R-DC-95 Plantilla Informe Final

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ESTACION METEOROLOGICA EN LAS UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER SEDE BUCARAMANGA. BUCARAMANGA.

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TÍTULO DEL TRABAJO DE GRADO IMPLEMENTACION DE UN EQUIPO PARA ADQUIRIR VARIABLES CLIMATOLOGICAS, CAPAZ DE MEDIR HUMEDAD RELATIVA, PRESION ATMOSFÉRICA Y TEMPERATURA PARA UNA ESTACION METEOROLOGICA EN LAS UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER SEDE BUCARAMANGA.

AUTORES HECTOR ANDRES BANQUET ROJAS 1095932585 DIANA CAROLINA DIAZ SEPULVEDA 1098608461 WILLIAM HUMBERTO HERRERA REY 1095786188

UNIDADES TECNOLÓGICAS TECNOLÓGICAS DE SANTANDER FACULTAL DE CIENCIAS NATURALES E INGENIERIAS INGENIERIA ELECTRONICA BUCARAMANGA FECHA DE PRESENTACIÓN: DD-MM-AAAA

ELABORADO POR: Oficina de Investigaciones

REVISADO POR: soporte al sistema integrado de gestión

APROBADO POR : Asesor de planeación FECHA APROBACION:

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Trabajo de Grado para optar al título de Ingeniero electrónico DIRECTOR MSG. DANIEL ALEXANDER VELAZCO CAPACHO GRUPO DE INVESTIGACIÓN – CEAC





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Trabajo de Grado para optar al título de Ingeniero electrónico DIRECTOR MSG. DANIEL ALEXANDER VELAZCO CAPACHO GRUPO DE INVESTIGACIÓN – CEAC





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Nota de Aceptación ______________ ____________________ _____________ ______________ ________ _ ______________ ____________________ _____________ ______________ ________ _ ______________ ____________________ _____________ ______________ ________ _ ______________ ____________________ _____________ ______________ ________ _

______________ ____________________ _____________ ______________ _______ Firma del jurado

______________ ____________________ _____________ ______________ _______ Firma del Jurado




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ESTACION METEOROLOGICA EN LAS UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER SEDE BUCARAMANGA.

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DEDICATORIA Este proyecto no hubiera sido posible sin la ayuda de Dios. Me gustaría agradecer a cada uno de los Docentes de la Carrera de Electrónica, por su ayuda y Enseñanzas. A todos mis compañeros y amigos que me han acompañado en la carrera, así como, a mis compañeros de trabajo. Por último, pero no menos importante, me gustaría dar las gracias a toda mi Familia, mi Esposa, mis Padres, Hermano y demás familiares, por sus continuos mensajes de apoyo.




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AGRADECIMIENTOS Los autores expresen sus agradecimientos a: A Dios, por ser la roca donde se simiente todo lo que somos y todo lo que seremos. Por qué ha dirigido nuestras decisiones para poder llegar al lugar donde estamos, justo ahora. Queremos agradecer a nuestro director de proyecto, Ingeniero y Coordinador del Programa de Electrónica Daniel Alexander Velazco Capacho, por su apoyo y paciencia al instruimos, guiarnos para lograr con satisfacción el proyecto que presentamos y exponemos con mucho orgullo. Al igual queremos agradecer a cada uno de los docentes que intervinieron en el desarrollo y fortalecimiento de nuestras habilidades para poder asumir este y cualquier reto. Agradecer a nuestros amigos porque con el paso del tiempo logramos crear lazos aún más fuertes que el “somos compañeros o colegas”, con aquellos que compartimos tantos años

de recorrido por la institución y la superación de tantos contratiempos, risas momentos inolvidables y que quizás nos enseñaron a un más que una clase; gracias por su fuerza y amistad incondicional.




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TABLA DE CONTENIDO LISTA DE FIGURAS ......................................................................................................... 8 LISTA DE TABLAS ........................................................................................................... 9 RESUMEN EJECUTIVO.................................................................................................. 10 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 11 1.

DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN ........................................ 13

1.1. 1.2. 1.3. 1.3.1. 1.3.2. 1.4.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................. 13 JUSTIFICACIÓN................................................................................................... 14 OBJETIVOS ......................................................................................................... 14 OBJETIVO GENERAL ....................................................................................... 14 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................. 14 ESTADO DEL ARTE / ANTECEDENTES ............................................................. 15

2.

MARCOS REFERENCIALES ............................................................................... 16

3.

