PDF de programación - Instrumental científico con Hardware Libre

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Instrumental científico con Hardware Libre

Emiliano López

Centro de Estudios Hidro-Ambientales

Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas

Universidad Nacional del Litoral

25 de abril de 2015

1/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Medir para entender
La Importancia de contar con registros

Para el análisis de fenómenos ambientales se requiere de registros
continuos con una adecuada cobertura espacio-temporal

Monitoreo manual

Operarios especializados

Insumo de tiempo considerable

Baja frecuencia de mediciones

Instrumental automático

Mejora en la frecuencia

Costo elevado

Dependencia tecnológica

2/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Medir para entender
La Importancia de contar con registros

Para el análisis de fenómenos ambientales se requiere de registros
continuos con una adecuada cobertura espacio-temporal

Monitoreo manual

Operarios especializados

Insumo de tiempo considerable

Baja frecuencia de mediciones

Instrumental automático

Mejora en la frecuencia

Costo elevado

Dependencia tecnológica

2/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Medir para entender
La Importancia de contar con registros

Para el análisis de fenómenos ambientales se requiere de registros
continuos con una adecuada cobertura espacio-temporal

Monitoreo manual

Operarios especializados

Insumo de tiempo considerable

Baja frecuencia de mediciones

Instrumental automático

Mejora en la frecuencia

Costo elevado

Dependencia tecnológica

2/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo con instrumental automático
Alternativa comercial

Estaciones listas para usar

Transmisión de datos a Internet (3g, Wifi, Satelital)

Configuración remota

Servicios en la nube de almacenamiento y visualización

Costo elevado

Díficilmente adaptables

Atenta contra la mejora en la resolución espacial

3/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo con instrumental automático
Alternativa comercial

4/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo con instrumental automático
Alternativa comercial: componentes y esquema de funcionamiento

5/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo con instrumental automático
Alternativa comercial: componentes y esquema de funcionamiento

6/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo con instrumental automático
Alternativa comercial: equipos abiertos y cerrados

Solución parche: usando SL y router liberado

7/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo con instrumental automático
Desarrollo propio

Otra alternativa sería realizar el desarrollo a medida

Desde cero

Recursos humanos especializados

Dificultad para el desarrollo a gran escala

8/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo automático con Hardware Libre

Una alternativa intermedia es el Hardware Libre

Plataforma de hardware reprogramable

Lenguaje de programación de alto nivel (similar a C++)

Entradas y salidas analógicas y digitales

Completamente modular

Cientos de sensores y módulos disponibles y sumando...

Cientos de librerías de software libres

Libre no significa gratis

“Free hardware” means hardware with an available free design.
Richard Stallman.

9/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo automático con Hardware Libre

Una alternativa intermedia es el Hardware Libre

Plataforma de hardware reprogramable

Lenguaje de programación de alto nivel (similar a C++)

Entradas y salidas analógicas y digitales

Completamente modular

Cientos de sensores y módulos disponibles y sumando...

Cientos de librerías de software libres

Libre no significa gratis

“Free hardware” means hardware with an available free design.
Richard Stallman.

9/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo automático con Hardware Libre

Una alternativa intermedia es el Hardware Libre

Plataforma de hardware reprogramable

Lenguaje de programación de alto nivel (similar a C++)

Entradas y salidas analógicas y digitales

Completamente modular

Cientos de sensores y módulos disponibles y sumando...

Cientos de librerías de software libres

Libre no significa gratis

“Free hardware” means hardware with an available free design.
Richard Stallman.

9/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo automático con Hardware Libre

Una alternativa intermedia es el Hardware Libre

Plataforma de hardware reprogramable

Lenguaje de programación de alto nivel (similar a C++)

Entradas y salidas analógicas y digitales

Completamente modular

Cientos de sensores y módulos disponibles y sumando...

Cientos de librerías de software libres

Libre no significa gratis

“Free hardware” means hardware with an available free design.
Richard Stallman.

