MEDICIÓN DE VARIABLES MEDIOAMBIENTALES UTILIZANDO DISPOSITIVOS ANDROID
Presentado por CAMILO SUÁREZ RIVILLAS
Proyecto de Grado para optar por el título de: INGENIERO ELECTRÓNICO
___________________________________________________________ Director: Fredy Enrique Segura Quijano
Jurado: Antonio García Rozo
__________________________________________
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA BOGOTA, D.C.
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A mi hijo, gran Juan Camilo, mis padres, a mi hermano y mi Lupe. Por ser siempre una inspiración.
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1.2. INDICE DE FIGURAS ... 5
1.3. INDICE DE TABLAS ... 6
2. RESUMEN EJECUTIVO ... 7
3. INTRODUCCIÓN ... 9
1.1. DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA Y JUSTIFICACIÓN DE ESTE TRABAJO10 4. MARCO TEÓRICO ... 11
4.1. LA CALIDAD DEL AIRE Y LOS RIESGOS PARA LA SALUD ... 11
4.2. SENSADO PARTICIPATIVO ... 12
4.2.1. TAMAÑO MUESTRAL ... 13
4.3. TECNOLOGIA VESTIBLES (WEAREABLE TECHNOLOGIES) ... 14
4.4. INTERNET DE LAS COSAS ... 15
4.5. ARDUINO ... 17
4.5.1. TINYDUINO ... 17
4.6. APLICACIONES EN ANDROID ... 18
4.7. ANTECEDENTES EXTERNOS ... 19
4.8. ANTECEDENTES LOCALES ... 20
5. OBJETIVOS ... 20
5.1. OBJETIVO GENERAL ... 20
5.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ... 20
5.3. ALCANCE Y PRODUCTOS FINALES ... 21
6. CONTEXTO DEL PROYECTO Y TRATAMIENTOS ... 21
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6.2. RESTRICCIONES... 22
6.3. AMENAZAS ... 22
7. DESARROLLO DEL PROYECTO ... 22
7.1. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE MEDICIÓN ... 22
6.1.1. DIAGRAMA DE CAJA NEGRA ... 23
7.1.2. DIAGRAMA DE CAJA BLANCA ... 24
7.2. SELECCIÓN DE COMPONENTES ... 24
7.3. DISPOSITIVO FINAL ... 26
7.4. DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA ... 28
8. RESULTADOS OBTENIDOS ... 29
8.1. RESULTADOS EN LA APLICACIÓN... 29
8.2. VISUALIZACION EN WEB ... 31
9. CRONOGRAMA ... 32
9.1. IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCION DE HITOS ... 33
10. CONCLUSIONES ... 33
11. TRABAJO FUTURO ... 34
12. AGRADECIMIENTOS ... 35
13. Referencias ... 36
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1.2. INDICEDEFIGURAS
Figura 1: Estación de monitoreo de la calidad del Aire de la Secretaria Distrital de Ambiente en Guaymaral. 11
Figura 2; Una persona utilizando las Google Glasses, unas gafas que poseen la capacidad de realizar
llamadas, grabar video, tomar fotos, conectarse internet entre muchas otras cosas. Posee casi todas las
características de un teléfono inteligente. ... 15
Figura 3: Diagrama donde se muestran algunos de los distintos dispositivos que pueden estar conectados a
internet. Se estima que para 2030 cada ser humano estará rodeado de aproximadamente 3000 dispositivos
conectados a internet según [3] ... 16 Figura 4: Arduino UNO R3, con ATMega328, puerto de corriente y USB. ... 17
Figura 5: Tarjeta con el procesador (izq), Pila de módulos de TinyDuino con una altura total de
aproximadamente 23 mm (Centro) y el módulo de procesamiento den detalle (der). ... 18
Figura 6: Diagrama de caja negra donde se observan los requerimientos del sistema, sus restricciones,
entradas y salidas. ... 23 Figura 7: Diagrama de caja blanca, con especificación de los módulos que interactúan en el sistema. ... 24 Figura 8: Dispositivo con ArduinoUNO, con sensores de humedad, temperatura y Monóxido de Carbono (izq)
y material particulado (Der) ... 26 Figura 9: Dispositivo conectado a TinyDuino y Sensores de Temperatura, Humedad y Monóxido de Carbono.
... 27 Figura 10; Diagrama de Flujo del sistema completo. ... 28
Figura 11: Pantalla de medicion de sensores de la aplicación, con diferentes variables siendo medidas por el
dispositivo creado. ... 29
Figura 12: Grafica para la medición de la humedad relativa (%), se observa la escala de colores que además
se vera en cada medicion sobre el mapa. ... 30 Figura 13: Mapa de Bogotá con el registro de una sesión de grabación, su recorrido y dos colores diferentes
dependientes de la escala para Monóxido de Carbono (ppm) ... 30
Figura 14: Mapa de Bogotá, muestra una sesión grabada el 10 de Mayo, en ella se puede observar el
recorrido y la gráfica de los valores obtenidos para Monoxido de carbono. Los valores pueden consultarse en
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1.3. INDICEDETABLAS
Tabla 1: Diferentes valores para la constante dependiente del nivel d de confianza, k. ... 13
Tabla 2: Calculo de tamaño muestral para la ciudad de Bogotá, asumiendo una población de 8 millones de habitantes ... 14
Tabla 3: Selección inicial de componentes... 25
Tabla 4: Selección definitiva de componentes con sus costos finales. ... 26
RESÚMEN EJECUTIVO
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2.
RESÚMEN
EJECUTIVO
IMPLEMENTACION DE UNA RED DE SENSORES INALÁMBRICOS Y BASE DE DATOS PARA MEDICION DE VARIABLES MEDIOAMBIENTALES UTILIZANDO DISPOSITIVOS ANDROID
Para el primer semestre del año 2014, se propuso llevar a cabo la realización de un dispositivo de medición de variables medioambientales y su implementación de tamaño reducido para ser categorizado como un wearable, mediante el cual sería posible llevar a cabo mediciones de calidad ambiental que hoy en día se realizan en robustos centros de medición distribuidos aisladamente por la ciudad de Bogotá. Dicho dispositivo cuenta con la conexión inalámbrica para trasmitir datos a un dispositivo inteligente, con sistema operativo Android, bien sea teléfono o tableta.
El dispositivo implementado durante este tiempo cumple con las características deseadas, ya que es capaz de medir Humedad, Temperatura, Monóxido de Carbono y Material Particulado en el aire, y relacionarlo con la geolocalización al tratarse de un dispositivo móvil, por su bajo consumo portabilidad y diseño. Este dispositivo usa una tecnología de procesamiento, de hardware libre, muy reciente en el mercado, con el fin de conseguir las dimensiones deseadas sin afectar calidad y robustez del mismo.
El producto final es un paso más hacia el mundo de las nuevas tecnologías, y abre la posibilidad al país y a la Universidad de los Andes de trabajar a la vanguardia de las mismas, con el objetivo de ir al día, o si es posible un paso delante de las necesidades que aquejan a las comunidades. En este caso la opción de crear una red de sensado participativo y la oportunidad de conocer la calidad del aire que respiramos generando conciencia y oportunidades de mejora y control de dicha calidad.
