Instituto Polit´
ecnico Nacional
Escuela Superior de Ingenier´ıa Mec´anica y El´ectrica
Prototipo Did´
actico de una Estaci´
on
Meteorol´
ogica Monitoreada a Distancia
TESIS
PARA OBTENER EL T´ITULO DE: Ingeniera en Comunicaciones y Electr´onica
(Especialidad Computaci´on)
PRESENTA
Berenice Montalvo Lezama
ASESORES:
M. en C. Genaro Zavala Mejia Ing. Karla Sandra Arellano Garcia
´Indice general
Resumen 4
´Indice de figuras 5
1. Antecedentes 9
1.1. Planteamiento del Problema . . . 9
1.2. Objetivo General . . . 9
1.3. Objetivos Espec´ıficos . . . 10
1.4. Justificaci´on . . . 10
1.5. Estado del Arte . . . 10
1.5.1. Monitoreo de una estaci´on meteorol´ogica v´ıa internet . . . 10
1.5.2. Estaci´on Meteorol´ogica Vantage Pro2 . . . 11
1.5.3. Estaci´on Meteorol´ogica Crystal Moments CW101 . . . 12
2. Marco Te´orico 15 2.1. Estaciones Meteorolog´ıcas . . . 15
2.1.1. Origen de la Meteorolog´ıa . . . 15
2.1.2. Estaci´on Meteorol´ogica . . . 15
2.1.3. Variables Meteorol´ogicas . . . 15
2.1.4. Clasificaci´on de las Estaciones Meteorol´ogicas . . . 16
2.1.5. Componentes de una Estaci´on Meteorol´ogica . . . 18
2.1.6. Veleta . . . 20
2.2. Tecnolog´ıas de Hardware . . . 21
2.2.1. Microcontrolador . . . 21
2.2.2. Sensores . . . 23
2.2.3. Sensores Meteorol´ogicos . . . 23
2.3. Tecnolog´ıas de Software . . . 24
2.3.1. Sistemas de gesti´on de bases de datos . . . 25
2.3.2. Plataforma de programaci´on . . . 25
3. Desarrollo 29 3.1. Desarrollo del Hardware . . . 29
3.1.1. Anem´ometro . . . 29
3.1.2. Veleta . . . 35
3.1.3. Term´ometro e higr´ometro . . . 38
3.1.4. Tarjeta Principal . . . 41
3.1.5. Protecci´on . . . 42
3.2. Desarrollo del Software . . . 45
3.2.1. Componente de Medici´on . . . 45
3.2.2. Componente de Servicios . . . 46
3.2.3. Componente de Interfaz de Usuario . . . 49
4. Pruebas y resultados 51 4.1. Funcionamiento . . . 51
4.2. Pruebas . . . 52
4.3. Estimaci´on de costos . . . 53
5. Conclusiones 55 Anexos 55 6. Anexos 57 6.1. Hardware . . . 57
6.1.1. Especificaciones CNY70 . . . 57
6.1.2. Especificaciones HEF40106 . . . 60
6.1.3. Especificaciones HMZ433A . . . 63
6.1.4. Especificaciones LM35 . . . 66
6.2. C´odigos . . . 71
6.2.1. Clase Measure . . . 71
6.2.2. Clase MeasureDB . . . 72
6.2.3. Clase MeasureDB . . . 77
Resumen
´Indice de figuras
1.1. Estaci´on meteorol´ogica Vantage Pro2. . . 11
1.2. Consola de la estaci´on meteorol´ogica Vantage Pro2. . . 12
1.3. Estaci´on Meteorol´ogica Crystal Moments CW101. . . 13
2.1. Clasificaci´on de las Estaciones Meteorol´ogicas. . . 16
2.2. Anem´ometro de empuje. . . 19
2.3. Anem´ometro de efecto Doppler. . . 19
2.4. Anem´ometro de rotaci´on. . . 20
2.5. Veleta. . . 21
2.6. Arduino AT Mega 2560. . . 22
2.7. Escudo Arduino Ethernet. . . 23
2.8. Motor el´ectrico sin escobillas. . . 24
3.1. Diagrama del prototipo did´actico de la estaci´on meteorol´ogico. . . 29
3.2. Cazoleta. . . 30
3.3. Varillas. . . 30
3.4. Motor con orificios para los soportes de las cazoletas. . . 30
3.5. Eje del anem´ometro. . . 31
3.6. Anem´ometro ensamblado. . . 31
3.7. Circunferencia para ´area de sensado. . . 32
3.8. Sensor ´Optico. . . 32
3.9. Configuraci´on del sensor ´optico. . . 33
3.10. Conexi´on del sensor ´optico. . . 33
3.11. Dise˜no de la tarjeta de circuito impreso para el anem´ometro. . . 34
3.12. Tarjeta para medir la rotaci´on del anem´ometro . . . 34
3.13. Distancia del montaje entre la tarjeta y sensor. . . 35
3.14. Diagrama de la veleta. . . 36
3.15. Veleta ensamblada . . . 36
3.16. Dise˜no de la tarjeta de circuito impreso para la veleta . . . 37
3.17. Tarjeta para detectar la orientaci´on de la veleta. . . 37
3.18. Sensor de Temperatura LM35. . . 38
3.19. Diagrama de configuraci´on para rango completo del sensor de temperatura 39 3.20. Configuraci´on del LM35 con un rango de -55 a 155 grados cent´ıgrados. . . 39
3.21. Sensor de Humedad HMZ433A. . . 40
3.22. Dise˜no de la tarjeta de circuito impreso del term´ometro e higr´ometro. . . . 40
3.23. Tarjeta para medir la humedad y temperatura. . . 41
3.24. Dise˜no de la tarjeta de circuito impreso principal. . . 41
3.26. Modulo de protecci´on. . . 42
3.27. Patas Niveladoras. . . 43
3.28. Niveles de burbuja. . . 43
3.29. Br´ujula. . . 44
3.30. Diagrama de flujo del componente de medici´on. . . 45
3.31. Diagrama de clases resumido. . . 46
3.32. Diagrama entidad relaci´on de la base de datos. . . 46
3.33. Diagrama de clases para el acceso a base de datos. . . 47
3.34. Diagrama de clases para el acceso a base de datos. . . 48
3.35. Diagrama de clases para el acceso a base de datos. . . 48
3.36. Gr´afica de la temperatura en con mediciones de tiempo real. . . 49
3.37. Instrumentos de medici´on. . . 49
3.38. Gr´afica de promedios de temperatura. . . 49
4.1. Funcionamiento del prototipo did´actico de la estaci´on meteorol´ogica moni-toreado de forma remota. . . 51
4.2. Gr´afica comparativa de humedad. . . 52
4.3. Gr´afica comparativa de temperatura. . . 52
4.4. Gr´afica comparativa de velocidad. . . 53
4.5. Tabla de costos para el Hardware. . . 54
1 Antecedentes
El conocimiento de las variaciones clim´aticas es de suma importancia en la agricultura, la navegaci´on y la vida en general.
La meteorolog´ıa estudia los cambios atmosf´ericos que se producen a cada momento utilizando par´ametros como: temperatura del aire, humedad, presi´on atmosf´erica y preci-pitaciones pluviales.
El clima es un conjunto de fen´omenos meteorol´ogicos que caracterizan las condicio-nes habituales o m´as probables de un punto determinado de la superficie terrestre. Las estaciones meteorol´ogicas son instalaciones cuyo prop´osito es medir y registrar variables meteorol´ogicas las cuales son temperatura, presi´on atmosf´erica, humedad relativa del aire, pluviosidad, velocidad y direcci´on del viento . Los instrumentos mediante los cuales se obtiene la medici´on de las variables antes mencionadas son los siguientes, el term´ometro, el bar´ometro, pluvi´ometro, anem´ometro y la veleta.
Las estaciones meteorol´ogicas pueden ser: manuales o autom´aticas. Las primeras son monitoreadas por personal altamente capacitado, mientras que las estaciones meteorol´ogi-cas autom´atimeteorol´ogi-cas nos permiten monitorearlas a distancia, en este tipo de instalaciones la se˜nal se procesa mediante la tecnolog´ıa de microcontroladores y microprocesadores para ser enviada a trav´es de un sistema de comunicaci´on.
Las estaciones meteorol´ogicas tienen un amplio campo de aplicaci´on como lo es en aeron´autica, agricultura, navegaci´on y en deportes al aire libre. Dependiendo del uso se pueden configurar las estaciones instalaciones con distintos niveles de equipamiento.
En este escrito, se presenta la construcci´on de un prototipo de estaci´on meteorol´ogica la cual ser´a monitoreada a distancia.
1.1.
Planteamiento del Problema
El conocimiento de las variaciones clim´aticas es de gran utilidad para el ser humano ya que le permite realizar ciertas tareas sabiendo que no le ser´an impedidas, arruinadas o complicadas por el estado del tiempo, cuando se pueden tomar precauciones para evitar sus consecuencias o suspenderlas hasta un momento mas propicio.
