Fecha de aceptación:
MONITOREO
REMOTO
VÍA
WEB
PARA
LAS
VARIABLES
TEMPERATURA,
HUMEDAD
Y
LUMINOSIDAD.
REMOTE
MONITORING
VIA
THE
WEB
FOR
TEMPERATURE,
HUMIDITY
AND
LUMINOSITY
VARIABLES.
Jhonatan Rodríguez Chiquiza1 Frank Giraldo Ramos2
Resumen.
Se desarrolló un dispositivo que testea agentes físicos como temperatura, humedad y
luminosidad, siendo capaz de detectar cambios en ambientes industriales de producción
como productos perecederos, que requieran un monitoreo constante de dichos factores,
por ende, se genera la necesidad de mantener un flujo continuo de datos por medio de
sensores que especifique este proceso y así revisar en línea la variabilidad sin la
necesidad de mantener personal presente dentro del área a monitorear.
El sistema se comunica de forma remota (inalámbricamente) a una base de datos general
(en la web) la cual permite conocer la información del espacio en el cual sea
implementado. El principal aporte de este trabajo es la generación de un modelo de
monitoreo eficiente y eficaz, de tal manera, que es posible el seguimiento permanente del
1 Estudiante Tecnología Electrónica, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Facultad Tecnológica,
Colombia. E-mail:.jhorodriguezc@udistrital.edu.co
2 Director de proyecto Tecnología Electrónica, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Facultad
Fecha de aceptación: área desde cualquier lugar sin importar que no se encuentre dentro de la misma red de
datos.
Este sistema brinda a las industrias una solución radical en el cuidado de materias primas
y/o productos realizados, susceptibles al cambio del ambiente, brindando datos reales y
en un periodo de tiempo supremamente corto.
Palabras claves: sensores; ambientes; monitoreo; red; supervisión
Abstract:
A device developed that test physical agents as temperature, dampness and luminosity, being
capable of detecting changes in industrial environments of production as perishable products,
which need a constant monitoring of the above mentioned factors, for generates the need to
support a constant flow of information by means of sensors that this process specifies and this
way to check on line the variability without the need to support present personnel inside the
area to monitoring.
The system communicates from remote form (wireless) to a general database (in the web) who
allows to know the information of the space in which it is implemented. The principal contribution
of this work is the generation of a model of efficient and effective monitoring, of such a way,
who is possible
Fecha de aceptación: 1. Introducción.
El presente proyecto consiste en implementar una red de monitoreo con sensores de forma
remota, que registren el ambiente en lugares sensibles a cambios físicos, como son la
humedad, temperatura y luminosidad los cuales puedan afectar la calidad de los productos y/o
materias primas almacenadas en estos espacios. Las nuevas tecnologías, el desarrollo de la
electrónica en los últimos años y el proceso de digitalización de la información, ¿se ven la
necesidad de poder almacenar los datos de los diferentes sensores para su posterior análisis?
Se desarrolló un sistema que permita el constante monitoreo de ambientes diferentes como
cavas, bodegas, cuartos fríos, entre otros, garantizando la lectura constante de factores del
ambiente como humedad, luminosidad y con la posibilidad de obtener dichas mediciones de
forma remota sin importar el lugar en que se encuentre el usuario, siempre que este tenga un
acceso a internet.
Además de eliminar la necesidad de tener un supervisor, ya que este mecanismo proporciona
datos confiables y actualizados que permiten tomar decisiones adecuadas respecto a las
diferentes variaciones que se presenten en el medio solicitado.
1.1 Marco Teórico.
Comunicación Inalámbrica.
Gracias a los descubrimientos dados a luz por el científico Alemán Heinrich Hertz, pionero en
las investigaciones respectivas al comportamiento y propiedades de las ondas
Fecha de aceptación: transmisión de información a gran distancia lo cual supone el principio del funcionamiento de
las comunicaciones inalámbricas y a su vez se otorga las unidades de Hertz a las frecuencias
del espectro de una señal en honor a su aporte con la física
A pesar de que ya hacía mucho tiempo investigaciones respectivas al comportamiento de las
ondas electromagnéticas se había llevado a cabo a manos del sobresaliente científico James
Clerk Maxwell no fue sino hasta la implementación de la telegrafía inalámbrica que inició el uso
de las ondas electromagnéticas para transmisión de información.
