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TRABAJO FIN DE ESTUDIOS

Desarrollo de una aplicación capaz de monitorizartaludes mediante inclinómetros en una red de

sensores inalámbrica

Gonzalo Combarros Hernández

PROYECTO FIN DE CARRERA

Tutor: Roberto Fernández Martínez

Curso 2011-2012

© El autor© Universidad de La Rioja, Servicio de Publicaciones, 2012

publicaciones.unirioja.esE-mail: [email protected]

Desarrollo de una aplicación capaz de monitorizar taludes medianteinclinómetros en una red de sensores inalámbrica, trabajo fin de estudios

de Gonzalo Combarros Hernández, dirigido por Roberto Fernández Martínez (publicadopor la Universidad de La Rioja), se difunde bajo una Licencia

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ÍNDICE

Desarrollo de una aplicación capaz de monitorizar taludes mediante inclinómetros en una red de sensores inalámbrica

Página I

Índice de contenido

MEMORIA .................................................................................................. 1 1 Objeto ....................................................................................................................... 3

2 Alcance ..................................................................................................................... 3

3 Antecedentes ............................................................................................................. 4

3.1 Métodos de medición de taludes .................................................................................. 4 3.1.1 Medidores superficiales de inclinación ................................................................................. 4 3.1.2 Medidor de verticalidad ........................................................................................................ 4 3.1.3 Extensómetros horizontales .................................................................................................. 4 3.1.4 Extensómetros verticales ...................................................................................................... 6 3.1.5 Tiras de cortante ................................................................................................................... 7 3.1.6 Detectores de superficie de falla ........................................................................................... 7 3.1.7 Inclinómetros ........................................................................................................................ 8 3.1.8 Reflectometría (TDR) ........................................................................................................... 8

3.2 Sistema de adquisición automática de datos ................................................................ 9 3.2.1 Medios físicos de transmisión de datos .............................................................................. 10

4 Normas y referencias .............................................................................................. 10

4.1 Disposiciones legales y normas aplicadas ................................................................. 10

4.2 Bibliografía ................................................................................................................ 10

5 Definiciones y abreviaturas ..................................................................................... 11

6 Requisitos del diseño .............................................................................................. 12

6.1 Talud a medir ............................................................................................................. 12

6.2 Sensor utilizado.......................................................................................................... 13

7 Análisis de las soluciones ....................................................................................... 13

7.1 Red de sensores inalámbrica ...................................................................................... 13 7.1.1 Protocolo............................................................................................................................. 14 7.1.2 Imote2 ................................................................................................................................. 15

7.2 Alimentación del nodo sensor .................................................................................... 17

7.3 Inclinómetros fijos vs inclinómetros móviles ............................................................ 18

8 Resultados finales ................................................................................................... 19

8.1 Adaptación de señal ................................................................................................... 19 8.1.1 Amplificador sumador no inversor ..................................................................................... 19 8.1.2 Filtro R-C............................................................................................................................ 20 8.1.3 Diodo Zener ........................................................................................................................ 21

8.2 Diseño de la placa alimentación de dispositivos y adaptadora de señal .................... 21 8.2.1 Alimentación de Imote2 ..................................................................................................... 22 8.2.2 Alimentación del inclinómetro y acondicionador de señal ................................................. 24

8.3 Estimación de consumo ............................................................................................. 25 8.3.1 Panel solar fotovoltaico ...................................................................................................... 26 8.3.2 Baterías ............................................................................................................................... 27


Página II

8.4 Software ..................................................................................................................... 28 8.4.1 Adquisición de datos digitales ............................................................................................ 28 8.4.2 Envío de datos .................................................................................................................... 32 8.4.3 Recepción de datos ............................................................................................................. 33 8.4.4 Almacenamiento de datos ................................................................................................... 33

8.5 Colocación de los nodos sensores .............................................................................. 34 8.5.1 Perforación para el inclinómetro......................................................................................... 34 8.5.2 Orientación del panel solar fotovoltaico ............................................................................. 35

ANEXOS .................................................................................................... 36 ANEXO A ...................................................................................................................... 38

A1 Cálculos realizados para el diseño de la placa acondicionadora de señal y alimentación de dispositivos ........................................................................................... 38

A1.1 Acondicionador de señal ........................................................................................... 38

A1.2 Filtro R-C .................................................................................................................. 39

A1.3 Diodo Zener ............................................................................................................... 39

A1.4 Alimentación de Imote2 ............................................................................................ 40

A2 Instalación de Linux Kernel 2.6.24 en Imote2 mediante Windows.................... 41

A2.1 Puesta en funcionamiento a través de servidor remoto “SSH” mediante PuttySSH en Linux/Ubuntu .......................................................................................................................... 43

A2.2 Puesta en hora y creación de scripts de inicio automático ........................................ 46

A2.3 Compilar programas en C para Imote2 mediante Linux/Ubuntu .............................. 47

A3 Código de los nodos sensores ............................................................................. 47

A4 Código de la puerta de enlace ............................................................................. 50

A5 Código de los scripts usados ............................................................................... 53

ANEXO B ............................................................................................................................... 54

B1 Información del soporte lógico ............................................................................... 54

B1.1 Hojas de datos de los componentes .......................................................................... 54

B1.2 Archivos necesarios para la realización del proyecto ............................................... 54

PLANOS ..................................................................................................... 55 1 Placa alimentación de dispositivos y adaptadora de señal ..................................... 57

1.1 Esquemático completo ............................................................................................... 57

1.2 Layout solo de las pistas inferiores ............................................................................ 58

1.4 Layout de las pistas y los componentes ..................................................................... 59

2 Mapa topográfico de la situación del talud ............................................................. 60

2.1 Situación del entorno ................................................................................................. 60

2.2 Superficie del talud y localización de los nodos ........................................................ 61

PLIEGO DE CONDICIONES ................................................................. 62


Página III

1 Introducción ............................................................................................................ 64

2 Listado de componentes ......................................................................................... 64

2.1 Red de sensores inalámbrica ...................................................................................... 64 2.1.1 Nodo sensor ........................................................................................................................ 64 2.1.2 Puerta de enlace .................................................................................................................. 66

3 Pruebas y ensayos ................................................................................................... 67

3.1 Ensayos en el laboratorio ........................................................................................... 67 3.1.1 Alimentación Imote2 .......................................................................................................... 67 3.1.2 Adecuación de la señal de salida del sensor inclinómetro .................................................. 67 3.1.3 Transformador DC/DC ....................................................................................................... 71 3.1.4 Inclinómetro ....................................................................................................................... 71 3.1.5 Pruebas en Imote2 .............................................................................................................. 72

3.2 Ensayos de campo ...................................................................................................... 74 3.2.1 Nodo sensor ........................................................................................................................ 74 3.2.2 Puerta de enlace .................................................................................................................. 74

3.3 Resultados mínimos ................................................................................................... 75

PRESUPUESTO ........................................................................................ 76

1 Cuadro de mano de obra ......................................................................................... 78

2 Cuadro de materiales .............................................................................................. 78

3 Cuadro de precios auxiliares................................................................................... 79

4 Cuadro de precios 1 ................................................................................................ 80


6 Presupuesto de ejecución material .......................................................................... 82


Página IV

Índice de ilustraciones

ILUSTRACIÓN 1 DETECTOR DE AGRIETAMIENTOS ............................................................... 5

ILUSTRACIÓN 2 PLACAS METÁLICAS O PLÁSTICOS ............................................................. 5

ILUSTRACIÓN 3 MEDIDOR DE GRILLA GRADUADA.............................................................. 5

ILUSTRACIÓN 4 MEDIDOR MECÁNICO DE DEFORMACIÓN ................................................... 6

ILUSTRACIÓN 5 ESQUEMA ELÉCTRICO DE UN DEFORMÍMETRO ELÉCTRICO ......................... 6

ILUSTRACIÓN 6 FASES EN LA MEDIDA DE LOS EXTENSÓMETROS VERTICALES ..................... 7

ILUSTRACIÓN 7 ESQUEMA DE LAS TIRAS DE CORTANTE ...................................................... 8

ILUSTRACIÓN 8 SISTEMA DE MEDICIÓN MEDIANTE INCLINÓMETRO.................................... 9

ILUSTRACIÓN 9 ESQUEMA DEL SISTEMA TDR .................................................................... 9

ILUSTRACIÓN 10 VISTA AÉREA DEL KM22 DE LA N-634 ................................................... 12

ILUSTRACIÓN 11 SENSOR DE INCLINACIÓN LCF196 ........................................................ 13

ILUSTRACIÓN 12 EJEMPLO DE TOPOLOGÍA EN ESTRELLA.................................................. 14

ILUSTRACIÓN 13 ESQUEMA DEL SISTEMA ACONDICIONADOR DE SEÑAL ........................... 19

ILUSTRACIÓN 14 DISEÑO DEL AMPLIFICADOR SUMADOR NO INVERSOR ........................... 20

ILUSTRACIÓN 15 GRÁFICA DE SALIDA CON UNA TENSIÓN DE ENTRADA DE ±5V ............... 20

ILUSTRACIÓN 16 DISEÑO DEL FILTRO R-C ....................................................................... 21

ILUSTRACIÓN 17 DISEÑO DEL DIODO ZENER .................................................................... 21

ILUSTRACIÓN 18 GRÁFICA DE SALIDA CON UNA TENSIÓN DE ENTRADA DE ±15V ............. 22

ILUSTRACIÓN 19 PLACA DE ALIMENTACIÓN DE DISPOSITIVOS Y ADAPTADORA DE SEÑAL . 22

ILUSTRACIÓN 20 DISEÑO DEL LM317 ............................................................................. 23

ILUSTRACIÓN 21 DIFERENCIA DE TENSIÓN ENTRE LOS BORNES DE LA PLACA IBB2400 ... 23

ILUSTRACIÓN 22 SIMULACIÓN DE SALIDA DEL REGULADOR DE TENSIÓN LM317 CON UNA

ENTRADA DE 12V..................................................................................................... 23

ILUSTRACIÓN 23 ESQUEMA DEL TRANSFORMADOR DC/DC ............................................. 24


Página V

ILUSTRACIÓN 24 SIMULACIÓN DE SALIDAS DEL TRANSFORMADOR DC/DC CON UNA

TENSIÓN DE ENTRADA DE 12V ................................................................................. 25

ILUSTRACIÓN 25 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DEL NODO SENSOR .................................... 25

