IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED DE SENSORES
INALÁMBRICA PARA LA MONITORIZACIÓN
DE EXPLOTACIONES VITIVINÍCOLAS
AUTOR:
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ESTRUCTURA DEL PROYECTO

BLOQUE I

INTRODUCCIÓN
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
MARCO TECNOLÓGICO

BLOQUE II

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LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
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INTRODUCCIÓN

¿POR QUÉ EL SECTOR VITIVINÍCOLA?

 Conocimiento del sector
 Detección de un problema
 Búsqueda de solució...
INTRODUCCIÓN
RED DE SENSORES INALÁMBRICA
(WSN: Wireless Sensor Networks)

Motivos de elección:

 Económicos

 Portabilid...
INTRODUCCIÓN
OBJETIVO
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INTRODUCCIÓN
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
MARCO TECNOLÓGICO

BLOQUE II

COMPO...
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS

Características:
 Limitación en la mecanización de las tareas vitícolas

 La med...
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
CAPACIDAD (L)
Hasta 10.000

Nº BODEGAS
9

Entre 10.000 y 50.000

23

Entre 50.000 y...
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
El proceso de producción:

SALA DE ELABORACIÓN

BODEGA DE BOTELLAS

BODEGA DE BARRI...
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
Instalación de una pequeña/mediana bodega:

SALA DE ELABORACIÓN

BODEGA DE BARRICAS...
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
Instalación de una pequeña/mediana bodega:
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS

Parámetros que intervienen en la producción:
 Temperatura
 Humedad
 Cantidad de...
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS

Mejoras tecnológicas para mejorar la producción:
 Red de sensores inalámbrica par...
MARCO TECNOLÓGICO
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Kit de desarrollo SquidBee:

Compuesto de:

 Gateway

 Arduino UNO

 3 nodos

 Arduino XBee Digim...
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Tecnología ZigBee:

Características de radio
Potencia (mW) / Velocidad (Kbps)

1mW

10mW

100mW

28 Kb...
MARCO TECNOLÓGICO
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Tecnología ZigBee:

Características principales:
 Bajo consumo
 Topología de red en mallas
 Facilid...
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Tecnología ZigBee:

Aplicaciones de ZigBee
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Tecnología Arduino+ZigBee:

Ventajas:
 Simple sistema de red

 Flexibilidad de ampliación
 Fiabilid...
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Propagación de la señal:
Para una buena comunicación:
 Sensibilidad del receptor
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COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
Arduino UNO:

Microcontrolador
Voltaje de funcionamiento
Alimentación (recomendada)
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COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
Arduino XBee Shield:

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Velocidad de transmisión máxima
Frecuencia de señal
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Sensor de temperatura MCP9700A:

 Rango de temperaturas: -40ºC hasta 125ºC
 3 pines: V...
COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES
Sensor de humedad 808H5V5:

 Vout proporcional a HR del entorno
 Alta precisión
 Bajo...
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Sensor de luz LDR A9050 :

 R inversamente proporcional
a intensidad de luz
 Oscuridad...
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IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
Pruebas y resultados:

 Pruebas para determinar distancias entre nodos
 Pruebas de conexión
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 Pruebas en interior (puertas abiertas)
Potenci...
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Conclusiones:
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Pruebas de conexión:

Distancia

Conexión

6 metros

Ok

16 metros

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32 metros
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Pruebas de trasmisión de información entre nodos:
 Transmisión entre varios nodos Digimesh
Dista...
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Pruebas de trasmisión de información entre nodos:
 Paquetes perdidos según el voltaje recibido
C...
IMPLEMENTACIÓN DE LA RED
Programación de los nodos SquidBee :
 Programa para Arduino que lee los datos del sensor desde e...
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Puesta en escena de la red de sensores:
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SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN

Winebee
Funcionalidades:


Recogida de datos

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Presentación de datos

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Añadir nuevos nodo...
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Script de recogida de datos:
 Python 2.7
#@X|NUM_DATO|data0-VALOR0|data1-VALOR1|data2-VALOR2#
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Cuenta con 2 tablas:
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 SQLite

Nodos

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Datos

Definición de tablas (Django...
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Aplicación web:
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http://winebee.aquicomo.com
SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN
Aplicación web:

http://winebee.aquicomo.com/admin

 Backend
Parte administrativa

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SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN
Aplicación web:
 Backend
Ficheros importantes:
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Urls.py

