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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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.

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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

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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.

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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

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Valores de Resistencia y Voltaje segn el Angulo8

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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.