Los informes climatol´ogicos son dados por zonas en general y no de forma especifica lo que genera problemas para la realizaci´on de ciertas actividades como son la agricultura y navegaci´on, donde el clima juega un papel muy importante.
1.2.
Objetivo General
1.3.
Objetivos Espec´ıficos
Dise˜nar y construir tarjetas electr´onicas para medir las variables meteorol´ogicas: humedad relativa, temperatura, direcci´on y velocidad del viento.
Dise˜nar y construir un prototipo de estaci´on meteorol´ogica usando estas tarjetas.
Dise˜nar e implementar el software necesario para registrar las mediciones de las variables meteorol´ogicas.
Dise˜nar e implementar el software necesario para monitorear las mediciones de las variables meteorol´ogicas.
1.4.
Justificaci´
on
La estaci´on meteorol´ogica brindar´a datos del clima espec´ıficamente en el lugar donde sea implementada. La importancia de estos datos es vital, dado que los microclimas generados en cada lugar por montes, monta˜nas, sierras, lagos y lagunas, no necesariamente se ven reflejados en los informes del clima para zonas en general. A trav´es de su exclusivo software de procesamiento de datos, la estaci´on meteorol´ogica proporcionara informaci´on relevante con la que se podr´a tomar decisiones y acciones de forma m´as certera.
El desarrollo del prototipo de la estaci´on meteorol´ogica con monitoreo remoto, permi-tir´a aplicar los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera de Ingenier´ıa en Comuni-caciones y Electr´onica. En el desarrollo de la estaci´on meteorol´ogica se aplicar´an conoci-mientos de ciertas asignaturas, las cuales forman parte fundamental para el desarrollo del proyecto como son F´ısica, M´aquinas El´ectricas, Microprocesadores, Programaci´on, Elec-tricidad y Magnetismo, Teoremas de circuitos, Electr´onica digital, Sistemas en Tiempo Real, Lenguajes de Internet y Rede.
1.5.
Estado del Arte
A continuaci´on se presentar´an las estaciones meteorol´ogicas actuales as´ı como tambi´en los trabajos que se han desarrollado hasta ahora.
1.5.1.
Monitoreo de una estaci´
on meteorol´
ogica v´ıa internet
Un proyecto realizado en la Universidad Aut´onoma de Zacatecas en el 2009, consisti´o en la construcci´on de un sistema electr´onico para la captura, transmisi´on y despliegue de datos a distancia de una estaci´on meteorol´ogica.
1.5 Estado del Arte
Para la construcci´on de la interfaz entre la tarjeta NI-ELVIS y la PC desarrollaron un programa en LabVIEW el cual fue responsable de controlar la lectura de la informaci´on enviada a la tarjeta de adquisici´on, interpretar y crear una base de datos. Finalmente los datos fueron desplegados en una pagina web.
1.5.2.
Estaci´
on Meteorol´
ogica Vantage Pro2
Vantage Pro2 es una estaci´on meteorol´ogica desarrollada por la empresa Davis Instru-ments.
Vantage Pro2 es resistente a la corrosi´on y a las inclemencias del tiempo, posee un panel solar que alimenta los sensores durante el d´ıa tambi´en a la vez que carga una bater´ıa interna que proporciona energ´ıa por la noche.
La consola permite visualizar todas las variables meteorol´ogicas de forma simult´anea y configurar la estaci´on sin necesidad de un ordenador. Esta estaci´on presenta un c´omodo teclado y una pantalla LCD de 15 x 9 cm con retroiluminaci´on.
Figura 1.1. Estaci´on meteorol´ogica Vantage Pro2.
Las variables meteorol´ogicas que se obtienen mediante esta estaci´on son las siguientes:
Velocidad y direcci´on del viento.
Temperatura y humedad interior y exterior.
Temperatura de sensaci´on y punto de roc´ıo.
Lluvia actual y acumulada diaria, mensual y anual.
Intensidad de lluvia.
Pron´ostico meteorol´ogico.
Fase lunar y hora de puesta y salida del sol.
En la pantalla de esta estaci´on se muestran los gr´aficos con datos de las ´ultimas 24 horas, d´ıas o meses.
Figura 1.2. Consola de la estaci´on meteorol´ogica Vantage Pro2.
Tambi´en es posible la configuraci´on de m´as de 70 alarmas simult´aneas para alertar de peligros como vientos fuertes, temperaturas de congelaci´on, lluvias intensas con posibili-dad de inundaciones, etc.
1.5.3.
Estaci´
on Meteorol´
ogica Crystal Moments CW101
La estaci´on Meteorol´ogica CW101 desarrollada por la empresa Oregon Scientific posee un dise˜no elegante y original.
Algunas de las caracter´ısticas que posee esta estaci´on meteorol´ogica son reloj radio controlado, panel retro-iluminado, icono del pron´ostico iluminado con luz LED.
1.5 Estado del Arte
2 Marco Te´
orico
En este capitulo se abordaran de manera general los aspectos considerados para desa-rrollo de este proyecto. En la primera secci´on se describe la teor´ıa relacionada a las esta-ciones meteorol´ogicas. En siguientes secesta-ciones se describen las herramientas de hardware y software utilizadas para el desarrollo e implementaci´on.
2.1.
Estaciones Meteorolog´ıcas
En este apartado se describe todo lo relacionado con las estaciones meteorol´ogicas y cada uno de sus componentes.
2.1.1.
Origen de la Meteorolog´ıa
Desde ´epocas antiguas el hombre por necesidad de supervivencia, se convirti´o en un observador de su medio ambiente, los fen´omenos atmosf´ericos eran considerados como mensajes o castigos de los dioses.El hombre antiguo se conformaba con aceptar los be-neficios o perjuicios asociados, pero sin cuestionar los mecanismos o las causas de los fen´omenos.
La agricultura comenz´o en el a˜no 5,000 y con ella surgi´o la observaci´on aplicada de los fen´omenos meteorol´ogicos. El hombre prehist´orico tomo en cuenta los factores meteo-rol´ogicos y clim´aticos, tales como la lluvia y la temperatura, para su producci´on agr´ıcola y para escoger su h´abitat.
En la antig¨uedad, el hombre dedicaba gran parte del tiempo a observar las caracter´ısti-cas de los fen´omenos naturales que lo afectaban, de modo que los pod´ıa usar para su beneficio.El tiempo meteorol´ogico tenia gran importancia para las actividades diurnas y era un factor determinante para la alimentaci´on e incluso supervivencia de ese hombre prehist´orico.
2.1.2.
Estaci´
on Meteorol´
ogica
Una estaci´on meteorol´ogica es una instalaci´on la cual tiene como objetivo, medir y registrar variables meteorol´ogicas.
2.1.3.
Variables Meteorol´
ogicas
Temperatura
La temperatura es una de las magnitudes m´as utilizadas para describir el estado de la atm´osfera, var´ıa entre el d´ıa y la noche, entre una estaci´on y otra, y tambi´en entre una ubicaci´on geogr´afica y otra.
Es una magnitud relacionada con la rapidez del movimiento de las part´ıculas que cons-tituyen la materia. Cuanta mayor agitaci´on presenten ´estas, mayor ser´a la temperatura.
El instrumento que se utiliza para medir la temperatura se llama term´ometro y fue inventado por Galileo en 1593.
Humedad
La humedad ambiental se define como la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Es muy importante medir la humedad atmosf´erica debido a que esta afecta en el efecto invernadero y fen´omenos como sublimaci´on y condensaci´on, para realizar la medici´on de esta variable meteorol´ogica es empleado el higr´ografo [brenes˙elementos˙1995].
Presi´on Atmosf´erica
La presi´on armosf´erica es el peso que ejerce el aire en la Tierra y por lo cual tambi´en ejerce una fuerza sobre todos los cuerpos debidos a la acci´on de la gravedad. La presi´on atmosf´erica depende de muchas variables, sobre todo de la altitud. Cuanto m´as arriba en la atm´osfera nos encontremos, la cantidad de aire por encima de nosotros ser´a menor.
Direcci´on del viento
La direcci´on del viento viene definida por el punto cardinal del cual proviene y al cual se dirige.
Velocidad del viento
La velocidad del viento es la rapidez de este, la cual se mide con el anem´ometro, que suele registrar dicha direcci´on y rapidez a lo largo del tiempo.
2.1.4.
Clasificaci´
on de las Estaciones Meteorol´
ogicas
Las estaciones meteorol´ogicas se clasifican de acuerdo a la aplicaci´on [brenes˙elementos˙1995] como se muestra en la figura 2.1
2.1 Estaciones Meteorolog´ıcas
Climatol´ogicas
Una estaci´on climatol´ogica es un ´area destinada a la obtenci´on y medici´on de los datos generados por instrumentos que registran los distintos fen´omenos meteorol´ogicos que se producen en la atm´osfera.