ILUSTRACIÓN 26 ESQUEMA DEL BUS I2C .......................................................................... 29

ILUSTRACIÓN 27 DATOS Y GRÁFICAS DE LOS VALORES OBTENIDOS .................................. 33

ILUSTRACIÓN 28 SITUACIÓN DE CADA UNO DE LOS NODOS .............................................. 34

ILUSTRACIÓN 29 COMPARACIÓN DE SITUACIÓN LA PERFORACIÓN EN UN TALUD ............. 35

ILUSTRACIÓN 30 ESQUEMA DE UN AMPLIFICADOR SUMADOR NO INVERSOR .................... 38

ILUSTRACIÓN 31 ESQUEMA DE UN FILTRO R-C ................................................................ 39

ILUSTRACIÓN 32 ESQUEMA DE UN DIODO ZENER ............................................................. 40

ILUSTRACIÓN 33 ESQUEMA DE UN REGULADOR DE TENSIÓN BASADO EN LM317 ............ 40

ILUSTRACIÓN 34 CONEXIÓN DEL CABLE JTAG ................................................................ 42

ILUSTRACIÓN 35 INSTALACIÓN DEL BLOB ........................................................................ 42

ILUSTRACIÓN 36 INSTALACIÓN DE ZIMAGE ..................................................................... 43

ILUSTRACIÓN 37 CONFIGURACIÓN DE PUTTY SSH PARA IMOTE2 .................................. 44

ILUSTRACIÓN 38 CAPTURA DE PANTALLA DEL ARCHIVO INTERFACES ............................... 44

ILUSTRACIÓN 39 CAPTURA DE PANTALLA DEL ARCHIVO MODULES .................................. 45

ILUSTRACIÓN 40 CAPTURA DE PANTALLA DE ARCHIVO SSHD_CONFIG ............................. 46

ILUSTRACIÓN 41 CAPTURA DE PANTALLA DEL PROCESO DE CONEXIÓN CON IMOTE2 VÍA

SSH ......................................................................................................................... 46

ILUSTRACIÓN 42 CAPTURA DE PANTALLA DEL MÉTODO DE LA TOMA DE HORA DE IMOTE2 46

ILUSTRACIÓN 43 CAPTURA DE PANTALLA DEL PROCESO DE COMPILACIÓN Y ENVÍO A

IMOTE2 .................................................................................................................... 47

ILUSTRACIÓN 44 ESQUEMA DE INCLINACIÓN DEL PANEL SOLAR ....................................... 66

ILUSTRACIÓN 45 PRUEBA DE LABORATORIO DE ALIMENTACIÓN DE IMOTE2 ..................... 67

ILUSTRACIÓN 46 SALIDA DEL CIRCUITO CON UNA ENTRADA DE 5V .................................. 68

ILUSTRACIÓN 47 SALIDA DEL CIRCUITO CON UNA ENTRADA DE 0V ................................. 69


Página VI

ILUSTRACIÓN 48 SALIDA DEL CIRCUITO CON UNA ENTRADA DE -5V ................................ 69

ILUSTRACIÓN 49 SALIDA DEL CIRCUITO CON EL FILTRO R-C Y UNA ENTRADA DE ALTA

FRECUENCIA ............................................................................................................ 70

ILUSTRACIÓN 50 SALIDA DEL CIRCUITO CON EL DIODO ZENER LIMITADOR CON UNA

TENSIÓN SUPERIOR A 5V .......................................................................................... 70

ILUSTRACIÓN 51 SALIDAS DEL TRANSFORMADOR DC/DC CON UNA ENTRADA DE 12V ... 71

ILUSTRACIÓN 52 TOMA DE DATOS Y ENVÍO ...................................................................... 72

ILUSTRACIÓN 53 RECEPCIÓN DE DATOS ........................................................................... 73

ILUSTRACIÓN 54 FICHERO .TXT CON LOS DATOS RECIBIDOS ............................................. 74


Página VII

Índice de tablas

TABLA 1 COMPARACIÓN ZIGBEE-BLUETOOTH ................................................................. 15

TABLA 2 COMPARACIÓN DE NODOS INALAMBRICOS ZIGBEE ............................................. 16

TABLA 3 DATOS PARA EL CÁLCULO DEL GENERADOR FV .................................................. 25

TABLA 4 RADIACIÓN SOLAR MEDIA DIARIA MES A MES DE LOS ÚLTIMOS 7 AÑOS (MJ/M2) . 26

TABLA 5 COMPARACIÓN DE PANELES SOLARES FOTOVOLTAICOS ...................................... 27

TABLA 6 BYTE DE SETUP .................................................................................................. 29

TABLA 7 CONFIGURACIÓN DEL CANAL DE ENTRADA ........................................................ 30

TABLA 8 BYTE DE CONFIGURACIÓN .................................................................................. 30

TABLA 9 TRAMA DE ENVÍO ............................................................................................... 31

1 memoria

MEMORIA


Página 1

Índice

1 Objeto ....................................................................................................................... 3

2 Alcance ..................................................................................................................... 3

3 Antecedentes ............................................................................................................. 4

3.1 Métodos de medición de taludes .................................................................................. 4 3.1.1 Medidores superficiales de inclinación ................................................................................. 4 3.1.2 Medidor de verticalidad ........................................................................................................ 4 3.1.3 Extensómetros horizontales .................................................................................................. 4 3.1.4 Extensómetros verticales ...................................................................................................... 6 3.1.5 Tiras de cortante ................................................................................................................... 7 3.1.6 Detectores de superficie de falla ........................................................................................... 7 3.1.7 Inclinómetros ........................................................................................................................ 8 3.1.8 Reflectometría (TDR) ........................................................................................................... 8

3.2 Sistema de adquisición automática de datos ................................................................ 9 3.2.1 Medios físicos de transmisión de datos .............................................................................. 10

4 Normas y referencias .............................................................................................. 10

4.1 Disposiciones legales y normas aplicadas ................................................................. 10

4.2 Bibliografía ................................................................................................................ 10

5 Definiciones y abreviaturas ..................................................................................... 11

6 Requisitos del diseño .............................................................................................. 12

6.1 Talud a medir ............................................................................................................. 12

6.2 Sensor utilizado.......................................................................................................... 13

7 Análisis de las soluciones ....................................................................................... 13

7.1 Red de sensores inalámbrica ...................................................................................... 13 7.1.1 Protocolo............................................................................................................................. 14 7.1.2 Imote2 ................................................................................................................................. 15

7.2 Alimentación del nodo sensor .................................................................................... 17

7.3 Inclinómetros fijos vs inclinómetros móviles ............................................................ 18

8 Resultados finales ................................................................................................... 19

8.1 Adaptación de señal ................................................................................................... 19 8.1.1 Amplificador sumador no inversor ..................................................................................... 19 8.1.2 Filtro R-C............................................................................................................................ 20 8.1.3 Diodo Zener ........................................................................................................................ 21

8.2 Diseño de la placa alimentación de dispositivos y adaptadora de señal .................... 21 8.2.1 Alimentación de Imote2 ..................................................................................................... 22 8.2.2 Alimentación del inclinómetro y acondicionador de señal ................................................. 24

8.3 Estimación de consumo ............................................................................................. 25 8.3.1 Panel solar fotovoltaico ...................................................................................................... 26 8.3.2 Baterías ............................................................................................................................... 27

8.4 Software ..................................................................................................................... 28 8.4.1 Adquisición de datos digitales ............................................................................................ 28


Página 2

8.4.2 Envío de datos .................................................................................................................... 32 8.4.3 Recepción de datos ............................................................................................................. 33 8.4.4 Almacenamiento de datos ................................................................................................... 33

8.5 Colocación de los nodos sensores .............................................................................. 34 8.5.1 Perforación para el inclinómetro......................................................................................... 34 8.5.2 Orientación del panel solar fotovoltaico ............................................................................. 35


Página 3

1 Objeto El objetivo del proyecto es desarrollar un sistema capaz de poder monitorizar un talud con alto riesgo de desprendimiento. Para ello se dispone de una red de sensores inalámbrica, funcionando en tiempo real y con la autonomía suficiente para que no haga falta intervención humana en largos periodos de tiempo.

Dentro de la red inalámbrica de sensores, las tareas que debe realizar el sistema son:

• Recoger datos de diferentes puntos de la superficie a medir y ponerlos en común en una base de datos.

• Tener una fuente de energía sostenible, capaz de generar energía de forma autónoma y así durar largos periodos de tiempo.

• Reducir costes tanto en instalación como en mantenimiento. • Comunicarse a largas distancias.

2 Alcance El ámbito del proyecto se desarrolla en torno al talud a medir, del cual es necesario saber sus características físicas y los puntos críticos de medición para prevenir futuros desprendimientos. Debido a que el talud es una zona de difícil acceso, es necesario realizar un sistema de recogida datos automática que no sea necesaria ningún tipo de intervención humana. Para ello se dispone de una red de sensores inalámbrica capaz de comunicarse con un nodo central el cual realiza la tarea de base de datos, los cuales servirán para su la posterior toma de decisiones.

En el proyecto se realizarán los siguientes puntos:

• Análisis del lugar donde se va a realizar la instalación para su correcta instalación y toma de datos, así como un estudio de los métodos más comunes para la medición de taludes.

• Realización de un sistema de monitorización de taludes formado por una red de sensores inalámbrica. Dentro de la red inalámbrica se destacan tres bloques: Hardware, software e instalación.

o Hardware engloba toda la parte física del proyecto. Se divide en tres bloques:

El estudio de cada uno de los componentes que serán necesarios para la realización del proyecto.

El diseño de un sistema autónomo de alimentación. El diseño de un circuito capaz de alimentar a los dispositivos

que lo requieran, además adecuar la señal proveniente del sensor para su correcta lectura.

o Software engloba toda la parte virtual del proyecto. Se divide en dos bloques:

Todo lo relacionado con la parte lógica de la red de sensores inalámbrica (obtención de datos, envío y recepción).

El posterior almacenaje en una base de datos de los resultados obtenidos de cada uno de los puntos de medición.

o La instalación engloba a todos los procesos necesarios, tanto hardware como software, para que la red de sensores inalámbrica funcione de forma correcta.


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Quedan fuera del alcance de este proyecto:

• El previo estudio del talud para determinar los puntos críticos de medición. • Un estudio del impacto ambiental producido por la red de sensores

inalámbrica. • El posterior estudio de los datos obtenidos, la interpretación de los mismos y

sus respectivas consecuencias, como puede ser aviso a las autoridades pertinentes.

3 Antecedentes

3.1 Métodos de medición de taludes

Existen infinidad de métodos de medición de taludes, que van desde los métodos más tradicionales hasta los más sofisticados y actuales como se recoge en el capítulo 12 de Análisis geotécnico [5].

3.1.1 Medidores superficiales de inclinación

Los medidores superficiales de inclinación se utilizan para determinar la rotación o inclinación de un punto de la superficie del terreno. Su uso más común es para monitorizar movimientos de taludes en carreteras, minas y ferrocarriles.

3.1.2 Medidor de verticalidad

Este método es útil para determinar la deformación de la cabeza y en ocasiones, del pie del movimiento y de esta forma, evaluar la posibilidad de deformaciones futuras. El sistema consiste en dos niveles de agua, que miden las dos dimensiones de la superficie.

