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Fase 3 Tecnología involucrada para la solución de telemetría Desarrollo de la fase II

Estudiantes: JUAN FRANCISCO MONTES C.C. 1.096.197.817 SERGIO DAVID ACOSTA C.C. 1.071.550.086 JOSE ALEXIS DOMINGUEZ C.C. 77.187.699 YENNY KATHERINE SANTAMARIA MEDINA C.C. 63.557.046

Tutor CARLOS EDUARDO VELASQUEZ – 203055_20

Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería 2020

INTRODUCCION En este documento se presenta el desarrollo de la propuesta realizada en la fase dos como solución al problema planteado para el curso que en este caso corresponde a la implementación de una huerta hidropónica sistematizada, para lo cual se indica el tipo de tecnología a utilizar (sensores), el método de adquisición de datos y se ejemplifica un diagrama de bloques que muestra la dinámica que tendria la huerta cuando esté en funcionamiento. Para ellos los estudiantes además de consultar los contenidos temáticos propuestos tanto en las fases II y III del curso de telemetría realizaron consultas de bibliografía relacionada. En el documento también se relacionan los aportes individuales de los estudiantes del grupo 20 respecto a los aspectos solicitados en la guía de actividades en cuanto a las diferencias y similitudes entre las tecnologías IoT y M2M y en cuanto a las interfaces HMI relacionando un cuadro comparativo para las aplicaciones de IoT, SCADA y móviles.

OBJETIVOS: 

Analizar las diferencias y similitudes de las tecnologías IoT y M2M, considerando sus potencialidades de uso e integración con otros sistemas de comunicación.



Comparar las características de diferentes aplicaciones de interfaces HMI como las de IoT, SCADA y aplicaciones móviles.



Consultar las diferentes tecnologías existentes que sirvan en la implementación de la propuesta de proyecto “Huerta hidropónica sistematizada”, definiendo a partir de esta consulta el tipo de sensores y actuadores que más se adecua a ella.



Definir el sistema de adquisición de datos que se empleará en el desarrollo del proyecto “Huerta hidropónica sistematizada” seleccionando el dispositivo y tecnología a utilizar.



Ejemplificar el funcionamiento del sistema a implementar para la huerta a través de un diagrama de bloques.

Actividad individual: 1. Realizar una comparación entre los conceptos de Internet de las Cosas (IoT) y Comunicación Máquina a Máquina (M2M), estableciendo características, ejemplos de aplicación, y cómo cada una se relaciona con la telemetría. Aporte Sergio Acosta Internet de las Cosas (IoT) concepto

Tiene como objetivo la conexión del máximo de objetos que nos rodean, entre ellos y con nosotros mismos, accesible al usuario final. Características - Medir - Recopilar - Envio de información al servidor o la nube - Big data: tratamiento y estudio de los datos. - Conexión via cable, wifi o bluetooth. Ejemplos de Aplica para control; aplicación - Domótica - Automatización y control de procesos de producción - Agricultura, ganadería, silvicultura - Transporte y logística - Videovigilancia y seguridad - Medicina y cuidado de la salud Relación con la Por medio de la comunicación telemetría inalámbrica podemos obtener comunicación con la ayuda del loT, los diferentes sensores para el monitoreo de lo deseado.

Comunicación Máquina a Máquina (M2M), Comunicación entre dos maquinas, no a persona, hace desde un punto e vista técnico de las comunicaciones. - Interconexión y transferencia de datos en dos maquinas - No es necesario intervención humana - Conexión por RFID, bluetooth, WIFI, GSM, comunicación LAN. Aplica para control; - Mantenimientos automatizados - Maquinas de vending conectadas - Control de stock inteligente - Implementación de sistemas just-in-time.

-

Por medio de este protocolo se puede manejar la Telemedicina, reaacion en real time para el ser humano, sistemas SCADA.