A partir de las innovaciones en el ámbito de las comunicaciones producidas por el estudio de
ondas electromagnéticas fue posible producir la propagación de información a través de las
ondas de radio entre otras tantas tecnologías que se fueron desarrollando con los años.
Beneficios de la comunicación inalámbrica.
Los grandes beneficios que proveen la comunicación inalámbrica en alternativa a la cableada
refiere: capacidad para un gran número de suscriptores, uso eficiente del espectro
electromagnético debido a la utilización repetida de frecuencias, compatibilidad a nivel nacional
e internacional, para que los usuarios móviles puedan utilizar sus mismos equipos en otros
países o áreas y prestación de servicios para aplicaciones de datos, voz y video, entre otras.
En comparación a los grandes beneficios de los medios inalámbricos se implementó la radio,
reconocida por ser el primer medio masivo de difusión de información con la utilización de
Fecha de aceptación: un carácter más tecnológico, entre los cuales se definen: la comunicación bluetooth, por
infrarrojo y Wifi. (Martínez, 2002)[1]
Se pretende evitar el error humano en el monitoreo mediante la utilización de sensores que se
comuniquen vía WiFi a un servidor que almacenará todos los datos obtenidos y los mostrará
en una página web en tiempo real. De esta manera se tendrá un histórico y una posibilidad de
observar cambios a cada momento a través de un portal web.
La tecnología WIFI.
Las tecnologías actualmente más utilizadas haciendo uso de la transmisión de datos a partir
de ondas electromagnéticas. También se le conoce como WLAN (Wireless LAN), nombre que
se estipulo al protocolo de comunicaciones con fines comerciales. Su alcance refiere una
distancia de entre los 100 y 150 m, lo cual lo hace una tecnología eficiente en la
implementación de internet inalámbrico. Para que un dispositivo sea capaz de conectarse a
una red de internet inalámbricamente es necesario que este cuente con un controlador de
interfaz de red inalámbrica. (aula clic, 2005)[2]
Ventajas de la tecnología WIFI.
Las grandes ventajas de utilizar tecnología WIFI especifica el acceso a lugares remotos y
donde medios cableados no tendrían fácil acceso, además del bajo costo de los chips para
WIFI, la compatibilidad de sistemas en el mercado y la gran influencia de la tecnología llegando
a operar en más de 220000 puntos de acceso públicos y millones de hogares, empresas y
Fecha de aceptación: DHT11 o DHT22 Tiene una salida es digital, por lo tanto, tendremos que conectar a pines
digitales. Entre sus ventajas podemos mencionar su economía y el despliegue de datos
digitales.
El módulo BH1750 es un sensor de iluminación digital para medición de flujo luminoso
(iluminancia). Posee un conversor interno de 16-bit, por lo que entrega una salida digital en
