TFG: Diseño, desarrollo e implementación de un sistema de adquisición, almacenamiento y presentación de los datos obtenidos de una red de sensores inalámbricos
Posted on by b105

El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es el diseño e implementación un sistema que adquiera, procese y almacene los datos obtenidos de la WSN y los presente a través de un servidor Web que permita consultar datos en tiempo real y en un histórico, así como envío de parámetros de control, con los que configurar la WSN.

El proyecto se basará en una red de sensores inalámbricos desarrollada de forma simultanea en otro Trabajo Fin de Grado, compuesta por dos tipos de nodos, Prometheus y Boucherot. Los nodos Prometheus se encargarán de medir valores como presencia y temperatura, además de estado de sus baterías, mientras que los Boucherot monitorizarán el consumo de todo dispositivo conectado a ellos. Asimismo, los nodos Boucherot también implementan una serie de actuadores que permiten el encendido y apagado de los aparatos conectados a los mismos. Esta red presenta además una serie de comandos que permiten configurar ciertos parámetros de medida de la red y del estado de sus nodos.

Para la implementación del sistema se ha recurrido a distintas herramientas:

  • Desarrollo de script en Python para adquisición, procesado y almacenamiento en base de datos. Así como el envío de comandos de control a la red inalámbrica. Se han empleado los módulos serial, sqlite3 y pynotify.
  • Desarrollo del servidor Web en Node.js, que sirve paginas con información de la red, información de las medidas en tiempo real y en un histórico, con módulos: socket.io, sqlite3, http-auth entre otros.
  • Diseño de las paginas web que se muestran en el cliente basadas en distintos frameworks como: Bootstrap 3, graficas de HighCharts, y tablas con Datatables y jQuery.

A continuación se muestra una breve descripción de la interfaz del sistema con el usuario, que se realiza a través de una serie de paginas web:

DOMOLabo B105_TrealPágina que muestra dinámicamente las medidas en Tiempo Real tomadas por la WSN

DOMOLabo B105_Hist

Página que muestra Histórico de las medidas tomadas por la WSN

Ambas páginas, constan de una serie de gráficas que muestran las medidas tomadas por la WSN. Cada gráfica agrupa a todos los sensores de un tipo y permite seleccionar los nodos que se desean visualizar en la leyenda. Además permite hacer zoom en la gráfica, bien seleccionando sobre ella o bien pulsando alguno de los botones de la esquina superior izquierda de la gráfica. También es posible exportar datos en distintos formatos, .pdf, .png, .svg, etc. gracias al botón situado en la esquina superior derecha.

DOMOLabo B105_Sensores

Página que muestra información y permite el control de la WSN

Esta pagina consta de una tabla principal donde se muestra información de todos los nodos de la red (identificadores, tipos de sensores presentes, localización del sensor y estado de la batería y de sus actuadores). En la parte inferior de la tabla se encuentra un formulario que permite añadir nuevos sensores al sistema.

En la parte superior de la tabla se presenta un conjunto de botones que permiten el envío de una serie de comandos de control a la red (Relé, Configurar el tiempo que un nodo permanece dormido y en estado activo, actuar sobre el relé y/o los leds, etc.). Estos comandos se envían al nodo AP de la red que se encarga de enviarlos al nodo que corresponda.

También se ha implementado una autenticación de usuarios, para el control de acceso a funciones de configuración de la red y del sistema. Para los usuarios no administradores el aspecto es ligeramente diferente al presentado, ya que las funciones de control están desactivadas y no se permite la incorporación de nuevos sensores al sistema. Sin embargo la tabla es visible y se permite como en el caso anterior consultar e imprimir el estado de la red.

Se ha tenido especial interés en implementar un sistema modular, en el cual la caída de un modulo no imposibilite el normal funcionamiento del resto. Escalable, donde se puedan gestionar múltiples peticiones simultaneas de usuarios con distintos dispositivos y necesidades de consulta. Primando también la versatilidad del sistema respecto a la red de la que se adquieran los datos.

El sistema se ha dimensionado ampliamente para soportar una red con mas de 100 sensores y almacenar datos durante varias décadas, con tiempos de medida de 1 minuto para los sensores.

