Capítulo 1: Introducción
1. Motivación:
En este punto se manifiestan las circunstancias que dan pie a la realización de este proyecto fin de carrera y las expectativas que éste pretende cubrir.
Con el objetivo de complementar experimentalmente la enseñanza teórica que se ofrece a los alumnos del máster en automática de la Universidad de Sevilla se pretende desarrollar una plataforma en la que poder ensayar algoritmos control y estimación sobre redes de sensores inalámbricas. En particular, la plataforma propuesta monitoriza y controla el movimiento de un robot móvil de bajas prestaciones basándose en la información proporcionada por una red de motas. El proyecto constituye una primera aproximación al problema en la que se pretende evaluar las posibilidades del sistema y determinar posibles soluciones para la integración de los elementos hardware de diferentes naturalezas que aparecen involucrados.
El departamento dispone de todos los elementos necesarios siendo posible realizar esta tarea y permitiendo así aumentar el grado de preparación de los alumnos adscritos a asignaturas que pudieran hacer uso de esta plataforma.
2. Objeto del proyecto:
distribuido basada en red de sensores inalámbrica que permita ensayar diversos algoritmos de control en redes de sensores malladas bajo diversos escenarios de operación. Los elementos de la red transmitirán información a un ordenador central donde se recibirá y se tratará adecuadamente según la finalidad. En particular, uno de los nodos de la red estará dotado de un robot móvil con guiado diferencial que otorgará movilidad a este nodo permitiéndole desplazarse según las ordenes enviadas por el ordenador central que a su vez estarán a voluntad del usuario.
3. Alcance
Se considerará completo el proyecto cuando se haya implementado un escenario con cuatro nodos fijos que transmitan al nodo móvil utilizando el protocolo ZigBee información relevante tales como calidad de la señal, temperatura, luminosidad... (en función de los sensores adaptados al modulo). El nodo móvil deberá estar capacitado para recibir la información de los nodos y enviarla al ordenador donde será almacenada, además procesará y ejecutará los comandos que el ordenador le envíe en cuanto a la gestión de su propio desplazamiento.
De tal forma, el resultado final esperado será similar al indicado en el mímico siguiente:
El mayor problema que se alcanza a intuir durante la realización de este proyecto es la interconexión hardware entre las distintas plataformas y que en caso de no poder ser solucionadas habría que redefinir el alcance del proyecto al no ser posible completar la totalidad de las especificaciones.
4. Antecedentes:
Hasta la década de los 90 todas las redes de sensores estaban formadas por un pequeño numero de sensores conectados entre sí por cables hasta una estación central encargada de procesar los datos. En la actualidad han aparecido numerosos dispositivos electrónicos que permiten el intercambio de información sin necesidad de conexión física entre los miembros de la red. Esta característica facilitó su inserción en múltiples campos, paulatinamente se convirtió en el sustituto de redes cableadas que han evolucionando posibilitando la fabricación de dispositivos baratos, diminutos y de bajo consumo que consiguen una autonomía de años.
Una de las familias de los dispositivos inalámbricos es la utilizada para redes Moteadas. El objeto de este tipo de redes es permanecer inactivo hasta que un evento interno (un temporizador) o externo (temperatura superior a una consigna) acontece, momento en el que se produce la activación del protocolo que tuviese programado y enviando la información a otros nodos de la red que la esperan para a su vez realizar alguna actuación. Esencialmente están constituidos por un microprocesador, sensores y un modulo transmisor/receptor. Atendiendo al bajo coste de estos dispositivos la red podría estar formada por gran cantidad de motas que permitirían describir un medio físico con gran detalle.
Por este motivo, en la actualidad las redes moteadas han sustituido a sus predecesoras redes cableadas al haberse superado ampliamente sus limitaciones. Y no solo se ha quedado ahí, sino que se utilizan en nuevos campos para los que anteriormente no había solución técnica como pueden ser zonas abruptas o con obstáculos.
