Instrumento de medición inalambrico de metano y monoxido de carbono (página 2)

2.4.3 Aplicaciones

Se utiliza en aplicaciones donde se requiere baja transmisión de datos y poco consumo energético como domótica, control industrial, biomédica, automatización, etc. [16][17].

• Interconexión de electrodomésticos de línea blanca.

• Medición inteligente sensórica.

• Telemetría Ambiental

• Sensores Biomédicos

• Automatización y Control Predial (Seguridad, Control de Acceso e Iluminación)

• Control Industrial (gerenciamiento de activos, control de procesos, etc.)

• Periféricos para PC (Teclado, mouse y joystick)

• Control remoto de productos electrónicos

• Automatización residencial y comercial

• Salud Personal (Monitoreo de pacientes, Acompañamiento de Ejercicio Físico)

Figura 16.Aplicaciones modulos ZigBee

2.4.4 Tipos de Dispositivos

Según su papel en la red:

a. Coordinador ZigBee (ZC)

Hay uno por red, que no depende de la topología utilizada. Es el encargado de controlar la red y los caminos que deben seguir los dispositivos para comunicarse entre ellos.

b. Router ZigBee (ZR)

Conecta dispositivos separados en la topología de la red y se asocia con el coordinador de la red o con otro router. Es capaz de dirigir los mensajes entre dispositivos y el router no puede estar en estado de sleep.

c. Dispositivo final (ZED)

Se comunica con un coordinador o un router, pero no logra transmitir información destinada a otros dispositivos. Este dispositivo final puede estar en modo sleep para aumentar la vida de sus baterías.

En base a su funcionalidad:

Dispositivo de funcionalidad completa (FFD)

Recibe mensajes en formato del estándar 802.15.4.Puedefuncionar como coordinador o router y también es usado en dispositivos de red que actúen de interface con los usuarios.

Dispositivo de funcionalidad reducida (RFD)

Su capacidad y funcionalidad son limitadas para conseguir un bajo costo y una gran simplicidad. Esencialmente, son los sensores y actuadores de la red.

2.4.5 Módulo Zigbee XBP24BZ724

Proporciona una comunicación inalámbrica segura, puede funcionar con otros dispositivos ZigBee y con dispositivos de otros fabricantes [18].

Figura 17. Xbee Pro S2B.

a) Especificaciones

Tabla 5. Especificaciones técnicas del Xbee.

b) Distribución de pines

Figura 18. Distribución de pines del Xbee.

Tabla 6. Descripción de pines del Xbee.

2.4.6 CONFIGURACION MODULOS [19].

Los módulos XBee deben ser configurados para una correcta utilización de ellos, aunque se debe aclarar que ellos por defecto pueden comunicarse entre ellos, el problema radica cuando existe alguna otra red ZigBee, y ellos detectan esta comunicación y se presentan colisiones, interferencias, etc.

La configuración y programación de estos módulos se puede hacer a través de varias formas, por medio de dispositivos como microprocesadores u otros, con el hyperterminal, y también con la ayuda del X-CTU. Los ajustes que se deben realizar son los siguientes:

• Bits por segundo: Este parámetro indica la velocidad, en baudios, de transferencia de los datos.

• Bits de datos: Determina la cantidad de bits que se envían y se reciben por trama de información.

• Paridad: Se tiene la opción de utilizar la paridad para comprobar si el envío ha sido realizado de forma correcta. Cabe la posibilidad de realizar un envío y comprobación de paridad con el criterio de paridad impar, o bien con el criterio de paridad par.

• Bits de parada: Determina el número de bits de parada que se cree convenientes.

• Control de flujo: Que por lo general se configura como ninguno.

Figura 19. Pantalla del software X-CTU para configurar los módulos XBee

2.4.6.1 DIRECCIONAMIENTO DE LOS MÓDULOS

Además de los ajustes para la UART mostrados anteriormente, se deben realizar más configuraciones como lo es el direccionamiento de los módulos. En este caso hay dos posibilidades el direccionamiento a 16 bit y el direccionamiento a 64 bit, la principal diferencia consiste en el mayor número de direcciones, por lo tanto mayor cantidad de nodos en el direccionamiento de 64 bits [19].

