Supervisión de Estación Meteorológica Remota por IoT con Tecnologí­a M2M

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Director: Ing. Roberto Martin Murdocca
Fecha: 21/12/2018
Resumen:
Un nuevo paradigma se ha instaurado en la actualidad, basado en la capacidad más significativa del Internet de las Cosas, la redefinición de conceptos. Teniendo esto en cuenta la noción de presencia se ve transformada, por el hecho de que ya no se asocia a la proximidad sino a la conectividad; lo que implica que la ubicación de dispositivos o personas deja de ser un factor relevante para estar presente.
En este proyecto se desarrolla un prototipo de estación meteorológica, que permite el acceso desde la red global a los datos adquiridos, utilizando tecnologí­as M2M (machine-to-machine) e IoT (Internet of Things). Dicho con otras palabras, por medio de una plataforma online, el estado del tiempo obtenido por un sistema aislado, estará disponible para la persona que lo requiera, sin importar desde donde accede a la red global. Por lo tanto, los datos exhibidos se encuentran disponibles para cualquier dispositivo (independencia de hardware) que tenga acceso a un navegador web (independencia de software).
Con respecto al diseño de la estación meteorológica, se debe tener en cuenta que su finalidad es realizar mediciones puntuales, por lo que se necesita utilizar instrumentos adecuados, estableciendo por medio de ellos el comportamiento atmosférico. En primer lugar, se precisa definir que variables fí­sicas serán objeto de observación, y éstas son: temperatura, humedad relativa, nivel de iluminación, nivel de rayos ultravioleta, presencia de precipitaciones y presión atmosférica. Observándolas se puede obtener una estimación básica de cómo se encuentra el estado del tiempo, en el lugar donde está emplazada la estación, sin necesidad de trasladarse físicamente.
Para realizar el armado se adquirieron sensores, que captan las modificaciones de las variables atmosféricas, y un microcontrolador, con el que se realiza el procesamiento y posterior enví­o de los datos obtenidos. El microcontrolador escogido es el Arduino UNO R3. Primero se realizan las pruebas en cada sensor y luego se los agrupa, con sus correspondientes interfaces e implementación de protocolos, para lograr estabilidad y correcto funcionamiento del sistema. Al finalizar las pruebas, se procede a integrarlos sobre una maqueta funcional.
La aplicación desarrollada mostrará el estado actualizado del tiempo, como así­ también su evolución durante el dí­a previo, gracias a la recepción de los datos provenientes del microcontrolador. Cabe aclarar que se indica en la misma plataforma, si los datos están actualizados o si corresponden a medidas previas.
Para elaborar la plataforma online se necesita de un dispositivo, en el que se alojen los servidores del protocolo de comunicación, con el que se transmiten los datos, y la herramienta de programación. Para ésta tarea se utiliza la computadora de placa simple Raspberry Pi 3 modelo "B". Se busca gestionar el tiempo de testeo e implementación de forma adecuada, partiendo de la investigación y pruebas realizadas, se escogieron Node-RED y MQTT.
Node-RED es una herramienta de programación gráfica, versátil y de rápido aprendizaje. Se destaca que la herramienta, es la que permite prescindir del conocimiento de varios lenguajes de programación y protocolos, que intervienen sólo para confeccionar la página web.
En cuanto a MQTT, es un protocolo de comunicación estandarizado, liviano, simple y escalable. En las primeras instancias se realizaron pruebas solo en red local. Cuando se comprobó que el funcionamiento satisfacía los requerimientos, se procedió a hacer pruebas desde Internet. Gracias a que fueron favorables, se logra comprobar que, si el sistema de la estación meteorológica no se encuentra dentro de la red local, con mí­nimas modificaciones, puede enviar los datos desde Internet, hacia el servidor, llamado broker.
En la experiencia del trabajo se observó que Node-RED y MQTT son un buen complemento, cada cual tiene sus limitaciones, pero debido a la naturaleza del trabajo se mantuvo la decisión de utilizarlos obteniendo buenos resultados.
El documento propone el diseño del prototipo, adaptado a los requerimientos del ámbito educativo universitario. Teniendo en cuenta un presupuesto acotado, se facilita su reproducción, y puede ser utilizado en las clases prácticas de laboratorio. Se lograron alcanzar los objetivos planteados y algunos fueron superados, agregando funcionalidades al sistema.