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Con el adecuado seguimiento a este proyecto en el futuro se espera lograr un grupo de profesionales interesados en medir las variables que nos rodean, y hacerlas visibles por medio del uso de las nuevas tecnologías para toda la comunidad, como se logra a través de este proyecto en mapas que fácilmente pueden ser consultados a través de la web.
El resultado final del proyecto se encuentra contenido en el documento que se encuentra anexo a este, donde se describe la elaboración del mismo, los datos obtenidos, se hace un análisis de los costos del dispositivo, así como los costos que conllevaría un proyecto de este tipo, en caso de no ser un ejercicio académico.
INTRODUCCIÓN
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3.
INTRODUCCIÓN
Las redes inalámbricas de sensores dan hoy en día la posibilidad de medir o detectar diferentes variables en el ambiente con aplicaciones como detección de Tsunamis, sísmicas, temperatura o variables medio ambientales, mientras los teléfonos inteligentes pueden dar la posibilidad de obtener esos datos en tiempo real y observarlos de manera conveniente en aplicaciones instaladas en dichos teléfonos o tabletas, proporcionando la posibilidad de subir esos datos a un servidor con el fin de hacer uso de ellos, compararlos y estudiarlos con respecto a otras variables como pueden ser la posición o un momento exacto.
Android, el sistema operativo más instalado actualmente en dispositivos inteligentes, proporciona eficiencia en cuanto a su portabilidad, consumo, capacidad de procesamiento y costo. Entre otras provee la oportunidad de salir de los lineamientos iniciales que los desarrolladores le dieron al uso del sistema, en servicios de comunicación y entretenimiento, ahora es posible hacer uso de todas estas ventajas para implementar sistemas que puedan interactuar en otros campos de la vida de las personas. [1]
Las variables medio ambientales podrían constituir un ejemplo de esta interacción. La preocupación por el estado del medio ambiente crece cada día y nos hace cada vez más responsables de su cuidado, siendo entonces de gran importancia su monitoreo y control, que actualmente se hace con estaciones base en distintos puntos de las ciudades, pero que difícilmente podrían dar una luz de lo que ocurre en la totalidad del territorio dadas sus restricciones de movilidad, que podrían ser eliminadas si dichos sensores fuesen inalámbricos, brindando la característica de movilidad de la que carecen los sistemas actualmente.
La salud de cada ser humano y de las comunidades en general se puede ver afectada significativamente por una pobre calidad del aire. Desafortunadamente la medición de
INTRODUCCIÓN
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variables de calidad del aire difícilmente pueden ser llevadas a cabo de manera individual, y los resultados muchas veces no son lo suficientemente precisos como para provocar un cambio en las elecciones de cuidado personal y salubridad que cada persona quisiera hacer. [2]. A partir de la creación de sistemas más económicos y portables que permitan la medición de distintas variables de medio ambiente y que involucren la salud de las personas, es posible lograr que cada individuo descubra, conozca, entienda y comparta con su comunidad y a través de distintas redes sociales datos recolectados en su cotidianidad y que la mayoría de las veces desconocemos.
3.1. DESCRIPCIÓNDELAPROBLEMÁTICAYJUSTIFICACIÓNDEESTETRABAJO
La calidad del aire es un tema importante que a menudo es ignorado por los individuos en las ciudades, sin embargo la exposición a calidad de aire baja o muy pobre puede resultar en efectos negativos para la salud, que difícilmente pueden ser detectados de manera inmediata, y que la mayoría de las veces son producto de la prolongada exposición a estas condiciones. Adicionalmente el problema cuenta con un grado de complejidad mayor al no encontrar una forma de medir la calidad del aire de manera móvil, y con gran cantidad de nodos capaces de medir las condiciones del aire. En ciudades grandes como Bogotá, donde se conduce este proyecto, se cuenta con estaciones de monitoreo distribuidas alrededor de la ciudad y que carecen de movilidad, mientras se encuentran separadas por grandes distancias una de la otra. En Bogotá, la secretaria distrital de ambiente cuenta con la Red de Monitoreo de Calidad del Aire y el Observatorio ambiental de Bogotá.
Según [3], la Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá, es un sistema de monitoreo ambiental continuo, con transmisión de datos vía telefónica (fija y celular). Cuenta con 15 estaciones de medición con disponibilidad de datos meteorológicos y de contaminación del aire. Su objetivo es obtener, procesar y divulgar información de la calidad del aire en el Distrito Capital, de forma confiable y clara, para evaluar el cumplimiento de estándares de calidad del aire en la ciudad y verificar la tendencia de la concentración de los
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contaminantes, como información base para la definición de políticas de control de contaminación.
La Secretaría Distrital de Ambiente actualmente se encuentra operando la RMCAB, Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá compuesta por 13 estaciones fijas de monitoreo de calidad del aire, y dos estaciones que miden únicamente condiciones meteorológicas.
Figura 1: Estación de monitoreo de la calidad del Aire de la Secretaria Distrital de Ambiente en Guaymaral.
4.
MARCO
TEÓRICO
4.1. LACALIDADDELAIREYLOSRIESGOSPARALASALUD
La contaminación, tanto en espacios interiores como al aire libre, constituye un grave problema de salud medioambiental que afecta a los países desarrollados y en desarrollo por igual. Las Directrices sobre Calidad del Aire elaboradas por la OMS en 2005 están concebidas para ofrecer una orientación mundial a la hora de reducir las repercusiones sanitarias de la contaminación del aire. Las primeras directrices, publicadas en 1987 [4] y actualizadas en 1997 [5] , se circunscribían al ámbito europeo. Las nuevas (2005), sin
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embargo, son aplicables a todo el mundo y se basan en una evaluación de pruebas científicas actuales llevada a cabo por expertos. En ellas se recomiendan nuevos límites de concentración de algunos contaminantes en el aire como partículas en suspensión (PM), ozono (O3), dióxido de nitrógeno (NO2) y dióxido de azufre (SO2).
La Organización mundial de la salud considera la calidad del aire uno de los temas más delicados para los años que se avecinan, pues la industrialización, el uso excesivo del automóvil, el smog y humo en las ciudades ponen en riesgo la salud de los seres humanos, debido a ello en 2012 murieron 7 millones de personas de manera prematura, convirtiendo a la contaminación del aire en el mayor problema de salud medioambiental según [6].
