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DISEÑO DE UNA ESTACION METEOROLOGICA PARA EL LABORATORIO DE
SIMULACION UDES
RICARDO JOSE BUENO SOLANO
CRISTIAN DE JESUS LINDO MORALES
UNIVERSIDAD DE SANTANDER UDES
PROGRAMA DE INGENIERA INDUSTRIAL
VALLEDUPAR
2018
DISEÑO DE UNA ESTACION METEOROLOGICA PARA EL LABORATORIO DE
SIMULACION UDES
Trabajo de grado presentado como requisito para optar el titulo de
Ingeniero Industrial
RICARDO JOSE BUENO SOLANO
CRISTIAN DE JESUS LINDO MORALES
ASESOR
Ing. DARWIN JOSE MENDOZA GALVIS
UNIVERSIDAD DE SANTANDER UDES
PROGRAMA DE INGENIERA INDUSTRIAL
VALLEDUPAR
2018
DEDICATORIA
Dedicamos este logro principalmente a Dios por brindarnos la sabiduría necesaria
para alcanzarlo. A nuestros Padres, familiares y amigos quienes fueron un motor y
han estado ahí brindándonos su apoyo incondicional, por su cariño, comprensión y
motivación constante en este proceso.
AGRADECIMIENTOS
Retribuimos nuestro proceso a la gracia que nos otorgó Dios para no desfallecer y
seguir plenamente luchando bajo las adversidades que se presentaban día a día
en la ejecución del proyecto.
De manera ineludible agradecemos el sacrificio y la perseverancia de cada uno de
nuestros familiares quienes bregaron para que nuestra instancia por la universidad
y parte del desarrollo profesional y personal se cumpliese bajo los lineamientos del
deber ser y coincidiera con el sentido de nuestra superación personal.
Destacamos el apoyo y el impulso por parte de nuestro asesor, compañero, amigo
y colega Ingeniero Darwin José Mendoza Galvis, quien bajo su conocimiento
direccionó el desarrollo del presente proyecto demostrando su ética y su
capacidad de creer en los valores e intereses de sus alumnos.
CONTENIDO
Pág.
RESUMEN 12
ABSTRACT 14
INTRODUCCIÓN 15
CAPÍTULO I. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 16
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 16
1.1.1 Formulación del problema 19
1.1.2 Sistematización del problema 19
1.2 OBJETIVOS 20
1.2.1 General 20
1.2.2 Específicos 20
1.3 JUSTIFICACIÓN 20
1.4 DELIMITACIÓN DE LA VARIABLE 22
1.4.1 Temporal 22
1.4.2 Espacial 22
1.4.3 Conceptual 23
1.4.4 Institucional 23
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO 24
2.1 ANTECEDENTES 24
2.2 BASES TEÓRICAS 28
2.2.1 Variables 28
2.2.1.1 Humedad 28
2.2.1.2 Temperatura 28
2.2.1.3 Presión atmosférica 29
2.2.1.4 Precipitación 29
2.2.1.5 Luminosidad 29
2.2.2 Tipos de sistemas de control 30
2.2.2.1 Control proporcional 30
2.2.2.2 Control derivativo 30
2.2.3 Componentes técnicos e instrumentales 31
2.2.3.1 Shield 31
2.2.3.2 Memoria sd 31
2.2.3.3 Raspberry pi 31
2.2.3.4 Arduino 31
2.2.3.5 Sensores 32
2.2.3.5.1 Humedad 32
2.2.3.5.2 Temperatura 32
2.2.3.5.3 Nubosidad 32
2.2.3.5.4 Ruido 33
2.2.3.5.5 Precipitación 33
2.2.3.5.6 Luminosidad 33
2.2.3.6 Transductores 33
2.2.6.6.1 Irradiación 34
2.2.6.6.2 Humedad 34
2.2.6.6.3 Iluminancia 34
2.2.3.7 Panel solar ordinario 34
2.2.3.8 Tarjeta wifi 35
2.2.3.9 Modulo gps 35
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO 36
3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN 36
3.2 DISEÑO DE INVESTIGACIÓN 37
3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA 37
3.4 ANÁLISIS DE DATOS 38
CAPÍTULO IV. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS 39
4.1 DEFINIR LOS COMPONENTES TÉCNICOS E INSTRUMENTALES
NECESARIOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA ESTACIÓN
METEOROLÓGICA 39
4.1.1 Implementación del Hardware 39
4.1.2 Fichas técnicas de los componentes técnicos e instrumentales. 40
4.1.2.1 Microntrolador Genuino ArduinoAtmega 328 40
4.1.2.2 Sensor de lluvia Precipitación Panel resistivo (MH-RD) 41
4.2.2.3 Sensor de presión atmosférica BMP280 41
4.2.2.4 Sensor de viento anemometro de 3 ASPAS 42
4.2.2.5 Sensor humedad realtiva absoluta REF. DHT11 43
4.2.2.6 Sensor Luminosidad LDR 12MM Shield V2.2 44
4.2.2.7 Sensor temperatura exterior DS18B20 SONDA 45
4.2.2.8 Shield wifi o Ethernet para arduino REFW5100 45
4.2.2.9 Caja Dexson Exterior 46
4.2.2.10 Tarjeta Shield de Conexión Sensores PCB’S con 6 entradas 47
4.2.2.11 Cableado RED UTP CAT6E, Cableado BUS DATOS N4,
Cableado AC-DC 48
4.2.2.12 Router TPLICK WR840N 49
4.1.3 Desarrollo del Firmware 50
4.1.4 Desarrollo de la plataforma web 50
4.2 VALIDAR EL FUNCIONAMIENTO TÉCNICO Y PROCEDIMENTAL DE
LA ESTACIÓN METEOROLÓGICA 51
4.2.1 Validación de un proceso 51
4.2.1.1 Procedimiento de la estación meteorológica 51
4.2.1.2 Diagrama esquemático 52
4.2.1.3 Diagrama eléctrico 53
4.2.1.4 Programación de la estación meteorológica 53
4.2.1.5 Descripción de la página web 56
4.2.1.6 Comportamiento de las variables respecto al tiempo 57
4.2.1.7 Lazo de control 58
4.3 DISEÑAR UN MANUAL DE FUNCIONAMIENTO PARA LA ESTACIÓN
METROLÓGICA 59
4.3.1 Introducción 60
4.3.2 Información de seguridad 60
4.3.3 Notas 61
4.3.4 Descripción de la estación 62
4.3.5 Protocolo de instalación 63
4.3.6 Protocolo de encendido 64
4.3.7 Protocolo de mantenimiento 66
4.3.8 Registro de datos en la página web 67
4.3.9 Posibles usos de la estación 68
4.3.10 Procedimiento de desarmado 68
4.3.11 Protocolo de SST 69
CAPÍTULO V. CONCLUSIÓN Y RECOMENDACIONES 70
5.1 CONCLUSIÓN 70
5.3 RECOMENDACIONES 71
REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍAS 72
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Microntrolador Genuino ArduinoAtmega 328 40
Tabla 2. Sensor de lluvia Precipitación Panel resistivo (MH-RD) 41
Tabla 3. Sensor de presión atmosférica BMP280 42
Tabla 4. Sensor de viento anemometro de 3 ASPAS 43
Tabla 5. Sensor humedad realtiva absoluta REF. DHT11 43
Tabla 6. Sensor Luminosidad LDR 12MM Shield V2.2 44
Tabla 7. Sensor temperatura exterior DS18B20 SONDA 45
Tabla 8. Shield wifi o Ethernet para arduino REFW5100 46
Tabla 9. Caja Dexson Exterior 47
Tabla 10. Tarjeta Shield de Conexión Sensores PCB’S con 6 entradas 47
Tabla 11. Cableado RED UTP CAT6E, Cableado BUS DATOS N4, Cableado
AC-DC 48
Tabla 12. Cableado RED UTP CAT6E, Cableado BUS DATOS N4, Cableado
AC-DC 49
Tabla 13. Estación meteorológica 58
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Procedimiento de la estación meteorológica 52
Figura 2. Diagrama esquemático 52
Figura 3. Diagrama eléctrico 53
Figura 4. Programación de la estación meteorológica 54
Figura 5. Descripción de la página web 57
Figura 6. Lazo de control 58
Figura 7. Caja de instrumentos preensamblada 62
Figura 8. Protocolo de instalación 63
Figura 9. Datos en tiempo real 65
Figura 10. Histórico 65
Figura 11. Visualización 66
RESUMEN
Título: Diseño de una estación meteorológica para el laboratorio de simulación
UDES
Autores: Ricardo José Bueno Solano, Cristian de Jesús Lindo Morales
Palabras Clave: Estación meteorológica, Sensores, Simulación.
Descripción: Una estación meteorológica es una instalación destinada a medir y
registrar regularmente diversas variables meteorológicas. Estos datos se utilizan
tanto para la elaboración de predicciones meteorológicas a partir de modelos
numéricos como para estudios climáticos. El proyecto titulado como Diseño de una
estación meteorológica para el laboratorio de simulación UDES, es el bosquejo de
un sistema encaminado a determinar y registrar los cambios climáticos de las
variables ambientales, concretamente humedad, temperatura, presión atmosférica,
precipitación y luminosidad.
El estudio esta direccionado a generar conocimiento teórico practico basado en la
automatización y control, ya que esta es la disciplina que incorpora las nuevas
tecnologías como complemento de las áreas de sistemas de control de procesos,
supervisión de datos y programación. Los análisis y estudios registrados cada vez
son más desfavorables siendo más compleja la predicción de fenómenos
naturales, y según investigaciones actuales las condiciones climáticas poco a poco
podrían ser aún más negativas.
Además, el funcionamiento de la estación se llevará a cabo mediante la
implantación de un software y hardware libre para así constituir un sistema
multitarea capaz de adquirir señales, procesarlas y analizarlas brindando así
información de apoyo sobre el recurso energético solar y eólico, no obstante,
contribuirá, asimismo, a diferentes proyectos encaminados y orientados en la
temática tratada. Este proyecto se desarrollará en la ciudad de Valledupar- cesar
específicamente en el laboratorio de simulación industrial de la Universidad de
Santander UDES.