Las observaciones que se efect´uan se realizan en forma horaria remiti´endolas inmedia-tamente a un centro recolector de datos, mediante mensajes codificados, por la v´ıa de comunicaci´on m´as r´apida disponible. Estas observaciones se utilizan para una gran canti-dad de fines meteorol´ogicos, en general en tiempo real y especialmente para la elaboraci´on de mapas meteorol´ogicos.
Este tipo de estaci´on meteorol´ogica se puede encontrar en hogares, casas de campo, ranchos escuelas, etc.
Agr´ıcolas
Una estaci´on agroclim´atica tiene como objetivo el proporcionar datos que permitan un conocimiento de las condiciones del clima en relaci´on con el desarrollo y crecimiento de los cultivos y su manejo.
El desarrollo tecnol´ogico ha permitido demostrar que la variaci´on del clima afecta la mayor´ıa de los procesos f´ısicos y biol´ogicos que determinan la calidad y cantidad de la producci´on agr´ıcola. Conocer el clima oportunamente o con anticipaci´on suficiente es necesario para mejorar la producci´on o reducir efectos adversos para el cultivo.
El utilizar de manera oportuna y apropiada los registros climatol´ogicos permite los siguientes beneficios agr´ıcolas:
a) Realizar un riego eficiente.
b) Mejorar la fertilizaci´on durante el desarrollo de la planta.
Estos beneficios representan para el agricultor mayor producci´on, menor costo de cul-tivo, mayor superficie cultivable, producto de mayor calidad, todo lo cual significa en t´erminos finales, mayor ganancia, menores gastos o menos problemas para el productor agr´ıcola y la poblaci´on en general.
Especiales
Este tipo de estaciones meteorol´ogicas son las encargadas de medir variables en mares y oc´eanos. Estas instalaciones son mas especializadas ya que poseen instrumentos de sondeo como radares meteorol´ogicos para medir la turbulencia atmosf´erica y la actividad de tormentas, perfiladores de viento y sistemas ac´usticos de sondeo de la estructura vertical de temperaturas.
Aeron´auticas
se transmiten a otros aer´odromos y los aviones en vuelo, con la finalidad de contribuir y proveer un normal desarrollo de la navegaci´on a´erea segura. En caso de un desastre natural, por medio de la estaci´on se provee informaci´on indispensable que permita tomar medidas necesarias para una r´apida b´usqueda y salvamento de los posibles sobrevivientes. La disponibilidad de informaci´on meteorol´ogica fiable es un factor decisivo para las operaciones de vuelo y en particular para la elecci´on de la ruta y nivel de vuelo. Esta informaci´on permite reducir la carga de combustible y el tiempo de duraci´on del vuelo, de esta manera disminuyen los costos operativos logrando muy importantes ahorros gracias a estas predicciones concretas.
Los sensores con los que suelen contar las estaciones meteorol´ogicas aeron´auticas son de: temperatura del aire, punto de roc´ıo, direcci´on y fuerza del viento, presi´on barom´etrica, precipitaci´on, alcance visual en la pista y sensor para medir la altitud de las nubes.
Satelitales
Un sat´elite meteorol´ogico es un tipo de sat´elite artificial que se utiliza principalmente para supervisar el tiempo atmosf´erico y el clima de la Tierra. La configuraci´on b´asica de un sat´elite meteorol´ogico, consiste en una c´amara con la funci´on de fotografiar electr´oni-camente los sistemas nubosos. La informaci´on recibida es enviada r´apidamente a la Tierra, debido a que las condiciones meteorol´ogicas pueden variar en poco tiempo. La transmisi´on de estas im´agenes, permiten la suficiente resoluci´on para el trabajo meteorol´ogico.
Los dos tipos b´asicos de sat´elites meteorol´ogicos, dependiendo de su ´orbita son los geoestacionarios y los polares.
2.1.5.
Componentes de una Estaci´
on Meteorol´
ogica
Los instrumentos que forman una estaci´on meteorol´ogica va de acuerdo a la aplica-ci´on que se desee darle, principalmente una estaaplica-ci´on est´a compuesta de los siguientes instrumentos anem´ometro, veleta, bar´ometro, termistor y pluvi´ometro.
Anem´ometro
Es un instrumento que forma parte de una estaci´on meteorol´ogica el cual est´a destinado a medir la velocidad del viento. Los diferentes tipos de anem´ometros son los siguientes:
De efecto Doppler
De empuje.
De rotaci´on o de Robinson.
Anem´ometro de Empuje
2.1 Estaciones Meteorolog´ıcas
en una superficie paralela al movimiento del p´endulo servir´a como indicador usando el propio p´endulo como aguja indicadora [hidy˙vientos˙1960].
Figura 2.2. Anem´ometro de empuje.
Anem´ometro Doppler
Los anem´ometros Doppler de l´aser utilizan un haz de luz l´aser dividido en dos haces. Las part´ıculas de aire cerca de la salida del haz se reflejan de nuevo en un detector en el que se mide contra el haz de luz original. Cuando las mol´eculas del aire se mueven, crean un desplazamiento Doppler, que puede ser utilizado para medir la velocidad del viento y luego se calcula el movimiento o la velocidad de las part´ıculas del aire cerca del anem´ometro [vallina˙instalaciones˙2010].
Anem´ometro de Rotaci´on
Este anem´ometro es tambi´en llamado de copa o de cazoletas, fue inventado en 1846 por John T. Robinson y mide la velocidad del viento. Se compone de cuatro semiesferas que giran cualquiera que sea la direcci´on del viento [inieco˙programacion˙2011]. Este movi-miento puede ir a un sensor dedicado a contar el numero de vuelta o mediante un peque˜no generador que de un voltaje que es proporcional a lo velocidad de giro. El primer sistema nos dar´a el recorrido del viento, mientras que el segundo dar´a la velocidad instant´anea, como lo hace el indicador de velocidad de un autom´ovil. Este tipo de anem´ometro es el m´as utilizado debido a su simplicidad y exactitud.
La cruz de cazoletas ABCD imprime un movimiento de rotaci´on al ´arbol EF el cual transmite mediante un tornillo F la rueda dentada H se encarga de hacer mover la aguja indicadora K.
Figura 2.4. Anem´ometro de rotaci´on.
2.1.6.
Veleta
La veleta es un dispositivo el cual nos indica la direcci´on del viento [castillo˙agrometeorologi˙2001], en su inicio ten´ıan fines decorativos.
La direcci´on del viento se determina cuando la veleta gira y apunta la direcci´on de donde proviene el viento.
2.2 Tecnolog´ıas de Hardware
Ornamento. Es la parte m´as visible del a veleta esta la puede o no llevar ya que es el adorno decorativo.
Varilla. Es la pieza central de una veleta y todas las dem´as partes de se conectan a ella.
Cola. Es la pieza encargada de atrapar el viento.
Figura 2.5. Veleta.
2.2.
Tecnolog´ıas de Hardware
A continuaci´on se describen el hardware y herramientas relacionadas con este.
2.2.1.
Microcontrolador
microcontrolador, el c´odigo est´a compuesto por palabras de 12, 14 o 16 bits de ancho. Cada palabra se interpreta por la CPU como una instrucci´on a ser ejecutada durante el funcionamiento del microcontrolador. Todas las instrucciones que el microcontrolador puede reconocer y ejecutar se les denominan colectivamente conjunto de instrucciones.
Estos circuitos son dise˜nados para disminuir el costo, facilitar el proceso de desarrollo de sistemas, as´ı como tambi´en reducir el consumo de energ´ıa.
Existen plataformas que a su vez integran microcontroladores junto con componentes necesarios para su correcto funcionamiento para facilitar aun mas el desarrollo de proyec-tos, una de esta es la plataforma Arduino.
Plataforma Arduino
Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcon-trolador y un entorno de desarrollo, dise˜nada para facilitar el uso de la electr´onica en proyectos multidisciplinares.
El Arduino Mega es una versi´on de esta plataforma basada en el microcontrolador ATmeg1280. Sus caracteristicas principales son:
Voltaje de funcionamiento: 5V
Voltaje de entrada: 7-12 V
Voltaje de entrada : 6-20V
Pines E/S digitales:54
Pines de entrada anal´ogica: 16
Intensidad por pin: 16
Intensidad en pin: 3.3V
Memoria Flash: 3.3V
EEPROM : 4 KB
2.2 Tecnolog´ıas de Hardware
Para extender la funcionalidad de la plataforma, existen tarjetas llamadas escudos que se conectan a la placa principal.
El escudo Ethernet permite a una placa Arduino conectarse a una red por medio del protocolo Ethernet. Est´a tarjeta esta basada en el chip Wiznet W5100. La placa principal usa los pines digitales 10, 11, 12, y 13 para comunicarse con el W5100 en el escudo ethernet, por lo que estos pines no pueden usarse como entradas y salidas.