formato I2C. Su desempeño es mejor al de un Foto-Resistor
1.2 Estado del arte.
Uno de los artículos consultados es “CONTROL DE TEMPERATURA Y HUMEDAD PARA
CULTIVO DE HONGOS COMESTIBLES SHIITAKE” en donde utilizan sensores de
temperatura y humedad, de manera inalámbrica en donde se en rutan a un microcontrolador
para que esté, por vía USB, se conecte con el computador y se visualicen los datos en pantalla
a través de una interfaz de usuario, programada en Java, desde donde se monitorean las
condiciones de temperatura y humedad ideales para el proceso reproductivo. (Universidad
Distrital Francisco Jose De Caldas , 2012)[3]
Otro proyecto que se encuentra y es útil al proyecto es “AUTOMATIZACIÓN EN LA
INDUSTRIA DE BOLÍGRAFOS: EL CASO DEL ESTAMPADO” se hace control por medio de
un PLC SIEMENS® referencia CPU 226 y una HMI (interfaz humano máquina) SIEMENS®
TP177; se adiciona el control de la temperatura utilizando un módulo de termocuplas en el
Fecha de aceptación:
En la revista Tecnura de la universidad Distrital, se encuentra “Parámetros de configuración en
módulos XBEE-PRO® S2B ZB para medición de variables ambientales”, en donde se utiliza
comunicación inalámbrica mediante los protocolos del Instituto de Ingenieros Eléctricos y
Electrónicos IEEE 802.4.15 y ZigBee®. Haciendo uso de los módulos de radiofrecuencia
XBee-PRO® S2B ZB de Digi International Inc., se muestra la fase de diseño del enlace inalámbrico
utilizando la topología estrella; se realiza la caracterización de los parámetros para configurar
los dispositivos de radiofrecuencia que permiten la comunicación para la medición de los
parámetros de algunas variables ambientales mediante el acoplamiento de diversos sensores
utilizando el XBee Shield para la placa del microcontrolador Arduino Mega 2560. Se forman
cuatro nodos, cada uno de los cuales permiten medir cuatro variables: temperatura ambiental,
humedad relativa, precipitación y radiación solar global. A su vez, el coordinador y una tarjeta
Arduino Ethernet permiten visualizar los datos en tiempo real mediante un aplicativo en la red
de área local. (Universidad Francisco Jose De Caldas , 2015) [5]
En la Revista Avances en Sistemas e Informática de la UNAL se encuentra el proyecto
“MANEJO E INTEGRACIÓN DE BASES DE DATOS EN REDES DE SENSORES
INALÁMBRICAS”, con ayuda de microcontroladores, sensores y radio incorporados, con
capacidades limitadas. Lo anterior permite el monitoreo de variables físicas y ambientales tales
como temperatura, luz, humedad, etc. requeridas para una aplicación específica. (Manejo e
Fecha de aceptación: Para la medición de la temperatura y humedad existen sensores específicos para conocer la
temperatura y otros para conocer la humedad respectivamente aunque en muchas ocasiones,
y especialmente en la industria alimentaria, no basta con medir la temperatura, sino que la
humedad relativa es también un factor importante a tener en cuenta, en este caso se utilizará
un sensor que nos proporcionará estos dos valores él solo, este sensor es el DHT11, es un
sensor muy económico con el que podemos medir la temperatura entre 0º y 50º C con una
precisión de ±2°C y la humedad entre 20% y 80% con una precisión de 5% también se alimenta
a 5v este sensor, el pin de señal será el 8 que se conecta al 2 del sensor.
EL módulo BH1750 es un sensor de luz digital y nos entrega valores de medición en Lux (lumen
/m²) que es una unidad de medida estándar para el nivel de iluminación (iluminancia) tiene
alta precisión y un rango ente 1 – 65535 lx el cual es configurable.EL módulo tiene un regulador
interno de 3.3V pudiendo alimentar con 5V sin problemas.
La interfaz de comunicación es I2C pudiéndolo implementar en la mayoría de
microcontroladores, el módulo aparte de los pines de alimentación y pines I2C tiene un pin
para establecer la dirección, los pines de conexión al sensor serán a4 al SDA y a5 al SCL del
modulo
2. Problemática: Tanto en la industria como en otros sectores que el constante monitoreo y
análisis del ambiente, ya sea para la conservación de materias primas y/o productos
perecederos, se debe realizar constantes monitoreo de este mismo por medio de instrumentos
Fecha de aceptación: problema que aquí radica es que en ocasiones en el momento de dicho análisis el ser humano
es falible a cometer errores para determinar el cambio ambiental por medio de la percepción
de los sentidos o por medio de la utilización de instrumentos, los cuales tienen que ser
analizados de manera presencial en el lugar a percibir y a la vez el supervisor está expuesto a
estos cambios de ambiente generando inconsistencias físicas en su cuerpo afectando su
salud.
Características ESP8266
* Protocolos soportados: 802.11 b/g/n
* Wi-Fi Direct (P2p), Soft Access Point
* Pila TCP/IP integrado
* PLL, reguladores y unidades de manejo de energía integrados
* Potencia de salida: +19.5dBm en modo 802.11b
* Sensor de temperatura integrado
* Consumo en modo de baja energía: <10 uA
* Procesador integrado de 32 bits, puede ser utilizado como procesador de aplicaciones
* Wi-Fi 2.4 GHz, soporta WPA/WPA2
* Tamaño ultra reducido (11.5mm x 11.5mm)
* Conversor analógico al digital de 10-bit
* Soporta variedad de antenas
* SDIO 2.0, SPI, UART, I2C
Fecha de aceptación: * Rango de operación -40C° ~ 125C°
2.1 Implementación.
Objetivo General. Desarrollar un dispositivo el cual sea capaz de monitorear sensores de
temperatura, luminosidad y humedad relativa por medio de una plataforma virtual.
