Aplicación móvil y prototipo para monitoreo ambiental del cuarto de comunicaciones de la Carrera Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la Universidad de Guayaquil

(1)

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y

TELECOMUNICACIONES

APLICACIÓN MÓVIL Y PROTOTIPO PARA MONITOREO AMBIENTAL DEL CUARTO DE COMUNICACIONES DE LA CARRERA INGENIERÍA EN

NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES DE LA UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL.

PROYECTO DE TITULACION

Previa a la obtención del Título de:

INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

AUTOR:

ARANA COFRE CARLOS ROBERTO

SATAN CEVALLOS EDISON BOLIVAR TUTOR:

ING. MARIA FERNANDA MOLINA, MSC. GUAYAQUIL – ECUADOR

(2)

II

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGIA FICHA DE REGISTRO DE TESIS

TITULO “Aplicación móvil y prototipo para monitoreo ambiental del cuarto de comunicaciones de la carrera ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la Universidad de Guayaquil.”

AUTORES: TUTOR:

FACULTAD: Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas.

CARRERA: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones

FECHA DE PUBLICACION: N. DE PAGS:

AREA: REDES

PALABRAS CLAVES: DOMOTICA, MONITOREO, FIREBASE, ARDUINO

RESUMEN: El objetivo principal de este proyecto es desarrollar un prototipo de monitoreo de las variables ambientales para un cuarto de comunicaciones a través de una aplicación movil. Dicho prototipo tiene una base de datos alojada en la nube y recibirá información desde módulos electrónicos vía WiFi.

N° DE REGISTRO: N° DE CLASIFICACION

DIRECION URL:

ADJUNTO PDF: SI X NO

CONTACTO CON AUTORES: Email: Teléfono:

Carlos Roberto Arana Cofre [email protected] 0984933472 Edison Bolívar Satán Cevallos [email protected] 0996573742

CONTACTO DE LA INSTITUCION NOMBRE: CINT

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III

APROBACION DEL TUTOR

En mi calidad de tutor del trabajo de titulación “Aplicación móvil y prototipo para monitoreo ambiental del cuarto de comunicaciones de la Carrera ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la Universidad de Guayaquil” elaborado por los Sres. ARANA COFRE CARLOS ROBERTO y SATAN CEVALLOS EDISON BOLIVAR, alumnos no titulados de la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones, Faculta de Ciencias Matemáticas y Física de la Universidad de Guayaquil, previo a la obtención de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones, me permito declarar que luego de haber orientado estudiado y revisado, la apruebo en todas sus partes.

Atentamente

Ing. María Fernanda Molina, M.Sc.

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IV

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mi familia y padres que han sido incondicionales en todo momento de mi carrera universitaria y a Dios que me ha permitido estar con salud para llegar a este momento.

(5)

V

DEDICATORIA

A mi esposa e hijos por su amor, comprensión y apoyo incondicional, siendo mi inspiración y pilar fundamental de superación. A mis padres y hermanos que han estado conmigo en todo momento.

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VI

AGRADECIMIENTO

Agradezco a mi abuela, mi madre, esposa e hijas que son pilares para dar siempre el máximo esfuerzo en todo lo que hago, que siempre me brindan consejos y palabras de aliento para obtener esta ansiada meta.

(7)

VII

AGRADECIMIENTO

A Dios por bendecirme y sentir su presencia todo momento. A mis padres y hermanos por sus consejos y buenos valores. A mi esposa por su paciencia, tiempo y dedicación. A mis amigos y profesores que me han acompañado a lo largo de esta carrera con sus conocimientos y recomendaciones.

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VIII

TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACION

Ing. Fausto Cabrera Montes, M.Sc. Ing. Abel Alarcón Salvatierra, M.Sc. DECANO DE LA FACULTAD DIRECTOR DE LA CARRERA DE CIENCIAS MATEMATICAS Y INGENIERÍA EN NETWORKING Y

FISICAS TELECOMUNICACIONES

Ing. Ángel Asanza Briones, M.Sc Ing. Diana Chiquito, M.Sc PROFESOR REVISOR DEL AREA PROFESOR REVISOR DEL AREA

TRIBUNAL TRIBUNAL

Ing. María Fernanda Molina, M.Sc. PROFESOR TUTOR DEL PROYECTO

DE TITULACION

(9)

IX

DECLARACIÓN EXPRESA

“La responsabilidad del contenido de este Proyecto de Titulación, nos corresponden exclusivamente; y el patrimonio intelectual de la misma a la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL”

CARLOS ROBERTO ARANA COFRE

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X

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y

TELECOMUNICACIONES

“

APLICACIÓN MÓVIL Y PROTOTIPO PARA MONITOREO AMBIENTAL DEL

CUARTO DE COMUNICACIONES DE LA CARRERA INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES DE LA UNIVERSIDAD DE

GUAYAQUIL.”

Proyecto de titulación que se presenta como requisito para optar por el título de INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES.

Autores: Carlos Roberto Arana Cofre C.I. 0924741556

Edison Bolívar Satán Cevallos C.I 0927272278

Tutor: Ing. María Fernanda Molina, M. SC.

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XI

CERTIFICADO DE ACEPTACION DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del proyecto de titulación, nombrado por el Consejo Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.

CERTIFICO:

Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por los estudiantes CARLOS ROBERTO ARANA COFRE Y EDISON BOLIVAR SATAN CEVALLOS, como requisito previo para optar por el título de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones cuyo problema es:

“

Aplicación móvil y prototipo para monitoreo ambiental del cuarto de comunicaciones de la carrera ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la Universidad de Guayaquil.”

Considero aprobado el trabajo en su totalidad. Presentado por:

CARLOS ROBERTO ARANA COFRE Cedula de Ciudadanía N°

0924741556

EDISON BOLIVAR SATAN CEVALLOS Cedula de Ciudadanía N°

0927272278

Tutor: Ing. María Fernanda Molina, M.Sc.

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XII

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y

TELECOMUNICACIONES

AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN DE PROYECTO

DE TITULACIÓN EN FORMATO DIGITAL

1. Identificación del Proyecto de Titulación

Nombre de Alumno: Carlos Roberto Arana Cofre Dirección: Primavera 1 Mz. A5 villa #21

Teléfono: 0984933472 Email: [email protected]

Nombre de Alumno: Edison Bolívar Satán Cevallos

Dirección: Guasmo Central Coop. Flor del Guasmo Mz. 1744 Solar #5 Teléfono: 0996573742 Email: [email protected]

Facultad: Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas Carrera: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones Proyecto de Titulación al que opta: Desarrollo

Profesor tutor: Ing. María Fernanda Molina, M.Sc.

Título del Proyecto de titulación:

“Aplicación móvil y prototipo para monitoreo ambiental del cuarto de comunicaciones de

la carrera ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la Universidad de Guayaquil.”

Tema del Proyecto de Titulación: Prototipo y aplicación de monitoreo ambiental para cuarto de comunicaciones

2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de

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XIII A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de este Proyecto de Titulación.

Inmediata X Después de un año

Firma de Alumnos:

Carlos Roberto Arana Cofre Edison Bolívar Satán Cevallos

C.I. 0924741556 C.I. 0927272278

3. Forma de envío

El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc. O .RTF y. Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.

