Estacion

Universidad de Deusto . . . . Facultad de Ingeniera

INTRODUCCIN

Proyecto Fin de Carrera

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1. INTRODUCCIN El presente proyecto consiste en el desarrollo completo de una estacin meteorolgica modular y de bajo coste y del software de recogida de datos y visualizacin necesario para implementar un Servicio Meteorolgico ntegro que permita el estudio del microclima. El envo de datos desde la estacin se realizar por radio-transmisin reduciendo al mximo las tareas de mantenimiento. Tambin se contempla la posibilidad de visualizar los datos de la estacin en tiempo real va Internet.

1.1. Conceptos meteorolgicos En este subapartado se desarrollan brevemente conceptos meteorolgicos bsicos, cuyo conocimiento es necesario para una mejor comprensin del fin de este proyecto. El clima se define como el conjunto de condiciones atmosfricas que caracterizan una regin, deducido principalmente por el estado medio de la atmsfera, determinado a lo largo de un perodo de tiempo de varias dcadas (idealmente tres o ms). Los principales elementos constituyentes del clima son: la radiacin solar, que incide de forma fundamental en la temperatura, de la que se tiene en cuenta la mxima, la mnima y la temperatura media, as como la amplitud u oscilacin trmica en distintos perodos de tiempo; la precipitacin, de la que se registra su cantidad, naturaleza, persistencia e intensidad y su distribucin estacional, y los vientos, cuyas caractersticas se ven notablemente influenciadas por las oscilaciones trmicas. Son factores determinantes del clima:

La latitud, que condiciona el efecto de la radiacin solar; La altitud, que incide en la presin y la temperatura

La distribucin entre tierras y mares, que ejerce una accin modificadora

o moderadora de los restantes factores.


ESTACIN METEOROLGICA INTELIGENTE


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Estos factores climticos provocan el fenmeno del microclima, que consiste en cambios considerables de las condiciones climticas entre lugares relativamente cercanos. De este modo, para poder estudiar el clima, se requiere una estacin que mida con precisin aceptable las diversas variables climatolgicas, y que almacene los datos para su posterior anlisis y tratamiento offline. Tambin se requiere una red de estaciones meteorolgicas si se desea estudiar con precisin el clima y sus fluctuaciones, para poder llegar a analizar los diversos microclimas de una regin. 1.2. Problema a resolver. Necesidades El estudio del clima es un proceso muy laborioso, que requiere de varios aos de estudio y el manejo de una gran cantidad de informacin. Adems, el detallado estudio del microclima necesita un sistema de medicin con mltiples ubicaciones. Para afrontar esta problemtica, las tareas ms importantes ha desarrollar son las siguientes:

La realizacin de estaciones meteorolgicas de bajo coste y precisin aceptable que midan las variables meteorolgicas ms importantes y las almacenen para su posterior tratamiento offline.

El desarrollo de una red de estaciones meteorolgicas con mltiples

implantaciones para poder analizar el microclima.

La creacin de un Servicio Meteorolgico global y centralizado que permita el anlisis conjunto de la informacin de todas las estaciones.

La elaboracin de una base de datos de uso pblico y actualizada en tiempo

real, usando Internet como medio para su distribucin. La correcta realizacin de las cuatro tareas expuestas supondra la creacin de una red amplia de estaciones meteorolgicas, una informacin centralizada y de uso pblico. Esto redundara en mejoras en el campo cientfico ya que se posibilitaran


INTRODUCCIN


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muchos estudios climticos y tambin mejoras en el mbito social puesto que supondra un adelanto en los servicios pblicos.

Figura 1 1.3. Finalidad del Proyecto Actualmente hay pocas estaciones meteorolgicas que contemplen la medicin de mltiples variables meteorolgicas, y las que lo realizan son excesivamente caras. Esto provoca que no se instalen el nmero suficiente de estaciones que permitan desarrollar un estudio detallado del clima y del microclima. En el Pas Vasco tenemos 23 estaciones en lava, 29 en Vizcaya y 40 en Guipzcoa. Independientemente del nmero de estaciones, el Servicio Meteorolgico desarrollado actualmente no cumple los requisitos anteriormente expuestos. La informacin no es pblica, no llega en tiempo real y tampoco est centralizada. A modo de ejemplo, la recogida de datos de muchas estaciones se realiza manualmente cada dos meses, no recibindose ninguna informacin hasta ese momento.

ESTACIONES METEOROLGICAS

CENTRAL DE SERVICIO

METEOROLGICO

BASE DE DATOS

CIUDADANOS

Centros INVESTIGACIN




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Los factores clave de este proyecto cuyo desarrollo ayudar a solucionar la problemtica actual son: Las estacin desarrollada es de arquitectura modular. Se podr adquirir con los

sensores que se requiera y se podrn realizar futuras ampliaciones. El coste de la estacin es muy bajo. El concepto de estacin de este proyecto

implica que sea de bajo precio, lo cual facilitar la mltiple implantacin y as aumentar los puntos de medicin que actualmente se limitan bsicamente a puertos de montaa y aeropuertos.

Se emplea radio-transmisin para el envo de datos desde la estacin

meteorolgica. Esta tcnica1 es un importante adelanto frente al envo de datos por lnea telefnica o la recogida manual en la propia estacin. El empleo de la lnea telefnica limita la implantacin de estaciones ya que se debe disponer de esta red en el lugar de instalacin. Por otro lado, la recogida manual es costosa, no permite la visualizacin de datos en tiempo real, y es impracticable pensando en una red de mltiples estaciones.

Se ha desarrollado un software de recogida y visualizacin de datos en

tiempo real, que permite el manejo de un gran nmero de estaciones meteorolgicas, centralizando as las bases de datos y permitiendo el anlisis en tiempo real. Este software es un pilar bsico para el desarrollo de un Servicio Meteorolgico global. Permitir alertar sobre la aparicin de tormentas desde el momento inicial. Tambin se podr ver con precisin la evolucin de las borrascas para mejorar el servicio de prediccin meteorolgico.

Se ha desarrollado un servicio pblico de datos a travs de la elaboracin de

una pgina web que permite acceder a la informacin meteorolgica de cualquier lugar en el que se encuentre instalada una estacin. Esta informacin ser muy til para instituciones cientficas y para el ciudadano. A modo de ejemplo, se puede mejorar la seguridad vial ya que se permitir comprobar la climatologa completa de las rutas por las que se va a viajar.

1 Esta tcnica ya se est empleando en algunas estaciones meteorolgicas, si bien el precio

actual de este servicio es muy elevado.


INTRODUCCIN


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De este modo, este proyecto va ms all del simple desarrollo de una estacin meteorolgica, puesto que pretende ayudar a la creacin de un Servicio Meteorolgico completo. Este proyecto es de Tipo D, puesto que conlleva la realizacin fsica de un sistema de medicin y almacenamiento de variables meteorolgicas, y el desarrollo de un software de adquisicin y visualizacin de datos. Entre los campos de ingeniera que engloba este proyecto se encuentran la ingeniera mecnica, electrnica, automtica, informtica, telecomunicaciones e ingeniera medioambiental. Tambin cabe sealar que se han superado todos los objetivos y metas fijados en el anteproyecto.

Imagen 1 Estacin meteorolgica inteligente




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MEMORIA DESCRIPTIVA


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2. MEMORIA DESCRIPTIVA En este captulo se va a explicar el estado del arte actual de los equipos de medicin meteorolgica y los logros obtenidos en este proyecto para la mejora de esta situacin. Se trata de un captulo en el que se explicar el proyecto desde un punto de vista conceptual, sin entrar en los detalles tcnicos y aspectos funcionales, contenidos desarrollados en captulos posteriores.

2.1 Estado del arte actual En este apartado se va a describir cual es el estado del arte actual en cuanto a diseo e implantacin de estaciones meteorolgicas y equipos de funciones similares a las desarrolladas en este proyecto. Ayudar a comprender mejor las prestaciones y mejoras aportadas por este proyecto.

2.1.1 Ubicacin y nmero de estaciones meteorolgicas La comercializacin de este proyecto est orientada en una primera fase al Pas Vasco. Debido a ello, se ha estudiado el servicio de redes meteorolgicas presentes en esta comunidad. En el Pas Vasco estn instaladas 92 estaciones meteorolgicas, cuya distribucin geogrfica se muestra en la siguiente figura. Tambin se indica la situacin exacta se indica en la tabla 1. Esta red de distribucin de estaciones meteorolgicas es insuficiente para poder llevar a cabo un estudio del microclima. Si todos los municipios del Pas Vasco tuvieran una estacin, pudieran conocer factores como la direccin predominante del viento en cada poca del ao, que puede ser un dato clave para escoger las mejores ubicaciones posibles para industrias que produzcan contaminacin o vapores. Sin este conocimiento preciso, las estimaciones deben realizarse con las estaciones presentes en este mapa y son claramente insuficientes. La geografa sinuosa del Pas Vasco hace que el microclima est presente en su territorio y que puedan producirse cambios en las condiciones climticas entre municipios relativamente cercanos. Por ello, se estima que el nmero de estaciones




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meteorolgicas implantadas no es suficiente para cubrir con precisin las necesidades del microclima.

