DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA, AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL TESIS PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AUTOR: MIGUEL FRANCISCO LOAIZA ONTANEDA TEMA: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE MONITOREO DE VARIABLES ABIÓTICAS EN LAS ESTACIONES DE YANOCOCHA, TANDAYAPA Y MASHPI PARA EL MUSEO ECUATORIANO DE CIENCIAS NATURALES. DIRECTOR: ING. RODOLFO GORDILLO CODIRECTOR: ING. XAVIER SEGOVIA SANGOLQUÍ, ABRIL 2014 ii iii iv v DEDICATORIA Dedico este pequeño esfuerzo a mi familia nuclear, especialmente a mis padres Anita y Rigoberto quienes con paciencia supieron alentarme y apoyarme para continuar adelante a lo largo de la vida, gracias por el consejo certero y la llamada de atención a tiempo. Lo dedico a mis hermanas Anita y Adriana y a mi hermano Rigoberto, siempre han sido un ejemplo, un apoyo y luz en los bemoles de la vida y unos amplificadores de la felicidad compartida en los días felices. A mi esposa Pamela y a mi hijo Benjamín, porque con una sonrisa borran cuanto cansancio y desaliento pueda uno llevar en el día. Son mi fuente de inspiración y mi fuerza. A los amigos, con quienes siempre puedo contar para las que fuera, gracias a mis amigos más sabios que la vida supo ponerlos en el lugar y el tiempo exacto para recibir su guía y cuidado. vi AGRADECIMIENTO A la vida por darme tanto y yo devolverle tan poco; por darme tantas personas a quienes quiero y quienes me quieren, por ubicarme en este sitio al que lo considero el mejor país del mundo: por su geografía, por su cultura y especialmente por su gente. A la Escuela Politécnica del Ejercito y su cuerpo de profesores y directivos, especialmente aquellos la carrera de Ingeniería Electrónica, por exigir constantemente lo mejor que las personas pueden rendir como alumnos y posteriormente como profesionales. A mi director de tesis Ing. Rodolfo Gordillo y codirector de tesis Ing. Xavier Segovia, por el tiempo y la dedicación de acompañar la realización de este proyecto. vii ÍNDICE DE CONTENIDO CONTENIDO PAG Capítulo I – Introducción ……….....……….….…...…………………….……… 1 1.1. Justificación ……………………..........….…………………………………… 1 1.2. Alcance ………………...………………………..……………………………. 2 1.3. Objetivos …………………………………….....……………………………... 3 Capítulo II – Diseño ……………...………………..…...………………………… 5 2.1. Análisis de las variables abióticas y seleccionar la instrumentación más idónea para medir dichas magnitudes ………………..……………………………. 5 2.2. Diseño de un sistema de transporte de datos …..……...………………..…… 31 2.3. Diseño de un sistema completo de monitoreo ..…........……...…………….... 59 Capítulo III – Implementación y pruebas …….......…………...…………….… 72 3.1. Implementación e integración del sistema completo de monitoreo …….....… 72 3.2. Implementación de una base de datos ……………………………...….....….. 85 3.3. Implementación de una interfaz gráfica de usuario-máquina o HMI ….......... 88 3.4. Realización de pruebas de funcionamiento del sistema completo de monitoreo ................................................................................................................ 89 Capítulo IV – Conclusiones y recomendaciones …………...…..………...….… 90 4.1. Conclusiones ………………………………...……………………..…......…. 90 4.2. Recomendaciones …………………………...……………………..…..…….. 91 Referencias Bibliográficas ………………...……………………...……………… 93 Anexos …………………………...……………………………………......……... 95 viii ÍNDICE DE TABLAS CONTENIDO PAG Tabla 1. Comparativa de precios por servicio de datos …………........…….…… 46 ix ÍNDICE DE FIGURAS CONTENIDO PAG Gráfico 1. Escala temporal vs. Escala Espacial…………………………...………...7 Gráfico 2. Representación de la Distribución Actual de las Especies……………....8 Gráfico 3. Mapa de Temperatura Ambiental ……………………………...……... 10 Gráfico 4. Mapa Mundial de Radiación Solar Incidente ……………………........ 11 Gráfico 5. Mapa Mundial de Alturas ………………………...………………...… 12 Gráfico 6. DTM - Reserva Biológica Yanacocha …………......……………...….. 13 Gráfico 7. DTM – Reserva Tandayapa …………………………...…………...…. 14 Gráfico 8. DTM – Bosque Protector Mashpi ………………………....………..… 14 Gráfico 9. Modelo de Orientación – Insolación por orientación del pixel al norte ..................................................................................................................... 15 Gráfico 10. Modelo de Orientación – Insolación por el recorrido solar …...…..… 16 Gráfico 11. Modelo de Concavidad-Convexidad del Terreno ………...………..... 16 Gráfico 12. Modelo de índice topográfico ………………………...……………... 17 Gráfico 13. Modelo de distancias de refugio y alimentación ………………......... 18 Gráfico 14. Diferentes reflactancias de acuerdo a la vegetación en la zona ……... 19 Gráfico 15. Mapa Mundial de Producción Neta de Biomasa ................................. 19 Gráfico 16. Modelo de pendientes para la dispersión de semillas .......................... 20 Gráfico 17. Fotografía de la colonización de las tierras, Sector Tandayapa ........... 21 Gráfico 18. Mapa Mundial de la emisión de dióxido de carbono ……………...… 22 Gráfico 19.Areas Protegidas y bosques protectores en el DMQ ............................. 26 Gráfico 20. Fotografía del sensor Vaisala WXT-520 ………………...…......….... 34 Gráfico 21. Mapa de cobertura de datos de Movistar en Pichincha .……..…...…. 48 Gráfico 22. Mapa de cobertura de datos de Claro en Pichincha ………..……..…. 48 x Gráfico 23. Módulos AARlogic A05/3 ………………………………….....…..… 55 Gráfico 24. Arquitectura de módulos GPRS y controlador externo …….....…….. 59 Gráfico 25. Arquitectura del módulo AARlogic A05/3 …………......…………… 60 Gráfico 26. Librerías e interfaces del módulo AARlogic A05/3 …….....………... 61 Gráfico 27. Interfaces MDM y MDM2 del modulo AARlogic A05/3 ….....….… 62 Gráfico 28. Interfaces SER y SER2 del modulo AARlogic A05/3 ........................ 