma sin una
reacción inmediata por parte del personal encargado.
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