Desarrollo de un prototipo de sistema de medición remoto esclavo para un sistema de riego de canal abierto

En el presente proyecto se presenta la construcción de un sistema embebido IoT que se encarga de recolectar información de un sistema de riego de canal abierto (SRCA), con el fin de monitorear su operación y de esta manera automatizar y controlar el flujo del agua. Este documento describe el prototi...

Full description

Autores:
Rodriguez Gallego, Oscar Daniel
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2022
Institución:
Universidad de Ibagué
Repositorio:
Repositorio Universidad de Ibagué
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.unibague.edu.co:20.500.12313/4894
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/20.500.12313/4894
Palabra clave:
Sistema de medición remoto esclavo - Desarrollo de un prototipo para un sistema de riego de canal abierto
Desarrollo de un prototipo para un sistema de riego de canal abierto - Sistema de medición remoto esclavo
Sistemas embebidos
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description En el presente proyecto se presenta la construcción de un sistema embebido IoT que se encarga de recolectar información de un sistema de riego de canal abierto (SRCA), con el fin de monitorear su operación y de esta manera automatizar y controlar el flujo del agua. Este documento describe el prototipo que se construyó, pasando por cada una de las capas de hardware y software. Para la comunicación y recolección de los datos del nodo se usó la tecnología LoRa para enviar la información recolectada a un nodo central que se encarga de procesar y visualizar la información de los diferentes nodos. Para su construcción, lo primero es encontrar los distintos dispositivos que encajen en el proyecto, seguido de eso, se hace una caracterización de cada una de las partes que conforman el sistema embebido, con el fin de conocer cómo se comportan y qué elementos se necesitan para la construcción del prototipo. Después de tener fabricado y ensamblado el sistema, se hace una integración entre las dos capas mencionadas anteriormente, mediante el lenguaje C en el entorno de MPLAB X, en donde se construyen diferentes algoritmos que permiten leer la información que proporcionan los diferentes dispositivos. Luego, estos datos son procesados y estructurados para enviar diferentes mensajes al módulo de comunicación. Cada mensaje que se envíe debe tener un tiempo de transmisión entre uno y el otro, para que dicha información pueda ser transmitida exitosamente al nodo central. El mensaje enviado tiene una estructura que permite que el nodo central pueda entender que representa la información recibida para ser decodificada e interpretada, a su vez, el nodo central puede realizar peticiones sobre los nodos que recolectan información teniendo la misma estructura del mensaje. La implementación del software del sistema se encuentra disponible en: https://github.com/HaroldMurcia/Channel_IoT.
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Para su construcción, lo primero es encontrar los distintos dispositivos que encajen en el proyecto, seguido de eso, se hace una caracterización de cada una de las partes que conforman el sistema embebido, con el fin de conocer cómo se comportan y qué elementos se necesitan para la construcción del prototipo. Después de tener fabricado y ensamblado el sistema, se hace una integración entre las dos capas mencionadas anteriormente, mediante el lenguaje C en el entorno de MPLAB X, en donde se construyen diferentes algoritmos que permiten leer la información que proporcionan los diferentes dispositivos. Luego, estos datos son procesados y estructurados para enviar diferentes mensajes al módulo de comunicación. Cada mensaje que se envíe debe tener un tiempo de transmisión entre uno y el otro, para que dicha información pueda ser transmitida exitosamente al nodo central. El mensaje enviado tiene una estructura que permite que el nodo central pueda entender que representa la información recibida para ser decodificada e interpretada, a su vez, el nodo central puede realizar peticiones sobre los nodos que recolectan información teniendo la misma estructura del mensaje. La implementación del software del sistema se encuentra disponible en: https://github.com/HaroldMurcia/Channel_IoT.This project presents the construction of an IoT embedded system that is responsible for gathering information from an open channel irrigation system (SRCA), in order to supervise its operation and automate and to control the flow of water. This document describes the prototype that was built, going through each of the hardware and software layers. For the communications and data gathering from the node, LoRa technology was used to send the collected information to a central node that is in responsible of processing and visualizing