 

TFG: Implementación de un servicio para entornos inteligentes sobre una red de sensores inalámbricos
Posted on by b105

El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es desplegar una red de sensores inalámbricos para monitorizar múltiples parámetros en los espacios B104 y B105. Ésto ofrecerá una serie de funcionalidades a los usuarios de los laboratorios, como conocer la ocupación de ciertos puestos de trabajo, el consumo de determinados dispositivos y la temperatura en cada una de sus salas.

El proyecto se basará en una red de sensores inalámbricos previamente desarrollada en el Laboratorio B105, compuesta por dos tipos de nodos, Prometheus y Boucherot. Los nodos Prometheus se encargarán de medir valores como presencia y temperatura, además de estado de sus baterías, mientras que los Boucherot monitorizarán el consumo de todo dispositivo conectado a ellos. Asimismo, los nodos Boucherot también implementan una serie de actuadores que permiten el encendido y apagado de los aparatos conectados a los mismos.

Por otro lado, todas las versiones de Firmware creadas para los nodos se basa en el protocolo de comunicaciones Simpliciti, desarrollado por Texas Instruments. Gracias a este protocolo, el desarrollo del código se simplifica al abstraer todo lo correspondiente a las comunicaciones inalámbricas. Cabe destacar, que uno de los nodos Prometheus implementará una versión de código diferente, ésta tendrá como misión gestionar al resto de los nodos, además de ejecutar los  comandos de gestión de red que pueda recibir.

Plataforma Previa

Los nodos Boucherot son los nodos más voluminosos, al trabajar con altos niveles de potencia.

La red de nodos se ha revisado en profundidad, tanto a nivel software como hardware, modificando al mismo tiempo las carcasas de los nodos Prometheus para facilitar su instalación. Se ha  modelado un brazo de giro que permitirá un ajuste más preciso del haz de cobertura de los sensores de presencia, para optimizar el espacio monitorizado por estos. Además, se ha implementado una hendidura para posibilitar su amarre a la pared gracias a un único tornillo. Se han empleado los programas Tinkercad, para el modelado de las carcasas, y Cura, para la obtención del formato adecuado para su impresión en 3D.

Caja Prometheus Vista 2

Caja Prometheus, Vista 1

Caja Prometheus Vista 1

Caja Prometheus, Vista 2

Asimismo, se ha creado una tapa direccional, la cual se instalará en un número reducido de nodos, que permite monitorizar la presencia en espacios físicos mucho más reducidos. Para ello, se ha creado una estructura cónica que consigue focalizar el haz de detección del sensor de presencia, y de esta forma, cubrir espacios tan acotados como podría ser el puesto de soldadura del laboratorio B105.

Tapa Direccional

Tapa Direccional para nodos Prometheus

Se ha tenido especial interés en intentar que la red sea capaz de autogestionarse. Es decir, que ante un fallo de cobertura , interferencia, o reinicialización de alguno de los nodos, la red sea capaz de reconfigurarse y seguir ofreciendo sus servicios de una forma autónoma.

En base a la naturaleza de las muestras, la red se ha red se ha configurado para que todo nodo tome una muestra por minuto. Ajustando al mismo tiempo, los periodos de bajo consumo de los nodos Prometheus para asegurar una vida útil de más de medio año, antes de tener que recargar o sustituir las baterías de los mismos.

Finalmente, cabe destacar que las tarea de procesar, almacenar y representar gráficamente las muestras obtenidas, además de posibilitar la configuración de la red de forma remota, serán implementados en otro Trabajo Fin de Grado.

TFG: Diseño e implementación de una pasarela de comunicaciones entre un teléfono móvil inteligente y una red de sensores inalámbricos
Posted on by b105

El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es el diseño e implementación de una pasarela de comunicaciones entre un teléfono móvil inteligente y una WSN. Esta pasarela de comunicaciones, llamada Portable Gateway Node (PGN), permitirá la conexión con un teléfono móvil a través de USB y la conexión con una WSN a través de una interfaz de RF.

Tras el diseño del PGN, el layout de la PCB de este sistema ha sido desarrollado utilizando la herramienta Altium Designer. Posteriormente, los componentes seleccionados fueron soldados y se realizaron las pruebas necesarias al HW de este sistema. Además, una caja impresa en 3D ha sido desarrollada utilizando la herramienta online Tinkercad.