Figura 1 Mapa de estaciones meteorolgicas del Pas Vasco

ALAVA Alegra Altube Anda Arkaute Espejo Foronda Gardea Gasteiz

Gorbea Herrera Illarraza Iturrieta Kapildui Laguardia Llodio Navarrete

Ordua Ozaeta Salvatierra Saratxo Subijana Zaldiaran Zambrana

VIZCAYA

Abusu Amorebieta Aranguren Balmaseda Barazar Basurto Berna Boya (Bermeo) Derio

Gernika Gees Igorre Iurreta La Garbea Lekeitio Matxitxako Mungia Muxika

Oiz Ordua Orozko Otxandio Punta Galea Sodupe Sondika Urkiola Urkizu


MEMORIA DESCRIPTIVA


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Elorrio Zaratamo GUIPUZCOA

Agauntza Aixola Alto Deba Andoain Arantzazu Arrasate Azpeitia Bajo Deba Bajo Urola Barrendiola Berastegi-Belauntza Berastegi Bidania Boya (Getaria)

Donostia Ego Elgoibar Endara Erdoizta Estanda Etsegarate Hondarribia Ibaieder Itsaso Jaizkibel Lareo Laurgain Leitzaran

Mendaro Oiartzun Oati Ordizia Oria-Alegia Oria-Lasarte Oria-Olaberria Urkulu Urola Urumea Zarautz Zizurkil Zumaia

Tabla 1 Ubicacin de las estaciones meteorolgicas del Pas Vasco

Actualmente existe una creciente demanda energtica. Cada vez son mayores los esfuerzos que se estn realizando por instalar parques elicos y centros solares, cuya fuente de energa proviene del viento y del sol. Para poder llevar a cabo una instalacin de este tipo, hay un paso previo indispensable que es la recogida de datos para poder escoger el lugar ptimo y en el que la inversin resulte rentable. Como se puede observar en el mapa, la mayor parte de las estaciones estn situadas en zonas cercanas a carreteras y poblaciones. Sin embargo, estas instalaciones se realizan en lugares relativamente alejados de lugares con poblacin. De este modo, con el actual mapa de estaciones del Pas Vasco no podemos tener informacin precisa sobre la potencia energtica que podra instalarse en el territorio.

2.1.2 Estaciones meteorolgicas convencionales Para construir una estacin meteorolgica con las tecnologas tradicionales presentes en el mercado, hay que distinguir dos aspectos. Por un lado los sensores, los cuales proporcionan una seal acondicionada en tensin o intensidad, y por otro la consola de control que es el equipo que se encarga de almacenar los datos y en donde se centra el control de la estacin. El hecho de tener que adquirir los sensores ya acondicionados encarece mucho el coste de las estaciones. Por otro lado, la consola de datos es un equipo bastante




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caro, y que no dispone de arquitectura modular. Con el fin de que una misma consola sirva para distintas configuraciones de estacin meteorolgica, se le dota de mltiples entradas de diverso tipo, para poder conectar distintos tipos de sensores. Pero esta arquitectura que en principio parece flexible, a parte de encarecer el producto por no poder adecuarse a las prestaciones concretas de cada estacin, es una arquitectura cerrada, puesto que no se pueden conectar mayor nmero de sensores de los que admita. En la siguiente imagen se muestra una consola de control de una estacin meteorolgica convencional.

Imagen 2 Consola de control de una estacin meteorolgica convencional El presente proyecto ha resuelto todas estas dificultades. Por un lado se ha desarrollado una arquitectura realmente abierta, que no consiste en disponer de un gran nmero de entradas para distintos sensores, sino un sistema que puede crecer en tamao segn las prestaciones. Por otro lado, se ha solventado el problema del alto coste de los sensores de medicin, puesto que se ha trabajado directamente sobre los transductores y se han realizado los circuitos de medicin y de proteccin a medida para constituir sensores completos de prestaciones similares a los comerciales. A continuacin se explica conceptualmente cmo se ha logrado.

2.2 Arquitectura de la estacin meteorolgica inteligente

La novedad de esta estacin meteorolgica, que permite cumplir los objetivos de este proyecto, radica en su arquitectura que es distinta a la de cualquier otra estacin meteorolgica del mercado. Se ha concebido la estacin meteorolgica


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como si se tratara de un sistema de control distribuido industrial, no como una serie de sensores en torno a una unidad central que realiza las funciones de control y de almacenamiento. Al haber tenido que desarrollar los sensores para la estacin partiendo de los elementos transductores, se ha desarrollado una serie de sensores inteligentes, que comunican los datos digitalmente, no como las estaciones meteorolgicas tradicionales cuyos sensores envan la informacin en forma de seales elctricas. De este modo, cada sensor posee su transductor, su circuito de acondicionamiento y proteccin y un microcontrolador que se encarga de la conversin de su seal en un dato digital que se sita en un bus multipunto del que cuelgan todos los sensores y la unidad central de almacenamiento. Se trata de una arquitectura realmente abierta, puesto que la unidad central lo nico que tiene que realizar es coger los datos digitales provenientes de cada estacin y realizar las tareas de almacenamiento. Se convierte en un equipo mucho ms sencillo que las tradicionales estaciones meteorolgicas que tienen que realizar las tareas de conversin y proteccin de las seales en la unidad central. Cada sensor posee una direccin que es configurable y con la que se identifica dentro del conjunto de la estacin meteorolgica. De este modo, la unidad central reconoce los datos presentes en el bus de informacin y almacena los datos consecuentemente. Lo nico necesario para aadir ms sensores a esta arquitectura es dotarla de un sensor inteligente que enve datos de forma digital en el bus, y ser el propio sensor el que realice las funciones de conversin y de tratamiento de la seal, liberando de trabajo a la unidad central y haciendo que no se requiera tener dispuestas un nmero determinado de entradas de cada tipo. Para que este desarrollo sea posible ha sido necesario trabajar con transductores y no con sensores comerciales. As, se ha cumplido tambin el objetivo de hacer que la estacin sea de bajo coste, puesto que los sensores a medida desarrollados son mucho ms econmicos que los tradicionales. Al poseer un microcontrolador pegado al sensor, tambin se mejora la precisin de las medidas, puesto que la seal del sensor es inmediatamente convertida en un valor digital, se reduce mucho la electrnica y el cableado que son elementos cuya precisin se ve a su vez afectada por mltiples factores como la temperatura.




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Figura 2 Arquitectura tradicional de las estaciones meteorolgicas

Figura 3 Estacin meteorolgica inteligente, desarrollada en el proyecto

Circuitos de proteccin y acondicionamiento

Conversin a valores digitales

Almacenamiento y Control

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor N

SENSORES

UNIDAD CENTRAL

Almacenamiento y Control

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor N

SENSORES INTELIGENTES

UNIDAD CENTRAL

Bus de datos digital

La unidad central tiene que tener dispuestas entradas mltiples y de diverso tipo para acondicionar y trabajar con todo tipo de sensores. Es una arquitectura cerrada y limita el nmero de sensores a emplear. Se incrementan los costes, puesto que la unidad central es un equipo caro, preparado para que se conecte a l cualquier tipo de seal elctrica.

Los sensores son inteligentes y realizan el acondicionamiento, proteccin y conversin de las seales. Envan datos digitales en un bus nico y compartido por todos. Cada sensor tiene una direccin asignada. Verdadera arquitectura abierta, puesto que la unidad central slo realiza tareas de almacenamiento, su coste es muy bajo, y el equipo es el mismo para todas las condiciones de funcionamiento independientemente del nmero de sensores.


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2.3 Diagrama de bloques

Figura 4 Diagrama de bloques de la estacin meteorolgica

Sistema de adquisicin de datos

Mdulo Comunicaciones

Mdulo Almacenamiento

Sistema de Control Microcontrolador

Modem GSM

Memoria Esttica EEPROM

MDULO CENTRAL

ESTACIN METEOROLGICA

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 Sensor N

BATERA

ORDENADOR BASE DE DATOS

INTERNET

SOFTWARE DE RECOGIDA Y VISUALIZACION

PGINA WEB

INFORMACIN Radiotransimisin

Conexin en Bus

Proteccin y CAD

Proteccin y CAD

Proteccin y CAD

Proteccin y CAD

Proteccin y CAD

SENSORES INTELIGENTES




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En la anterior figura se muestra el diagrama de bloques genrico del proyecto. Adems de los sensores y de la unidad de almacenamiento, el proyecto consta de un software para la recogida y visualizacin de datos, de un sistema de transmisin de informacin por radio-control y de un software a travs de internet que permite la distribucin de los histricos y datos guardados.

2.4 Contenidos del proyecto Este proyecto se puede subdividir en tres partes fundamentales a travs de las cuales se han cumplido los objetivos anteriormente mencionados. En primer lugar se ha realizado un profundo estudio terico de los diversos sensores presentes en el mercado para la medida de las variables meteorolgicas. Tambin ha sido necesario estudiar los distintos tipos de bateras que pueden emplearse para escoger aquella que obtenga mejor relacin calidad/precio y tenga un buen ciclo de vida y fcil reciclaje. Una vez escogidos los sensores y el modo de alimentacin se ha desarrollado la electrnica y el equipo hardware que controla la medida de los datos de los sensores y procede a su almacenamiento. Este mdulo central, junto con los sensores constituir fsicamente la estacin meteorolgica. Su concepcin es modular permitiendo la incorporacin de cuantos sensores se desee. Tambin est dotada de un modem GSM con el que realizar la radiotransmisin de los datos almacenados. Finalmente, se ha desarrollado un software de recogida y visualizacin de datos para PC. Tambin se ha creado una pgina web que permite mediante Internet la libre distribucin de la informacin en tiempo real. Gracias a ello, este proyecto es la base para constituir un Servicio Meteorolgico completo, que centralice la informacin de mltiples estaciones meteorolgicas, permitiendo hacer estudios climticos de precisin.


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Figura 5 Partes del proyectoError!