4.2. SENSADOPARTICIPATIVO
El término de sensado participativo toma más fuerza cada día, la posibilidad que ofrecen los grandes avances en comunicaciones a los grupos de personas y comunidades se extiende más en cada momento, dentro de lo cual se encuentra la posibilidad de empoderar a cualquier persona que tenga un dispositivo móvil con conexión a internet a ser parte de una red de individuos que colecta y comparte datos usando dispositivos inteligentes, que pueden ir desde transporte inteligente y movilidad, pasando por redes sociales y hasta medición de signos vitales o de variables medioambientales y calidad del aire. Se puede decir entonces que el sensado participativo es un paradigma revolucionario que le permite a las personas voluntariamente la detección de diferentes mediciones a través de sus teléfonos celulares y otros dispositivos con capacidad de conectarse a internet, haciendo entonces que su potencial sea inmenso porque empodera a ciudadanos del común a colectar datos que podrían ser de gran utilidad para diversas organizaciones y estudios, a bajo costo y sin tener que utilizar una infraestructura de sensado costosa, no distribuida y específica para una sola variable o un grupo pequeño de ellas, muchas veces limitando el movimiento (estaciones fijas) o la posibilidad de tener un
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número adecuado de estaciones de monitoreo que permitieran arrojar conclusiones sobre un dato especifico.
Además se hace posible la medición de diferentes variables y su relación con el tiempo y el espacio, dando paso a nuevos estudios que puedan relacionar dichas mediciones con una posición en la ciudad en un determinado momento, y con ayuda de una API de Google Maps mostrar de diferentes maneras los datos recolectados a nivel global. Por otro lado se hace posible la interacción de dichas variables con los dispositivos que diariamente usamos, como puede ser un chaleco, un reloj o una camiseta, dadas las grandes posibilidades que nos brindan las tecnologías portátiles o Wearable Technologies y el internet de las cosas.
4.2.1. TAMAÑOMUESTRAL
Para llevar a cabo una red de sensado participativo que muestre veracidad en los datos, sea robusta y capaz de generar un impacto importante en una comunidad es necesario contar con un mínimo de nodos dependiendo del tamaño de la totalidad de la población, partiendo del hecho estadístico de que la mitad (50%) de los nodos participantes poseen la característica de estudio, y la mitad restante no posee dicha característica, en este caso la característica seria saber si la población conoce la calidad del aire en su ciudad, está interesada y le importa conocerla y poder controlarla, y si de una u otra forma se ve afectada por la calidad del aire de la ciudad, y si es consciente o no de ello.
𝑘2𝑁𝑝𝑞 𝑒2(𝑁 − 1) + 𝑘2𝑝𝑞
Tabla 1: Diferentes valores para la constante dependiente del nivel d de confianza, k.
N: Tamaño población o Universo
Valor de k 1.15 1.28 1.44 1.65 1.96 2.24 2.58 Nivel de confianza 75% 80% 85% 90% 95% 98% 99%
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K: Constante dependiente del nivel de confianza e: Error muestral deseado
p: Proporción de individuos que poseen la característica de estudio q: Proporción de individuos que no poseen dicha característica.
Tabla 2: Calculo de tamaño muestral para la ciudad de Bogotá, asumiendo una población de 8 millones de habitantes
De la tabla anterior se puede concluir que para una población de 8 millones de personas, la implementación de una red de sensado participativo con un nivel de confianza del 95% requeriría de aproximadamente 400 dispositivos, mientras una red con el 90% de confianza podría ser construida a partir de 70 dispositivos de medición como un acercamiento a un sistema que arroje información de relevante en cuanto a la calidad del aire, su conocimiento, información y divulgación.
4.3. TECNOLOGIAVESTIBLES(WEAREABLETECHNOLOGIES)
Con el avance de la tecnología, el acceso a ella, la miniaturización de componentes y el papel que juega en nuestra vida cotidiana, se ha abierto desde hace unos años un campo que como su nombre lo indica, no es más que la tecnología que se puede usar, portar o vestir. Es decir la apertura de un sinnúmero de posibilidades hacia hacer nuestra cotidianidad mucho más cercana a la tecnología, el avance en relojes, como el Samsung Gear, las bandas enfocadas en deportistas como la fitband, o las tan conocidas Google Glasses hacen pensar que cada día existirá la posibilidad de portar más prendas con tecnología en ella. Así, este proyecto consiste en un punto de partida importante para trabajar con más ahínco en la consecución de un espacio en ese mercado. Los sensores juegan un papel de gran importancia en las tecnologías vestibles, desde un monitor de
k 1.65 1.96 2.24
N 8000000 8000000 8000000
e 0.1 0.05 0.05
p 0.5 0.5 0.5
q 0.5 0.5 0.5
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signos vitales para bebes, pasando por un chaleco reflector que mide variables medioambientales, el cual podría derivarse de este proyecto, hasta imaginar que una camiseta o unos zapatos podrían medir constantemente nuestros signos vitales, dar aviso de cualquier irregularidad por medio de señal celular, internet o simplemente guardar los datos en la nube para que estén disponibles al otro lado del mundo en instantes.
Lo anterior abre un panorama gigantesco a la tecnología, tanto en términos económicos como de mejoramiento del mundo, la salud, la educación y el ambiente, por lo anterior este proyecto pretende abrir una puerta y ser un punto de partida desarrollar con mayor frecuencia dispositivos vestibles en Colombia y estar a la vanguardia de esta tecnología que empieza a tomarse el mundo y que se espera esté alrededor del planeta en menos de 5 años con infinidad de dispositivos tecnológicos que se pueden usar y portar.
Figura 2; Una persona utilizando las Google Glasses, unas gafas que poseen la capacidad de realizar llamadas, grabar video, tomar fotos, conectarse internet entre muchas otras cosas. Posee casi todas las características de un teléfono
inteligente.
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La segunda oportunidad que se abre y que va de la mano con las tecnologías vestibles es el internet de las cosas, IoT por sus siglas en inglés (Internet of Things). Si además de poder vestirnos con tecnología, logramos que esta esté conectada a internet, y que seamos capaces de recibir datos y enviarlos en tiempo real, para que sean valorados por las comunidades, para seguridad, para generar bases de datos robustas, entre otras posibilidades, estamos hablando entonces de una gran cantidad de oportunidades que se presentan para el sector tecnológico.
Y entonces un llavero puede ser fácilmente localizable en un mapa en la red, desde un Smartphone o puede contestar a un llamado, una red de bicicletas podría optimizar la ruta en cuanto a otros ciclistas, en cuanto a la calidad del aire, de las rutas o el clima, los tenis de un atleta pueden indicarle además de todos sus logros deportivos, la fuerza que está llevando a cabo sobre sus pies por medio de sensores, dando pistas para un mejor entrenamiento o para una fabricación de tenis más adecuada y ergonómica, incluso personalizada por parte de las marcas de ropa, y podríamos empezar a sensar nuestro entorno y crear redes de sensado participativo para casi cualquier variable que se pudiera medir, y lograr posteriormente su control.
Figura 3: Diagrama donde se muestran algunos de los distintos dispositivos que pueden estar conectados a internet. Se estima que para 2030 cada ser humano estará rodeado de aproximadamente 3000 dispositivos conectados a internet
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4.5. ARDUINO
Figura 4: Arduino UNO R3, con ATMega328, puerto de corriente y USB.