Por otra parte, una aplicación para el S.O. Android ha sido desarrollada para permitir la comunicación con el PGN, y de esta manera, con la WSN. Esta aplicación permitirá conectarse a un dispositivo USB, el PGN en nuestro escenario, y posteriormente permitirá al usuario enviar y recibir mensajes de dicho dispositivo. Esta aplicación, llamada PGN Network Manager, ha sido desarrollada en Java utilizando la herramienta Android Studio.

Para realizar las pruebas al sistema desarrollado se han utilizado los nodos Prometeo, una WSN desarrollada en el B105 para un proyecto anterior y que han sido utilizados para poder testear nuestro sistema. Tanto el PGN como los nodos Prometeo han sido programados para utilizar el protocolo de red SimpliciTI. Dicho protocolo es un protocolo de red sencillo y enfocado a WSN de bajo consumo desarrollado y ofrecido por Texas Instruments.

El escenario de test ha demostrado que el proyecto ha sido un éxito, permitiendo la conexión a una WSN de forma remota a través de un smartphone.

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Thesis Proposal: Methodology for Implementation of Synchronization Strategies for Wireless Sensor Networks
Posted on by frta

 

Author: Francisco Tirado-Andrés

Advisor: Alvaro Araujo Pinto

Synopsis:
Wireless Sensor Networks (WSN) are networks composed of a large number of small devices that take measurements, process them, and communicate with other devices coordinating their operations. Time synchronization is necessary for that coordination of actions.

Multiple features characterized a WSN. Some of them are Power Consumption, Cost, Network type, Security, Data throughput, Scalability, etc.

WSNs bring us many benefits over traditional wired networks, but they also add difficulties to counteract its limitations.

The functionality of a WSN is very specific to the problem it solves. It is therefore that no single synchronization method is optimal along all axes. Unnecessary synchronization wastes resources; insufficient synchronization leads to poor application performance.

The requirements that are entailed to the various parameters that define the synchronization protocol will come imposed by the specific application to which it is oriented.

Because, it is not the same an application for a distributed humidity control in a natural park where each sample is collected every half hour and synchronization may deviate seconds without affecting the results, that the conditions required for an application of Wireless Surround Sound System where real-time operations and very small deviations are needed for a proper operation of the system.

But today there is no methodology that helps to design or configuration. Neither with the synchronization protocols nor the general system parameters.

There are many difficulties to be resolved because the synchronization protocol must meet not only the requirements of the application for which is designed, but also the intrinsic demands of WSNs.

One application where the results are very dependent on the accuracy of timing synchronization is Structural Health Monitoring (SHM). A configurable protocol which is able to adapt itself to the requirements of the application and the requirements of the system will be more useful and it will be ready for future applications and requirements.

My intention is to contribute, both during, and at the end of this thesis, with a methodology to guide and help implement synchronization protocols in Wireless Sensor Networks. Always keeping in mind that the synchronization protocol must meet requirements of accuracy and precision at the same time should not interfere with the performance of other tasks in the system. In that way the user will be able to adapt the configuration of the system and the parameters to get a productive WSN.

BackToTheFuture-Synchronization
Movie: Back To the Future. 23’17”

Nuevos diseños de antenas microstrip para las bandas ISM.
Posted on by Gis

 

Debido a la evolución y nuevos usos de la microelectrónica, la miniaturización de los dispositivos electrónicos cada vez es mayor.

Esto presenta un problema a la hora de usar antenas convencionales, que suelen ser de tamaños mucho mayor que el resto de dispositivos de la placa que va a transmitir.

Por ello, se usan las antenas microstrip. Son un tipo de antena de bajo coste de realización y pequeño tamaño la cual se implementa directamente sobre la misma PCB.

Actualmente se lleva a cabo un trabajo de investigación con estas antenas en el B105, para proceder a su estudio y caracterización. Para ello, se han realizado simulaciones de antenas loop y semiloop sintonizadas a 433MHz.  Estas antenas van a ser implementadas en las próximas semanas, ya que han demostrado buena eficiencia con un tamaño muy reducido.

 

Sin título