(14)

XIV

ÍNDICE GENERAL

APROBACION DEL TUTOR ... III DEDICATORIA ... IV DEDICATORIA ... V AGRADECIMIENTO ... VI AGRADECIMIENTO ... VII TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACION ... VIII DECLARACIÓN EXPRESA ... IX CERTIFICADO DE ACEPTACION DEL TUTOR ... XI AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN DE PROYECTO DE TITULACIÓN EN FORMATO DIGITAL ... XII

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XV

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ... 29

Ubicación del problema en un contexto ... 29

Situación Conflicto. Nudos Críticos ... 31

Causas y consecuencias. ... 33

Delimitación del problema ... 35

Formulación del Problema ... 35

Evaluación del Problema ... 36

OBJETIVOS ... 37

OBJETIVO GENERAL ... 37

OBJETIVOS ESPECIFICOS ... 37

ALCANCES DEL PROBLEMA ... 38

JUSTIFICACION E IMPORTANCIA ... 39

METODOLOGIA DEL PROYECTO ... 41

INICIO ... 41

ORGANIZACIÓN Y PREPARACION ... 41

EJECUCION ... 41

CIERRE ... 42

CAPÍTULO I I ... 43

MARCO TEORICO ... 43

ANTECEDENTES DEL ESTUDIO ... 43

(16)

XVI

ELEMENTOS DE HARDWARE... 46

ELEMENTOS DE SOFTWARE ... 47

HARDWARE ... 47

NODEMCU ESP8266 ... 47

LCD 16x2 ... 48

I2C ... 49

SENSOR DHT11 ... 50

ESP32 CAM ... 50

SWITCH MAGNÉTICO ... 51

CONECTORES ... 52

PROTOBOARD ... 52

SOFTWARE ... 53

FIREBASE REALTIME DATABASE ... 53

JAVASCRIPT ... 53

SOFTWARE IDE DE ARDUINO ... 54

ANDROID STUDIO ... 54

Estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi) ... 55

FUNDAMENTACIÓN LEGAL ... 56

PREGUNTA CIENTÍFICA A CONTESTARSE ... 61

DEFINICIONES CONCEPTUALES ... 62

(17)

XVII

PROPUESTA TECNOLÓGICA ... 64

ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ... 64

Factibilidad Operacional ... 65

Factibilidad Técnica ... 65

Factibilidad Legal ... 67

Factibilidad Económica ... 67

ETAPAS DE LA METODOLOGIA DEL PROYECTO ... 68

INICIO DEL PROYECTO ... 68

PLANIFICACIÓN ... 69

EJECUCIÓN ... 69

MONITOREO Y CONTROL ... 80

CIERRE ... 80

CRITERIOS DE VALIDACION ... 81

Casos de prueba y error del prototipo ... 81

Ambiente de prueba ... 82

Evaluación de los casos de prueba ... 82

Resultados de las pruebas ... 83

Procesamiento y Análisis ... 84

CAPITULO IV ... 86

Criterios de aceptación del producto o servicio ... 86

(18)

(19)

XIX

ABREVIATURAS

ANSI American National Standards Institute DOM Document Object Model

HTTP Hypertext Transfer Protocol I2C Inter Integrated Circuit

IDE Integrated Development Environment

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Ing. Ingeniero

IoT Internet of Things M.Sc Master

PMI Project Management Institute SCL Serial Clock

SDA Serial Data

SDK Software Development Kit SoC System of Chip

(20)

XX

SIMBOLOGÍA

M Metros V Voltios °C Centígrados HR Humedad Relativa

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XXI

ÍNDICE DE CUADROS

Cuadro No. 1 Causas y Consecuencias ... 34

Cuadro No. 2 Delimitación del Problema ... 35

Cuadro No. 3 Características de NodeMCU ESP8266 ... 48

Cuadro No. 4 Características LCD 16x2 ... 49

Cuadro No. 5 Características Sensor DHT11 ... 50

Cuadro No. 6 Características ESP32 CAM ... 51

Cuadro No. 7 Comparación Estándar 802.11 ... 55

Cuadro No. 8 Características Hardware utilizado ... 66

Cuadro No. 9 Recursos de Hardware ... 66

Cuadro No. 10 Costo del Proyecto ... 67

Cuadro No. 11 Parámetros para notificaciones ... 76

Cuadro No. 12 Etapas de Pruebas ... 81

Cuadro No. 13 Variables a Evaluar ... 81

(22)

XXII

ÍNDICE DE GRÁFICOS

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XXIII Gráfico 25 URL de Firebase y muestra de datos enviados desde el NodeMCU esp8266 ... 76

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XXIV

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y

TELECOMUNICACIONES

“

APLICACIÓN MÓVIL Y PROTOTIPO PARA MONITOREO AMBIENTAL DEL

CUARTO DE COMUNICACIONES DE LA CARRERA INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES DE LA UNIVERSIDAD DE

GUAYAQUIL.”

Autores: Carlos Roberto Arana Cofre. Edison Bolívar Satán Cevallos.

Tutor: Ing. María Fernanda Molina, M.Sc.

RESUMEN

El objetivo principal de este proyecto es desarrollar un prototipo de monitoreo de las variables ambientales para un cuarto de comunicaciones de la carrera Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones a través de una aplicación movil. Dicho prototipo tiene una base de datos alojada en la nube y recibirá información desde módulos electrónicos NodeMCU ESP8266 y ESP32CAM vía WiFi, en la aplicación se visualizarán notificaciones cuando los rangos permitidos excedan sus máximos y mínimos, también se podrá observar a través de la ESP32-CAM la actividad que hay dentro del cuarto en caso de que se abran las puertas sin autorización de sus administradores.

(25)

XXV

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y

TELECOMUNICACIONES

“MOBILE APPLICATION AND PROTOTYPE FOR ENVIRONMENTAL MONITORING OF THE FOURTH COMMUNICATIONS OF THE CARRERA ENGINEERING IN NETWORKS AND TELECOMMUNICATIONS OF THE UNIVERSITY OF GUAYAQUIL ".

Authors: Carlos Roberto Arana Cofre. Edison Bolívar Satán Cevallos.

Tutor: Ing. María Fernanda Molina, M.Sc.

ABSTRACT

The main goal of this project is to develop a prototype for monitoring environmental variables for communication rooms in the engineering networking and telecommunications career throught a mobile app. This kind of prototype has a data base whichs saves information in a cloud and it will recieve info from electronic modules node mcu esp8266 and esp32cam trought wifi. The notifications will be display when the allowed ranges exceed their maximun and minimun. It can be seen with esp32-cam the activity inside the room, in case the doors are opened without authorization.

(26)

26

INTRODUCCION

Hoy en día toda organización necesita de infraestructura tecnológica y de un espacio o cuarto dedicado a estos equipos, ya que es aquí en donde se alojarán elementos de terminación de cableado estructurado, entre los equipos de telecomunicaciones como tal, así mismo se encontrarán servidores, equipos de cómputo, equipos de telefonía y demás. De tal forma, que este cuarto es donde se encontrará toda la infraestructura tecnológica se requiere y debe considerarse primordial más allá del buen funcionamiento de su red de voz y datos, que el espacio destinado a él, cumpla con dimensiones, espacios libres, acometidas, seguridad, protección contra el fuego y seguridad ambiental, como lo indica la norma TIA 942 que está constituida por 4 pilares para la infraestructura de un Data Center, como lo son en sus partes de Telecomunicaciones, Arquitectura, Sistema eléctrico y Sistema Mecánico que es donde se encuentra la climatización del cuarto, la presión positiva, detección de humo y líquidos etc. (ANSI/TIA-942-A: Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers, 2012)

(27)

27 sistemas de ventilación y monitorización para que se eviten gastos monetarios por una fallas como sobrecalentamiento o sobre enfriamiento de los equipos informáticos. (tkme.net, 2016)

Se ha evidenciado que dentro del cuarto de comunicaciones del edificio de la carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones, no existe un control, ni monitoreo de los sistemas de seguridad como lo son la temperatura, humedad y apertura de puertas.