3.1.3 Extensómetros horizontales

Permiten medir los movimientos horizontales relativos y los cambios en la amplitud de las grietas. Se suelen utilizar haciendo una comparación entre dos puntos de una grieta. Colocando una serie de extensómetros desde el escape principal hasta la punta del deslizamiento, se puede determinar de forma bastante exacta la deformación de la grieta. Son sistemas muy precisos, en torno a 0.2mm y hay que tener en cuenta los datos de lluvia. Los tipos más comunes son:

• Detector de agrietamientos: Miden la ampliación de grietas o extensiones horizontales mediante dos guías o marcas, una a cada extremo del lugar a medir. Con dos tablas de madera unidas mediante un elemento flexible, se mide en un determinado tiempo la cantidad de deformación del elemento de unión, como se muestra en la ilustración 1, sabiendo así la deformación causada.

• Placas metálicas o plásticos: Un medidor sencillo que consiste en la colocación de una tira metálica no corrosiva en el interior de la grieta de forma transversal junto con un punto de referencia, mostrado en la ilustración 2. A medida que existan deformaciones la tira metálica se irá distanciando de esa referencia. Una de sus ventajas es que se puede medir las deformaciones en varias direcciones.


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Ilustración 1 Detector de agrietamientos

Ilustración 2 Placas metálicas o plásticos

• Medidor de grilla graduada: Consiste en dos láminas transparentes plásticas situadas a ambos lados del lugar de deformación con una grilla. Gracias a esta grilla se puede determinar la posición de una lámina con respecto a la otra para así medir los desplazamientos. Se puede apreciar un ejemplo en la ilustración 3.

Ilustración 3 Medidor de grilla graduada


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• Medidores mecánicos de deformación: Permiten medir los movimientos, de forma precisa, entre dos puntos de anclaje. El sistema consiste en la colocación de una varilla de madera, aluminio o acero; uno de los puntos se fija al sitio de anclaje y el otro puede moverse para medir la distancia de deformación. El método en cuestión viene reflejado en la ilustración 4.

Ilustración 4 Medidor mecánico de deformación

• Deformímetros eléctricos: Permiten mediciones muy precisas, entre 0.0025 y 0.01 milímetros además de poder registrar los datos de forma digital. Por otra parte, son más costosos que los mecánicos además de ser más limitados en cuanto a rango se refiere. También pueden verse afectados por condiciones ambientales o meteorológicas adversas. Su funcionamiento consiste en la instalación de un transductor entre dos puntos fijos situados en los extremos de la deformación, devolviendo una tensión equivalente según la distancia entre ambos puntos. Se puede apreciar un ejemplo en la ilustración 5.

Ilustración 5 Esquema eléctrico de un deformímetro eléctrico

3.1.4 Extensómetros verticales

Estos extensómetros miden el aumento o disminución de longitud de un cable que conecta varios puntos anclados dentro de una perforación. La distancia de separación es conocida.


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Este método es muy útil a la hora de medir deformaciones de más de cinco centímetros, medida la cual otros instrumentos no pueden medir por su menor rango. El sistema es simple y permite mediciones frecuentes con facilidad.

Los extensómetros pueden ser sencillos o multipunto, estos últimos con una compleja instalación. Normalmente suelen llevar hasta cinco sensores conectados a un cable multiconductor por el cual permite las lecturas desde la superficie. Las fases de medición se pueden apreciar en la ilustración 6.

Ilustración 6 Fases en la medida de los extensómetros verticales

3.1.5 Tiras de cortante

Consiste a un circuito eléctrico diseñado con una serie de resistores montados en paralelo sobre una cinta frágil, la cual se inserta a una determinada profundidad. Los desplazamientos de tierras producen el corte de esa tira, con lo que hace que el valor de la señal obtenida cambie en cierta medida (ilustración 7). Dependiendo de la profundidad del corte se conseguirá una señal determinada.

3.1.6 Detectores de superficie de falla

Se usan para determinar la profundidad y extensión de las zonas de cortante. Los métodos más usados son mediante estacas profundas de madera o detector de tubo metálico:

• Estacas profundas de madera: La estacas se entierran en el suelo a profundidades superiores de la superficie de falla. Una vez producidos movimientos en la tierra, las estacas son sacadas para ver el punto en el que se han roto. Aunque este sistema es muy económico, existen grandes posibilidades de error en la profundidad medida.

• Detector de tubo metálico: Consiste en la inserción de una varilla metálica en un hueco de perforación hasta el punto en que la varilla no puede insertarse más debido a la curvatura en el paso del hueco.


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Ilustración 7 Esquema de las tiras de cortante

3.1.7 Inclinómetros

Es un sensor de tipo eléctrico que es capaz de medir la inclinación de un tubo colocado en una perforación, de esta manera se pueden medir los movimientos de tierra laterales. Gracias a que es un sensor eléctrico, los datos pueden ser recogidos de forma automática y analizados con otros datos anteriores. En la actualidad es la herramienta más útil y disponible para realizar mediciones en todo tipo de desplazamientos de tierra. Los inclinómetros permiten determinar:

• La profundidad de los movimientos de deslizamiento. • La localización y forma de la superficie de falla. • El espesor de la zona de corte. • La cantidad de desplazamiento con relativa precisión. • La rata o velocidad del movimiento para la obtención de valores de seguridad,

además de la variación con las lluvias y otros factores. • La dirección del movimiento ya que la mayoría de estos sensores utilizados en

estos propósitos disponen de dos ejes.

3.1.8 Reflectometría (TDR)

El método consiste en la colocación de un cable coaxial dentro del deslizamiento y se envían pulsos en forma de onda las cuales se reflejan. Se toma medida de la señal reflejada. Los deslizamientos provocan la flexión del cable lo que hace que la impedancia del mismo cambie, lo cual hace que la señal reflejada también cambie. Requiere unas mediciones a través del tiempo para determinar las condiciones del cable coaxial. Requiere de un medidor de TDR para determinar el punto exacto donde ha cambiado la impedancia a lo largo del cable. Sus principales ventajas son el bajo costo y mediciones rápidas y sencillas. Por otro lado, no es posible determinar la dirección y magnitud de estos movimientos (ilustración 9).


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Ilustración 8 Sistema de medición mediante inclinómetro

Ilustración 9 Esquema del sistema TDR

3.2 Sistema de adquisición automática de datos

De los métodos vistos anteriormente, los sensores que generan una señal eléctrica como inclinómetros o piezómetros tienen la posibilidad de ser monitorizados de forma automática. Gracias a esto, se pueden realizar sistemas que registren los datos a través del tiempo, e incluso avisen de posibles desprendimientos o movimientos de tierra.

Los sistemas más frecuentes son las redes de sensores. Mediante varios nodos conectados a sus respectivos sensores, se recogen muestras y se registran, ya sea en el mismo nodo o en una base de datos central. Sus características más importantes con respecto de los métodos manuales son:

• El coste de instalación es elevado: frecuentemente se requiere de instrumentación costosa para realizar este tipo de sistemas.

• No requiere intervención humana: Al estar todo el proceso automatizado, la intervención humana se limita a la interpretación de los datos recogidos.


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• Requiere una fuente de alimentación: Los nodos están continuamente en funcionamiento, por tanto es necesario crear una fuente de alimentación que satisfaga esa demanda energética.

• Los errores humanos se eliminan. • Suelen ser más precisos que los métodos manuales.

3.2.1 Medios físicos de transmisión de datos

Uno de los puntos que diferencian en gran medida las redes de sensores es el medio de transmisión que se usa, ya que la distancia de propagación, velocidad de envío y seguridad dependen de ello. Los métodos más comunes usados son los siguientes:

• Infrarrojos: Es el método menos usado. La información viaja a través de rayos de infrarrojos. Las distancias son muy limitadas y es necesario que no existan obstáculos entre emisor y receptor.

• Cableado: Método frecuentemente usado. La información viaja a través de cables. Dentro de este apartado existen multitud de sistemas de cableado, desde el más simple como el par trenzado, hasta el más sofisticado como la fibra óptica. Según la naturaleza del cable se definen la distancia, velocidad de envío y coste de instalación y mantenimiento. Tiene el inconveniente de que puede dañarse por circunstancias del entorno y dejar de funcionar con normalidad.

• Microondas: Método consistente en el envío de información mediante ondas de radiofrecuencia a frecuencias que van desde los 3 GHz hasta los 30GHz. Son usados para la comunicación a muy largas distancias debido a que usan los satélites como repetidores. El gran inconveniente es la instalación ya que requiere de una antena de un tamaño considerable y su coste y complejidad es mayor que el de otros métodos.

• Ondas de radio: La información viaja por ondas de radiofrecuencia en bandas de emisión que van desde los 300 MHz hasta los 3 GHz. Tiene la ventaja que puede traspasar barreras físicas, además de suponer un coste reducido con respecto a otros medios. Sus distancias son variables, pero con la amplificación adecuada pueden llegar a distancias de kilómetros. La velocidad de transferencia también es variable, ya que depende de la frecuencia usada en las ondas de radiofrecuencia. Otra de las grandes ventajas es su portabilidad, ya que una vez realizada la comunicación, el sistema puede estar en movimiento sin sufrir ningún fallo siempre y cuando no sobrepase el rango de emisión.

4 Normas y referencias

4.1 Disposiciones legales y normas aplicadas

[1] American Society for Testing and Materials International, Standard Test Method for Monitoring Ground Movement Using Probe-Type Inclinometers. West Conshohocken, Pennsylvania, EEUU: ASTM, 1998.

4.2 Bibliografía

[2] Institute of Electrical and Electronics Engineers. Standard for Local and metropolitan area networks--Part 15.4: Low-Rate Wireless Personal Area Networks


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(LR-WPANs). IEEE 802.15.4-2006. Nueva York, EEUU: IEEE, 2006.

[3] Institute of Electrical and Electronics Engineers. Standard for Telecommunications and Information Exchange Between Systems - LAN/MAN - Specific Requirements - Part 15: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Wireless Personal Area Networks (WPANs). IEEE 802.15.1-2002. Nueva York, EEUU: IEEE, 2002.

[4] ANTONY, Falk; DÜRSCHNER, Christian; REMMERS Karl-Heinz. “Proyecto de sistemas aislados”. En: ANTONY, Falk; DÜRSCHNER, Christian; REMMERS Karl-Heinz: “Fotovoltaica para Profesionales”. 1ª ed. Sevilla : PROGENSA, 2006. Cap.3, p. 214-235.