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INTRODUCCIÓN
LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS
MARCO TECNOLÓGICO

BLOQUE II

COMPO...
CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
Objetivos alcanzados:


Necesidades del sector vitivinícola en Canarias



Estudio del fun...
CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
Conclusiones y líneas futuras:


Mejora en los resultados de la producción: calidad/rentabi...
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Implementación de una red de sensores inalámbrica para la monitorización de explotaciones vitivinícolas

  1. 1. IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED DE SENSORES INALÁMBRICA PARA LA MONITORIZACIÓN DE EXPLOTACIONES VITIVINÍCOLAS AUTOR: TUTOR: COTUTOR: TITULACION: FECHA: Bruno Rodríguez Ledesma Dr. D. Francisco Javier del Pino Suárez Dr. D. Sunil Lalchand Khenchandani Ingeniero Técnico de Telecomunicación especialidad en Sistemas de Telecomunicación Julio 2013
  2. 2. ESTRUCTURA DEL PROYECTO BLOQUE I INTRODUCCIÓN LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS MARCO TECNOLÓGICO BLOQUE II COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES IMPLEMENTACIÓN DE LA RED SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN BLOQUE III CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS PRESUPUESTO
  3. 3. ESTRUCTURA DEL PROYECTO BLOQUE I INTRODUCCIÓN LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS MARCO TECNOLÓGICO BLOQUE II COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES IMPLEMENTACIÓN DE LA RED SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN BLOQUE III CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS PRESUPUESTO
  4. 4. INTRODUCCIÓN ¿POR QUÉ EL SECTOR VITIVINÍCOLA?  Conocimiento del sector  Detección de un problema  Búsqueda de solución tecnológica  Posibilidades de crecimiento y desarrollo
  5. 5. INTRODUCCIÓN RED DE SENSORES INALÁMBRICA (WSN: Wireless Sensor Networks) Motivos de elección:  Económicos  Portabilidad  Geográficos
  6. 6. INTRODUCCIÓN OBJETIVO
  7. 7. ESTRUCTURA DEL PROYECTO BLOQUE I INTRODUCCIÓN LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS MARCO TECNOLÓGICO BLOQUE II COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES IMPLEMENTACIÓN DE LA RED SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN BLOQUE III CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS PRESUPUESTO
  8. 8. LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS Características:  Limitación en la mecanización de las tareas vitícolas  La media de superficie por parcela es de 0,24 Ha  Bodegas de capital privado y carácter familiar (Según D.O. Tacoronte-Acentejo)
  9. 9. LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS CAPACIDAD (L) Hasta 10.000 Nº BODEGAS 9 Entre 10.000 y 50.000 23 Entre 50.000 y 100.000 6 Más de 100.000 7 Bodegas según su capacidad de producción inscritas en la D.O. Tacoronte-Acentejo (2012) Características:  Todas son pequeñas y medianas bodegas  La actividad de la bodega constituye una segunda o tercera actividad del propietario  Interés creciente en mejorar las acciones en las distintas fases del proceso de producción vitivinícola (Según D.O. Tacoronte-Acentejo)
  10. 10. LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS El proceso de producción: SALA DE ELABORACIÓN BODEGA DE BOTELLAS BODEGA DE BARRICAS
  11. 11. LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS Instalación de una pequeña/mediana bodega: SALA DE ELABORACIÓN BODEGA DE BARRICAS BODEGA DE BOTELLAS
  12. 12. LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS Instalación de una pequeña/mediana bodega:
  13. 13. LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS Parámetros que intervienen en la producción:  Temperatura  Humedad  Cantidad de Luz
  14. 14. LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS Mejoras tecnológicas para mejorar la producción:  Red de sensores inalámbrica para controlar los procesos de elaboración y conservación del vino  Seguimiento de la información a través de una interfaz web
  15. 15. MARCO TECNOLÓGICO O BLOQUE I INTRODUCCIÓN LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS MARCO TECNOLÓGICO BLOQUE II COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES IMPLEMENTACIÓN DE LA RED SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN BLOQUE III CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS PRESUPUESTO