El adecuado sistema de monitoreo es un factor importante para la seguridad ambiental del cuarto de comunicaciones y de todos los equipos que contiene el mismo y es por esto por lo que el continuo monitoreo de las variables como son temperatura y humedad, nos permiten mantener a salvo los equipos de comunicación, así como la información que reposa en ellos y sus configuraciones.

Se busca optimizar los recursos humanos y automatizar el monitoreo del cuarto ya que así se va salvaguardar la operatividad de los equipos que se encuentran dentro y no tendría que acudir al cuarto de comunicaciones para realizar la lectura de los valores en cuanto a temperatura y humedad del mismo, más bien podrá recibir alertas a través de una aplicación móvil de manera remota, respecto a la variación de los niveles promedio del ambiente que será establecido de acuerdo a las normas de seguridad ambiental que debe mantener dicho cuarto de comunicaciones.

(28)

28 hay en el cuarto, así se optimizara la correcta climatización del cuarto y la seguridad del mismo.

Hemos dividido de la siguiente manera la elaboración de este proyecto:

CAPITULO I: En este capítulo se describe el problema, se lo plantea y se expone el objetivo general y los objetivos específicos fijados como meta, también el alcance del proyecto, la importancia y que metodología se va a desarrollar.

CAPITULO II: Se describen los fundamentos de estudios y descripciones de cada uno de los elementos a utilizarse para el prototipo de monitoreo, así también las herramientas de software libre y bases de datos que se utilizara.

CAPITULO III: Propuesta tecnológica; análisis de factibilidad de la propuesta del prototipo de monitoreo, etapas de la de la metodología empleada y entregables de la propuesta tecnológica.

(29)

29

CAPITULO I

EL PROBLEMA

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Ubicación del problema en un contexto

La Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil ofrece la carrera Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones que se encuentra ubicada entre las calles Víctor Manuel Rendón y Córdova, como lo muestra el gráfico 1; esta entidad brinda educación universitaria a más de 500 estudiantes, además de su personal docente y administrativo que está distribuido en varios departamentos como secretaria, dirección, salas de profesores y laboratorios de computación.

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30 de todos los equipos como su operatividad, conectividad y hasta pérdida de servicios que brinda el cuarto de comunicaciones tales como el sistema académico, servicio de correo, servicio de internet, firewall entre otros.

Actualmente el cuarto de telecomunicaciones no posee un sistema de monitoreo ni control ambiental, ni de seguridad, lo que predispone que en algún momento haya alguna variación en la temperatura y/o humedad que no pueda ser verificada al instante o se envíe un aviso de la variación ocurrida de estos parámetros. Que dichos valores aumenten y/o disminuyan conlleva que la vida útil de los equipos que estén dentro del cuarto sea menos prolongada y este propensa a caída de los servicios utilizados por el personal administrativo y estudiantes de la carrera, así mismo en el peor de los escenarios se produzca pérdida de información y daños irreparables a nivel de hardware, por la estática producida si la humedad en el cuarto no es la adecuada.

Las altas temperaturas y humedad hacen que los equipos de comunicación se inhiban, esto conlleva a lentitud, caídas de servicio y daños irreparables, todo esto provoca que estos disminuyan su operatividad, así como su tiempo de vida.

Fuente: Google Maps

Elaborado por: www.google.com/maps

(31)

31 Así mismo la parte de seguridad para un cuarto es importante, ya que deben poseer varios tipos de seguridades tales como, como cámaras que vigilen el acceso de quien ingresa a manipular algún equipo, también un control de acceso por medio de huella dactilar para el personal que administra el cuarto.

Situación Conflicto. Nudos Críticos

El problema que existe dentro del cuarto de comunicaciones ubicado en el tercer piso del edificio de la carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones que es donde se encuentran los equipos que proveen los servicios de red, sistemas, almacenamiento y conexión al proveedor de internet, etc. No posee un sistema de monitoreo ambiental que permita visualizar temperatura, humedad ni de seguridad al abrir puertas en los gabinetes de comunicación o al acceso del cuarto; que estos datos como la temperatura y/o humedad tengan cambios abruptos podrían generar problemas de la operatividad en los equipos si resultase un valor fuera de los rangos adecuados o también de la seguridad de toda el área ya que no hay una vigilancia y/o control en las puertas. También se ha evidenciado que uno de los bastidores de comunicación presenta corrosión debido a la humedad que se produce en el ambiente dentro del cuarto, véase en gráfico 3 también la ubicación del sistema de climatización no es el adecuado ya que no se cumple con un dispositivo dedicado a los gabinetes y/o bastidores de comunicaciones.

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32 delantera del cuarto véase gráfico 4, así mismo vemos en el mismo gráfico que la puerta del cuarto de comunicaciones es de libre acceso por lo que incurre en un riesgo si alguien no autorizado llegase a manipularlos.

Fuente: Fuentes de Investigación Elaborado por: Carlos Arana – Edison Satán

Gráfico 2 Medición de temperatura en rack del cuarto de comunicación

(33)

33

No existe personal encargado que realice un constante seguimiento y que genere alertas cuando la temperatura y/o humedad no se encuentren en un nivel idóneo, ni los debidos mantenimientos a los aires que brindan la climatización al cuarto; esto va a incidir directamente en todos los equipos que estén dentro de dicho cuarto como son: servidores, equipos de conmutación, centrales telefónicas, entre otros.

Causas y consecuencias.

De lo antes expuesto se detalla en el siguiente cuadro algunas de las causas y consecuencias que se presentan por el problema encontrado en el cuarto de comunicaciones.

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34 Cuadro No. 1 Causas y Consecuencias

CAUSAS CONSECUENCIAS

Los equipos carecen de disipadores de calor

El calor se concentra dentro de los equipos que provoca el calentamiento de estos.

Alto nivel de humedad Existe el riesgo de descargas estáticas afectando así a los elementos internos de cada uno de los equipos.

Alta temperatura No tienen un sistema de enfriamiento dedicado ni adecuado. Equipos no funcionan correctamente.

Falta de sistema de monitoreo No hay alertas sobre altas temperaturas, humedad ni acceso al rack de comunicaciones en un horario no laborable.

Falta de sistema de climatización y humedad

Provoca el calentamiento de los equipos de computación y comunicación.

(35)

35 Delimitación del problema

Cuadro No. 2 Delimitación del Problema

CAMPO Ciencias básicas, Bio conocimiento y Desarrollo Industrial

AREA Microcontroladores y robótica

ASPECTO Tecnologías, procesos y desarrollo industrial

TEMA Aplicación móvil y prototipo de monitoreo ambiental del cuarto de comunicación de la carrera Ingeniería en Networking y

Telecomunicaciones de la Universidad de Guayaquil.

Formulación del Problema

El cuarto de comunicaciones de la carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones se presentan algunos problemas, por lo que surge la interrogante ¿Con el desarrollo y diseño de un prototipo de monitoreo ambiental y apertura de puertas dentro del cuarto de comunicaciones se ayudara a alargar la vida útil de los equipos mediante el monitoreo de temperatura, humedad y apertura de puertas de dicho cuarto?

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36 que no exceda los rangos adecuados de temperatura y humedad según las normas mencionadas anteriormente generando alertas en tiempo real.

Evaluación del Problema

A continuación, se detallan los aspectos de manera general de la evaluación:

Delimitado: Se realizará diseño e implementación de un prototipo para monitoreo ambiental a través de una aplicación móvil que permita observar datos de temperatura, humedad y apertura puertas del cuarto de comunicaciones de la carrera Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones.