63 Gráfico 29. Librería MOD del modulo AARlogic A05/3 ……………....…..….… 64 Gráfico 30. Librería GPIO del modulo AARlogic A05/3 ………...………...……. 64 Gráfico 31. Librería IIC del modulo AARlogic A05/3 ………………....……...… 65 Gráfico 32. Librería SPI del modulo AARlogic A05/3 ………………………...... 66 Gráfico 33. Arquitectura del sistema global de medición de variables abióticas ... 67 Gráfico 34. Cable de comunicaciones entre el sensor WXT-520 y el módulo AARlogic A05/3 ………………………………………………....……….……… 67 Gráfico 35. Diagrama de conexión sensor módulo ……………..……………...… 68 Gráfico 36. Diagrama eléctrico cable comunicaciones sensor-módulo …….……. 68 Gráfico 37. Diseño de la fuente de poder ………...…………………………...….. 68 Gráfico 38. Diagrama final del sistema de monitoreo ……………...…………..... 69 Gráfico 39. Batería del Sistema …………………….........………………………. 82 Gráfico 40. Módulo AARlogic A05/3 .................................................................... 82 Gráfico 41. Sensor de variables abióticas WXT-520 ……..…………………….... 83 Gráfico 42. Gabinete modular I-0302 ……………...………..…………………… 83 Gráfico 43. Modulo AARlogic A05/3 con SIM card y Pigtail GPS ..……………. 84 Gráfico 44. Modulo AARlogic A05/3 con SIM card y antena GPS ……..………. 84 Gráfico 45. Lado inferior del sensor WXT-520 …………………………..……… 85 Gráfico 46. Placa de procesamiento y control del sensor WXT-520 ……….....…. 85 Gráfico 47. Bornera de comunicación del sensor WXT-52 …………………..….. 86 xi Gráfico 48. Modulo AARlogic A05/3, sensor WXT-520 y batería interconectados ........................................................................................................ 86 Gráfico 49. Sistema completo montado en el gabinete modular I-0302 ……..…... 88 Gráfico 50. Montaje final del sensor WXT-520 y antena GPS .............................. 89 Gráfico 51. Sistema final ensamblado y verificado ………….………………...… 90 Gráfico 52. Sistema de monitoreo finalizado ………...………...………………… 91 Gráfico 53. Croquis de instalación en Yanacocha ……………….………….…… 92 Gráfico 54. Croquis de instalación en Tandayapa …………….........……………. 93 Gráfico 55. Croquis de instalación en Mashpi ………………………..………….. 93 Gráfico 56. Foto de la instalación en sitio ………………………...…..……..…... 94 Gráfico 57. Creación de la tabla ‘monitoreo’ en la base de datos …….....…..…... 95 Gráfico 58. Tabla ‘monitoreo’ vacía en la base de datos …………….…...…....... 96 Gráfico 59. Interfaz gráfica de usuario vacía …………………………...…....….. 98 Gráfico 60. Interfaz gráfica de usuario mostrando datos recibidos en el servidor principal …...…………………………………………………………..... 99 xii RESUMEN El presente proyecto tiene por objetivo el diseño e implementación de tres estaciones de monitoreo de variables abióticas para las localidades de Yanacocha, Tandayapa y Mashpi, las mismas que se encuentran en el Distrito Metropolitano de Quito. Contar con la información provista por las estaciones permitirá realizar trabajos de prospectiva y perspectiva por parte de un equipo de biólogos, matemáticos, geógrafos, geólogos, entre otros; sobre las mejores políticas que pueden ser implementadas para mitigar la afectación y presión sobre las áreas naturales aledañas a la ciudad de Quito, causada por el desarrollo y la convivencia humana. Permitiendo ser un eje de soporte de decisiones tanto en el presente como en el futuro de la ciudad. El sistema contará con sensores meteorológicos, GPS, sistemas de comunicaciones GPRS que reportaran periódicamente hacia un servidor principal que facilitará el almacenamiento de la información y su posterior análisis por parte de los científicos ambientales. Palabras Clave: Sensores Meteorológico Abióticas Prospectiva Modelamiento xiii ABSTRACT This project aims to design and implementation of three monitoring stations for abiotic variables for locations of Yanacocha, Tandayapa and Mashpi, the same are in the Metropolitan District of Quito. Having the information provided by the stations we want to perform prospective and perspective work by a team of biologists , mathematicians, geographers , geologists, among others, on best policies that can be implemented to mitigate the involvement and pressure on natural areas adjacent to the city of Quito, caused by development and human coexistence. Allowing a support shaft be making both the present and the future of the city. The system will have weather sensors, GPS, GPRS communications systems that will report regularly to a main server that will facilitate information storage and subsequent analysis by environmental scientists. Keywords: Sensors Weather Abiotic Prospective Modeling CAPITULO I 1 CAPITULO I DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE MONITOREO DE VARIABLES ABIÓTICAS EN LAS ESTACIONES DE YANOCOCHA, TANDAYAPA Y MASHPI PARA EL MUSEO ECUATORIANO DE CIENCIAS NATURALES 1.1. JUSTIFICACIÓN En el contexto de la conservación medioambiental y de la preservación de la riqueza biológica, resulta necesario medir las variables abióticas de diferentes pisos geográficos representativos en el Distrito Metropolitano de Quito que nos permita realizar modelos matemáticos y prospectivas futuras y cuyos resultados desemboquen en recomendaciones de políticas ambientales de cuya aplicación permita garantizar la conservación cuasi plástica del medio ambiente procurando conseguir una mejor calidad de vida de los habitantes del Distrito Metropolitano de Quito. Para alcanzar dichos fines resulta imperativo contar con estudios multidisciplinarios de profesionales en diferentes áreas del saber científico entre las que se encuentran la biología, geografía, geología, química, electrónica, matemáticas, ciencias sociales entre otras, que posibiliten el estudio de los componentes CAPITULO I 2 multidimensionales que se desarrollan en un entorno natural con límites geográficos y habitado