Integración de sensores de viento ultrasónicos y de transporte de arena en un sistema distribuido de dispositivos inalámbricos para la captura de datos en entornos dunares

Abstract

En la actualidad, existe un sistema de adquisición de datos de viento en entornos dunares desarrollado por la División de Robótica y Oceaonografía Computacional del Instituto Universitario SIANI en colaboración con el Instituto Universitario IOCAG, en el marco del proyecto DUNCAN. Este sistema comprende un conjunto de dispositivos sensores de viento que miden la intensidad y dirección del viento. Estos dispositivos se despliegan alrededor del campo de dunas y se utilizan para recopilar datos sobre las condiciones del viento en todo el entorno dunar. Este proyecto de fin de grado (TFT) tiene como objetivo ampliar la red de sensores con un nuevo dispositivo que integre nuevos sensores y proporcione una funcionalidad mejorada. El sistema original, la versión uno, consta de una veleta y un anemómetro de copa que recopila los datos actuales del viento. Estos dispositivos están construidos en torno a la placa de prototipado electrónico basada en microcontrolador, Arduino UNO R3. Junto a esta, hay una estación base que recopila datos y sincroniza los dispositivos, formando una topología en estrella. La comunicación entre cada dispositivo y la estación base se realiza a través del protocolo de comunicación inalámbrica ZigBee. La nueva versión de estos dispositivos, llamada versión dos, pasa a utilizar un anemómetro ultrasónico como único sensor de viento. Este anemómetro digital proporciona tanto la intensidad como la dirección del viento. Además, se ha integrado un sensor láser de transporte de arena. Este sensor informa sobre el número de partículas de arena que han pasado a través de él. La placa electrónica basada en microcontrolador también se ha actualizado, utilizando la placa Arduino MKR 1310 en esta nueva versión del dispositivo, que también integra un enlace LoRa para las comunicaciones. Por lo tanto, en esta segunda versión del dispositivo, el sistema de comunicación se ha cambiado de ZigBee a LoRa. Este cambio permite el despliegue de sensores a mayores distancias. Esto, sin embargo, conlleva la desventaja de recibir actualizaciones en tiempo real con menos frecuencia. En general, el sistema de adquisición de datos del viento puede integrar tanto los dispositivos de la nueva versión como los dispositivos originales cuando se despliegan en el campo, con cambios mínimos en la interacción del usuario final con el sistema.

Currently, there is a system for acquiring wind data in dune environments developed by the Divisi´on de Rob´otica y Oceaonograf´ıa Computacional of University Institute SIANI in collaboration with University Institute IOCAG, as part of the DUNCAN project. This system comprises a set of wind sensor devices that measure wind intensity and direction. These devices are deployed around the dune field and are used to gather data on wind conditions throughout the dune environment. This final degree project (TFT) aims to expand the sensor network with a new device that integrates new sensors and provides enhanced functionality. The original system, version one, consists of a weather vane and a cup anemometer which collects current wind data. These devices are built around the microcontroller-based electronic prototyping board, Arduino UNO R3. Alongside this, there is a base station that collects data and synchronizes the devices, forming a star topology. Communication between each device and the base station is carried out through the ZigBee wireless communication protocol. The new version of these devices, called version two, switches to using an ultrasonic anemometer as its sole wind sensor. This digital anemometer provides both wind intensity and direction. In addition, a laser sand transport sensor has been integrated. This sensor reports on the number of sand particles that have passed through it. The microcontrollerbased electronic board has also been updated, using the Arduino MKR 1310 board in this new version of the device, which also integrates a LoRa link for communications. Therefore, in this second version of the device, the communication system has been switched from ZigBee to LoRa. This change allows for the deployment of sensors over larger distances. This however comes with the trade-off of receiving real-time updates less frequently. Overall, the wind-data acquisition system can integrate both the new second-version devices alongside the original devices when deployed in the field, with minimal changes to the end user’s interaction with the system.