Aporte Juan Francisco Montes M2M: Es un tipo de comunicación entre dispositivos autónoma que se parametriza de acuerdo a las necesidades requeridas por un proceso, esto permite que las acciones a ejecutarse estén limitadas por un programa el cual generara alarmas cuando estos limites estén siendo sobrepasados por algún parámetro, esta información es enviada a un servidor por varios medios existentes, los cuales pueden ser alámbricos como una red doméstica o empresarial o inalámbricos, como son redes de WIFI, Bluethoot, etc. donde será posible gestionarla y manipularla de manera remota para efectuar cambios en el proceso. IoT: Se refiere a la manera de conectar a internet casi cualquier cosa de uso por usuario final, esto permite obtener información en tiempo real de elementos cotidianos simplemente accediendo por internet, siempre y cuando se pueda extraer de estos elementos algún tipo de información a partir de sensores incorporados en ellos.(¿Cuál es la diferencia entre M2M y IoT?, s. f.)

M2M Se enfoca desde el punto de vista técnico de las comunicaciones. Se basan en comunicaciones Punto a punto utilizando módulos de hardware integrados y redes celulares o cableadas

IoT Se desde la perspectiva de un servicio en un mercado (normalmente global) se basan en redes basadas en IP para interconectar datos de dispositivos a una plataforma en la nube mediante un software. Se maneja un mayor volumen de datos, El volumen de datos no es tan amplio pero pero sus alcances son más particulares sus alcances son mas generales Se conectan maquinas entre si Se conectan maquinas a la nube Se basa en comunicaciones Se basa en comunicaciones bidireccionales unidireccionales Se desencadenan respuestas basadas en una Pueden desencadenar respuestas, pero no acción es imprescindible No necesitan conexión a internet Dependen exclusivamente de su conexión a internet Su capacidad de integración depende de Tiene opciones que pueden considerarse que los componentes cuenten con ilimitadas ya que su integración es via protocolos de comunicación similares software (Israel, 2017); (¿Es lo mismo M2M e IoT? Diferencias y similitudes | Envira IOT, s. f.)

Aporte Yenny Santamaria ITEM

IoT Conexión entre dispositivos que recaban datos para estudiar las métricas recibidas y establecer parámetros de comportamiento.

M2M Reducción de costos mediante la gestión y mantenimiento de las máquinas que conecta en remoto

Conectividad

Conecta dispositivos como electrodomésticos, vehículos, maquinaria industrial y otros con la nube.

Conecta máquinas, dispositivos o sensores en un circuito cerrado entre sí utilizando sistemas alámbricos o inalámbricos.

Funcionamiento

Funciona en sistemas abiertos por la ventaja competitiva que ofrece a la hora de recabar datos orientados al negocio.

Funciona en sistemas cerrados, sólo los usuarios autorizados pueden acceder a la información.

Acceso a la información

Ofrece interconectividad y estándares abiertos, disponibilidad de información desde distintas plataformas o dispositivos

 No tienen como objetivo el libre acceso a la información recabada

Comunicación bidireccional Arquitectura en la nube, alto potencial de escalabilidad

Comunicación unidireccional Limitada al basarse en conexiones alámbricas o tarjetas SIM.

Sensores Software Horizontales

Máquinas Hardware Verticales

Máquina a Máquina, Humano a máquina, máquina a humano

Máquina a Máquina

IP Si Redes IP

No IP Es posible pero no imprescindible Comunicación punto a punto con hardware embebido

Operación

Múltiples aplicaciones Puede dar respuesta a una acción, pero no es imprescindible

Monitorización y control Da una respuesta basada en una acción

Capacidad de integración

Opciones ilimitadas según el desarrollo de software con que se complemente

Opciones limitadas según los estándares utilizados

Tipos de datos

Estructurados y no estructurados Monitoreo de flotas comerciales de transporte, procesos automatizados, domótica, controles de stock de productos en tiempo real, estaciones meteorológicas, sismología, agricultura, georreferenciación, telemedicina, etc.

