El paso día 26 fuimos a realizar pruebas para el proyecto Easysafe. La hubicación de las pruebas la autovía A-1 en el kilómetro 111. En él se realizaros varios test enfocados a la detección de vehículos, personas y fauna en la carretera. Esto se realizó por medio de varios tipos de acelerómetros y un magnetómetro sitiados fuera del asfalto. Como se puede apreciar en las fotografías, los sensores fueron colocados en el quitamiedos, a una distancia bastante lejana de loos vehículos y aun así las medidas han sido satisfactorias. A partir de ahora, el trabajo se centrará en el algoritmo para discriminar el tipo de vehículo, animales y personas.
En el B105 Electronic Systems Lab siempre estamos desarrollando nuevos dispositivos electrónicos, ya sea para redes de sensores inalámbricas, sistemas empotrados u otras aplicaciones. Esta vez el desarrollo ha sido enfocado a una red de sensores muy versátil, que pueda servir de base para distintos proyectos dentro de nuestro laboratorio. Así, el nodo de esta red está formado por dos PCBs: Heimdall y Cerberus.
Heimdall dispone del microcontrolador STM32, de sensores de temeperatura, dos acelerómtros, leds, pulsadores, conector micro USB y slot de tarjeta micro SD. La otra placa, llamada Cerberus, es la encargada de las comunicaciones inalámbricas. Dispone de tres transceptores radio, dos Spirit1 y un cc2500. De esta manera, el nodo dispone de una gran versatilidad de comunicaciones, pudiendo transmitir en tres bandas ISM (433 MHz, 868 MHz y 2400 MHz).
El objetivo de este desarrollo es que este nodo pueda ser utilizado para distintas aplicaciones de WSNs o radio cognitiva, pero también por los nuevos compañeros que se han unido al B105 para desarrollar sus TFGs o TFMs.
Las redes inalámbricas de sensores están experimentando un crecimiento en los últimos años, debido a la necesidad cada vez más frecuente de obtener datos de nuestro entorno. Estas redes, al estar enfocadas al bajo consumo, y por tanto muy limitadas en recursos, no tienen una forma sencilla de mostrar sus datos al usuario. Esto provoca la necesidad de una interfaz de usuario cómoda para el manejo de las redes de sensores.
En un anterior proyecto, aplicado a la red de sensores de Prometeo (proyecto finalizado hace varios años, que ayuda a la prevención de incendios forestales) se solucionó este problema desarrollando una pasarela de comunicaciones entre la red y un smartphone. Esta fue una buena solución, ya que la mayoría de las personas llevan un móvil encima, y la red de sensores de Prometeo utiliza radiofrecuencia en sus telecomunicaciones, no accesible por los teléfonos móviles. La pasarela se podía comunicar con la red de sensores por radiofrecuencia, además de disponer de un puerto USB para la comunicación con un dispositivo Android.
Este proyecto parte de las limitaciones que presenta el anterior: la aplicación utilizada era algo inestable e implementaba un protocolo antiguo de la red de Prometeo. Se desarrolla en este proyecto una nueva aplicación Android con un diseño fuertemente modular y flexible para su posible uso en otras redes de sensores. Además, se ha rediseñado la anterior pasarela para que permita una comunicación Bluetooth Low Energy (BLE) en vez de USB.
El desarrollo de este proyecto, después del estudio de las tecnologías a usar, ha tenido lugar a través de los siguientes pasos generales:
Diseño y desarrollo de una aplicación Android que permita una conexión USB implementando el nuevo protocolo de Prometeo.
Desarrollo de un emulador de la pasarela del anterior proyecto, para que implemente el nuevo protocolo de Prometeo y permita probar la aplicación.
Rediseño de la anterior pasarela para que implemente BLE, con su posterior soldadura de componentes y programación del microcontrolador.
Dotación de la aplicación Android con la posibilidad de conectarse mediante BLE con la nueva pasarela diseñada.
En el pasillo del laboratorio del Grupo de Investigación B105 Electronic Systems Lab se encuentra un tablón expositor que cuenta con un sistema de iluminación LED (Light-Emitting Diode). El objetivo de este Trabajo de Fin de Grado es diseñar e implementar un sistema electrónico que ofrezca funcionalidades interactivas para dicho tablón, de forma que los usuarios puedan interactuar con el mismo a través de un conjunto de pulsadores.
Los LEDs del tablón son controlados por los drivers TLC5940 de Texas Instruments. Además, para enviar los datos a estos drivers se emplea un sistema empotrado, el cual se ha decidido que sea una Raspberry Pi 3. Para poder implementar las distintas funcionalidades se ha diseñado una red de sensores inalámbrica (WSN, Wireless Sensor Network) que se comunique con dicho sistema de control.