Arduino es una plataforma de Hardware libre, constituida por una placa portadora de un micro controlador, que para el caso de este proyecto es un ATMega328, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en distintos proyectos como se especifica en [8] La Arduino UNO, con la cual se elabora el prototipo de este proyecto contiene 14 puertos digitales I/O, de los cuales 6 pueden ser utilizaos como salidas PWM, 6 entradas análogas, mediante las cuales se medirán 3 sensores diferentes en este proyecto. Cada pin análogo tiene una resolución de 10 bitas, es decir 1024 valores diferentes (0-1023), mientras de pines digitales son capaces de generar una salida PWM de 8 bits como se especifica en [9].
4.5.1. TINYDUINO
TinyDuino es un producto de TinyCircuits, una empresa dedicada al diseño y la manufactura de dispositivos electrónicos muy pequeños [10]. TinyDuino se presenta como un dispositivo tan poderoso como el Arduino UNO, siendo más pequeño que el tamaño de una moneda. TinyDuino es una tarjeta compatible con Arduino en un empaque ultra compacto, ideal para trabajos de tecnologías vestibles y miniaturización de prototipos. Su clave se encuentra en su diseño modular, por ejemplo, en vez de tener el puerto de conexión siempre en la tarjeta, se utiliza únicamente al momento de programar e interactuar con el computador, logrando reducir espacio a la hora de hacer un producto final. Cada módulo ha sido optimizado para cumplir con su tarea específica, con el fin de mantener el tamaño tan reducido como sea posible. Su tecnología se basa en la utilización de escudos (Shields) que se pueden apilar uno sobre otro de manera tridimensional a la
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hora de utilizarlos con el ánimo de adicionar características y utilidades a un dispositivo. En este proyecto, luego de probar su funcionalidad con Arduino UNO, se procede a hacer un dispositivo reducido en tamaño pero con las mismas especificaciones.
Figura 5: Tarjeta con el procesador (izq), Pila de módulos de TinyDuino con una altura total de aproximadamente 23 mm (Centro) y el módulo de procesamiento den detalle (der).
4.6. APLICACIONESENANDROID
Android es un sistema operativo móvil open source basado en Linux, enfocado principalmente para dispositivos con pantalla táctil como teléfonos inteligentes o tabletas. Hoy en día está instalado en cerca del 81% de los teléfonos móviles del mundo, dada su característica de ser soportada por diferentes plataformas hardware móviles, dado que su implementación aísla las aplicaciones software de la arquitectura hardware específica del dispositivo. Dentro de las características principales de Android se pueden enlistar las siguientes. [11]
Plataforma de aplicaciones flexible, que permite la reutilización de componentes. Optimización de recursos para dispositivos móviles mediante la máquina virtual
Dalvik (DVM)
Optimización gráfica mediante Open GL ES 1.0 y SGL. Soporte para formatos comunes de Audio y Video Soporte de almacenamiento mediante SQLite
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Soporte para comunicaciones (Bluetooth, EDGE, 3G, 4G, LTE, WiFi) Soporte para periféricos (GPS, Cámara, Acelerómetro y Brújula) Programación en Alto Nivel a través de JAVA y XML
Software multiplataforma Software de código abierto
Dada su característica de código abierto, es posible desarrollar aplicaciones a la necesidad de cada usuario e instalarlas en cualquier dispositivo que use su sistema operativo o emularlo en una máquina virtual con las características hardware deseadas. Por otro lado su relación con Google permite que la gran variedad de herramientas que posee este último sean fácilmente integrables a las aplicaciones que se desarrollan en esta plataforma, como Google Wallet, Google maps, Google Analytics, entre otras. [12]
4.7. ANTECEDENTESEXTERNOS
El trabajo que se expone en el artículo de IEEE titulado “P-sense: A participatory sensing system for air pollution Monitoring and Control” [13] constituye un avance alrededor del tema de sensado participativo y utilización de dispositivos móviles cotidianos, como teléfonos inteligentes, para desarrollar una red de sensores interactivos y bidireccionales, convirtiendo a cada teléfono celular en un nodo de medición capaz de capturar, procesar, transmitir y recibir información. Dando la posibilidad de adquirir grandes cantidades de datos de manera simple y a bajo costo. “Pollution sense” es un sistema para monitoreo y control de la polución del aire que tiene como objetivo permitir que diferentes organización tengan acceso a los datos recolectados para dirigir sus planes de trabajo y guías en cuanto a la calidad del aire.
En el artículo “Mobile Sensor Data Collector using Android Smartphone” [14] se presenta un trabajo en el cual un celular con sistema operativo Android permite
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visualizar en la pantalla mientras transmite de manera simultánea a un servidor central datos recolectados. Se utilizan comunicación bluetooth y conexiones inalámbricas de internet (wifi) para transmitir datos entre los dispositivos, así como también se utiliza la tecnología NFC para hacer más eficiente la conexión automática y la ejecución de la aplicación. Finalmente se utilizan sensores de temperatura y señales de electrocardiografía para llevar a cabo los experimentos, presentando posteriormente los datos de manera gráfica o tabulada en el teléfono y también en el servidor.
4.8. ANTECEDENTESLOCALES
Este trabajo de grado, se inspira en la declaración de estudios futuros del trabajo desarrollado por David Santiago Flechas García, titulado, ‘’Sistema inalámbrico de medición de monóxido de carbono con interfaz sobre un teléfono inteligente’’, [1] siendo este el antecedente local más importante y que se tomara como punto de partida y referencia para la realización de este trabajo.
5. OBJETIVOS
5.1. OBJETIVOGENERAL
Implementar una red de sensores de medición de variables ambientales, portátiles y de bajo costo, que permita adquirir datos sobre los niveles de contaminación en la ciudad de Bogotá, teniendo en cuenta variables temporales y de geolocalización.
5.2. OBJETIVOSESPECIFICOS
Seleccionar el sensor adecuado para la medición de la variable ambiental escogida dentro de las restricciones del trabajo.
Validar el funcionamiento de la implementación del sensor en su versión final, con una interfaz de comunicación Bluetooth y replicar el diseño para producir 3 sensores.
CONTEXTO DEL PROYECTO Y TRATAMIENTOS
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Optimizar la aplicación que permite comunicar el sensor con un dispositivo inteligente Android, de manera que sea posible la visualización de niveles de concentración de la variable medida vs tiempo y niveles de concentración dela variable medida vs localización.
Construir una base de datos con los obtenidos por la aplicación para poder hacer uso posterior de los mismos en estudios medioambientales.
5.3. ALCANCEYPRODUCTOSFINALES
Implementación de los circuitos de sensores y completa caracterización de los mismos para medición de una variable ambiental con comunicación bluetooth y transmisión a un servidor central.
Aplicación en Android capaz de comunicar el sensor con el dispositivo, generando la relación de los datos obtenidos con tiempo y localización, y posterior transmisión a una base de datos.
Entregar una base de datos de medición de mínimo 15 días de una variable medioambiental, como se especifica en el literal anterior, evidenciando usabilidad del dispositivo y de los datos obtenidos, validando los datos con revisiones periódicas de la unidad de detección en un tiempo adecuado.
