Hardware Software EstacionMeteorologica Lopez 2013 IMPRESOS

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  DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE PARA UNA ESTACIÓN METEOROLÓGICA INTEGRANDO UN PLUVIÓMETRO, ANEMÓMETRO Y VELETA PARA UTILIZARLOS COMO INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN BRYAN HUMBERTO LOPEZ CARVAJAL UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL MEDELLÍN FACULTAD DE INGENIERÍAS INGENIERÍA ELECTRÓNICA MEDELLÍN 2013

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  • DISEO DE HARDWARE Y SOFTWARE PARA UNA ESTACIN

    METEOROLGICA INTEGRANDO UN PLUVIMETRO, ANEMMETRO Y

    VELETA PARA UTILIZARLOS COMO INSTRUMENTOS DE MEDICIN

    BRYAN HUMBERTO LOPEZ CARVAJAL

    UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL MEDELLN

    FACULTAD DE INGENIERAS

    INGENIERA ELECTRNICA

    MEDELLN

    2013

  • DISEO DE HARDWARE Y SOFTWARE PARA UNA ESTACIN

    METEOROLGICA INTEGRANDO UN PLUVIMETRO, ANEMMETRO Y

    VELETA PARA UTILIZARLOS COMO INSTRUMENTOS DE MEDICIN

    BRYAN HUMBERTO LOPEZ CARVAJAL

    Proyecto presentado para optar al ttulo de Ingeniero Electrnico

    Asesor

    Wilmar De Jesus Marn Jaramillo

    UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA SECCIONAL MEDELLN

    FACULTAD DE INGENIERAS

    INGENIERA ELECTRNICA

    MEDELLN

    2013

  • CONTENIDO

    1. JUSTIFICACIN .................................................................................................. 4

    2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................. 5

    3. OBJETIVO GENERAL ......................................................................................... 5

    4. OBJETIVOS ESPECFICOS ................................................................................ 5

    5. MARCO REFERENCIAL ...................................................................................... 6

    6. DESARROLLO DEL PROYECTO ....................................................................... 8

    7. CONCLUSIONES .............................................................................................. 11

    8. REFERENCIAS CIBERGRFICAS ................................................................... 12

    LISTA DE TABLAS ................................................................................................ 13

    LISTA DE FIGURAS .............................................................................................. 14

    GLOSARIO ............................................................................................................ 15

  • 4

    1. JUSTIFICACIN

    El objeto del proyecto en proceso, es el desarrollo y diseo de hardware y

    software para una estacin meteorolgica integrando un pluvimetro, anemmetro

    y veleta para utilizarlos como instrumentos de medicin con el fin de que sean

    utilizados para obtener informacin acerca de la distintas variables meteorolgicas

    como lo son la precipitacin, velocidad y direccin del viento y as poder

    procesarla segn sea la necesidad o aplicacin.

  • 5

    2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

    El desarrollo de este proyecto se basa en integrar instrumentos de medicin de

    variables ambientales tales como la precipitacin, la velocidad del viento y su

    direccin, utilizando para esto un pluvimetro, anemmetro y veleta,

    respectivamente.

    La integracin de los elementos antes mencionados se llevara a cabo mediante

    hardware y software segn sea necesario.

    3. OBJETIVO GENERAL

    Integrar los elementos de medicin bsicos de una estacin meteorolgica

    mediante hardware y software.

    4. OBJETIVOS ESPECFICOS

    Integrar al Arduino Nano el pluvimetro utilizando lenguaje maquina.

    Integrar al Arduino Nano el anemmetro utilizando lenguaje maquina.

    Integrar al Arduino Nano y al anemmetro la veleta utilizando lenguaje

    maquina.

    Realizar pruebas en campo de cada sistema individual y general.

    Generar los esquemticos y circuitos impresos finales.

  • 6

    5. MARCO REFERENCIAL

    Estacin Meteorolgica

    Es un lugar estratgicamente elegido para la instalacin de instrumentos de

    medicin con el fin de tomar datos de componentes y variables existentes en el

    ambiente. El agua precipitada, la velocidad del viento y su direccin sern las

    variables objeto de medicin de este proyecto y se emplearan un pluvimetro,

    anemmetro y una veleta, respectivamente, para la toma de datos.