por sociedades que adaptan o se adaptan al medio ambiente. Dentro de lo que puede aportar la tecnología y más precisamente la Ingeniería Electrónica tenemos la recolección, transmisión y almacenamiento de variables abióticas como la temperatura ambiental, humedad relativa, presión atmosférica, velocidad y dirección de viento, volumen de precipitación de lluvia, cantidad de hidrogeno en tierra y agua, fosforo en tierra y agua, nitrógeno en tierra y agua, entre otros. Para realizar la medición de estas variables podemos utilizar sensores electrónicos cuya información debe ser correctamente transportada desde sitios apartados ubicados en diferentes sitios del Distrito Metropolitano de Quito y almacenamos en una base de datos central y que finalmente faciliten su posterior visualización y análisis científico. Actualmente en el Distrito Metropolitano de Quito no se cuenta con la tecnología para realizar una medición integral de las variables abióticas, por ejemplo para realizar la medición del volumen de precipitación de lluvia en la mayoría de los casos está se la realiza manualmente con recipientes con marcas de volumen, otra variable abiótica como lo es la temperatura se la mide generalmente de manera manual tres o cuatro veces por día, la toma de medidas de manera manual involucra la participación de personal humano que en muchas ocasiones olvida llevar un registro pormenorizado de la información recolectada en campo; la dirección y velocidad de viento son variables que no se miden y por ende no se registran. Para solventar todos estos inconvenientes se propone utilizar sistemas de colección de información, transmisión de datos y almacenamiento todo ello de manera automática lo que vendría a solventar las deficiencias actuales de recolección de información. CAPITULO I 3 Con la automatización de la colección de información, su transmisión y su almacenamiento permitirá finalmente identificar por parte de los científicos en biología y matemáticas plantearse modelos de dispersión sobre un posible cambio climático o micro climático en el Distrito Metropolitano de Quito, y en base a los resultados poder recomendar las políticas que concretarán las acciones más pertinentes para mantener el equilibrio biológico de esta área urbana. 1.2. ALCANCE El proyecto pretende inicialmente analizar la situación actual en la medición de variables abióticas en el Distrito Metropolitano de Quito; instrumentos disponibles y a que instituciones pertenecen; sistemas de almacenamiento de información y comunicaciones disponibles en las áreas de estudio. Posteriormente en trabajo conjunto con los criterios de biólogos, químicos, geógrafos y geólogos proceder a determinar las variables abióticas más importantes que deben ser consideradas para monitoreo, determinar la frecuencia de muestreo de cada una de ellas, la escala y sistema de medición más adecuado; que aporten con las mayores características para un análisis posterior. Una vez establecidas las características mínimas indispensables que deben cumplir los datos monitoreados de las diferentes variables abióticas se debe proceder con la búsqueda y selección de la instrumentación más idónea para la medición de temperatura ambiental, humedad relativa, presión atmosférica, velocidad y dirección de viento y volumen de precipitación de lluvia; instrumentos que se deberán adquirir CAPITULO I 4 de acuerdo a las necesidades científicas, disponibilidad presupuestaria, realidades logísticas en campo y de mantenimiento. Adicionalmente de acuerdo al estudio de campo de los sitios de interés muestreal proceder a determinar la mejor forma de comunicación o almacenamiento de las variables recogidas desde los sensores. Los datos colectados desde las diferentes estaciones de muestreo deberán consolidarse en una base de datos que permita el trabajo de análisis posterior y el uso de los mismos por parte del personal científico. Finalmente hay que diseñar y programar una interfaz gráfica de usuario- maquina o HMI, que permita visualizar los datos colectados y seleccionar la información por fecha de colección, estación reportada y magnitud. 1.3. OBJETIVOS 1.3.1. Objetivo General Diseñar e implementar un sistema de monitoreo de variables abióticas en las estaciones de Yanacocha, Tandayapa y Mashpi para el Museo Ecuatoriano de Ciencias Naturales. 1.3.2. Objetivos Específicos • Estudiar el estado del arte de los sistemas de monitoreo de variables abióticas. • Identificar las variables abióticas y la instrumentación más idónea para la medición. CAPITULO I 5 • Diseñar un sistema de transporte de datos desde las estaciones al centro de monitoreo. • Implementar el sistema de monitoreo haciendo uso de la instrumentación y el sistema de transporte de datos diseñados. • Desarrollar un HMI (Interfaz hombre máquina) para la visualización y registro de datos por parte del usuario final. • Validación y pruebas del sistema. CAPITULO II 6 CAPITULO II DISEÑO 2.1. ANÁLISIS DE LAS VARIABLES ABIÓTICAS Y SELECCIONAR LA INSTRUMENTACIÓN MÁS IDÓNEA PARA MEDIR DICHAS MAGNITUDES. Una buena selección de variables abióticas a monitorear es una tarea muy importante ya que definirá el alcance de uso en modelos matemáticos y análisis prospectivos que llevarán a cabo los científicos en biología. Establecen el límite de trabajo en el procesamiento de información. Identificamos algunos aspectos a tener en cuenta cuando se eligen variables abióticas de monitoreo: 2.1.1. Escala: Es el nivel al que deseamos hacer nuestro trabajo de investigación científica y puede ser: • Macroescala: Factores abióticos, abióticos, climáticos, entre otros. • Microescala: Microorganismos, competencia, nutrientes, entre otros. CAPITULO II 7 Adicionalmente se deben considerar las escalas temporales y espaciales de la siguiente manera: Gráfico 1. Escala temporal vs. Escala Espacial 2.1.2. Distribución Actual de las Especies Cuando la distribución de las especies de flora y fauna más se asemejen a la cuasi plastia o distribución potencial, es decir sin el impacto de las actividades humanas; mejor será el resultado del análisis. Gráfico 2. Representación de la Distribución Actual de las Especies CAPITULO II 8 2.1.3. Tipos de variables 1. Ambiente abiótico Son las más importantes, en parte porque son las más fácilmente modelables entre las que tenemos: temperatura ambiental, volumen de precipitación de lluvia, presión atmosférica, velocidad y dirección de viento, humedad en el ambiente, entre otras. 