DESARROLLO DEL TRABAJO DE GRADO ....................................................... 17

3.1. SOFTWARE ......................................................................................................... 17 3.1.1. PHP ................................................................................................................... 17 3.1.2. HTML................................................................................................................. 17 3.1.3. JAVASCRIPT .................................................................................................... 17 3.1.4. CSS ................................................................................................................... 17 3.1.5. NOTEPAD++ ..................................................................................................... 17 3.1.6. BASE DE DATOS .............................................................................................. 18 3.1.7. PYTHON ........................................................................................................... 18 3.2. HARDWARE......................................................................................................... 18 3.2.1. RASPBERRY PI3 .............................................................................................. 18 3.2.2. SENSOR BMP 180 ............................................................................................ 19 3.2.3. SENSOR DHT 22 .............................................................................................. 20 3.2.4. TARJETA SD ..................................................................................................... 20 3.2.5. PANTALLA LCD 16X2........................................................................................ 20 3.2.6. CONVERSOR I2C PARA LCD 16X2 .................................................................. 21 3.3. DESARROLLO DEL PROYECTO......................................................................... 21 3.3.1. MONTAJE DEL PROTOTIPO DE LA ESTACION METEREOLOGICA ............... 21 3.3.2. PROGRAMACION DE LA RASPBERRY PI 3 .................................................... 23 3.3.3. APLICACIÓN ANDROID Y PAGINA WEB.......................................................... 23 4.

RESULTADOS ..................................................................................................... 26




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5.

CONCLUSIONES ................................................................................................. 32

6.

RECOMENDACIONES ......................................................................................... 33

7.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................... 34

8.

ANEXOS ............................................................................................................... 35




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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Raspberry Pi 3 .................................................................................................. 18 Figura 2. Sensor BMP 180 ............................................................................................... 19 Figura 3. Sensor DHT 22 ................................................................................................. 20 Figura 4. Pantalla LCD 16x2 ............................................................................................ 20 Figura 5. Conversor I2C para Pantalla LCD 16x2 ............................................................ 21 Figura 6. Prototipo EMUTS, Raspberry Pi 3 ..................................................................... 22 Figura 7. Prototipo EMUTS, Sensores ............................................................................. 22 Figura 8. Prototipo EMUTS, LCD. .................................................................................... 22 Figura 9. Diagrama de Flujo Raspberry Pi 3. ................................................................... 23 Figura 10. Prototipo Página Web. .................................................................................... 24 Figura 11. Diagrama de flujo almacenamiento de datos. ................................................. 24 Figura 12. Página Web Multiplataforma ........................................................................... 25 Figura 13. Programación Python Repositorio Local 1 de 3 .............................................. 26 Figura 14. Programación Python Repositorio Local 2 de 3 .............................................. 27 Figura 15. Programación Python Repositorio Local 3 de 3 .............................................. 28 Figura 16. Programación Python Sensado y Visualización .............................................. 29 Figura 17. Programación Python Repositorio Web. ......................................................... 30 Figura 18. Aplicación Multiplataforma .............................................................................. 31




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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Fase 1 ............................................................................................................... 36 Tabla 2. Prueba ............................................................................................................... 36




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RESUMEN EJECUTIVO Se implementa un dispositivo capaz de medir variables climatológicas, entre ellas, humedad relativa, presión y temperatura (estación meteorológica) para las unidades tecnológicas de Santander – sección Bucaramanga. Dichas variables se detectan por sensores de mediana gama y adquiridas a través de la plataforma de hardware libre Raspberry Pi3 usando lenguaje Python. Se utiliza una herramienta de conexión WIFI incluida en la Raspberry Pi3 para lograr acceder a una red con acceso a internet que facilita él envió y almacenamiento en un repositorio web para posteriormente visualizar los datos adquiridos, por medio de una aplicación web multiplataforma, de esta forma se permite llevar control estadístico de los niveles de intensidad de temperatura, presión y humedad y a su vez instruye a la comunidad Uteísta para que puedan resguardarse de dichos cambios, con esto disminuir los casos de enfermedades por exposición al sol, enfermedades respiratorias y epidemias propias del cambio climático; a los que se suele estar expuestos en este entorno. PALABRAS CLAVE. Raspberry pi3, aplicación web multiplataforma, estación meteorológica, hardware libre, software libre.