2.4.1 Estudio Terico Para la realizacin de la estacin meteorolgica ha sido necesario realizar un estudio terico previo. En el estudio se ha analizado qu tipo de sensores son los ms adecuados para incorporar a la estacin, as como conocer su principio de funcionamiento y modo de empleo. A continuacin se describen los tipos de sensores que se han estudiado y que forman parte de la estacin. Tambin se explicarn conceptos menos conocidos como la medidad de la calidad del aire o la radiacin solar. Como se va a ver hay una gran diversidad de sensores, puesto que para cada medida climtica pueden emplearse diversas tcnicas y fenmenos fsicos. En el captulo 3, especificacin funcional, se detallan las caractersticas y especificaciones de los sensores concretos que se han escogido para este proyecto.

2.4.1.1 Anemmetro Aparato utilizado para medir la velocidad o fuerza viento. Los anemmetros miden la velocidad instantnea del viento, pero las rfagas (fluctuaciones habituales del viento) se producen con tal frecuencia que restan inters a dicha medicin, por lo que se toma siempre un valor medio en intervalos de 10 minutos.

ESTUDIO TERICO

Desarrollo hardware ESTACIN

Programacin SOFTWARE

Estudio del microclima Ayuda a la creacin de una red de

mltiples estaciones Fcil adquisicin de la estacin:

modularidad y bajo coste Sencilla recogida de datos

(radiotransmisin) Centralizacin de la informacin Creacin de un Servicio Meteorolgico Distribucin de datos va Internet

PRESTACIONES

Partes del Proyecto




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Existe gran diversidad de anemmetros: Los de empuje estn formados por una esfera hueca y ligera (Daloz) o una pala

(Wild), cuya posicin respecto a un punto de suspensin vara con la fuerza del viento, lo cual se mide en un cuadrante.

El anemmetro de rotacin est dotado de cazoletas (Robinson) o hlices

unidas a un eje central cuyo giro, proporcional a la velocidad del viento, es registrado convenientemente; en los anemmetros magnticos, dicho giro activa un diminuto generador elctrico que facilita una medida precisa.

El anemmetro de compresin se basa en el tubo de Pitot y est formado por

dos pequeos tubos, uno de ellos con orificio frontal (que mide la presin dinmica) y lateral (que mide la presin esttica), y el otro slo con un orificio lateral. La diferencia entre las presiones medidas permite determinar la velocidad

El nmero de revoluciones de las cazoletas vendr registrado mediante un sistema ptico-electrnico sin contacto y de comienzo rpido.

2.4.1.2 Veleta Instrumento que sirve para medir la direccin del viento. La direccin se registra mediante un potencimetro ptico-electrnico mediante un disco codificado. Todas las partes esenciales suelen estar hechas de aluminio barnizado.

Imagen 3 Anemmetro y veleta


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2.4.1.3 Higrmetro Aparato utilizado para medir la humedad del aire. Hay diversos tipos en funcin del principio fsico empleado. El higrmetro de condensacin consiste en una cpsula metlica en cuyo

interior se evapora ter para bajar la temperatura. Cuando se alcanza el punto de roco correspondiente a la humedad existente, se observa visualmente la condensacin sobre su superficie.

El higrmetro de cabello utiliza el alargamiento que experimenta el cabello con

la humedad, para efectuar una medicin aproximada. El psicrmetro se basa en propiedades termodinmicas y efecta mediciones

dobles con un termmetro seco y un termmetro hmedo, cuya diferencia permite conocer el grado de humedad.

El higrmetro electrnico mide el cambio de las propiedades elctricas con la

humedad.

2.4.1.4 Piranmetro Radimetro solar que mide la radiacin semiesfrica total, difusa y directa, generalmente sobre una superficie horizontal. Suprimiendo la radiacin directa con un disco parasol, se puede medir la radiacin difusa.

Imagen 4 Piranmetro




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Su elemento fundamental es una termopila sobre la que incide la radiacin a travs de dos cpulas semiesfricas de vidrio. El aparato se calibra segn normas establecidas en mV por kW/m2. Se llama tambin solarmetro o actinmetro. Qu es la radiacin solar? La radiacin solar incluye radiacin ultravioleta (UV), visible (luz) y radiacin infrarroja (IR). La radiacin se caracteriza por su longitud de onda, normalmente expresada en nanmetros (10-9 m.). Cuando se describen los efectos biolgicos, la radiacin UV se divide normalmente en tres bandas espectrales: UV-C (100-280 nm.), UV-B (280-315 nm.) y UV-A (315-400 nm.). La radiacin solar UV puede ser medida como una irradiancia -la potencia incidente sobre una superficie de una unidad de rea- en unidades de W/m, o como una exposicin radiante o dosis -energa incidente sobre una superficie de rea unidad durante un perodo de tiempo- en J/m. Los factores ms importantes que afectan a la radiacin ultravioleta que llega a la superficie terrestre son: Ozono Es el principal absorbente de la radiacin UV-B, la intensidad de la misma en la superficie terrestre depende fuertemente de la cantidad de ozono presente en la atmsfera. Un factor que describe la relacin entre la sensibilidad de la intensidad de la radiacin UV-B a los cambios en el ozono total es el denominado Factor de Amplificacin de la Radiacin (RAF). Para pequeos cambios en el grosor de la capa de ozono el factor RAF representa el porcentaje de cambio en la intensidad UV-B para un cambio de un 1% en la columna total de ozono. Altitud La radiacin UV aumenta con la altitud debido a que la cantidad de absorbentes en la atmsfera decrece con la altura. Las medidas demuestran que la radiacin UV aumenta entre un 6% y un 8% por cada 1000 m. de elevacin. Elevacin solar La elevacin solar es el ngulo entre el horizonte y la direccin del sol. Para elevaciones solares altas la radiacin UV es ms intensa debido a que los rayos solares atraviesan un camino menor a travs de la atmsfera, pasando por lo tanto por una menor cantidad de absorbentes. La radiacin solar, al depender


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fuertemente de la elevacin solar, vara con la latitud, estacin y hora, siendo mayor en los trpicos, en verano, y al medioda. Dispersin atmosfrica En la superficie terrestre la radiacin solar se divide en una componente directa y una componente difusa (dispersa). La componente directa de la radiacin la forman los rayos solares que pasan directamente por la atmsfera sin ser dispersados ni absorbidos por molculas de aire y partculas como aerosoles o gotas de agua. La componente difusa de la radiacin consiste en rayos solares que han sido dispersados al menos una vez antes de llegar a la superficie. La dispersin depende fuertemente de la longitud de onda. El cielo se ve azul debido a que la radiacin azul se ve afectada en mayor medida por la dispersin que las dems longitudes de onda. La radiacin UV-B est compuesta por una mezcla al 50% de radiacin directa y difusa. Nubes y polvo La radiacin UV es mayor generalmente para cielos totalmente despejados. Las nubes normalmente reducen la cantidad de radiacin UV, pero la atenuacin depende del grosor y tipo de stas. Las nubes finas o dispersas afectan muy poco a la radiacin UV. En ciertas condiciones, y por perodos cortos de tiempo, una pequea cantidad de nubes puede incluso hacer aumentar la cantidad de radiacin UV, esto sucede normalmente en condiciones de cielos parcialmente cubiertos y con el sol visible. En condiciones de polvo en suspensin, situacin frecuente en Canarias, la radiacin es dispersada y da lugar a una disminucin de la misma. Reflexin Parte de la radiacin que llega a la superficie terrestre es absorbida y parte es reflejada. El porcentaje de radiacin reflejada depende de las propiedades de la superficie. Elementos como la hierba, el agua y otros, reflejan menos de un 10%, sin embargo, otros elementos como la nieve fresca puede llegar a reflejar el 80% de la radiacin incidente. Durante la primavera y en condiciones de cielo despejado la reflexin por nieve puede elevar los valores de radiacin hasta niveles de verano. Aproximadamente un 95% de la radiacin UV penetra en el agua y hasta un 50% llega hasta una profundidad de 3 m.




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2.4.1.5 Pluvimetro Transmisor de valores de medicin de cantidad de precipitacin y de valores de intensidad para su transmisin elctrica. Como elemento medidor se utiliza una balanza basculante cuyos vuelcos son detectados por medio de un contacto. Algunos modelos van provistos de calefaccin regulada por termostato.

Imagen 5 Pluvimetro convencional

2.4.1.6 Termmetro Instrumento que mide la temperatura ambiente. La temperatura de un cuerpo indica en qu direccin se desplazar el calor al poner en contacto dos cuerpos que se encuentran a temperaturas distintas, ya que ste pasa siempre del cuerpo cuya temperatura es superior, al cuerpo que tiene la temperatura ms baja; el proceso contina hasta que las temperaturas de ambos se igualan. Existen diversos tipos de termmetros, destacando los de mercurio, los de platino, los de unin semiconductora y los termopares. Se diferencian entre s por presentar distintas velocidades de respuesta, sensibilidad, linealidad, etc., siendo cada uno de ellos ms apropiado para un determinado tipo de aplicaciones.

2.4.1.7 Barmetro Instrumento utilizado para medir la presin atmosfrica. Inventado por Torricelli en 1643, el barmetro de mercurio consiste en un tubo de vidrio, cerrado por la parte


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superior, lleno de mercurio y sumergido en una cubeta con el mismo lquido. La presin atmosfrica que acta sobre la cubeta mantiene el nivel del mercurio en el tubo, equilibrando su peso, de modo que la altura alcanzada es tanto mayor cuanto ms alta sea la presin atmosfrica en el momento de efectuar la medicin. Modelos perfeccionados fueron construidos por Regnault, Fortin y Tonnelot. El barmetro aneroide, tambin denominado metlico, fue inventado por Vidi y se fundamenta en la deformacin elstica que experimenta, bajo la accin de la presin atmosfrica, una caja metlica plana y de paredes delgadas en la que se ha hecho el vaco; la deformacin elstica se transmite a una aguja que se desplaza en una escala graduada. El barmetro de Bourdon consiste en un tubo flexible, cerrado y curvado en forma de herradura, en cuyo interior reina el vaco. Las variaciones de presin del aire modifican la curvatura del tubo y estas modificaciones se registran en una escala. El barmetro registrador o bargrafo est formado por varias cpsulas aneroides que mueven una aguja inscriptora que registra de forma continuada, sobre un cilindro de papel mvil, los valores de la presin atmosfrica durante un perodo de tiempo.

