Descripción del proyecto

¿En qué consiste el proyecto?

El proyecto consiste en el diseño y prototipado de una nube de sensores inalámbricos. Dicha nube se conecta con un ordenador que muestra los datos de los sensores y los controla. Cada sensor que forma la nube, se alimenta de forma autónoma.

El proyecto es de apoyo a una investigación en la que se necesitan medidas de humedad relativa y temperatura, tanto en laboratorio como en intemperie. Puesto que ya existe un sistema sensor, se aprovecharán dichos sensores. Pese a que el sensor ya viene dado, se debe diseñar el sistema sensor con código fácilmente reutilizable para una fácil adaptación a otro tipo de sensor. También se debe lograr un bajo coste del sistema completo dado que se realiza con fondos de la investigación.

Para una aproximación al proyecto, he realizado un diagrama de bloques, que es el siguiente:

Nota: No he nombrado los bloques de la imagen porque no me acaba de convencer las calificaciones de bloque sensor y bloque maestro.

La descripción del diagrama se puede dividir en dos, dependiendo del origen y destino de los datos.

1. Sensor → Ordenador

   El sensor transforma una variable física en un dato electrónico y dicho dato se procesa mediante el microcontrolador (μC). Una vez procesado el dato, éste es enviado por radiofrecuencia a través del transceptor. El dato es recibido mediante el transceptor del maestro, y es interpretado y enviado al ordenador por el microcontrolador (μC).

2. Ordenador → Sensor

   El ordenador se comunica con el maestro enviándole los datos (destino incluido). El microcontrolador (μC) procesa el dato y lo envía a través del transceptor al bloque sensor de destino, el cual, mediante el transceptor, detecta el dato, lo procesa y actúa en consecuencia, usando el microcontrolador (μC).

El punto más importante del diagrama (y por tanto del proyecto) es la comunicación entre bloques. Una parte crucial de la comunicación es el protocolo, el cual establece en mayor parte el consumo de los bloques. Puesto que el bloque sensor está limitado en consumo, su comportamiento fijará el protocolo óptimo. Por tanto, para definir un protocolo idóneo, primero debo definir el comportamiento del bloque sensor.

Una primera aproximación al funcionamiento del bloque sensor es que consiste en realizar una medida y enviarla cada cierto tiempo. Como consecuencia, el sistema estará activo durante un corto periodo de tiempo; durante la medida y el envío. Durante el tiempo de espera a la siguiente medida, el consumo debe ser mínimo; por tanto esta primera aproximación implica que no se puede tratar de un protocolo que necesite una comunicación constante (como el polling), es más bien una comunicación puntual, breve.

De esta primera aproximación he obtenido las especificaciones de cada módulo las cuales me ayudarán a la hora de la selección de los componentes que forman cada uno:

Bloque sensor

• Bajo consumo, buscando una duración máxima de la batería (o un tiempo mínimo X de funcionamiento).
• Bajo costo de los componentes.
• Distancia mínima entre los sensores y el maestro de X metros.
• Fácil uso.
• Permitir la conexión en caliente de los sensores.
• Permitir un elevado número de sensores.

Bloque maestro

• Bajo consumo para su uso en portátiles y para una alimentación desde el ordenador.
• Fácil uso.

De las especificaciones, disminuyendo así el nivel de abstracción, obtengo las especificaciones técnicas para cada componente de cada bloque:

Microcontrolador (μC) del bloque sensor

• Bajo consumo; con modos de ahorro y con periféricos para controlar el consumo y monitorizar la batería.
• Con bastante memoria para tener la opción de almacenar medidas si el maestro está caído u ocupado.
• Fácilmente programable.
• Con empaquetado tipo DIP para el prototipado (esta no es muy importante).
• Con buenas herramientas para el desarrollo.

Microcontrolador (μC) del bloque maestro

• Bajo consumo.
• Con bastante memoria para tener la opción de almacenar medidas si el ordenador está caído.
• Con periféricos integrados para la conexión con un ordenador (p.e. RS-232), preferiblemente que permita alimentación desde el PC (p.e. USB).
• Fácilmente programable.
• Con empaquetado tipo DIP para el prototipado (esta no es muy importante).
• Con buenas herramientas para el desarrollo.

Transceptores

• Bajo consumo y con modos de ahorro.
• Debe permitir una conexión inalámbrica robusta:
• Debe trabajar en una banda permitida (p.e. Banda ISM).
• Estaría bien que tuviese un método de comprobación de errores en la transmisión (p.e. CRC)
• Debe tener un ajuste de potencia de transmisión y una alta sensibilidad de recepción para disminuir el consumo ajustando la potencia necesaria.
• Debe disponer de un módulo DIP para su prototipado ya que las limitaciones del laboratorio no permiten ruteado para altas frecuencias ni PCB de varias capas.