    Pluvimetro

    Este instrumento mide la cantidad de agua precipitada (lluvia) y cada 0.2794mm

    (milmetros) de agua cierra un contacto, el cual es transmitido por un cable RJ11,

    este pulso podr ser aprovechado por un contador digital o por un micro

    controlador a travs de sus entradas de interrupcin.

    Anemmetro

    Sirve para medir la velocidad del viento, aunque podra ser engaoso por los picos

    generados en las rfagas o turbulencias. El anemmetro utilizado en este proyecto

    es conocido como el anemmetro tipo copa, este a una velocidad de 2.4Km/h

    cierra un contacto una vez por segundo.

    Veleta

    Segn la trayectoria del viento ayuda a determinar su direccin en 16 posibles

    posiciones (Norte, Sur, Este, Oeste e Intermedias), utiliza resistencias ordenadas y

    la variacin en la impedancia para hacer la filiacin de direccin.

  • 7

    En su interior tiene ocho interrupciones conectadas a diferentes resistencias, con

    el paso de la veleta y dependiendo de la ubicacin cierra el contacto de las

    interrupciones formando un circuito de divisor de voltaje, este ultimo podra

    aprovecharse para ser medido con un convertidor anlogo digital.

    Arduino Nano

    El Arduino Nano es una pequea board, completa y fcil de usar y se basa en el

    ATmega328 (Arduino Nano 3.0) o ATmega168 (Arduino Nano 2.x). Tiene ms o

    menos la misma funcionalidad de la Arduino Duemilanove, pero en un paquete

    diferente. Le falta slo una toma de alimentacin de CC, y funciona con un cable

    mini-B USB en lugar de una estndar. El Arduino Nano fue diseado y est

    siendo producido por Gravitech.

  • 8

    6. DESARROLLO DEL PROYECTO

    El proyecto da inicio con el anlisis de cada instrumento de medicin, validando la

    manera en que opera cada uno de ellos y en el caso de la veleta confrontando los

    valores tericos mostrados en la Tabla 1 con los reales medidos en el laboratorio.

    Tabla 1. Valores de Resistencia y Voltaje segn el Angulo

    En el procedimiento de anlisis de funcionamiento se encontr que tanto el

    pluvimetro como el anemmetro entregan la informacin por los pines 2 y 3 del

    RJ11 y su principio de funcionamiento se basa en cerrar un contacto generando

    un pulso que podr ser aprovechado por un micro controlador a travs de sus

    puertos de interrupcin, aunque el anemmetro puede integrarse con la veleta,

    acoplando la terminal macho RJ11 del anemmetro en un puerto auxiliar hembra

  • 9

    RJ11 De la veleta, de esta manera el RJ11 que sale de la veleta entregaran la

    informacin de la veleta por los pines 1 y 4 y la informacin del anemmetro por

    los pines 2 y 3.

    Imagen 1. A la Izq. Pines conexiones para Pluvimetro y Anemmetro. Al Centro y

    Der. Configuracin de pines Anemmetro y Veleta.

    Una vez realizado el anlisis anterior se procede al desarrollo e implementacin

    del software que har lectura de los datos proporcionados por cada instrumento,

    para esto se utilizar un Arduino Nano y su lenguaje de programacin.

    El pluvimetro es el instrumento con el que se inicia el proceso de desarrollo, para

    este es necesario implementar un circuito anti - rebote a la entrada del puerto de

    interrupcin del Arduino Nano, este circuito tambin se implementa para el

    desarrollo del anemmetro que es el segundo en el proceso. Por ltimo se

    implementa la veleta, luego de tener los tres instrumentos funcionando por

    separado, dado que se desea tener los tres instrumentos funcionando al tiempo,

    se procede a hacer la integracin de los mismos.

    La primera integracin se hace con el anemmetro y la veleta, la cual se logra a la

    perfeccin, una vez se obtienen los primeros resultados de la forma esperada, se

    procede a hacer la integracin del anemmetro y veleta con el pluvimetro, es en

    esta etapa donde se encuentran algunos inconvenientes con el software y con el

    hardware implementado, ya que mientras se realizaban ajustes y pruebas en el

    software, se quemaron algunos elementos del circuito anti rebote del

    pluvimetro.