2.4.6.2 COMANDOS AT

En el momento de realizar la implementación es posible identificar dos maneras de configuración del XBee a través del X-CTU, las cuales son por medio de la pestaña de Modem Configuration, o con la ayuda de la pestaña terminal, la cual se comporta exactamente igual que si se trabaja con el hyperterminal. A continuación, se observa la pantalla en Modem Configuration y terminal.

Los comandos AT son utilizados para la configuración en la pestaña terminal y su definición es: Los comandos AT son instrucciones codificadas que conforman un lenguaje de comunicación entre el hombre y un Terminal MODEM. Los comandos AT fueron desarrollados en 1977 por Dennis Hayes como un interfaz de comunicación con un MODEM para así poder configurarlo y proporcionarle instrucciones, tales como marcar un número de teléfono. Más adelante, con el avance del baudio, fueron las compañías Microcomm y US Robotics las que siguieron desarrollando y expandiendo el juego de comandos hasta universalizarlo. Los comandos AT se denominan así por la abreviatura de attention.

Figura 20. X-CTU Modem Configuration

Figura 21. X-CTU Terminal

2.4.6.3 software empleado en la configuración de los modulos

Para la configuración de los módulos, y visualizar las tramas se emplea el software X-CTU, el cual proporciona un entorno amigable para la programación de parámetros como la PAN ID, el canal, las direcciones de destino y de origen, configuración de puertos de entrada y salida del módulo, entre otros. Este software es exclusivo para la configuración de los XBee.

2.4.7 Tarjeta Xbee Explorer

Esta tarjeta esta desarrollada para que de una forma muy simple se puedan adaptar los transmisores Inalámbricos Xbee a una computadora por medio de la conexión USB que se conecta DIRECTAMENTE al PC.

Figura 22. Tarjeta Xbee Explorer y cable mini USB.

2.4.8 Comparación con otras tecnologías inalámbricas

En la tabla muestra la comparación con otras tecnologías de red como Bluetooth y Wi- Fi[20].

Tabla 7. Comparación de tecnologías

2.5 Interfaz gráfica

Para la parte de la visualización de los datos de los sensores, se empleo Java, el cual es un software libre, y permite la implementación de base de datos y gráfica de la información obtenida por los sensores. El software que se usa para el manejo de la base de datos es MySQL el cuál es un servidor de bases de datos relacionales muy popular, este fue desarrollado por MySQL AB.

La función primordial, del aplicativo hecho en Java es recoger todos los datos de cada sensor que esté conectado, almacenarlos en una base de datos y luego tener la posibilidad de graficarlos, por ende, la interfaz gráfica en java contiene la posibilidad de cambiar las pantallas de graficar para cada uno de los sensores, también posee la forma de buscar un día, mes, año y hora específico para encontrar más fácilmente un valor requerido, en la gráfica, con uno de los botones, puede acceder a la base de datos para que cualquier usuario la pueda consultar.

En el momento de realizar la aplicación una de las partes más complicadas es almacenar la información de los sensores en la base de datos, puesto que, la cantidad de datos por almacenar es muy grande y si se trabaja con software de almacenamiento de datos más comunes como Excel o Access es prácticamente imposible guardar la información, ese problema se soluciona con la ayuda XAMPP y MySQL. Otro factor importante para mencionar, es que en la trama de datos no todos los bytes son de vital importancia, pero después de aceptar toda la trama en el aplicativo es muy fácil de clasificar lo que realmente es necesario. En la base de datos que se muestra en la figura 35, se identifica la fecha y hora cuando se toma la muestra o dato, el id que simplemente es el orden de llegada del dato, el id_sensor que permite identificar de que sensor es toda esta información y el dato como tal.

"Java es un lenguaje de programación con el que se puede realizar cualquier tipo de programa, Una de las principales características por las que Java se ha hecho muy famoso es que es un lenguaje independiente de la plataforma. En la actualidad es un lenguaje muy extendido y cada vez cobra más importancia tanto en el ámbito de Internet como en la informática en general. Está desarrollado por la compañía Sun Microsystems"

2.5.1. Funciones de una interfaz gráfica

a. Monitoreo

Muestra datos del proceso en tiempo real, estos datos se indican con números, textos o gráficos para poder interpretarlos.

Figura 22. Monitoreo de gases

b. Alarmas

Es para reconocer eventos extraños dentro del proceso y son reportadas de acuerdo a los límites de control preestablecidos.

c. Control

Permite ajustar los valores del proceso y mantenerlos dentro de los límites establecidos.

