Estudiando el uso de Arduino en Proyectos de Investigación Climática

Hoy quiero presentarles la posibilidad usar Arduino en proyectos de Investigación. Personalmente me gusta mucho los temas de investigación. Casi a diario tengo pensado montar algún proyecto de algo o investigar sobre algún tema. El ser capaz de escribir estas líneas y dirigirme a ustedes con la seguridad de que el material que he de publicar es de calidad y puede serle de ayuda a alguien es solo el resultado de cientos de horas de trabajo e investigación en diferentes temas que me han hecho sentir capacitado para publicar entradas en este blog.

En esta ocasión me gustaría plantear la posibilidad de utilizar Arduino como una herramienta en la obtención de datos útiles a proyectos de investigación. He decidido armar un dispositivo basado en un sensor de humedad/temperatura, el DHT11. En este blog he escrito acerca de este sensor:

• DHT11: Sensor de humedad/temperatura para Arduino

Ahora quiero llevar esto a otro nivel. Quiero verificar la viabilidad del uso de este sensor con Arduino para obtener datos de humedad y temperatura en el ambiente del lugar donde yo vivo.

Para ello he decidido proponer lo siguiente:

• Crear un circuito que le permita a Arduino obtener datos de humedad y temperatura con el DHT11.
• El circuito será alimentado por una batería de 9V que le brindará autonomía y lo volverá independiente de cualquier equipo informático (computadoras).
• La información se guardará en la memoria EEPROM de Arduino, en la cual permanecerá hasta el momento que el usuario conecte el micro controlador a la computadora, extraiga la información y posteriormente proceda a eliminar los valores almacenados en la memoria.
• El programa que gobernará el comportamiento del circuito ante los estímulos del circuito electrónico debe ser capaz de liberar la información almacenada en la memoria, al igual que debe ser capaz de borrar la misma de una manera sencilla, rápida y eficaz.
• Se debe asegurar que la extracción de la información se haga en un formato tal que sea fácil graficar el comportamiento de los datos obtenidos en determinada experiencia con el apoyo de software, como por ejemplo Excel o Matlab.
• Es necesario toar en cuenta la capacidad de memoria asignada al modelo de Arduino que se esté usando y en base a ello establecer  la frecuencia de captura de datos.
• El circuito debe ser diseñado de manera tal que le permita al usuario interactuar con Arduino sin tener que conectarse a una computadora, con la salvedad de que el consumo de energía debe ser mínimo para asegurar que pueda funcionar con una batería de 9 voltios.

He diseñado un circuito con el cual espero lograr todo lo propuesto:

El LED debe parpadear 3 veces cuando se inicie la toma de datos y debe parpadear cada vez que se tome un dato. El interruptor se debe presionar cuando se vaya a iniciar la toma de datos. La batería debería soportar la carga del sistema durante 24 horas.

En el siguiente video se explica y se prueba el proyecto:

Ahora voy a documentar los ensayos con los que pretendo obtener los resultados que me he propuesto.

Ensayo 1 (10 de noviembre de 2013)

Para este ensayo, el tiempo que he utilizado para cada intervalo es de 346 segundos, con lo que en 24 horas espero obtener 250 medidas.

Coloqué el sensor a las 6:00 AM del 10 de Noviembre de 2013 y lo retiré a las 6:00 AM del 11 de noviembre de 2013. La batería, que no era nueva, no soportó la carga durante las 24 horas y solamente se tomaron 216 datos. Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Vemos que el sensor se detuvo en algún momento y los datos dejaron de registrarse. Aún así se puede observar un comportamiento definido.

En el principio de la recolección de datos, se observa una alta humedad y una baja temperatura, característica de las mañanas en esta región. A medida que avanza el día la humedad tiende a decrecer y la temperatura a aumentar. Se observan algunas fluctuaciones en la temperatura alrededor de los 20 datos registrados. No tengo idea a que se debe esto. A partir de dicho punto, el comportamiento es ascendente hasta el máximo, que probablemente se da en horas del mediodía o en la tarde, entre la 1 y las 3 PM.

Los datos obtenidos se dejaron de registrar y la información obtenida es inconcluyente. Se necesitan hacer más pruebas, realizar cambios en el código y utilizar baterías de 9 voltios que sean nuevas y no exista el peligro de que se descarguen.

Ensayo 2 (13 de noviembre de 2013)

Consideraciones

• Se utiliza una batería de 9 voltios completamente nueva, para evitar descargas en el proceso.
• Se coloca el sensor en el mismo lugar que en el ensayo anterior y se inició la toma de datos al mismo tiempo (6:00 A.M) que el ensayo anterior y se finalizó la toma de datos a las 6:00 AM del día 14 de noviembre.
• Se utilizó un nuevo código, ligeramente diferente al anterior, donde el intervalo de toma de datos se modificó para que se realizara una medición cada 6 minutos (360 segundos).

• El sensor se mantuvo funcionando durante un periodo de 24 horas.
• A la hora de imprimir los datos, se obtuvo lo siguiente:

•  Claramente hay una incongruencia con los resultados que se esperaban obtener, debido a que en vez de 240 datos de humedad y 240 de temperatura, solamente se obtuvo 120 y 120. Esto afectó fuertemente el proceso, donde la gráfica obtenida fue la siguiente:

Conclusión sobre el Ensayo 2

• Hay que hacer algunas modificaciones al código para que cumpla la función deseada durante 24 horas. Se hará los cambios necesarios.

ACTUALIZACIÓN DEL ENSAYO 2

Se ha encontrado un error en la impresión del código utilizado. Solamente se estaba imprimiendo la mitad de los datos grabados en la memoria EEPROM.

Los datos obtenidos fueron los satisfactorios:

La gráfica está acorde al comportamiento esperado.

Queda hacer más pruebas para asegurar que el funcionamiento del sensor es el correcto. Luego se procederá a hacer análisis estadísticos sobre los datos obtenidos.

En los próximos días se publicará los resultados de más pruebas que se estarán ejecutando.

Espero sus comentarios.