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INTRODUCCIÓN Estar expuesto a cambios bruscos del clima o microclima aumenta la posibilidad de afectar la salud significativamente, adquiriendo alguna enfermedad; como lo es: el cáncer de piel, cáncer de pulmón, asma, bronquitis influenza o neumonía, al igual que padecer de otitis o barosinusitis. Los factores que afectan el confort en un ambiente cualquiera son la temperatura, la ventilación y la humedad, estos factores están relacionados de manera proporcional, un ejemplo de ello es el hecho de que, a mayor humedad, mayor la sensación de calor y en el caso de que hubiese demasiado aire la temperatura parece que disminuyera significativamente frente a una medida real. El cáncer a menudo solo se detecta en fases avanzadas o incluso cuando ha hecho metástasis en el interior de la persona y hay muy poco por hacer en pro de la conservación de la vida. Se familiariza el bronceado y quemaduras con los primeros signos del exceso a la exposición de rayos UV. Cuando la epidermis es lesionada por los rayos solares, reacciona generando extra de melanina; la cual, es la que se encarga de dar el color oscuro a la piel como blindaje ante los rayos ultravioleta, con el fin de disminuir las lesiones. Y aunque las lesiones por quemaduras tienden a desaparecer con el paso del tiempo, aun así, el daño permanece, incluso podría perjudicar la estructura de las células de la piel y generar cáncer; es claro que las personas con piel más oscura logran soportar mayores tiempos de exposición a la luz solar, pero tienen un límite y si se exceden igual serán afectados por dichas condiciones, los efectos más notorios a dichas exposiciones son la resequedad, arrugas y la más común, el foto envejecimiento. A demás los rayos UV afectan de manera directa o indirecta al ojo humano debido a la radiación reflejada en cualquier superficie. Un efecto de consideración es la fotoqueratitis o INFLAMACION DE LA CORNEA Y EL IRIS y la fotoconjuntivitis lo que se traduce como la INFLAMCION DE LA CONJUNTIVA, que es la membrana que recubre la zona interna de los parpados. Según estudios, más del 20% de los casos de cataratas en el mundo son atribuidos a los efectos del sol. La tierra posee su propio filtro solar, pero que ha desaparecido con el paso de los años y si bien se puede decir que, con un paso muy acelerado, por el desembocado aumento de la industria, es por esto que el medio ambiente y por su puesto las personas, especies marinas se verán afectadas drásticamente; según cálculos si se llega a presentar una disminución del 10% en la densidad del ozono aumentaran de manera significativa los casos de cáncer de piel y cataratas. Para comprender lo efectos que se han pronunciado con anterioridad, se revisa el trabajo investigativo de Miguel Múrelo Abellán doctorado en la facultad de medicina de la universidad ROVIRA y VIRGILI de la ciudad de Reus en España. Investigo los efectos producidos por la exposición a radiación ultra violeta sobre los procesos de oxidación cutánea; sobre ratas de raza hairless las cuales carecen de pelo, lo que permite relacionar ELABORADO POR: Oficina de Investigaciones



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los resultados de la investigación con los humanos. Se aplicó las pruebas a tres lotes de ratas, conformados por seis animales cada uno, expuestos a la radiación en periodos de tiempo diferentes 2, 3 y 5 meses además en algunos casos se usó filtros solares para comprender su facultad protectora. Los resultados demostraron que para el periodo más corto (2 meses) se presentaron mayores alteraciones en los parámetros bioquímicos, respecto a los expuesto a 3 meses y aún más a los de 5 meses, se aclara que para el primer lote se aumentó la cantidad de radiación y se disminuyó el tiempo de exposición. Lo que demostró que, en dosis repetidas, pero con mayor concentración genera una disminución en la función inmunitaria de las Células de Langerhans las cuales son el primer componente del sistema inmune de la piel lo cual deja al descubierto la capa epidérmica, es decir aumenta la probabilidad de carcinogénesis con irradiaciones pequeñas pero continuas. (Expansión en Alianza con CNN, 2017) Los resultados obtenidos con los animales expuestos a radiación, pero que usaron un filtro solar demuestra que hay pocas alteraciones en las enzimas que protegen la dermis además el filtro ha sido capaz de reducir el efecto del eritema y reducir las alteraciones bioquímicas, si bien se revisaron secciones muy pequeñas de tejido, se logra ver mayor disposición de la glutatión-s-transferasa (GST) Y la enzima que cataliza la reducción de la unión superoxida, generada por la radiación UV(SOD) Deshidratarse e insolarse, son los efectos de mayor riesgo producido por el aumento de la temperatura corporal excesivamente al igual que por falta de ingestión de líquidos, se puede identificar cuando aparecen calambres repentinos. La humedad, en forma sencilla, no es más que la cantidad de vapor de agua encerrado en el aire, se puede medir de una manera porcentual donde se conoce que el valor ideal oscila en el rango de 40% y 60%; además es una fuente de enfermedades más común de lo que la mayoría de personas piensan, vivir en un ambiente con 65% obliga al nuestro organismo a lidiar con microorganismos dañinos, como los ácaros; el problema de estos microorganismos son sus residuos orgánicos; lo que produce alergias de cualquier índole. Por supuesto que las personas con asma se agravan en ambientes húmedos, además produce secuelas devastadoras. Sin dejar atrás la proliferación del moho, que causa los mismos efectos que los ácaros; los niños y ancianos suelen estar más expuestos a daños en su salud, debido a la carencia o deficiencia del sistema inmunológico. (airalia.es, 2017)