[5] SUAREZ, Jaime. Deslizamientos: Análisis geotécnico. Bucaramanga, Colombia: Ingeniería de Suelos Ltda, Julio 1998. Capítulo 12, Instrumentación y Monitoreo. Disponible en Web:

<http://erosion.com.co/index.php?option=com_docman&task=doc_download&gid=23>

[6] Un derrumbe cierra la carretera de la costa en Getaria [en línea]. ALDAZ, Arantxa. San Sebastián: El Diario Vasco, Diciembre de 2008- [ref. de 8 Abril 2012]. Disponible en internet:

<http://www.diariovasco.com/20081206/al-dia-local/derrumbe-cierra-carretera-costa-20081206.html>

[7] Un desprendimiento de tierra causado por la lluvia obliga a cortar la N-634 entre Zarautz y Getaria [en línea]. Europa Press. Bilbao: 20 Minutos, Noviembre de 2011- [ref. de 8 Abril 2012]. Disponible en internet:

<http://www.20minutos.es/noticia/1210867/0/>

[8] Desprendimiento en la ladera del monte en la N-634 [en línea]. Diario Vasco: Zarautz, Diciembre de 2012- [ref. de 8 Abril de 2012]. Disponible en internet:

<http://www.diariovasco.com/prensa/20061212/costaurola/desprendimiento-ladera-monte_20061212.html>

[9]Cortada la N-634 en Zarautz por un desprendimiento [en línea]. Europa Press. San Sebastián: Diario Vasco, Noviembre de 2009- [ref. de 8 Abril de 2012]. Disponible en Internet:

<http://www.diariovasco.com/20091110/local/cortada-zarautz-desprendimiento-200911101856.html>

5 Definiciones y abreviaturas • ADC: Abreviación de conversor analógico/digital. • Talud: Inclinación de un terreno o del paramento de un muro. • Generador FV: Abreviación de generado fotovoltaico, o comúnmente llamado

panel solar. • Falla: Discontinuidad que se forma por fractura en las rocas superficiales de la

Tierra, cuando las fuerzas tectónicas superan la resistencia de las rocas.


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6 Requisitos del diseño

6.1 Talud a medir

En la carretera N-634 entre Getaria y Zarautz en la provincia de Vizcaya existe un importante riesgo de desprendimiento. La carretera circula entre la ladera norte de la Cordillera Cantábrica y el Mar Cantábrico. Esta situación hace que el clima de la zona sea bastante inestable, con abundantes lluvias en primavera y otoño, fuertes nevadas en invierno y altos porcentajes de humedad durante todo el año. La estructura del suelo y de la estratificación está formada por rocas calizas alternando con areniscas y pizarras negras. Estos materiales son especialmente sensibles a la erosión originada por el agua y la nieve. Debido a esto y a la inclinación de las capas rocosas, los desprendimientos provenientes de las montañas son bastante frecuentes sobre todo en épocas lluviosas.

El tramo de carretera en cuestión tiene una longitud de 9 kilómetros aproximadamente, pero el estudio únicamente se centrará alrededor del kilómetro 22, en torno a un túnel entre Getaria y Zarautz. (Ilustración 10). La longitud total del talud es de 100 metros, con una superficie aproximada de 22.25 hectáreas.

Los datos de situación de medición vienen dados por un ingeniero geotécnico el cual mediante un estudio previo ha estipulado que los puntos críticos de medición para prevenir futuros desprendimientos sean los siguientes:

• Altura media entre la carretera y el punto más alto del talud. • Profundidad de 5 metros. • 20 metros de distancia entre cada punto de medición.

Ilustración 10 Vista aérea del Km22 de la N-634

El 6 de Diciembre de 2008 en este mismo punto hubo un gran desprendimiento que hizo que la carretera estuviera cerrada durante varios días. Los periódicos locales recogieron la noticia [6]. Existen multitud de incidencias acerca de varios desprendimientos en diferentes puntos de la carretera en la actualidad [7] [8] [9].


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6.2 Sensor utilizado

Dentro de las especificaciones del proyecto ya viene definido el tipo de sensor y modelo a utilizar, el cual es un inclinómetro del modelo LCF196 mostrado en la ilustración 11. Es un sensor de inclinación de doble eje empaquetado en una carcasa de 22mm de diámetro de acero inoxidable lo que le proporciona gran robustez que lo hace apropiado para condiciones adversas. Existen tres modelos diferentes, dependiendo de su ángulo de inclinación máximo: 14.5º, 30º y 90º. En este caso el utilizado es el de 14.5º. Su rango de acción es bipolar, es decir mide la inclinación tanto negativa como positiva. El funcionamiento de este sensor consiste en que la tensión de salida es un valor lineal equivalente entre +5 voltios y -5 voltios dependiendo de su ángulo de inclinación, siendo cero voltios su posición inicial que es de forma vertical. A partir de ±5 voltios el sensor sigue incrementando su tensión, pero el fabricante no asegura la linealidad de esos valores. Su alimentación consiste en dos bornes con un rango de tensiones de entrada entre ±12 voltios y ±18 voltios, además de una toma de referencia.

Ilustración 11 Sensor de inclinación LCF196

7 Análisis de las soluciones

7.1 Red de sensores inalámbrica

Una red de sensores inalámbrica es un conjunto de pequeños ordenadores llamados nodos y que están equipados con sensores. Estos son capaces de comunicarse entre sí por ondas de radiofrecuencia y así poder monitorizar la información de una forma rápida y sencilla, así como tener un registro común de cada uno de los nodos. Las principales características que debe tener la red de sensores inalámbrica son bajo consumo y adaptación al terreno.

La red tiene dos tipos de nodos diferentes:

• Nodo central o puerta de enlace: Es el encargado de recibir todos los datos de la red de sensores para almacenarlo en una base de datos, además de ser la puerta de enlace con el mundo exterior, pudiendo así enviar los datos vía internet.

• Nodos sensores o emisores: Son los que están situados en los puntos críticos del talud tomando medidas durante determinados periodos de tiempo para posteriormente enviarlos al nodo emisor. Estos nodos son completamente autónomos.


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A pesar de existir multitud de topologías, la elegida para distribuir los nodos es una topología en estrella. A diferencia de otras topologías como malla, en estrella únicamente existe un envío desde el origen hasta el destino, mientras que en malla puede haber múltiples envíos desde el origen hasta su destino final. También implica que cada uno de los nodos este a la escucha continuamente, por si tiene que realizar la función de enrutador de la información hasta la puerta de enlace, mientras que en estrella, una vez realizado el envío los nodos emisores, se desactivan temporalmente para reducir su consumo.

La topología en estrella consiste en que los nodos emisores, equipados con sensores, se disponen alrededor del nodo central o puerta de enlace, el cual realizará una base de datos con toda la información del sistema. La puerta de enlace es la pieza clave en este tipo de topología, ya que debe gestionar todos los datos provenientes de los nodos emisores. Una vez organizados estos datos, puede enviar la información al exterior (si se desea) para poder monitorizar los datos recibidos mediante un ordenador conectado en tiempo real a la puerta de enlace y con conexión a internet. Una de las ventajas es que si cualquiera de sus nodos emisores tiene un problema no perjudica al resto, por el contrario, si el fallo existe en el nodo central, el sistema dejará de funcionar totalmente (Ilustración 12).

Ilustración 12 Ejemplo de topología en estrella

Como futura mejora se propone la implementación de dos puertas de enlace, consiguiendo un menor riesgo de fallo del sistema, ya que si una de las puertas de enlace falla, la otra puede operar con total normalidad.

7.1.1 Protocolo

En el apartado de comunicaciones por ondas de radiofrecuencia existen muchos tipos de protocolos especiales para estos sistemas, cada uno de ellos se amolda mejor a unas aplicaciones u otras. Los protocolos más propicios para este caso son BlueTooth y ZigBee.

ZigBee son un conjunto de protocolos de alto nivel basados en el estándar IEEE802.15.4 [2] de redes inalámbricas. Sus características principales son las bajas tasas de datos con un consumo muy reducido, además de un espacio reducido. Sus aplicaciones más comunes están en domótica, redes industriales o dispositivos médicos.


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Gracias a sus placas de expansión sus posibilidades aumentan en gran medida. Otra de sus grandes ventajas es la posibilidad de instalarle un sistema operativo, pudiendo así diseñar aplicaciones de una manera más sencilla. Su diseño es modular y ampliable, con diferentes conectores para sus placas de expansión.

Para todo tipo de nodo inalámbrico basado en la tecnología ZigBee hay disponibles varios sistemas operativos. Gracias a esto, se puede tener el control total del nodo, pudiendo configurar los diversos dispositivos disponibles y a la vez visualizar los datos contenidos en él. Imote2 dispone de varias opciones de sistemas operativos disponibles para su instalación. Estos no son iguales que los que se usan normalmente en los ordenadores personales, ya que la arquitectura del Imote2 es especial y por tanto el sistema operativo debe amoldarse a él. Los más usados son TinyOS y Linux.

TinyOS es la distribución oficial para Imote2. Es un sistema operativo de código abierto específico para este tipo de redes. Su lenguaje de programación es nesC, y fue diseñado con la idea de funcionar bajo capacidades de memoria bajas. Actualmente mucha gente participa en su desarrollo lo que hace que aumenten sus posibilidades. Su consumo es bajo.

Linux está basado en el Kernel convencional de Linux para ordenadores domésticos, pero modificado para su uso en Imote2. El interfaz es el mismo que el de cualquier máquina Linux pero con menos funcionalidades, debido a que esta reducido para que pueda ser instalado en la memoria FLASH de 32Mb. Al tener la misma estructura que cualquier distribución de Linux, cualquiera con conocimientos en un ordenador convencional puede manipularlo. Esto ha hecho que prolifere en gran medida este sistema operativo. Su consumo es más elevado que otros sistemas operativos como TinyOS. El cable JTAG únicamente es necesario en el momento de instalación, una vez hecho esto, se accede fácilmente a él mediante USB. La programación se realiza en C y es necesario un ordenador adicional para compilar el programa y enviárselo al Imote2.

Para este proyecto el sistema operativo elegido es Linux. Aunque el consumo sea mayor que TinyOS, ofrece muchas más funciones además de ser mucho más versátil y rápido. Otra de las razones es que la programación se realiza el lenguaje de programación C mediante un ordenador personal, el cual seguidamente se conecta al nodo mediante USB, en vez de con un cable JTAG que hay conectar mediante el puerto paralelo que en la actualidad se ha dejado de implementar de serie en los nuevos ordenadores.

Para programar Linux es necesaria una compilación especial. Los ordenadores personales tienen una arquitectura diferente a la del Imote2, por tanto un programa compilado para Imote2 no funcionaría en un ordenador convencional y viceversa. El compilador en cuestión es una variante del compilador GCC especial para arquitecturas ARM de bajo consumo.

7.2 Alimentación del nodo sensor

Los nodos emisores se componen de varios dispositivos además del Imote2 que necesitan alimentación para su funcionamiento. Para ello se disponen de unas baterías con una autonomía suficiente para alimentar a todo el conjunto. El problema es que las baterías debido a su capacidad limitan en gran medida la autonomía del sistema. Para paliar este inconveniente, conviene realizar un sistema de alimentación estable que dote al sistema de una autonomía mayor, sin que varíe en gran medida el coste de instalación y la portabilidad del sistema.


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Las baterías usadas son del modelo POWERFIT S312/2.3S. Las razones de esta elección son su bajo coste y sus especificaciones más que suficientes para este sistema.

Tiene una capacidad de 2.3 Ah y su tensión nominal es de 12 voltios. Como se verá más adelante, la batería se alimenta a través de un panel solar fotovoltaico, este debe tener unas dimensiones máximas, lo que hace limitar la tensión nominal de salida del panel solar fotovoltaico.