Objetivos Específicos.
• Monitorear el estado físico de ambientes de forma constante de temperatura, humedad y
luminosidad.
• Enviar los datos obtenidos en el dispositivo por medio de una red WiFi, GPRS o GSM a un
servidor web.
• Realizar un aplicativo web que permita el registro y análisis de los datos recibidos al servidor
web.
• Garantizar a los usuarios la revisión de los datos en el menor tiempo posible y desde cualquier
lugar siempre que se establezca una conexión a internet.
Servidor:
Fecha de aceptación:
Esp8266
reloj de tiempo real
memoria SD
Captura.
Se realiza la principal captura de temperatura humedad y luminosidad, luego de esto se da la
toma en el reloj de tiempo real, se guarda en la miro-SD. ESP8266 con la conexión wifi a
internet, enviando los datos por el método de envió GET utilizando un archivo PHP para recibir
los datos y guardarlos en la base de datos. La captura tiene como objetivo el análisis de ellos
con su graficación mensual, semanal, diario, la cual se podrá observar por medio del siguiente
GET
El presente proyecto consiste en desarrollar un dispositivo que sea capaz por medio de una
red o plataforma de monitoreo controlar sensores inalámbricos de forma remota que monitoree
y analicen el ambiente de lugares sensibles a cambios físicos, como son la humedad,
temperatura y luminosidad de forma directa, a distancia e inmediata que pueden afectar el
entorno , dicho monitoreo se realiza sin la necesidad de un supervisor que haga presencia en
el mismo lugar donde se encuentren dichos sensores. Se demuestra la eliminación de
exposición continua y directa de personal para supervisar ambientes hostiles como cavas y
cuartos fríos, cambios radicales que físicamente podrían afectar su salud, capacitación del
capital humano para manipular este dispositivo y su plataforma por parte de las industrias
Fecha de aceptación:
Figura 1.1
Fecha de aceptación:
Figura 1.3
Fecha de aceptación:
Figura 1.5
Fecha de aceptación:
Fecha de aceptación:
Diagrama de bloques
Para el monitoreo remoto vía web de las variables temperatura, humedad y luminosidad se
realizó el diagrama que se puede observar cada uno de los bloques que contiene el proyecto,
el cual muestra el recorrido que hace desde que se inicia a juntar las partes hasta el momento
en el que se hace la publicación de las gráficas finales se observa que el almacenamiento que
se lleva acabo se genera en una micro SD, para seguir el procedimientos de datos para que
ellos se publique en la página web, que es por medio de graficas las cuales se van actualizando
con el pasar del tiempo se registran los cambios en la figura 1.8
Fecha de aceptación:
Fecha de aceptación:
Diagrama consulta de datos
Partiendo del diagrama de bloques que se observa en la figura 1.9, se procede a explicar de
manera individual cada uno de los bloques funcionales del sistema para después ser
ensamblados entre sí.
Sistema para medición de temperatura y humedad relativa
El sensor DHT11 que permite medir temperatura y humedad relativa, tiene una salida digital
para establecer la comunicación con el microcontrolador. En la figura 1.10 puede observarse
Fecha de aceptación:
Uno de los principales beneficios, de utilizar este sensor son las medidas de temperatura y
humedad, son entregadas por medio de un protocolo de comunicación propia.
Medición de intensidad lumínica.
EL módulo BH1750 es un sensor de luz, que a diferencia del LDR es digital y nos entrega
valores de medición en Lux (lumen /m²) que es una unidad de medida estándar para el nivel
de iluminación (iluminancia), tiene alta precisión y un rango ente 1 – 65535 lx el cual es
configurable.
EL módulo tiene un regulador interno de 3.3V pudiendo alimentar con 5V sin problemas la
interfaz de comunicación es I2C pudiéndolo implementar en la mayoría de microcontroladores,
el módulo aparte de los pines de alimentación y pines I2C tiene un pin para establecer la
Fecha de aceptación:
Sistema para procesamiento de datos
Para el desarrollo del prototipo se decidió utilizar una placa microcontrolada Arduino.
