Sistema multisensorial de captura de datos basado en Linkit Smart Duo 7688

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El sistema multisensorial de captura de datos es uno de mis proyectos más ambiciosos. Es un diseño mío, en el cual empecé a trabajar hace varios años. De hecho, mi tesis de licenciatura fue una versión inicial de este sistema, el cual he logrado mejorar a través del tiempo hasta convertirlo en un producto robusto, completo. En este artículo vengo a compartir con ustedes mi trabajo.

La génesis de este proyecto yace en la necesidad de hacer muestreos de temperatura en múltiples puntos de manera simultánea. El diseño inicial consistía en una serie de sensores de temperatura, el modelo DS18B20, los cuales se conectaban a un concentrador basado en un Arduino. En este concentrador era posible conectar un máximo de 10 sensores, los cuales eran leídos por un Arduino que se encargaba de enviar los datos muestreados a una unidad central recolectora. Esta unidad se basaba en un Arduino Yún y en él se almacenaban los datos en una base de datos tipo SQL. Esta topología es representada en el siguiente diagrama:

Topología del sistema de captura de datos

La primera vez que construí un sistema de estos fue en el año 2014, cuando instrumenté un aula de clases en la Universidad con 144 sensores, configurados en una malla tridimensional, tal como se muestra en la siguiente imagen:

Representación gráfica de la ubicación de los sensores de temperatura en el aula de clases
Representación gráfica del salón de clases

Cuando armé este sistema fue toda una experiencia. Los sensores fueron instalados sobre hilos de nylon, de esos que se utilizan para pescar y se conectaron con cables de los que vienen dentro de los cables de red.

Sensores instalados en el aula de clases con hilos de nylon
Distribución de los sensores en el aire
sistema multisensorial de captura de datos
Sensores conectados al concentrador
sistema multisensorial de captura de datos
Sensores instalados en el aire

Con estos sensores fue posible obtener una enorme cantidad de datos. El propósito de este artículo no es hablar de estos datos, sino del sistema de captura de datos. Aún así, presento para ustedes algunos de los resultados en gráficos:

Datos correspondientes a 15 horas de muestreo

Por cada día de experimentos se obtenían cientos de miles de datos. Sobre esta información se hicieron varios análisis sobre el comportamiento del aula en situaciones en las que se limita la radiación solar. También logré construir algunas termografías al asignarle un color a cada temperatura desde el rango inferior hasta el rango superior.

Representaciones gráficas de las temperaturas en el salón de clases

Al superponer las termografías de cada cara en cada instante de tiempo muestreado fue posible componer una gráfica tipo termografía, con la cual fue posible observar la evolución de la temperatura en el espacio tridimensional, a través del tiempo.

Estas son solo algunas de las posibilidades con este sistema. Pero eso es tema de otro artículo. Ahora les quiero mostrar la evolución de mi sistema a través del tiempo, con los resultados que he logrado luego de adquirir más conocimientos y con los recursos que ahora tengo disponibles en el laboratorio en el que trabajo.

La versión 2019 del sistema multisensorial

El sistema multisensorial descrito anteriormente fue construido en 2014, mientras yo era un estudiante de cuarto año de la carrera de Ingeniería Electromecánica, que en mi Universidad es una carrera de 5 años. En diciembre de 2015 terminé mis materias y en los primeros meses de 2016 escribí mi tesis con base en el sistema que había hecho 2 años atrás. En julio de 2016 me gradué de Ingeniero Electromecánico.

Desde entonces he estado trabajando como Investigador en la Universidad de la que me gradué. He dedicado mi tiempo a construir un laboratorio con equipos de impresión 3D, fabricación de circuitos y equipos de prototipado en general. A medida que crece el laboratorio y aumentan mis responsabilidades, menos tiempo tengo para dedicarle a mi blog, a pesar de que tengo una enorme cantidad de temas que tratar basándome en los equipos que he logrado adquirir para el laboratorio a través del tiempo. Algunas de las cosas que he estado haciendo las trato de compartir en mis redes sociales a través de post informales, principalmente en Intagram y Facebook.

Uno de los beneficios del crecimiento del laboratorio ha sido la calidad de los proyectos en los que ahora trabajo. Con el tiempo he podido reclutar estudiantes que me apoyan como asistentes de laboratorio y cada vez que hacemos un proyecto nuevo lo hacemos un poco mejor que el anterior. Los recursos para la expansión del laboratorio han sido obtenidos a partir de proyectos de investigación, cuyos objetivos ha sido cumplidos, dejando un saldo de experiencia y equipos para trabajar.

De esta forma el sistema multisensorial de captura de datos ha evolucionado enormemente hasta convertirse en un producto maduro, que nada tiene que pedirle a soluciones comerciales disponibles en el mercado. La topología sigue siendo la misma, pero el hardware y el propio software ha mejorado mucho.

Ahora no utilizo el Arduino Yún para la unidad Máster principal. El Yún ha sido remplazado por un Linkit Smart Duo 7688 de Seeedstudio. Esta placa ofrece básicamente lo mismo que un Yún: un microprocesador (MT7688AN) acoplado a un microcontrolador (ATmega32U4, tal como un Arduino Leonardo), de forma tal que es posible programar esta placa en Arudino y a la vez contar con los recursos del microcontrolador en el que corre una distro de Linux llamada OpenWRT.

Del Linkit, y del propio Arduino Yún ya se ha escrito mucho en este blog. La principal ventaja del Linkit, como antes he mencionado, es que es mucho más barato, compacto y poderoso que el Yún, y el firmware está más actualizado.

Los módulos esclavos del sistema multisensorial de captura de datos siguen basándose en un Arduino (Nano). Sin embargo, La construcción de los módulos y la interconexión de los sensores están en un nivel muy superior.

A continuación traigo para ustedes dos videos: uno en el que explico cuáles son los módulos del sistema, cómo funcionan y con una breve demostración del funcionamiento de los esclavos utilizando un nodo USB como máster.

En el otro video les muestro el sistema instalado en unas casitas de concreto construidas para hacer experimentos de transferencia de calor. Esta vez se ha usado un sistema mucho más sencillo que el que construí en el salón de clases hace algunos años. Solamente se han instalado sensores en las paredes internas y externas de las casitas y no así en el medio de las casas. He aquí el video:

El video muestra al sistema funcionando con todas sus capacidades, con la aplicación en Java que permite recolectar todos los datos almacenados y exportarlos a Excel. Hoy por hoy el sistema está instalado y funcionando en uno de los centros de investigación de la Universidad en la que trabajo, y ya tengo planes para nuevas expansiones que incluyan otros tipos de variables (humedad, luminosidad, etc). Esto ya sería un sistema multisensorial y multidimensional de captura de datos.

En lo personal siento que se ha hecho un gran trabajo con este proyecto pues es un producto 100% diseñado y construido en Panamá, lo cual es algo que no se acostumbra en mi país. Somos un país de servicios y no de producción o manufactura, por lo que este tipo de proyectos son una excepción a las actividades que desarrollamos comúnmente.

Seguiremos trabajando para buscar nuevas y mejores formas de hacer las cosas, y cada vez que sea posible estaré aquí para compartir con ustedes los proyectos en los que trabajo y algunas de las técnicas que utilizamos para lograr nuestros propósitos. Espero sus comentarios.

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