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1. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN 1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Todos los miembros de las UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER están expuestos a los efectos del cambio climático en su entorno ¿se conoce la gran posibilidad de adquirir enfermedades sumamente peligrosas al salir a un ecosistema con cambios climatológicos bruscos? ¿Los estudiantes de la institución se protegen y promueven la prevención de enfermedades relacionadas con la temperatura, humedad y presión usando alguna herramienta tecnológica? Ser precavido nunca estará de sobra y es necesario tomar conciencia de los riesgos potenciales que enfrentamos todos los días y aún más, la comunidad estudiantil de las UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER que pasan gran parte de su tiempo en el campus, se minimiza los daños en la salud de una forma muy sencilla e interactiva, se posiciona la ciudad como una comunidad con bajo índice de enfermedades epidémicas debidas a las condiciones climáticas. Mantener una buena salud es responsabilidad de todos y aprender a estar preparados frente a cualquier evento inesperado también lo es, así que hay que generar herramientas al acceso de cualquier integrante de la comunidad Uteísta o cualquier persona de la ciudad bonita que desee asumir su deber.




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1.2. JUSTIFICACIÓN Como resultado final se busca poner al tanto y prevenir a la comunidad Uteísta – sección Bucaramanga, frente a las consecuencias a las que se exponen al estar rodeado de cambios muy impredecibles del clima, paro lo que se implementa un dispositivo capaz de medir temperatura, humedad y presión atmosférica en el campus de las UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER para luego presentar los resultados mediante una aplicación web multiplataforma; la estación meteorológica se ubica en las instalaciones de la misma, lo que permite revisar los datos censados en tiempo real. Ya que cuenta una pantalla LCD permite monitorear constantemente la veracidad de los resultados y el estado de la unidad de procesamiento de datos. Permite llevar una estadística de las medidas socializadas en la plataforma con función de tomar acciones preventivas por parte de los estudiantes frente a la temperatura, humedad, presión atmosférica y porque no, frente a la altitud minimizando la proliferación de enfermedades pulmonares o enfermedades irreversibles como las cancerígenas. Todos los miembros de la institución se verán beneficiados y en forma general todos aquellos que posean un dispositivo con acceso a internet, que permita revisar el estado climatológico de su entorno y además le sugiera la mejor manera de resguardarse frente a los datos tomados por la estación meteorológica.

1.3. OBJETIVOS 1.3.1. OBJ ETIVO GE NER AL

Diseñar una estación meteorológica que permita adquirir datos por medio de sensores para efectuar la medición de las variables ambientales, humedad relativa, presión atmosférica y temperatura del microclima en las UNIDADES TECNOLOGICAS DE SANTANDER – sede Bucaramanga supervisadas en un servicio web multiplataforma. 1.3.2. OB J ETIVOS ES PE CÍFICOS 







Diseñar los algoritmos que permitan capturar y procesar la información de los sensores para enlazarlos con el servicio web multiplataforma. Implementar un algoritmo que cense la humedad relativa, presión atmosférica y temperatura; además que se visualice en una pantalla LCD 16X2 en las instalaciones de las UTS. Ejecutar la conexión WiFi con el repositorio de datos local del dispositivo medidor de humedad, presión atmosférica y temperatura, empleando la plataforma Raspberry pi3. Implementar una aplicación web multiplataforma que permita visualizar y sugerir la medida de precaución, ante los datos obtenidos del dispositivo medidor de




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humedad, presión atmosférica y temperatura en tiempo real y llevar una estadística de las mediciones.

1.4. ESTADO DEL ARTE / ANTECEDENTES En el trabajo de grado desarrollado por COLMENARES, RAMIREZ Y NIÑO (2012) titulado sistema de monitoreo de estaciones meteorológicas en tiempo real. Las variables climatológicas tales como temperatura, velocidad y dirección del viento por medio de una interfaz gráfica y desplegados numéricos, podemos observar el comportamiento de estas variables monitoreadas por medio de un software portable desarrollado, que permite incorporar el monitoreo de nuevas variables físicas. En el trabajo de grado desarrollado por RAYO, CHIMBO Y VALDIVIESO (2013) de la titulado utilización de la minicomputadora Raspberry pi para la adquisición y evaluación de datos de consumo de energía eléctrica de equipos a 220 voltios, Se observó que la Raspberry pi como microcomputadora, la cual es capaz de realizar la mayoría de tareas que cualquier computador actual cumple, se desarrolla el código en el cual con ayuda del Arduino UNO se adquieren los datos del consumo eléctrico de cualquier equipo que se requiera, después de esto se utilizará la herramienta donde se administran las bases de datos. En la tesis creada por QUIMIS, ZAMORA y el ING. MILLÁN (2016) titulado diseño e implementación de un prototipo de telecontrol y seguridad perimetral de una estación agrometeorológica con interfaz web mediante el uso de hardware y software libre. Se prueba la capacidad de hacer tomas acertadas del medio, usando hardware libre (Raspberry pi3) además con la capacidad de proporcionar dichos datos a un usuario situado en cualquier parte del mundo por medio de una interfaz gráfica amigable. Concluyéndose que esta placa embebida permite la evolución del proyecto debido a que cuenta con muchas librerías y paquetes que facilitan el desarrollo de otras aplicaciones además el precio lo hace muy competitiva en el mercado. En el trabajo de grado diseño y desarrollo de un prototipo de riego automático controlado con Raspberry y Arduino por RODRÍGUEZ (2014), en dicha tesis se realizó el desarrollo de una estación que permitía controlar el riego usando las facultades de Raspberry y la facilidad para hacer comunicación e integrar diferentes sensores a la misma red o sistema. Además, el aprovechamiento de recursos de bajo costo y de fácil acceso a demostrado que el uso de nuevas tecnologías hace más competente el mercado; validando la calidad de los servicios ofrecidos, mediante aplicaciones amigables, desde cualquier lugar de una manera práctica y segura.