Con ellas se debe alimentar el Imote2, el circuito acondicionador de señal y el inclinómetro.

El gran problema llega cuando las baterías se descargan, obligando a tener que sustituirlas por otras ya cargadas. En su lugar las baterías se cargan de forma autónoma. En la actualidad existen muchos métodos para generar una energía sostenible denominados energías renovables, de tal forma que no se dependa de la red eléctrica común. Dentro de las energías renovables las que más se amoldan a este ámbito son las más comunes, como son la energía eólica y la energía solar debido a que es una instalación de baja potencia. Ambos métodos suponen una fuente inagotable de energía, también suponen un aumento del coste de instalación, pero la inversión a largo plazo es más rentable. La energía eólica tiene un mayor rendimiento, en cambio la energía solar reduce en mayor medida el impacto ambiental ya que en instalaciones de baja potencia es de un reducido tamaño, y la situación privilegiada de España en cuanto a radiación solar se refiere frente a Europa, la hace más viable que la energía eólica. También el coste de instalación se reduce ligeramente con respecto de la eólica.

Por ello el método de alimentación más viable para la instalación es la energía solar.

7.3 Inclinómetros fijos vs inclinómetros móviles

Estos son los dos métodos que existen para realizar mediciones mediante un inclinómetro. Los inclinómetros fijos consisten en su instalación a una profundidad fija la cual tenemos conocimiento de sus condiciones iniciales, pudiendo así medir en todo momento un punto crítico.

Los inclinómetros móviles consisten en la realización de un carril con una determinada profundidad en la cual se realizan mediciones a diferentes profundidades de forma manual.

Ambas tienen sus ventajas e inconvenientes:

• Los inclinómetros fijos tienen una precisión mayor debido a que en todo momento se conoce la situación inicial con respecto de cada medida tomada.

• Los inclinómetros móviles realizan una medición que abarca una mayor distancia por tanto se tiene una idea más próxima del desplazamiento real del talud.

• Los inclinómetros móviles son menos costosos, debido a que con un mismo sistema se pueden realizar diferentes medidas de diferentes puntos, mientras que los fijos requieren un sistema independiente para cada situación.

• La intervención humana en los inclinómetros fijos es casi nula, ya que una vez instalados no requieren mayor intervención, al contrario de los móviles que necesita un operario que realice las mediciones oportunas en cada uno de los puntos.

• El consumo en los inclinómetros móviles no es relevante, debido a que al


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Suponiendo tres días de oscuridad absoluta, las baterías tendrían que tener una capacidad como la mostrada en la ecuación 1.4.

AhV

diasPQ

BCalno

diaria 23.1297.0·12

3·52.47

·

·

min

===η

Ecuación 1.4

Como se ha visto anteriormente, se dispone del modelo de batería Powefit S312/2.3S el cual tiene una capacidad de 2.3Ah y una tensión nominal de 12 voltios. Las baterías necesarias para cada nodo sensor se calculan mediante la ecuación 1.5.

38.53.2

23.12 ===batI

Inum

Ecuación 1.5

Como las baterías son unitarias, se toma siempre el valor inmediatamente superior, por tanto cada nodo sensor va equipado con seis baterías en paralelo.

8.4 Software

La parte virtual del proyecto es muy importante, ya que gracias a ella los diversos dispositivos de la red de sensores inalámbrica realizan las tareas oportunas de la forma más efectiva posible.

Antes de comenzar a profundizar en las partes que componen este apartado cabe destacar el proceso de funcionamiento desde el origen de los datos hasta su destino final. Inicialmente con la señal analógica ya acondicionada del inclinómetro es necesaria su conversión a valores digitales mediante un conversor analógico/digital. Estos datos son recogidos por el Imote2 en los nodos sensores y enviados al nodo central o puerta de enlace. Para que el envío pueda realizarse, el nodo central debe estar continuamente a la escucha ya que no sabe en qué momento le van a llegar los datos. Una vez recibidos, los datos son almacenados en un archivo de texto con la fecha del momento del envío y número de nodo. Posteriormente este archivo se envía automáticamente a un ordenador conectado en todo momento al nodo central. Una vez los datos están en el ordenador, las posibilidades son variadas:

• La creación de una tabla con una gráfica para poder visualizar la inclinación a lo largo del tiempo.

• El envío a una base de datos mayor donde se almacene con más archivos de otras redes de sensores.

• La creación de un sistema de alarmas que avise en caso de desprendimiento inminente.

8.4.1 Adquisición de datos digitales

Para realizar esta tarea es necesario un conversor analógico/digital. Existe una placa de expansión llamada ITS400 para Imote2 que contiene, además de varios tipos de sensores como temperatura, humedad o iluminación, un conversor analógico/digital MAX1363. Este ADC dispone de cuatro canales de entrada (AIN0-AIN3) con una tensión de entre 0 voltios y 3 voltios en modo unipolar. Su resolución es de 12 bits lo que hace que pueda tener 4096 valores de salida diferentes. Se conecta con la placa central de Imote2 mediante el bus I2C.


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Antes de empezar la toma de datos, hay que realizar las configuraciones pertinentes. Mediante el bus I2C hay que enviarle el byte de setup y configuración que contendrán la información de su funcionamiento hasta que se vuelva a modificar o se apague. I2C (Inter-Integrated Circuit) es un bus de comunicaciones en serie diseñado por Phillips. Es comúnmente usado en la industria para comunicación con periféricos en sistemas integrados. Su característica principal es la única necesidad de dos líneas para la transmisión de información: línea de datos y señal de reloj, además de la referencia pertinente. Su funcionamiento consiste en un maestro el cual dirige las comunicaciones e interacciones, mientras que los esclavos únicamente se activan con la llamada del maestro. La disposición normal de este bus es la que se puede ver en la ilustración 26.

Ilustración 26 Esquema del bus I2C

Con el byte de setup se fijarán las pautas básicas que debe llevar a cabo el ADC para su funcionamiento (Tabla6).

Tabla 6 Byte de Setup

BIT NAME DESCRIPTION

7(MSB) CONFIG The configuration byte always starts with 0.

6

SCAN1

SCAN1, SCAN0 = [0,0], scans from channel 0 to the upper channel chosen by CS1, CS0. SCAN1, SCAN0 = [0,1], converts a single channel chosen by CS1, CS0 eight times. SCAN1, SCAN0 = [1,0] monitor mode monitors from channel 0 to the upper channel chosen by CS1, CS0. SCAN1, SCAN0 = [1,1], single channel conversion for the channel is chosen by CS0, CS1.

5

SCAN0

4 CS3 CS3, CS2 = [1,1] enables readback of monitor-mode setup data.

3 CS2

2 CS1 Selects the upper limit of the channel range used for the conversion sequence in scan modes SCAN = [0,0] and monitor modes SCAN = [1,0]. Selects the conversion channel when SCAN = [0,1] or when SCAN = [1,1]. (Tables 5 and 6)

1

CS0

0

SE/DIF

1 = single-ended inputs. 0 = differential inputs. AIN0 and AIN1 form the first differential pair and AIN2 and AIN3 form the second differential pair. (See Tables 4 and 5.) Selects single-ended or differential conversions. In single-ended mode, input-signal voltages are referenced to GND. In differential mode, the voltage difference between two channels is measured. When single-ended mode is used, the MAX1363/MAX1364 perform unipolar conversions regardless of theUNI/BIP bit in the setup byte. (Table 7)

La configuración será la siguiente:

• Modo unipolar.

• Referencia interna siempre encendida.

• Reloj interno.


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Ilustración 29 Comparación de situación la perforación en un talud

8.5.2 Orientación del panel solar fotovoltaico

Por último, es importante realizar una buena colocación del panel solar, ya que dependiendo de la orientación la eficiencia a la hora de generar energía es variable. El punto óptimo de colocación es diferente para cada estación, ya que la inclinación de la tierra con respecto del Sol varía durante todo el año. En verano por ejemplo se aprovechará mejor la radiación solar con una baja inclinación del panel, mientras que en invierno esa inclinación debe superar los 45º. La orientación siempre es mirando hacia el ecuador, el cual respecto a la posición del lugar esta hacia el sur. Como el sistema está pensado para que no requiera intervención humana, se ha optado por añadir una inclinación más eficiente para los meses de invierno, en torno a 55º de inclinación con respecto de la horizontal, ya que la radiación solar media es menor en invierno que en verano y se compensa en cierto modo. Para salvar obstáculos físicos como árboles o la propia inclinación del talud, es necesario instalar el panel en una zona alta, como por ejemplo un poste de madera o hierro.

1 anexos

ANEXOS


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Índice

ANEXO A ...................................................................................................................... 38

A1 Cálculos realizados para el diseño de la placa acondicionadora de señal y alimentación de dispositivos ........................................................................................... 38

A1.1 Acondicionador de señal ........................................................................................... 38

A1.2 Filtro R-C .................................................................................................................. 39

A1.3 Diodo Zener ............................................................................................................... 39

A1.4 Alimentación de Imote2 ............................................................................................ 40

A2 Instalación de Linux Kernel 2.6.24 en Imote2 mediante Windows.................... 41

A2.1 Puesta en funcionamiento a través de servidor remoto “SSH” mediante PuttySSH en Linux/Ubuntu .......................................................................................................................... 43

A2.2 Puesta en hora y creación de scripts de inicio automático ........................................ 46

A2.3 Compilar programas en C para Imote2 mediante Linux/Ubuntu .............................. 47

A3 Código de los nodos sensores ............................................................................. 47

A4 Código de la puerta de enlace ............................................................................. 50

A5 Código de los scripts usados ............................................................................... 53

ANEXO B ............................................................................................................................... 54

B1 Información del soporte lógico ............................................................................... 54

B1.1 Hojas de datos de los componentes .......................................................................... 54

B1.2 Archivos necesarios para la realización del proyecto ............................................... 54


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)·(12 refout

ref

VVV

RR −=

Ecuación 2.16

Donde Vref=1.2 v.

)2.1·(2.11

2 −= outVR

R

Ecuación 2.17

Para simplificar cálculos se fija la resistencia R1 a 1.2kΩ .

)2.1·(10002 −= outVR Ecuación 2.18

Los valores entre los que puede oscilar la alimentación es 3.6 voltios y 4.5 voltios, por tanto se puede calcular el rango que puede variar R2:

Ω=−=Ω=−=

3300)2.15.4·(1000

2400)2.16.3·(1000

max2

min2

R

R

Se ha optado por usar un valor intermedio con los valores de resistencia estándar, llegando a la conclusión de R2=2.7kΩ . El valor final con el que se alimentara Imote2 es el mostrado en la ecuación 2.19.

vVout 9.32.11000

2700 =+=

Ecuación 2.19

A2 Instalación de Linux Kernel 2.6.24 en Imote2 mediante

Windows Para llevar a cabo la instalación de Linux hace falta un cable JTAG y la placa IIB2400 Interface Board ya que esta es la que hace posible la conexión de este cable con el Imote2 (ilustración 34).Con estos componentes, se pasa a realizar la instalación de los siguientes archivos:

• Boot loader (blob): O en castellano gestor de arranque, es el encargado de inicializar los componentes básicos del Imote2, como son la configuración de relojes, GPIO's o del sistema de varios periféricos. También una vez acabada esta tarea pasa a inicializar el kernel de Linux. El archivo en cuestión se puede encontrar en el Anexo B, apartado B1.2.