Claro: El prototipo permitirá mantener alerta a los administradores mediante la aplicación movil, ya que enviara notificaciones de alerta cuando no se cumplan los valores que indican las normas y estándares en cuanto a temperatura y humedad de este cuarto.

Evidente: El uso del prototipo es sencillo, con ayuda de la aplicación cualquier persona podrá usarlo, así que no se necesitará de conocimiento especializado para el uso de esta.

Relevante: Este proyecto puede ser replicado en los laboratorios de la carrera Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones o en cuartos de comunicación de otras carreras de la Universidad de Guayaquil, así mismo en cualquier empresa y/o industria que requiera monitorear de estas variables y que tiene la flexibilidad de ser ubicado fácilmente en otro sitio en caso lo requiera.

(37)

37

Factible: Se elaborará a través de plataformas de prototipos electrónicos en los cuales la programación es de código abierto y estas serán en placas

reducidas como Arduino, ya que son fácil de conseguir en el mercado, sus

módulos dan mucha flexibilidad en el momento de la construcción del prototipo y son de bajo costo; también el software libre como Android Studio permite crear aplicaciones de manera muy dinámica y amigable con el usuario.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

• Diseñar una aplicación móvil y prototipo con herramientas de código de libre acceso para brindar monitoreo ambiental del cuarto de comunicaciones de la carrera Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la Universidad de Guayaquil.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Revisar especificaciones técnicas y condiciones del cuarto de comunicaciones de la carrera Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones para observar si se cumplen en su totalidad o parcialmente las normas TIA que se exigen para un cuarto de comunicaciones.

• Evaluar el hardware y software a utilizar para el diseño del prototipo para escoger de manera adecuada, lo cual ayudará la factibilidad del proyecto tanto económica y operacional.

(38)

38

• Diseñar la aplicación móvil de monitoreo y generación de alertas. Basándose en las normas TIA/942 y TIA/569C para que se generen las alertas hacia la aplicación.

• Realizar pruebas de la aplicación y prototipo de monitoreo. Con ello se podrá verificar que el funcionamiento sea el correcto y el necesario para el monitoreo ambiental del cuarto de comunicaciones de la carrera.

ALCANCES DEL PROBLEMA

Este prototipo se enfocará en el monitoreo de temperatura, humedad y apertura de puertas del cuarto de comunicaciones, mismo que posee sensores que a través de la placa reducida NodeMCU ESP8266 enviará información a una base de datos en la nube y a su vez permitirá acceder a ellos por medio de una aplicación móvil, la cual ayudará a verificar de manera remota si el ambiente del cuarto de comunicaciones de la carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones se encuentra dentro de los rangos adecuados según la norma ANSI/TIA 942.

Diseño del Prototipo

• Programar placa NodeMCU ESP8266 junto con el sensor DHT11, switch de apertura de puertas y modulo ESP32-CAM que tiene integrada una cámara en el IDE de Arduino y lograr comunicación vía WiFi a Firebase.

Diseño de la Aplicación móvil

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39

• Definir validaciones en las variables antes mencionada para que puedan enviar alertas a través de notificaciones en la aplicación creada.

• Evidenciar pruebas de la solución propuesta.

JUSTIFICACION E IMPORTANCIA

(40)

40

Gráfico 5 Plano Cuarto de Comunicaciones

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41 Al diseñar e implementar nuestro prototipo de monitoreo ambiental se podrá alertar de manera oportuna un posible daño en los equipos de enfriamiento del cuarto de comunicaciones y así precautelar el buen funcionamiento de los equipos de comunicaciones que se encuentran dentro de este.

METODOLOGIA DEL PROYECTO

La metodología a seguir es PMI (Project Management Institute), ya que define un ciclo para el proyecto y lo divide en las 4 fases:

• Inicio

• Organización y preparación

• Ejecución del trabajo

• Cierre

INICIO

Se definen el alcance inicial y se comprometen los recursos financieros iniciales, se va a identificar a los interesados externos e internos que van a influir directamente con el resultado final del proyecto.

ORGANIZACIÓN Y PREPARACION

Se planificarán los procesos para la gestión/dirección del proyecto, toda la documentación que se necesitará y ocupará para el éxito de este.

EJECUCION

(42)

42

CIERRE

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43

CAPÍTULO I I

MARCO TEORICO

ANTECEDENTES DEL ESTUDIO

En la actualidad el monitoreo de las seguridades ambientales y control de acceso al Data Center debe ser primordial y de manera constante a través de algún sistema remoto o en línea, ya que los cuartos de comunicaciones proveen servicios de manera ininterrumpida a los usuarios dentro de una organización, como en este caso el edificio de la carrera Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones de la Universidad de Guayaquil.

Por ello la investigación y estudio que se ha realizado fue basado en trabajos ya implementados para el monitoreo ambiental de un cuarto de comunicaciones, así como la visualización a través de distintos aplicaciones o servicios web, que se detallan a continuación:

1. “IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE SENSORES, MONITOREO

Y ALERTAS DE LA TEMPERATURA Y HUMEDAD DE UN CENTRO

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44

Autor: Marín Santana Carlos Julio.

Fuente: Universidad de Guayaquil

La finalidad de este proyecto fue la implementación de un software o sistema de monitoreo a través del gestor Zabbix que es una herramienta OpenSource y se realiza programación Python junto con script para la integración de los elementos de hardware utilizados como son los sensores DTH11 y la tarjeta electrónica RaspBerry Pi. Esto ayudó a determinar que el centro de datos de TELCONET S.A. tuviese una temperatura y humedad dentro del umbral establecido para el funcionamiento correcto de los equipos que se alojen dentro del cuarto y así garantizar que no haya problemas de recalentamiento en los equipos de telecomunicaciones. Otros de sus pilares fue cuidar que los equipos tengan la condensación adecuada y evitar corrosión. Así mismo el alto costo de una solución industrial para este cuarto no es viable, sin embargo, con las nuevas tecnologías que hay actualmente se puede implementar una solución de bajo costo como los es configurando la placa RaspBerry Pi junto con los sensores para temperatura y humedad. (JULIO, 2017)

2. “MONITOREO DE AMENAZAS FISICAS EN CENTROS DE DATOS.”

Autor: Christian Cowan and Chris Gaskins

Fuente: APC by Schneider Electrics.

(45)

45 manera detallada para que cumplan funciones y temperaturas y humedad especifica de los centros de datos. (Gaskins, 2012)

3. “DESARROLLO DE APLICACIÓN CON SENSORES DE

TEMPERATURA USANDO UNA VERSIÓN DEL LENGUAJE JAVA

LLAMADA JAVELIN ADECUADA PARA EL USO EN

MICROCONTROLADORES QUE ADMITEN ESTA TECNOLOGÍA”

Autor: Bertha Piedad Palomeque Ávila Rodrigo Alberto Barzola Jaramillo

Fuente: ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL

La finalidad de este proyecto es la de crear una aplicación que controle sensores de temperatura. Para el desarrollo del proyecto se utiliza el integrado DS1620 que permite censar y almacenar temperaturas máxima y mínima leídas, este módulo tiene pines programables para los valores medidos a través de una simple interfaz RS-232.

Para la programación de este sensor, se utiliza el lenguaje de programación Java. El código programado se ejecuta sobre un módulo Javelin Stamp, un sistema con memoria EEPROM, flash, fuente e interfaz. (Bertha Piedad Palomeque Ávila, 2010).

4. ““DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE

ACCESO Y MONITOREO DE SENSORES PARA DATA CENTER DE

LA EMPRESA QUIFATEX.S.A.,UTILIZANDO HARDWARE LIBRE”

Autor: José Muguerza & Andrey Suarez.