Estructurados Medidores de servicios públicos, mantenimiento industrial, cadenas de suministro, máquinas expendedoras, señalización de parking, motores de riego para agricultura, sensores de temperatura y humedad, sensores de movimiento y luz, entre otros

La telemetría es la medición y el monitoreo de magnitudes físicas realizado remotamente mediante datos que se transmiten a un centro de control.  A través de IoT se interconectan objetos entre sí y los puede manejar a través de un

M2M se apoya en el uso de la telemetria al utilizar la conexión de sensores de distintos tipos para recolectar información, que se transfiere a un punto central específico donde se interpreta y se ofrece una respuesta según el proceso. Los sistemas M2M

Objetivo

Interactividad Escalabilidad Se aplica en Basado en Tipo de Aplicaciones Comunicación Protocolo Uso de la nube Singularidad Propósito

Aplicaciones

Relación con telemetría

dispositivo remoto. Pero además de permitir el manejo de información en tiempo real, también almacena datos de esos objetos físicos y los interpreta.

modernos permiten mucha más complejidad, permitiendo a distintas máquinas comunicarse entre ellas y tomar decisiones rápidamente. En el pasado, este punto central habría sido una persona, o computadora personal.

Aporte Jose Alexis Dominguez

CARÁCTERÍSTICAS Abreviatura

M2M Máquina A Máquina

Filosofía

Es un concepto en el que dos o más máquinas pueden comunicarse con una determinada función sin intervención humana. Se puede observar cierto grado de inteligencia en el modelo M2M

IOT Internet de las cosas IOT es un ecosistema de dispositivos conectados (a través de Internet) donde los dispositivos tienen la capacidad de recopilar y transferir datos a través de una red automáticamente sin intervención humana. IOT ayuda a los objetos a interactuar con el entorno interno y / o externo A través de la red IP varios tipos de comunicación

Tipo de conexión

Punto a punto

Protocolos de comunicación

Antiguos protocolos patentados y técnicas de comunicación.

Protocolos de Internet utilizados comúnmente

Cadena de valor

Lineal

Múltiples lados

Área de foco

Para seguimiento y control de 1 o pocos

Para abordar las necesidades diarias de los humanos. Los datos se comparten con otras aplicaciones (como previsiones meteorológicas, redes sociales, etc.) mejoran la experiencia del usuario final Los dispositivos suelen depender de la conexión a Internet Gran cantidad de dispositivos sin alcance Más escalable gracias a la arquitectura basada en la nube

Compartir recopilados

los

datos Los datos recopilados no se comparten con otras aplicaciones

Dependencia del dispositivo

Los dispositivos no suelen depender de Internet

Dispositivo en alcance

Dispositivos limitados en alcance

Escalabilidad

Menos escalable que IOT

Ejemplo

Monitoreo remoto, control de flota

Ciudades inteligentes, agricultura inteligente, etc.

Tipo de negocio

B2B (Negocio a negocio)

B2B (Negocio a negocio) Y B2C (Negocio a consumidor)

Integración de tecnología APIS abierto

Vertical No soportado

Términos relacionados

Sensores, datos e información

Vertical y horizontal soportado Usuarios finales, dispositivos, usables, Nube y Datos grandes

Aplicaciones en Telemetría

2.

Monitoreo por video, estaciones sismológicas, estaciones GNSS, estaciones meteorológicas, seguimiento Autos, medidores, Rastreo de bienes, de ubicación usando GPS (tracking), o cadenas de suministro, Otra parte vital del Internet de las Cosas, relojes algunos tipos de sensores, Algunos de los sistemas de comunicaciones que inteligentes, Fitbit y otros “wearables” utilizan ampliamente las podrían implementarse serían radiotecnologías M2M para enviar datos enlaces en banda libre o licenciada, tipo espectro ensanchado (spreadspectrum), sobre la actividad física, ritmo enlaces satelitales en las bandas KU y cardiaco etc. KA, radio-módems celulares o routers 3G y 4G, entre otros.

