Big data: conjunto de datos tan grande que no puede ser procesado por un solo ordenador. 1-Wire: Protocolo de comunicación serie (One Wire) diseñado por Dallas Semiconductor, basado en una única línea de datos con referencia a un común.
Antecedentes
- Breve descripción del problema
- Motivación
- Hipótesis
- Justificación
- Objetivos
- Objetivo General
- Objetivos Particulares
- Estructura del documento
Para el uso de los calentadores solares más comunes, instalados en los hogares de nuestra ciudad, siempre existe la duda sobre la temperatura del agua disponible, incluso cuando existen sistemas de monitoreo de base electrónica. El dispositivo electrónico puede compartir el valor de la temperatura mediante una conexión inalámbrica a Internet, en tiempo real.
Estado del arte
- Investigación del problema
- Metodología
- Modelo de desarrollo en V, modificado
- Análisis de requerimientos
- Requerimientos funcionales
- Requerimientos no funcionales
- Requerimientos de sistema
- Sistema local
- Sistema remoto (en la nube)
- móvil usuario (aplicación)
- Competidores identificados
Dado que los precios de la electricidad y el gas natural siguen aumentando, el costo de tener un suministro constante de agua caliente realmente puede aumentar. En principio, las necesidades surgen de los compradores potenciales del sistema desarrollado a partir del prototipo, pero no son las únicas importantes.
Desarrollo del proyecto
Arquitecturas
31 La arquitectura básica del hardware se irá modificando según el desarrollo del prototipo, siendo un concepto básico el que se muestra en la figura 8. Esta arquitectura nos dará acceso a la información desde cualquier lugar donde tengamos señal WiFi con conexión a internet como se muestra en la figura 9.
Desarrollo de requerimientos a especificaciones
Diseño de alto nivel
El diseño de alto nivel nos ayudará en el desarrollo de los prototipos, que deberían completar los objetivos anteriores en la tabla 2.
Diseño detallado
Implementación
Diseño de la solución tecnológica propuesta
Plataformas de desarrollo
Prototipado
- Primer prototipo
- Observaciones del primer prototipo
- Segundo prototipo
- Observaciones del segundo prototipo
- Tercer prototipo
- Observaciones del tercer prototipo
- Cuarto prototipo
- Observaciones del cuarto prototipo
- Quinto prototipo
- Observaciones del quinto prototipo
- Prototipo final
- Características de ESP32-WROOM-32
- Construcción de prototipo
- Cálculo y selección de componentes
- Fabricación de tablilla electrónica
- Fabricación de gabinete
- Programación de software
- Código de prueba
- Lecturas de temperatura en servidor remoto
El cambio de temperatura no puede detectar el consumo de agua en cantidades inferiores a 10 litros. Su funcionamiento se basa en el cambio de resistencia que presenta un semiconductor con la temperatura. 51 El sensor de 1 cable DS18B20 mencionado anteriormente en las Figuras 17 y 18 está conectado a esta placa de desarrollo.
Gracias a la distribución Linux en la que se basa su funcionamiento, existen varias herramientas de desarrollo dentro del sistema, como “Node-RED”, figura 21. Está construido sobre node.js, lo que le permite estar justo en el borde de en la red o en la nube, lo que le confiere una flexibilidad considerable [31]. La interfaz desarrollada para el teléfono móvil tiene un indicador amarillo de la temperatura medida, que se puede actualizar presionando un botón ACTUALIZAR.
Fue posible reducir el espacio de la tarjeta de desarrollo principal y reducir significativamente el consumo de electricidad para su funcionamiento. Para compartir los resultados de las mediciones, la placa de desarrollo ESP32 utiliza MQTT ("Message Queuing Telemetry Transport"). 58 dispositivos conectados ("máquina a máquina" (M2M) o "Internet de las cosas") y para aplicaciones móviles donde el ancho de banda y la energía de la batería son muy limitados.