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2. MARCOS REFERENCIALES La humedad se identifica como la cantidad de vapor de agua existente en aire, la forma común de medirla es mediante porcentajes, teniendo identificado la medida tolerada y sin efectos nocivos para la salud que esta entre el 40% y el 60%. para calcular estos parámetros se tienen en cuenta; la temperatura ambiente de espacio, la temperatura de condensación y el punto de roció que es aquel que permite distinguir el efecto de condensación de vapor de agua comprimido en el aire .    =

.   

 100

El resultado es HUMEDAD RELATIVA en Porcentaje [%]. (Salazar de Puertas) Cuando la humedad ha superado el rango especificado suele manifestarse el moho, de manera descontrolada afectando elementos electrónicos del hogar y lo peor, la salud. Las personas que padecen de enfermedades respiratorias como el asma debe tener claro que, aunque tomen demasiadas precauciones frente a la humedad alta, la baja humedad también puede llegar a ser nociva e incluso puedo llegar a ser más nociva y letal. En realidad, no debería haber problema con los cambios de humedad, pero la exposición prolongada es la que afecta salud de forma seria; Es decir, seca la mucosa y rompe la barrera inmunológica del cuerpo, además hay organismos que lograr sobrevivir a la baja humedad.




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3. DESARROLLO DEL TRABAJO DE GRADO 3.1. SOFTWARE El software es el término que referencia a un programa o en rasgos mayores al conglomerado de ellos, lo conforman una seria de pautas o procedimientos que habilitan la ejecución de una tarea ya definida en un sistema informático, lo cual da la capacidad de controlar todos los componentes físicos que forman un sistema. 3.1.1. P HP

Es un lenguaje de código libre para el desarrollo de páginas web que se incorpora dentro del código HTLM, lo anterior se refiere a la combinación de códigos PHP y HTLM dentro del mismo archivo. Las siglas PHP traducen personal home page, y se ejecuta en un servidor web, lo que permite acceder a base de datos y hacer conexiones en red, y demás acciones para presentarlos en una página interactiva; el cliente final la observara en código HTML como resultado de la ejecución de la programación PHP, es así como lo hace compatible con cualquier navegador. 3.1.2. HTML

Se conoce como lenguaje de formato de documentos para hipertexto, siendo el lenguaje empleado para la creación de páginas web, usado como estándar para la definición del contenido presentado en la ya mencionada, estos contenidos son; imágenes, videos juego entre otros, estandarizada por el consorcio World Wide Web (WWW). 3.1.3. J A VA S C R IP T

El término java proviene de las iniciales de los personajes que desarrollaron dicho lenguaje, además se utiliza como aplicación, entorno de ejecución y entorno de desarrollo. Usa sentencias comunes de programación C y C++; además java reduce a la mitad los errores que se presentaban con C++ como la sobre carga de operadores, conversión implícita y preprocesadores. 3.1.4. C S S

Es un lenguaje usado por los programadores para organizar la fachada e imagen de una página web, entre estos están la capacidad de elegir tamaños de letra, colores y demás que se usaran en una presentación de aplicación y demás, en otras palabras, el contenido o el ser de la página estará alojado en el centro (CONTENIDO) y CSS hará la presentación llamativa funcionando como un cristal con algún color especifico. 3.1.5. NOTE P A D++

Es un editor de texto, soporta diferentes tipos de lenguaje de programación, cuenta además con librerías libres; tiene un parecido cercano al bloc notas por su facilidad a la hora de editar textos, pero que trae muchas más herramientas, aptas para hacer desarrollos de programación, algunas de sus características son: coloreado o realce en color que le da al lenguaje nativo de programación para permitir que cualquiera pueda comprender la acción de la ELABORADO POR: Oficina de Investigaciones



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misma; permite abrir varios hojas de trabajo a la vez; identifica los paréntesis inicio y final, resaltándolos en algún color en especial. 3.1.6. B A S E DE DA TOS

Es ordenamiento de información de una manera práctica y sobre todo organizada, para la comprensión de los mismos; lo que lleva a la manipulación de grandes cantidades de datos y el aprovechamiento de más recursos de máquina. 3.1.7. P Y THON

Python es un lenguaje de programación interpretado cuya filosofía hace hincapié en una sintaxis que favorezca un código legible. Se trata de un lenguaje de programación multiparadigma, ya que soporta orientación a objetos, programación imperativa y, en menor medida, programación funcional. Es un lenguaje interpretado, usa tipado dinámico y es multiplataforma. Es administrado por la Python Software Foundation. Posee una licencia de código abierto, denominada Python Software Foundation License,1 que es compatible con la Licencia pública general de GNU a partir de la versión 2.1.1, e incompatible en ciertas versiones anteriores.