• Linux Kernel (zImage): Es el núcleo del sistema operativo. En él se albergan los distintos programas de acceso al hardware. Es el encargado de gestionar recursos, a través de servicios de llamada al sistema. El archivo en cuestión se puede encontrar en el Anexo B, apartado B1.2.

• File system (fs.jffs2): Contiene todos los ficheros de configuración de Linux. El archivo en cuestión se puede encontrar en el Anexo B, apartado B1.2.

La versión de Linux usada viene ya compilada para poder instalarla directamente en el Imote2, si no fuera así, habría que aplicar un parche a la versión nativa de Linux kernel 2.6.24.

Con estos tres ficheros y mediante el cable JTAG se conecta el Imote2 al puerto paralelo de un ordenador con Windows XP. Mediante el programa jflashmm.exe se realiza la escritura en la memoria flash del Imote2. Este está contenido en el Anexo B, apartado


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Ilustración 36 Instalación de zImage

A2.1 Puesta en funcionamiento a través de servidor remoto “SSH” mediante PuttySSH en Linux/Ubuntu

Una vez instalado Linux en Imote2, se puede acceder a él vía USB mediante la misma placa que hemos usado para instalar Linux (IIB2400). Una vez dentro del programa, hay ir a la pestaña Serial, que está dentro del apartado SSH. Aparecen una serie de apartados que hay que rellenar, los cuales son los siguientes:

• Dirección de dispositivo USB. Si no existe ningún otro dispositivo USB conectado normalmente es la dirección /dev/ttyUSB1, si hay mas dispositivos USB conectados anteriormente, con el comando dmesg se puede averiguar el número designado al dispositivo USB.

• Velocidad → 115200 Baudios. • Trama de 8 bits. • 1 bit de stop. • Sin bits de paridad.

La pantalla quedará como la ilustración 37.

Ya se puede acceder a la raíz del Linux que hay dentro del Imote2 como si fuera la misma línea de comando del propio ordenador.

La primera carga es importante, ya que por defecto viene sin contraseña. Para evitar accesos indeseados se debe poner una contraseña simplemente introduciendo el comando passwd y rellenando los campos. Es recomendable trabajar como súper-usuario ya que es necesario dar permisos especiales a algunos archivos.


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ANEXO B

B1 Información del soporte lógico Para la correcta comprensión del documento, dentro del soporte lógico existen dos carpetas:

B1.1 Hojas de datos de los componentes

En ella contienen todos los documentos acerca de cada uno de los componentes usados. Estos son los siguientes:

• Imote2 y placa de batería IBB2400. • Placa sensores ITS400. • Documentación de la placa de sensores ITS400. • Placa de interfaz IIB2400. • Panel solar fotovoltaico SunWize S30P. • Batería powerfit S312/2.3S. • Conversor analógico/digital MAX1363. • Amplificador operacional LF353. • Regulador de tension LM317. • Transformador DC/DC DLW05A. • Inclinómtero LCF196.

B1.2 Archivos necesarios para la realización del proyecto

Contienen los diferentes archivos de especial importancia que se han utilizado para la realización de este proyecto. Estos son los siguientes:

• Compilador cruzado arm-linux-gcc-3.4.1. • Versión del kernel de Linux 2.6.24-rc7_0.jffs2 modificada para Imote2. • zImage. • Bootloader blob-im2. • Instalador JFlash_MM. • Librería tosmach.h. • Librería i2c-dev.h.

1 planos

PLANOS


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Índice

1 Placa alimentación de dispositivos y adaptadora de señal ..................................... 57

1.1 Esquemático completo ............................................................................................... 57

1.2 Layout solo de las pistas inferiores ............................................................................ 58

1.4 Layout de las pistas y los componentes ..................................................................... 59

2 Mapa topográfico de la situación del talud ............................................................. 60

2.1 Situación del entorno ................................................................................................. 60

2.2 Superficie del talud y localización de los nodos ........................................................ 61

1 Pliego de condiciones

PLIEGO DE

CONDICIONES


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Índice

1 Introducción ............................................................................................................ 64

2 Listado de componentes ......................................................................................... 64

2.1 Red de sensores inalámbrica ...................................................................................... 64 2.1.1 Nodo sensor ........................................................................................................................ 64 2.1.2 Puerta de enlace .................................................................................................................. 66

3 Pruebas y ensayos ................................................................................................... 67

3.1 Ensayos en el laboratorio ........................................................................................... 67 3.1.1 Alimentación Imote2 .......................................................................................................... 67 3.1.2 Adecuación de la señal de salida del sensor inclinómetro .................................................. 67 3.1.3 Transformador DC/DC ....................................................................................................... 71 3.1.4 Inclinómetro ....................................................................................................................... 71 3.1.5 Pruebas en Imote2 .............................................................................................................. 72

3.2 Ensayos de campo ...................................................................................................... 74 3.2.1 Nodo sensor ........................................................................................................................ 74 3.2.2 Puerta de enlace .................................................................................................................. 74

3.3 Resultados mínimos ................................................................................................... 75


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1 Introducción El presente pliego de condiciones constituye el conjunto de normas que, juntamente con las establecidas en los planos y la memoria del proyecto, define los requisitos técnicos de las obras que son objeto del mismo, así como de los ensayos necesarios para el correcto funcionamiento de cada una de las partes. En general se ha procedido a definir lo más exhaustivamente posible los conceptos que cada elemento del proyecto comprende.

2 Listado de componentes

2.1 Red de sensores inalámbrica

Para el correcto funcionamiento de la red de sensores inalámbrica se debe realizar dos tipos de nodos, el nodo sensor y la puerta de enlace.

2.1.1 Nodo sensor

El nodo sensor debe recoger la inclinación del punto situado a 5 metros de profundidad del talud de la inclinación con respecto de la posición inicial y posteriormente enviar la información a la puerta de enlace de forma inalámbrica.

Para ello se debe usar un sensor inclinómetro LCF 196. El inclinómetro utilizado debe ser capaz de, mediante una alimentación de ±15 voltios, obtener una salida tanto en el eje X como en el eje Y con respecto de la posición vertical de ±5 voltios, siendo -5 voltios el equivalente a un ángulo de -14.5º y +5 voltios el equivalente a un ángulo de +14.5º, formando una pendiente lineal entre ambos puntos. También tiene que disponer de un encapsulado resistente a efectos externos como lluvias, humedad, presión o altos rangos de temperatura. Cabe destacar que a la hora de realizar las conexiones pertinentes, la patilla 6 queda sin conexión alguna.

La información obtenida debe ser recogida y procesada por el nodo inalámbrico Imote2. Este debe ser capaz de comunicarse vía inalámbrica con otros dispositivos Imote2 dispuestos como puerta de enlace mediante el estándar de comunicación IEEE 802.15.4/ZigBee en la banda de frecuencia de 2.4GHz y una distancia mínima de 30 metros ellas. Cada uno de los Imote2 debe tener ejecutado de forma permanente el programa realizado para la toma de información y su posterior envío. Imote2 debe tener precargado el programa que realiza la tarea de toma de datos por el ADC y posterior envío, además de los scripts apropiados para el nodo sensor, como se muestra en el anexo A, apartado A4.

La información obtenida en forma de tensión analógica por el inclinómetro se debe convertir a un valor digital legible para Imote2, para ello se dispone de una placa de sensores ITS400 que se conecta directamente a Imote2 y que lleva integrado un conversor analógico/digital MAX1363 el cual debe realizar esta tarea. Esta debe comunicarse con el Imote2 mediante el bus I2C.

La alimentación de Imote2 y ITS400 debe realizarse por medio de la placa de batería IBB2400, suministrando la energía suficiente para que funcione tanto Imote2 como ITS400 conectada a él. También debe realizar la tarea de protección frente a sobretensiones y sobrecorrientes.


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El conjunto de componentes se debe alimentar mediante seis baterías Powerfit S312/2.3S. Estas deben tener una tensión nominal de 12 voltios y una capacidad de 2.3Ah cada una de ellas.

Para poder leer correctamente los datos generados por el sensor inclinómetro debe adaptarse la señal, a la vez que estar en funcionamiento tanto Imote2 y sus placas implementadas como también el sensor inclinómetro, de tal manera que el diseño de la placa realizado sea capaz, mediante una tensión de entrada de 12 voltios proveniente de las baterías de:

• Alimentar al inclinómetro con una tensión constante de entre ±12 voltios y ±18 voltios con una toma de referencia y una corriente mínima de 15 mA. Se dispone de un transformador DC/DC del modelo DLW05A que debe convertir una tensión de entrada de 12 voltios a una tensión de salida de ±15 voltios con toma de referencia.

• alimentar a la placa de expansión IBB2400 conectada al Imote2 en sus bornes inferiores con una tensión constante en un rango de 3.6 voltios y 4.5 voltios con una corriente media de 79mA, pudiendo llegar a los 134mA. Se dispone de un regulador de tensión LM317 que mediante un diseño externo sea capaz de obtener con una tensión de entrada de 12 voltios una tensión de salida constante de 3.9 voltios.

• Adecuar la tensión resultante del ángulo del inclinómetro en los dos ejes (±5v) a una tensión compatible con el ADC en modo unipolar (de 0 a 3 voltios) de la placa de sensores de Imote2 ITS400, además de proporcionar una toma de referencia para la misma, que hay que conectar a la patilla 6 de la placa ITS400. Se dispone de un amplificador operacional, alimentado con el mismo transformador DC/DC que el sensor inclinómetro, diseñado de tal manera que realice la tarea de amplificador sumador no inversor, además de filtrar señales de ruido con un filtro R-C y proteger al ADC de sobretensiones que le puedan dañar con un diodo Zener. Esta tarea debe estar por duplicada ya que es necesario adecuar la tensión del sensor inclinómetro en cada uno de los dos ejes.

El suministro de energía para la recarga de las baterías debe realizarse mediante una instalación de energía solar. Para ello se dispone de un panel solar fotovoltaico SunWize SW-S30P de 30w. Debe ser capaz de, mediante la radiación solar absorbida, genere una tensión mínima de 14.4 voltios con una corriente variable. El panel solar debe estar correctamente orientado hacia el ecuador y con una inclinación de 55º con respecto del plano horizontal como se muestra en la ilustración 44. La superficie del panel solar fotovoltaico debe estar en un poste elevado ya que la superficie tiene que estar completamente libre de obstáculos ya que eso haría que disminuyera su rendimiento.