9/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo automático con Hardware Libre

Una alternativa intermedia es el Hardware Libre

Plataforma de hardware reprogramable

Lenguaje de programación de alto nivel (similar a C++)

Entradas y salidas analógicas y digitales

Completamente modular

Cientos de sensores y módulos disponibles y sumando...

Cientos de librerías de software libres

Libre no significa gratis

“Free hardware” means hardware with an available free design.
Richard Stallman.

9/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo automático con Hardware Libre

Una alternativa intermedia es el Hardware Libre

Plataforma de hardware reprogramable

Lenguaje de programación de alto nivel (similar a C++)

Entradas y salidas analógicas y digitales

Completamente modular

Cientos de sensores y módulos disponibles y sumando...

Cientos de librerías de software libres

Libre no significa gratis

“Free hardware” means hardware with an available free design.
Richard Stallman.

9/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo automático con Hardware Libre

Una alternativa intermedia es el Hardware Libre

Plataforma de hardware reprogramable

Lenguaje de programación de alto nivel (similar a C++)

Entradas y salidas analógicas y digitales

Completamente modular

Cientos de sensores y módulos disponibles y sumando...

Cientos de librerías de software libres

Libre no significa gratis

“Free hardware” means hardware with an available free design.
Richard Stallman.

9/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo automático con Hardware Libre

Con el costo de tres estaciones de monitoreo comerciales (datalogger +
vel. viento + temp + humedad) pasamos de esto

10/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Monitoreo automático con Hardware Libre

Con el costo de tres estaciones de monitoreo comerciales (datalogger +
vel. viento + temp + humedad) pasamos de esto, a esto otro...

11/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Motivación
Objetivos

Objetivo

Desarrollar un dispositivo de monitoreo abierto con transmisión
inalámbrica para variables básicas:

Humedad y temperatura ambiente

Temperatura de suelo

Velocidad y dirección de viento

Altura de ríos

Evaporación de tanque

Humedad de suelo

12/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Plataforma Arduino
Dispositivo desarrollado

Plataforma Arduino

Arduino es la plataforma de Hardware Libre mas utilizada, en forma
resumida, cuenta con 3 componentes:

Placa principal

Arduino UNO, Mega, Nano, LilyPad...

Shields

Datalogger, celular, WiFi, motores...

Sensores

Velocidad de viento, temperatura, humedad, distanciómetros
acústicos/infrarojos...

13/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Plataforma Arduino
Dispositivo desarrollado

Placa Principal

Arduino UNO R3

Características:

μP Atmega328 de 16MHz
14 I/O digitales
6 Analógicas
32 KB de memoria flash
Conversor A/D 10 bits
5v o, 7v .. 12v
SDI12, RS232...

14/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Plataforma Arduino
Dispositivo desarrollado

Shields

De funcionalidad específica y acoplables a la placa principal:

Ethernet, celular, datalogger

15/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Plataforma Arduino
Dispositivo desarrollado

Sensores

16/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Plataforma Arduino
Dispositivo desarrollado

Dispositivo desarrollado

17/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Plataforma Arduino
Dispositivo desarrollado

Dispositivo desarrollado

Aún en laboratorio...

Datalogger

Transmisión WiFi, USB, Cel

Humedad de suelo

Temperaturas de agua y aire

Humedad ambiente

Velocidad de viento
Altura hidrométrica

Evaporación

18/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Plataforma Arduino
Dispositivo desarrollado

Datalogger

Datalogger = Reloj + Almacenamiento en SD.

19/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Plataforma Arduino
Dispositivo desarrollado

Comunicación

USB, Wifi, Celular,

20/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Plataforma Arduino
Dispositivo desarrollado

Sensores

Nivel: altura hidrométrica, evaporación, precipitación

21/29

Introducción
Materiales y métodos
Resultados y conclusiones

Plataforma Arduino
Dispositivo desarrollado

Sensores

Humedad y temperatura de suelo: interfaz con hydra probe ii

22