2. Condiciones bióticas Son condiciones muy complejas de medir y de modelar entre ellas tenemos: competencia entre especies, depredación cazador-presa, parasitismo, disponibilidad de refugio, disponibilidad de alimentación, entre otras. 3. Conectividad del medio Tratan de evaluar la impedancia que pone el medio o entorno de desarrollo al desplazamiento de las especies. Este tipo de variables son fáciles de analizar a escalas grandes, pero muy difícil de hacerlo a escalas pequeñas. 4. El papel de la historia Muchas veces la distribución actual de una especie viene dada por hechos ocurridos en el pasado sobre todo en medios antropizados como el Distrito Metropolitano de Quito. Estos factores son difícilmente desentrañables. 5. El papel del hombre Factores como la tasa de pastoreo, las actividades agrícolas, la recolección y conducción del agua por canales de riego, la recolección, la CAPITULO II 9 caza, entre otros son factores para determinar el nicho observado de una especie vegetal o animal. 2.1.3.1. Variables abióticas Dentro del estudio de las variables abióticas también tenemos un subconjunto de clasificación de las mismas: 1 A1 2.1.3.1.1. Variables meteorológicas La temperatura ambiental es una variable muy sutil a escalas grandes, conforme aumenta el detalle, se pierde interés: el macroclima cambia poco en ámbitos espaciales pequeños. Las variables de temperatura ambiental son obtenidas en muchos casos mediante interpolación de datos procedentes de estaciones meteorológicas. También se obtienen mediante teledetección o sensores remotos. Conforme menor es la escala, más probable es encontrar variables detalladas: número de días de heladas, dinámica de vientos e isoyetas, radiación solar entre otras. Dependiendo de la ecología de las especies a estudiar, necesitaremos unas variables u otras, por ejemplo si deseamos estudiar insectos se vuelven claves los sucesos de extremos de temperatura como las heladas. CAPITULO II 10 Gráfico 3. Mapa de Temperatura Ambiental Otra variable meteorológica de interés es la radiación solar incidente sobre la zona de estudio. El Sol es el responsable de toda la energía que alcanza la superficie de la Tierra. El Sol emite radiación que se puede considerar de onda corta y que prácticamente traspasa la atmósfera casi sin problemas. Veremos aquí las interacciones que tiene con la atmósfera. La Tierra intercepta una energía del Sol que en la parte superior de la atmósfera vale 1366 W/m2. Sin embargo sólo intercepta energía la sección de la Tierra que mira al Sol mientras que la emite toda la superficie terrestre, así que hay que dividir la constante solar entre 4 lo que nos lleva a 342 W/m2. De esa energía, 77 W/m2 es reflejada por las nubes o difundida por el aire hacia el espacio y 30 W/m2 es reflejada hacia el espacio por la superficie terrestre. Así que 107 W/m2 se pierden en el espacio por el albedo terrestre. El albedo es 0,313 así que se pierden en el espacio CAPITULO II 11 0,313*342=107 W/m2. Por lo que quedan 342-107=235 W/m2 que son los que penetran en la atmósfera. De los 342 W/m2 el 51,7% es decir 177 W/m2 son dispersados por la nubes o por los gases atmosféricos (22,5%= 77W/m2 en dirección al espacio y 29,2%= 100 W/m2 en dirección a la Tierra). Sólo el 2% es decir 7W/m2 son absorbidos por las nubes. El aire absorbe un 17,5% es decir 60 W/m2. A la superficie de la Tierra llega directamente un 28,7% de la radiación solar inicial, es decir 198 W/m2, de la que un 19,9% es decir 168 W/m2 son absorbidos por la Tierra y un 8,8% es decir 30 W/m2 son irradiados directamente al espacio. Gráfico 4. Mapa Mundial de Radiación Solar Incidente http://www.idcook.com/img/sunmapworld.jpg CAPITULO II 12 Variables relacionadas con la topografía 2.1.3.1.2. Altitud La topografía determina en buena medida la distribución de muchas especies a escala reducida. Sobre todo en el caso de organismos sensibles. Esto se debe a que muchas condiciones ambientales cambian notablemente al cambiar el micro relieve, por ejemplo muchas especies buscan los suelos más húmedos y frescos y estos se encuentran situados en lugares de relieve convexo. A grandes escalas, la altitud es un indicador de lugares más fríos y con más lluvia. En términos generales, más altura significa: más lluvia, más frio, más radiación solar, suelos más esqueléticos, más rocosidad, menos antropización, entre otros. Gráfico 5. Mapa Mundial de Alturas http://www.targetmap.com/ThumbnailsReports/5744_THUMB_IPAD.jpg CAPITULO II 13 2.1.3.1.3. Pendiente Los suelos muy pendientes son más delgados. Para diferentes especies vegetales y animales les resulta difícil desplazarse por zonas muy pendientes, por ejemplo solo algunas plantas pueden enraizar en esos lugares. A algunas especies de aves rapaces les gusta hacer nidos en picos cortados. La pendiente se expresa como la relación entre la diferencia de nivel entre dos puntos y su distancia horizontal. En el mapa DTM de los alrededores de la Reserva Biológica Yanacocha (Gráfico 6), se puede apreciar que se encuentra en un piso geográfico inmediatamente inferior al de mayor altura. Gráfico 6. DTM - Reserva Biológica Yanacocha CAPITULO II 14 En el mapa DTM de los alrededores de la Reserva Tandayapa (Gráfico 7), el relieve nos indica un piso geográfico de altura intermedia. Gráfico 7. DTM – Reserva Tandayapa En el mapa DTM del Bosque Protector Mashpi (Gráfico 8), podemos determinar que la misma se encuentra en un piso geográfico de baja altura. CAPITULO II 15 Gráfico 8. DTM – Bosque Protector Mashpi Las tres localizaciones se encuentran en pisos geográficos de longitud, latitud y altura diferentes, lo que nos permite cubrir e inferir con cierto grado de precisión el comportamiento de las variables abióticas en otras áreas del DMQ, hasta que las estaciones puedan seguir incrementándose en diferentes microclimas y pisos geográficos que permitan contar con información más precisa. 