3.2. HARDWARE Es el conjunto de elementos tangibles, ya sean electrónicos u otro tipo de composición que hacen parte o conforman un sistema informático. La parte intangible o software es el encargado de dale vida y utilidad a la mercancía dura del sistema. 3.2.1. R A S P B E R R Y P I3

Figura 1. Raspberry Pi 3

Fuente: Raspberry.org

Ordenador de placa reducida, de bajo costo desarrollado en el reino unido por la fundación Raspberry pi, con el objetivo de estimular la enseñanza de ciencias de la computación en escuelas. Este proyecto fue ideado en el 2006 pero no fue lanzado al mercado hasta febrero del 2012; la placa cuenta con varios puertos y entradas, las cuales son dos de USB, uno de Ethernet y la salida HDMI. Estos puertos permiten conectar el miniordenador a otros dispositivos, teclados, ratones y pantallas. (2013, Julio 21). (abc.es, s.f.) ELABORADO POR: Oficina de Investigaciones



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Las librerías de Raspberry pi están abiertas para todo el público siendo esto la mejor de las ventajas, ya que permite interactuar de una manera personal y de un modo aventurero en un ambiente donde la imaginación juega un papel crucial para desarrollar nuevos dispositivos y aplicaciones. Varias generaciones de Frambuesa Pi se han hecho públicos. La primera generación (Pi 1) fue lanzado en febrero de 2012 en el modelo básico A y B. un mayor modelo de especificación de los modelos B + A + y fueron puestos en libertad un año después. Frambuesa Pi 2 modelo B fue lanzado en febrero de 2015 y Frambuesa Pi 3 Modelo B en febrero de 2016. 3.2.2. S E NS OR B MP 180

Figura 2. Sensor BMP 180

Fuente: RobotShop

Sensor de presión atmosférica con la capacidad de medir la altitud a la que se encuentra, puede ser un dato muy importante a la hora de construir una máquina de vuelo. Cuenta con una mejora en comparación a su versión anterior la cual es la eliminación significativa del ruido. Es un elementó de bajo consumo de corriente al necesitar solo 0.3 A para su funcionamiento. Es un elemento totalmente calibrado y listo para usarse compatible con la tecnología I2C; esto se traduce en el uso de pocos cables que facilitan la conexión a tarjetas de adquisición de datos como la RASPBERRY PI3.




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3.2.3. S E NS OR DHT 22

Figura 3. Sensor DHT 22

Fuente: DX.COM

Sensor de temperatura y humedad con un muy buen rango de exactitud, ya que es la evolución del sensor Dht 11, el cual había presentado falencias de presión. Este dispositivo presenta los datos en forma decimal además con un tiempo de muestreo de 2 segundos. Por otra parte, tiene un tiempo menor a 10 segundos para reportar algún cambio en el censado de temperatura y menor de 5 segundos para el censado de humedad relativa. 3.2.4. TA R J E TA S D

Unidad de almacenamiento para dispositivos electrónicos tales como teléfonos, cámaras digitales o tablets. Se clasifican según su capacidad de almacenamiento, sus medidas y por su puesto la velocidad a la cual reciben o transmiten datos desde los dispositivos ya mencionados. 3.2.5. P A NTA LLA LC D 16x 2

Figura 4. Pantalla LCD 16x2

Fuente: LOPACAN.COM

LCD traduce al español PANTALLA DE CRISTAL LIQUIDO, y la conforman una cantidad exacta de pixeles monocromos que están ubicados frente a una luz refractora, para este elemento también existe una clasificación, la cual se basa en su número de pixeles, color forma o tamaño. Ha cautivado la atención de e los desarrolladores de elementos electrónicos por su bajo costo y fácil manipulación; esta pantalla es capaz de representar 2 filas de 16 caracteres gracias a su controlador de marca HITACHI. ELABORADO POR: Oficina de Investigaciones



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3.2.6. C ON VE R S OR I2C P A R A LC D 16x 2

Tarjeta adaptadora I2C para LCD. Voltaje de alimentación 5V, dirección I2C:0x20. Con potenciómetro para ajuste de contraste. Compatible con Arduino y LCD 16x2 o 20x4. Figura 5. Conversor I2C para Pantalla LCD 16x2

Fuente: WWW.DIDACTICASELECTRONICAS.COM

Características: Chip: PCF8574 Contiene 4 líneas de conexión Contraste ajustable (potenciómetro o jumper) Compatible con pantallas LCD 16x2 y 20x4 Rango de direcciones I2C: 0x20 a 0x27 (0x20 por defecto) Dimensiones:41x19mm Compatible con el protocolo I2C, por lo que puede compartir el bus con otros dispositivos.