El escudo Ethernet contiene los siguientes LEDs informativos:
PWR: Indica que la placa y la shield est´an alimentadas
LINK: Indica cuando existe un enlace de red y parpadea cuando la shield env´ıa o recibe datos
FULLD: indica que la conexi´on de red es full duplex
RX: Parpadea al recibir datos
TX: Parpadea al enviar datos
Figura 2.7. Escudo Arduino Ethernet.
2.2.2.
Sensores
Un sensor es un dispositivo el cual es capaz de detectar magnitudes f´ısicas o qu´ımicas, y transformarlas en variables el´ectricas.
2.2.3.
Sensores Meteorol´
ogicos
Sensor de Temperatura
Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de tempera-tura en cambios en se˜nales el´ectricas que son procesados por equipo el´ectrico o electr´onico.
Sensor de Humedad
Un sensor de humedad es un dispositivo que mide la humedad relativa en un ´area dada. Este sensor puede ser utilizado tanto en interiores y exteriores. Los sensores de humedad est´an disponibles en formas tanto anal´ogicas como digitales.
Sensor ´Optico
Los sensores ´opticos son dispositivos que funcionan con luz, este tipo de sensores poseen tanto el emisor como el receptor en un mismo encapsulado.
Trabajan por reflexi´on de la luz, es decir, el emisor emite y si esta luz es reflejada por un objeto, el receptor lo detecta.
Este tipo de sensor se caracteriza por ser muy sensible.
Motor el´ectrico sin escobillas
Este motor conocido tambi´en como ”brushless”se caracteriza por no usar escobillas para realizar el cambio de polaridad del rotor. El motor brushless al no poseer escobillas no produce rozamiento ni genera fricci´on tampoco producen calor o ruido al contrario aumentan su rendimiento y no requieren de mucho mantenimiento.
Figura 2.8. Motor el´ectrico sin escobillas.
2.3.
Tecnolog´ıas de Software
2.3 Tecnolog´ıas de Software
2.3.1.
Sistemas de gesti´
on de bases de datos
Un Sistema de Gesti´on de Bases de Datos (SGBD) es un conjunto de programas que permiten la manipulaci´on de las bases de datos, es decir, el almacenamiento, modificaci´on y extracci´on de la informaci´on en una base de datos, adem´as de proporcionar herramientas para a˜nadir, borrar, modificar y analizar los datos.
Los SGBD tambi´en proporcionan m´etodos para mantener la integridad de los datos, para administrar el acceso de usuarios a los datos.
MySQL
MySQL es un sistema de gesti´on de bases de datos relacionales muy completo, multi-plataforma y utilizado para aplicaciones web.
Este SGBD es ideal para la creaci´on de bases de datos con acceso desde p´aginas web din´amicas, as´ı como para la creaci´on de cualquier otra soluci´on que implique el almace-namiento de datos, posibilitando realizar m´ultiples y r´apidas consultas.
2.3.2.
Plataforma de programaci´
on
A continuaci´on se describen los lenguajes de programaci´on y herramientas utilizadas.
Plataforma Java
Java es un lenguaje de programaci´on que fue creado por James Gosling de Sun Mi-crosystems y publicado en el 1995 como un componente fundamental de la plataforma Java de Sun Microsystems [diaz˙java˙2003].
Los caracter´ısticas mas importantes de Java son cinco, la programaci´on orientada a objetos, la posibilidad de ejecutar un mismo programa en diversos sistemas operativos, la inclusi´on por defecto de soporte para trabajo en red, la opci´on de ejecutar el c´odigo en sistemas remotos de manera segura y la facilidad de uso.
Java cuenta con una manera sencilla para acceder y comunicarse con un SGBD, lla-mada JDBC. JDBC es una API de Java para ejecutar sentencias SQL, consta de un conjunto de clases e interfaces las cuales est´an escritas en lenguaje de programaci´on Java [speegle˙jdbc:˙2002].
Para el desarrollo de aplicaciones complejas que cuenten por naturaleza con una arqui-tectura Cliente - Servidor, Java nos provee de su plataforma. Java Platform Enterprise Edition o Java EE es una plataforma de programaci´on para desarrollar y ejecutar softwa-re de aplicaciones que permite utilizar arquitecturas de N capas distribuidas y se apoya ampliamente en componentes de software modulares ejecut´andose sobre un servidor de aplicaciones. Esta plataforma esta orientada principalmente al desarrollo de aplicaciones web.
Transferencia de Estado Representacional
Transferencia de Estado Representacional (REST) es una t´ecnica de arquitectura de software y tiene sus inicios por el a˜no 2000. REST se refiere a una colecci´on de principios arquitect´onicos por los cuales se dise˜nan servicios web haciendo foco en los recursos del sistema, incluyendo c´omo se accede al estado de dichos recursos y c´omo se transfieren por HTTP hacia clientes escritos en diversos lenguajes [richardson˙restful˙2008]. REST emergi´o en los ´ultimos a˜nos como el modelo predominante para el dise˜no de servicios.
Una implementaci´on de un servicio web REST se caracteriza por cuatro principios fundamentales:
Uso de m´etodos HTTP.
Prescindir del estado de la comunicaci´on.
Exponer URL’s con forma de directorios
Transferencia de informaci´on mediante XML o JavaScript Object Notation (JSON).
JSON es un formato ligero para el intercambio de datos, basado en la sintaxis del lenguaje de programaci´on JavaScript. JSON es legible e independiente de la plataforma, adem´as de tener a su disposici´on implementaciones en una amplia gama de lenguajes de programaci´on.
La plataforma Java EE provee del est´andar JAX-RS que nos permite el desarrollo de sistemas usando la arquitectura REST. El servidor TomEE provee una implementaci´on de este est´andar.
Plataforma Web
HTMLes el acr´onimo de HyperText Markup Language.Es un lenguaje de hipertexto, es otras palabras permite escribir texto de forma estructurada.Esta compuesto por etiquetas, que marcan el inicio y fin de cada elemento del documento.
Con el paso del tiempo han surgido diferentes versiones, a las cuales se han incorporado y suprimido caracter´ısticas, con el fin de hacerlo m´as eficiente y facilitar el desarrollo de p´aginas web compatibles con distintos navegadores y plataformas.
Javascript es un lenguaje de programaci´on que se utiliza para la creaci´on de paginas web din´amica [maza˙javascript˙2012], gracias a su compatibilidad con la mayor´ıa de los navegadores modernos, es un lenguaje de programaci´on muy utilizado.
Ajax es una forma de desarrollo web para crear aplicaciones interactivas.El desarrollo de aplicaciones web siguiendo el esquema AJAX se basa en realizar la interfaz con el cliente mediante p´aginas web e interactuar de forma as´ıncrona con el servidor en segun-do plano sin necesidad de recargar las p´aginas, como ocurr´ıa en el modelo tradicional [olson˙ajax˙2007].
2.3 Tecnolog´ıas de Software
Jquery fue creado por John Resig, es un framework de JavaScript.Es decir es un pro-ducto que sirve como base para la programaci´on avanzada de aplicaciones, que aporta una serie de funciones o c´odigos para realizar tareas habituales. Un framework son un conjunto de librer´ıas de c´odigo que contienen procesos o rutinas ya listos para usar. Se emplean los frameworks para as´ı no tener que desarrollar las tareas m´as b´asicas, puesto que en el propio framework ya hay implementaciones que est´an probadas, funcionan y no se necesitan volver a programar.
RGraph es una biblioteca basada en JavaScript gratuita y construida para gr´aficos web. RGraph crea los graficos de HTML5 en el navegador web utilizando JavaScript, lo que significa p´aginas web m´as r´apidas y con menos carga del servidor web. Esto lleva a los peque˜nos tama˜nos de p´agina, menores costos y sitios web m´as r´apidos.
Herramientas de Software
Eclipse es una plataforma de desarrollo compuesta por un conjunto de herramientas de programaci´on de c´odigo abierto multiplataforma. Esta plataforma, t´ıpicamente ha sido usada para desarrollar entornos de desarrollo integrados (del ingl´es IDE), como el IDE de Java llamado Java Development Toolkit (JDT) y el compilador (ECJ) que se entrega como parte de Eclipse (y que son usados tambi´en para desarrollar el mismo Eclipse).
3 Desarrollo
En este apartado se describe el desarrollo hardware y software del prototipo de la estaci´on meteorol´ogica.
3.1.
Desarrollo del Hardware
En la figura 3.1 se muestran los elementos que integran el prototipo de la estaci´on meteorol´ogica.
Figura 3.1. Diagrama del prototipo did´actico de la estaci´on meteorol´ogico.
En los apartados siguientes se describir´a cada uno de estos elementos.
3.1.1.