2.1.3.1.4. Orientación e Insolación Para muchas de las especies vegetales el estar en la umbría o a la solana significa la diferencia entre subsistir o perecer. Esta variable se suele representar mostrando un mapa con la orientación que tiene cada pixel respecto al norte. Eso no es del todo corrector porque no obtenemos valores cuantitativos de insolación y por qué no tiene en cuenta el ocultamiento topográfico. CAPITULO II 16 Gráfico 9. Modelo de Orientación – Insolación por orientación del pixel al norte Es mucho mejor generar un modelo de insolación potencial simulando el movimiento del sol sobre el relieve, calculando el número de horas de sol que recibe cada pixel, como el de la siguiente manera. Gráfico 10. Modelo de Orientación – Insolación por el recorrido solar CAPITULO II 17 2.1.3.1.5. Curvatura Algunas especies viven en microambientes condicionados por el grado de concavidad-convexidad del terreno: anfibios, invertebrados, plantas, entre otros. Gráfico 11. Modelo de Concavidad-Convexidad del Terreno 2.1.3.1.6. Índice de componente topográfico En determinadas circunstancias en necesario contar con información sobre niveles de profundidad y nichos en los cuales es más favorable la reproducción de diferentes especies vegetales y animales. Para eso se utilizan los índices de humedad y CTI. CAPITULO II 18 Gráfico 12. Modelo de índice topográfico 2.1.3.2. Variables bióticas Se refieren a parámetros muy importantes en la distribución de las especies: presencia de alimentación, de depredadores, productividad, selección de formaciones vegetales, entre otras. 2 Generalmente este tipo de variables no son tomadas en cuenta en la mayoría de los modelos de entornos ecológicos, debido a: • Es difícil expresar en un modelo cartográfico la importancia que tienen estas variables en la distribución de las especies. • Los algoritmos que se usan para implementar los modelos, nos las tienen en cuenta. CAPITULO II 19 2.1.3.2.1. Zonas de refugio y alimentación Algunas especies de aves rapaces se alimentan en cultivos de secano y se refugian en zonas arboladas dispersas. Para incorporar estas variables al modelo, se suelen utilizar mapas de distancias. Gráfico 13. Modelo de distancias de refugio y alimentación 2.1.3.2.2. Productividad de los ecosistemas Muchas especies están ligadas a sistemas muy o poco productivos. Esta variable es básica para caracterizar el nicho de estas especies. La productividad se puede estimar mediante imágenes satelitales. Gráfico 14. Diferentes reflactancias de acuerdo a la vegetación en la zona CAPITULO II 20 Gráfico 15. Mapa Mundial de Producción Neta de Biomasa http://cdiac.ornl.gov/epubs/ndp/ndp017/hollysmall.gif 2.1.3.2.3. Conectividad Es importante tener en cuenta que la presencia de una especie en un lugar dado puede deberse a que ese lugar es accesible o no a la misma. En este sentido es importante identificar las posibles barreras y corredores que frenan o favorecen la dispersión. Otro aspecto interesante es el grado de fragmentación del hábitat. Hay especies especialmente sensibles a la fragmentación o dicho de otro modo al número de hábitats diferentes por unidad de superficie. CAPITULO II 21 2.1.3.2.4. Dispersión El papel del relieve en la dispersión de semillas. Suponemos que las semillas se dispersan por el territorio como si fueran un fluido. Es fácil bajar pendientes, pero difícil subirlas. Si se modela esto en un GIS podemos identificar las zonas accesibles y no accesibles para una especie dada. Gráfico 16. Modelo de pendientes para la dispersión de semillas 2.1.3.3. La importancia de la historia Los andes han estado ocupados desde hace aproximadamente 3000 años, nuestros ecosistemas han sufrido influencia antropológica. Desde la motivación dada en años anteriores para proceder con la colonización y talar los bosques primarios para convertirlos en pastizales para ganado y áreas de cultivo, dichos bosques fueron talados, quemados, esquilmados, reforestados y manejado más del 75% de los territorios de estudio. CAPITULO II 22 ¿Qué peso ocupan esos hechos pasados en la distribución actual de las especies? ¿Hasta qué punto no seguimos viendo en el presente las consecuencias del manejo pasado? Gráfico 17. Fotografía de la colonización de las tierras, Sector Tandayapa 2.1.3.4. La actividad humana El ser humano ha modificado el 80% de la superficie de la tierra, pescamos, cazamos, pastoreamos, quemamos bosques, hacemos carreteras, construimos ciudades, etc. CAPITULO II 23 ¿No sería está la principal variable que determine la distribución de las especies? Los métodos de modelización de entornos ambientales no contemplan la actividad humana. Es decir, tenderemos a obtener el nicho fundamental de una especie, no el observado. Gráfico 18. Mapa Mundial de la emisión de dióxido de carbono http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b5/Countries_by_carbon_dioxide_emissio ns_world_map.PNG Una vez analizadas los tipos de variables ambientales que se pueden