  16. 16. MARCO TECNOLÓGICO O Kit de desarrollo SquidBee: Compuesto de:  Gateway  Arduino UNO  3 nodos  Arduino XBee Digimesh “Open Mote”  Sensores de temperatura, humedad y luminosidad
  17. 17. MARCO TECNOLÓGICO O Tecnología ZigBee: Características de radio Potencia (mW) / Velocidad (Kbps) 1mW 10mW 100mW 28 Kbps 23 m 54 m 154 m 250 Kbps 13 m 29 m 66 m Distancias de trasmisión
  18. 18. MARCO TECNOLÓGICO O Tecnología ZigBee: Características principales:  Bajo consumo  Topología de red en mallas  Facilidad de integración
  19. 19. MARCO TECNOLÓGICO O Tecnología ZigBee: Aplicaciones de ZigBee
  20. 20. MARCO TECNOLÓGICO O Tecnología Arduino+ZigBee: Ventajas:  Simple sistema de red  Flexibilidad de ampliación  Fiabilidad
  21. 21. MARCO TECNOLÓGICO O Propagación de la señal: Para una buena comunicación:  Sensibilidad del receptor  Potencia de salida  Frecuencia de señal  Medio de propagación de la señal ¡¡QUIZÁS SE PUEDA OMITIR ESTA DIAPO!!
  22. 22. ESTRUCTURA DEL PROYECTO BLOQUE I INTRODUCCIÓN LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS MARCO TECNOLÓGICO BLOQUE II COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES IMPLEMENTACIÓN DE LA RED SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN BLOQUE III CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS PRESUPUESTO
  23. 23. COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES Arduino UNO: Microcontrolador Voltaje de funcionamiento Alimentación (recomendada) Voltaje máximo de entrada (no recomendado) Pines digitales I/O Pines de entrada analógica Corriente DC por I/O Pin Corriente DC para el pin 3.3V Memoria Flash SRAM EEPROM Velocidad de reloj ATmega328 5V 7-12V 20V 14 (de los cuales 6 dan salida PWM) 6 40mA 50mA 32Kb (ATmega328) 0.5Kb usados por bootloader 2Kb (ATmega328) 1Kb (ATmega328) 16 MHz Características técnicas Arduino UNO
  24. 24. COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES Arduino XBee Shield: JUMPERS Velocidad de transmisión máxima Frecuencia de señal Potencia de transmisión Número de canales Conectividad (interior / exterior) Antena Topología de red 250 kbps 2,5 Ghz 1 mW (0dbm) 16 30m / 100m Chip, / U.FL Punto a punto, estrella Características técnicas XBee™ s1 802.15.4 de Digi
  25. 25. COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES Sensor de temperatura MCP9700A:  Rango de temperaturas: -40ºC hasta 125ºC  3 pines: Vin, GND y Vout  Vout proporcional al Celsio: 0 es 0V y 1024 son 5V; cada 10mV es 1ºC  Muy económico
  26. 26. COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES Sensor de humedad 808H5V5:  Vout proporcional a HR del entorno  Alta precisión  Bajo precio
  27. 27. COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES Sensor de luz LDR A9050 :  R inversamente proporcional a intensidad de luz  Oscuridad => 0 100% de luz (por una lámpara UV) => 950 (%) = (100/950) * analogRead ()
  28. 28. ESTRUCTURA DEL PROYECTO BLOQUE I INTRODUCCIÓN LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS MARCO TECNOLÓGICO BLOQUE II COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES IMPLEMENTACIÓN DE LA RED SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN BLOQUE III CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS PRESUPUESTO
  29. 29. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED Pruebas y resultados:  Pruebas para determinar distancias entre nodos  Pruebas de conexión  Pruebas de transmisión entre nodos.
  30. 30. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED Pruebas para determinar distancias entre nodos:  Pruebas en interior (puertas abiertas) Potencia mínima entre 1.4·10-8 mW y 4.4·10-9 mW. Pérdidas a partir de los 25 metros  Pruebas en interior (puertas cerradas) Potencia mínima entre 3.41·10-10 mW y 7.30·10-11 mW. Pérdidas mayores a partir de los 25 metros  Pruebas en outdoor La potencia entre 1.60·10-7 mW y 1.26·10-7 mW Pérdidas a partir de los 36 metros
  31. 31. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED Pruebas para determinar distancias entre nodos: Conclusiones:  + Distancia; - Paquetes recibidos  Comportamientos diferentes según localización  Irregularidades en la comunicación inalámbrica
  32. 32. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED Pruebas de conexión: Distancia Conexión 6 metros Ok 16 metros Ok 24 metros Ok 32 metros Al 2º intento se conecta correctamente 36 metros No conecta Estado conexiones en función de la distancia entre nodos