ABSTRACT
Title: Design of a weather station for the UDES simulation laboratory
Authors: Ricardo José Bueno Solano, Cristian de Jesús Lindo Morales
Keywords: Weather station, Sensors, Simulation.
Description: A meteorological station is a facility designed to measure and
regularly record various meteorological variables. These data are used both for the
preparation of weather forecasts from numerical models and for climate studies.
The project entitled Design of a meteorological station for the UDES simulation
laboratory is the outline of a system aimed at determining and recording the
climatic changes of environmental variables, namely humidity, temperature,
atmospheric pressure, precipitation and luminosity.
The study is aimed at generating practical theoretical knowledge based on
automation and control, since this is the discipline that incorporates new
technologies as a complement to the areas of process control systems, data
monitoring and programming. The registered analyzes and studies are becoming
more unfavorable being more complex the prediction of natural phenomena, and
according to current research the climatic conditions could be even more negative.
In addition, the operation of the station will be carried out through the
implementation of free software and hardware to form a multitasking system
capable of acquiring signals, process and analyze them providing support
information on the solar and wind energy resource, however, It will also contribute
to different projects that are directed and oriented on the topic addressed. This
project will be developed in the city of Valledupar- cesar specifically in the industrial
simulation laboratory of the University of Santander UDES.
INTRODUCCIÓN
En el siguiente proyecto se sustenta el diseño y la ejecución de una estación
meteorológica, desde la unificación de los conjuntos de elementos (hardware,
firmware, plataforma web) hasta la recolección y almacenamiento de datos
lógicos. Las Estaciones Meteorológicas son equipos empleados para distintas
aplicaciones, que van desde la observación, hasta la prevención y detección de
desastres naturales.
En el transcurrir del tiempo Colombia ha experimentado múltiples cambios
climáticos deliberados por la ascendente época invernal y la concurrencia del
fenómeno del niño el cual origina devastaciones en gran magnitud.
Los análisis y estudios registrados cada vez son más desfavorables siendo más
compleja la predicción de fenómenos naturales, y según investigaciones actuales
las condiciones climáticas poco a poco podrían ser aún más negativas.
Cabe resaltar el arduo trabajo del instituto de hidrología y meteorología y estudios
ambientales en Colombia, no obstante la información recopilada de esta institución
se está viendo afectada puesto que los sistemas implementados por ser de
carácter gubernamental solo practican mejoras para conformar un sistema
estándar, es decir que de manera general esto se traduce en mayores costes pero
no en un funcionamiento de alta calidad para el estudio de variabilidad en los
cambios climáticos, lo cual lleva a realizar prospectos básicos climatológicos y no
detallan las diferentes problemáticas a las cuales podrían llegar a estar expuestos
diferentes zonas del país.
16
CAPÍTULO I. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Es conveniente señalar que en la actualidad las consecuencias del estado del
tiempo han tenido un gran auge debido a las sensaciones y la dependencia que
produce en las personas las variaciones relacionadas con eventos climáticos,
desde algún tipo de actividad personal hasta eventos públicos y privados de gran
magnitud. De manera concreta la información recopilada en las estaciones
meteorológicas será de transcendencia para poder medir y evaluar en tiempo real
los diferentes eventos (Diluvio, Fuertes vientos, Temperaturas, Intensidad solar), y
caracterizar las variables que influyen en el cambio del clima utilizando las
unidades de medida específicas para cada una de estas.
De esta fórmala (Organización Meteorológica Mundial, s.f)expone que las
estaciones donde se observan las variaciones meteorológicas son áreas en las
cuales se desarrollan valoraciones y mediciones de los diferentes sucesos
meteorológicos, no obstante, las construcciones de las estaciones meteorológicas
no solo ejercen la función de recopilar datos útiles, sino que también es una
práctica académica para dar a conocer a los estudiantes ciertas concepciones
sobre patrones climatológicos y que identifiquen los componentes que contribuirán
en el manejo, control y automatización de la estación.
Sumado a lo anterior, en cada espacio geográfico delimitado se producen
microclimas, precisamente en lugares cercanos a zonas costeras, ríos e incluso
lagunas, por lo tanto, se ve la necesidad de implementar y diseñar estaciones
meteorológicas específicas para cada zona, esto con el fin de tener una
información veraz y concisa de los datos obtenidos puesto que los datos provistos
17
por las estaciones que se encuentran en ciudades cercanas variaran dependiendo
de lo aislado que estén de estas zonas. (Invemar, 2017)
A nivel mundial se han elaborado proyectos que han aportado al avance de
ejemplares de estaciones meteorológicas, como la investigación realizada en el
Volcán de Antisana ubicada en ecuador, en este estudio vincularon diferentes
estaciones entre sí, para hacer una transmisión multisensorial la cual permitía
retransmitir los datos generados por 12 sensores climatológicos y así poder
contrarrestar sucesos como fuertes vientos, precipitaciones e incluso corrientes
marinas.(Ideam, 2015)
Por otro lado, en Venezuela se llevó a cabo la ejecución del proyecto radares
meteorológicos, el cual fue el boceto que unió 8 radares para así hacer replica a la
nubosidad, tener un reconocimiento de tormentas y muestreos de la densidad del
aire, dichos radares estaban enlazados por medio de una red inalámbrica de área
local con fines de tener acceso multisentido y proveer información permanente
sobre posibles condiciones climatológicas que afectaran la normalidad de
cualquier espacio geográfico.(Redpres, 2016)
A nivel nacional se ha hecho necesario la implementación de estaciones
meteorológicas en zonas específicas del territorio colombiano, por tal razón se han
puesto en marcha diferentes proyectos referentes a la observación y medición del
comportamiento climatológico, por ende, la instalación de una nueva estación en
el departamento de la guajira extremo nororiental de Colombia, es un gran avance
de innovación debido a que esta población podrá estar al tanto de los distintos
eventos que ocurran en esta región. Este proyecto es liderado por la Universidad
Rafael Belloso Chacín (URBE) de Venezuela, esta iniciativa tiene como objetivo
establecer una red de observatorios climatológicos enlazados por medio del
satélite Simón Bolívar, con la posibilidad de que se enlacen nuevos colaboradores
para cooperar con estudios referentes a situaciones meteorológicas.
18
Según él (Plan de desarrollo municipal, 2016-2019), la creación de estaciones
meteorológicas paso del 1% en la totalidad del municipio al 4,6%. En la región
cesar se adelantan proyectos encaminados a la creación de prototipos de
estaciones meteorológicas, debido a que se están presentando diferentes cambios
climáticos alarmantes, los cuales se han vuelto impredecibles y esto conlleva a
que los suelos cesarenses se desertifiquen, los ríos se deterioren y se le da paso
a un periodo donde se verán perjudicadas las actividades agropecuarias, los
cultivos y la minería.
Por consiguiente, estudiantes de la Universidad popular del Cesar tomaron la
iniciativa de diseñar un prototipo de estación meteorológica con conexión a
internet y a dispositivos Android, esto con el fin de llevar un registro de las
variables físicas del medio ambiente, por medio de esta se remitirán datos a una
plataforma web donde se recepcionará y visualizara las posibles fuentes de
alimentación de los sucesos que puedan llegarse a presentar.
Se indica así mismo según cifras del (IDEAM, s.f)que el cambio climático es la
afectación que devasta la mayor parte de todas las regiones en el mundo,
ocupando un 75% en desastres naturales, esto quiere decir que no hay control
alguno de la desenfrenada variabilidad de fenómenos que se están presentando
los cuales cada vez son más difíciles de contrarrestar. Los casquetes polares se
están derritiendo y a su vez el nivel del mar está aumentando. En ciertas regiones
las anormalidades meteorológicas y las inundaciones se han vuelto más
frecuentes, y otras apuntan a que el efecto venidero son olas de calor y sequias.
Los mayores estudios del clima demuestran que los factores no son concurrencias
directas del sistema climático, o a lo que normalmente se entiende como forzante
climático, lo que conlleva a que es un factor que forza al clima a un desconocido
estado, e incluso se pueden describir las causas como variaciones o tipos, ya que
podrían ser naturales las cuales incluirían acción volcánica o simples cambios en
19
la intensidad recibida desde el sol o atópicas que son las ocasionadas por todas
las actividades humanas, que van desde una minúscula quema de combustible
hasta la tala de centenares de bosques, y no menos importante existen causas
climáticas internas, que son las alteraciones en las corrientes marinas o el
desplazamiento atmosférico que puede afectar por ciclos más cortos.
La actividad humana ha incurrido de una manera tan radical en el mundo que los
sucesos del cambio del clima parecen ser el efecto secundario de las emisiones
de dióxido de carbono y otras emanaciones, lo cual ha favorecido la amplificación
de los distintos fenómenos climatológicos que se presenten alrededor de las
distintas zonas geográficas.(Semana, 2015)
Los fenómenos o eventos meteorológicos son variables que no podemos controlar
desde ningún tipo de sistema automatizado, aun así, una estación meteorológica
puede ser una herramienta muy significativa al momento de hacer un pronóstico
que nos ayude a balancear o saber cómo mitigar las afectaciones que causan
estos fenómenos meteorológicos.
1.1.1 Formulación del problema
Teniendo en cuenta lo mencionado en el planteamiento del problema surge la
siguiente pregunta ¿Qué elementos son necesarios para el diseño de una estación
meteorológica en el laboratorio de simulación de la Universidad de Santander
(UDES)campus Valledupar?
1.1.2 Sistematización del problema
Para encaminar la investigación y darle respuesta a la pregunta problema se
derivan 3 subpreguntas del problema formulado:
20
• ¿Cómo identificar las variables y tipos de sistema de control a implementar?
• ¿De qué modo se podrán definir los componentes técnicos e instrumentales
necesarios para la construcción de la estación meteorológica?
• ¿Bajo qué parámetros se diseñara el Manual de funcionamiento para la
estación meteorológica?
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 General
Diseñar una estación meteorológica para el laboratorio de simulación UDES.
