Este documento está dedicado a las personas más importantes de mi vida, sin su apoyo nada de esto hubiera sido posible. Agradezco mucho a mi madre por su aliento, fortaleza y apoyo durante los momentos más agotadores de este proceso.
Contexto
- Problemática
- Motivación
- Objetivos
- Objetivo General
- Objetivos Específicos
- Estructura del documento
Este documento se ubica en el territorio nacional mexicano, en zonas donde la inseguridad ha aumentado por daños a la infraestructura o su mal funcionamiento. Uno de los principales factores que provoca esta incertidumbre es la falta de iluminación en las calles, provocada por daños tanto en las luminarias como en la red eléctrica de la zona [1] y se propone la idea de una solución a través de redes inalámbricas. ayudar a mejorar la situación.
Estado del Arte
- Antecedentes en infraestructura de iluminación
- Luminarias
- Luminarias de Vapor de Sodio a Alta Presión
- Luminarias LED
- Dispositivos existentes
- Redes de Comunicación
- Redes GSM
- Redes SigFox
- Redes LoRa WAN
- Redes WiFi
- Redes BLE
- Redes ZigBee
- Resultado
Sin embargo, últimamente la tendencia mundial en iluminación se inclina por renovar la mayoría de luminarias a tecnología LED. Router: Es el dispositivo encargado de comunicarse con lo anterior y enviar información mediante la red de Internet.
Desarrollo del Dispositivo
Metodología de Desarrollo
Debido a los requerimientos obtenidos de la investigación tanto de hardware como de software, además de la experiencia del desarrollador, el método elegido para el dispositivo es la metodología del modelo V, debido a las continuas iteraciones hasta la finalización del producto. 21 En el primer nivel de especificaciones encontramos lo que hemos visto antes, en este punto se establecen las especificaciones necesarias y requisitos mínimos para que el sistema cumpla su propósito. En el tercer nivel se encuentra el diseño, que muestra el desarrollo electrónico y diseño de la tarjeta que tendrá la conectividad necesaria para que el sistema realice sus actividades.
Cada fase de la derecha es sólo una confirmación de su fase izquierda en la que se verifica el cumplimiento de las necesidades de cada nivel.
Especificación
- Requerimientos funcionales
- Requerimientos no funcionales
- Reporte de Requerimientos
Análisis de la alimentación suministrada al aparato: Como segundo paso, la alimentación del aparato también afecta a su estado. Por lo tanto, el sistema debe ser capaz de detectar el voltaje suministrado para detectar sobrecargas o niveles bajos de voltaje en los terminales del dispositivo. Descripción: El sistema analiza el comportamiento de la corriente en el tiempo en busca de cambios bruscos o fuera de los límites de la normalidad.
Descripción: El módulo sólo podrá guardar información de una jornada laboral completa si está desconectado de la red inalámbrica.
Funcionamiento
Tarjetas de Desarrollo
- Arduino MKR WAN 1300 (LoRa Connectivity)
- The Things Uno
- LoRa Technology Kit - 900
- B-L072Z-LRWAN1
- LoPy4
- Heltec LoRa v2
- Tarjeta de desarrollo seleccionada
La tarjeta B-L0072Z-LRWAN1 que se muestra en la Figura 10 es un producto desarrollado por la marca STM basado en el chip Murata CMWX1ZZABZ-091 para comunicación LoRa/SigFox. La tarjeta LoPy4 que se muestra en la Figura 11 es una tarjeta cuya ventaja es la capacidad de programar en Python. Cuenta con un procesador LX6 Xtensa® de doble núcleo de 32 bits y un chip Semtech SX1276 que permite la comunicación LoRa.
Esta tarjeta, que se muestra en la Figura 12, está basada en un chip ESP32 que cuenta con conectividad WiFi y Bluetooth, y entre sus accesorios cuenta con un puerto para batería LiPo encargado de cargar y alimentar la tarjeta, una pantalla OLED, además de permitirle ser programado en Python.
Sensor de efecto hall
El mapa de desarrollo es el elemento que se encargará de realizar todas las acciones e implementar la solución. Para ello se analizaron las diversas posibilidades y se eligió la placa de desarrollo Heltec WiFi LoRa V2 debido a varios factores. Esta tarjeta cumple con las necesidades establecidas en los requisitos RU01, ya que los chips de comunicación están integrados en la tarjeta, el prototipado del proyecto se convirtió en una tarea rápida, la RF03 dada su capacidad de analizar señales a alta velocidad ya que es dual-core y tiene un velocidad de 240 MHz, los requisitos RF03, RF04 se cumplen gracias al chip LoRa que permite enviar datos a largas distancias, además del chip WiFi que permite enviar información a mayores velocidades pero enviar distancias más cortas.
El único problema que presenta este modelo es que su salida es de 5V, mientras que la tarjeta lectora sólo admite 3,3V en la entrada de los pines digitales, pero sólo será necesario un divisor de voltaje para conectarlo.
Fuente de voltaje
La filtración arrojó 13 resultados, de los cuales se realizó un análisis para determinar cuál cumplía mejor con lo solicitado, en este caso tomando en cuenta el costo del dispositivo; varios de estos elementos se pueden observar en la Figura 14. El dispositivo seleccionado para realizar esta acción es la fuente de tensión RAC05-K/277 que cumple con las capacidades mostradas en el Anexo III. Esta fuente de voltaje tiene la capacidad de operar con un rango de entrada de 85 - 305 VCA y entregar una corriente máxima de 5V y 1A en la salida.
También tiene una eficiencia del 80%, que es mayor que usar un transformador y reguladores de voltaje.