  33. 33. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED Pruebas de trasmisión de información entre nodos:  Transmisión entre varios nodos Digimesh Distancia máxima entre los nodos: 20 metros aprox. Disposición de medidas indoor con nodo coordinador X
  34. 34. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED Pruebas de trasmisión de información entre nodos:  Paquetes perdidos según el voltaje recibido Características del Arduino: Input voltage (recomendado) → 7V – 12V - Input voltage (límites) → 6V – 20V Voltaje Paquetes recibidos Paquetes perdidos 20 V 100% 0% 15 V 100% 0% 12 V 100% 0% 10 V 100% 0% 9V 100% 0% 8V 100% 0% ……. ……. ……. 4.0 V (0.06A) 100% 0% 3.8 V (0.06A) 100% 0% 3.7 V (0.01A) 0% 100% 3.6 V (0.01A) 0% 100% Paquetes recibidos vs perdidos en función de la alimentación Adaptador de 220V a 5V 1Amp
  35. 35. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED Programación de los nodos SquidBee :  Programa para Arduino que lee los datos del sensor desde el puerto serie ¿ESQUEMA CÓDIGO?: Paquetes recibidos vs perdidos en función de la alimentación
  36. 36. IMPLEMENTACIÓN DE LA RED Puesta en escena de la red de sensores:
  37. 37. ESTRUCTURA DEL PROYECTO BLOQUE I INTRODUCCIÓN LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS MARCO TECNOLÓGICO BLOQUE II COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES IMPLEMENTACIÓN DE LA RED SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN BLOQUE III CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS PRESUPUESTO
  38. 38. SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN Winebee Funcionalidades:  Recogida de datos  Presentación de datos  Añadir nuevos nodos
  39. 39. SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN Script de recogida de datos:  Python 2.7 #@X|NUM_DATO|data0-VALOR0|data1-VALOR1|data2-VALOR2#  X: Identificador del nodo  NUM_DATO: Número de dato enviado  VALOR0: Luminosidad  VALOR1: Humedad  VALOR2: Temperatura http://winebee.aquicomo.com/?node=X&lum=VALOR0&hum=VALOR1&temp=VALOR2
  40. 40. SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN Base de datos: Cuenta con 2 tablas:   SQLite Nodos  Datos Definición de tablas (Django): ... class Data (models.Model): id = models.AutoField(primary_key=True) node = models.ForeignKey(Node, verbose_name=_(u'Node'), null=False, blank=False) temperature = models.DecimalField(_(u'Temperature'), max_digits=4, decimal_places=2, null=False, blank=False) humidity = models.IntegerField(_(u'Humidity'),max_length=4,null=False, blank=False) luminosity = models.IntegerField(_(u'Luminosity'),max_length=4,null=False, blank=False) date = models.DateTimeField(_(u'Date'), default=datetime.now, null=False, blank=False) def __unicode__(self): return u'%s' % (self.id) ...
  41. 41. SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN Aplicación web:  Frontend librería de HTML5 y Javascript http://winebee.aquicomo.com
  42. 42. SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN Aplicación web: http://winebee.aquicomo.com/admin  Backend Parte administrativa  Alta nuevos nodos  Modificar / Eliminar  Alta usuarios  Consulta de datos
  43. 43. SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN Aplicación web:  Backend Ficheros importantes:  Settings.py  Urls.py  Models.py  Views.py  Templates  Index.html  Showdata.html
  44. 44. ESTRUCTURA DEL PROYECTO BLOQUE I INTRODUCCIÓN LA PRODUCCIÓN VITIVINÍCOLA EN CANARIAS MARCO TECNOLÓGICO BLOQUE II COMPONENTES DE LA RED DE SENSORES IMPLEMENTACIÓN DE LA RED SOFTWARE DE MONITORIZACIÓN BLOQUE III CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS PRESUPUESTO
  45. 45. CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS Objetivos alcanzados:  Necesidades del sector vitivinícola en Canarias  Estudio del funcionamiento Arduino y Zigbee  Implementación de una WSN  Desarrollo software recogida y lectura de datos vía web
  46. 46. CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS Conclusiones y líneas futuras:  Mejora en los resultados de la producción: calidad/rentabilidad  Solución al alcance del pequeño/mediano bodeguero  Continuación de la línea de investigación  Ampliación de nodos / sensores  Independencia del gateway (Ethernet / Wifi)  Introducción de actuadores
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