1.2.2 Específicos
• Definir los componentes técnicos e instrumentales necesarios para la
construcción de la estación meteorológica.
• Validar el funcionamiento técnico y procedimental de la estación meteorológica.
• Diseñar un Manual de funcionamiento para la estación meteorológica..
1.3 JUSTIFICACIÓN
(Jimenez, Benito Capa, & Portela Lozano)Exponen la meteorología como la
ciencia que se basa en el estudio de la atmosfera, de sus propiedades y así
mismo los fenómenos que conciernen con respecto a las condiciones climáticas.
El estudio de la atmosfera, se fundamenta en una progresión de variables
meteorológicas, como la presión, temperatura, humedad las cuales presentan
variaciones tanto en tiempo como en el espacio.
21
Cuando se especifican las condiciones atmosféricas en una situación y espacio
concreto, se estaría departiendo del tiempo atmosférico. En este mismo orden y
dirección sabemos que el tiempo atmosférico es el factor que principalmente
demanda las condiciones de las actividades que se realizan al aire libre o en su
defecto bajo techo.
A diario se exhibe información meteorológica en los diversos medios de
comunicación y aunque muchas veces esta es motivo de conversaciones,
sabemos que los parámetros para obtener un concepto ideal de la compresión del
tiempo no son para nada sencillo; Desde tiempos remotos se ha intentado explicar
los fenómenos atmosféricos y sustentar sus causas. Mientras no se contaba con
los instrumentos necesarios surgieron distintas teorías religiosas y así mismos
conocimientos científicos de la época.
Pero en la actualidad la meteorología nos detalla que es una de la ciencia que
más avance refleja con respecto a la tecnología moderna implementada, los
meteorólogos son capaces en algún momento del desarrollo de sus procesos y
actividades de predecir el tiempo hasta con semanas de anterioridad sin apenas
llegar.
Sobre la base de las consideraciones anteriores los sistemas de monitoreo
meteorológicos en el presente son instrumentos esenciales para el estudio de las
condiciones medioambientales, lo que implica efectuar una medición de los
estados atmosféricos, el tiempo y los distintos fenómenos que puedan llegar a
producirse, interactuando así mismo la viabilidad de poder determinar la capacidad
de energía eólica y solar, y proporcionar a futuras investigaciones una base para
demostrar que las energías limpias es un gran avance para la solución de
problemas técnicos.
22
Por lo tanto, se ejecutará un análisis de la información registrada en tiempo real
para así proyectar datos explícitos de las posibles zonas donde se puedan
instaurar sistemas de generación y tener una estabilidad en los pronósticos, para
así conocer los posibles eventos climáticos que puedan perjudicar actividades
efectuadas por la sociedad y también los diferentes sectores socioeconómicos.
La presente investigación tiene como objetivo medir y registrar diversas variables
atmosféricas en la ciudad de Valledupar, la aplicación de este será para fines
académicos y de la puesta en práctica de los conocimientos adquiridos en las
diferentes asignaturas relacionadas con la automatización de procesos, además
permitirá el análisis de datos meteorológicos a través de la triangulación de la
información registrada entre la Universidad Rafael Bello Chacín, Universidad de la
Guajira y la Universidad de Santander, este tipo de información será de gran
utilidad para el desarrollo de futuros proyectos relacionados con el uso eficiente de
la energía.
1.4 DELIMITACIÓN DE LA VARIABLE
Este proyecto se delimitará desde los siguientes aspectos:
1.4.1 Temporal
Se pondrá en curso desde febrero del 2018 hasta noviembre del 2018, con el
precepto de que dure alrededor de 9 meses aproximadamente.
1.4.2 Espacial
Se ejecutará en la ciudad de Valledupar específicamente ubicada en el
departamento del César y se realizará una red de apoyo entre las universidades
23
Rafael Bello Chacín, Universidad de la Guajira y la Universidad de Santander en la
cual se llevará a cabo dicho proyecto.
1.4.3 Conceptual
La presente investigación tendrá como referencia los siguientes autores:
• Tamayo, Mario (1999) y su libro El proyecto de investigación.
• Hernández, Fernández y Baptista (1997) y su libro Metodología de la
investigación.
• Rodríguez, Benito y Pórtela (2004) y su libro Meteorología y climatología.
• Baquero, Mejía (2016) y su tesis de grado Prototipo de estación meteorológica
con conexión a internet y a dispositivos Android.
1.4.4 Institucional
Este proyecto se desarrollará específicamente en el laboratorio de simulación de
la Universidad de Santander campus Valledupar, programa de ingeniería industrial
y pertenece al grupo de investigación nuevas tecnologías UDES.
24
CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO
Este capítulo permite constituir las bases teóricas para la investigación de la
variable objeto de estudio, concediendo nuevas estrategias que permitan el
asentamiento de estudios e investigaciones relacionadas a esta temática.
2.1 ANTECEDENTES
1. (ALAND, 2016), Tesis para optar por el título de pregrado, el cual presento la
tesis titulada Diseño e implementación de una estación meteorológica
utilizando micro controlador arduino-raspberry pi con radio enlace para la
universidad nacional de ingeniería en Lima-Perú, cuyo objetivo fue desarrollar
el proceso del diseño de ingeniería de una estación meteorológica, que sirva
como base tecnológica para un modelo de negocio comercial de estaciones
meteorológicas experimentales para investigación académica. Posteriormente
los autores de referencia expuestos en esta tesis fueron los siguientes:
• Andrew K. Dennis (Mumbai 2013)
• Jonathan Oxer, Hugh Blemings (Springer 2009)
• Jorge Luis Fuentes, Yague (Madrid 1996)
• Jorge Suarez, José Alberto Di Candía (ArboEditores 1953)
• SilaMichaelides (Springer 2008)
En la investigación citada anteriormente utilizó la siguiente metodología, donde
en la primera etapa se realizó un análisis bibliográfico para definir el diseño e
implementación de una estación meteorológica, donde se determinaron los
componentes necesarios para poner en funcionamientos la estación
meteorológica, todo esto teniendo presente las variables a analizar, no
obstante una vez completada esa etapa se adaptaron los sensores
acondicionándoles para que funcionaran en conjunto con los micro
25
controladores de la estación, posteriormente se realizó una calibración en base
para tener más exactitud en los resultados, luego de esto se estableció la
estructura para ensamblar todos elementos obteniendo así una sola
unidad.Esta tesis fue de gran importancia porque ayudo a enriquecer y
esclarecer los diferentes conceptos y teorías para lograr los resultados
esperados en la investigación.
2. (OROZCO USCATEGUI, 2015), Tesis para optar por el título de pregrado, el
cual presento la tesis titulada, cuyo objetivo fue diseñar e implementar un
prototipo de estación meteorológica con telemetría que permita registrar
variable físicas con un software de análisis que determine el potencial de la
energía solar y eólica.
Los autores de referencia que utilizaron para la realización de este proyecto
fueron las siguientes:
• Rodríguez A. (2006)
• Mendoza E. (2006)
• Gómez J, Montaluisa Pablo (2007)
• SongYu, GouXingang (2010)
• Lujan De Francisco ( Catalunya, 2008)
En la tesis referenciada anteriormente considero como metodología el análisis
bibliográfico del Diseño e implementación de un prototipo de estación
meteorológica con telemetría para un análisis energético solar y eólico, el cual
llevo a cabo a definir los siguientes parámetros y componentes según las
variables a medir los cuales fueron: sensores, tecnología de comunicación y
sistema de procesamiento, posteriormente a esto se realizó una comparación
de consumo de potencia y un análisis de calidad/costo de los diferentes
componentes a utilizar. Posteriormente menciona la creación de módulos tales
como: módulo de comunicación GSM, un módulo de guardado en memoria SD
26
y una pantalla táctil que funcionan en conjunto con una tarjeta de
programación, los autores afirman que una vez acoplado todos los componente
se realizaron calibraciones a los sensores, Subsiguiente a esto afirman que se
desarrolló el software que contiene un explorador de recurso solar y eólico.
Esta tesis tuvo una gran consideración para el presente proyecto debido a que
proporciono una base metodológica para complementar y establecer algunos
procedimientos y pautas para llevar a cabo esta investigación.
3. (ALBERTO, 2016), Tesis para optar el título de posgrado, el cual presento la
tesis titulada Diseño e implementación de una estación meteorológica con
Raspberry Pi, esta tesis fue realizada en la Universidad de Oberta de
Catalunya, el objetivo de esta tesis fue diseñar y construir una estación
meteorológica remota y modular.
Los autores en los cuales se basó esta tesis fueron:
• Lazaro, BielSole (2001)
• Olive, Prat soler (2001)
• Norris David (2013)
• Tojeiro Calaza (2016)
• Sánchez Robert (2001)
La tesis mencionada anteriormente cuyo autor cita que la metodología utilizada
se basó en 3 actividades claves que fueron definición de conceptos y
componentes a utilizar, posteriormente a esto el autor estableció un diagrama
de bloques donde se puedo notar gráficamente las partes y el flujo que lleva
cada una de estas y por último el ensamble y calibración de todos los
componentes de la estación meteorológica.
27
Esta tesis fue de gran relevancia para el proyecto debido a que aporto
información que ayudo a definir el desarrollo teórico y metodológico del
proyecto.
4. (BAQUERO TORREZ, 2016), Tesis para optar por el título de pregrado, los
cuales presentaron la tesis titulada Prototipo de estación meteorológica con
conexión a internet y a dispositivos Android, la cual fue realizada en la
Universidad Popular del Cesar, proponiendo como objetivo diseñar y construir
de un prototipo de estación meteorológica con conexión a internet para la
comunicación de los datos y gestión de los mismos.
Los autores en los cuales se basaron fueron los siguientes:
• Velasco Martínez (2016)
• Sierra Guzmán (2016)
• Matias Martínez (2015)
• NaoulYemlahi (2016)
• Cáceres Lara (2009)
La tesis a la que se hizo referencia anteriormente, la cual presenta un prototipo
de estación meteorológica con conexión a internet y a dispositivos Android,
donde los autores expresan que la metodología utilizada se basó en
búsquedas bibliográficas, donde se definieron los componentes necesarios
para el buen funcionamiento de la estación meteorológica, posteriormente se
ensamblaron las partes para la conformación del hardware, para proceder a
calibrar cada uno de los instrumentos que constituye esta herramienta, en la
parte del software los autores resaltan de la utilización de algoritmos para la
predicción de ciertos fenómenos naturales.