La WSN está formada por cuatro nodos. Dos de ellos disponen de tres pulsadores de distintos colores, que serán el medio de interacción entre los usuarios y los LEDs. Otro de los nodos dispone de un sensor de presencia para avisar al sistema de que hay alguien cerca del tablón y el nodo restante es el encargado de recibir los mensajes que envían el resto de nodos y comunicarse con la Raspberry Pi 3.
Las tareas realizadas para la consecución del objetivo de este proyecto se detallan a continuación:
Se ha diseñado e implementado la WSN, para lo cual se ha realizado tanto el diseño hardware como software de los nodos. En la imagen de la cabecera se muestra uno de estos nodos.
Se ha establecido la comunicación entre la red de sensores y el sistema de control mediante UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), de forma que cuando al nodo que recibe los datos le llega un mensaje, lo envía a la Raspberry, la cual procesa la información para configurar de forma adecuada los LEDs.
Se han programado las distintas funcionalidades interactivas. Concretamente se han desarrollado cuatro: una funcionalidad asociada a la detección de presencia frente al tablón para captar la atención del posible usuario y tres minijuegos, dos de ellos de dos jugadores y uno de un solo jugador.
Para facilitar la interacción del usuario con el tablón, se han diseñado unas cajas para almacenar los nodos que disponen de los pulsadores. El resultado final de las mismas se muestra en las siguientes imágenes:
Botonera para el control del tablón LEDBotonera para el control del tablón LED
Una vez realizadas todas estas tareas, el sistema se ha puesto en funcionamiento y se encuentra operativo para poder hacer uso de él.
Durante los últimos años se ha observado un notable incremento en la penetración de las redes inalámbricas en nuestra sociedad, teniendo previsiones de crecimiento bastante elevadas con la irrupción de Internet de las Cosas (IoT). Sin embargo, esta interconexión masiva desemboca en la aparición de problemas como son principalmente la saturación del espectro radioeléctrico o las interferencias provocadas entre sistemas, lo que repercute en la calidad del servicio y por lo tanto supone un problema para la conexión de elementos.
El B105 lab tiene como una de sus líneas principales de investigación el desarrollo de redes inalámbricas de sensores cognitivas (CWSN, Cognitive Wireless Sensor Networks), es decir, redes compuestas por dispositivos con la capacidad de modificar sus parámetros de comunicación dinámicamente, seleccionando las zonas del espectro con menos ruido e interferencias y por consiguiente, capaces de optimizar las prestaciones globales de la red.
Proyectos anteriores se centraron en el estudio de estos dispositivos, desarrollando la plataforma cNGD (cognitive New Generation Device). Se trata de un nodo que incluye la torre de protocolos de Microchip, que fue modificada para poder albergar tres transceptores radio, consiguiendo trabajar simultáneamente en las bandas de libre acceso de 434, 868 y 2400 MHz.
Plataforma cNGD sobre la que se ha trabajado
Este Trabajo Fin de Grado los adopta como base y se centra en diseñar e implementar distintas funcionalidades en la actual pila de protocolos, con el objetivo de conseguir interconectar varios cNGDs bajo un modelo de red de tipo malla fiable, robusto y escalable. Estos mecanismos se deben adaptar al tipo de dispositivo, el orden de su llegada a la red y a la frecuencia de trabajo. Los principales requisitos que se han impuesto en el diseño de la red son:
Aceptar a todos los dispositivos que deseen incorporarse mientras la red disponga de capacidad para registrarlos.
Garantizar la unicidad en la asignación de la direcciones de red, para posteriormente, poder realizar correctamente el encaminamiento de paquetes.
Que los coordinadores de red sepan reaccionar ante variaciones en la estructura de la red (principalmente conexión y desconexión de coordinadores).
Asegurar un máximo de 4 saltos en el encaminamiento de paquetes hasta alcanzar al destinatario.
Otros: Inclusión de mecanismos de fiabilidad en las transmisiones de mensajes, no inundar la red con la emisión de paquetes broadcast o informar a las capas superiores del éxito o fracaso en la realización de las operaciones.
Tras la etapa de implementación, modificación y adaptación del software del cNGD, se ha procedido a desplegar la red, midiendo y analizando los resultados obtenidos. Efectivamente, se han cumplido los requisitos impuestos, es decir, se ha conseguido la interconexión de varios cNGDs bajo un modelo de red robusto y fiable, que puede servir de soporte para futuras líneas de trabajo que se centren en las capas de aplicación o en la capa cognitiva del cNGD.