Anem´
ometro
La elecci´on de los materiales fue crucial en la construcci´on del dispositivo ya que est´an directamente relacionados con su buen funcionamiento, es decir, deben ser muy ligeros.
La construcci´on los elementos que componen el anem´ometro se describe continuaci´on:
Cazoletas: Fueron construidas por la mitad de un flotador pl´astico ver figura 3.2.
Figura 3.2. Cazoleta.
Varillas: Son las encargadas de soportar las cazoletas, se dise˜naron con aluminio esto debido a su baja densidad.Fue necesario realizar cuerda en ambas orillas de estas, para con ello poder fijar un extremo al eje del anem´ometro y el otro a las cazoletas.
Figura 3.3. Varillas.
Estas varillas poseen una longitud de 32cm.
Eje: Este fu´e fabricado con un motor brushless el cual no posee escobillas, por lo que se reduce la fricci´on y el calor, a este motor se le realizaron 4 orificios ver figura 3.4.
Figura 3.4. Motor con orificios para los soportes de las cazoletas.
3.1 Desarrollo del Hardware
Figura 3.5. Eje del anem´ometro.
Cada uno de los componentes mencionados anteriormente fueron fijados como se mues-tra en la siguiente figura.
Figura 3.6. Anem´ometro ensamblado.
Figura 3.7. Circunferencia para ´area de sensado.
Para el desarrollo de la electr´onica del anem´ometro se emple´o el sensor ´optico CNY70 (ver 6.1.1) debido que posee un muy buen tiempo de respuesta con lo cual se obtienen mediciones precisas .
Figura 3.8. Sensor ´Optico.
3.1 Desarrollo del Hardware
Figura 3.9. Configuraci´on del sensor ´optico.
Puesto que la salida del sensor es proporcional con la cantidad de rayo reflectado por el objeto; se conecto a esta un buffer trigger-schmitt (ver 6.1.2) con el objetivo de obtener una salida l´ogica, es decir, este sistema se encarga de distinguir entre blanco y negro.
El diagrama esquem´atico es mostrado en la figura 3.10
Figura 3.10. Conexi´on del sensor ´optico.
Figura 3.11. Dise˜no de la tarjeta de circuito impreso para el anem´ometro.
La figura 3.12 muestra la tarjeta finalizada.
Figura 3.12. Tarjeta para medir la rotaci´on del anem´ometro .
3.1 Desarrollo del Hardware
con la finalidad de facilitar la conexi´on.
Esta placa fue fijada a la parte inferior del motor brushless, a una distancia menor a 50mm de la circunferencia ver figura 3.7.
Figura 3.13. Distancia del montaje entre la tarjeta y sensor.
Es de suma importancia la distancia existente entre la circunferencia y el sensor ya que de ello depende que el sensor sea capaz de detectar el cambio de blanco a negro.
3.1.2.
Veleta
La veleta es el dispositivo que indica la direcci´on del viento por lo que una de sus caracter´ısticas primordiales es que al igual forma que el anem´ometro los materiales deben ser muy ligeros.
La construcci´on de los elementos que componen la veleta es descrita continuaci´on:
Direcci´on y cola: Estas dos partes de la veleta se dise˜naron de sintra el cual es un material ligero, r´ıgido y resistente.
Varilla: Esta posee una dimensi´on es de 60.5 cm y fue dise˜nada de material pl´astico.
Eje: Para esta parte de la veleta fue empleado un motor brushless, el cual se fijo a una tapa de PVC de 12 cm de di´ametro.
6 cm 13.5 cm 53 cm 20 cm
37.5 cm
92.5 cm
30 cm 2 cm 20 cm
Figura 3.14. Diagrama de la veleta.
Para fijar la veleta al eje fue necesario encontrar el centro de masa, es decir su punto de equilibrio.El centro de masa se puede apreciar como un punto gris en la figura 3.14.
Cada uno de los elementos anteriormente descritos fueron ensamblados como se muestra en la figura 3.15.
Figura 3.15. Veleta ensamblada
Para el desarrollo de la electr´onica al igual que en el anem´ometro se emplearon sensores ´opticos CNY70.Los cuales se encargan de notificar al microcontrolador cual es la direcci´on de la veleta.
3.1 Desarrollo del Hardware
Figura 3.16. Dise˜no de la tarjeta de circuito impreso para la veleta
El dise˜no de la tarjeta ya finalizada se muestra en la figura 3.17.
Figura 3.17. Tarjeta para detectar la orientaci´on de la veleta.
objetivo de que mediante el paso de la linea negra se activen los sensores CNY70 y con ello poder determinar orientaci´on de esta.
3.1.3.
Term´
ometro e higr´
ometro
Para las mediciones de temperatura se empleo el circuito integrado lm35 (ver 6.1.4) el cual es un sensor con una precisi´on de 1 grado cent´ıgrado, la salida es lineal y cada grado cent´ıgrado es equivalente a 10mV.
Figura 3.18. Sensor de Temperatura LM35.
Las principales caracter´ısticas que presenta este sensor son las siguientes:
Calibrado en grados Celsius
La tensi´on de salida es proporcional a la temperatura
Alimentaci´on 4-30 V
Rango configurable
Velocidad de Respuesta 40 microsegundos
Bajo costo
3.1 Desarrollo del Hardware
Figura 3.19. Diagrama de configuraci´on para rango completo del sensor de temperatura
Donde R1 se calcula de la siguiente forma:
R = V cc
,00005A (3.1)
Sustituyendo valores
R = 5
,00005A = 10000ohms (3.2)
Por lo tanto la resistencia adecuada para la configuraci´on deseada es de 10kilo ohms.
Figura 3.20. Configuraci´on del LM35 con un rango de -55 a 155 grados cent´ıgrados.
Se implementaron en el proyecto dos sensores de temperatura esto con la finalidad de tener una medici´on mas precisa.
Figura 3.21. Sensor de Humedad HMZ433A.
Este sensor de humedad posee las siguientes caracteristicas:
Alimentaci´on 5 V
Voltaje de Salida 0-3.3V
Rango 20-90 Humedad Relativa
El dise˜no de la tarjeta de circuito impreso para los sensores de temperatura y humedad se muestra en la figura 3.22.
Figura 3.22. Dise˜no de la tarjeta de circuito impreso del term´ometro e higr´ometro.
3.1 Desarrollo del Hardware
Figura 3.23. Tarjeta para medir la humedad y temperatura.
3.1.4.
Tarjeta Principal
Para realizar la conexi´on de las placas mostradas previamente se realiz´o el dise˜no de una tarjerta de circuito impreso que permitiera la conexi´on de estas y su vez al microcon-trolador arduino.
El dise˜no de la tarjeta de circuito impreso se muestra en la figura 3.24
La tarjeta terminada se muestra en la figura 3.25
Figura 3.25. Tarjeta principal.
3.1.5.
Protecci´
on
El modulo de protecci´on fue dise˜nado con el objetivo de resguardar el microcontrolador, la tarjeta para medir la humedad y temperatura as´ı como tambi´en para resguardar el router.
Figura 3.26. Modulo de protecci´on.
3.1.6.
Base para la Estaci´
on Meteorol´
ogica
3.1 Desarrollo del Hardware
funcionamiento por lo que para conseguir esto se emplearon patas ajustables, ver figura 3.27.
Figura 3.27. Patas Niveladoras.
Mediante las patas ajustables es posible balancear la tabla y con ayuda de 4 niveles de burbuja adheridos a la tabla es posible verificar que la estaci´on se encuentre en condiciones necesarias para su buen funcionamiento.
Figura 3.28. Niveles de burbuja.
3.2 Desarrollo del Software
3.2.
Desarrollo del Software
El software desarrollado para el proyecto puede dividirse principalmente en tres com-ponentes:
Componente de Medici´on. Software que se ejecuta en la plataforma Arduino encar-gado de realizar mediciones meteorol´ogicas y reportarlas al componente de Servicios.
Componente de Servicios. Software que expone un conjunto de servicios para alma-cenar y consultar las mediciones meteorol´ogicas a los otros dos componentes.
Componente de Interfaz de Usuario. Software que proporciona una interfaz gr´afica web que muestra las mediciones meteorol´ogicas.
3.2.1.
Componente de Medici´
on
Este software esta implementado en el lenguaje de programaci´on C sobre la plataforma Arduino. Su funci´on es realizar mediciones peri´odicas de los sensores desarrollados. De manera general, su flujo se muestra en la figura 3.30.
3.2.2.
Componente de Servicios
Este componente realiza dos funciones, en primer lugar proporciona servicios para alma-cenar y acceder a las mediciones, adem´as, ejecuta un proceso que peri´odicamente calcula y almacena un promedio de las mediciones ocurridas durante este lapso. La figura 3.31 muestra el diagrama de clases de este componente.
Figura 3.31. Diagrama de clases resumido.
Base de Datos
El dise˜no de la base de datos se muestra en la figura 3.32.