6. CONTEXTODELPROYECTOYTRATAMIENTOS 6.1. SUPOSICIONES
Se tendrá acceso a un dispositivo inteligente con sistema operativo Android, que funcione correctamente y tenga la posibilidad de transmisión de datos.
Se contará con el apoyo de una red de personas dispuestas a ser un nodo en la red de sensado, es decir personas con teléfonos inteligente Android con posibilidad y disposición para transmitir datos utilizando su propio teléfono y plan de comunicación celular.
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Se podrá contar con los dispositivos y sensores necesarios para el desarrollo del trabajo en los momentos en los que se requiere ajustándose al cronograma planteado.
6.2. RESTRICCIONES
El sistema de detección de variables medioambientales debe ser portable y de bajo costo, con el fin de poder implementar la red deseada.
Los paquetes de datos podrían no funcionar de manera adecuada en ciertas zonas de la ciudad lo que podría dificultar la transmisión de datos en tiempo real desde cada uno de los nodos de la red.
6.3. AMENAZAS
Dificultad en la compra de los elementos necesarios para implementar la red de sensores, tales como componentes de circuitos no disponibles en el país.
La privacidad de las personas involucradas en la red de sensores podría amenazar la creación de la misma, así como podría verse afectada la veracidad por posible manipulación de los individuos de la red.
7.
DESARROLLO
DEL
PROYECTO
El fin del proyecto se basa en la obtención de datos de variables medioambientales por medio del dispositivo creado y su almacenamiento en un servidor con el fin de ser expuestos en un mapa de fácil visualización a nivel global alojado en una página web y en la aplicación del dispositivo inteligente, bien sea un teléfono o una tableta, por medio de este diseño se pretende dar un paso en el avance de las tecnologías portátiles y su interacción con la cotidianidad de las personas.
7.1. DISEÑO DEL DISPOSITIVO DE MEDICIÓN
El dispositivo de medición consta de tres sensores de medición de calidad del aire, como son el sensor de material particulado, monóxido de carbono, humedad y temperatura, y un módulo Bluetooth para transmitir datos al dispositivo móvil. El procesamiento de
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señales se realizara en un ATMega328, incluido en una tarjeta Arduino UNO y en el tinyDuino que hará finalmente como módulo de procesamiento.
6.1.1.DIAGRAMADECAJANEGRA
A continuación se presenta el diagrama de caja negra del dispositivo diseñado.
Figura 6: Diagrama de caja negra donde se observan los requerimientos del sistema, sus restricciones, entradas y salidas.
Es de especial importancia que el dispositivo diseñado sea portable, y tenga bajo consumo ya que está pensado para ser activado bajo diferentes condiciones de movilidad. El envío de datos de los sensores al dispositivo móvil se hace por medio de tecnología Bluetooth, mientras el dispositivo debe contar con conexión a la red (3G, 4G, LTE)
DESARROLLO DEL PROYECTO
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7.1.2. DIAGRAMADECAJABLANCA
Figura 7: Diagrama de caja blanca, con especificación de los módulos que interactúan en el sistema.
7.2. SELECCIÓNDECOMPONENTES
Para el desarrollo de este proyecto se han investigado diferentes dispositivos que hagan posible la medición de las variables escogidas, como son material particulado, monóxido de carbono y dióxido de nitrógeno, y a su vez sean capaces de comunicar dichas mediciones a un dispositivo Android por medio de Bluetooth. Para ello se ha escogido entre diferentes opciones el kit Básico de TinyDuino, una plataforma basada en Arduino con gran poder de procesamiento y bajo consumo de energía con dimensiones que la hacen portable y adaptable a la problemática que se desea tratar en este trabajo. A continuación se muestra la selección de componentes con sus diferentes valores en el mercado.
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En la Tabla 3: Selección inicial de componentes. Se presenta una preselección de componentes para llevar a cabo el proyecto, incluye un Dinamo para recarga de baterías, si el uso final es de un ciclista, sin embargo esta opción no se implementó en el resultado final. En la Tabla 4: Selección definitiva de componentes con sus costos finales., se observa la selección y componentes que en el resultado final hacen parte del dispositivo implementado, se observa el cambio de algunos componentes como el módulo Bluetooth que finalmente se utiliza.
Tabla 3: Selección inicial de componentes.
Con respecto a la tabla final de componentes y sus costos se observa que el precio final del producto es elevado para constituir un único nodo de una red de sensado participativo, mucho más cuando las variables que se miden parecieran no ser de gran importancia para la población general. Sin embargo puede constituir una solución mucho más económica que las grandes estaciones de medición de calidad del Aire que existen actualmente en Bogotá, con el adecuado trabajo de calibración y comprobación de la veracidad de los datos arrojados por el dispositivo.
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2.1 MQ-7 $ 15,689 Sigma Colombia
3.1 Dinamo USB $ 32.90 $ 69,913 Amazon USA Baterias
4.1 CR2032 $ 1,500 Sigma Colombia 4.2 Li-ion 9V (recargable) $ 16,820 Sigma Colombia 5.1 TinyDuino Basic Kit $ 59.95 $ 127,393.75 TinyDuino USA 5.2 TinyShield Bluetooth Low energy$ 49.95 $ 106,143.75 TinyDuino USA
*NOTA TRM $ 2,125.00 COP/USD Precio
DESARROLLO DEL PROYECTO
Pá
gin
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Tabla 4: Selección definitiva de componentes con sus costos finales.
7.3. DISPOSITIVOFINAL
El dispositivo final consta de tres sensores, capaces de medir Humedad y temperatura (DHT11), Monóxido de Carbono (MQ7) y material particulado (Sharp GP2Y1010), un dispositivo Bluetooth para transmisión de datos y una unidad de procesamiento TinyDuino cuyo procesados es un ATMega328p. En las ilustraciones siguientes se muestra el prototipo operando con ArduinoUNO y con TinyDuino posteriormente. En ambos caso es 100% funcional y se ha logrado la conectividad del sistema con la aplicación AirCasting por medio de Bluetooth en ambos casos.
ITEM Dispositivo Proveedor Localizacion Precio (USD) Precio (COP) Unidad de Procesamiento TinyDuino Basic Kit TinyCircuits USA $ 59.95 $ 127,393.75 Sensor de PM GP2Y1010AU0F ebay Taiwan $ 10.00 $ 21,250.00
Sensor de Monoxido MQ-7 Sigma Colombia $ 15,689
Sensor de huedad y temperatura DHT11 Vistronica Colombia $ 13,000 Bluetoooth RN42 Bluesmirf Silver tdRobotica Colombia $ 90,000
Bateria Li-ion 9V Sigma Colombia $ 18,000
Circuiteria General Componentes discretos, PCB Diferentes proveedores Colombia $ 15,000 TOTAL $ 300,332.75
Figura 8: Dispositivo con ArduinoUNO, con sensores de humedad, temperatura y Monóxido de Carbono (izq) y material particulado (Der)
DESARROLLO DEL PROYECTO
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En la figura anterior se observa la disminución de tamaño del dispositivo con la utilización de TinyDuino, teniendo la misma capacidad de procesamiento que con ArduinoUNO. El módulo de Bluetooth RN42 se encuentra disponible como escudo para el TinyDuino, de esta manera se reduciría el espacio de mayor manera,
finalmente el dispositivo podría ser de aproximadamente 9cm2 de área y 18cm3 de
volumen.