(46)

46 El objetivo fue diseñar un sistema de control para Quifatex S.A. utilizando dos plataformas de Hardware como Arduino para la captura de datos de los sensores de gases MQ, temperatura y humedad DTH11, de movimiento HC-SR501, chapa electromagnética y agua FC-37 e integrándola con la plataforma Raspberry Pi que permite la comunicación de alertas vía SMS y email. (MUGUERZA, 2018).

También debemos considerar las soluciones a nivel industrial que existen en su actualidad como el AP9520TH que es un sensor A-Link de APC que brinda datos de temperatura y humedad del cuarto de comunicaciones o Data Centers. (Electic, 2019).

El equipo o dispositivo SUN-2242 es un modelo de la familia de EtherPower para el monitoreo de centro de datos, un rack de comunicaciones y/o de monitoreo industrial para cadenas de frio, depósitos, sala de máquina y tableros eléctricos. (EtherPower, 2019)

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

Para la elaboración de este proyecto se usaron varios elementos de hardware y software libre para la integración de los datos obtenidos por el sensor DHT11 que se detallarán más adelante:

ELEMENTOS DE HARDWARE

• NodeMCU ESP8266 WIFI

• LCD 16x2

• I2C

• Sensor DHT11

(47)

47

• Switch magnético

• Conectores

• Protoboard

ELEMENTOS DE SOFTWARE

• Firebase RealTime Database

• JavaScript

• Software IDE de Arduino

• Android Studio

HARDWARE

NODEMCU ESP8266

Esta tarjeta genérica de desarrollo similar a Arduino, orientada para el internet de las cosas o conocido como IoT basa su arquitectura en 32 bits siendo más potente que la de Arduino Due, así mismo contiene un chip altamente integrado en SoC diseñado para mantener al mundo conectado vía WiFi. Para realizar la programación de este dispositivo se pueden utilizar dos lenguajes como son el LUA y el IDE de Arduino, siendo este último escogido para el proyecto de tesis, así mismo se detalla las características del módulo en el cuadro N°3.

(Naylampmechatronics, 2019).

Fuente: www.naylmapmechatonic.com Elaborado por: Naylmap Mechatronics

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48 Cuadro No. 3 Características de NodeMCU ESP8266

Fuente: Datos de la investigación Elaborado por: Carlos Arana – Edison Satán

LCD 16x2

Este LCD conformado por 16 columnas y 2 filas mostrando dígitos alfanuméricos, posee un controlador HD44780 que es muy utilizado, para conectar a Arduino/PCI se necesitan de 6 pines, 2 de control y 4 de datos. Para utilizar este dispositivo es necesario tener instalada la librería en el IDE de Arduino LiquidCrystal. (Mechatronics, 2019)

Fuente: electronicwings.com Elaborado por: Electronic Wings

ELEMENTOS CARACTERISTICAS

CPU TENSILICA XTENSA (32BITS)

VOLTAJE USB 5V

VOLTAJE I/O 3.3V FRECUENCIA 80MHZ/160MHZ

RAM 96KB

FLASH EXTERNA 4MB

PINES DIGITALES 17 GPIO (PWM A 3.3V) PROTOCOLO 802.11 b/g/n POTENCIA DE SALIDA +19.5dBm en modo 802.1b

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49 Cuadro No. 4 Características LCD 16x2

Pin No Función Nombre

1 Tierra (0V) Ground

2 Voltaje de Operación; 5V (4.7V – 5.3V) Vcc 3 Ajuste de contrastes: mediante un potenciómetro

(no incluido, puede ser de 1k-10k) VEE

4 Selección del registro, para 0 es comandos y en 1 es para datos

Register Select 5 Estado bajo para escribir y estado alto para leer

el registro Read/write

6 Envía datos a los pines de datos cuando recibe

un flanco de bajada Enable

7

Pines de datos 8-bit

DB0

I2C

Con la ayuda de este microcontrolador es mucho más fácil realizar la conexión del LCD16x2 permite minimizar el uso de entradas digitales, tan solo 2 son necesarios, el SDA y SCL, para realizar la programación. (https://naylampmechatronics.com, 2019)

Fuente: naylampmechatronics.com Elaborado por: Naylamp Mechatronics

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SENSOR DHT11

Este tipo de sensor tiene consigo un medidor capacitivo de humedad, un termistor y un circuito digital de acondicionamiento y transmisión, de manera que puede enviar los datos obtenidos referente a la temperatura y humedad relativa de manera digital para un sistema de control o de monitoreo. (Pelaez, 2019)

Fuente: electrocrea.com Elaborado por: Electro crea

Cuadro No. 5 Características Sensor DHT11

ELEMENTO CARACTERISTICAS Voltaje 3V - 5V

Rango de temperatura 0 a 50 °C Precisión de temperatura ±2.0 °C Rango de humedad 20% a 90% RH Precisión de humedad 5% RH

ESP32 CAM

La potencia del ESP32 gracias a sus excelentes condiciones y capacidad inalámbrica mediante WiFi permite a este módulo hacer streaming por video e imágenes por medo de la creación de un servidor local, no obstante, este poderoso modulo también brinda reconocimiento facial. Puede servir e integrar fácilmente un sistema de videovigilancia a continuación en el cuadro No. 5 se detallan alguna de las características que posee. (https://naylampmechatronics.com, 2019)

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Cuadro No. 6 Características ESP32 CAM

ELEMENTOS CARACTERISTICAS

WiFi 802.11 b/g/n

Bluetooth Bluetooth 4.2 BR/EDR Interfaz UART - I2C - PWM

Io port 9

RAM 520KB SRAM +4M PSRAM

Voltaje 5V

Seguridad WPA/WPA2/WPA2-Enterprise/WPS Imagen JPG (2640) BMP

SWITCH MAGNÉTICO

También conocido como reed switch o interruptor de lengüeta, es utilizado para alarmas domiciliarias junto con un circuito eléctrico mayormente utilizado en puertas o ventanas. (maxelectronica, 2019)

Fuente: www.maxelectronica.cl Elaborado por: Maxelectronica

Gráfico 11 ESP32 CAM

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CONECTORES

Cables tipo hembra y macho para conectar a las entradas y salidas del Arduino o NodeMCU ESP8266, sensor DHT11 y conector I2C.

Fuente: es.gearbest.com Elaborado por: Gearbest.com

PROTOBOARD

Herramienta indispensable para proyectos de hardware y/o componentes electrónicos, es una tabla perforada que se compone de filas y columnas para la ubicación y energización de los elementos colocados en el mismo. (ingenieriaelectronica, 2016).

Fuente: http://www.geekbotelectronics.com

Elaborado por: http://www.geekbotelectronics.com/producto/protoboard-830-perforaciones/

Gráfico 13 Conectores

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SOFTWARE

FIREBASE REALTIME DATABASE

Una base de datos en tiempo real NoSql, por lo que tiene diferentes tipos de funcionalidades y optimizaciones comparada con un base de datos relacional. Esta API está diseñada y funciona para realizar operaciones de ejecución rápida. Esto es lo que permite al usuario tener la experiencia del tiempo real ya que pueden utilizarla cientos de usuarios sin afectar su respuesta a cada solicitud.

Funciones claves:

• Tiempo Real, las típicas solicitudes HTTP quedan atrás, Firebase RealTime realiza un sincronización de los datos y los usuarios reciben dicha actualización en milisegundos.