Figura 3.32. Diagrama entidad relaci´on de la base de datos.
La funci´on que cumplen las tablas es la siguiente:
measure. Almacena las mediciones que entregadas por el componente de Medici´on.
normalized measure. Almacena un historial de promedios de mediciones. Cada pro-medio representa el conjunto de mediciones ocurridas cada 10 minutos.
3.2 Desarrollo del Software
Figura 3.33. Diagrama de clases para el acceso a base de datos.
Interfaz de Servicios
Los siguientes servicios son expuestos utilizando una arquitectura REST y el formato JSON:
Guardar medici´on (URL/measure/save). Almacena una medici´on en la tablameasure.
Listar mediciones (URL/list?s=inicio&e=fin). Lista las mediciones que ocurrieron entre inicio y fin.
MeasureResource es la clase que proporciona el acceso a los servicios, su diagrama de clases se muestra en el figura 3.34.
Figura 3.34. Diagrama de clases para el acceso a base de datos.
Proceso generador de promedios
El componente cuenta con un proceso que se ejecuta a intervalos peri´odicos, cada 10 minutos de manera indefinida. En cada ejecuci´on el proceso realiza estas dos tareas:
Guardar medici´on (URL/measure/save). Almacena una medici´on en la tablameasure.
Listar mediciones (URL/list?s=inicio&e=fin). Lista las mediciones que ocurrieron entre inicio y fin.
Listar promedio de mediciones (URL/listNormalized?s=inicio&e=fin). Lista los pro-medios de medicionesgenerados entre inicio y fin.
ContextListener y NormalizedMeasureGenerator son las clases que proporciona esta funcionalidad, su diagrama de clases se muestra en el figura 3.35.
3.2 Desarrollo del Software
3.2.3.
Componente de Interfaz de Usuario
Proporciona una pagina web interactiva que consta de dos pesta˜nas en las que se mues-tran las mediciones. La primera pesta˜na presenta las mediciones obtenidas en tiempo real del hardware. En la figura 3.36 se muestra esta pesta˜na.
.
Figura 3.36. Gr´afica de la temperatura en con mediciones de tiempo real.
En la parte inferior de la pesta˜na se encuentran instrumentos que muestran los valores correspondientes a la medici´on al presionar un punto sobre la gr´afica.
Figura 3.37. Instrumentos de medici´on.
En la segunda pesta˜na se presenta una gr´afica que muestra los promedios de las medi-ciones.
.
4 Pruebas y resultados
En este apartado se muestran las pruebas y resultados realizados para comprobar la fiabilidad del proyecto.
4.1.
Funcionamiento
El diagrama que muestra el funcionamiento del prototipo did´actico de la estaci´on me-teorol´ogica se puede observar en la figura 4.1
Figura 4.1. Funcionamiento del prototipo did´actico de la estaci´on meteorol´ogica monito-reado de forma remota.
4.2.
Pruebas
Se realiz´o una comparativa entre las mediciones representativas generadas por el pro-totipo y mediciones de un servicio meteorol´ogico publico llamado OpenWeatherMap.
En la figura 4.2 se muestra gr´afica comparativa de las mediciones de humedad.
Figura 4.2. Gr´afica comparativa de humedad.
La gr´afica en azul nos muestra las mediciones obtenidas por OpenWeatherMap mientras que la gr´afica en rojo nos muestra las mediciones obtenidas de la estaci´on.
En la figura 4.3 se muestra gr´afica comparativa de las mediciones de temperatura.
4.3 Estimaci´on de costos
En la figura 4.4 se muestra gr´afica comparativa de las mediciones de velocidad. De esta figura se puede observar que hay variaciones significativas en las mediciones de ambos sistemas, esto debido a que se encuentran en lugares distintos.
Figura 4.4. Gr´afica comparativa de velocidad.
En las pruebas mencionadas anteriormente, se puede apreciar que las mediciones produ-cidas por el prototipo son confiables, ya que al comparar sus mediciones con las otorgadas por el servicio meteorol´ogico OpenWeatherMap son muy similares.
4.3.
Estimaci´
on de costos
Figura 4.5. Tabla de costos para el Hardware.
Considerando que el sueldo de un ingeniero es aproximadamente de 30,000 pesos men-suales, realizando el calculo para obtener el ingreso por hora, resulta un aproximado de 150 pesos.
Las horas dedicadas al desarrollo del proyecto fueron aproximadamente 500, conside-rando el anterior calculo se tiene el desarrollo de este proyecto tendr´ıa un costo de mano de obra aproximado de 75,000 pesos.
5 Conclusiones
Una vez concluido el proyecto, los resultados que podemos sintetizar son los siguientes:
Fue posible dise˜nar y construir componentes de hardware conformados por disposi-tivos mec´anicos y tarjetas electr´onicas que pudieran producir medidas fiables de las variables meteorol´ogicas propuestas.
Fue posible dise˜nar e implementar un software para interactuar y registrar la infor-maci´on producida por los componentes de hardware de forma exitosa.
Fue posible dise˜nar e implementar un software que por medio de un sitio web que permite monitorear e interpretar de manera remota los resultados producidos por los componentes de hardware.
6 Anexos
6.1.
Hardware
CNY70
www.vishay.com
Vishay Semiconductors
Reflective Optical Sensor with Transistor Output
DESCRIPTION
The CNY70 is a reflective sensor that includes an infrared emitter and phototransistor in a leaded package which blocks visible light.
FEATURES
• Package type: leaded • Detector type: phototransistor
• Dimensions (L x W x H in mm): 7 x 7 x 6 • Peak operating distance: < 0.5 mm
• Operating range within > 20 % relative collector current: 0 mm to 5 mm
• Typical output current under test: IC = 1 mA
• Emitter wavelength: 950 nm • Daylight blocking filter
• Lead (Pb)-free soldering released
• Material categorization: For definitions of compliance
please see www.vishay.com/doc?99912
APPLICATIONS
• Optoelectronic scanning and switching devices i.e., index sensing, coded disk scanning etc. (optoelectronic encoder assemblies).
Notes
(1) CTR: current transfere ratio, I out/Iin
(2) Conditions like in table basic charactristics/sensors
Note
(1) MOQ: minimum order quantity
E D Top view Marking area 19158_1 21835 PRODUCT SUMMARY PART NUMBER DISTANCE FOR MAXIMUM CTRrel(1)
(mm)
DISTANCE RANGE FOR RELATIVE Iout > 20 %
(mm)
TYPICAL OUTPUT CURRENT UNDER TEST (2)
(mA)
DAYLIGHT BLOCKING FILTER
INTEGRATED
CNY70 0 0 to 5 1 Yes
ORDERING INFORMATION
ORDERING CODE PACKAGING VOLUME (1) REMARKS
CNY70 Tube MOQ: 4000 pcs, 80 pcs/tube
-ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (Tamb = 25 °C, unless otherwise specified)
PARAMETER TEST CONDITION SYMBOL VALUE UNIT
COUPLER
Total power dissipation Tamb≤ 25 °C Ptot 200 mW
Ambient temperature range Tamb - 40 to + 85 °C
Storage temperature range Tstg - 40 to + 100 °C
Soldering temperature Distance to case 2 mm, t £ 5 s Tsd 260 °C
INPUT (EMITTER)
Reverse voltage VR 5 V
Forward current IF 50 mA
Forward surge current tp≤ 10 μs IFSM 3 A
Power dissipation Tamb≤ 25 °C PV 100 mW
CNY70
www.vishay.com
Vishay Semiconductors
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS
Fig. 1 - Power Dissipation vs. Ambient Temperature
Notes
(1) Measured with the “Kodak neutral test card”, white side with 90 % diffuse reflectance (2) Measured without reflecting medium
OUTPUT (DETECTOR)
Collector emitter voltage VCEO 32 V
Emitter collector voltage VECO 7 V
Collector current IC 50 mA
Power dissipation Tamb≤ 25 °C PV 100 mW
Junction temperature Tj 100 °C
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (Tamb = 25 °C, unless otherwise specified)
PARAMETER TEST CONDITION SYMBOL VALUE UNIT
0 100 200 300 0 95 11071
P - Power Dissipation (mW)
Tamb- Ambient Temperature (°C) IR - diode
Coupled device
Phototransistor
25 50 75 100
BASIC CHARACTERISTICS (Tamb = 25 °C, unless otherwise specified)
PARAMETER TEST CONDITION SYMBOL MIN. TYP. MAX. UNIT
COUPLER
Collector current VCE = 5 V, IF = 20 mA,
d = 0.3 mm (figure 1) IC
(2) 0.3 1.0 mA
Cross talk current VCE = 5 V, IF = 20 mA, (figure 2) ICX(3) 600 nA
Collector emitter saturation voltage
IF = 20 mA, IC = 0.1 mA,
d = 0.3 mm (figure 1) VCEsat
(2) 0.3 V
INPUT (EMITTER)
Forward voltage IF = 50 mA VF 1.25 1.6 V
Radiant intensity IF = 50 mA, tp = 20 ms Ie 7.5 mW/sr
Peak wavelength IF = 100 mA λP 940 nm
Virtual source diameter Method: 63 % encircled energy d 1.2 mm
OUTPUT (DETECTOR)
Collector emitter voltage IC = 1 mA VCEO 32 V
Emitter collector voltage IE = 100 μA VECO 5 V
1. General description
The HEF40106B provides six inverting buffers. Each input has a Schmitt trigger circuit. The inverting buffer switches at different points for positive-going and negative-going signals. The difference between the positive voltage (VT+) and the negative voltage (VT) is defined as hysteresis voltage (VH).