El cifrado de red se puede gestionar con SSL, independientemente del protocolo MQTT en sí (cabe señalar que SSL no es el protocolo más ligero y añade una importante sobrecarga a la red). 62 Para el desarrollo de la placa electrónica se elige el entorno de desarrollo “CircuitMaker”, que es una herramienta gratuita para el diseño de esquemas y circuitos impresos.
Pruebas y resultados
Prueba de unidad
- Validación de medición de temperatura
- Validación de filtrado digital de datos
- Validación de comunicación
88 Esta conexión se puede realizar en menos de 10 minutos con un conjunto mínimo de herramientas como se muestra en la Figura 46. 90 El sistema se conecta al tanque de agua del calentador solar como se muestra en la Figura 48 para que el panel solar reciba la máxima cantidad de energía posible y que el sensor esté cerca del armario de control. Los datos registrados son analizados para detectar valores anormales que indiquen un mal funcionamiento de alguna parte del sistema o ruido ambiental filtrado en mediciones o comunicaciones.La Figura 49 muestra un registro y gráfica del historial de 5 días del prototipo instalado en el sistema solar. calentador.
En los registros y la gráfica podemos ver que la temperatura no tiene variaciones extremas indicando que el sensor está sujeto a ruido eléctrico y que requiere filtrado digital si la medición está fuera de valores físicamente posibles. El caso especial que se debe reportar es el de la lectura constante de 85°, que representa un código de error que indica que el sensor no está funcionando. Respecto a la observación de variaciones en la temperatura del agua por consumo normal (cuando alguien se baña) observamos que la temperatura baja más de 1°C en 10 minutos, como podemos ver en la figura 50 con flechas rojas.
La cantidad de datos utilizados en esta plataforma nos permitió continuar en el esquema gratuito para su uso, pero es muy posible que al conectar más sistemas la condición de uso gratuito cambie. Observamos que la continuidad de registros no mostró pérdida de datos por periodos de inactividad de la comunicación WiFi en el sistema local. No consideramos necesario establecer un sistema de memoria local para realizar una copia de seguridad de los datos en caso de que se pierda la comunicación WiFi y sea necesario retransmitir una colección de datos pendientes.
Pruebas de integración
- Validación de sensor de temperatura
- Validación de llenado de base de datos
- Validación de visualización de reportes
- Validación de batería y panel solar
- Registro de voltaje entregado por el panel solar
- Registro de voltaje almacenado en batería ion litio
96 A continuación se presenta una tabla con 12 objetivos, actividades y tareas a realizar para validar este prototipo, ya que hasta el momento cada módulo ha sido probado de forma independiente. El sensor de temperatura DS18B20 es compatible con el ESP32, se tuvo que agregar una resistencia R10 de 10k Ohm porque los prototipos iniciales tuvieron muchos problemas para obtener una lectura estable, al verificar la hoja de datos del DS18B20 se muestra que debería llevar esta resistencia para la comunicación. Se confirmó un valor fuera de rango como un código de error enviado por el sensor DS18B20 porque no funcionaba correctamente.
Esto sucedió varias veces cuando el sensor se mojó con agua debido a las condiciones de instalación en la parte donde tiene una cubierta protectora de plástico negro. Se confirma una base de datos estable en "Firebase" y su total compatibilidad con la generación de cadenas desde ESP32. "Firebase" administrado por "Google" proporciona una base de datos en la nube que se puede utilizar con fines de desarrollo, e incluso cuando se podría esperar un soporte comercial económico y rentable, se encontró una lentitud inaceptable al ver directamente los registros.
Tanto la selección de baterías como de paneles solares se validaron por separado, el balance de energía captada y almacenada debe ser consistente, así como la energía consumida por el sistema. La Figura 54 muestra el panel solar cargándose al calentador, en pleno día, con algunas nubes en el cielo. Los voltajes cambian según el movimiento del sol sobre la superficie terrestre, como podemos ver en la tabla 13, lo que afecta directamente la forma en que se carga la batería, ver tabla 14.