3.3. DESARROLLO DEL PROYECTO Luego de indagar y buscar las mejores opciones en cuanto a dispositivos electrónicos se refiere, procesadores de información con excelente capacidad y una alta confiabilidad. Respecto a los datos entregados al final del proceso por los sensores, para desarrollar el proyecto; la fácil adquisición de los mismos y su costo atractivo y propio para un mercado que está empezando, además pensando en posibles daños o correcciones a futuro, corroboramos que los elementos elegidos están perfectamente en el rango esperado. Concretar la integración de los dispositivos con las bases de datos en la red conllevaba a obtener mucha más información sobre etiquetas específicas. 3.3.1. MON TA J E DE L P R OTOTIP O DE LA E S TA C IO N ME TE R E OL OG IC A

Se eligieron para la adquisición de datos de las variables climatol ógicas los sensores DHT 22 y BMP 180; estos dispositivos tienen un gran respaldo por las personas o compañías que los usan en sus prototipos; ahora bien, la incorporación de la LCD al módulo tiene como fin ver los datos en tiempo real supliendo la necesidad de mantener una pantalla conectada al mini procesador, debido a que es la forma habitual para ingresar a su interface. Se hace la conexión de los dispositivos a la Raspberry dentro de una caja Dexon de 20x20, la cual tiene como atributo impedir la filtración de agua, sumado a esto puede soportar la exposición al sol sin problema. La figura 5, 6 y 7 muestra el prototipo creado a partir de lo descrit o con anterioridad. ELABORADO POR: Oficina de Investigaciones



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Figura 6. Prototipo EMUTS, Raspberry Pi 3

Fuente: autores.

Figura 7. Prototipo EMUTS, Sensores

Fuente: autores.

Figura 8. Prototipo EMUTS, LCD.

Fuente: autores. ELABORADO POR: Oficina de Investigaciones



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3.3.2. P R OG R A MA C IO N DE LA R A S P B E R R Y P I 3

Posteriormente al ensamble del prototipo y de la ejecución de pruebas que garantizaran el perfecto funcionamiento de los elementos que integran el diseño, se procede a realizar el desarrollo del programa que controlara los dispositivos y permitirá procesar los datos obtenidos por los mismos. Integrar los dispositivos requiere descargar diferentes librerías de la internet que permiten la manipulación y comunicación entre los módulos de censado, módulo de conexión WIFI con la Raspberry pi3.A continuación se declaran puertos y librerías, junto con la declaración de elementos integrados al proyecto para empezar a obtener valores censados, para así enviar dichos datos al host perteneciente a la empresa AMERICAN DOMINIOS que funcionara como base de datos; lo anterior mencionado se presenta por medio de un diagrama de flujo, en la figura 9. Figura 9. Diagrama de Flujo Raspberry Pi 3.

Fuente: autores.

3.3.3. A P LIC A C IÓ N A ND R OI D Y P A G IN A WE B

En la figura 10 se observa el esquema inicial de la página web, usando la herramienta mybalsamiq. La cual permite realizar bosquejos de páginas web desde cero, teniendo en cuenta cualquier posibilidad de acceso a la misma o incluso detalles tan esenciales como color, fondos, imágenes y demás todo de una manera interactiva y dinámica, además brinda la opción de visualizar los resultados de la programación en un pc o en cualquier dispositivo Android para garantizar que las gráficas se logren apreciar perfectamente, es así como se decide trabajar los datos en una página web que se direccionara a los equipos Android para mitigar la falta de procesador que carecen dichos dispositivos tecnológicos. El orden de acción del software es la siguiente: almacenamiento de los datos censados en el repositorio web, luego ver de manera organizada dichos datos guardados para luego generar la gráfica en una fecha específica por el usuario. ELABORADO POR: Oficina de Investigaciones



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Figura 10. Prototipo Página Web.

Autor: autores.

3.3.3.1 ALMACENAMIENTO DE DATOS

Esta sección es la encargada de recibir los datos, al igual debe encargarse de organizar y guardarlos en la base de datos, de esta manera se llevar un control de los mismos, permitiendo acceder a ellos en el momento que se necesite; si no se logra hacer esta parte del programa no se podrá visualizar ningún valor y solo se verá en la pantalla LCD, pero perdiendo la capacidad de ver los registros en otra ocasión. Figura 11. Diagrama de flujo almacenamiento de datos.

Fuente: autores.