2.4.1.8 Calidad del aire La presente estacin meteorolgica pretende cubrir tambin las necesidades de medicin de calidad del aire, adems de las variables meteorolgicas tradicionales. Para ello, se ha dotado al equipo de dos sensores que permiten detectar distintos tipos de partculas que permiten evaluar la calidad del aire. Ahora se va a exponer cuales son los criterios que hay que seguir y las reglamentaciones existentes para poder establecer la calidad del aire de una determinada zona. Con objeto de hacer la informacin sobre calidad del aire fcilmente comprensible por la poblacin en general, la Consejera de Medio Ambiente elabora unos ndices que permiten transformar las concentraciones de contaminante medidas, en calificaciones de calidad. Para el clculo de estos ndices, la Consejera de Medio Ambiente ha aplicado unos criterios que han cambiado a partir del 19 de julio del 2001, fecha en la que han empezado a considerarse los valores lmite de la nueva




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normativa europea derivada de la Directiva 96/62, de evaluacin y gestin de la calidad del aire ambiente. Debe aclararse que estos nuevos lmites no son de obligado cumplimiento hasta los aos 2005 2010, segn el contaminante. Los criterios para la elaboracin de los indicadores derivados de la Directiva 96/62 son ms restrictivos, por lo que se esperan calificaciones peores a las obtenidas con el criterio anterior. Los ndices ms afectados son los referentes al ozono y a las partculas en suspensin. Se tienen en cuenta los mismos cinco contaminantes: SO2, PM10, NO2, O3 y CO. En este caso, la calidad se divide en slo cuatro tramos: buena, admisible, mala o muy mala. Se hace uso de un ndice comprendido entre 0 y >150, de modo que cuando el ndice valga 0 la concentracin del contaminante sea nula, y cuando el ndice valga 100 la concentracin de contaminantes coincida con el valor lmite fijado por las nuevas directivas europeas para cada uno de los considerados. El valor del ndice para cualquier otro valor de concentracin se obtendr por interpolacin lineal. Debido a que en los lmites contemplados en las directivas existe un margen de tolerancia que va disminuyendo hasta anularse en la fecha de cumplimiento del valor lmite, 2005 2010 segn el contaminante, hasta estos aos el rango cuantitativo cambia anualmente. La siguiente tabla muestra los valores lmite que se han tenido en cuenta a la hora de elaborar el ndice, y que se asociarn al valor del ndice 100 para los distintos contaminantes. Calidad ndice SO2 (24h)(1) Partculas

(24h) NO2 (1h mx.)(2)

CO (8h mx.)(3)

O3 (8h mx.)(4)

Buena 0-50 63 35 145 8.000 60 Admisible 51-100 125 70 290 16.000 120 Mala 101-150 188 105 435 24.000 180 Muy mala >150 >188 >105 >435 >24.000 >180

Tabla 2 ndices de calidad del aire Fuente: Consejera de Medio Ambiente. 2002


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(1) En el caso del SO2, se tiene en cuenta para el clculo del ndice el valor lmite medido en 24 horas que establece la Directiva 1999/30. Sin embargo, siempre que se supere el valor lmite horario fijado en la misma Directiva, la calidad del aire ser considerada "mala" y siempre que se supere el umbral de alerta, la calidad del aire ser considerada "muy mala". (2) En el caso del NO2 se tiene en cuenta para el clculo del ndice el valor lmite horario que establece la Directiva 1999/30. Sin embargo, siempre que se supere el umbral de alerta, la calidad del aire ser considerada "muy mala". (3) En el caso del O3, se tiene en cuenta para el clculo del ndice el valor objetivo para la proteccin a la salud fijado en la propuesta de nueva directiva: valor octohorario de 120 g/m3 . Siempre que se supere el valor de informacin a la poblacin, valor horario (180 g/m3) fijado en la misma propuesta, la calidad del aire ser considerada "mala" y si se supera el umbral de alerta para la poblacin (valor horario 240 g/m3) la calidad del aire se considerar "muy mala". (4) La media octohoraria mxima correspondiente a un da se escoger examinando las medias mviles de ocho horas, calculadas a partir de datos horarios y que se actualizarn cada hora. Cada media octohoraria as calculada se atribuir al da en que termine el periodo, es decir, el primer periodo de clculo para cualquier da dado ser el periodo que comience a las 17:00 de la vspera y termine a la 1:00 de ese da; el ltimo periodo de clculo para cualquier da dado ser el que transcurra entre las 16:00 y las 24:00 de ese da. 2.4.2 Equipos hardware desarrollados Para poder desarrollar la estacin meteorolgica se ha implementado tanto la unidad de control como los sensores inteligentes. Se ha desarrollado un modelo de tarjeta estndar para los sensores, de modo que la nica diferencia entre los distintos sensores es el tipo de transductor empleado, que ser el elemento que sirva para realizar las distintas mediciones. En la imagen 7 se observa el aspecto de esta tarjeta de control de sensores estndar basada en microcontrolador. Posee adems, los circuitos de proteccin contra sobretensiones y sobreintensidades y la




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electrnica necesaria para su conexin al bus de datos de la estacin meteorolgica.

Imagen 6 Tarjeta estndar para desarrollar los sensores inteligentes.

Imagen 7 Aspecto final de los sensores inteligentes


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Como se puede observar en la tarjeta, dispone de un conjunto de microinterruptores. Gracias a ellos, puede configurarse en cada sensor una direccin diferente, que le identificar dentro de la estacin meteorolgica. Otra ventaja del desarrollo de los sensores inteligentes consiste en que la precisin de la medida est en el propio sensor y no en el equipo de almacenamiento como sucede con las estaciones meteorolgicas convencionales. De este modo, pueden ofertarse en el mercado sensores de diverso tipo y coste, en funcin del grado de precisin que quiera obtenerse. El grado de precisin en la medida vendr influenciado por dos factores: la calidad del transductor empleado y la resolucin del convertidor analgico digital. Adems de los sensores, el otro equipo hardware fundamental del proyecto es el sistema de almacenamiento de datos, la unidad central de la estacin. Aqu se guardarn los datos medidos de todas las variables climticas, y permanecern hasta que sean descargados por el ordenador central del Servicio Meteorolgico. El sistema de almacenamiento estar formado bsicamente por memorias EEPROM de gran capacidad y colocadas en bus, de modo que se permita ampliar la memoria cuando se desee. La unidad central est gobernada por un microcontrolador de gama alta, que ofrece todas las prestaciones necesarias. La unidad central tambin dispone de una pantalla LCD y de un teclado a travs de los cuales puede accederse a informacin en tiempo real sobre los sensores. Es una funcin muy interesante y es especialmente til para poder comprobar la correcta instalacin de la estacin meteorolgica. El sistema de almacenamiento es una parte fundamental de la estacin meteorolgica, puesto que si se pierden los datos, todo el esfuerzo de medicin habr sido en balde. Debido a ello, se emplean memorias EEPROM que guardan sus datos aunque se vaya la alimentacin o se estropee algn elemento del sistema. Son chips que permanecern con el dato almacenado hasta que sea borrado o sobrescrito elctricamente.




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Imagen 8 Tarjeta de la unidad central de la estacin

Imagen 9 Aspecto final de la unidad central de la estacin


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Una de las mejoras que incorpora esta estacin consiste en permitir que los datos almacenados se enven por radiotransmisin hasta el ordenador central de recogida. Se ha empleado un modem GSM para realizar las comunicaciones. De este modo, no es necesario disponer de una lnea telefnica en el lugar de la instalacin. Esto facilitar enormemente la instalacin de estaciones ya que no es necesario que el lugar sea fcilmente accesible o que haya una lnea telefnica cercana.

Imagen 10 - Modem GSM utilizado por la estacin meteorolgica 2.4.3 Software desarrollado Este proyecto adems de la realizacin fsica de la estacin, pretende ayudar al desarrollo de un Servicio Meteorolgico mucho ms moderno y completo que el actual. Por ello, ha sido necesario desarrollar ciertos programas software a parte de la estacin. El primer programa desarrollado (bajo entorno Windows) permite la recogida de datos de las estaciones y su almacenamiento ordenado en una Base de Datos Central. En esta Base de Datos se guardarn los datos de todas las estaciones, consiguiendo as centralizar la informacin y facilitando posteriores estudios meteorolgicos. Adems del almacenamiento de los datos, el programa permite la visualizacin en tiempo real de todos los sensores. Para ello, se ha diseado un




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programa muy visual, con grficos de la evolucin de las variables en el tiempo y con mltiples indicadores. En la siguiente imagen, se muestra el cuadro principal de control del programa.

Imagen 11 - Software de visualizacin y recogida de datos

De nada sirve tener gran cantidad de informacin si no se hace un uso adecuado de ella. Es necesario difundir los datos, al menos los parmetros ms significativos, para que puedan disponer de ellos tanto los centros cientficos (especialmente centros meteorolgicos) como los propios ciudadanos. Internet constituye hoy en da una herramienta muy potente de comunicaciones, ya que existe una mayoritaria implantacin de esta tecnologa en todo el mundo. Es de bajo coste y de sencillo manejo. Este proyecto conlleva la realizacin de una pgina web desde la cual se pueda acceder a travs de Internet a los datos histricos y en tiempo real de cualquier estacin.


