detector no invasivo de campos eléctricos y campos electromagnéticos para arduino uno

85 Pages·2014·2.65 MB·Spanish

Departamento de Ingeniería Eléctrica
Proyecto Fin de carrera
DETECTOR NO INVASIVO DE CAMPOS
ELÉCTRICOS Y CAMPOS
ELECTROMAGNÉTICOS PARA ARDUINO UNO
Autor: Andrés Martínez Rincón
Directores: Miguel Samplón Chalmeta
David Gascón Cabrejas
Ingeniería Técnica Industrial, Electrónica Industrial
Curso 2013-2014
Convocatoria Marzo

DETECTOR NO INVASIVO DE MEMORIA
CAMPOS ELÉCTRICOS Y
ELECTROMAGNÉTICOS PARA
ARDUINO UNO
REVISIÓN 2 20/02/14
Indice
1. Introducción Pág. 9
1.1 Marco de trabajo Pág. 9
1.1.1 Libelium y sus productos Pág. 9
1.1.2 Las redes sensoriales Pág. 10
1.2 Justificación Pág. 17
1.2.1 Objeto Pág. 17
1.2.2 Motivación del proyecto Pág. 18
1.3 Objetivos Pág. 18
1.3.1 Alcance Pág. 19
1.4 Antecedentes Pág. 21
1.5 Desarrollo del proyecto Pág. 22
1.5.1 Seguimiento del proyecto Pág. 22
2. Estudio del estado del arte Pág. 24
2.1 Estudio de los campos a detectar Pág. 24
2.1.1 Los campos eléctricos Pág. 24
2.1.2 Los campos electromagnéticos Pág. 25
2.1.3 Diferencia entre los campos eléctricos y los campos
electromagnéticos en los circuitos eléctricos Pág. 26
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ARDUINO UNO
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2.2 Estudio de los adaptadores utilizados y por utilizar
Pág. 28
2.2.1 La tecnología Arduino Pág. 28
2.2.1.1 Características de Arduino Pág. 29
2.2.1.2 Aplicaciones Pág. 32
2.2.2 La tecnología Waspmote Pág. 33
3. Planteamiento Inicial Pág. 42
3.1 Sensor de Campos Eléctricos Pág. 42
3.2 Sensor de Campos Electromagnéticos Pág. 43
4. Sensor de campos eléctricos Pág. 45
4.1 Análisis y elección del diseño Pág. 45
4.1.1 Otros diseños Pág. 45
4.2 Elección de componentes y justificación Pág. 48
4.3 Resultados reales Pág. 49
5. Sensor de campos electromagnéticos Pág. 51
5.1 Análisis y elección del diseño Pág. 51
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5.1.1 Uso de un Fluxgate Pág. 51
5.1.2 Amplificación de una intensidad inducida mediante
amplificadores operacionales Pág. 52
5.1.2.1 Amplificador uA741 Pág. 53
5.1.2.2 Amplificador LF351 Pág. 55
5.1.2.3 Amplificador TL084 Pág. 57
5.1.2.4 Amplificador de instrumentación INA122
Pág. 58
5.1.3 Amplificación de una intensidad inducida mediante
transistores Pág. 60
5.2 Elección de componentes y justificación Pág. 61
5.3 Resultados reales Pág. 63
6. Adaptación para Arduino Pág. 65
6.1 Diseño Hardware Pág. 65
6.2 Diseño Software Pág. 66
6.2.1 Otras aplicaciones Pág. 70
7. Futura adaptación para Waspmote y otras
plataformas Pág. 71
7.1 Diseño Hardware Pág. 71
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7.2 Diseño Software Pág. 72
8. Conclusiones Pág. 74
8.1 Conclusiones personales Pág. 75
8.2 Agradecimientos Pág. 76
8.3 Líneas futuras Pág. 77
9. Glosario Pág. 79
10. Bibliografía Pág. 80
10.1 Referencias bibliográficas Pág. 80
10.2 Linkografía Pág. 80
11. Anexos Pág. 82
11.1 Artículo “¿Qué son los sensores?” Pág. 82
11.2 Artículo “Las ecuaciones de Maxwell” Pág. 82
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11.3 Artículo “¿Qué son los campos electromagnéticos?”
Pág. 82
11.4 Artículo sobre el sensor de campos eléctricos inicial
Pág. 82
11.5 Sensor de campos electromagnéticos comercial
Pág. 82
11.6 Esquemas sobre los supuestos sensores de EMF para
Arduino Pág. 83
11.7 Artículo informativo sobre el fluxgate Pág. 83
11.8 Esquemas para la detección de campos electromagnéti-
cos mediante amplificadores operacionales Pág. 83
11.9 Datasheet bc847c Pág. 84
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1.Introducción
1.1 Marco de trabajo
Este Proyecto de Fin de Carrera (PFC) se ha realizado en colaboración
con la empresa Libelium Comunicaciones Distribuidas S.L. bajo la dirección de
su cofundador y director de Investigación y Desarrollo (I+D), D. David Gascón
Cabrejas, ingeniero en Informática, y bajo la supervisión de D. Miguel Samplón
Chalmeta como ponente, profesor titular del departamento de electricidad de la
Universidad de Zaragoza.
El proyecto se ha llevado a cabo íntegramente en las instalaciones de
Libelium en el Centro Europeo de Empresas e Innovación de Aragón (CEEI),
desde junio de 2013 hasta diciembre de 2013, bajo el formato de
prácticas/proyecto en empresa de UNIVERSA.
1.1.1 Libelium y sus productos
Libelium es una empresa de diseño y fabricación de Hardware para la
implementación de redes sensoriales inalámbricas, redes malladas y protocolos
de comunicación para todo tipo de redes inalámbricas distribuidas.
Nace en 2006 como empresa spin-off de la Universidad de Zaragoza.
Sus productos se han vendido en más de 40 países y sus esfuerzos se han
visto reconocidos con diversos premios. En ella se utiliza en gran medida el
software libre y el firmware tiene una licencia pública GPL (General Public
License).
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Entre los productos de Libelium cabe destacar los más relevantes:
• Waspmote: dispositivo sensorial para la creación de redes sensoriales
inalámbricas (actuando como nodo) de bajo consumo.
• Meshlium: dispositivo router multitecnología que integra tecnología
Wifi, ZigBee, GPRS, GPS y Bluetooth.
1.1.2 Las redes sensoriales
Las redes sensoriales inalámbricas, también conocidas como WSN, son
redes que buscan monitorizar el entorno. Compuestas por pequeñas máquinas,
equipadas con distintos tipos de sensores, trabajan de forma colaborativa para
la medición de datos captados del exterior. A cada una de estas máquinas se le
llama mote o nodo.
Las principales características de este tipo de redes son:
• Escalabilidad: La capacidad de auto-organización de la red permite la
instalación de nuevos motes y aumentar el área de monitorización. Éstos son
reconocidos automáticamente por el resto de forma que actualizan sus tablas
de rutas en consecuencia. Esto permite la instalación de WSN en gran variedad
de escenarios.
• Alta disponibilidad: En caso de que un mote deje de funcionar, el resto
de valores pueden seguir siendo transmitidos por caminos alternativos. Esto es
gracias a los algoritmos de enrutamiento dinámicos que se encargan de
actualizar las rutas.
• Fácil implantación: El hecho de que la comunicación es inalámbrica y
que los motes son alimentados por medio de baterías, hace que la instalación
sea fácil y posible en cualquier entorno.
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