• Sin Conexión, estas aplicaciones continúan respondiendo incluso si el usuario no está conectado, ya que el SDK de Firebase RealTime Database hace que estos datos perduren en el disco. Cuando un cliente vuelve a tener conexión esta recibirá los cambios que faltaban y los actualiza en el servidor.

• Acceso desde dispositivo cliente, sea una aplicación movil o un navegador web se podrá visualizar y acceder a Firebase RealTime Database, no se requiere de un servidor de aplicaciones como comúnmente se ha trabajado. (Developers, 2019).

JAVASCRIPT

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54 se van a cargar en la página web que se ha diseñado mediante métodos y atributos asignados a cada objeto de la página. El código JavaScript puede ser embebido hacia el código HTML o manejarse por separado y se almacenará y guardará con la extensión .js pero que puede ser interpretado y ejecutado por cualquier navegador de internet moderno como Chrome, Mozilla Firefox, Safari, etc. (González, 2015).

SOFTWARE IDE DE ARDUINO

Este llamado IDE de Arduino, es un conjunto de instrucciones agrupadas de una manera adecuada para obtener un resultado determinado, cabe recalcar que está basado en lenguaje C. Al mencionar que este IDE es un microcontrolador programable, quiere decir que permitirá grabar en su memoria el programa que deseamos y cargarlo a nuestra placa o microcontrolador Arduino. (Artero, 2013).

Fuente: www.arduino.cc Elaborado por: Arduino

ANDROID STUDIO

Es un entorno de desarrollo integrado netamente para las aplicaciones en la plataforma Android que se base en la programación IntelliJ IDEA. Potente editor de

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55 códigos que aumenta la productividad y funcionalidad durante el compilamiento de aplicaciones para el sistema operativo Android. (developer.android, 2014).

Fuente: developer.android.com Elaborado por: Developer Android

Estándar IEEE 802.11 (Wi-Fi)

La creadora de este estándar es la organización International Electric and Electronic Engineers, más conocida como IEEE, que permite conectar dispositivos informáticos y celulares o tables a una red sin la necesidad de cableado, otorgando la facilidad de movilidad al usuario final con un alcance hasta de 100 metros. (Nazar, 2016)

Cuadro No. 7 Comparación Estándar 802.11

ESTANDAR FRECUENCIA ANCHO DE

BANDA CANAL RANGO TASA DE TX

802.11 2.4GHz 20MHz DSSS, FHSS 20m 2 Mbps

802.11b 2.4GHz 21MHz CCK, DSSS 35m 11 Mbps

802.11g 2.4GHz 23MHz DSSS,

OFDN 70m 54 Mbps

802.11n 2.4GHz

5GHz 24MHz, 40MHz OFDN 70m 600 Mbps

802.11ac 5GHz 20,40,80MHz OFDN 35m 6.93 Gbps

802.11ad 60Ghz 2.16Mhz SC, OFDN 10m 6.76 Mbps

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FUNDAMENTACIÓN LEGAL

Según lo redactado en la LOT (Ley Orgánica de Telecomunicaciones) publicada en febrero del 2015, encontramos las siguientes definiciones para todo aquel usuario que quiera impulsar algún servicio de telecomunicación permitiendo el desarrollo a nivel social y tecnológico de redes en el Ecuador.

Dicho reglamento tiene como objetivo principal promover nuevas redes de telecomunicación y tener control del especto radioeléctrico que esté utilizándose, para desarrollar este proyecto se citaran algunas definiciones y artículos de la LOT.

Artículo 5.- Definición de telecomunicaciones. “Se entiende por telecomunicaciones toda transmisión, emisión o recepción de signos, señales, textos, vídeo, imágenes, sonidos o informaciones de cualquier naturaleza, por sistemas alámbricos, ópticos o inalámbricos, inventados o por inventarse…” (Ley Organica de Telecomunicaciones, 2015).

Artículo 6.- Otras Definiciones. “Para efectos de la presente Ley se aplicarán las siguientes definiciones:

Estación. - Uno o más transmisores o receptores o una combinación de transmisores y receptores, incluyendo las instalaciones accesorias, necesarios para la operación de un servicio vinculado con el uso de espectro radioeléctrico. (Ley Organica de Telecomunicaciones, 2015).

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57 De acuerdo con su utilización las redes de telecomunicaciones se clasifican en: a) Redes Públicas de Telecomunicaciones

b) Redes Privadas de Telecomunicaciones

Artículo 13.- Redes privadas de telecomunicaciones. “Las redes privadas son aquellas utilizadas por personas naturales o jurídicas en su exclusivo beneficio, con el propósito de conectar distintas instalaciones de su propiedad o bajo su control…” (Ley Organica de Telecomunicaciones, 2015).

Articulo 17.- Comunicaciones Internas. “No se requerirá la obtención de un título

habilitante para el establecimiento y uso de redes o instalaciones destinadas a facilitar la intercomunicación interna en inmuebles o urbanizaciones, públicas o privadas, residenciales o comerciales...” (Ley Organica de Telecomunicaciones, 2015).

Art. 76.-Medidas técnicas de seguridad e invulnerabilidad. “Las y los prestadores

de servicio ya sea que usen red propia o la de un tercero, deberán adoptar las medidas técnicas y de gestión adecuadas para preservar la seguridad de sus servicios y la invulnerabilidad de la red y garantizar el secreto de las comunicaciones y de la información transmitida por sus redes...” (Ley Organica de Telecomunicaciones, 2015).

Así mismo por parte del decreto # 2014 de Software Libre en ecuador en el año 2008, menciona lo siguiente:

Art. 1.-Establecer como política pública para las entidades de Administración Pública Central la utilización de Software Libre en sus sistemas y equipamientos informáticos.

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58 fuentes y que sus aplicaciones puedan ser mejoradas. Estos programas de computación tienen las siguientes libertades:

a) Utilización de programa con cualquier propósito de uso común. b) Distribución de copias sin restricción alguna.

c)Estudio y modificación del programa (Requisito: código fuente disponible). d)Publicación del programa mejorado (Requisito: código fuente disponible).

Art. 3.-Las entidades de Administración Pública Central previa a la instalación del software libre en sus equipos, deberán verificar la existencia de capacidad técnica que brinde el soporte necesario para el uso de este tipo de software.

Art. 4.-Se faculta la utilización de software propietario (no libre) únicamente cuando no exista una solución de software que supla las necesidades requeridas o cuando esté en riesgo la seguridad nacional, o cuando el proyecto informático se encuentre en un punto de no retorno.

Art. 5.-Tanto para software libre como software propietario, siempre y cuando se satisfagan los requerimientos, se debe preferir las soluciones en este orden:

a) Nacionales que permitan autonomía y soberanía tecnológica.

b) Regionales con componente nacional. c)Regionales con proveedores nacionales. d)Internacionales con componente nacional.

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Art. 6.- La subsecretaría de informática como órgano regulador y ejecutor de las políticas y proyectos informáticos en las entidades el Gobierno Central deberá realizar el control y seguimiento de este decreto.

Especificaciones Técnicas Cuarto de Comunicaciones según ANSI/TIA 942, nos menciona lo siguiente: “Altura del techo. - La altura mínima en la sala de computadoras debe ser 2.6 m (8.5 pies) desde el piso terminado hasta cualquier obstrucción tal como rociadores, accesorios de iluminación, bandeja de cable o cámaras. Enfriamiento requisitos o bastidores / gabinetes de más de 2,13 m (7 pies) pueden dictar alturas de techo más altas. Se debe mantener un espacio libre mínimo de 460 mm (18 pulg.) desde los rociadores de agua (ANSI/TIA942, 2012).”