28
Esta tesis fue de gran importancia debido a que aporto gran información
respecto al desarrollo metodológico.
2.2 BASES TEÓRICAS
2.2.1 Variables
2.2.1.1 Humedad
Según (Martinez, s.f), la humedad es una propiedad que detalla el contenido de
vapor de agua que se relaciona con un gas el cual se puede reflejar en términos
de diversas magnitudes, ya sea directamente o en su defecto ser calculadas a
partir de las dimensiones de dichas magnitudes, donde la aplicación influye de
manera proporcional con la magnitud. En meteorología según la (AEMET, 2016)la
humedad se expresa con la temperatura de bulbo húmedo y en otros casos con la
de punto de rocío, en otras prácticas como cámaras de humedad o en cuarto
limpios se usa la humedad relativa.
2.2.1.2 Temperatura
En cuanto concierne a la temperatura como lo expresa (Hugh & Freedman, 2014),
todo se origina de las ideas cualitativas de lo relacionado con caliente y frio, pero
en términos científicos se describe la temperatura como el movimiento de forma
aleatoria entre los átomos y las moléculas de una sustancia y que es directamente
proporcional a la energía cinética y esta varía dependiendo del contacto con otros
cuerpos. En el intento de cuantificar la temperatura se desarrolló el termómetro, el
cual fue el primer sistema que encontraba el equilibrio térmico y registraba la
escala de acuerdo al lugar donde se registraran los datos.
29
2.2.1.3 Presión atmosférica
Hecha la observación anterior proseguimos con la presión atmosférica, la cual se
sustenta según (Torricelli, 2015) como la fuerza que ejerce el aire por unidad de
superficie que estructura la atmosfera sobre el espacio terrestre.
Todo este sistema se dio por el principio del barómetro y demostró que con
obtener una medida de presión atmosférica quizás no se puedan sacar muchas
conclusiones, pero sin embargo dicha información unida a otros datos
meteorológicos como (humedad, temperatura, precipitación) podría otorgar una
percepción pertinente del tiempo atmosférico.
2.2.1.4 Precipitación
Por otro lado, (Organización Meteorológica Mundial, s.f), detalla la precipitación
como un fenómeno atmosférico, por medio del cual se presenta una condensación
del vapor de agua en las nubes en el momento en que estas atraviesan capas de
aire frio. Se sobreentiende que la precipitación está ligada a tres factores:
radiación, temperatura y presión, cuando la magnitud de la precipitación desborda
la capacidad de filtración del suelo se anuncia el deslizamiento superficial que
puede dar espacio a que se presenten inundaciones en las partes más bajas.
2.2.1.5 Luminosidad
En relación con las observaciones anteriores, se analiza lo que sería la
luminosidad que conforme a (Hale & Keeler, 2015) se define como la duración del
brillo solar, haciendo representación al tiempo que dura la incidencia de luz directa
sobre un lugar determinado, añadiendo que el total de horas de brillo solar
representa uno de los factores que delimita el clima de dicho lugar. Los estudios
adecuados sobre el sistema de luminosidad permiten estimar características de
30
proporción en relación a la nubosidad y radiación solar, de modo que se pueda
obtener un bosquejo sobre la disponibilidad de luz para el beneficio de la energía
solar en un lugar específico o en su defecto en el país.
2.2.2 Tipos de sistemas de control
2.2.2.1 Control proporcional
Resulta así mismo significativo, integrar los tipos de sistemas de control que
influyen en el proyecto, iniciando con el control proporcional que se define según
(Villajulca, 2015), como la desigualdad entre la señalización de las variables
dentro del proceso y el error, dicha diferencia otorgaría un valor que representara
lo que el proceso se estaría desviando.
Siempre, cuando se hable del valor que representa esa desviación debe
especificarse si se refiere a la ganancia o en su defecto a la banda proporcional,
para evitar confusiones, puesto que el enunciar solo el valor sin hacer ningún tipo
de aclaración del control que se está implementando podría inducir a la confusión
o al error.
2.2.2.2 Control derivativo
Seguidamente se detalla el control derivativo, que según (Villajulca, 2015) es la
acción de control que se implementa en los lazos para la regulación automática y
se presenta en el tiempo en que hay una variación en el valor absoluto del error.
De manera concreta la acción de control derivativo limita el intervalo de tiempo en
que el proceso se adelanta al efecto de acción proporcional.
31
2.2.3 Componentes técnicos e instrumentales
2.2.3.1 Shield
(arduino, 2015) Expresa que las tarjetas Shield son placas de circuitos modulares
que tienen como principal función proporcionarle al arduino la capacidad extra
para el ampliar el funcionamiento del hardware.
2.2.3.2 Memoria sd
Según (Porto, 2016) las tarjetas SD (SECURE DIGITAL) son dispositivos de
almacenamiento en el cual se puedo guardar cualquier tipo de información, donde
su tamaño y precio es muy favorable para la realización de copia de seguridad de
datos o información muy importantes.
2.2.3.3 Raspberry pi
(Castro, 2014) Expresa que la Raspberry Pi es una placa de tamaño mínimo,
posee un micro procesador ARM con potencia de hasta 1GHz, integrado en un
chip Broadcom BCM2835. Además cuenta con 512 MB de RAM, un GPU
Videocore IV, todo lo necesario para poder ejecutar programas básicos, navegar
por internet y por supuesto programar.
2.2.3.4 Arduino
Según (Morato, 2009) el arduino es una plataforma de hardware libre, basada en
una placa con un micro controlador y un entorno de desarrollo, diseñada para
facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares, el Arduino se
puede utilizar para desarrollar elementos autónomos, conectándose a dispositivos
e interactuar tanto con el hardware como con el software.
32
2.2.3.5 Sensores
(LTDA, 2001) Expresa que un sensor es un dispositivo que detecta o mide
manifestaciones de cualidades o fenómenos físicos, químicos o biológicos como
por ejemplo la energía, velocidad, aceleración, tamaño, cantidad, etc. Un sensor
es dispositivo que transforma la magnitud que se quiere medir, en otra, que facilita
su medida. Pueden ser de indicación directa (termómetro de mercurio) o pueden
estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor
analógico al digital, un ordenador y un display) de modo que los valores medidos
puedan ser leídos por un humano y/o almacenados en formato digital.
2.2.3.5.1 Humedad
Los sensores de humedad es una herramienta fundamental en una estación
meteorológica por que miden la concordación entre la cantidad de vapor de agua
que posee el aire y el punto máximo de que pueda poseer, por esta razón a mayor
temperatura, mayor es la capacidad que contiene el aire para absorber vapor de
agua.
2.2.3.5.2 Temperatura
La temperatura es un parámetro que identifica el calor en un sistema. Lo que
quiere decir que un sensor de temperatura nos permitirá medir la cantidad de calor
existente en un ambiente determinado.
2.2.3.5.3 Nubosidad
Este tipo de sensor capta o mide la cantidad de fracciones de cielo cubiertos con
nubes, todo esto para estimar la cantidad de visibilidad del observador, El principal
33
problema asociado con este método es que no se pueden hacer mediciones bajo
condiciones de visibilidad muy baja.
2.2.3.5.4 Ruido
Un sensor de ruido tiene como función medir los niveles de presión de sonido en
área determinada, esta variable es medida en decibeles o decibeles ajustados.
2.2.3.5.5 Precipitación
El sensor de precipitación tiene la función de medir la cantidad de agua lluvia que
cae en el instante, esto se logra teniendo en cuenta el nivel del contenido de un
recipiente, donde con sensores de nivel se puede determinan la cantidad de
precipitación de agua lluvia en un tiempo determinado.
2.2.3.5.6 Luminosidad
Son dispositivos utilizan el principio de detección termoeléctrica, por el que la
radiación entrante es absorbida casi en su totalidad por una superficie horizontal
ennegrecida, para una gama de longitudes de onda muy amplia. El incremento de
la temperatura resultante se mide a través de termopares conectados en serie o
en serie/paralelo para conformar la termopila.
2.2.3.6 Transductores
Según (METEOROLOGIA, 2010) Un transductor es el dispositivo que transforma
una magnitud física (mecánica, térmica, magnética, eléctrica, óptica, etc.) en otra
magnitud, normalmente eléctrica, estos son dispositivos que
34
2.2.6.6.1 Irradiación
El transductor de irradiación transmite la energía transferida o emitida por la
radiación, por lo tanto esto se logra midiendo la energía en cualquier medio en
forma de ondas electromagnéticas o partículas.
2.2.6.6.2 Humedad
Los transductores de humedad convierten la magnitud física de humedad del aire
en una señal normalizada, que la transfiere a un sistema de control.
2.2.6.6.3 Iluminancia
Los transductores de iluminancia captan la intensidad luminosa y la convierten en
una señal eléctrica para que un controlador pueda trabajar los valores de
medición, En conexión con un registrador de datos puede almacenar los valores
de luminosidad a través de un periodo de tiempo, lo que permite por ejemplo
determinar las horas de luz solar.
2.2.3.7 Panel solar ordinario
Según (Gardey & Pérez Porto, 2015) Un panel solar es un dispositivo que
aprovecha la energía del sol para generar calor o electricidad. Según estos dos
fines podemos distinguir entre colectores solares, que producen agua
caliente (generalmente de uso doméstico) utilizando la energía solar térmica, y
paneles fotovoltaicos, que generan electricidad a partir de la radiación solar que
incide sobre las células fotovoltaicas del panel.
Los paneles solares ordinarios constan de multitud de celdas, llamadas células
fotovoltaicas, que convierten la radiación solar en electricidad. Se genera
electricidad debido al 'efecto fotovoltaico' que provoca la energía solar (fotones),
35
generando cargas positivas y negativas en dos semiconductores próximos de
distinto tipo, lo que genera un campo eléctrico que producirá corriente eléctrica.