Para realizar el control de la energía generada por el panel solar fotovoltaico se dispone de un regulador solar SUN 5N. Deberá adecuar la energía proveniente del panel solar fotovoltaico para usarla como carga de batería. También debe realizar la tarea de protección, disipando cualquier pico de corriente o tensión que puedan dañar el sistema que haya al otro lado. Por último y con las baterías cargadas, el regulador solar deberá de detectar esta situación y actuar de tal forma que proporcione la corriente de mantenimiento necesaria y una tensión constante de 14.4 voltios en función de tensión y corriente proveniente del panel solar fotovoltaico.


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Ilustración 44 esquema de inclinación del panel solar

Al ser una aplicación al aire libre, necesita estar protegida de cualquier agente externo. Para ello es necesario albergar cada uno de los componentes en una caja de PVC y anclarla al poste. Esta debe ser lo suficientemente grande como para albergar las baterías, Imote2 con las placas implementadas ITS400 y IBB2400, la placa conversora y alimentadora de dispositivos y el regulador solar. Las dimensiones mínimas vienen dadas por el tamaño del panel solar fotovoltaico. La caja debe ser resistente a golpes de viento, lluvias y nieve, además de tener un sistema de seguridad para que nadie pueda acceder de forma libre.

2.1.2 Puerta de enlace

La puerta de enlace constituye todos los dispositivos necesarios para la obtención de la información proveniente de cada uno de los nodos sensores y su posterior almacenaje.

Para recibir la información de cada uno de los nodos sensores se debe disponer un Imote2 como puerta de enlace. Este debe ser capaz de recibir de otros Imote2 mediante el estándar IEEE 802.15.4/ZigBee, y a su vez estar en continua comunicación con el ordenador base de datos mediante USB. También debe tener estar vinculado con el ordenador de tal manera que pueda mandar y recibir información sin introducir ningún tipo de contraseña. Debe alimentarse mediante el puerto USB suministrado por el ordenador y estar las 24 horas del día ejecutado el programa que le hace estar a la escucha de otros Imote2. . Imote2 debe tener precargado el programa que realiza la tarea activación de escucha de otros dispositivos y posterior almacenaje y envío a la base de datos, además de los scripts apropiados para la puerta de enlace, como se muestra en el anexo A, apartado A4.

El ordenador necesario para hacer la función de base de datos y que está conectado a Imote2 como puerta de enlace debe tener los siguientes requisitos mínimos:

• Tener instalado una distribución de Linux, preferiblemente Ubuntu con un kernel actual.

• Tener al menos dos puertos USB2.0. • Tener una capacidad mínima de almacenamiento de 10 Gb. • Estar conectado a la red eléctrica de forma ininterrumpida. • Disponer de un monitor, teclado y ratón. • Disponer de 512Mb de RAM. • Tener un procesador y placa base acorde con las características anteriores. • Estar vinculado al Imote2 como puerta de enlace.


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3 Pruebas y ensayos

3.1 Ensayos en el laboratorio

El presente punto muestra todas las pruebas que se deben realizar antes de instalar el sistema en su situación final para corroborar que todos los componentes funcionan correctamente.

3.1.1 Alimentación Imote2

Como se ha comentado el nodo utilizado es Imote2, el cual requiere una tensión de alimentación de entre 3.6 voltios y 4.5 voltios, obtenido de un diseño entorno al regulador de tensión LM317. Las pruebas en laboratorio deben reflejar que, con una tensión de entrada variable entre 9 voltios y 14 voltios la tensión de salida del regulador de tensión esta dentro de los márgenes estipulados de una forma continua y constante. También debe reflejarse que el sistema es capaz de suministrar la corriente que demande el nodo inalámbrico Imote2. El resultado debe asemejarse al mostrado en la ilustración 45.

Ilustración 45 prueba de laboratorio de alimentación de Imote2

3.1.2 Adecuación de la señal de salida del sensor inclinómetro

Una de las partes más importantes a la hora de realizar pruebas es en el circuito de adecuación del inclinómetro con el ADC. Las pruebas realizadas deben mostrar los siguientes resultados:

• La conversión debe coincidir con los márgenes de tensión estipulados. Esto quiere decir que:


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o Con una tensión de entrada de 5 voltios la tensión de salida debe ser de 3 voltios. El resultado debe asemejarse al mostrado en la ilustración 46.

Ilustración 46 salida del circuito con una entrada de 5V

o Con una tensión de entrada de 0 voltios la tensión de salida debe ser de 1.5 voltios. Para realizar esta calibración es recomendable usar los potenciómetros implementados como se muestra en la memoria, en el apartado 8.1.1. El resultado debe asemejarse al mostrado en la ilustración 47.

o Con una tensión de entrada de -5 voltios la tensión de salida debe ser de 0 voltios. El resultado debe asemejarse al mostrado en la ilustración 48.

• La salida del circuito debe estar exenta de toda señal de ruido con una frecuencia superior a 7.23 Hz. El resultado debe asemejarse al mostrado en la ilustración 49.

• La tensión máxima a la salida no superara en ningún caso los 3.3 voltios, ya que podría dañarse el ADC. El resultado debe asemejarse al mostrado en la ilustración 50.

• La corriente máxima a la salida no superara en ningún caso los ±50 mA, ya que podría dañar el ADC.


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Ilustración 47 Salida del circuito con una entrada de 0V

Ilustración 48 Salida del circuito con una entrada de -5V


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Ilustración 49 salida del circuito con el filtro R-C y una entrada de alta frecuencia

Ilustración 50 Salida del circuito con el diodo Zener limitador con una tensión superior a 5V


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3.1.3 Transformador DC/DC

Como se ha citado anteriormente, el sensor inclinomtreo y el sistema de adecuación de señal del inclinómetro necesitan de un transformador DC/DC para su funcionamiento. Las pruebas que se deben llevar a cabo deben mostrar que el transformador DC/DC con una tensión de entrada constante que puede variar entre 14 voltios y 9 voltios se obtendrá una salida de tensión constante de +15 voltios, -15 voltios y 0 voltios en los bornes respectivos de salida. También se debe comprobar que la corriente demandada por el circuito a la salida es satisfactoria, ya que la corriente máxima que puede generar el dispositivo es de 167mA. El resultado debe asemejarse al mostrado en la ilustración 51.

Ilustración 51 Salidas del transformador DC/DC con una entrada de 12V

3.1.4 Inclinómetro

El inclinómetro se alimenta con una tensión constante que puede variar entre ±12 voltios y ±18 voltios con una toma de referencia. Como se ha mostrado en la memoria en el apartado 8.2.2, se alimenta con una tensión constante de ±15 voltios. Con esta tensión de entrada, las pruebas necesarias para corroborar el correcto funcionamiento del inclinómetro deben ser las siguientes:

• En posición vertical con respecto de la horizontal debe tener una tensión de salida de 0 voltios en cada uno de sus ejes.

• Con una inclinación de 14.5º con respecto de la horizontal de cualquiera de sus dos ejes, la tensión de salida debe ser de 5 voltios en cada eje.

• Con una inclinación de -14.5º con respecto de la horizontal de cualquiera de sus dos ejes, la tensión de salida debe ser de -5 voltios en cada eje.


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• La corriente consumida debe de variar entre 15 mA y 20 mA en función de la inclinación en la que este en ese momento el sensor.

3.1.5 Pruebas en Imote2

Las pruebas en Imote2 se dividen en dos apartados, dependiendo de la función que realice. Así, se distinguen entre Imote2 como nodo sensor e Imote2 como puerta de enlace.

3.1.5.1 Nodo sensor

Imote2 como nodo sensor debe realizar las tareas de recogida y envió de datos recibidos junto con la placa de sensores y la placa de batería. Es una parte importante de ensayo ya que una vez instalado debe funcionar con total autonomía. Los ensayos en laboratorio deben reflejar los siguientes aspectos:

• Conectado mediante USB desde el ordenador, se debe comprobar que el sistema operativo se carga correctamente. Una vez con acceso al mismo desde el ordenador, se debe comprobar que el programa realizado se ejecuta correctamente.

• Conectado mediante USB desde el ordenador y también conectadas las salidas correspondientes del sistema de adecuación de señal al ADC, se debe comprobar que ejecutando el programa de toma de datos los valores coinciden con la señal obtenida del sistema de adecuación de señal como se muestra en la ilustración 52.

Ilustración 52 Toma de datos y envío

• Conectado únicamente a la placa de batería, que a su vez debe estar conectado a la salida correspondiente del sistema de alimentación de Imote2 diseñado en la placa, se debe comprobar que encendiendo el interruptor de la placa de batería Imote2 se inicia y funciona con total normalidad.

• Alimentado únicamente con la placa de batería conectada al regulador de tensión y a la vez conectadas las salidas correspondientes del sistema de adecuación de señal al ADC, con el programa precargado para que se inicie de forma automática, se debe comprobar mediante otro Imote2 a la escucha conectado a un ordenador el cual se pueda ver lo que recibe, que el primero envía


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información correctamente de forma cíclica. Hay que tener en cuenta que hasta que no se cargue el sistema operativo dentro de Imote2 este no comenzará a ejecutar el programa.

3.1.5.2 Puerta de enlace

Imote2 como puerta de enlace debe realizar las tareas de recolección de información y almacenaje en una base de datos. Este debe estar continuamente conectado al ordenador que realizará la tarea de base de datos y a su vez vinculado a él. Los ensayos en laboratorio deben reflejar los siguientes aspectos:

• Una vez cargado el sistema operativo, se debe comprobar que el programa se ejecuta correctamente. También se debe comprobar que la hora esta puesta correctamente, que el ordenador conectando a él está correctamente vinculado al Imote2, y posteriormente que los scripts realizados funcionan de la forma deseada.

• Una vez ejecutado el programa, mediante otro Imote2 enviando información continuamente, debe comprobarse que el primero recibe la misma información que envía el segundo. El resultado obtenido debe ser como el mostrado en la ilustración 53.

Ilustración 53 Recepción de datos

• Con el programa precargado para que se ejecute automáticamente al inicio y un segundo Imote2 enviando información, se debe comprobar que la información recibida es almacenada en su fichero correspondiente. Hay que tener en cuenta que al ejecutarse al inicio puede ocurrir que la información recibida no sea mostrada directamente por pantalla, por lo que lo más recomendable es abrir el archivo correspondiente donde se guarda la información para comprobar que realmente se está guardando. El fichero de registro debe quedar como el mostrado en la ilustración 54.

• Por último es necesario comprobar que, una vez enviado el registro de la información al ordenador, este se puede abrir y leer correctamente.


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Ilustración 54 Fichero .txt con los datos recibidos

3.2 Ensayos de campo

El presente punto muestra todas las pruebas que se deben realizar antes una vez instalado el sistema en su situación final para corroborar que su funcionamiento final es el deseado.

3.2.1 Nodo sensor

Una vez realizada la instalación del inclinómetro y todos los dispositivos están conectados de forma correcta, son necesarias realizar varias pruebas:

• Comprobar la inclinación inicial del inclinómetro para tener una referencia a la hora de posteriormente estudiar los resultados obtenidos.

• Desde la situación de donde se realiza la instalación de la puerta de enlace debe comprobarse que la información enviada por cada uno de los nodos sensores llega correctamente a su destino.