DESARROLLO DEL PROYECTO
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7.4. DIAGRAMADEFLUJODELSISTEMA
RESULTADOS OBTENIDOS
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8.
RESULTADOS
OBTENIDOS
8.1. RESULTADOSENLAAPLICACIÓN
En la aplicación AirCasting se hicieron mediciones con el dispositivo implementado, grabando sesiones con 2 o 3 sensores diferentes y haciendo uso de comunicación Bluetooth. En la aplicación se observan las variables que están siendo medidas, el promedio en dicha sesión, así como los valores mínimo y máximo, y una relación con colores dependiendo del valor de cada variable, basado en una escala que es definida por el usuario para cada una de ellas.
Figura 11: Pantalla de medición de sensores de la aplicación, con diferentes variables siendo medidas por el dispositivo creado.
RESULTADOS OBTENIDOS
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Figura 12: Grafica para la medición de la humedad relativa (%), se observa la escala de colores que además se verá en cada medición sobre el mapa.
Figura 13: Mapa de Bogotá con el registro de una sesión de grabación, su recorrido y dos colores diferentes dependientes de la escala para Monóxido de Carbono (ppm)
RESULTADOS OBTENIDOS
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8.2. VISUALIZACIONENWEB
En el sitio web de la aplicación es posible ver los datos grabados en cada ciudad, o por variable medioambiental, en este caso en Bogotá el único dispositivo de medición es el creado en este proyecto, se observa sobre el mapa el recorrido generado en una sesión, con un color diferente para cada punto medido dependiendo del valor que toma en la escala. Por medio de este mapa es posible ver la calidad del aire en Bogotá en distintos puntos dependiendo de cada Nodo, con el gran beneficio de ser móviles.
Figura 14: Mapa de Bogotá, muestra una sesión grabada el 10 de Mayo, en ella se puede observar el recorrido y la gráfica de los valores obtenidos para Monóxido de carbono. Los valores pueden consultarse en [15].
CRONOGRAMA
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9.
CRONOGRAMA
Tabla 5: Cronograma inicial propuesto para el presente proyecto.
El anterior constituye el cronograma inicial de realización del proyecto, algunas tareas no se han llevado a cabo debido a decisiones tomadas sobre el proceso, como el hecho de no
Nombre de ta rea Dura ci ón Comi enzo Fi n Predeces ora s Nombres de l os recurs os
Proyecto de Grado Ing. Eléctrónica 87 días lun 27/01/14 mar 27/05/14
Reuni on con a s es or 1 día mi é 22/01/14 mi é 22/01/14
Informe de Avance 1 9 días lun 27/01/14 jue 06/02/14
Revi s i on Bi bl i ogra fi ca y el ecci ón del s ens or 9 día s l un 27/01/14 jue 06/02/14 2 IEExpl ore Diseño preliminar del sistema del sistema 3 días vie 07/02/14 mar 11/02/14
Di a gra ma de Ca ja Negra y de Ca ja Bl a nca . 3 día s vi e 07/02/14 ma r 11/02/14 4 Diseño detallado del sistema e implementación 18 días lun 24/02/14 mié 19/03/14
Di s eño de ci rcui to de i ns trumenta ci on pa ra el
s ens or s el ecci ona do 5 día s l un 24/02/14 vi e 28/02/14 4
Si mul a ci ones e i mpl ementa ci on del s ens or
es cogi do y s u ci rcui to de i ns trumenta ci ón 7 día s l un 03/03/14 ma r 11/03/14 8
IEExpl ore[57%],Softwa re di s eño PCB[57%],Sens or[57%]
Prueba s y veri fi ca ci ón del s ens or y el ci rcui to de
i ns trumena ta ci on 5 día s mi é 12/03/14 ma r 18/03/14 9 Sens or,Prototi po
Entrega de i nforme de a va nce 1 1 día mi é 19/03/14 mi é 19/03/14 10
Apropiacion del software programado previamente 27 días jue 13/02/14 vie 21/03/14 Reconoci mi ento de l a a pl i ca ci ón e i ntera cci on
con s us uti l i da des 7 día s jue 13/02/14 vi e 21/02/14
Opti mi za ci ón de l a a pl i ca ci ón Androi d 5 día s l un 24/02/14 vi e 28/02/14 13Ta bl et Androi d[20%],Tra ba jo Ingeni ero[20%]
Veri fi ca ci on de funci ona mi ento con Ci rcui to de
i ns trumenta ci ón 3 día s mi é 19/03/14 vi e 21/03/14 10
Conexión del circuito de instrumentacion con
aplicación y verificación de datos 16 días lun 03/03/14 lun 24/03/14
Reuni on con a s es or 1 día l un 24/03/14 l un 24/03/14 15
Di s eño módul o de envi o de da tos a l s ervi dor
en a pl i ca ci ón 10 día s l un 03/03/14 vi e 14/03/14 14 Ta bl et Androi d
Va l i da ci ón de recol ecci ón y recepci ón de da tos 5 día s l un 17/03/14 vi e 21/03/14 18 Nodos (Ci cl i s ta s )
Entrega de resultados de envio de datos al servidor 6 días lun 24/03/14 lun 31/03/14 Servidor
Progra ma ci on del s ervi dor y el envi o de da tos 5 día s l un 24/03/14 vi e 28/03/14 19 Veri fi ca ci ón del correcto funci ona mi ento de
da tos 1 día l un 31/03/14 l un 31/03/14 21
Validación del sistema en campo 19 días mar 01/04/14 vie 25/04/14
Reuni on con a s es or 1 día ma r 01/04/14 ma r 01/04/14 22
Obtenci on de da tos por pa rte de un grupo. (Ca nti da d que va l i de el model o de s ens a do pa rti ci pa ti vo)
8 día s mi é 02/04/14 vi e 11/04/14 24 Nodos (Ci cl i s ta s )
Entrega res ul ta dos da tos obteni dos y ba s e de
da tos 7 día s l un 14/04/14 ma r 22/04/14 25
Sens or,Servi dor,Prototi po,Nodos (Ci cl i s ta s )
Ana l i s i s de da tos 3 día s mi é 23/04/14 vi e 25/04/14 26
Entrega de documento definitivo y resumen ejecutivo 20 días mié 23/04/14 mar 20/05/14
Reuni on con a s es or 1 día mi é 23/04/14 mi é 23/04/14 26
Prepa ra ci on prel i mi na r de documento 6 día s jue 24/04/14 jue 01/05/14 29
Documenta ci o de da tos obteni dos y
funci ona mi ento de ba s e de da tos en s ervi dor. 6 día s vi e 02/05/14 vi e 09/05/14 30 Prototi po,Sens or,Servi dor
Res umen ejecuti vo 2 día s l un 12/05/14 ma r 13/05/14 31
CONCLUSIONES
Pá
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a
33
utilizar la aplicación LabOnPhone desarrollada anteriormente en la Universidad, sino una diferente con el objetivo de reducir tiempos de trabajo. El producto final cuenta con los sensores de medición de variables medio ambientales, sin embargo la aplicación que se utiliza no es propiedad de este proyecto.