The HEF40106Bmay be used for enhanced noise immunity or to “square up” slowly changing waveforms.
It operates over a recommended VDD power supply range of 3 V to 15 V referenced to VSS (usually ground). Unused inputs must be connected to VDD, VSS, or another input.
2. Features and benefits
Schmitt trigger input discrimination
Fully static operation
5 V, 10 V, and 15 V parametric ratings
Standardized symmetrical output characteristics
Specified from 40C to +125C
Complies with JEDEC standard JESD 13-B
3. Applications
Wave and pulse shapers
Astable multivibrators
Monostable multivibrators
4. Ordering information
HEF40106B
Hex inverting Schmitt trigger
Rev. 7 — 21 November 2011 Product data sheet
Table 1. Ordering information
All types operate from 40C to +125C
Type number Package
Name Description Version
HEF40106BP DIP14 plastic dual in-line package; 14 leads (300 mil) SOT27-1
HEF40106BT SO14 plastic small outline package; 14 leads; body width 3.9 mm SOT108-1
HEF40106B All information provided in this document is subject to legal disclaimers. © NXP B.V. 2011. All rights reserved. Hex inverting Schmitt trigger
5. Functional diagram
6. Pinning information
6.1 Pinning
Fig 1. Functional diagram Fig 2. Logic diagram (one inverting buffer)
mna204 1A 1Y 1 2 2A 2Y 3 4 3A 3Y 5 6 4A 4Y 9 8 5A 5Y 11 10 6A 6Y 13 12 mna025 A Y
Fig 3. Pin configuration
HEF40106B
1A VDD
1Y 6A
2A 6Y
2Y 5A
3A 5Y
3Y 4A
VSS 4Y
6.1 Hardware
MA Series: Multilayer Surface Mount
HMZ-433A
•Wide humidity operation range •Linear DC output
•Long term stability •Small and economical
•Temperature sensing included •RoHS Compliant
FEATURES The HMZ-433A is a humidity and
temperature sensing module that can be installed in a wide range of
applications. This module requires no additional engineering and has specified inputs and outputs. INTRODUCTION
APPLICATIONS
•Airconditioner, Humidifier, Dehumidifier •Humidity Controller, Humidity transmitter •Hygrometer, Hygro-recorder
•Copy machines, Data Equipment •Appliance
•Weather forecast Equipment
ELECTRICAL CHARACTERISTICS
Humidity Output
(At 25°C, Vin=5Vdc)
*See Figure A
Sensing Element (Humidity) HMZ-433A, Ghitron HCZ-H6A
Supply Voltage (VIN) Current Consumption Operating Range
5Vdc+5%
Storage Range
5mA max (2mA average.)
0 to 60°C
Humidity Transmitting Range
Accuracy at 25°C(+0.5°C)
95% RH or Less
-20 to 60°C 95% RH or Less
30 to 90% RH
+5%RH (at 60%RH, Vin=5Vdc)
Temperature Response (50k¿+1% thermistor)
*See Figure B
Temp (°C)
Resistance (k¿
0 160.56 10 98.71 20 62.32 25 50 30 40.3 40 26.75 50 18.8 60 12.5 *Connector is 2317RJ-04 (4 pins, 2.5mm pitch)
Thermistor R-T curve 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Temperature (C) R e s is ta n c e (K o h m s ) FIGURE B
HOW TO USE IN CIRCUIT
30% RH 40% RH 50% RH 60% RH 70% RH 80% RH 90% RH 15°C 1.23 1.39 1.65 2.01 2.28 2.47 2.82 20°C 1.09 1.32 1.65 2.00 2.21 2.46 2.77 25°C 1.02 1.30 1.64 1.98 2.25 2.45 2.73 30°C 0.94 1.20 1.60 1.97 2.22 2.41 2.71 35°C 0.83 1.14 1.58 1.94 2.15 2.42 2.70 40°C 0.78 1.13 1.62 1.95 2.16 2.42 2.67 HMZ Module Humidity Output 0~3.3V v.s. Temperature Characterisics
C>0.1uf Humidity Circuit Block Pin1 Pin2 Pin3 Power (+5V)
Humidity Output (DC:V) GND O u tp u t V o lt a g e (V )
Relative Humidity (%RH)
FIGURE A
Humidity Output 0~3.3V characteristics
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00
20 30 40 50 60 70 80 90 100
HUMIDITY & TEMPERATURE MODULE
HMZ-433A
Thermistor Circuit Block Power (+5V) GNDTemperature Output (DC:V) Pin1
TL/H/5516
LM35/LM35A/LM35C/LM35CA/LM35D
Precision
Centigrade
Temperature
Sensors
December 1994LM35/LM35A/LM35C/LM35CA/LM35D
Precision Centigrade Temperature Sensors
General Description
The LM35 series are precision integrated-circuit tempera-ture sensors, whose output voltage is linearly proportional to the Celsius (Centigrade) temperature. The LM35 thus has an advantage over linear temperature sensors calibrated in§ Kelvin, as the user is not required to subtract a large con-stant voltage from its output to obtain convenient Centi-grade scaling. The LM35 does not require any external cali-bration or trimming to provide typical accuracies ofg(/4§C at room temperature andg*/4§C over a fullb55 toa150§C temperature range. Low cost is assured by trimming and calibration at the wafer level. The LM35’s low output imped-ance, linear output, and precise inherent calibration make interfacing to readout or control circuitry especially easy. It can be used with single power supplies, or with plus and minus supplies. As it draws only 60mA from its supply, it has very low self-heating, less than 0.1§C in still air. The LM35 is rated to operate over a b55§ to a150§C temperature range, while the LM35C is rated for a b40§ to a110§C range (b10§with improved accuracy). The LM35 series is
available packaged in hermetic TO-46 transistor packages, while the LM35C, LM35CA, and LM35D are also available in the plastic TO-92 transistor package. The LM35D is also available in an 8-lead surface mount small outline package and a plastic TO-202 package.
Features
Y Calibrated directly in§Celsius (Centigrade)
Y Lineara10.0 mV/§C scale factor
Y 0.5§C accuracy guaranteeable (ata25§C)
Y Rated for fullb55§toa150§C range
Y Suitable for remote applications
Y Low cost due to wafer-level trimming
Y Operates from 4 to 30 volts Y Less than 60mA current drain Y Low self-heating, 0.08§C in still air Y Nonlinearity onlyg(/4§C typical
Y Low impedance output, 0.1Xfor 1 mA load
Connection Diagrams
TO-46
Metal Can Package*
TL/H/5516 – 1
*Case is connected to negative pin (GND)
Order Number LM35H, LM35AH, LM35CH, LM35CAH or LM35DH See NS Package Number H03H
TO-92 Plastic Package
TL/H/5516 – 2
Order Number LM35CZ, LM35CAZ or LM35DZ See NS Package Number Z03A
SO-8
Small Outline Molded Package
TL/H/5516 – 21
Top View
N.C.eNo Connection
Order Number LM35DM See NS Package Number M08A
TO-202 Plastic Package
TL/H/5516 – 24
Order Number LM35DP See NS Package Number P03A
Typical Applications
TL/H/5516 – 3
FIGURE 1. Basic Centigrade Temperature
Sensor (a2§C toa150§C)
TL/H/5516 – 4
Choose R1e bVS/50mA
VOUTe a1,500 mV ata150§C
e a250 mV ata25§C
e b550 mV atb55§C
FIGURE 2. Full-Range Centigrade Temperature Sensor
TRI-STATEÉis a registered trademark of National Semiconductor Corporation.
Office/Distributors for availability and specifications.
Supply Voltage a35V tob0.2V
Output Voltage a6V tob1.0V
Output Current 10 mA
Storage Temp., TO-46 Package, b60§C toa180§C TO-92 Package, b60§C toa150§C SO-8 Package, b65§C toa150§C TO-202 Package, b65§C toa150§C Lead Temp.:
TO-46 Package, (Soldering, 10 seconds) 300§C TO-92 Package, (Soldering, 10 seconds) 260§C TO-202 Package, (Soldering, 10 seconds) a230§C
§
Infrared (15 seconds) 220§C
ESD Susceptibility (Note 11) 2500V
Specified Operating Temperature Range: TMINto TMAX (Note 2)
LM35, LM35A b55§C toa150§C
LM35C, LM35CA b40§C toa110§C
LM35D 0§C toa100§C
Electrical Characteristics(Note 1)(Note 6)
LM35A LM35CA
Parameter Conditions Tested Design Tested Design Units
Typical Limit Limit Typical Limit Limit (Max.)
