Tesis
Análisis de cobertura y modelado del consumo energético en una red de sensores.
Fecha
2016-12-08Registro en:
Corral Domínguez, Ángel Humberto. Tesis (Maestría en ciencias en sistemas digitales). Tijuana, B.C., Instituto Politécnico Nacional, SEPI, Citedi, 2016, 81 pàginas.
Autor
Corral Domínguez, Ángel Humberto
Institución
Resumen
En este trabajo se presenta el análisis de cobertura de una red de sensores, que monitorea parámetros climatológicos de temperatura y humedad en una área geográfica definida por la cobertura de los enlaces de radiofrecuencias, habilitando aspersores para contrarrestar la condición climática en caso de presentarse una baja en la temperatura del cultivo. La red inalámbrica de sensores está construida con una tarjeta basada en un microcontrolador de hardware abierto denominada Arduino, una tarjeta de comunicación inalámbrica Xbee basada en el estándar de IEEE 802.15.4.2 más las etapas Zigbee, una tarjeta de sensores y actuadores, y un módulo de alimentación de potencia proporcionado por baterías.
También se obtuvo el modelo de energía de la red de sensores con el cual se determinó el consumo de energía de una manera determinística. Una vez obtenidos los resultados teóricos, se realizaron mediciones de corriente para estimar el consumo de energía del microcontrolador, el módulo XBee-Pro S2 y la tablilla de sensores. Se midió el consumo de energía en diferentes modos de funcionamiento para el Coordinador, Ruteador y Dispositivos finales. Las mediciones se realizaron para diferentes niveles de potencia de transmisión y se estimó la cobertura de los módulos de sensores para escenarios reales con y sin línea de vista. En los experimentos se utilizó la herramienta de apoyo X-CTU proporcionado por el fabricante de los módulos Xbee.
Los parámetros monitoreados permiten la detección de condiciones ambientales propicias para que existan heladas por radiación en cultivos agrícolas; las bajas temperaturas muy cercanas ó por debajo de 0°C y una humedad relativa baja cercana al 0% crean las condiciones adecuadas conocidas como "heladas" las cuales afectan la vida de las plantas en los cultivos; con el monitoreo de esos parámetros se logra determinar esta condición lo que permite activar el sistema de protección activo contra heladas el cual consiste en la activación de riego por aspersión para transferir energía calórica del agua a las hojas de las plantas a una razón de 80 cal/gr.
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This paper presents the development of a wireless sensor network, carrying out monitoring of climatic parameters of temperature and humidity in a geographic area defined by the coverage of radio-frequency links, as well as actuators that activate devices to prevent low temperatures in crops. The wireless sensor network is built with a card based on an open hardware microcontroller called Arduino, a card of XBee wireless communication over the IEEE 802.15.4.2 standard-based ZigBee stages, a card of sensors and actuators, and a power supply module provided by batteries.
The energy model of the network of sensors with which determined the energy consumption of a deterministic way is also obtained. Once obtained the theoretical results, current measurements were performed to estimate the power consumption of the microcontroller, the XBee-Pro S2 module and sensors splint. Measurements of the energy consumption in different operating modes for the Coordinator, Router and End Devices (terminal devices) were obtained. Measurements were performed for different levels of power transmission and coverage of the sensor modules for real-world scenarios with line of sight and without line of sight with other modules of the network was determined. The experiments used the tool X-CTU support provided by the manufacturer of the Xbee modules.
The monitored parameters allow the detection of environmental conditions so icy by radiation exist in agricultural crops; low temperatures, very near or below 0 ° C and a relative humidity low, close to 0% offer the right conditions for conditions of frost which affect the life of the plants in cultivation; with the monitoring of these parameters is achieved to determine this condition that activates the active protection system against frost which consists of the activation of irrigation sprinkler to transfer heat energy from the water to the leaves of the plants at a ratio of 80 cal/gr.