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La pgina web tiene conexin dinmica con la misma base de datos que utiliza el software de recogida y visualizacin. La incorporacin de este servicio ser novedoso y permitir realizar un importante servicio social.

Imagen 12 Pgina web de visualizacin de datos




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ESPECIFICACIN FUNCIONAL


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3. ESPECIFICACIN FUNCIONAL En este captulo se van a mostrar las especificaciones tcnicas de los diversos dispositivos empleados para el desarrollo de la estacin meteorolgica, y que constituyen la base sobre la que poder fijar la especificacin funcional del proyecto.

3.1 Transductores La estacin meteorolgica inteligente, consta de nueve sensores, cuyos transductores son:

Transductor de temperatura Transductor de humedad relativa Transductor de presin atmosfrica Transductor de calidad del aire Transductor de nivel de monxido de carbono Anemmetro Veleta Pluvimetro Transductor de radiacin solar

El principio fsico de funcionamiento de estos sensores, ha sido explicado en el captulo 2 del documento. Ahora se van a exponer las propiedades concretas de los transductores escogidos para cumplir con los requerimientos del proyecto. Debido a que en el proyecto se ha desarrollado una gama de sensores inteligentes, no ha sido necesario adquirir sensores comerciales completos, sino simplemente el transductor o elemento fsico de medida. Sobre este transductor posteriormente se ha formado el sensor. En la lista de sensores de la estacin meteorolgica cabe destacar sensores de nivel de calidad del aire, que no suelen estar vinculados a las estaciones meteorolgicas convencionales. El bajo coste de la estacin meteorolgica desarrollada en este proyecto, puede permitir su mltiple implantacin por parte de ayuntamientos y otros organismos, por lo que se ha considerado importante que se realicen mediciones que permitan determinar los niveles de polucin y de calidad del aire adems de los parmetros meteorolgicos tradicionales.




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3.1.1 Transductor de Temperatura Se ha empleado un sensor de temperatura de tipo unin semiconductora, que aporta una salida en formato I2C, idnea para ser recibida por un microcontrolador. Se trata de un sensor de precisin aceptable y muy bajo consumo, cuyo fabricante es National Semiconductors.

Figura 6 Descripcin de los pines del sensor de temperatura LM75

Figura 7 Diagrama de bloques del sensor de temperatura LM75




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Caractersticas tcnicas

Alimentacin 3 6,5V d.c.

Consumo 250 A

Rango de medida -55C a 125C

Precisin 0,5C

3.1.2 Transductor de Humedad

El fabricante del transductor escogido es Honeywell. Se trata de un sensor de humedad con soporte cermico e intercambiable. Tiene una salida de tensin amplificada y un margen de medicin de 0 a 100% de humedad relativa

Imagen 13 Transductor de humedad


Alimentacin 5V d.c.

Salida de 0,8 a 3,9V d.c. (U = 5V, +25C)

Precisin 2% RH

Estabilidad 1% RH al 50% RH durante 5 aos

Tiempo de respuesta 15s con aire en calma




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3.1.3 Transductor de Presin

Este sensor presenta un exclusivo sistema de interconexin por sello conductor, que elimina la necesidad de soldaduras de cables internos o conexiones de lengeta. Esto ayuda a mejorar la fiabilidad del producto as como a reducir los tiempos de fabricacin, lo que redunda en una reduccin de su coste. Permite calibrar la seal de salida tanto en cero como a fondo de escala. El sensor lleva compensacin de temperatura por lo que se pueden reemplazar sin necesidad de ser recalibrados. El transductor es un diafragma de silicio integrado en el chip del circuito integrado. Presenta un puente de Wheatstone formado por cuatro piezorresistencias realizadas por implantacin inica. Cuando se aplica presin, los piezorresistores varan proporcionalmente a la presin aplicada. El sello conductor permite montar un diafragma de mayor tamao, lo que confiere estabilidad al diseo y mejora las prestaciones. Estos transductores son ideales para aplicaciones que requieran una medida exacta de presin as como repetibilidad, baja histresis y estabilidad a largo plazo.

Imagen 14 Transductor de presin


Rango de medida 0-207kPa

Salida a fondo de escala 100mV




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Sensibilidad/ psi 3,33mV

Sobrepresin (mx.) 414kPa

Excitacin recomendada 10,0V

Resistencia de entrada 7,5k

Sustancias compatibles Aquellas que no ataquen el polister, el silicio o la fluorosilicona

3.1.4 Transductor de calidad del aire

Se ha escogido un sensor diseado para detectar la presencia de butano, monxido de carbono y tambin de los vapores desprendidos por disolventes orgnicos, humo de tabaco, etc. Funciona con una fuente de baja tensin y tiene muy bajo consumo de corriente (normal = 150-190mA). Este transductor de gases de tipo semiconductor est destinado a detectar los vapores desprendidos por los disolventes orgnicos, el humo del tabaco, los insecticidas, las frituras, etc. Es ideal para controlar la calidad del aire o para usarse en sistemas de purificacin del aire, ya que es capaz de detectar muy bajas concentraciones de impurezas, del orden de




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Tensin de alimentacin 10V a.c./d.c.

Tensin del calefactor 5V a.c./d.c.

Corriente del calefactor de 160 a 180mA

Temperatura de funcionamiento de -10C a +50C

Figura 8 Conexionado del sensor de calidad del aire

3.1.5 Transductor de monxido de carbono Este sensor de gases mide el nivel de monxido de carbono, dato muy importante para poder evaluar con precisin el nivel de calidad del aire. Es de tipo semiconductor. Es muy sensible a la presencia de CO, proporcionando una seal de alarma para bajos niveles de concentracin del orden de




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Tensin de alimentacin 10V a.c./d.c.

Tensin del calefactor 0,8V a.c./d.c.

Corriente del calefactor de 35 a 45mA

Temperatura de funcionamiento de -10C a +50C

3.1.6 Panel solar

El transductor empleado para construir el sensor de radiacin solar, se basa en un panel fotovoltaico de silicio amorfo, en pelcula delgada de alta calidad. Posee una estructura monoltica que consta de varias capas de materiales conductores y semiconductores depositadas sobre un superestrato de vidrio para aplicaciones solares. Este modelo de panel solar se fabrica empleando las tcnicas de fabricacin lser ms recientes, que aseguran una muy alta fiabilidad y unas excelentes prestaciones. El comportamiento del panel est optimizado para su empleo con luz natural y no con iluminacin fluorescente. La alta eficacia del panel le permite funcionar bajo la mayora de las condiciones climticas.

Imagen 17 Panel solar empleado


Tensin en la carga 7,5V

Tensin en circuito abierto 12V




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Corriente en la carga 45mA

Corriente en cortocircuito 54mA

Coef. de temp. V/C -30mV

Coef. de temp. A/C 0,05mA

3.1.7 Pluvimetro

Se ha escogido un pluvimetro marca Huger, modelo RGR 110 H, que se caracteriza por su bajo coste. Sin embargo, se trata de un pluvimetro con precisin aceptable, 1 mm.

Imagen 18 - Pluvimetro Sus medidas son 130 mm de alto por 115 mm de ancho. Los pluvimetros tradicionales de cazoleta poseen un contacto que se cierra cada vez que el pluvimetro se autovaca. De este modo, contando el nmero de veces de vaciado y la frecuencia, puede determinarse la lluvia en l/m2. Sin embargo, el pluvimetro escogido funciona de otra manera. Segn la lluvia llena su depsito, se va vaciando sin necesidad de tener que realizar un volcado. Posee una electrnica interna que detecta el caudal del agua que recorre su interior. En funcin del caudal enva una seal analgica de 0 a 5V que sirve para identificar la cantidad de lluvia en l/m2.




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Imagen 19 Vista de la parte trasera del pluvimetro

3.1.8 Veleta La veleta empleada, tiene un recorrido til de 359 y una precisin de 1. Posee como salida un potencimetro que vara de 0 a 3,5 k, en funcin de que la posicin de la veleta vare entre 0 y 359.

Imagen 20 Veleta El proceso de almacenamiento de los datos de la veleta es distinto al que hay que realizar con el resto de los sensores. La unidad central tiene que hacer medias, y si hacemos la media de un valor que es 0 con otro que es 359, el resultado es 180, justamente la direccin opuesta a la que est apuntando la veleta. Por ello, es necesario descomponer vectorialmente los valores ledos de la veleta mediante




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senos y cosenos, y el dato a almacenar tras realizar las medias ser el arcotangente del seno medio entre el coseno medio. En la siguiente imagen se muestra la electrnica que forma parte de la veleta. Cabe destacar, que la veleta empleada tiene una base de silicona lquida que evita que la veleta realice movimientos bruscos, funciona como amortiguador y permitiendo que las medidas sean ms estables.

Imagen 21 Electrnica de la veleta

3.1.9 Anemmetro El anemmetro empleado tiene un rango de medida desde los 0 m/s hasta los 50 m/s. Funciona como un alternador de corriente alterna. Por cada vuelta del anemmetro, a su salida se obtienen tres ondas sinusoidales. Esta seal es convertida a un tren de pulsos TTL.

Imagen 22 - Anemmetro




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En la siguiente imagen puede apreciarse la electrnica del anemmetro. Consta de tres bobinados fijos, y de una pieza mvil cuyo eje es comn al eje de la veleta, y que posee un imn. De este modo, el paso del imn sobre las bobinas va provocando una seal alterna que se obtiene a la salida.