Consultar sobre interfaces HMI y establecer un cuadro comparativo entre aplicaciones IoT, SCADA y Móviles (presentar ejemplos de dichas interfaces). Aporte Sergio Acosta El sistema HMI, es una interfaz, donde se maneja por medio de un panel de control por el usuario, donde aparece una interaccion hombre-maquina, un ejemplo es un cajero automatico, donde permiten esta interaccion, otros son los trenes de alta velocidad, equipos medicios, equipos de produccion de semiconductores, en el manejo se puede manejar y controlar diferentes condiciones ya sea bajo sensores, actuadores, condiciones fisicas, estos paneles de control pueden conectarsen a los PLCs, donde realizaran un proceso de desicion, condicion, opcion, en tiempo real, bajo su programacion realizada. Estos mecanismos se han desarrollado para optimizar los procesos industriales, digitalizando y centralizando informacion bajo sistemas SCADA, MES a traves de una consola. SISTEMA

APLICACIONES WEARABLES SALUD MONITOREO DE TRAFICO

loT

GESTION DEM FLOTAS AGRICULTURA HOTELERIA SMART GRID Y AHORRO ENERGETICO

SUMINISTRO DE AGUA GESTION DE MTO (FRACTTAL) SCADA

SUPERVISION EN REAL TIME, CONTROL CALIDAD, PRODUCCION, ALAMCENAMIENTO DE DATOS, GESTION DEL SISTEMA. SECTOR PETROQUIMICO HASTA TRATAMIENTO DE AGUAS, TELECOMUNICACIONES, TRANSPORTE, GAS.

Moviles

SCADA MOVIL PROSOFT I-VIEW ICEM IPLC RW MY SCADA

Aporte Juan Francisco Montes

Siglas Alcances Característica s Tipo de instalación ¿Usa la Nube? Dirección Ejemplo

HMI Human-Machine Interfase Redes domesticas e industriales Uso Particular

IoT Internet of the Things Red de Internet

Móviles Apps Móviles Red de Internet

Uso General

Uso Masivo

Sistemas cerrados

Grandes redes

Grandes redes

Puede, pero no es imprescindible Bidireccional

Si

Si

Bidireccional

Bidireccional

(Vicente Pelechano, s. f.)

(Aplicaciones móviles para el aprendizaje I – Aprender para enseñar, s. f.)

(«Qué es un HMI, para qué sirve la Interfaz Hombre-Máquina | Aula21», 2019) Aporte Yenny Santamaria

FUNCION

CONFIGURACION

HMI HMI significa interfaz hombre-máquina. Se refiere a la forma de interactuar el humano con las diferentes máquinas que componen un sistema. Busca la comunicación interactiva entre ambas partes. Se vale del uso de un panel que transmite órdenes, visualiza resultados de manera gráfica y obtiene una visualización del estado del proceso o la máquina a tiempo real. ITEM IoT SCADA MOVILES Agrupación e interconexión Cuentan con una estructura Son programas diseñados para ser de dispositivos y objetos a básica que parte de sus ejecutados en teléfonos, tablets y través de una red (bien sea controladores lógicos otros dispositivos móviles, que privada o Internet, la red de programables (PLC) o unidades permiten al usuario realizar redes), dónde todos ellos de terminal remotas (RTU), es actividades profesionales, acceder a podrían ser visibles e decir, de microordenadores que servicios, mantenerse informado, interaccionar. se comunican con múltiples entre otro universo de posibilidades. objetos, ya sean máquinas, dispositivos, sensores o HMI.  Recibir y transferir datos a Procesa, distribuye y enseña los Desarrolladas bajo HTML, CSS Y través de redes datos, permitiendo a los JAVASCRIPT, tienen inalámbricas sin la operadores y otros trabajadores a funcionalidades dependiendo del intervención humana. Lo realizar un análisis de los datos objetivo del programados y de las

APLICACIONES

que lo hace posible es la integración de dispositivos informáticos sencillos con sensores en todo tipo de objetos.  Domótica, sector salud: sensores conectados a los pacientes, monitoreo de tráfico, gestión de flotas, agricultura, ahorro energético, suministro de agua, temporizadores de todo tipo, smart cities, retail entre otras.

para facilitar la toma de decisiones.

características del sistema operativo donde se ejecutará.