(Note 4) (Note 5) (Note 4) (Note 5)
Accuracy TAe a25§C g0.2 g0.5 g0.2 g0.5 §C
(Note 7) TAeb10§C g0.3 g0.3 g1.0 §C
TAeTMAX g0.4 g1.0 g0.4 g1.0 §C
TAeTMIN g0.4 g1.0 g0.4 g1.5 §C
Nonlinearity TMINsTAsTMAX g0.18 g0.35 g0.15 g0.3 §C
(Note 8)
Sensor Gain TMINsTAsTMAX a10.0 a9.9, a10.0 a9.9, mV/§C
(Average Slope) a10.1 a10.1
Load Regulation TAe a25§C g0.4 g1.0 g0.4 g1.0 mV/mA
(Note 3) 0sILs1 mA TMINsTAsTMAX g0.5 g3.0 g0.5 g3.0 mV/mA
Line Regulation TAe a25§C g0.01 g0.05 g0.01 g0.05 mV/V
(Note 3) 4VsV
Ss30V g0.02 g0.1 g0.02 g0.1 mV/V
Quiescent Current VSe a5V,a25§C 56 67 56 67 mA
(Note 9) VSe a5V 105 131 91 114 mA
VSe a30V,a25§C 56.2 68 56.2 68 mA
VSe a30V 105.5 133 91.5 116 mA
Change of 4VsVSs30V,a25§C 0.2 1.0 0.2 1.0 mA
Quiescent Current 4VsVSs30V 0.5 2.0 0.5 2.0 mA
(Note 3)
Temperature a0.39 a0.5 a0.39 a0.5 mA/§C
Coefficient of Quiescent Current
Minimum Temperature In circuit of a1.5 a2.0 a1.5 a2.0 §C
for Rated Accuracy Figure 1 , ILe0
Long Term Stability TJeTMAX, for g0.08 g0.08 §C
1000 hours
Note 1:Unless otherwise noted, these specifications apply:b55§CsTJsa150§C for the LM35 and LM35A;b40§sTJsa110§C for the LM35C and LM35CA; and
0§sTJsa100§C for the LM35D. VSe a5Vdc and ILOADe50mA, in the circuit ofFigure 2. These specifications also apply froma2§C to TMAXin the circuit of
Figure 1 . Specifications inboldfaceapply over the full rated temperature range.
Note 2:Thermal resistance of the TO-46 package is 400§C/W, junction to ambient, and 24§C/W junction to case. Thermal resistance of the TO-92 package is
180§C/W junction to ambient. Thermal resistance of the small outline molded package is 220§C/W junction to ambient. Thermal resistance of the TO-202 package
is 85§C/W junction to ambient. For additional thermal resistance information see table in the Applications section.
Electrical Characteristics(Note 1)(Note 6)(Continued)
LM35 LM35C, LM35D
Parameter Conditions Tested Design Tested Design Units
Typical Limit Limit Typical Limit Limit (Max.)
(Note 4) (Note 5) (Note 4) (Note 5)
Accuracy, TAe a25§C g0.4 g1.0 g0.4 g1.0 §C
LM35, LM35C TAeb10§C g0.5 g0.5 g1.5 §C
(Note 7) TAeTMAX g0.8 g1.5 g0.8 g1.5 §C
TAeTMIN g0.8 g1.5 g0.8 g2.0 §C
Accuracy, TAe a25§C g0.6 g1.5 §C
LM35D TAeTMAX g0.9 g2.0 §C
(Note 7) TAeTMIN g0.9 g2.0 §C
Nonlinearity TMINsT
AsTMAX g0.3 g0.5 g0.2 g0.5 §C
(Note 8)
Sensor Gain TMINsTAsTMAX a10.0 a9.8, a10.0 a9.8, mV/§C
(Average Slope) a10.2 a10.2
Load Regulation TAe a25§C g0.4 g2.0 g0.4 g2.0 mV/mA
(Note 3) 0sILs1 mA TMINsTAsTMAX g0.5 g5.0 g0.5 g5.0 mV/mA
Line Regulation TAe a25§C g0.01 g0.1 g0.01 g0.1 mV/V
(Note 3) 4VsVSs30V g0.02 g0.2 g0.02 g0.2 mV/V
Quiescent Current VSe a5V,a25§C 56 80 56 80 mA
(Note 9) VSe a5V 105 158 91 138 mA
VSe a30V,a25§C 56.2 82 56.2 82 mA
VSe a30V 105.5 161 91.5 141 mA
Change of 4VsVSs30V,a25§C 0.2 2.0 0.2 2.0 mA
Quiescent Current 4VsVSs30V 0.5 3.0 0.5 3.0 mA
(Note 3)
Temperature a0.39 a0.7 a0.39 a0.7 mA/§C
Coefficient of Quiescent Current
Minimum Temperature In circuit of a1.5 a2.0 a1.5 a2.0 §C
for Rated Accuracy Figure 1 , ILe0
Long Term Stability TJeTMAX, for g0.08 g0.08 §C
1000 hours
Note 3:Regulation is measured at constant junction temperature, using pulse testing with a low duty cycle. Changes in output due to heating effects can be
computed by multiplying the internal dissipation by the thermal resistance.
Note 4:Tested Limits are guaranteed and 100% tested in production.
Note 5:Design Limits are guaranteed (but not 100% production tested) over the indicated temperature and supply voltage ranges. These limits are not used to
calculate outgoing quality levels.
Note 6:Specifications inboldfaceapply over the full rated temperature range.
Note 7:Accuracy is defined as the error between the output voltage and 10mv/§C times the device’s case temperature, at specified conditions of voltage, current,
and temperature (expressed in§C).
Note 8:Nonlinearity is defined as the deviation of the output-voltage-versus-temperature curve from the best-fit straight line, over the device’s rated temperature
range.
Note 9:Quiescent current is defined in the circuit ofFigure 1 .
Note 10:Absolute Maximum Ratings indicate limits beyond which damage to the device may occur. DC and AC electrical specifications do not apply when
operating the device beyond its rated operating conditions. See Note 1.
Note 11:Human body model, 100 pF discharged through a 1.5 kXresistor.
Note 12:See AN-450 ‘‘Surface Mounting Methods and Their Effect on Product Reliability’’ or the section titled ‘‘Surface Mount’’ found in a current National
Semiconductor Linear Data Book for other methods of soldering surface mount devices.
Junction to Air Thermal Time Constant in Still Air
Thermal Response in Stirred Oil Bath
Minimum Supply Voltage vs. Temperature
Quiescent Current vs. Temperature (In Circuit ofFigure 1 .)
TL/H/5516 – 17
Quiescent Current vs. Temperature (In Circuit ofFigure 2 .)
Accuracy vs. Temperature (Guaranteed)
Accuracy vs. Temperature (Guaranteed)
TL/H/5516 – 18
Start-Up Response Noise Voltage
TL/H/5516 – 22
6.2 C´odigos
6.2.
C´
odigos
6.2.1.
Clase Measure
package pdem.model;
import java.util.Date;
import javax.xml.bind.annotation.XmlRootElement;
@XmlRootElement
public class Measure {
public static final int ES = 0, NE = 1, NO = 2, NW = 3, WE = 4, SW = 5, SO = 6, SE = 7;
private Date createdOn; private int id;
private float relativeHumidity; private float temperature; private int windDirection; private float windSpeed;
public Date getCreatedOn() { return createdOn;
}
public int getId() { return id;
}
public float getTemperature() { return temperature;
}
public float getRelativeHumidity() { return relativeHumidity;
}
public int getWindDirection() { return windDirection;
}
}
public void setId(int id) { this.id = id;
}
public void setCreatedOn(Date createdOn) { this.createdOn = createdOn;
}
public void setTemperature(float temperature) { this.temperature = temperature;
}
public void setRelativeHumidity(float relativeHumidity) { this.relativeHumidity = relativeHumidity;
}
public void setWindDirection(int windDirection) { this.windDirection = windDirection;
}
public void setWindSpeed(float windSpeed) { this.windSpeed = windSpeed;
}
}
6.2.2.
Clase MeasureDB
package pdem.persistence; import java.sql.Connection; import java.text.DateFormat;
import java.text.SimpleDateFormat; import java.sql.DriverManager; import java.sql.ResultSet; import java.sql.SQLException; import java.sql.Statement; import java.util.ArrayList; import java.util.Date; import java.util.List;