2.2.3.8 Tarjeta wifi
(Telepieza, s.f) Expresa que la Tarjeta Wifi es el dispositivo necesario para poder
acceder a todos los servicios de internet o de una red local inalámbrica.
2.2.3.9 Modulo gps
Según(CARLOS & HOLANDA BLAS, 1998) Los módulos están en conexión con
muchos satélites que se encuentran a kilómetros fuera de la atmosfera terrestre,
por lo tanto recibe las señales para permitir a los usuarios saber la geo
localización exacta de donde se encuentran.
36
CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO
(Leguia, 2010) Expresa que el marco metodológico tiene como principal función
verificar las actividades de los proceso a ejecutar en una investigación, asimismo
determinar si las herramientas que se utilizaran en la investigación son las idóneas
para la solución de dicha problemática, Especifica los distintos procedimientos
técnicos para la recolección, presentación y análisis de datos, con el propósito de
dar cumplimiento al desarrollo de los objetivos del estudio.
En el presente estudio se define el tipo de investigación y algunos aspectos
generales de la población a estudiar.
3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN
Teniendo en cuenta que al momento de solucionar un problema de manera
científica, (Tamayo Tamayo, 2004) expresa que es muy beneficioso poseer un
conocimiento específico de los posibles tipos de investigación que se pueden
tomar como lineamientos; este conocimiento hace posible prevenir equivocaciones
al momento de elegir el procedimiento técnico idóneo para una actividad
específica.
Según (Hernandez Sampieri , 2010) la presente es una investigación descriptiva,
porque pretende describir una realidad a través de la recolección de datos
primarios y secundarios; es decir, busca medir o recoger información de manera
independiente o conjunta sobre los conceptos o variables que se refiere, para
especificar características y procesos sometidos al análisis.
37
3.2 DISEÑO DE INVESTIGACIÓN
Según (Tamayo, 2001), señala que el diseño de investigación Es un planteamiento
de una serie de actividades continuas establecidas de manera coherente y
organizada que nos identifican el paso a paso, pruebas y técnicas a utilizar para
recolectar y analizar los datos. Al igual que Sabino, en función de los tipos de
datos, este autor, identifica dos tipos básicos: bibliográficos y de campo, lleva
implícito una estructura a seguir en la investigación, sobre la cual se han de
ejercer los controles necesarios con el fin de obtener resultados confiables y
determinar así mismo su relación con las interrogantes surgidas de los supuestos
e hipótesis y del problema.
El diseño de la presente investigación se clasifica como diseño no experimental,
debido a que se analizan las situaciones ya existentes dentro de la zona de
estudio, que se desenvuelven en un ambiente natural. Posteriormente se puede
afirmar que es de tipo transaccional, ya que la recolección de datos se realizó en
un solo momento y un tiempo único con el objetivo de realizar una descripción de
las variables y determinar su incidencia.
3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA
Según (Hurtado, 1998), la “población es el total de los individuos o elementos a
quienes se aplica la investigación, es decir, todos los elementos que vamos a
estudiar. De igual manera, (Balestrini, 2006) define la población como: “conjunto
finito o infinito de personas, casos o elementos, que presentan características
semejantes”
Sumado a esto (Balestrini, 2006), señala que: “una muestra es una parte
representativa de una población, con unas características fundamentales que
deben producirse lo más detallado posible.
38
3.4 ANÁLISIS DE DATOS
Para ejecutar el análisis e interpretación de los datos, se debe tener en cuenta los
resultados que se obtuvieron mediante el uso de la herramienta de la recolección
de la información a través de la tabulación de los resultados obtenidos.
39
CAPÍTULO IV. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
4.1 DEFINIR LOS COMPONENTES TÉCNICOS E INSTRUMENTALES
NECESARIOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA ESTACIÓN
METEOROLÓGICA
La implementación de este proyecto se ha divido en 3 etapas (Hardware,
Firmware y Plataforma Web),cuya finalidad es la implantación de un modelo
informático capaz de procesar cada una de las propiedades y características de
las variables de medición, tiempos de reacción y capacidad de desarrollar
distinciones gráficas para así obtener en tiempo real las variables específicas para
un análisis metódico.
4.1.1 Implementación del Hardware
La implementación del hardware inicia con el reconocimiento de los sensores
disponibles en el mercado para los requerimientos mínimos del prototipo,
estableciendo comparaciones de costo/beneficio, variables físicas a medir y la
proyección en cuanto a los componentes electromecánicos y mecánicos.
Cualquier otro elemento involucrado en el soporte físico que coadyuve al
desarrollo de la unidad central de procesamiento posibilitara la alta calidad de la
estación meteorológica para procesar y visualizar un equipo multifuncional capaz
de cubrir cualquier expectativa.
40
4.1.2 Fichas técnicas de los componentes técnicos e instrumentales.
4.1.2.1 Microntrolador Genuino Arduino Atmega 328
Microcontrolador de elevada función Atmega328P de 8 bits, con arquitectura
RISC. El Atmega328P en formato DIP es manejado en el Arduino Uno R3.Tiene
características como: 32 KB de memoria flash; con amplitud de leer mientras se
escribe, 1 KB de memoria EEPROM, 2 KB de SRAM, 23 líneas de E/S de
propósito general, 32 cacheos de procesos generales, tres temporizadores
flexibles, contadores con método de comparación, suspensiones internas y
externas, programador de modo USART, una interfaz serial orientada a byte de 2
cables, SPI e I2C, 6 canales 10-bit Conversor A/D, "watchdogtimer" sistematizada
con oscilador interno, y cinco formas de ahorro de energía seleccionables por
software. El dispositivo opera entre 1.8 y 5.5 voltios. Su construcción le permite
ejecutar preceptos en un solo ciclo, alcanzando una potencia de 1 MIPS.
Tabla 1. Microntrolador Genuino ArduinoAtmega 328
Un ATmega328 en el paquete DIP, precargado con el Arduino
(16MHz) Bootloader. Esto le permitirá utilizar el código Arduino en
su proyecto integrado personalizado sin tener que usar una placa
Arduino real.
Rango de voltaje
De acuerdo con la hoja de datos de Atmel, el voltaje de trabajo seguro a 16MHz está entre 3.8V y 5.5V.
Estos chips son adecuados para funcionar con baterías de 3x 1.5V. Dicho esto, no hemos tenido
problemas para ejecutar estos chips hasta el voltaje de corte de 2.7V a 16MHz. Esto significa que
pueden funcionar con 2 baterías de 1.5V y es útil cuando se interactúa con dispositivos de 3.3V, ya que
no hay conversión de nivel de voltaje necesario.
Fuente: Elaboración Propia.
41
4.1.2.2 Sensor de lluvia Precipitación Panel resistivo (MH-RD)
Este sensor está proyectado para el control de instrumentos en función de la
lluvia. La placa está compuesta por una superficie niquelada que soporta la
oxidación y alargala vida útil de la misma. Consiste en una PCB MH-RD y un
módulo YL-38 que contiene un CI comparador LM393 SMD muy estable, un led de
encendido y otro de activación de salida digital. Este terminal cuenta con 2 pines
de conexión dirigidos hacia el módulo MH-RD, 2 pines que servirán de
alimentadores y 2 pines de datos. Necesario para interactuar dispositivos
relacionados con cobertizos, parcelas y aquellas propiedades que se puedan ver
afectadas en concepción del clima. Además, cuenta con sensibilidad que puede
ser ajustable con el recurso del potenciómetro.
Tabla 2.Sensor de lluvia Precipitación Panel resistivo (MH-RD)
Los sensores de lluvia se utilizan en la detección de agua más
allá de lo que un sensor de humedad puede detectar.
Funcionamiento
El sensor de lluvia detecta el agua que completa los circuitos en las pistas impresos de sus tarjetas de
sensores. La tarjeta del sensor actúa como una resistencia variable que cambiará de 100kohm cuando
está mojado a 2Mohm cuando está seco. En resumen, cuanto más húmedo sea el tablero, mayor será la
corriente que se llevará a cabo.
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.2.3 Sensor de presión atmosférica BMP280
El cometido de este sensor barométrico se encuentra en la precisión basado en el
BMP280 de Bosch, que es la transformación de BMP085 y BMP180; que en
materia de solución permitirá medir la presión barométrica y la temperatura con
una placa Arduino o en su defecto Raspberry Pi. A diferencia de los BMP085 y
42
BMP180 permite conexión por I2C como por SPI lo cual es beneficioso, puesto
que evita conflictos con las direcciones y igualmente mejora la exactitud siendo de
±1 hPa en presión y 1ºC en temperatura.
Por otro lado, dado que la presión presenta variaciones con respecto a la altitud,
asimismo se puede utilizar como altímetro (con una precisión de 1m).
Tabla 3.Sensor de presión atmosférica BMP280
El sensor de presión barométrica BMP180 está diseñado para
leer la presión atmosférica y de esta forma estimar indirectamente
la Altura sobre el nivel del mar. La presión atmosférica es la
fuerza que ejerce el aire (atmósfera) sobre la superficie de la
tierra.
Características
Modelo: GY-BMP280-3.3
Chip: BMP280
Fuente de alimentación: 3V
Método de comunicación: Protocolo de comunicación estándar I2C/SPI
Rango de presión de aire: 300-1100hpa
Paso de pasador: 2.54mm
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.2.4 Sensor de viento anemometro de 3 ASPAS
El receptor de corriente de aire está diseñado para la obtención del componente
horizontal de la celeridad del viento, contextualizado en la temática de la
meteorología y la tecnología de medida ambiental. El cálculo de medición se da
por medio de las salidas en formato digital. Contribuye de gran manera en la
transmisión a instrumentos de visualización, mecanismos de grabación y registros
de datos, así como a métodos de control de procesos. Para la variación en cuanto
al clima en invierno, el instrumento se encuentra equipado con un calentador
regulado electrónicamente el cual garantiza el desempeño de los rodamientos de
bolas y evita que el eje central y la ranura se sujeten.