monitorear e influyen en el modelamiento matemático de sistemas debemos proceder a seleccionar las que podemos medir inicialmente y que aporten a un estudio más real de los entornos ecológicos en el Distrito Metropolitano de Quito. Las estaciones de monitoreo, permitirán la medición de variables climatológicas y ambientales, para ello estarán construidas con sensores electrónicos de alta precisión y exactitud, con bajo mantenimiento, evitando en lo posible que los mismos posean piezas mecánicas o móviles que degraden la medición. CAPITULO II 24 Utilizaremos los sensores que nos permitan monitorear las siguientes variables: • Presión atmosférica • Velocidad de viento • Dirección de viento • Temperatura ambiental • Humedad ambiental • Volumen de Precipitación de Lluvia Las mediciones automáticas realizadas en campo por las estaciones de monitoreo se realizarán de acuerdo a un intervalo de tiempo programado y su transmisión será de manera remota o inalámbrica, directamente al MECN en el parque la Carolina. Para ello se requiere contar con un equipo servidor en el MECN con soporte eléctrico UPS y tolerancia a fallas o Mirroring de información. La información transferida de manera inalámbrica será almacenada en bases de datos tabulares en el servidor del MECN, la que será posteriormente utilizada en los modelos de dispersión matemáticos que nos facilitaran una simulación de predicción preactiva en el futuro y el cálculo de una simulación proactiva con la tendencia de las condiciones actuales. Las variables abióticas que vayamos a medir deben permitir la caracterización futura de un modelo matemático de sistemas ecológicos, debemos inicialmente elegir los elementos a evaluar, sus funciones de conversión y cómo influyen en los modelos ecológicos. 3 CAPITULO II 25 La mayoría de problemas en las ciencias ambientales se resuelven por el balance de masas o por el balance de energías. En nuestro caso utilizaremos el balance de energías. Para trabajar con variables de energía, debemos expresar todas las variables en función de la misma y usaremos como unidad de medida estándar el Joule (J). Para las variables que requieren calcular el volumen de inmersión en el sistema ecológico, se considero una altura de 50 m, debido al criterio de superposición de isotermas e isoyetas, que modifican el clima arriba de esta altura. Además se considero que el aire está compuesto idealmente de nitrógeno y oxigeno exclusivamente, como un gas diatómico. Para calcular la energía provista por el viento vamos a idealizar el movimiento de un punto infinitesimal desplazando el peso del aire a lo largo de la dirección del viento dentro del ecosistema. Calculando la energía como el trabajo necesario para mover dicho peso a lo largo del sistema en la dirección del viento. El cálculo de la energía entregada por la temperatura la calculamos de acuerdo a la ley cinética de los gases, para el caso de gases diatómicos. La energía provista por la lluvia la calculamos considerando un diámetro por gota de 0.3mm por las tablas de Jean Chaillout para la latitud y longitud de Ecuador es de 0.3mJ. En las variables biológicas calculamos la tasa de biodiversidad (riqueza y abundancia) para cada grupo taxonómico, suponiendo una distribución homogénea para el sistema ecológico, a partir de las muestras realizadas en los transectos. CAPITULO II 26 Además en la base de datos de muestreo biológico se ingreso para la mayoría de especies los valores de peso y estado reproductivo, y análisis estomacales en ictiología. Calculamos la población total para cada grupo taxonómico de manera homogénea en todo el sistema ecológico y se transformo en términos de energía: 1 Kg de biomasa equivale a 14.644 J. Para la realización del modelo matemático de sistemas ecológicos planteamos que el sistema se encuentra en balance energético de la siguiente manera: Energía Ingresa = Energía Biomasa + Residuo La energía que ingresa al sistema es aquella energía aportada por los elementos abióticos: viento, sol y lluvia. La energía de biomasa es aquella energía del material orgánico que se encuentra en la población viviente: flora y fauna. El residuo no es más que la energía que ingresa al sistema y no puede ser transformada en material orgánico. Dicha energía se disipa en la biosfera, ya sea como vapor de agua hacia las nubes o a través de los ríos y tributarios de agua lluvia que se forman en los sistemas ecológicos. Además del análisis biológico y matemático que contribuyen a la selección de las variables abióticas a ser consideradas, debemos tomar en cuenta los parámetros geográficos de ubicación, latitud, longitud y altura. CAPITULO II 27 Gráfico 19.Areas Protegidas y bosques protectores en el DMQ. CAPITULO II 28 2.1.4. Sensores para la medición de variables abióticas 2.1.4.1. Sensores de presión atmosférica Se realizo una búsqueda de sensores electrónicos que nos faciliten la medición de la presión atmosférica o barométrica y se encontraron algunos sensores disponibles en el mercado. • CS100.-El barómetro CS100 utiliza el sensor capacitivo SetraceramTM y circuito analógico IC para medir la presión barométrica en el rango de 600 a 1100mb. La salida de señal es de 0 a 2.5Vdc que permite conectarlo directamente a los dataloggers Campbell Scientific. El tiempo de calentamiento del sensor es de 1s. Incorpora una entrada de activación para minimizar el consumo entre medidas. • RPT410F.- El RPT410F es un transductor de presión resonante de silicio (RPT) utiliza tecnología avanzada de sensores, resultando en una medición de presión de alta precisión y estabilidad atmosférica. El sensor utiliza una salida de frecuencia correspondiente al rango de presión barométrica. La precisión se mantiene en un amplio rango de temperaturas, y el consumo de corriente se puede conservar con una función de disparo de cierre externo, controlado por el registrador de datos o datalogger. CAPITULO II 29 • CS106.