9.1. IDENTIFICACIÓNYDESCRIPCIONDEHITOS
Constituyen hitos importantes del trabajo los que se describen a continuación
Selección e implementación del sensor adecuado para una determinada variable ambiental.
Conexión con aplicación incluyendo interfaz de usuario, conectividad con el sensor y transmisión de datos al servidor central.
Visualización correcta y estudio de la calidad de los datos registrados por la red de sensado participativo.
10.
CONCLUSIONES
Se realizó de forma satisfactoria la implementación de los sensores para
medición de 4 variables del aire diferentes, como son Humedad, Temperatura, Monóxido de Carbono y Material Particulado. Se han probado los sensores ante la presencia de sus principales estimulantes, como la combustión incompleta de una estufa de Gas observando su correcto funcionamiento, o la presencia de humo ante el sensor de Material Particulado.
Se comprobó la viabilidad de uso del software y Hardware libre, como es
Android y Arduino para el desarrollo de proyectos basados en sensores, como una puerta al mundo del internet de las cosas y las tecnologías vestibles. La capacidad de procesamiento, así como sus periféricos, (Bluetooth, GPS, Internet) el costo de desarrollo reducido en comparación con otras plataformas y la construcción de una base de conocimiento que brindan soporte a los proyectos por parte de la comunidad y su colaboración, son cualidades de resaltar en un grupo de personas, así como este proyecto se basa
TRABAJO FUTURO
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34
en esas mismas premisas de colaboración en las cuales se cimenta el sensado participativo.
Se comprobó la presencia de contaminantes en el aire, que muchas veces
parecen invisibles así como su efecto en la salud de las personas que muchas veces aparece luego de prolongadas exposiciones a estos contaminantes en el aire. Es preciso dar mayor importancia a la reducción de estos contaminantes por medio de la acción de las comunidades con el objetivo de tener un ambiente más sano.
Este trabajo se enfocó en la medición de variables alrededor de la ciudad, sin
embargo el dispositivo sirve para utilizarse en interiores con el fin de dar una alerta sobre la calidad del aire que podría respirarse en el hogar o en el lugar de trabajo y el nivel de afectación que podrían sufrir personas por estar expuestas a humo de cigarrillo o el peligro de la combustión incompleta del gas natural.
Este proyecto puede enfocarse de manera comercial, analizando condiciones
ambientales en un espacio determinado, podría servir como base de datos para entidades públicas o privadas enfocadas en la regulación, control y vigilancia del medio ambiente. Puede hacerse extensible a otras fuentes que pueden ser medidas, como la calidad del agua o de la comida, medición de signos vitales de manera remota, medicina, transporte, vigilancia o cualquier variables que de uno u otro modo sea posible medir, e incluso controlar de manera automática con un módulo diseñado para ello. Adicionalmente podría consistir una fuente de datos del usuario que podría ser utilizada con fines promocionales.
11.
TRABAJO
FUTURO
Como se ha mencionado anteriormente este proyecto abre una infinidad de posibilidades en cuanto a la conectividad de dispositivos cotidianos y el sensado remoto de gran cantidad de variables. Con respecto a pasos a seguir con el dispositivo creado se propone:
AGRADECIMIENTOS
Pá
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a
35
Optimizar la aplicación existente del Grupo de Técnicas y Tecnologías de
Diseño Electrónico de la Universidad de los Andes (LabOnPhone), con el fin de obtener la funcionalidad completa que presenta la aplicación utilizada en este proyecto.
Desarrollar la comunicación a internet de manera autónoma del dispositivo
con los servidores de la aplicación, es decir omitir el uso de un dispositivo inteligente para lograr la conectividad.
Desarrollo de una tarjeta con el procesador ATMega328 y los sensores en un
solo modulo, con el fin de fabricar el dispositivo enteramente reduciendo costos al mismo tiempo.
Utilizar la nueva tecnología de Bluetooth Smart o Low energy para la recepción
de datos.
Implementar junto con un profesional en Diseño un dispositivo vestible que
tenga como objetivo realizar las mismas funciones que el del actual proyecto.
12.
AGRADECIMIENTOS
Quisiera agradecer a cada una de las personas que han marcado mi trayectoria a través de estos años, todos los profesores que más que enseñanzas de ingeniería en algún momento han aportado algo para brindar mejores personas a la sociedad. A quienes con entusiasmo dictaron cada una de las lecciones en la Universidad e hicieron que esto fuera posible.
Adicionalmente a la Universidad de los Andes, y centro de Técnicas y Tecnologías de Diseño electrónico, y en especial a Fredy Enrique Segura Quijano por el apoyo y patrocinio de este proyecto, sumado al entusiasmo de utilizar nuevas tecnologías.
REFERENCIAS
Pá
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a
36
13.
REFERENCIAS
[1] D. S. Flechas Garcia y F. E. Segura, «Sistema Inalambrico de Medicion de Monoxido de Carbono con Interfaz Sobre un Telefono Inteligente,» Universidad de los Andes, Bogota, Colombia, 2012.
[2] E. Bales, N. Nikzad, N. Quick, C. Zifici, K. Patrick y W. Griswold, «Citisense: Mobile
Air Quality Sensing for individuals and communities,» de 6th International
conference on pervasive computing Technologies for healthcare (prevasive Health) and Workshops, La Jolla, CA, EEUU, 2012.
[3] Alcaldia Mayor de Bogotá, «Secretaria Distrital de Ambiente de Bogotá.
Ambiente por Recursos: AIRE,» [En línea]. Available:
http://ambientebogota.gov.co/red-de-calidad-del-aire. [Último acceso: 21 Marzo 2014].
[4] World Health Organization Regional Office for Europe, «Air Quality for Europe,»
WHO Regional Publications, nº 23, 1987.
[5] World Health Organization Regional Office for Europe, «Air Qualoty guidelines
for Europe,» WHO Regional Publications, vol. European Series, nº 91, 2000.
[6] REUTERS, «Siete millones de muertes en 2012 son culpa de la contaminación:
OMS,» El Tiempo, 25 Marzo 2014.
[7] J. Barret, «TEDx Talks,» 9 Octubre 2012. [En línea]. Available:
http://tedxtalks.ted.com/video/The-Internet-of-Things-Dr-John;search%3Atag%3A%22tedxcit%22. [Último acceso: 2014 Abril 18].
[8] C. Reas y B. Fry, Interviewees, Interview with Casey Reas and Ben Fry: By Daniel
REFERENCIAS
Pá
gin
a
37
[9] Arduino, «Arduino UNO: Overview,» 2014. [En línea]. Available: http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno. [Último acceso: 20 Marzo 2014].
[10] TinyCircuits/AkroSense LLC, «TinyCircuits: About Us,» 2013. [En línea]. Available: https://tiny-circuits.com/about-us/. [Último acceso: 5 Abril 2014].