Figura 23. Control de gases

d. Históricos

Es la capacidad de mostrar y almacenar los datos del proceso en un determinado tiempo.

Figura 24. Base de datos de los sensores

Recomendaciones

Es necesario revisar la documentación de los sensores, para poder comprender su funcionamiento, ya que se dañaría si hay una mala manipulación del elemento.

Como para este proyecto se utilizó elementos electrónicos, es recomendable colocarlos en una caja impermeable para que se proteja de los agentes externos como lluvia, polvo, etc.

Debido a que el proyecto hace uso de un computador para receptar los datos, se recomienda contar con una PC que posea un buen procesador para que al momento de recibir la información funcione de manera óptima.

De acuerdo a los resultados registrados se debe tomar medidas que regulen y controlen la emisión de gases provenientes de la combustión de motores de vehículos que circulan en la ciudad.

Se recomienda capacitar a la población sobre los riesgos que existe al estar expuesto a este tipo de contaminación, y así tomar las precauciones necesarias para que su salud no se vea afectada.

Se podría incrementar las variables de medición como por ejemplo: la temperatura para el mejoramiento de este sistema.

Es aconsejable revisar periódicamente el estado de los elementos electrónicos, así como también de la caja impermeable para comprobar que no exista corrosión debido a filtraciones de agua lluvia.

Es conveniente que estos módulos de medición sean utilizados en aplicaciones industriales y en oficinas, para mejorar las condiciones en las que laboran las personas.

Conclusiones

• La calibración del sensor de gas metano, resulta bastante cuidadosa debido a que la variación en la resistencia de salida del MQ-4, es muy sensible a cambios por voltajes de alimentación, temperatura, y hasta humedad, así que las pruebas debieron ser comparativas con otro sensor de metano, y demás datos de los niveles de partes por millón de CH4 en varios lugares específicos, como una estufa, un basurero, el aire libre, y un humedal, de tal manera que se comprueban los datos entregados tanto en LCD como en Java, siendo eso si una aproximación muy cercana.

• El sensor MQ-4 puede llegar a ser la herramienta mas importante del proyecto en general, y fue escogido entre otros 2 sensores que capturan variación en presencia del gas metano, como lo son el TGS2611-E00, componente que tiene una salida digital, pero su búsqueda hace que sea descartado, por no encontrarse en el país, el otro sensor no se escoge por tener características similares al MQ-4, pero a un costo más elevado. Así que el MQ-4, es implementado para el detector de gas metano, por costo, montaje, funcionamiento e información.

• Para tener una medida adecuada es necesario realizar la respectiva calibración de nuestro sensor MQ-7, mostrando al usuario tener la medida exacta de la cantidad de monóxido de carbono (CO) que se encuentra en el ambiente.

• La funcionalidad de la LCD para la muestra de datos en tiempo real, hacen que el usuario del detector de gases se vea beneficiado por recibir información de manera instantánea, y así realizar una búsqueda más sencilla del gas contaminante, el cual puede variar de manera muy rápida, desde una ubicación de alrededor 1 metro radial, a otro, con esto la LCD hace parte fundamental del proyecto en la parte práctica.

• Se diseñó e implementó un sistema de medición de gases contaminantes utilizando sensores de monóxido de carbono, dióxido de carbono y amplificadores operacionales para la construcción del medidor de ruido que permiten cumplir con los objetivos del proyecto.

• La revisión adecuada de las hojas técnicas de los elementos que son parte de este proyecto, permiten el funcionamiento óptimo del sistema.

• La investigación de las características del dispositivo Zigbee, ayudan a elegir la configuración apropiada para una excelente transmisión y recepción de datos del sistema.

• Una selección correcta de cada uno de los elementos que conforman el proyecto, posibilitan el buen desempeño del sistema de medición.

• Un diseñó adecuado del acondicionamiento de los sensores, hacen que su funcionamiento sea correcto para cumplir con todas las necesidades del proyecto.

• La construcción de gases contaminantes, permiten determinar los niveles de contaminación existente en el ambiente.

• La elección del software en el diseño de la interfaz gráfica, facilitan el desarrollo de las aplicaciones para el monitoreo y manejo de la información.

• El diseñó de la interfaz gráfica permite determinar el comportamiento de los datos obtenidos, mostrando y almacenando los valores medidos.