- El Barómetro CS106 utiliza el BAROCAP de Vaisala es un sensor capacitivo para medir la presión barométrica en un rango de 500 a 1100 milibares. El CS106 emite una señal lineal de 0 a 2,5 V de CC, lo que le permite conectarse directamente a los dataloggers. • 61302V.- El barómetro 61302V, es fabricado por RM Young, ofrece tanto una salida de 0-5 VDC analógica y una salida serial por lo que es adecuado para una amplia gama de aplicaciones. Un puerto de presión opcional se recomienda para instalaciones al aire libre que se viene adicionalmente con un soporte de fijación integrado. 2.1.4.2. Sensores de Velocidad y Dirección de Viento • Sensores de viento 05103, 05106, 01503-45 & 05305-AQ.- Los sensores de viento RM Young miden la velocidad y dirección del viento. Ellos simplemente están diseñados y fabricados en una caja externa rígida y de UV-estabilizado termoplástica con acero inoxidable y accesorios de aluminio anodizado para una construcción robusta pero ligera. El material termoplástico resistente a la corrosión en ambientes marinos y los contaminantes atmosféricos. De acero inoxidable y alto grado de precisión y esferas de rodamientos que se utilizan para el eje de la hélice y los cojinetes CAPITULO II 30 del eje vertical. Estos sensores de viento están cableados para su uso con los registradores de datos. • Anemómetro A100R.- El anemómetro A100R es un instrumento de precisión que es fácilmente conectado con dataloggers para dar medidas exactas de recorrido del viento o la velocidad media del viento. Un imán gira con el husillo del rotor produciendo un campo variando lo que provoca la conmutación de un interruptor de láminas humedecidas de mercurio para abrir y cerrar el contacto por cada revolución del rotor. Los contactos son libres de rebote y ninguna energía adicional se requiere aparte de la necesaria para detectar el cierre del contacto; el anemómetro A100R es por lo tanto muy adecuado para su uso en sitios remotos. El anemómetro está construido con una aleación de aluminio anodizado, acero inoxidable y plásticos resistentes al clima. Los rodamientos están protegidos de la entrada de gotas de humedad y polvo, resultando en un instrumento adecuado para la exposición permanente a la intemperie. • Veleta W200P.-El W200P tiene una excelente sensibilidad y es adecuado para la operación remota. Incorpora una potenciómetro de precisión de micro- torque de alambre enrollado, montable en todo tipo de clima y resistente a la corrosión. CAPITULO II 31 El potenciómetro tiene el torque más bajo posible, compatible con un funcionamiento duradero y fiable. Los rodamientos de esferas de precisión son resistentes a la corrosión y protegidas contra la entrada de humedad y el polvo. • CSAT3 Anemómetro de ultrasonido 3D.- El CSAT3 es un anemómetro sónico de tres dimensiones. Mide la velocidad del viento y la velocidad del viento utilizando el ultrasonido en tres ejes no ortogonales. A partir de estas mediciones, la velocidad ortogonal del viento y la temperatura sónica se pueden calcular. • Windsonic 2D Anemómetro ultrasónico.- El WindSonic de Gill Instruments, es un anemómetro sónico que combina velocidad horizontal del viento y dirección en un formato digital serial único o en dos salidas analógicas. Este tipo de anemómetro no sufre de la "banda muerta" asociado con sensores de viento rotativos. 2.1.4.3. Sensores de Temperatura Ambiental y Humedad Relativa • CS215.- El CS215 es una sonda de bajo costo que se utiliza para medir la temperatura y la humedad relativa, que utiliza la medición de humedad digital CAPITULO II 32 y el elemento de temperatura que proporciona una precisión en la medición y estabilidad excelentes. Los elementos se basan en CMOSens ®, probado por más de dos años en las aplicaciones de los Alpes, y demostrado que funciona con las especificaciones en condiciones climáticas extremas. • HC2S3.- El HC2S3 es una sonda de temperatura y humedad robusta y exacta que es ideal para aplicaciones desatendidas de largo plazo. La sonda utiliza un avanzado sensor capacitivo para medir la humedad relativa. La sonda incluye un filtro para proteger el sensor contra el polvo y las partículas, para un rendimiento superior y fiabilidad. • HPM60.- El HMP60, fabricado por Vaisala, mide la temperatura del aire para el rango de -40 ° a 60 ° C, la humedad en relación a la gama de 0 a 100% de humedad relativa. Utiliza el sensor INTERCAP ® capacitivo y chip de humedad relativa. Este chip reemplazable elimina la necesidad de tiempos de mantenimiento para el proceso de recalibración. • HMP155A.- El HMP155A proporciona una medición fiable de temperatura y humedad. Tiene una excelente estabilidad y resiste ambientes agresivos. Es de sólida construcción y el elemento sensor está protegido por un filtro de teflón, dando la máxima protección contra líquidos, polvo y suciedad. CAPITULO II 33 • MP100A.- El MP100A cuenta con una buena estabilidad y bajo consumo de energía y está diseñado para aplicaciones en exteriores. Es de fácil interfaz con dataloggers. 2.1.4.4. Sensores de Volumen de Precipitación de Lluvia • 52203 / 52202 TippingBucket Rain Gauges.- Estos dos pluviómetros ambos proporcionan un área de influencia de 200 cm² y una medición de precisión de 0,1 mm. El sensor está fabricado predominantemente a partir de componentes termoplásticos moldeados para un funcionamiento duradero y confiable. 