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ASHRAE CLASE ESPACIO REQUISITOS AMBIENTALES

CLASE A1

VER NOTA 1

Temperatura: 20 – 25 ºC (68 – 77 ºF)

CLASE A2 Máximo humedad relativa (RH): 55%

CLASE A3 Punto de rocío máximo: 15 ºC (59 ºF)

CLASE A4 Punto de rocío mínimo: humedad inferior 5.5 ºC

(42 ºF)

Máxima cambio de temperatura: 5 ºC (9 ºF) por hora

Máximo humedad relativa (RH): 8 - 80% SALA DE DISTRIBUCION

Máximo humedad relativa (RH): 8 - 80% NOTAS

1. Clase A1, Clase A2. Clase A3, Clase A4 y Clase C no están referenciadas por esta Norma. Se incluyen para referencia por las normas locales específicas.

2. El punto de rocío de 5,5 ºC (42 ºF) corresponde a aproximadamente el 44% de HR a 18 ºC (64 ºF) y 25% HR a 27 ºC (81 ºF).

1. Clase A1, Clase A2. Clase A3, Clase A4 y Clase C no están referenciadas por esta Norma. Se incluyen para referencia por las normas locales específicas

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PREGUNTA CIENTÍFICA A CONTESTARSE

¿Considera ud que la temperatura y humedad relativa del cuarto de comunicaciones es una variable importante para el funcionamiento de los equipos informáticos?

¿Cree ud que una oportuna alerta mediante una aplicación movil lo ayudaría a mantener una debida climatización y seguridad del cuarto de telecomunicaciones? ¿Considera ud útil una solución de bajo coste con herramientas de hardware y software Open Source para el monitoreo ambiental y de puertas del cuarto de comunicaciones?

¿Con una solución basado en Arduino uno y aplicación móvil se reduciría el nivel del deterioro de los equipos del cuarto de comunicaciones de la carrera Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones?

CUESTIONAR SI BASANDOSE EN LOS RESULTADOS DEL MONITOREO DE LOS SENSORES ES POSIBLE …

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DEFINICIONES CONCEPTUALES

Humedad relativa: definida a razón de la presión de vapor de agua existente cuando se realiza la toma de datos, con respecto al vapor en saturación de agua en la misma temperatura.

Expresada por la siguiente formula:

𝐻𝑅 = 𝑒(𝑇)

𝑒𝑠 (𝑇)

. 100%

HR = humedad relativa en %.

e(T) = presión parcial real del vapor de agua en el aire húmedo

es(T) = presión parcial de vapor de agua en el aire húmedo saturado. (Medrano, 2003)

Temperatura: es la magnitud de un determinado cuerpo que muestra la cantidad de calor o frio que tiene o el ambiente donde se encuentra, usualmente es medido con un termómetro. (significados, 2019)

Arduino: es una plataforma de desarrollo electrónico utilizando código abierto, brindando facilidad en hardware y software. Estas placas inteligentes pueden leer datos provenientes de sensores, botones, realizar control de un motor etc. (arduino, 2019)

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IDE de Arduino: entorno de desarrollo que le permitirá escribir y cargar los programas a las placas de Arduino, este IDE está basado en instrucciones de lenguaje C. (arduino, 2019)

Sensor: dispositivo que se encarga de detectar los cambios físicos de sus alrededores sean mecánicos, térmicos, eléctricos u ópticos convirtiéndolos en señales para poder estudiarlas. (Tarapacá, 2014)

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CAPITULO III

PROPUESTA TECNOLÓGICA

La propuesta de este proyecto consiste en la creación de un prototipo que permita la monitorización de la temperatura, humedad relativa y apertura de puertas mediante el uso de sensores, que generan datos y estos serán enviados a la base de datos Firebase en tiempo real, en caso de obtener valores que no están acorde a la norma TIA 942, por ello se generarán alertas mediante una aplicación movil que será instalada en los teléfonos con sistema operativo Android que poseen los administradores del cuarto de telecomunicaciones de la carrera. También se refuerza parte de seguridad de la habitación por medio del uso de una cámara que permite realizar streaming y se pueda observar la actividad dentro del cuarto.

Nuestro prototipo está basado en microcontroladores programables como lo es el módulo NodeMCU ESP8266 que permite enviar datos obtenidos por el sensor de temperatura por medio de WiFi hasta la base de datos alojada en la nube, así mismo se podrá acceder a través de una aplicación movil para visualizar los datos que monitorea el sensor durante el día.

ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD

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65 temperatura, humedad y apertura de puertas en el cuarto de comunicaciones es importante ya que el mal funcionamiento de los equipos de climatización afectara directamente a los equipos de comunicación que se encuentran en dicho cuarto y se merma su vida útil. No obstante, este prototipo es aplicable a distintas áreas, como por ejemplo en industrias bodegas de gas, medicina y monitoreo de una sala de hospital como UCI (Unidad de Cuidados Intensivos), a nivel de industrias cuartos de máquinas y/o fábricas donde también debe existir un acondicionamiento adecuado de las variables ambientales.

Factibilidad Operacional

El proyecto propuesto se lo considera operativamente factible ya que tiene a disposición las herramientas necesarias que permite realizar la monitorización de ambientes con la plataforma Arduino. Los administradores del cuarto de comunicación que participaron y dieron su opinión sobre la entrevista realizada, demostraron que se debe aplicar esta aplicación móvil ya que les ayudaría a proteger los dispositivos y equipos.

Este proyecto pretende brindar una solución a los inconvenientes mencionados, tomando en cuenta que es de fácil administración y que el personal encargado del área tendrá el acceso y almacenará datos directamente en la nube obteniendo respuestas y alertas inmediatamente se capte una irregularidad de las variables ambientales en el cuarto o laboratorios donde puede funcionar el prototipo.

Factibilidad Técnica

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66 de libre acceso como Android Studio y JAVA. Elegimos Arduino y sus similares, la cual utiliza herramientas de código abierto, de fácil adquisición y programación. Además es capaz de conectarse a una base de datos en la nube como Firebase para guardar la información recolectada por el sensor y así dar alertas.

Las características referentes del Hardware que se ha utilizado lo detallamos en el siguiente cuadro:

Cuadro No. 8 Características Hardware utilizado

TIPO CARACTERISTICAS

COMPUTADORA/LAPTOP Core I5 U4 2.4GHz 8Gb RAM 1000Gb HDD

MICROCONTROLADOR Node MCU ESP8266

SENSOR TEMPERATURA serie DHT11

rango de °C: 2° - 75°

SENSOR HUMEDAD serie DHT11

rango de % relativa: 20 – 90%

Fuente: Datos de la investigación Elaborado por: Carlos Arana – Edison Satán.

Las características referentes al software que se ha utilizado lo detallamos en el siguiente cuadro:

Cuadro No. 9 Recursos de Hardware

TIPO CARACTERISTICAS Sistema Operativo Windows 10

IDE para microcontroladores IDE Arduino Versión 1.8.9

Base de Datos Firebase Versión 3.0 (enero 2019) Android Studio Versión 3.1.4

Fuente: Datos de la investigación

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67 Factibilidad Legal

Este proyecto propuesto se lo considera factible desde el punto legal ya que se usó el software por código de libre acceso que se distribuye de manera libre, en lo que al hardware se refiere, los elementos a usarse son de venta libre y no están sujetos a algún inconveniente legal por su utilización.

Factibilidad Económica

Para realizar el prototipo de este proyecto propuesto se usa un microcontrolador NodeMCU ESP8266 y sensores de bajo costo, más el IDE de Arduino que es una herramienta de libre acceso, lo cual permite el fácil acceso de estos elementos para logra el objetivo de monitorear el ambiente del cuarto de comunicaciones.