Imagen 23 Electrnica del anemmetro

3.2 Unidad Central La unidad central es el alma de la estacin meteorolgica, puesto que es el equipo encargado de recibir los datos de los sensores y realizar las labores de almacenamiento y comunicacin con el usuario para mostrar la informacin. Es un sistema basado en microcontrolador. Tambin se encarga de gestionar la alimentacin hacia los sensores. Permite la descarga de datos por radio-transmisin, reduciendo as al mximo las tareas de mantenimiento de la estacin. El equipo se ha diseado para tener muy bajo consumo. De este modo, puede permanecer funcionando de modo automtico durante mucho tiempo, y si se le aporta un panel solar para la recarga de la batera, prcticamente no es necesario tener que visitar las estaciones meteorolgicas instaladas. Esta situacin contrasta con la actual, en la que el mantenimiento de las estaciones es una tarea laboriosa, puesto que hay que ir todos los meses a recoger los datos y a cambiar las bateras. A continuacin se van a describir aquellos elementos ms importantes de la unidad central y en los que se basan sus prestaciones.




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3.2.1 Microcontrolador PIC 16F877 Para cumplir con la premisa de disear un equipo de bajo coste, no se ha adquirido ninguna tarjeta comercial del mercado, sino que se ha realizado el diseo completo basndose en la potencia de un microcontrolador PIC modelo 16F877. Se trata de un microcontrolador de nueva generacin cuyo fabricante es Microchip. Sus caractersticas ms representativas y tiles para esta proyecto son:

RISC CPU de ltima generacin Velocidad de trabajo: 20 Mhz Memoria de programa: 8k x 14 palabras Memoria de datos (RAM): 368 x 8 bytes Memoria de datos (EEPROM): 256 x 8 bytes Fuentes de interrupcin: 14, internas y externas Modo Sleep de bajo consumo Proteccin de cdigo programable Perro guardin interno Voltaje de alimentacin entre 2 y 5,5V Pila con 8 niveles

Figura 9 Distribucin de pines del microcontrolador 16F877




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3.2.2 El Bus I2C El diseo de la estacin meteorolgica se ha basado en el bus I2C para realizar todas las comunicaciones entre el microcontrolador y el resto de chips que realizan las labores de almacenamiento de datos y reloj/calendario. El Bus I2C es un protocolo de comunicaciones desarrollado por Philips muy extendido en el diseo electrnico. Para comprender cmo se han realizado las comunicaciones entre el microcontrolador central y sus chips perifricos se van a explicar los conceptos bsicos del bus I2C Introduccin de las especificaciones I2C Esta orientado a las aplicaciones de 8 bits controladas por un microprocesador. Los criterios que bsicamente se deben establecer son: Un sistema consistente en al menos un microcontrolador y varios sistemas

perifricos como memorias o circuitos diversos El costo de conexin entre los varios dispositivos dentro del sistema debe de

ser el mnimo. El sistema que utiliza este Bus no requiere una alta tasa de transferencia de

datos La total eficacia del sistema depende de la correcta seleccin de la naturaleza

de los dispositivos y de la interconexin de la estructura del bus. El concepto del Bus I2C El bus I2C soporta cualquier tipo de componente (NMOS, CMOS, bipolar, etc.). Dos hilos fsicos, uno de datos (SDA) y otro de reloj (SCL), transportan la informacin entre los diversos dispositivos conectados al bus. Cada dispositivo es reconocido por una nica direccin (si es un microcontrolador, LCD, memoria o teclado) y puede operar cualquiera como transmisor o receptor de datos, dependiendo de la funcin del dispositivo. Un display es solo un receptor de datos mientras que una memoria recibe y transmite datos. En funcin de que enven o reciban datos se debe considerar a los dispositivos como Maestros (Master) o esclavos (Slaves). Un Master es un dispositivo que inicia




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un envo de datos al Bus y genera las seales de reloj que permiten la transferencia, al mismo tiempo un dispositivo direccionado se considera un Slave. Terminologa bsica del Bus I2C

Trminos Descripcin Transmisor El dispositivo que enva datos al Bus Receptor El dispositivo que recibe datos desde el Bus Master (Maestro) El dispositivo que inicia una transferencia, general las seales

del reloj y termina un envo de datos Slave (Esclavo) El dispositivo direccionado por un master Multi-Master Mas de un master puede controlar el bus al mismo tiempo sin

corrupcin de los mensajes Arbitraje Procedimiento que asegura que si uno o ms master

simultneamente deciden controlar el Bus slo uno es permitido a controlarlo y el mensaje saliente no es deteriorado

Sincronizacin Procedimiento para sincronizar las seales del reloj de dos o ms dispositivos

Tabla 3 Terminologa del bus I2C

Generalidades El Bus I2C es multi-master, esto significa que ms de un dispositivo capaz de controlar el bus puede ser conectado a l. Los master son generalmente microcontroladores, por lo que un microcontrolador puede ser unas veces master y otras esclavo. Para imaginar la imagen del Bus son dos cables a los que se conectan diversos circuitos o chips en cantidad variable segn las necesidades, controlado el conjunto por uno o ms microcontroladores que dan instrucciones para el buen funcionamiento del conjunto. La posibilidad de conectar ms de un microcontrolador al Bus significa que uno o ms microcontroladores pueden iniciar el envo de datos al mismo tiempo. Para prevenir el caos que esto ocasionara se ha desarrollado un sistema de arbitraje. Si




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uno o ms master intentan poner informacin en el bus es la seal de del reloj si est a 1 o a 0 la que determina los derechos de arbitraje. La generacin de seales de reloj (SCL) es siempre responsabilidad de los dispositivos Master, cada Master general su propia seal de reloj cuando enva datos al bus. Las seales de reloj de un master solo pueden ser alteradas cuando la lnea de reloj sufre una cada por un dispositivo esclavo o por el dominio del control del Bus por el arbitraje de otro microcontrolador. Los dispositivos conectados al bus deben ser de colector abierto (en paralelo), para que todos se puedan estar formando una conexin AND. La nica limitacin en la conexin de dispositivos al bus depende de la capacidad mxima que no puede superar los 400 pF. Los tipos de transferencia de datos en el bus son:

o Modo Estndar aproximadamente a 100 kBits/Sg. o Modo Rpido aproximadamente a 400kbits/Sg. o Modo Alta velocidad mas de 3,4 Mbits/Sg.

Caractersticas Generales Ambas lneas de datos (a partir de ahora SDA) y Seal de Reloj ( a partir de ahora SCL) son bidireccionales conectadas a una fuente de tensin positiva va suministro comn o resistencias de carga.

Figura 10 Conexiones bus I2C




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Transferencia del Bit Debido a la variedad de diferentes tecnologas usadas en los dispositivos conectados al Bus I2C los niveles lgicos de 0 (Bajo) y 1 (Alto) no estn fijados y dependen de la tensin de alimentacin del circuito. Un pulso de reloj se genera por cada bit de datos transferidos. Los bits de datos transferidos en la lnea SDA deben de ser estables cuando la lnea SCL esta a nivel 1. El estado de la lnea SDA en 1 o 0 solo puede cambiar cuando en la lnea SCL la seal es 0

Figura 11 Transferencia de bits Instrucciones en el I2C Bus Para operar un esclavo sobre el Bus I2C solo son necesarios seis simples cdigos, suficientes para enviar o recibir informacin.

Un bit de Inicio 7-bit de direccionamiento de un esclavo Un R/W bit que define si el esclavo es transmisor o receptor Un bit de reconocimiento Mensaje dividido en octetos (8-bit) Un bit de Stop

Condiciones de Inicio (Start) y Stop Dentro del proceso de transferencia de datos en el Bus I2C hay dos situaciones bsicas que son el Inicio y el Stop de toda transferencia de datos. Estas son: INICIO (START) - Una transicin de 1 a 0 (cada) en la lnea de datos (SDA) mientras la lnea del reloj (SCL) esta a 1 determina la condicin de Inicio (Start)




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PARADA (STOP) - Una transicin de 0 a 1 (ascenso) en la lnea de datos (SDA) mientras la lnea de reloj (SCL) esta a 1 define la condicin de STOP.

Figura 12 Condiciones del bit de inicio y de parada Las condiciones de Inicio y Stop son siempre generadas por el Master. El Bus I2C se considera ocupado despus de la condicin de Inicio. El Bus se considera libre de nuevo despus de un cierto tiempo tras la condicin de Stop. Al pulso 1 de la lnea SCL le puede corresponder un pulso 0 o 1 de la lnea SDA en funcin de la informacin del byte que se enve Hay que recordar que a cada bit de SDA le corresponde un bit de SCL. Las excepciones son la condicin de inicio y la de fin. En la condicin de Inicio a un bit de SCL, le corresponde una situacin de 1 a 0, es decir, la lnea SDA pasa por dos estados. En la condicin de Stop que el Master enva un bit a la lnea SCL mientras cambia en la SDA de 0 a 1 durante el tiempo que esta enviando la seal de 1 a SCL. Transfiriendo datos Cada byte enviado a la lnea SDA debe de tener 8 bits. El nmero de bytes que se enven no tiene restriccin. Cada byte debe de ir seguido por un bit de reconocimiento, el byte de datos se transfiere empezando por el bit de mas peso (7) precedido por el bit de reconocimiento (ACK). Si un dispositivo esclavo no puede recibir o transmitir un byte de datos completo hasta que haya acabado alguno de los trabajos que realiza, puede mantener la lnea SCL a 0 lo que fuerza al Master a permanecer en un estado de espera. Los datos continan transfirindose cuando el dispositivo esclavo esta listo para enviar otro byte de datos y desbloquea la lnea de reloj SCL.