Monitorizar y controlar las operaciones en tiempo real. Procesar datos que hagan más fácil la toma de decisiones. Mostrar a través de imágenes dinámicas el comportamiento de los procesos. Arrojar señales de alarma frente a imprevistos. Recolectar información histórica para hacer un análisis completo. Programar eventos y tareas automáticas.

Existen infinidad de aplicaciones desde juegos, geolocalización, matemáticas, entretenimiento, salud, estilo de vida, idiomas, etc. Pueden ser nativas (desarrollada según el sistema operativo) o hibridas (utiliza configuración integrada entre páginas web y características del sistema operativo.)

Aporte José Alexis Dominguez Actividad colaborativa: El grupo de manera articulada propondrá una solución al problema presentado a partir de los siguientes aspectos. 6. Publicar el resumen del proyecto desarrollado en la fase 2 donde mencione el nombre del proyecto, planteamiento del problema y variables del proyecto. a. Nombre del proyecto: HUERTA HIDROPONICA SISTEMATIZADA.

b. Planteamiento del problema: Este problema puede ser resuelto por estudiantes de ingeniería electrónica y/o de telecomunicaciones. Está relacionado con los ejes y líneas de investigación de la cadena de formación en Electrónica, Telecomunicaciones y Redes ETR. Se elaborará un prototipo manejado por medio de sensores y actuadores, sistemáticamente bajo un desarrollo de Arduino, programado para controlar y supervisar diferentes aspectos ya sean climáticos, suelo, agua, con el fin de aportar en la elaboración de una huerta que sea beneficio para todo tipo de personas, población, familias que ayude al cultivo orgánico y sano. El desarrollo de este tipo de huertas se hacía inicialmente de forma artesanal pero en la actualidad se ha venido

manejando con procesos tecnológicos buscando estar a la par de niveles de productividad de la industria convencional que entrega alimentos en poco tiempo por el aceleramiento mediante químicos que resultan siendo a largo plazo perjudiciales para la salud y siendo fuente de contaminación de suelos y fuentes hídricas. Es un aporte importante a un sector como la agricultura que, aunque históricamente no ha sido apoyado como debería es uno de los más importantes de la económica colombiana. A nivel de agricultura y estadísticas DANE (Fecha: 18/12/2014) “En este informe se mostró que el 82 % de los cultivos agrícolas representan el 6,3 % del total del área rural dispersa, lo que equivale a 7 millones 115 mil hectáreas. Este primer gran anuncio del censo cambia la cifra y el porcentaje del área cultivada que se tenía en Colombia.

VARIABLES

PROCESO IDEA ARQUITECTURA IMPLEMENTACION

EJECUCION

7. Consultar sobre sensores y actuadores que ofrece la plataforma Arduino dado que se pueden usar con diferentes tecnologías, para establecer cuáles le permiten controlar las variables del proyecto, indicando los aspectos que evaluaron para tomar las decisiones.

circuito

referencia

Placa arduino

uno

uso especificaciones conexión de perifericos para output e input para funcionamient o de microcontrola dor y conexión a serial al ordenador, manejo de puertos de salida y entrada de energia electrica.

dht22

mediciones de temperatura y humedad relativa

HL-69 y rele fc-50

medicion de humedad y deteccion electromagnet ica sensible a la corriente cerrando o abriendo circuito

yl-83

deteccion gotas de lluvia para controlar y manejo de riego

sensor de humedad

Sensor temperatura con rele

sensor de lluvia o liquido

8. Elegir un dispositivo de adquisición de datos de acuerdo a las necesidades del proyecto, dado que la información de los sensores llega allí para ser enviada a la interfaz de visualización. Justifique su elección. La adquisición de los datos percibidos por los sensores se hace a través del Arduino señalado en el punto anterior, para demostrar el funcionamiento adecuado de los sensores en la parte de adquisición de datos por medio de un Arduino Uno se desarrollarán la programación para cada uno de los sensores (humedad, temperatura y liquido). Para el sensor de líquido: Se conecta el sensor YI-83 al Arduino para medir el nivel del agua en cada uno de los recipientes donde se encontraban sembradas las plantas. Se programará de tal modo que pueda adquirir una medida continua y estándar para mantener el nivel del agua adecuado para que las plantas puedan absorber lo necesario para su desarrollo diario. La programación consta de las medidas del receptor del sensor transmitidas de forma ultrasónica hasta la superficie del agua. Para el sensor de temperatura y humedad: Se conectan los sensores DHT22 y HL 69 con la tarjeta Arduino. Se programan de tal forma que puedan ofrecer los datos de cada una de las variables en un tiempo determinado. La determinación del aumento de estas variables tomará como referencia losdatos tomados en el exterior o reflejados en el ambiente externo cultivo (se supone que el cultivo estará cubierto con un techo o domo).