43
Tabla 4.Sensor de viento anemómetro de 3 ASPAS
Los anemómetros miden la componente horizontal de la velocidad
del viento, que es un parámetro crucial para los sistemas de
elección de emplazamiento. Los anemómetros de copa son el tipo
de anemómetro estándar.
Características
Rodamientos de bolas de precisión de 4 a 20 mA o de impulsos. Fácil montaje de copa de nylon
reemplazable Certificado de calibración del túnel de viento disponible Carcasa de aluminio anodizado.
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.2.5 Sensor humedad realtiva absoluta REF. DHT11
El DHT11 es un sensor digital de temperatura y a la vez de humedad relativa, el
cual utiliza un sensor capacitivo con control de humedad y un termistor para la
medición del aire adyacente, mostrando en tiempo real los datos mediante una
señal digital en el pin. Dicho sensor genera datos cada dos segundos. Está
rigurosamente calibrado en laboratorio, exteriorizando precisión en la calibración.
Los factores de calibración son almacenados como programas en la memoria OTP
del dispositivo, dichos datos son empleados por un proceso de señal interna del
sensor, generando un historial de acuerdo a cada calibración.
Tabla 5.Sensor humedad relativa absoluta REF. DHT11
El Módulo DHT11 es un sensor que permite mediciones de
temperatura y humedad relativa (RH). Su tecnología garantiza la
alta fiabilidad y una excelente estabilidad a largo plazo. Es
compatible con la tecnología Arduino, PIC, AVR, COP, DSP,
STM32
Características
Rango medición temperatura: 0°C a 60«C.
Resolución temperatura: 0,1SC.
Error medición temperatura: ±22C.
Rango medición humedad: 20% a 90% RH (Humedad Relativa). Resolución humedad: 1% RH.
44
Error medición humedad: ±5% RH.
Voltaje alimentación: 3,3v a 5v.
Tiempo de respuesta: <5s.
Estabilidad a largo plazo: ±1%HR/año.
Ideal para proyectos con ARDUINO.
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.2.6 Sensor Luminosidad LDR 12MM Shield V2.2
Es un dispositivo que evalúa la resistencia en función de la luz recibida. Podemos
emplear la variación para mesurar, a través de las entradas analógicas, una
valoración del nivel de la luz. El foto resistor está constituido por un
semiconductor, específicamente sulfuro de cadmio. El efecto al incidir la luz sobre
los fotones, es que son captados, produciendo que los electrones se transporten a
la banda de conducción y, por ende, se reduzca la resistencia del componente.
Por tal razón, un foto resistor merma su resistencia a medida que eleva la luz
sobre él.
Tabla 6.Sensor Luminosidad LDR 12MM Shield V2.2
Este módulo contiene una Fotorresistencia LDR, se utiliza
principalmente como detector de luz, el pin de salida (DO)
proporciona una salida digital, la cual es un 1 cuando se supera el
límite del brillo de la luz establecido por medio del potenciómetro,
y es un 0 cuando está por debajo del límite. La salida DO puede
conectarse directamente a un micro controlador. Compatible con
Arduino.
Características
Voltaje de funcionamiento: 3.3V ~ 5V
Tipo: Resistencia dependiente de luz
Utiliza el comparador de voltaje LM393
Salida digital (DO), con capacidad de corriente de hasta 15mA
Dimensiones: 3.2cm x 1.4cm
Fuente: Elaboración Propia.
45
4.2.2.7 Sensor temperatura exterior DS18B20 SONDA
Está conformado por un procesador con distintos módulos, los cuales tienen como
función controlar el enlace de información, medir la temperatura, y administrar el
sistema de alarmas. La ventaja del DS18B20 es su bus de comunicación 1-Wire
que le otorga la capacidad de transferencia empleando únicamente un cable de
datos. Para ello, 1-Wire está fundamentado en un modelo de timings en la señal,
entre el dispositivo transmisor y el radio receptor. El dispositivo 1-Wire permitirá
que los dispositivos que se encuentren acoplados al bus se provean a través de la
línea de datos.
Tabla 7.Sensor temperatura exterior DS18B20 SONDA
El sensor DS18B20 permite medir temperaturas de hasta 1258C
de forma fácil y además está sellado en un envoltorio estanco que
permite sumergirlo en un líquido o protegerlo de la intemperie.
Dado que es un sensor digital, la señal leída no se degrada
debido a la distancia del cableado.
Características
Rango de temperatura: -55 a 125°C Resolución: de 9 a 12 bits (configurable) Interfaz 1-Wire (Puede
funcionar con un solo pin) Identificador interno único de 64 bits Múltiples sensores puede compartir el
mismo pin Precisión: ±0.5*C (de -10#C a +85°C) Tiempo de captura inferior a 750ms Alimentación: 3.0V
a 5.5V
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.2.8 Shield wifi o Ethernet para arduino REFW5100
El Arduino Ethernet shield nos permite enlazar un Arduino a una red Ethernet. Es
la pieza que implementa la pila de protocolos TCP/IP. Para utilizar la Ethernet
Shield hay que acoplarla sobre la placa Arduino, y así articular los sketches a la
placa con el shield, realizar la conexión al ordenador por medio del cable USB.
Posteriormente conexionar el puerto Ethernet a un ordenador, switch o su defecto
46
router, empleando un cable Ethernet standard (CAT5 o CAT6 con conectores
RJ45). El enlace al ordenador utilizara un cable cruzado o se podría efectuar el
cruce de forma interna.
Tabla 8.Shield wifi o Ethernet para arduino REFW5100
El Wiznet W5100 provee de una pila de red IP capaz de soportar
TCP y UDP. Soporta hasta cuatro conexiones de sockets
simultáneas. Usa la librería Ethernet para leer y escribir los flujos
de datos que pasan por el puerto ethernet. Me permitirá escribir
sketches que se conecten a internet usando la shield.
Características
Es compatible con el Arduino UNO y Arduino Mega.
El shield provee un conector ethernet estándar RJ45 y un conector lector de tarjeta Micro SD
El botón de reset en la shield resetea ambos, el W5100 y la placa Arduino. El shield contiene un número
de LEDs para información:
PWR: Indica que la placa y la shield están alimentadas
UNK: Indica la presencia de un enlace de red y parpadea cuando la shield envía o recibe datos
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.2.9 Caja Dexson Exterior
El material Dexson reafirmara una solucion innovadora y una calidad excepcional
para el proyecto. Los acabados realizados permitiran estandares de calidad,
funcionalidad y conectividad de acuerdo a las necesidades presentes. El montaje
de la estacion meteorologica cumplira con terminaciones, instalaciones limpias,
retenedores unicos y cierres hermenicos, conduciendo y protegiendo el cableado
incorporado en el diseño y asi mismo preservando la gran variedad de accesorios
para hacer del proyecto un compuesto garantizado, que cubra condiciones
mecanicas y todo el alto grado de proteccion en cuanto a los mecanismos alojados
en su interior.
47
Tabla 9.Caja Dexson Exterior
Caja fabricada en material de alta resistencia el cual brinda
extraordinarias condiciones mecánicas, con un alto grado de
protección a los mecanismos alojados en su interior, con película
de protección que brinda una excelente apariencia después de
ser instalada.
Características
LARGO: 40X40X15 MATERIAL: PVC
Resistente a los rayos ultra violeta, auto extinguible, irrompible, no conduce electricidad.
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.2.10 Tarjeta Shield de Conexión Sensores PCB’S con 6 entradas
El Shield 6 canales o shield de potencia para Arduino es modelo para diseños de
automatización y domótica. Cuenta con seis salidas relevadores. Coadyuva en la
conexión de cargas con corriente directa (CD) así como corriente alterna (CA).
Una propiedad significativa es que posibilita la conexión de cuatro sensores
analógicos con señales de 0 a 5 Volts y sensores con Interfaz de comunicación.
Para la Revisión de esta tarjeta se debe tener en cuenta el acceso a seis entradas
digitales donde dos son para voltajes de entrada entre 5 y 12 Volts, diseñado con
el funcionamiento de esos prototipos en los que se tenga algún sensor digital de
mayor voltaje.
Tabla 10.Tarjeta Shield de Conexión Sensores PCB’S con 6 entradas
Shield para arduino con conectividad a diferentes módulos de
sensores o dispositivos. Ideal para proyectos donde requieres
todas las conexiones posibles. Esta tarjeta es la sensor shield
versión 4.0. Además de que todas son compatibles con pines
cableo jumper hembra.
Características
Voltaje de funcionamiento: 5VDC
Voltaje de entrada (recomendado): 7-12VDC
Voltaje de entrada (límites): 6-20VDC
48
Puerto analógico abrochado: conexión práctica y sólida a 6entradas analógicas con VCC / GND
Puerto 10 digital: 13 puertos preparados para módulos digitales o servos
Puerto de 10 analógico: conexiones de cabecera de pin macho.
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.2.11 Cableado RED UTP CAT6E, Cableado BUS DATOS N4, Cableado AC-
DC
El Cable de categoría CAT6 es un estereotipo de cable para medida de
información giga bit ethernet y distintos protocolos de sistemas retro compatible
con los modelos de categoría 5/5e y categoría 3. La clase 6 posee propiedades de
ondulaciones y especificaciones para obstaculizar la diafonía y el ruido. Por
consiguiente, encontramos el cable bus de datos que está conformado por un
grupo de cables que se encuentran como delineaciones sobre una placa de
circuito impreso, que transportara la información de la estación meteorológica, por
otro lado será el medio que trasladara las ubicaciones en las que se encuentre
información específica, y direccionara las señales de control para garantizar que
las distinta partes de la estructura utilicen su ruta compartida sin conflictos. Se
utilizará un adaptador de corriente AC/DC que dentro de sus funciones sirve como
convertidor de corriente y alimenta los dispositivos eléctricos que no contienen su
propia fuente de alimentación interna.
Tabla 11.Cableado RED UTP CAT6E, Cableado BUS DATOS N4, Cableado AC-
DC
El cable UTP se trata de una vía de conexión con un par de
conductores eléctricos entrelazados de manera tal que logren
eliminar la diafonía de otros cables y las interferencias de medios
externos. Un bus de datos es un dispositivo mediante el cual al
interior de una computadora se transportan datos e información
relevante.