• La ejecución de las pruebas experimentales con los módulos de medición, permiten determinar su correcto funcionamiento y evaluar la operatividad del sistema.

• Los valores más bajos de contaminación se midió se presentan en las horas de la madrugada, por la casi ausencia de vehículos y personas transitando.

Referencias

[1] ADAME Aurora, SALÍN Daniel, "Contaminación Ambiental", Editorial Trillas, 1997, pág. 18.

[2] GUTIÉRREZ H., ROMIEU I., COREY G., FORTOUL T., "Contaminación del aire; Riesgos para la salud", Editorial El Manual Moderno, 1997, pág. 11.

[3] Avis. ¿Sabía usted que el metano es 21 veces más potente que el C02 como gas de efecto invernadero?. Proyecto de Captura de Metano Disponible: http://www.avis-greenerworld.at/es/our-projects/proyecto-de-captura-de-metano.

[4] McCaughey W, Wittenberg K, Corrigan D. Methane production by steers on pasture. Can J An Sc, 1997; 76 (3): 519-524.

[5] Preston TR, Leng RA. Friendly development. Livestock Research for Rural Development, 1(1), November, 1989. URL:http://www.cipav.org.co/lrrd/lrrd1/1/preston.htm

[6] Tú Impacto.2003 ¿Cuáles son las principales efectos de gas metano? Disponible: http://www.tuimpacto.org/origen-del-metano.php.

[7] Informe de avance, programa distrital frente al cambio climático, secretaría distrital de ambiente Bogota 2011, http://www.ambientebogota.gov.co/es/c/document_library/get_file?uuid=d3e6b6be-ecf2-4ee2-a9a8-9a403c7243af&groupId=10157

[8] Gutiérrez de Salazar, M. (2008). Urgencias Toxigológicas, Monóxido de Carbono. Recuperado el 5 de Mayo de 2011, de http://www.encolombia.com/medicina/Urgenciastoxicologicas/Monoxidodecarbono.htm

[9] Datasheet sensor mq-7 disponible en internet: http://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Biometric/MQ-7.pdf

[10] Datasheet sensor mq-4 disponible en internet: https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Biometric/MQ-4.pdf

[11] ANGULO José, ANGULO Ignacio, "Microcontroladores PIC", Editorial McGraw Hill, 2003.

[12] CORRALES Santiago, "Electrónica Práctica con Microcontroladores PIC", Editorial Imprenta Gráfica, 2006.

[13] SOFTWARE TECHNOLOGIES GROUP,disponible en:

http://www.utp.edu.co/~eduque/arquitec/PIC16F877.pdf

[14]Disca. Modulo visualización LCD. Disponible en: http://www.disca.upv.es/

aperles/web51/modulos/modulo6/modulo6.html.

[15] ROLDÁN, David., Comunicaciones Inalámbricas, España, 2004, pp 5-20

[16] SOFTWARE TECHNOLOGIES actualización 2009.GROUP,

www.stg.com/wireless/ZigBee_comp.html,

[17] VALVERDE REBAZA, Jorge Carlos., El Estándar Inalámbrico ZigBee, Universidad Nacional de Trujillo, Perú, 2007, pp 1 – 11.

[18] http://www.arrownac.com/services-tools/design-tools/arrowedge/parts/2010-2/layout/07-digi_13-14.pdf

[19] OYARCE, Andrés, Guía del Usuario XBee Series1 Documento Preliminar,

www.olimex.cl/pdf/Wireless/ZigBee/XBee-Guia_Usuario.pdf, 2008, pp 1-69.

[20] MORENO T, Alberto, www.seguridadmobile.com/bluetooth/especificacion-bluetooth/arquitectura-de-protocolo/index.html, actualización 2009.

Autor:

Garibello. Julian,

Chaparro. Miguel

Ruiz. Jairo Alfonso

Enviado por:

Ing.+Lic. Yunior Andrés Castillo S.

"NO A LA CULTURA DEL SECRETO, SI A LA LIBERTAD DE INFORMACION"®

www.edu.red/usuario/perfiles/ing_lic_yunior_andra_s_castillo_s/monografias

Santiago de los Caballeros,

República Dominicana,

2016.

"DIOS, JUAN PABLO DUARTE, JUAN BOSCH Y ANDRÉS CASTILLO DE LEÓN – POR SIEMPRE"®