· Detección de incendios, terremotos, inundaciones, etc. en lugares de difícil acceso. · Sensorización de edificios inteligentes.
· Control de parámetros de tráfico.
· Motorización de un hábitat y mantenimiento en condiciones óptimas. · Control medico.
A pesar de que las motas son dispositivos muy novedosos y aun en fase de mejora, existen numerosos fabricantes que ofrecen productos con las características esenciales esperadas para dispositivos de este calibre; entre los más conocidos se pueden destacar:
5. Metodología y planificación:
Para la realización adecuada del proyecto será necesaria una etapa inicial de documentación y formación en las tecnologías involucradas que permita desenvolverse ampliamente sobre conocimientos de microprocesadores, redes malladas, sensores, programación y en general cualquier tecnología concerniente que permita consumar el proyecto con un grado de aceptación y calidad adecuados para el propósito establecido en el alcance:
· En general será de vital importancia conocer las normas para una correcta y adecuada utilización del protocolo ZigBee, I2C y protocolo serie que permitan un transito
ordenado de los datos que circularán por la red.
· Por otro lado, será necesario familiarizarse con los entornos ofrecidos por el fabricante y de su potencialidad para una utilización idónea o, en caso de no cumplir con las especificaciones mínimas exigidas, evolucionar a otro entorno más apropiado. · Con objeto de modelar la plataforma de guiado diferencial será necesario estudiar los modelos usuales y para verificar el correcto funcionamiento de los mismos con pruebas sobre el sistema se contrastará con la norma de ensayos sobre sistemas móviles IEN/CTN 116.
· Por ultimo, para universalizar la estructura del proyecto, se organizará tal y como establece la normativa UNE 157001 relativa a la realización de proyectos.
Finalizada la etapa de formación, se diseñarán posibles alternativas para la realización de la conexión entre los equipos que establecerá una primera especificación acorde con los requisitos implícitos por los dispositivos y los requisitos que se fueren considerando más adecuados y permita una funcionalidad óptima de la plataforma.
De acuerdo con esta idea, el diagrama orientativo a seguir vendrá plasmado en la siguiente imagen:
Para estimar uno horizonte temporal sobre el que ajustar los plazos de ejecución y finalización del proyecto de forma intuitiva se muestra el diagrama de Gantt que permitirá el seguimiento del proyecto:
6. Numeraciones, abreviaturas y acrónimos:
· API: Application Programming Interface.
· AT: Los comandos AT son instrucciones codificadas que conforman un lenguaje de comunicación entre el usuario y un terminal modem.
· CIR: Centro Instantáneo de Rotación.
· CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance. Protocolo para evitar colisiones entre elementos de una red a la hora de transmitir.
· GNU: General Public License.
· I²C: Inter-Integrated Circuit
· IDE: Integrated Development Environment.
· LaTex: Es un sistema de composición de textos planos formados por un conjunto de macros facilitan la tarea de escribir símbolos como integrales, matrices... en un documento · PAN: Personal Area Network.
· PAN-id: Personal Area Network identification. · PCB: Printed Circuit Board.
· RTC: Real Time Clock.
· RSSI: Received Signal Strength Indicator.
· RX: Receive data. Cable de un puerto serie por el que se recibirá la información. · TX: Transmit data. Cable de un puerto serie por el que se transmitirá la información. · UNIX: UNiversal Interactive eXecutive. Método de programación de rutinas que facilitan la portabilidad de código.
· USB: Universal Serial Bus.
· WLAN: Wireless Local Area Network (802.11B) 150m.
· WMAN: Wireless Local Motropolitan Network (802.16) 4 a 10 Km. · WPAN: Wireless Personal Area Network.
· WWAN: Wireless wide Area Network (802.11BG) 30km.
· ZDO: ZigBee Device Object. Pila del protocolo ZigBee responsable de la gestión de aplicaciones y seguridad del dispositivo.
· ZC: Módulo ZigBee Coordinador. · ZED: Módulo ZigBee End-Device. · ZR: Módulo ZigBee Router.