the information from the different nodes. For the building of this prototype, the first stageis to identify the different devices that fit into the project, followed by a characterization of each of the parts that conform the embedded system, in order to know how they perform and what elements are needed for the construction of the prototype. After having manufactured and assembled the system, an integration is made between the two layers mentioned above, using the C language in the MPLAB X environment, different algorithms are built to read the information provided by the different devices. Then, these data are processed and structured to transmit different messages to the communication module. Each message that is sent must have a transmission time between one and the other, so that the information can be successfully transmitted to the central node. The message that is sent has a structure that allows the central node to understand what the information received represents in order to be decoded and interpreted, in turn, the central node can make requests on the nodes that gather information having the same structure of the message. The software implementation of the system is available at: https://github.com/HaroldMurcia/Channel_IoT.PregradoIngeniero ElectrónicoResumen.....ii Nomenclatura.....x Introducción.....xi 1 Generalidades.....1 1.1 Marco Teórico.....1 1.1.1 Internet de las cosas IoT.....1 1.1.2 Tecnología LoRa.....2 1.1.2.1 Modulación LoRa.....2 1.1.2.2 Arquitectura de red.....3 1.1.3 Módulo de comunicación LoRa RN2903A.....3 1.1.3.1 Documentos técnicos.....4 1.1.3.2 Configuración.....4 1.1.3.3 Configuración de comandos radio setv6 1.1.3.4 Configuración de transmisión y recepción.....13 1.2 Trabajo Relacionado.....16 1.2.1 Redes LoRa con RN2903.....16 1.2.2 Monitoreo del recurso hídrico.....16 1.2.3 Sistemas de medición de nivel.....17 1.3 Descripción del Problema y Justificación.....20 1.4 Objetivos.....22 1.4.1 Objetivo General.....22 1.4.2 Objetivos Específicos.....22 1.5 Metodología.....22 2 Diseño del sistema.....24 2.1 Vista general y requerimientos de sistema.....24 2.1.1 Diagrama de bloques del sistema.....25 2.1.2 Elección de dispositivos que conforman el sistema.....26 2.1.2.1 Sensor de ultrasonido.....26 2.1.2.2 Módulo de comunicaciones LoRa.....27 2.1.2.3 Microcontrolador.....29 2.1.2.4 Potenciometro lineal.....29 2.2 Diseño de capa electrónica.....29 2.2.1 Diagrama de bloques Slave node.....29 2.2.2 Diseño del hardware.....31 2.2.3 Construcción de PCB.....36 2.2.3.1 Calculo de pistas.....36 2.2.3.2 Ruteo de PCB.....37 2.2.4 Configuración y asignación de pines.....38 2.3 Diseño de software.....39 2.3.1 Diseño de protocolo de comunicación.....39 2.3.2 Protocolo de ocho bits.....42 2.3.3 Tiempos de muestreo.....43 2.3.3.1 Adecuación de lectura del potenciómetro.....43 2.3.4 Diagrama de flujo del sistema.....44 2.3.4.1 Diagrama de flujo general de todo el sistema.....44 2.3.4.2 Diagrama de flujo del protocolo de 8 bits.....44 3 Resultados.....45 3.1 Implemetación del sistema embebido.....45 3.1.1 Diseño en 3D del sistema embebido.....45 3.1.2 Ensamblado del dispositivo.....46 3.1.2.1 Pruebas de laboratorio.....47 3.1.2.2 Errores de diseño.....47 3.1.3 Consumos de corriente del módulo RN2903.....48 3.1.4 Pruebas iniciales y alcance máximo de transmisión de datos.....48 3.2 Resultados de validación.....50 3.2.1 Transmision de datos Slave node a Master node.....50 3.2.2 Recepción de datos Master node a Slave node.....58 4 Conclusiones y Recomendaciones.....59 4.1 Conclusiones.....59 4.2 Recomendaciones.....59 4.3 Aportes.....61 A1 Anexos.....65 A1.1 Diagramas de flujo del sistema.....65 A1.2 Ensamblado de PCB.....69 A1.3 Interfaz nodo maestro.....71 A1.4 Certificados de eventos.....7188 páginasapplication/pdfRodriguez Gallego, O. D. (2022).Desarrollo de un prototipo de sistema de medición remoto esclavo para un sistema de riego de canal abierto.[Trabajo de grado, Universidad de Ibagué]. https://hdl.handle.net/20.500.12313/4894https://hdl.handle.net/20.500.12313/4894spaUniversidad de IbaguéIngenieríaIbaguéIngeniería ElectrónicaG. Ramírez, Irrigación y usos del agua en el río Bogotá el caso del distrito de riego de La Ramada. Universidad de los Andes, Departamento de Historia, 2017.J. Merchán, M. Rodriguez, G. Mendéz, and M. Morales, “Evaluación de modelos aproxi- mados para el diseño de control automático en sistemas de riego a canal abierto,” ingenio magno, vol. 10, pp. 2–3, 2020.J. Chacón and Y. Campos, “Implementación de un gateway de bajo costo,” Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas, 7 2018.S. Hernández, “Estudio en detalle de LoraWAN. Comparación con otras tecnologías LPWAN considerando diferentes patrones de tráfico.” Ph.D. dissertation, Universitat Oberta de Catalunya, 2020.S. 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