IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE TELEMETRÍA UTILIZANDO LA TECNOLOGIA INALAMBRICA WIFI

M.Sc. Edgar Ramos

Ing. Remmy Fuentes

Univ. Nelson Olivares

PRESENTA:

Introducción

Desarrollo del Hardware

Desarrollo del Software

Resultados obtenidos

Conclusiones y recomendaciones

Referencias

Un sistema de telemetría nos permite realizar medidas de magnitudes físicas como de forma remota utilizando una plataforma de transporte. La telemetría (medición a distancia) puede ser utilizada también para obtener información de lugares cercanos pero de difícil acceso. El envió de la información hacia un usuario en un sistema de telemetría se lo realiza por lo general de forma inalámbrica pero pudiendo también realizarse por medio de la red de datos con conectividad física.

Wi-Fi son las siglas de Wireless Fidelity y comprende una gran cantidad de estándares para redes de comunicación inalámbrica basados en las especificaciones IEEE 802.11. En sus inicios Wi-Fi fue pensado para conectar redes locales inalámbricas; sin embargo, actualmente se utiliza para el acceso a Internet.

En [8] se implementó un prototipo de comunicación inalámbrica para la medición de presiones plantares empleando microcontroladores y módulos de transmisión y recepción de radiofrecuencias. En [9] se presenta un sistema transmisor- receptor para una aplicación de telemetría cuya aplicación es la de medir la variabilidad de la frecuencia cardiaca, en esa publicación se considera el diseño y construcción del transmisor y receptor de frecuencia modulada y las diferentes opciones para optimo alcance y relación de la calidad con el costo.

En [10] se realizó un análisis comparativo de las diferentes tecnologías de transmisión inalámbrica para para dar soluciones a sistemas de medición a distancia, también realiza una comparación cuantitativa y cualitativa de las principales características de las tecnologías inalámbricas.

El objetivo del presente artículo es el de implementar un sistema de telemetría de bajo costo utilizando un microcontrolador pic y la red de acceso WiFi para el envió de datos. Las variables a monitorear serán temperatura e intensidad de luz.

Tarjeta electrónica de adquisición de

datos

Señales d

e en

trada

Etapa de comunicación

Etapa de procesamiento

(microcontrolador PIC18F452)

Etapa de puertos de entrada y

salida

Etapa de regulación de

voltajeEtapa reloj

PR

OTO

CO

LO

RS-2

32

SEÑA

LES AN

ALÓ

GIC

AS O

D

IGITA

LESDiagrama por etapas de la tarjeta electrónica

Conector serial

Alimentación tarjeta

Convertidor MAX232

PIC18F452

Puerto A, entradas analógicas Temperatura y intensidad de luz

Para transmitir los datos recolectados por la tarjeta se utilizó un conversor de protocolos WIFIMOD II (RS-232 a WiFi) el cual nos permite enviar la información por la red WiFi a otro dispositivo que también esté conectado a la misma red, pudiendo ser una Laptop o un teléfono móvil

Tarjeta electrónica de adquisición de

datos

Conversor de protocolos

RS-232 a WiFi

Señales d

e en

trada

Diagrama de bloques del hardware desarrollado para el sistema.

En cuanto a la programación del microcontrolador se la realizo en el Software PIC CC, permitiendo de esta manera utilizar las instrucciones de C++ facilitando de gran manera la programación

El sistema contará con la integración de varios bloques que en su conjunto trabajaran recibiendo los datos de la etapa de Hardware, guardando los mismos en una BDD y sirviendo información relevante a clientes remotos, mostrar datos a usuarios locales y gestionando los datos para tener un registro histórico del proceso de telemetría.

BDD

Nube TCP/IP

Equipos Remotos

Servidor WEB/BDD

Equipo Local

Acceso WEB (PHP) Acceso Local (VB.NET)

Servidor(Apache-MySQL)

El software local fue programado en vb.NET y entre sus principales funciones están las de realizar un monitoreo en tiempo real para que el usuario pueda observar el comportamiento de las variables, dependiendo la variable que se monitorea se podrían ampliar sus funciones.

Entre las principales características del modulo desktop tenemos: • Gestión de puertos:

• Configuración de parámetros del puerto. • Captura de datos, entrada de datos a través de

la tarjeta WIFIpuerto serie virtual.

• Procesamiento de datos: • Adecuación de los datos y variables. • Presentación de datos, ultima

muestra. • Representación grafica del valor de

los datos. • Gestión con la base de datos,

guardar fecha, hora y valor de las variables.

Control de alarmas: Fijar nivel de referencia de alarmas de temperatura y nivel de luz. Mostrar alarmas. Gestión con la base de datos, guarda fecha, hora, valor de referencia y valor de la muestra.

Los datos recopilados por el software de escritorio son guardados para su posterior uso en una base de datos, para el proyecto se utilizo el motor de BDD MySQL Server, fue elegido debido a su robustez y confiabilidad en el tratamiento y almacenamiento de millones de datos. MySQL es un sistema de gestión de bases de datos relacional, multihilo y multiusuario, subsidiaria de Sun Microsystems y de Oracle Corporation, software libre en un esquema de licenciamiento dual, bajo la GNU GPL y para fines comerciales se debe comprar una licencia específica que les permita este uso.