3.3.3.2 PAGINA PRINCIPAL Aquí se visualiza en tiempo real los valores de las variables censadas, presión, temperatura y humedad; las tres variables se verán en cuadros independientes y como cuadro adicional está el recuadro de gráficas; esta grafica permite ver los tres datos a la vez. Además, si se supera ELABORADO POR: Oficina de Investigaciones



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cierta intensidad en alguna de las tres variables aparcera un mensaje que sugiere la acción para evitar los daños de dichos cambios climáticos, de esta bajara en gran manera problemas de salud drásticos. Figura 12. Página Web Multiplataforma

3.3.3.3 GRÁFICAS


Fuente: autores.



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4. RESULTADOS 4.1. Diseñar los algoritmos que permitan capturar y procesar la información de los sensores para enlazarlos con el servicio web multiplataforma. Figura 13. Programación Python Repositorio Local 1 de 3

Fuente: autores.




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Figura 14. Programación Python Repositorio Local 2 de 3

Fuente: autores.




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Figura 15. Programación Python Repositorio Local 3 de 3

Fuente: autores. ELABORADO POR: Oficina de Investigaciones



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4.2. Implementar un algoritmo que cense la humedad relativa, presión atmosférica y temperatura; además que se visualice en una pantalla LCD 16X2 en las instalaciones de las UTS. Figura 16. Programación Python Sensado y Visualización

Fuente: autores.




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4.3. Ejecutar la conexión WiFi con el repositorio de datos local del dispositivo medidor de humedad, presión atmosférica y temperatura, empleando la plataforma Raspberry Pi 3. Figura 17. Programación Python Repositorio Web.

Fuente: autores.




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4.4. Implementar una aplicación Web-Multiplataforma que permita visualizar y sugerir la medida de precaución, ante los datos obtenidos del dispositivo medidor de humedad, presión atmosférica y temperatura en tiempo real y llevar una estadística de las mediciones. Figura 18. Aplicación Multiplataforma

Fuente: autores.




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5. CONCLUSIONES A partir de la fecha de entrega las Unidades Tecnológicas de Santander disponen de una estación meteorológica construida a bajo coste y acorde con las nuevas tecnologías. La fabricación es hardware libre, cualquier persona puede revisar el diseño, realizar modificaciones en el diseño o en el programa e implementar expansiones. La placa está alimentada por una fuente de celular de 5V a 2A, los algoritmos envían los datos de los diferentes sensores a Internet permitiendo consultarlos desde la web. Con el histórico de los datos en Internet, cualquier persona puede realizar estudios estadísticos sobre el clima local. Para efectos de implementar este tipo de tecnologías se requiere conocimie ntos medioavanzados en programación Web y Python.




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6. RECOMENDACIONES En esta sección se realizan todos los comentarios pertinentes para la realización de trabajos futuros relacionados con el tema del trabajo de grado, ya sea tomando como base el trabajo presentado para mejorarlo, o aplicando otras estrategias para la solución del mismo. También se pueden realizar recomendaciones requeridas para la apropiación del conocimiento generado con este trabajo de grado, por ejemplo, la implementación de laboratorios acreditados, compra de equipos y software, adecuación de infraestructura, entre otros.




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7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS abc.es.

(s.f.). Obtenido de http://www.abc.es/tecnologia/informaticahardware/20130716/abci-raspberry-como-201307151936.html airalia.es. (28 de Junio de 2017). Obtenido de http://www.airalia.es/blog/los-efectos-de-lahumedad-excesiva-en-la-salud/ Expansión en Alianza con CNN. (27 de Junio de 2017). Obtenido de http://expansion.mx/salud/2011/04/11/los-verdaderos-efectos-en-la-salud-de-laexposicion-a-la-radiacion-solar Salazar de Puertas, E. (s.f.). En E. Salazar de Puertas.




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8. ANEXOS La sección de anexos será usada para presentar información que los autores y el director consideren importante, como el caso de: manuales de usuario, hojas de datos, guías de laboratorio, demostraciones matemáticas, diseños esquemáticos, cartografía, entre otros. Cada Anexo debe estar identificado por una letra, la cual será usada para diferenciar las figuras, tablas y ecuaciones que se encuentren en estas secciones. AYUDAS PARA LA PRESENTACIÓN DEL DOCUMENTO Esta sección del documento es de orientación para la elaboración del documento, debe eliminarla cuando genere la versión final. De igual manera, debe eliminar todas las instrucciones que contiene esta plantilla, que por lo general las encontrará como texto en color gris. Recuerde que se debe tener especial cuidado en la redacción del texto del documento, este se debe redactar de manera formal en tercera persona y no en primera persona o de manera informal, no se permiten textos como: "nosotros esperamos que", en su lugar se debe usar: “se espera por parte de los autores que…”

Las tablas, figuras, gráficas, esquemas, entre otros, deben tener nombre y fuente, a continuación, se presenta el ejemplo: Ejemplo de imagen Figura. Tipos de Investigación

Fuente: Autor ELABORADO POR: Oficina de Investigaciones



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