A continuación, se detallan los elementos y costos de estos que han sido usado en este proyecto:

Cuadro No. 10 Costo del Proyecto

TIPO ELEMENTO CANTIDAD PRECIO TOTAL Fuente: Datos de la investigación

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ETAPAS DE LA METODOLOGIA DEL PROYECTO

Para el desarrollo del proyecto se ha considerado factible las buenas prácticas que constan en PMBOOK implementada por PMI, este presenta 5 ejes o procesos que gestionaran y administrar cada uno de los objetivos planteados en este proyecto, véase gráfico 17.

Fuente: (Busio, 2018)

Elaborado por: (Project Manager Institute)

INICIO DEL PROYECTO

Después de la aprobación del tema de nuestro proyecto se comenzó a definir los objetivos generales y específicos, analizando la situación actual, ubicación del problema, delimitación de este, entre otros. Se fija la dirección general que tomará el proyecto, además de asegurar los recursos y aprobaciones que sean necesarias para llevar a cabo el mismo. Esto será efectuado mediante visitas al cuarto de datos de la carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones, además ejecución de

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69 entrevista con el personal encargado de dicha área. Los resultados que arrojen estos análisis serán utilizados en la siguiente fase.

PLANIFICACIÓN

En la fase de planificación, se definirá el alcance de este proyecto, de la misma forma se buscará reafirmar los objetivos planteados sea general y específicos, también se definirán los entregables del proyecto, de la misma forma un cronograma de trabajo para el proyecto, las actividades a realizarse, el personal involucrado, los recursos requeridos, etc.

Detallamos la planificación y actividades a realizarse:

• Levantamiento de información en el cuarto de comunicaciones y buscar fuentes bibliográficas de las normas de climatización y seguridad de puertas para dichos cuartos.

• Escoger elementos de hardware a utilizar.

• Programación de elementos de hardware para monitoreo ambiental del cuarto de la carrera, en herramientas Open Source.

• Establecer rangos máximos y mínimos para que el sensor DHT11 y switch magnético envíe alarmas o notificaciones a través de una aplicación móvil.

• Pruebas de monitoreo.

• Evaluación y aceptación de los resultados del prototipo de monitoreo.

EJECUCIÓN

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70 esquema que se muestra en la gráfico 18, donde el sensor DHT11 se conecta a un módulo NodeMCU8266 , éste captura y envía los datos de temperatura, humedad relativa y del switch magnético a Firebase, así mismo se conecta una cámara ESP32CAM a la placa Arduino Uno para obtener y capturar la imagen para que a través de la aplicación móvil envíe las notificaciones de alertas si hay alguna variación de los datos obtenidos por el sensor en su máximos y mínimos definidos en las fases previas a la ejecución del proyecto.

Fuente: Elaboración propia de la investigación Elaborado por: Carlos Arana Cofre – Edison Satán Cevallos

Habiendo revisado el hardware y realizando las conexiones idóneas para su funcionamiento, se procede a la configuración y programación de los módulos en el IDE de Arduino, así como la parte de la aplicación movil a través de la herramienta Android Studio que se encargara de la conexión a la base de datos

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71 Firebase RealTime, para que puedan emitirse notificaciones que llegaran al usuario de la aplicación.

Conexión al circuito de NodeMCU ESP8266

Para utilizar de manera correcta el sensor de temperatura y humedad relativa, que consta de 3 pines que son VCC o alimentación de corriente, GND también llamado puesta a tierra y DATA que transmitirá los valores obtenidos al NodeMCU esp8266 a través de su entrada digital D4, dicho esquema de conexión se muestra en el gráfico 19 e gráfico 20 el circuito real al realizar las conexiones.

Por otro lado, también se conectó el módulo reed magnetic o switch magnético para el control de las puertas del rack de comunicaciones que consta de 2 pines tales como GND y VCC que han sido conectados a sus pares en el mismo modulo NodeMCU esp8266, junto con estos componentes se permite la visualización de los datos obtenidos a través de un LCD 16x2 con I2C ADAPTER que permite el ahorro de conexiones a las entradas y salidas digitales del NodeMCU.

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Fuente: Elaboración propia de la investigación Elaborado por: Carlos Arana Cofre – Edison Satán Cevallos

Gráfico 19 Conexión NodeMCU esp8266 a DHT11 – Reed switch – LCD16x2a axuja

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Fuente: Elaboración propia de la investigación Elaborado por: Carlos Arana – Edison Satán

Creación de la base de datos en Firebase RealTime Database

Hoy en día la mayoría de servicios de red de muchas empresas y junto con sus centros de datos están migrando dichos servicios a la nube, lo que conlleva a que nuestra propuesta también incluya esta práctica y que el prototipo de monitoreo, mediante una base de datos en tiempo real como lo es Firebase RealTime que permite mediante sus métodos de autenticación y sus API consumir la información que llega a la base de datos como son los valores recibidos del sensor DHT11 y emitidos por el NodeMCU esp8266.

Para realizar esta integración desde el módulo NodeMCU hacia la base de datos se crea el email [email protected], mediante este correo ingresamos

https://firebase.google.com/ a continuación se explica cada uno de los pasos a

seguir para que puedan ingresar los datos del sensor.

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• Acceder a la consola de Firebase y crear el proyecto

• Ingresar a Database e ir a RealTime Database para cambiar las reglas, de false a true como se muestra a continuación:

{ “rules”: {

“.read”: true,(false)

“.write”: true(false)

}}

• Luego ir a menú principal, seleccionar Project Overview e ir a usuarios y servicio, y dar clic en el botón “añadir secreto” ya que este va a generar un token único para que el módulo NodeMCU se comunique a la base de datos.

Gráfico 22 Acceso a consola de Firebase

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• Para agregar usuarios ir al menú Autentication y dar clic en “añadir usuarios” para autorizar a acceder a la base de datos desde la aplicación creada en Android Studio con autenticación vía email, en el gráfico 25 observamos la última conexión realizada por cada usuario a lavase de datos.

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• Generación de URL que deberá ser colocada en el IDE de Arduino junto con el token generado anteriormente que permitan la comunicación desde el prototipo.

Luego de verificar que se están enviando de manera correcta de los datos del sensor hacia Firebase procedemos a la programación en Android Studio, revisar anexo 3, donde realizaremos las validaciones de que usuarios se pueden autenticar y acceder a través de la aplicación. Recordemos que las notificaciones que serán recibidas en la aplicación deberán cumplir ciertos parámetros, véase en cuadro No. 11, que indican las normas TIA 569C para el ambiente del cuarto de comunicaciones,

Cuadro No. 11 Parámetros para notificaciones

SENSAR MAXIMO

Fuente: Elaboración propia de la investigación Elaborado por: Carlos Arana – Edison Satán SENSAR MAXIMO

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77 A continuación, en el gráfico 26 se observa que un usuario no registrado en Firebase que desea ingresar a la aplicación y no le permite el acceso.

El acceso a la aplicación permitirá mostrar en su pantalla principal datos de las variables ambientales a censar que son enviados hacia Firebase desde el NodeMCU ESP8266, ver gráfico 27, como también la opción de encontrar un historial de los registros que se han ido almacenando de los valores ambientales captados por el sensor.

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Por otro lado, llegan las notificaciones al celular que nos permitirán estar atentos a cualquier tipo de cambio en las variables ambientales definidas en el cuadro No 11.

También se pensó en la seguridad del cuarto de datos, por ello se configuró un switch magnético que estará conectado a las puertas de acceso o del gabinete de

Gráfico 27 Pantalla Principal