  • 10

    Despus de realizar los correctivos necesarios, se obtuvo el esquemtico final el

    cual ser el referente para hacer los circuitos impresos.

    Imagen 2. Superior Izq. Esquemtico pluvimetro. Inferior Izq. Esquemtico

    Anemmetro y Veleta integrados. Der. Esquemtico Arduino Nano

    Imagen 3. Diseo de impresin segn el esquemtico final, realizado en Eagle

    Izq. Mascara de componentes. Der. Pistas de Conexin

  • 11

    7. CONCLUSIONES

    Se evidenci satisfactoriamente que mediante la aplicacin de conceptos

    electrnica bsica se pueden homologar y validar variables ambientales

    como los son la precipitacin, la velocidad del viento y su direccin.

    El uso de nuevas tecnologas nos facilitan la toma de datos y su

    procesamiento, el Arduino Nano fue una herramienta fundamental para el

    desarrollo de este proyecto, no solo por su eficiencia y tamao sino tambin

    por las facilidades que brinda en su manejo.

    El lenguaje de programacin que propone el Arduino Nano fue un factor

    clave para la integracin de los distintos mdulos de la estacin

    meteorolgica en desarrollo, ya que el fcil manejo y el acompaamiento

    que ofrece el fabricante fueron los adecuados.

  • 12

    8. REFERENCIAS CIBERGRFICAS

    http://www.oni.escuelas.edu.ar/2008/CORDOBA/1324/trabajo/pluviometro.html

    http://www.pluviometro.com/temasdivul/plugral.html

    http://www.infoagro.com/instrumentos_medida/doc_anemometro_velocidad_viento.asp?k=80

    http://www.oni.escuelas.edu.ar/2008/CORDOBA/1324/trabajo/anemometro.html

    http://foro.tiempo.com/medida-del-viento-en-superficie-t39670.0.html

    http://www.oni.escuelas.edu.ar/2008/CORDOBA/1324/trabajo/veleta.html

    http://www.oni.escuelas.edu.ar/2008/CORDOBA/1324/trabajo/estacionmeteorologica.html

    http://arduino.cc/es/Main/ArduinoBoardNano

  • 13

    LISTA DE TABLAS

    Tabla 1. Valores de Resistencia y Voltaje segn el Angulo8

  • 14

    LISTA DE IMGENES

    Imagen 1. A la Izq. Pines conexiones para Pluvimetro y Anemmetro. Al Centro y Der. Configuracin de pines Anemmetro y Veleta.....9

    Imagen 2. Superior Izq. Esquemtico pluvimetro. Inferior Izq. Esquemtico Anemmetro y Veleta integrados. Der. Esquemtico Arduino Nano..10

    Imagen 3. Diseo de impresin segn el esquemtico final, realizado en Eagle Izq. Mascara de componentes. Der. Pistas de Conexin10

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    GLOSARIO

    Estacin Meteorolgica: Es un lugar estratgicamente elegido para la instalacin

    de instrumentos de medicin con el fin de tomar datos de componentes y variables

    existentes en el ambiente.

    Pluvimetro: Es un instrumento que mide la cantidad de agua precipitada (lluvia) y

    cada cantidad especfica de agua cierra un contacto, de manera anloga se

    genera un pulso el cual podr ser aprovechado por un contador digital o por un

    micro controlador.

    Anemmetro: Sirve para medir la velocidad del viento, aunque podra ser

    engaoso por los picos generados en las rfagas o turbulencias.

    Veleta: Segn la trayectoria del viento ayuda a determinar su direccin (Norte, Sur,

    Este, Oeste e Intermedias).

    Arduino Nano: El Arduino Nano es un micro controlador y su apariencia es de

    una pequea board, completa y fcil de usar y se basa en el ATmega328 (Arduino

    Nano 3.0) o ATmega168 (Arduino Nano 2.x). Tiene ms o menos la misma

    funcionalidad de la Arduino Duemilanove, pero en un paquete diferente. Le falta

    slo una toma de alimentacin de CC, y funciona con un cable mini-B USB en

    lugar de una estndar. El Arduino Nano fue diseado y est siendo producido

    por Gravitech.