[11] M. L. Murphy, Beginning Android, Nueva York, USA: Apress, 2009.
[12] Android, «Android Developers,» Google, 2010. [En línea]. Available: http://developer.android.com/about/index.html. [Último acceso: 5 Diciembre 2013].
[13] D. Mendez, A. J. Perez, M. A. Labrador y J. J. Marron, «P-Sense: A Participatory Sensing System for Air Pollution Monitoring and Control,» IEEE, Tampa, FL - Oviedo, España, 2011.
[14] W.-J. YI, W. Jia y J. Saniie, «Mobile Sensor Data Collector using Android Smartphone,» IEEE, Chicago, IL, USA, 2012.
[15] AirCasting, «Air Casting Maps: Sesiones Grabadas en Bogotá,» AirCasting-Grabación por Uniandes, 10 Mayo 2014. [En línea]. Available: http://aircasting.org/map#/map_sessions?data=%7B%22location%22:%7B%2 2address%22:%22bogota%22,%22distance%22:%2210%22,%22limit%22:fals e%7D,%22gridResolution%22:25,%22tags%22:%22%22,%22usernames%22: %22%22,%22time%22:%7B%22timeFrom%22:300,%22timeTo%22:1739,%. [Último acceso: 11 Mayo 2014].
[16] W.-J. Yi, S. Gilliland and J. Saniie, "Wireless Sensor Network for Structural Health Monitoring using System-on-Chip with Android Smartphone," IEEE, Chicago, Illinois, USA, 2013.
[17] G. Olaya Reyes, «Evaluación de la contaminacion por monoxido de carbono en
ANEXO A
Pá
gin
a
38
[18] J. Henriques, B. Bojarski, K. W. Byrd y M. Von Wald, «Crowd-Sourcing Urban Air
Quality in developing countries through open Source technologies,» de IEEE
2013 Global Humanitarian Technology Conference, Harrisonburg, VA, 2013.
ANEXO A
Pá
gin
a
39
A continuación se anexa el código de Arduino (sketch) para programar el dispositivo y enviar los datos por Bluetooth a la aplicación.
/*
--- --- Programa para la medecion de variables de Calidad de Aire Universidad de los Andes
Bogotá, Colombia Mayo de 2014
Camilo Suarez Rivillas Trabajo de Grado
Asesor Fredy Enrique Segura Quijano TTDE
--- ---
<Measurement value>;<Sensor package name>;<Sensor name>;<Type of
measurement>;<Short type of measurement>;<Unit name>;<Unit
symbol/abbreviation>;<T1>;<T2>;<T3>;<T4>;<T5>
The Sensor name should be different for each sensor.
T1..T5 are integer thresholds which guide how values should be displayed - - lower than T1 - extremely low / won't be displayed
- between T1 and T2 - low / green - between T2 and T3 - medium / yellow - between T3 and T4 - high / orange - between T4 and T5 - very high / red
- higher than T5 - extremely high / won't be displayed */
#include <dht.h> //DHT Sensor de Humedad y Temperatura
#include <SoftwareSerial.h> //Header for software serial communication
int bluetoothTx = 2; // TX-O pin de bluetooth mate, Arduino D2 int bluetoothRx = 3; // RX-I pin de bluetooth mate, Arduino D3
SoftwareSerial Bluetooth(bluetoothTx, bluetoothRx);
#define DHT_PIN A0 //Canal de lectura del sensor DHT11 es A0 const int MQ7_PIN = A1;//Canal de lectura del sensor MQ7 es A1 int DUST_PIN = A2; //Conectar sensor de PM a Arduino pin A3 int ledPower = 4; //Conectar pin 3 PM (led driver) Arduino D4
ANEXO A Pá gin a
40
dht DHT;//Variable que Cambia
int valorMQ7 = 0; //Variable donde se guardara el valor leido en el pin del MQ7
//Variables del sensor de PM int samplingTime = 280; int deltaTime = 40; int sleepTime = 9680;
float voMeasured = 0; float calcVoltage = 0; float dustDensityf = 0; float dustDensity = 0;
void setup() {
Serial.begin(115200); Bluetooth.begin(115200); delay(1000);//Let system settle pinMode(ledPower,OUTPUT); }//Fin "setup()"
void loop() {
//Medicion de Humedad DHT.read11(DHT_PIN);
Bluetooth.print(DHT.humidity);
Bluetooth.print(";Uniandes;DHT11H;Humidity;RH;percent;%;0;25;50;75;100"); Bluetooth.print("\n");
Serial.print("Humedad Actual= "); Serial.print(DHT.humidity); Serial.print("% ");
Serial.print("\n"); delay (500);
//Medición de Temperatura DHT.read11(DHT_PIN);
Bluetooth.print(DHT.temperature*0.84);
Bluetooth.print(";Uniandes;DHT11T;Temperature;C;degrees Celcius;C;0;15;30;45;60");
Bluetooth.print("\n");
Serial.print("Temperatura = "); Serial.print(DHT.temperature*0.84);
ANEXO A
Pá
gin
a
41
Serial.print("C "); Serial.print("\n"); delay(500);
//Medicion de CO
valorMQ7 = analogRead(MQ7_PIN); Bluetooth.print(valorMQ7*0.45);
Bluetooth.print(";Uniandes;MQ7;MonoxidoCarbono;ppm;Partes por
millon;ppm;0;100;500;1000;2000"); Bluetooth.print("\n");
Serial.print("Monóxido de Carbono = "); Serial.print(valorMQ7*0.45);
Serial.print("ppm "); Serial.print("\n"); delay(500);
//Medicion de Material Particulado
digitalWrite(ledPower,LOW); // power on the LED delayMicroseconds(samplingTime);
voMeasured = analogRead(DUST_PIN); // read the dust value
delayMicroseconds(deltaTime);
digitalWrite(ledPower,HIGH); // turn the LED off delayMicroseconds(sleepTime);
// 0 - 5V divididos de 0 - 1023
calcVoltage = voMeasured * (5.0 / 1024.0);
// Ecuacion lineal tomada de http://www.howmuchsnow.com/arduino/airquality/ dustDensityf = (0.172 * calcVoltage) - 0.099;
if (dustDensityf <= 0) {
dustDensity = 0; }
if (dustDensityf >0) {
dustDensity = dustDensityf; }
Serial.print("Raw Signal Value (0-1023): "); Serial.print(voMeasured);
Serial.print("\n"); Serial.print("Voltage: "); Serial.print(calcVoltage);
ANEXO A
Pá
gin
a
42
Serial.print("\n");
Bluetooth.print(dustDensity*1000);
Bluetooth.print(";Uniandes;GP2Y1010;Material Particulado;mg/m3;Miligramos por metro cubico;mg/m3;0;100;500;1000;2000");
Bluetooth.print("\n");
Serial.print("Dust Density: "); Serial.print(dustDensity*1000);
Serial.print("ug/m3 "); // unit: mg/m3 Serial.print("\n\n");
delay(1000);