Por medio de esta ventana podremos observar la lectura en valores numéricos, el valor de que se esté midiendo, sensando para este proyecto.

Al tener el sistema de instrumentación y la programación de cada sensor se debe realizar un sistema de registro, que permita almacenar los datos de forma virtual.

Por medio del programa Labview podremos observar la lectura en valores gráficos y señales, el valor de que se esté midiendo, sensando para este proyecto. 9. Definir la tecnología inalámbrica que se utilizará en el proyecto, justificando su respuesta de acuerdo a la tecnología involucrada y las necesidades del mismo. Los módulos RF de 433Mhz son muy populares por su bajo costo y fácil uso. Vienen en pareja, emisor (FS1000A) y receptor (XY-MK-5V), el tipo de comunicación es simplex, es decir en un solo canal y unidireccional, son de baja velocidad de transmisión, pero para aplicaciones básicas son muy útiles.

La frecuencia de trabajo es de 433MHz, debido a que es una banda de libre uso. Para utilizar estos módulos basta con alimentarlos y conectar el pin de datos por un lado del Transmisor (TX) y en otro el

Receptor (RX). Para la programación no es necesario agregar ningún tipo de librería, ya que es un proceso sencillo, sin embargo existen algunas librerías que nos ofrecen ciertas ventajas como: verificación de errores, mejor transmisión, Direccionamiento, Enrutamiento, mallas, etc. Antena para módulos de 433Mhz La antena tiene una gran influencia sobre todo en el módulo receptor, por lo que se recomienda conectar un cable de cobre de unos 17cm de largo para alcanzar la frecuencia de 433MHz.Tambien son muy comunes y eficientes antenas helicoidales de 5mm de diámetro y 3.4cm de longitud. La posición de la antena también afecta la recepción de datos. Comunicación Serial con módulos RF Para este tipo de comunicación solo basta con conectar el módulo RF al Pin RX o TX del Arduino dependiendo si es transmisor y receptor. Con respecto al programa se trabaja como si se tratase de una comunicación serial (UART) normal, con el inconveniente que no existe validación o seguridad para saber si los datos son transmitidos correctamente. Pero se puede usar para visualizar mensajes o datos que sean redundantes o que no sean necesarios validar. 10. Diseñar una solución a la problemática presentada y proponer un diagrama de bloques incluyendo sensores (y actuadores en caso que el proyecto lo requiera), dispositivo de adquisición de datos, tecnología inalámbrica.

CONCLUSIONES 



  

Se reconocieron las diferencias, similitudes y ventajas de la implementación de las tecnologías Iot y M2M las cuales ofrecen multiples funcionalidades dependiendo del tipo de aplicación que se necesite implementar ya sea doméstica o industrial Respecto a las interfaces HMI se estableció una comparación q entre las diseñadas bajo IoT, SCADA y apps móviles que permitió analizar las ventajas a la hora de incluirlas en un proyecto de desarrollo. Se definieron los componentes físicos que posiblemente se incluirán en el desarrollo del hardware del proyecto “Huerta hidropónica sistematizada”. Se propone un tipo de programación sencilla para el Arduino que permita parametrizar los sensores a incluir en el proyecto. Se espera que el uso de Labview como software de apoyo permita el análisis y documentación de los datos obtenidos en el proyecto para organizarlos, trabajarlos y a partir de esto tomar decisiones sobre la sostenibilidad del cultivo.

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