Características
BUS
49
El término "ancho" se utiliza para designar el número de bits que un bus puede transmitir
simultáneamente.
La velocidad del bus se define a través de su frecuencia (que se expresa en Hercios o Hertz), es decir el
número de paquetes de datos que pueden ser enviados o recibidos por segundo.
UTP
Permite la interconexión de equipos y dispositivos en las redes locales. Acorde al momento tecnológico,
cada tipo de cable tendrá diferentes valores máximos de transmisión (velocidades), sin embargo
combinar diferentes VMT, genera que la red no proporcione el rendimiento máximo._
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.2.12 Router TPLICK WR840N
El firmware para el auto aprovisionamiento del router será la base fundamental del
prototipo puesto que permitirá plantear la configuración del mismo de la manera
deseada, y cuando el usuario lo reinicie, no vuelva las indicaciones de los valores
iníciales de fábrica, sino que posibilitara los valores deseados por el operador.
Evitará de manera automática los choques de canal interactuando con la selección
de canal y contribuirá del mismo modo en la unión de canales, lo que elevara el
rendimiento inalámbrico.
Tabla 12.Cableado RED UTP CAT6E, Cableado BUS DATOS N4, Cableado AC-
DC
El TL-WR840N crea un rendimiento inalámbrico excepcional y
avanzado, lo que lo hace ideal para el streaming de video de alta
definición, VolP y juegos en línea. Además, Wi-Fi Protected Setup
(WPS) en el exterior elegante y de modo, asegura al WPA2 la
prevención de la red de intrusiones externas.
Características
Velocidad de transmisión Inalámbrica de 300Mbps ideal tanto para las tareas sensibles a banda ancha y
trabajo básico.
50
Fácil encriptación de seguridad con sólo presionar el botón WPS.
El Control de Banda ancha basada en IP permite que los administradores determinen cuánta banda
ancha está distribuida a cada PC.
El puente inalámbrico WDS proporciona un conexión de enlace sin interrupción para expandir su red
inalámbrica.
Fuente: Elaboración Propia.
4.1.3 Desarrollo del Firmware
El desarrollo del firmware está fundamentado bajo las siguientes funciones:
cacheo de información, transformación de la información adquirida e implantación
de los algoritmos correspondientes a cada entrada de los sensores implementados
y el indicador de los parámetros para que posterior a esto, se redireccióne a la
plataforma web, cumpliendo de igual forma con las funcionalidades básicas en
cuanto a adaptabilidad. Como método de mejora se implementó un proceso
encaminado al desarrollo y escalabilidad del prototipo de la estación
meteorológica, es decir que facilitara en gran manera ejecutar modificaciones,
incorporar, subsanar, conservar y optimizar las adquisiciones de información
mediante los documentos de toda la información de los algoritmos, conjuntamente
se previó la integración de cambio a sensores actuales y mejoramiento de la
comunicación entre los mismos dispositivos que componen el prototipo teniendo
en cuenta si se requiere dicho cambio, la sistematización será escalable y de fácil
parametrización e inclusive se podrá adherir nuevos dispositivos.
4.1.4 Desarrollo de la plataforma web
La plataforma web tendrá como objetivo, poseer un repositorio de datos
transmitidos en línea para que consecuentemente los usuarios puedan realizar un
análisis de la información y así mismo obtener una descentralización de los datos
obtenidos, para que posterior al proceso se pueda compartir la información del
prototipo con otras plataformas mediante URL públicas, para uso de aplicaciones
51
externas en futuros desarrollos. Se realizó una plataforma que representa una
base de datos mediante las cuales se organizan los datos cruciales para el
almacenamiento computacional de la información, el ingreso de los datos a la
plataforma se hace por medio de una URL enlazada al dispositivo de red que
enviara algoritmos mediante escrituras TCP/IP.
4.2 VALIDAR EL FUNCIONAMIENTO TÉCNICO Y PROCEDIMENTAL DE LA
ESTACIÓN METEOROLÓGICA
4.2.1 Validación de un proceso
La validación de un proceso es una acción en la cual se debe demostrar que un
proceso, equipo o sistema, conlleva a los resultados que se esperan. En el caso
de la estación meteorológica se realiza un experimento donde se calibra el
conjunto de elementos que componen dicho equipo, la cual fue avalada por la
Empresa AMETRONIC TES bajo la concepción del Ingeniero Electrónico Yefer
Amorocho Gelvis de la ciudad de Valledupar-Cesar.
4.2.1.1 Procedimiento de la estación meteorológica
Se energiza el sistema con el cable de poder principal, luego se acciona la perrilla
para encender el sistema y podremos visualizar el botón de encendido rojo,
esperamos 30 segundo que el router tplink termine su proceso de configuración de
la red y a su vez encienda el microntrolador arduino para leer sus datos
independientemente, Luego presionamos el botón de Encendido para la shield
Ethernet empiece a transmitir Datos a la red los cuales son:BMP280 encargado de
leer la presión barométrica y temperatura exacta interna y demás sensores.
Básicamente así hace con todos los sensores mencionados en el anexo del
diagrama de flujo.
52
Figura 1. Procedimiento de la estación meteorológica
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.1.2 Diagrama esquemático
El siguiente diagrama muestra la representación gráfica de la ubicación de los
componentes electrónicos que posee la estación meteorológica.
Figura 2.Diagrama esquemático
Fuente: Elaboración Propia.
53
4.2.1.3 Diagrama eléctrico
Figura 3.Diagrama eléctrico
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.1.4 Programación de la estación meteorológica
El lenguaje de programación es de tipo C++ para el micro controlador arduino con
ayuda de su interfaz propia. Se inicia activando las librerías pertinentes para cada
sensor o modulo a usar en el proyecto como por ejemplo la Shield Ethernet y
Sensor BMP280 y demás, donde a su vez se inicializan las variables (En letras o
palabras) que seas necesarias para el uso interno del código, posteriormente se
habilitan los puertos (pines del micro controlador) a usar si van a hacer de entrada
o salida, luego en el VoidMain Se procede a generar el código que se encarga de
leer por los pines de entrada de cada sensor para luego ser procesado uno por
uno con sus respectivas ecuaciones para representar de una forma que pueda ser
interpretada por nosotros.
Para una mejor organización en el código se hizo una función para cada lectura
del sensor como se puede ver en el siguiente texto.
54
Figura 4. Programación de la estación meteorológica
55
56
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.1.5 Descripción de la página web
Para el desarrollo de la página web, se utilizaron las siguientes herramientas
técnicas:
• Mysql como motor de base de datos
• Php como lenguaje servidor, específicamente el framework de laravel
• AngularJS como lenguaje cliente
• Bootstrap para la interfaz gráfica
57
El despliegue de la aplicación se realizó utilizando la herramienta de gulp para
minificar y encriptar el código fuente como medida de seguridad. Adicionalmente,
el servidor web donde se encuentra alojada la página cuenta con certificado ssl, lo
que indica que los datos son encriptados al momento de ser consultados.
Figura 5.Descripción de la página web
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.1.6 Comportamiento de las variables respecto al tiempo
El comportamiento de las variables (sensores) y estos serán modificados
dependiendo las condiciones atmosféricas como lo son: viento, húmeda,
temperatura, luz, lluvia, que serán registradas y a su vez visualizadas en la página
en una tabla tipo grafica con reporte de hora a hora.
El experimento se pondría a prueba luego que se termine el diseño de la página
para poner reporte de las imágenes.
58
Tabla 13. Estación meteorológica
Variables Lectura de sensores
Presión barométrica 99432.57 Pa
Humedad 48%
Temperatura extrema 30 ºC
Temperatura interna 30.83 ºC
Nivel de lluvia 0 %
Velocidad del viento 0 Km/h
Fuente: Elaboración Propia.
4.2.1.7 Lazo de control
Son de Lazo abierto o básica todos los sensores.
Figura 6. Lazo de control
Fuente: Elaboración Propia.
El control la corrección y el proceso lo hace el micro controlador que irán de salida
hacia la base de datos u hosting para ser visualizados en la página web.
59
4.3 DISEÑAR UN MANUAL DE FUNCIONAMIENTO PARA LA ESTACIÓN
METROLÓGICA
Instrucciones de uso Estación Meteorológica
UDES VALLEDUPAR AMT 1.0
Fuente: Elaboración Propia.
60
4.3.1 Introducción
Muchas gracias por haber adquirido la estación meteorológica AMT 1.0.
Este manual operativo cubre toda la información sobre las condiciones generales y
las advertencias de seguridad de instrumental electrónico. Por favor lea la
información cuidadosamente y observe todas las advertencias y notas.
La estación meteorológica AMT 1.0 puede medir lecturas meteorológicas exactas
y con la transmisión de RED podrá controlar la información que nuestros
instrumentos ofrecen.
Esta estación meteorológica tiene características como:
• La base de tiempo es generada por la red, la cual siempre esta actualiza.
• Interfaz gráfica HTTP.
• Barómetro y presión barométrica. Sus unidades son los HectoPascales (hPa).
• Humedad relativa del aire.
• Temperatura exterior.
• Luminosidad relativa.
• Velocidad del viento. Su unidad son los Km/h
• Precipitación relativa.
4.3.2 Información de seguridad
Antes de insertar los conectores de fuente de poder y red, por favor con cuidado
lea el manual de uso.
No exponga las puntas del cable de redy de poder a fuertes golpes, ya que el
conector puede dañarse.
61
Por favor, lea con detenimiento e íntegramente las instrucciones de uso antes de
poner el equipo en marcha. El equipo debe ser usado sólo por personal
cualificado.
Indicamos expresamente a las disposiciones de garantía que se encuentran en
nuestras Condiciones Generales.
En caso que tenga alguna consulta, por favor, póngase en contacto con
AMETRONIC TES Valledupar COL.
4.3.3 Notas
Visión general de los términos más usados
Barómetro y presión barométrica Con un barómetro se mide la presión del aire.
Este valor se denomina presión barométrica.