Pruebas de sistema
Resultados de mediciones
103 ajustables que nos mostraron con las flechas rojas en el gráfico de la Figura 56 cuando ocurrieron. Las flechas verdes muestran el calentamiento gradual del sistema, las flechas amarillas muestran que en el período medido el cambio de temperatura no superó 1°C. En el gráfico "Temp" podemos ver una forma sinusoidal aproximada, que representa el ciclo de medición de 5 días.
Aquí podemos verificar que no hay datos erróneos en el sistema que deban ser filtrados digitalmente mediante reglas de software. En el gráfico Delta T podemos ver los saltos que coinciden con el consumo prolongado de agua, normalmente ducharse.
Diseño visual de la solución tecnológica propuesta
Producción de la solución tecnológica propuesta
Modelo de distribución
Plan de mantenimiento y mejora
Estándares, registros y patentes
- IPC Normas para diseñar Tablillas electrónicas
- IPC 2220 PCB Design
- IPC 2221 PCB Assy
- IPC 620 Requirements and Acceptance for Cable and Wire Harness Assemblies
- Norma Oficial Mexicana (NOM)
- NOM-027-ENER/SCFI-2018
- NOM-121-SCT1-2009
- Norma internacional CEI
- CEI 60529 Grados de protección
- Protección IP55
Eficiencia térmica, ahorro de gas y requisitos de seguridad de calentadores de agua solares y calentadores de agua solares [44]. Sistemas de radiocomunicaciones que utilizan técnicas de espectro ensanchado - Equipos de radiocomunicaciones con salto de frecuencia y modulación digital para funcionamiento en las bandas 902-928 MHz MHz y 5725-5850 MHz - Especificaciones, limitaciones y métodos de prueba [44]. La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) es una organización de estandarización en los campos de: tecnologías eléctricas, electrónicas y afines.
No se puede evitar la entrada de polvo, pero no se debe introducir en una cantidad tal que impida el correcto funcionamiento del dispositivo. 110 El agua derramada (desde cualquier ángulo) deberá ingresar por una boquilla de 6,3 mm de diámetro, a un promedio de 12,5 litros por minuto y a una presión de 30 kN/m² durante no menos de 3 minutos y a una distancia no menor. de 3 metros [45].
Entrega del sistema
Impactos Sociales y Económicos
- Impacto social
- Impacto económico
- Impacto tecnológico
- Impacto ambiental
México no debe perder la oportunidad de sumarse a este esfuerzo colectivo global en el desarrollo estratégico de los Sistemas Embebidos como sociedades avanzadas. Los fabricantes de este dispositivo, al instalar estos sistemas modernos de bajo costo y alto rendimiento, ponen a disposición de la mayoría de los usuarios soluciones de monitoreo de temperatura de calentadores solares. Para los usuarios, la inversión realizada en este sistema puede verse compensada por la reducción del uso alternativo de calentadores de gas cuando se demuestre que no es necesario activarlos, decisión que se toma en base a la medición de la temperatura del agua disponible actualmente.
En esta área, que tiene que ver con la investigación y experimentación, Infotec cuenta en su sede en Aguascalientes con el Laboratorio de Sistemas Embebidos (LabSE), único en el país. El laboratorio trabaja con un esquema denominado “Ciclo de procesos de desarrollo de sistemas embebidos” el cual cuenta con registro de propiedad intelectual y marca los procesos a realizar para el desarrollo de este tipo de equipos. Los componentes integrados en el desarrollo del dispositivo de medición cumplen con la directiva RoHS, que se refiere al uso limitado de metales pesados en su fabricación.
El desarrollo de la alta tecnología en México es una realidad tangible, de la cual quienes tenemos la herramienta en la mano somos responsables de su difusión y democratización en todos los ámbitos y para todos los niveles sociales y económicos. Disponible en: Diagrama electrónico Vista real