Analizando las diferentes placas disponibles se decidió utilizar la placa Arduino Nano - 16 Mhz,
debido a que sus características son ideales para el desarrollo del sistema de medición y
monitoreo remoto sin desperdiciar recursos. En la Figura 1.12 puede apreciarse la placa que
se utilizó en el desarrollo del proyecto. Figura 1.11
Fecha de aceptación: Dentro de las características técnicas de esta placa destacan su bajo costo, su tamaño
reducido que le da ventajas ante el arduino UNO, las interfaces de comunicación que
maneja, y además posee un conversor análogo digital de 8 canales y 10 bits, dos puertos
con salida de PWM por hardware, manejo de interrupciones externas e internas y una gran
cantidad de librerías para el manejo de diferentes dispositivos.
Sistema de comunicaciones.
Para el módulo ESP8266 fue necesario diseñar un sistema de alimentación a 3,3V debido a
que ese es su voltaje máximo de operación. Para este fin se utilizó el circuito integrado
regulador de voltaje LD1117 el cual se configura para que nos dé un voltaje estable de 3,3V
a partir de un voltaje de entrada de 5V que es regulada con un LM7805. En la Figura 1.13
puede observarse el circuito diseñado para soportar la alimentación eléctrica del módulo
ESP8266.
Fecha de aceptación: La recomendación para alimentar este módulo, es que no se debe conectar a ningún otro
modulo o actuador que pueda generar caída en la corriente de este. Con el ESP8266 utilizamos
una comunicación Serial para comunicar el arduino y el módulo WiFi, en la figura 1.14 podemos
ver las conexiones de este.
Fecha de aceptación: Circuito Impreso (PCB) para ensamblar todas las etapas del sistema
El software de diseño de circuitos impresos Ares para diseñar una placa que permitiera integrar
todas las etapas del sistema. En la Figura 1.15 puede observarse el diseño del circuito impreso.
Fecha de aceptación: Sistema de monitoreo.
Todos los datos finalmente se consolidan en una página web en donde se muestran en
tiempo real todas las variables. Figura 1.16
Fecha de aceptación:
Dispositivo totalmente terminado en su cubierta requerida para el uso. Figura 1.17
Fecha de aceptación: Conclusiones.
.En la conclusión se puede definir que los cambios de temperatura, humedad y luminosidad se
puede testear por medio de, unos sensores específicos y así poder tener todos los datos más
resumidos para facilitar la lectura de la publicación de los ellos, que sean exactos la captura
de los cambios generados; teniendo la factibilidad de la ubicación que se desee tener.
Se aplica los avances tecnológicos, para así adecuarse con cada lugar que desee tenerlo,
manteniendo un servidor él cual puede almacenar las variables que se da en él proceso del
monitores, ya que son un avance que se ha venido aplicando con él paso del tiempo para así
poder facilitar seguridad, monitoreo y generar economía en las empresas, y tener exactas
publicaciones de datos.
Referencias
[2]aula clic. (Junio de 2005). Obtenido de http://www.aulaclic.es/articulos/wifi.html
[6]Manejo e integracion de bases de datos en redes de sensores inalambricos . (2008). bdigital, 10.
[1] Martínez, E. (diciembre de 2002). Tecnologias de Comunicacion Inalambrica. Obtenido de Eveliux: http://www.eveliux.com/mx/Tecnologias-de-Comunicacion-Inalambrica.html
[4]Universidad Distrital Francisco Jose De Caldas . (2012). CONTROL DE TEMPERATURA Y HUMEDAD PARA CULTIVO DE HONGOS COMESTIBLES SHIITAKE. Vision electronica algo mas que un estado solido .
[5]Universidad Distrital Franciso Jose De Caldas . (2011). AUTOMATIZACIÓN EN LA INDUSTRIA DE BOLÍGRAFOS.
Vision Electronica algo mas que un estampado solido , 11.
[6]Universidad Francisco Jose De Caldas . (2015). Parámetros de configuración en módulos XBEE-PRO® S2B ZB para medición de variables ambientales. Tecnura.