Hectopascal (hPa) La unidad “Hectopascal” es una unidad de medida
internacional. El valor para “hPa” y “mb” es idéntico.
Temperatura (°C) la unidad “Celsius” es una unidad de medida internacional.
La estación meteorológica dispone de una interfaz gráfica web con seis muestras
identificadas por colores en una matriz 3x2
Parte superior izquierda color Purpura: presión barométrica
Parte superior central color azul: humedad relativa
Parte superior derecha color naranja: temperatura externa
Parte inferior izquierda color gris: lluvia relativa
62
Parte inferior central color verde: velocidad del viento
Parte inferior derecha color amarillo: luminosidad relativa.
4.3.4 Descripción de la estación
La estación consta de 3 grupos de accesorios:
Kit de conexión: Donde podemos encontrar el cable de poder, cable de red.
Caja de instrumentos pre ensamblada: podemos encontrar visualmente a los
lados los sensores de lluvia, temperatura, humedad, luminosidad y viento. Y en su
interior el sensor barométrico en conjunto con el Routertp-link wr840 y shield
Ethernet Microntrolador Arduino y Shield de sensores previamente
interconectadas tipo sándwich.
Figura 7. Caja de instrumentos pre ensamblada
Fuente: Elaboración propia
A su vez consta de un switch tipo muletilla para energizar el equipo acompañado
de una luz piloto roja en un lateral.
Poste para soporte: Básicamente se encarga de sostener y poner en pie todo el
sistema para su correcto funcionamiento, con una altura de 150cm y 2” de
diámetro.
63
4.3.5 Protocolo de instalación
Para la instalación del sistema es simplemente atornillar la caja en la parte
superior del poste y verificar que quede muy bien sujeta.
Luego con el conjunto de cables.
El de red Ethernet cat 5E un extremo lo conectamos en el keystone hembra azul
cat 5E que se encuentra en la parte inferior izquierda de la caja de instrumentos
sonara un clic que nos indica la perfecta conexión; el otro extremo del mismo
cable lo conectamos a un proveedor de internet que tengamos en sitio de igual
forma en uno de los puertos.
El de poder la punta tipo macho lo conectamos en un suministro de corriente
alterna o toma corriente doméstico 110VAC y el otro extremo en la conexión
hembra AC que se encuentra en la parte inferior central de la caja de instrumentos
de la estación.
Y así ya tendremos energizado y en punto de red la estación lista para seguir con
el protocolo de encendido.
Figura 8. Protocolo de instalación
Fuente: Elaboración propia
64
4.3.6 Protocolo de encendido
Solo basta con girar la perilla hacia la derecha en modo ON y a su vez la luz piloto
roja lateral se enciende, esto nos indica que el equipo esta energizado
internamente.
El siguiente paso es esperar 30 segundos para empezar a procesar los datos el
micro controlador en conjunto con la shield Ethernet y entrar en red el Router
Tplink wr840 que podemos verificar con una computadora que se encuentre
disponible la red wifi llamada “ESTACION UDES” con clave “UDES2019” esto será
de vital importancia para empezar a transmitir los datos a nuestra base de datos
en la nube.
Esos datos serán visualizados en el siguiente dominio en tiempo real con su
histórico (https://www.drogueria-social.com/estacion_meteorologica) que
podremos ver en una computadora o algún equipo inteligente.
Ya inmediatamente la estación está en su correcto funcionamiento cuándo
estemos observando los datos en nuestra página web.
Simple y sencillo la base de datos estará almacenando todo un histórico de
muestras más de 500veces por hora peor que podrán ser observada en tablas de
rango en 8Hr y vista en tiempo real independientes en su grafica con su respectivo
color.
Por ejemplo, en las siguientes imágenes:
65
Figura 9.Datos en tiempo real
Fuente: Elaboración Propia.
Aquí observaremos los datos en tiempo real que indica cada sensor desde la
estación.
Figura 10.Histórico
Fuente: Elaboración Propia
En esta sección podremos ver los histórico, basta con escoger la fecha en el
calendario que deseamos analizar y presionamos consultar.
66
Figura 11. Visualización
Fuente: Elaboración Propia.
Así podremos visualizar de una forma fácil las gráficas tipo barras cada sensor en
intervalos de 7hr con el histórico que hayamos escogido.
4.3.7 Protocolo de mantenimiento
Para iniciar el protocolo de mantenimiento no es necesario tener altos
conocimientos en el equipo.
El mantenimiento preventivo se debe hacer cada 3 meses para así obtener
óptimos resultados en las lecturas de los sensores.
Primero. Apagamos y Desconectamos el sistema de su fuente de energía.
Segundo. Observamos cada sensor y con un trapo y brocha de limpieza
podremos limpiar cada uno de los sensores externos quitando suciedad del
mismo.
67
Tercero. La tapa frontal de la caja podremos soltar 4 tornillos ubicados en las
esquinas para así descubrir las partes internas del router y shield de micro
controlador.
Cuarto. En la parte derecha centras podremos observar los cables que viene de
cada sensor, vas conseguir uno a uno y verificar su correcta conexión podemos
retirar y limpiar cada conector de su respectivo sensor. (Podrá usar líquido limpia
contacto)
Quinto. Verificar que todo quede bien ubicado y proceder a ubicar la tapa
atornillando las 4 esquinas.
En caso tal que un sensor falle lo ideal es identificarlo y retirarlo siguiendo el
procedimiento cuarto.
Luego hacer el respectivo pedido del mismo en las instalaciones del proveedor
para luego volver a ubicarlo.
La estación meteorológica seguirá funcionando mientras espera la llegada del
nuevo sensor.
4.3.8 Registro de datos en la página web
El registro de datos se hace de forma automática en un servidor.
Todo empieza en le micro controlador que se encargar de leer y procesar los
datos de cada sensor y entregarlos en paquetes al web serví de la shield Ethernet
para que los redirecciones a un servidor virtual en la nube con dominio propio, que
serán almacenados de forma ordenada con tiempo y fecha exacta. Para que luego
68
sean pedido bajo petición desde la página web y sean visualizados en tiempo real
o en modo histórico.
4.3.9 Posibles usos de la estación
Esta estación por su tamaño compacto y robusto tiene múltiples aplicaciones y
usos.
Puede ser usada para enlazarlo en el grupo de meteorología de la red mundial
para crear un nodo en la zona actual y subministrar todos los datos que puede
aportar.
A su vez puede ser dispuesta a fines educativos para mostrar de una forma fácil
sus componentes de funcionamiento y visualizados en tiempo real en la interfaz
del sitio web.
También se puede tener en una residencia finca para monitorear la zona que
gusta el usuario su tamaño lo hace posible.
4.3.10 Procedimiento de desarmado
Para su transporte la estación puede ser llevada tal cual se encuentre
funcionando.
Es suficiente con desconectar y llevar.
La segunda opción para reducir espacio es soltar la caja del sistema con 4 tornillos
en la parte trasera y desencajarlo del poste de anclaje, desconectar los cables
para luego si transportarla.
69
4.3.11 Protocolo de SST
Precauciones al momento de manipular la estación:
• Para manipular la estación se requiere el uso de gafas industriales para
salvaguardar total o parcialmente la vista.
• Para manipular la estación se recomienda el uso de guantes industriales para
proteger parte de la integridad física de la persona que operara la instalación.
• En caso de cables dañados o quemados comunique a la persona encargada y
no haga uso de le estación.
• No tener las manos húmedas al momento de hacer contacto con la estación
puesto que se puede presentar una descarga eléctrica al momento de su
conexión a la fuente.
• Si la estación está conectada a una extensión eléctrica verificar el tiempo que
esta lleva conectada, de lo contrario puede estar expuesto a algún tipo de
peligro.
• No desconectar la estación halando el cable; solo halando el enchufe.
• No tocarla estación si huele a quemado o si está haciendo un ruido de
corriente. Apague el circuito eléctrico de donde está conectado dicha
instalación.
• Utilice los circuitos de amperes correctos para el uso de la estación.
70
CAPÍTULO V. CONCLUSIÓN Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIÓN
En este proyecto se diseñó e implementó un modelo de estación meteorológica la
cual está constituida por 3 ciclos, el primer ciclo esa compuesto por el hardware, el
cual tiene como función estructurar la estación meteorológica y medir las
diferentes variables para así cumplir con los requerimiento mínimos del equipo,
por consiguiente encontramos el segundo ciclo que está compuesto por el
firmware que se encarga de crear una enlace entre estas dos unidades, para
procesar los datos adquiridos y transformarlos en algoritmos cuya sucesión está
directamente dirigida a todos los componentes que conforman la estación
meteorológica. Obteniendo como resultado una diversidad de parámetros que será
Re direccionados a nuestro tercer ciclo denominado Plataforma Web, la cual tiene
como objetivo compilar datos obtenidos para así poder efectuar un análisis de la
información, creando un historial de la información de las variables con respecto al
tiempo.
La estación meteorológica del laboratorio de simulación UDES fue sometida a
comprobaciones de su funcionamiento para verificar los parámetros climatológicos
que es capaz de medir, entre los cuales encontramos: presión barométrica,
humedad relativa, temperatura externa, lluvia relativa, velocidad del viento y
luminosidad relativa. Cabe mencionar que los intervalos obtenidos en las pruebas
de funcionamiento fueron comparados con datos en tiempo real del Instituto de
hidrología, meteorología y estudios ambientales, y así validar el funcionamiento
técnico e instrumental de la estación.
71
El diseño de la estación permitirá que pueda ser trasladada entre zonas
geográficas, simplificando una observación eventual de las variables
climatológicas en dichas zonas.
5.3 RECOMENDACIONES
Realizar un énfasis con las asignaturas que se encuentren a fines, donde se
oriente al desarrollo de estudios, laboratorios, en el cual validaremos el buen
funcionamiento de la estación meteorológica.
Evidenciar con los estudiantes procesos donde se haga control a las variables a
estudiar y trasladarlo a prácticas de laboratorio para hacer procesos de
simulación.
Para el buen funcionamiento de la estación meteorológica se recomienda seguir a
cabalidad los procedimientos y protocolos establecidos en el manual de
funcionamiento.
72
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