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Figura 13 - Transmisin de datos Reconocimiento El bit de reconocimiento es obligatorio en la transferencia de datos. El pulso de reloj correspondiente al bit de reconocimiento (ACK) es generado por el Master. El Transmisor desbloquea la lnea SDA (1) durante el pulso de reconocimiento. El receptor debe poner a 0 la lnea SDA durante el pulso ACK de modo que siga siendo 0 durante el tiempo que el master genera el pulso 1 de ACK.

Figura 14 Reconocimiento de datos Normalmente un receptor cuando ha sido direccionado est obligado a generar un ACK despus de que cada byte a sido recibido, excepto cuando el mensaje empieza con una direccin CBUS. Cuando un dispositivo esclavo no genera el bit ACK (porque esta haciendo otra cosa y no puede atender el Bus) debe mantener el esclavo la lnea SDA a nivel 1 durante el bit ACK. El Master entonces puede o




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generar una condicin de STOP abortando la transferencia de datos o repetir la condicin de Inicio enviando una nueva transferencia de datos. Si un Esclavo-receptor que est direccionado no desea recibir ms bytes, el master debe detectar la situacin y no enviar ms bytes. Esto se indica porque el esclavo no genera el bit ACK en el primer byte que sigue. El esclavo pone la lnea SDA a 1 lo que es detectado por el Master el cual genera la condicin de Stop o repite la condicin de Inicio. Si un Master-receptor esta recibiendo datos de un Esclavo-transmisor debe generar un bit ACK tras cada bite recibido de transmisor, para finalizar la transferencia de datos no debe generar el ACK tras el ltimo byte enviado por el esclavo. El esclavo-transmisor debe permitir desbloquear la lnea SDA, generando el master la condicin de Stop o de Inicio. Sincronizacin Todos los Master generan su propia seal de reloj sobre la lnea SCL al transferir datos sobre el Bus I2C. Los bit de datos son solo validos durante los periodos 1 del reloj. Un control es necesario para mantener un orden en los diversos bit que se generan. La sincronizacin del reloj se realiza mediante una conexin AND de todos los dispositivos del Bus a la lnea SCL. Esto significa que una transicin de un Master de 1 a 0 en la lnea SCL hace que la lnea pase a 0, esto mantiene la lnea SCL en ese estado. Sin embargo, la transicin de 0 a 1 no cambia el estado de la lnea SCL si otro reloj esta todava en su periodo de 0. Por lo tanto, la lnea SCL permanecer a 0 tanto como el periodo mas largo de cualquier dispositivo cuyo nivel sea 0. Los dispositivos que tienen un periodo mas corto de reloj 0 entran en un tiempo de espera. Cuando todos los dispositivos conectados al Bus han terminado con su periodo 0, la lnea del reloj se desbloquea y pasa a nivel 1. Por lo que hay que diferenciar entre los estados de reloj de los dispositivos y los estados de la lnea SCL. Todos los dispositivos empiezan con nivel 1.




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Resumiendo, la sincronizacin de la lnea SCL se genera a travs de la seal a 0 generada por el dispositivo con el periodo de nivel a 0 ms largo y la seal a 1 por el dispositivo que el periodo de nivel a 1 ms corto. Arbitraje Este proceso slo se da en los sistemas multimasters. Un master puede iniciar una transmisin slo si el bus esta libre. Dos o ms master pueden generar una condicin de Inicio en el bus lo que da como resultado una condicin de Inicio general en Bus. Cada Master debe comprobar si el bit de datos que transmite junto a su pulso de reloj, coincide con el nivel lgico en la lnea de datos SDA. El sistema de arbitraje acta sobre la lnea de datos SDA, mientras la lnea SCL est a nivel 1, de una manera tal que el master que transmite un nivel 1, pierde el arbitraje sobre otro master que enva un nivel 0 a la lnea de datos SDA. Esta situacin continua hasta que se detecte la condicin de Stop generada por el master que se hizo cargo del Bus.

Figura 15 Arbitraje de los datos En esta figura se muestra el arbitraje entre dos master, aunque ms pueden estar involucrados dependiendo de cuantos microcontroladores hay en el bus. En el momento en que aparece diferencia de tensin entre el nivel interno de la lnea de datos del master DATA1 y el actual nivel de la lnea de datos SDA, su salida de datos es interrumpida, lo cual significa que un nivel 1 est dominando en el Bus. Esto no afecta a los datos transferidos inicialmente por el master ganador.




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El arbitraje puede continuar varios bits hasta que se d la circunstancia de control del Bus por uno de los Master. Tras el arbitraje, los Master perdedores se deben de poner inmediatamente en modo Master-receptor y esclavo pues los datos que enve el Master dominante pueden ser para uno de ellos. Un master que pierde el arbitraje puede generar pulsos de reloj hasta el fin de byte en el cual l pierde el arbitraje. En el momento que un master toma el control slo este master toma las decisiones y genera los cdigos de direccin, no existen master centrales, ni existen rdenes prioritarias en el Bus. Especial atencin debe ponerse si durante una transferencia de datos el procedimiento de arbitraje est todava en proceso, justo en el momento en el que se enva al Bus una condicin de Stop. Es posible que esta situacin pueda ocurrir y en este caso el master afectado debe mandar cdigos de Inicio o Stop. Formato Los datos transferidos tienen la forma mostrada en la siguiente figura. Despus de la condicin de Start un cdigo de direccin de un esclavo es enviada, esta direccin tiene 7 bits seguidos por un octavo cdigo que corresponde a una direccin R/W (0-indica transmisin/1-indica solicitud de datos). Una transferencia de datos es siempre acaba con una condicin de Stop generado por el master, sin embargo, si un master todava desea comunicarse con el bus, puede generar repetidamente condiciones de Start y direccionar a otro esclavo sin generar primero la condicin de stop. Varias combinaciones de lectura y escritura son posibles dentro de una misma transferencia de datos.

Figura 16 Formato de los datos transmitidos




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Los posibles formatos de transferencia son:

1. El Master transmite al esclavo-receptor. No cambia el bit de direccin

Figura 17 Formato de escritura

2. El Master lee a un esclavo inmediatamente despus del primer byte.

Figura 18 Formato de lectura

En el momento del primer reconocimiento el master-transmisor se convierte en un master-receptor y el esclavo-receptor en un esclavo-transmisor. El primer reconocimiento es an generado por el esclavo. La condicin de stop es generada por el Master, el cual ha enviado previamente un no-reconocimiento.

3. Formato combinado Durante un cambio de direccin dentro de una transferencia, la condicin de Start y la direccin del esclavo son repetidas, pero con el bit R/W invertido. Si un Master-receptor enva una condicin repetida de Start, l ha enviado previamente un no-reconocimiento Direccionamiento El procedimiento de direccionamiento para el Bus I2C determina con el primer byte despus de la condicin de Start qu esclavo ha sido seleccionado por el Master.




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La excepcin se da en la llamada general (byte 0000 0000) con la que se direcciona a todos los dispositivos. Cuando esta direccin es usada, todos los dispositivos deben responder con un reconocimiento (A). El segundo byte de la llamada general define entonces la accin a tomar. Explicacin del 1 byte de direccionamiento: Los 7 primeros bits del primer byte marcan la direccin del esclavo, el octavo bit determina la direccin del mensaje, un 0 en la posicin 8 del byte significa que el Master escribir informacin en el esclavo seleccionado y un 1 en la posicin 8 del byte significa que el Master leer informacin del esclavo. Cuando un Master enva una direccin despus del la condicin de Inicio cada dispositivo comprueba los siete primero bits de la direccin con la suya propia. El que coincida se considera el dispositivo diseccionado por el Master siendo un esclavo-receptor o esclavo emisor dependiendo del bit R/W. Una direccin puede tener una parte fija y otra programable. Con lo que se puede conectar dispositivos idnticos al sistema siendo activados por la parte fija y controlados por la parte programable. Existen una serie de direcciones reservadas en los Bus I2C que no se deben utilizar dado que son direcciones determinadas por Philips para usos generales. La combinacin 11110xx de las direcciones esclavo se reservan para las direcciones de 10 bits. Dos grupos de 8 direcciones (0000xxx y 1111xxx) estn reservadas. Especificaciones elctricas y de tiempos Dado la gran cantidad de diferentes dispositivos que se pueden conectar en el Bus I2C, las tensiones dependen por un lado de las necesarias para cada una de los componentes y de una cierta normativa bastante elstica para las lneas SDA y SCL. Se debe intentar que la alimentacin de las lneas SCL y SDA sea de 5V mantenindose las siguientes tolerancias: Mxima tensin permitida a nivel bajo (0) ---> 1,5 V. Mnima tensin permitida a nivel alto (1) ---> 3 V.




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3.2.3 Memorias EEPROM 24c515 Una de las claves de la estacin meteorolgica es su capacidad de almacenamiento de datos, que redundar en mayor intervalo de tiempo entre descargas de datos y posibilidad de conexionado de un mayor nmero de sensores. Se han escogido las nuevas memorias EEPROM 24C515 de Microchip, que poseen una capacidad de 512 kbits. Estas memorias funcionan bajo el protocolo bus I2C, lo que permite su fcil comunicacin con el microcontrolador. Permiten realizar 100.000 ciclos de escritura y lectura. Se pueden colocar hasta 4 memorias en el mismo bus, con lo que la capacidad aumenta hasta los 2048 kbits, equivalente a 262.144 bytes. Se ha desarrollado una tarjeta denominada unidad de memoria, que contiene 4 memorias EEPROM de este tipo. La unidad central permite la conexin de hasta 4 unidades de memoria. Si se conectan 4 unidades de memoria simultneamente, la capacidad de almacenamiento de la estacin meteorolgica aumenta hasta 8192 kbits, equivalente a 1.048.576 bytes, es decir ms de 1 Mbyte. Prcticamente no hay ninguna estacin meteorolgica en el mercado que tenga unas prestaciones de almacenamiento similares a las de este equipo.