• El panel solar fotovoltaico está instalado con la inclinación y dirección correctas y emite una tensión suficiente para cargar las baterías.

• El regulador solar reconoce correctamente la tensión nominal de las baterías que necesitan ser alimentadas y realiza su tarea de recarga de baterías mediante la energía generada por el panel solar fotovoltaico.

• Los componentes caben en la caja de PVC correctamente sin ningún tipo de peligro de cortocircuito.

3.2.2 Puerta de enlace

Con la puerta de enlace instalada en su lugar correspondiente se deben llevar a cabo las siguientes pruebas:

• La información que recibe de los nodos sensores es correcta desde sus puntos de instalación.


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• El ordenador funciona correctamente y es capaz de alimentar continuamente al Imote2 como puerta de enlace.

• La información se almacena correctamente de la misma forma que en los ensayos de laboratorio.

• Una vez recibidos los registros de cada nodo se pueden acceder a él con total libertad.

3.3 Resultados mínimos

A continuación se muestran los mínimos valores que deben tener las pruebas anteriores para que el sistema pueda funcionar:

• El panel solar fotovoltaico debe generar una corriente mínima diaria de 3Ah para recargar las baterías, que equivale a una radiación solar media diaria de 2.3 Mj/m2.

• El número de datos erróneos recibidos debe ser menor del 5% diario. • El suministro de energía únicamente con baterías debe poder hacer funcionar al

sistema de forma autónoma como mínimo tres días seguidos. • Las baterías deben aportar como mínimo una tensión de 9 voltios. • La frecuencia de corte en el circuito de adecuación de señal debe ser como

mínimo de 10 Hz. • El diodo Zener debe poder limitar una tensión como mínimo de 2.4 voltios y en

ningún caso sobrepasar los 3.3 voltios. • El sensor inclinómetro debe ser capaz de obtener una señal válida con un rango

mínimo de ±8º en cada uno de los ejes. • El transformador DC/DC debe poder suministrar como mínimo una corriente de

100 mA. • La distancia mínima a la que debe emitir señal cada uno de los Imote2 colocados

en los nodos sensores debe ser de 30 metros. • Los nodos sensores deben estar operativos siempre tres de ellos para tener un

mínimo control del talud. • El ADC debe poder realizar como mínimo conversiones de tensión de en entre

0.6 voltios y 2.4 voltios, que equivalen aproximadamente a un rango de inclinación de entre ±8º.

1 presupuesto

PRESUPUESTO


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Índice

1 Cuadro de mano de obra ......................................................................................... 78

2 Cuadro de materiales .............................................................................................. 78

3 Cuadro de precios auxiliares................................................................................... 79



6 Presupuesto de ejecución material .......................................................................... 82


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1 Cuadro de mano de obra

Código Descripción Precio

MO01 Peón especializado 14,80 €/hora

MO02 Ingeniero técnico campo 28,00 €/hora

MO03 ingeniero técnico laboratorio 15,2 €/hora

MO04 Desplazamiento 10 €/hora

2 Cuadro de materiales

Código Descripción Precio (en €)

MA01 Batería Powerfit S312/2.3 25,96

MA02 Cable JTAG/puerto paralelo 20,00

MA03 Cable conexión sección 0,14 mm 10 metros 1,17

MA04 Cable FTP flexible CATEGORÍA 5, PVC, diámetro 5,6mm 1m 0,82

MA05 Cable USB/micro-USB 3,00

MA06 Caja PVC 53,88

MA07 Carro perforador 28,00

MA08 Condensador 22μF 0,13

MA09 Condensador 1μF 0,13

MA10 Condensador 0,1μF 0,56

MA11 Transformador DC/DC DLW05A-15 19,80

MA12 Diodo Zener 2,7v 0,10

MA13 IBB2400 175,00

MA14 IIB2400 280,00

MA15 Imote2 330,00

MA16 Inclinómetro LCF196 2595,00

MA17 ITS400 190,00

MA18 LF353 0,47

MA19 LM317 0,37

MA20 Ordenador base de datos 500,00

MA21 Panel solar fotovoltaico Sun Wize SW-S30P 122,32

MA22 Placa fotosensible 150x200 mm 1,5mm 9,64

MA23 Potenciómetro 4,7kΩ 0,27

MA24 Regulador solar SUN 5N 66,55

MA25 Regletas de conexión paso 5 mm 3 pines 0,42

MA26 Regletas de conexión paso 5 mm 2 pines 0,29

MA27 Resistencia 10kΩ, 0,5w, 5% tolerancia 0,04

MA28 Resistencia 3,3kΩ, 0,5w, 5% tolerancia 0,04

MA29 Resistencia 1kΩ, 0,5w, 5% tolerancia 0,04



MA32 Tubo Ferroplas 23 mm 1 metro 0,64

MA33 Poste galvanizado 80x40x2 de 2 m 11,16

MA34 Cemento saco 35 kg 3,68


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3 Cuadro de precios auxiliares

Código Designación Importe

(en €)

AU01 1.- Placa alimentación de dispositivos y adaptadora de señal

Código Descripción Precio Cantidad

MA03 Cable conexión sección 0,14 mm 10 metros 1,17 0,10 0,12

MA08 Condensador 22μF 0,13 2,00 0,26

MA09 Condensador 1μF 0,13 1,00 0,13

MA10 Condensador 0,1μF 0,56 1,00 0,56

MA11 Transformador DC/DC DLW05A-15 19,80 1,00 19,80

MA12 Diodo Zener 2,7v 0,10 2,00 0,20

M18 LF353 0,47 1,00 0,47

M19 LM317 0,37 1,00 0,37

MA22 Placa fotosensible 150x200 mm 1,5mm 9,64 0,33 3,18

MA23 Potenciómetro 4,7kΩ 0,27 2,00 0,54

MA25 Regletas de conexión paso 5 mm 3 pines 0,42 2,00 0,84

MA26 Regletas de conexión paso 5 mm 2 pines 0,29 2,00 0,58

MA27 Resistencia 10kΩ, 0,5w, 5% tolerancia 0,04 2,00 0,08

MA28 Resistencia 3,3kΩ, 0,5w, 5% tolerancia 0,04 2,00 0,08

MA29 Resistencia 1kΩ, 0,5w, 5% tolerancia 0,04 6,00 0,25



Importe 27,56

AU02 2.- Nodo sensor


MA01 Batería Powerfit S312/2.3 25,96 6,00 155,76 MA04 Cable FTP flexible CATEGORÍA 5, PVC,

diámetro 5,6mm 1m 0,82 7,00 5,74

MA06 Caja PVC 53,88 1,00 53,88

MA13 IBB2400 175,00 1,00 175,00

MA15 Imote2 330,00 1,00 330,00

MA16 Inclinómetro LCF196 2595,00 1,00 2595,00

MA17 ITS400 190,00 1,00 190,00

MA21 Panel solar fotovoltaico Sun Wize SW-S30P 122,32 1,00 122,32 AU01 Placa alimentación de dispositivos y

adaptadora de señal 27,56 1,00 27,56

MA24 Regulador solar SUN 5N 66,55 1,00 66,55

Importe 3721,81

AU03 3.- Puerta de enlace


MA15 Imote2 330,00 1,00 330,00

MA20 Ordenador base de datos 500,00 1,00 500,00

MA05 Cable USB/micro-USB 3,00 1,00 3,00 Importe 833,00


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4 Cuadro de precios 1

Nº Designación Importe

(en €)

1 Diseño de la placa de alimentación de dispositivos y adaptadora de señal, con sus correspondiente fabricación y testeos

331,56

2 Instalación del sistema operativo y su posterior configuración en los nodos sensores para que funcione correctamente. También incluye la implementación del programa necesario para toma de datos y envío de los mismo

19137,05

3 Instalación del sistema operativo y su posterior configuración en la puerta de enlace para que funcione correctamente. También incluye la implementación del programa de recepción y la conexión a la base de datos central

1061,00

4 Salida al lugar de medición e instalación de cada uno de los nodos inalámbricos sensores, los cuales incluye la perforación e introducción del inclinómetro, además de la orientación del panel solar y puesta en marcha global

679,80


Página 81

5 Cuadro de precios 2

Nº Designación

Importe

Parcial

(en €)

Total

(en €)

1 Diseño de la placa de alimentación de dispositivos y adaptadora de señal

Código Descripción Cantidad Tipo Precio

MO03 Ingeniero técnico laboratorio 20,00 Hora 15,20 304,00 AU01 Placa de alimentación de dispositivos

y adaptadora de señal 1,00 Unidad 27,56 27,56

Total 331,56 Son TRESCIENTOS TREINTA Y UN EUROS CON CINCUENTA Y SEIS

CÉNTIMOS

2 Instalación y programación del nodo inalámbrico sensor


MA02 Cable JTAG/Puerto paralelo 1,00 Unidad 20,00 20,00

MA14 IIB2400 1,00 Unidad 280,00 280,00

MA03 Ingeniero técnico laboratorio 15,00 Hora 15,20 228,00

AU02 Nodo sensor 5,00 Unidad 3721,81 18609,05

TOTAL 19137,05

Son DIECINUEVE MIL CIENTO TREINTA Y SIETE EUROS CON CINCO CÉNTIMOS

3 Instalación y programación de la puerta de enlace


MO03 Ingeniero técnico laboratorio 15,00 Hora 15,20 228,00

AU03 Puerta de enlace 1,00 Unidad 833,00 833,00

TOTAL 1061,00

Son MIL SESENTA Y UN EUROS

4 Montaje en el campo


MO04 Desplazamiento 6,00 Hora 10,00 60,00

MO02 Ingeniero técnico campo 10,00 Hora 28,00 280,00

MO01 Operario especializado 10,00 Hora 14,80 148,00

MA07 Carro perforador 1,00 Unidad 28,00 28,00

MA32 Tubo Ferroplas 23 mm 1 metro 25,00 Metro 0,64 16,00

MA33 Poste galvanizado 80x40x2 de 2 m 5 Unidad 11,16 55,80

MA34 Cemento saco 35 kg 25 Unidad 3,68 92

TOTAL 679,80

Son SEICIENTOS SETENTA Y NUEVE EUROS CON OCHENTA CÉNTIMOS


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6 Presupuesto de ejecución material

Capítulo

Importe Capítulo 1 Diseño de la placa de alimentación de dispositivos y

adaptadora de señal 331,56

Capítulo 2 Instalación y programación del nodo inalámbrico sensor 19137,05

Capítulo 3 Instalación y programación de la puerta de enlace 1061,00

Capítulo 4 Montaje en el campo 679,80

Presupuesto de ejecución material

Total sin IVA 21209,41

18% IVA

3817,69

Presupuesto base de licitación

Total con IVA 25027,10

El presupuesto asciende a VEINTICINCOMIL VENTISIETE EUROS CON DIEZ CÉNTIMOS.

Logroño, a 24 de Marzo de 2012

Firmado: Gonzalo Combarros Hernández

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