Relevador
Por lo tanto, las 35 luminarias deben tener un contacto normalmente cerrado para el correcto funcionamiento de la lógica que se ha creado, ya que si no lo tuviera cuando el dispositivo se apagó o se dañó, la luminaria se apagaría automáticamente, a menos que tuviera el capacidad para manejar al menos 20 A y ser alimentado por la fuente previamente seleccionada (5VDC) para poder buscar y luego adquirir el dispositivo requerido. Al igual que en la fuente de voltaje, la Figura 15 es de la plataforma de Newark, ya que este sitio es donde fue tomada. Voltaje de la bobina: 5VDC porque representa el voltaje generado por la fuente de alimentación.
Dada la fuente de voltaje elegida para accionar la placa, era necesario que su bobina fuera de 5VDC.
Base de Datos
- Mongo DB
- MySQL
- Arduino IoT cloud
- Google Firebase
- Base de Datos seleccionada
MongoDB, cuyo logo se muestra en la Figura 17, es una base de datos de tipo NoSQL desarrollada por la empresa MongoDB inc. MySQL, cuyo logo se muestra en la Figura 18, es un administrador de bases de datos desarrollado por Oracle que utiliza su propio lenguaje para acceder a la información dentro de la base de datos. Este tipo de base de datos aún está en fase beta y sólo funciona con algunas placas de la línea MKR de Arduino.
Además de esto, el desarrollador del dispositivo tenía conocimiento previo de la base de datos de Firebase.
Arquitectura
39 MongoDB y MySQL es la necesidad de montar la base de datos en su propio servidor, lo que añade tiempo al proceso de desarrollo. 40 observe los elementos en control de energía, a la izquierda se puede ver la batería, la cual se recarga mediante el módulo de carga de batería LiPo que tiene la placa de desarrollo cuando la fuente de voltaje está alimentada, mientras que cuando está sin energía, la La batería es la encargada de alimentar la tarjeta para poder leer la red eléctrica. En el lado derecho podemos ver que la red eléctrica 110/220VAC pasa por el sensor de efecto hall, que lee la corriente que circula por el relé para apagar la luminaria de forma remota si es necesario.
Finalmente, la tarjeta tiene la capacidad de conectarse a pasarelas vía LoRa y WiFi para enviar esta información.
Desarrollo
- Esquemático
- Tarjeta Electrónica
La corriente que fluye a través de la luminaria debe pasar a través de los pines IP- e IP+ para lograr la lectura, en. Como puedes ver, en el lado izquierdo del relé tenemos la etapa de potencia encargada de amplificar la corriente de salida de la placa de desarrollo para que el relé se active. El hfe mínimo que se muestra en la hoja de datos del transistor 2N2222A es 30, por lo que podemos deducir la corriente que puede saturar el primer transistor con la corriente de salida del pin de la placa de desarrollo.
La tarjeta fue diseñada para producirse en 2 lados para una fácil orientación.
Código
Pruebas y Resultados
- Prueba de Código
- Prueba de Desarrollo
- Prueba de Funcionamiento
- Sensor ACS712
- Módulo de Relevador
- Fuente de alimentación
- Tarjeta Ensamblada
- Prueba de Especificaciones
- Requerimientos de Usuario
- Requerimientos Funcionales
- Requerimientos No Funcionales
Los resultados se muestran en las Figuras 37 y 38 de la base de datos y el puerto serie. En la figura 52 se pueden ver los resultados de la tarjeta conectada a través del puerto USB al ordenador. En las Figuras 55 y 56 puede ver los datos de la imagen anterior recibidos de la base de datos y el puerto serie.
64 La Figura 58 muestra el código utilizado para que esta aplicación funcione correctamente.
Impacto Social y Económico
Impacto Social
Actualmente existen zonas afectadas por la inseguridad en las que la infraestructura de iluminación no es la adecuada, permitiendo actividades ilegales. Notificando inmediatamente las luminarias dañadas para su restauración y dando atención inmediata al departamento correspondiente, se puede reducir la cantidad de actividades ilegales realizadas en la zona mal iluminada, ya que la presencia de personas con este propósito se hace más evidente para los transeúntes. la fuerza policial [16][20]. Analizando los resultados aportados por la tesis doctoral El impacto del alumbrado público en la seguridad y el comportamiento, según la encuesta presentada en el documento, las personas se sienten más cómodas cuando la iluminación está funcionalmente presente y más aún cuando esta iluminación es más intensa. grande.
El proyecto abordado en las páginas anteriores resulta útil para mejorar la situación de existencia funcional que atraviesa actualmente el país.
Impacto Económico
69 Con base en lo anterior, el sistema y en el ejemplo de 1 hora por día de tiempo de inactividad debido a un posible cambio de horario o problemas existentes dentro del panel de control de la lámpara, los días de vida útil de la lámpara se incrementan de la siguiente manera. Según informes de la CONUEE, México tiene un potencial de ahorro eléctrico estimado en 2.5 millones de megavatios por hora (MWh). Hasta la fecha no se han realizado pruebas sobre el funcionamiento de la lámpara a alta temperatura y el almacenamiento de información.
Al hacer esto y tener una base de datos de cómo se comportó el aparato ante fallos o averías, así como posibles cortes de energía, podemos utilizar esta información para predecir el comportamiento del aparato y emitir avisos.
En caso de que falle la carga del sistema, lo muestra en el puerto serie si (Firebase.failed()). Activa la alarma en caso de que la corriente esté fuera de un rango determinado if(40>current || current>1500){. La función medida_actual es responsable de promediar la corriente consumida por el dispositivo y devolver el valor en formato entero.
Se crea un mapa de variables dado que el sensor oscila entre +-30000 mA // El pin ADC puede leer una capacitancia de 12 bits.