Figura 19 Distribucin de pines de la memoria 24C515

Imagen 24 Unidad de memoria




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El proceso de comunicacin con este dispositivo es el siguiente. Para escribir un byte en la memoria, la comunicacin comienza por enviar por el canal I2C la direccin del dispositivo en modo escritura. A continuacin se enva otro byte en el que se indica la parte alta de la direccin de la memoria en la que se va a guardar el dato. El siguiente byte debe indicar la parte baja de esta direccin. Ahora, el cuarto byte enviado ser el dato que se desea escribir.

Figura 20 Protocolo para la escritura de datos en la memoria EEPROM Para leer datos de la memoria EEPROM hay que realizar la siguiente secuencia. Primero se enva la direccin del dispositivo en modo escritura. A continuacin los dos siguientes bytes indican la parte alta y la parte baja de la direccin de la memoria EEPROM que deseamos leer. Ahora se debe enviar como cuarto byte la direccin del dispositivo pero en modo lectura. El siguiente byte que aparece en el bus de datos ser enviado por la memoria EEPROM y contendr el valor del byte que estaba almacenado.

Figura 21 Protocolo para la lectura de datos en la memoria EEPROM

3.2.4 Reloj calendario PCF8583 Un factor clave en la estacin meteorolgica es poseer un sistema que indique de forma eficiente la hora y la fecha, para que se guarde una correcta correspondencia en los datos almacenados. Para realizar esta labor, se ha empleado un circuito




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integrado modelo PCF8583, que es un reloj calendario en tiempo real. Sus principales caractersticas son:

Interface I2C, alimentacin nica de 2,5 a 6V Tensin para la retencin de datos de 1V hasta 6V Reloj/calendario con formato de 12 a 24h Base de tiempos de 50Hz o 32.768Hz Funciones de alarma, temporizacin, contador de eventos e interrupcin

Figura 22 Diagrama de pines del dispositivo

Figura 23 Direcciones de los registros internos




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El protocolo para escribir datos en este dispositivo (configurar la hora) es el siguiente. Primero hay que enviar por el bus I2C la direccin del chip en modo escritura, seguido de la direccin del registro que se va a escribir. Seguidamente se enva el valor del byte que se llevar a este registro. En la anterior figura se indican las funciones de cada registro interno del chip. Cabe sealar que los datos hay que enviarlos en formato BCD. El dispositivo tiene autoincremento, por lo que si se siguen enviando bytes, estos sern considerados como datos a escribir en las siguientes posiciones.

Figura 24 Protocolo de escritura de datos en el chip reloj / calendario En el modo lectura, primero debemos enviar por el bus I2C la direccin del chip en modo escritura, seguido de la direccin del registro del chip que queremos leer. Ahora como tercer byte se enviar de nuevo la direccin del chip pero ahora en modo lectura. El dispositivo comenzar a enviar el valor de los registros a partir de esta direccin.

Figura 25 Protocolo de lectura de datos con el PCF8583




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3.3 Modem GSM Para poder establecer una comunicacin a distancia y permitir la descarga de los datos a control remoto, se ha instalado un modem GSM en la estacin meteorolgica. En concreto el modelo WM02 G900 de la empresa Xacom. Se trata de un modem que trabaja a la frecuencia estndar GSM de 900 Mhz, y que permite establecer comunicacin con el equipo electrnico mediante el protocolo RS232. La comunicacin y configuracin del modem se realiza siguiendo el estndar de comandos ALT+, comnmente empleado para los modems. De este modo, el modem est continuamente esperando a recibir una llamada, y cuando esto sucede se lo comunica al microcontrolador principal, el cual a travs de los comandos ALT+ y el protocolo RS232 configura el modem y se encarga de realizar el envo de los datos. A travs del modem tambin es posible enviar comandos al equipo para proceder al borrado de las memorias una vez descargados los datos.

Imagen 25 - modem GSM A continuacin se muestra una lista de algunos de los comandos AT ms importantes y que se han empleado para la configuracin del modem y para realizar la radio-transmisin de los datos. ATA 1) Se pone en modo respuesta y espera una seal portadora del modem remoto. 2) Espera S7 segundos y colgar si no se detecta portadora.




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ATDnmero 1) Descuelga y llama al nmero de telfono solicitado. 2) Espera un tono de llamada antes de marcar.

2.1) Si no se detecta ese tono en S6 segundos, el modem devuelve cdigo de resultado "no dial tone" 2.2) Si se detecta el tono el modem espera S7 segundos

2.2.1) Si no establece conexin el modem vuelve al estado de comandos 2.2.2) Si se establece conexin el modem entra en el estado on-line.

ATE Eco ATH Descuelga el telfono 1) Un segundo silencio 2) +++ 3) ATH ATI Revisa la ROM del modem (checksum) ATO Vuelve a estado on-line desde el estado de comandos. ATQ Programa los cdigos de resultado a ON/OFF

ATS Visualiza/cambia contenidos de los registros S ATV Enva cdigos en palabras o nmeros ATW Enva "cdigos del progreso de la negociacin"




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ATX Programa cdigos de resultado ATZ Reset AT&C Programa deteccin de portadora AT&D Programa control de DTR AT&W Almacena perfil configuracin del usuario AT&Y Especifica que perfil de configuracin usuario de los almacenados se va a utilizar

3.4 Teclado La unidad central dispone de un teclado y de una pantalla LCD mediante las cuales se puede interactuar directamente con el usuario y proporcionar datos sobre las mediciones que realizan los sensores en tiempo real. Para que el usuario pueda introducir rdenes al sistema se ha empleado un teclado. Sin embargo, no es posible utilizar cualquier tipo de teclado, debido a que la estacin se instala al aire libre y las condiciones de lluvia y humedad pueden hacer que se filtre agua a la electrnica de la unidad central por cualquier hueco. El teclado utilizado se muestra en la imagen 26. Se compone de una matriz de goma de silicona de tipo industrial, que se ha fijado a un chasis de aluminio. Los contactos de las teclas son de oro sobre GRP niquelado para obtener una larga vida til y gran fiabilidad. El teclado tiene proteccin grado IP67, que garantiza su aislamiento ante la presencia de agua.




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Imagen 26 Teclado con aislamiento IP67 Este tipo de teclado se suministra sin las teclas impresas y hay diversos juegos de teclas rotuladas mediante las cuales se puede configurar el teclado como se desee. En la siguiente imagen se muestra el juego de teclas que se ha empleado para configurar el teclado de la estacin meteorolgica.

Imagen 27 Juego de teclas para el teclado

3.5 Sistema de alimentacin El sistema de alimentacin de la estacin meteorolgica consta de dos bateras y de un panel solar. Existe una batera principal de 12V y 2A/h. Se trata de una batera de plomo, optimizada especialmente para uso cclico o intenso y que ofrece ms de 1.200 ciclos de carga a una profundidad de descarga del 60%. Sus




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dimensiones son 128x67x67 mm. Tiene un peso de 0,90 kg. Esta batera se encarga de alimentar tanto a la unidad central como a los diversos sensores de que consta la estacin.

Imagen 28 Batera de plomo de la estacin meteorolgica Adems de la batera principal, se ha colocado una batera de Niquel-Cadmio slo para la alimentacin del chip reloj/calendario PCF8583. Es fundamental que este chip guarde correctamente la hora, por ello, en las operaciones de cambio de batera no hay riesgo de que se pierda la hora puesto que este chip siempre est alimentado. La batera escogida proporciona una tensin de 4,8V y una capacidad de 120mA. Es suficiente para mantener alimentado el reloj/calendario durante tres meses.

Imagen 29 Batera de niquel cadmio para el reloj calendario La estacin meteorolgica est dotada de un sistema de radiotransmisin para la descarga de datos, que permite no tener que ir hasta la estacin para recoger los




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datos. Por ello, tambin hay que buscar una solucin para evitar que haya que ir a la estacin para cambiar las bateras. La estacin meteorolgica emplea el panel solar como generador para cargar continuamente la batera. De este modo, realiza una doble funcin sirve como sensor de radiacin solar y como fuente de energa. Se ha dimensionado el panel solar para que suministre la energa suficiente para alimentar la estacin meteorolgica completa y proporcione carga a la batera, de modo que se hace totalmente prescindible tener que visitar la estacin meteorolgica una vez instalada.

3.6 Comunicaciones entre unidad central y sensores Una de las principales innovaciones de este proyecto respecto a las estaciones meteorolgicas convencionales radica en que emplea sensores inteligentes que realizan las funciones de medicin y conversin de las seales de los transductores. Ha sido necesario crear un bus de comunicaciones en el que se siten todos los sensores y la unidad central para que los datos puedan ser transmitidos. Se ha escogido el estndar RS485 para realizar estas comunicaciones Estndar RS-485 La norma RS485 permite una transmisin de datos de forma diferencial y permite realizar conexiones multipunto con topologa de bus. Una de las principales ventajas de la transmisin diferencial es que es muy robusta frente al ruido. El valor de la tensin parsita que se puede inducir en uno de los conductores del par trenzado ser muy similar al que se induzca en el otro cable, por tanto, al realizar la diferencia entre ambos valores (rechazo del modo comn) se cancela prcticamente la totalidad del ruido captado. Las principales caracterstic

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