Entre las principales características del motor de la BDD tenemos: • APIs para C, C++, Eiffel, Java, Perl, PHP, Python, Ruby, Visual Basic, C#, etc. • Soporte completo para operadores y funciones en las cláusulas de consultas SQL. • Soporte a grandes bases de datos. Se probó MySQL Server con bases de datos que contienen 50 millones de registros. Usuarios corporativos reportaron a la empresa que emplean MySQL Server con 60.000 tablas y billones de registros. • Los clientes pueden conectar con el servidor MySQL usando sockets TCP/IP en cualquier plataforma. • Soporte UNICODE. [Ésta es una traducción del manual de referencia de MySQL, que puede encontrarse en dev.mysql.com.]

Para que clientes remotos puedan tener acceso a los datos y obtener de esta manera reportes históricos utilizamos un servidor WEB, para este fin se empleo Apache Server. • El servidor HTTP Apache es un servidor web HTTP de código abierto, para

plataformas Unix (BSD, GNU/Linux, etc.), Microsoft Windows, Macintosh y otras, que implementa el protocolo HTTP/1.12 y la noción de sitio virtual.

• La licencia de software bajo la cual el software de la fundación Apache es distribuido es una parte distintiva de la historia de Apache HTTP Server y de la comunidad de código abierto. La Licencia Apache permite la distribución de derivados de código abierto y cerrado a partir de su código fuente original.7

• Apache es el componente de servidor web mas popular, junto a MySQL y los lenguajes de programación PHP/Perl/Python y Ruby garantizan productos altamente confiables y profesionales.

[The Apache HTTP Server Project]

El servidor WEB APACHE junto con el servidor MySQL nos brindan la posibilidad de acceder a los datos de forma remota vía INTERNET (HTTP)

Para el acceso de usuarios remotos a los datos, se utilizo una interface WEB dinámica, programada en su totalidad con PHP embebido en HTML.

PHP es un lenguaje de programación interpretado o framework para HTML, diseñado originalmente para la creación de páginas web dinámicas. Se usa principalmente para la interpretación del lado del servidor (server-side scripting) pero actualmente puede ser utilizado desde una interfaz de línea de comandos o en la creación de otros tipos de programas incluyendo aplicaciones con interfaz gráfica usando las bibliotecas Qt o GTK+.

La interface WEB es sencilla y amigable, completamente programada en HTML y PHP embebido.

Diagrama del sistema completo de Telemetría.

CO

18FXXA/D

BDD

Nube TCP/IP

Equipos Remotos

Servidor WEB/BDD

Equipo Local

Sen

sore

s

WIF

I

RS232

Acceso WEB (PHP) Acceso Local (VB.NET)

Servidor(Apache-MySQL)

La interface toma los datos de la BDD MySQL y los presenta en formato de tablas:

Empleando las librerías GD con PHP se generan graficas para la interpretación de datos:

Generación de reportes de las alarmas

Visualización grafica de alarmas

Video Mostrando la funcionalidad del proyecto

http://www.youtube.com/watch?v=CtuaWwgU7xo&feature=plcp

La aplicaciones de Telemetría son muy extensas y pueden ser aplicado en distintas áreas de la ingeniería, en el presente artículo se implementó un sistema para el monitoreo de variables analógicas como la temperatura y la intensidad de la luz pudiendo extenderse su aplicación a mas variables. Para la implementación del Hardware del sistema se utilizó un microcontrolador comercial de bajo costo el cual reúne características técnicas necesarias para cubrir los propósitos del sistema en cuanto a la adquisición de los datos.

Es posible implementar un software que se acomode a las necesidades de un sistema de adquisición de datos capaz de interactuar con una electrónica utilizando herramientas convencionales de programación y también es posible almacenar la información en una base de datos. Para el monitoreo de las variables es posible realizarlo de una computadora portátil y adicionalmente con la ayuda de un servidor también es posible monitorear dichas variables mediante un teléfono celular que tenga la capacidad de conectarse a una red WiFi

El uso de WiFi, y una red basada en un protocolo TCP/IP permite aprovechar estas redes de acceso para implementar sistemas de monitoreo a distancia. Es recomendable implementar un software no solo de monitoreo también si es necesario poder activar algún tipo de actuador. Se debe considerar aspectos de seguridad en la red WiFi debido a que por ser una red inalámbrica es vulnerable a intrusos.

[1] J. M. Huidobro-Moya y D. Roldan-Martinez, Redes y servicios de Banda Ancha, McGraw Hill, España, 2004. [2] C. Mezquida. “Diseño y optimización de una antena impresa para Wireless LAN”. Universidad Politécnica de Valencia - Escuela Politécnica Superior de Gandia Ingeniería Técnica de Telecomunicación (Sistemas de Telecomunicación), 2004.. [3] J. M. Huidobro-Moya y D. Roldan-Martinez, Redes y servicios de Telecomunicaciones, Paraninfo, España, 2001. [4] M. Morris-Mano, Arquitectura de computadoras, Prentice-Hall, México, 1994.

[5] J. Humbert-Torres, C. Ernesto-Villarraga, R. Hernan-Polonia y A. Ahmed-Egel, “Implementación de un sistema de Telemetría de bajo costo para la medición de presiones plantares”, Revista de Ingeniería Universidad de los Andes, Colombia, Noviembre, 2006. [6] G. Avendaño, “Sistema Transmisor-receptor para telemetría cardiaca destinado a la variabilidad de frecuencia cardiaca”, Ingeniería Electrónica Automática y Comunicaciones, Diciembre, 2001. [7] C. Viloria-Núñez, J. Cardona-Peña y C. Lozano-Garzón. “Análisis comparativo de tecnologías inalámbricas para una solución de servicios de telemedicina”, Ingeniería & Desarrollo. Universidad del Norte, Colombia, Marzo, 2009.