2.1.5. Selección de Sensores Considerando las variables abióticas mínimas requeridas para la construcción de un modelo matemático de los sistemas ecológicos objeto de estudio, y una vez analizados algunos de los sensores electrónicos más utilizados para la medición de dichas variables es posible utilizar un sistema único que integre varios de los sensores y podemos recomendar el uso del transmisor meteorológico Vaisala WXT520, cuyas características se exponen a continuación. CAPITULO II 34 2.1.5.1. Transmisor meteorológico Vaisala WXT520 El transmisor meteorológico Vaisala WXT520 mide presión barométrica, humedad relativa, volumen de precipitación de lluvia, temperatura ambiental, velocidad y dirección del viento. Para medir velocidad y dirección del viento el WXT520 está equipado con un sensor Vaisala WINDCAP ultrasónico para determinar la velocidad y dirección horizontal del viento. La serie de tres transductores igualmente espaciados sobre un plano horizontal es un diseño específico de Vaisala. Las mediciones de presión barométrica, temperatura y humedad están combinadas en el módulo usando mediciones capacitivas para cada parámetro. Es fácil cambiar el módulo sin hacer ningún contacto con los sensores. El WXT520 es inmune a inundaciones, humedad y pérdidas por evaporación en la medición de la lluvia. 2.1.5.2. Medición acústica de la precipitación La medición de la precipitación delWXT520 se basa en el sensor Vaisala RAINCAP, que detecta el impacto de las gotas individuales de lluvia. Las señales resultantes de los impactos son proporcionales al volumen de las gotas. De esta CAPITULO II 35 manera, la señal de cada gota puede ser convertida directamente en precipitación acumulada. El WXT520 mide la lluvia acumulada, la intensidad y la duración de la lluvia, todo en tiempo real. El sensor Vaisala RAINCAP es el único sensor de precipitación del mercado que no necesita mantenimiento. 2.1.5.3. Descripción técnica del sensor Vaisala WXT-520 Gráfico 20. Fotografía del sensor Vaisala WXT-520 VIENTO Velocidad Rango 0 ... 60 m/s Tiempo de respuesta 250 ms Precisión 0 ... 35 m/s ±0,3 m/s ó ±3%, Continua ... CAPITULO II 36 35m/s … 60 m/s ±5% Resoluciones de salida y unidades 0,1 m/s, 0,1km/h, 0,1mph, 0,1 nudos Dirección Azimut 0 … 360° Tiempo de respuesta 250 ms Precisión ±3% Resolución de salida y unidad 1° PRECIPITACIÓN LIQUIDA Lluvia Acumulado después del último reinicio automático o manual Resoluciones y unidades de salida 0,01mm, 0,001 pulgadas Precisión 5% Duración de lluvia Conteo de incremento cada diez segundos siempre que se detecta caída de agua Resolución de salida y unidad 10s Intensidad de lluvia Promedio por minuto en etapas de 10s Rango 0 … 200mm/h Resoluciones y unidades de salida 0,1 mm/h, 0,001pulgadas/h Granizo Cantidad acumulativa de impactos contra la superficie colectora Resoluciones y unidades de salida 0,1 impactos/cm2, 0,001 impactos/pulgada2, 1 impacto Duración de Granizo Conteo de incremento cada diez segundos siempre que se detecta granizo. Resolución de salida y unidad 10s Intensidad de Granizo Promedio por minuto en etapas de 10 segundos Resoluciones y unidades de salida 0,1 impactos/cm2h, 1 impactos/pulgada2h, 1 impactos/hora TEMPERATURA DEL AIRE Rango -52 … +60 °C (-60 … +140 °F) Precisión del sensor a +20 °C ±0,3 °C (±0,5 °F) Precisión por encima de rango de temperatura Continua ... CAPITULO II 37 Resoluciones y unidades de salida 0,1 °C, 0,1 °F PRESIÓN BAROMÉTRICA Rango 600 1100 hPa Precisión ±0,5 hPa a 0 … +30 °C (+32 … +86 °F) ±1 hPa a -52 … +60 °C (-60 … +140 °F) Resoluciones y unidades de salida 0,1 hPa, 10 Pa, 0,0001 bar, 0,1 mmHg, 0,01pulg.Hg HUMEDAD RELATIVA Rango 0 … 100 %RH Precisión ±3 %RH dentro de 0 … 90 %RH ±5 %RH dentro de 90 … 100 %RH Resolución y unidad de salida 0,1 %RH GENERAL Temperatura de operación -52 … +60 °C (-60 … +140 °F) Temperatura de almacenamiento -60 … +70 °C (-76 … +158 °F) Voltaje de operación 5 … 32 VCD Consumo típico 3 mA a 12VCC (con ajustes de fábrica) Voltaje de calefacción 5 … 32 VCC (o CA, max. 30 VRMS) Interfaz de datos seriales SDI-12, RS-232, RS-485, RS-422, conexión USB Peso 650g (1,43lb) Gabinete IP65 Cubierta con dispositivo de montaje IP66 COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA Cumple con el estándar EMC EN61326-1; entorno industrial Estándares medioambientales IEC 60945/61000-4-2 … 61000-4-6 2.2. Diseño de un sistema de transporte de datos Para la transmisión de datos desde las estaciones ubicadas en Yanacocha, Tandayapa y Mashpi, se debería utilizar un sistema inalámbrico y podrían ser sistemas RF, redes celulares, sistemas satelitales, entre otros. Debido a la fiabilidad y costos de sistemas de transmisión de datos se inicio por la búsqueda de redes de comunicaciones ya establecidas en las cercanías de los sitios en donde se ubicarían las estaciones, conociéndose que si existía cobertura de redes celulares, procedimos a evaluar la disponibilidad del servicio en Yanacocha, Tandayapa y Mashpi. CAPITULO II 38 Se realizo una evaluación técnica de comunicaciones en los sitios donde se ubicarían las estaciones de monitoreo, se llevaron a cabo pruebas de conectividad en voz GSM y datos GPRS hacia la BTS más cercana para verificar la disponibilidad de estos servicios en dichas áreas, las pruebas se llevaron a cabo utilizando un celular iPhone 2G de 0.5W de potencia y SIMs de las compañías Movistar y Claro, las pruebas en cada sitio para conectividad de voz GSM consistieron en 10 llamadas de 10 minutos a diferentes intervalos de tiempo a lo largo del día y las pruebas para datos GPRS consistieron en la navegación por 10 minutos a diferentes servicios de datos y en diferentes intervalos de tiempo a lo largo del día. Constatándose que en todos los sitios se pudieron realizar exitosamente todas las pruebas, por ello se inicio la búsqueda módulos electrónicos que nos permitan transmitir los datos colectados por los sensores hacia una base de datos en Quito utilizando el sistema de comunicaciones GPRS. 2.2.1. GSM: La base del GPRS 4 El sistema GSM es el sistema de comunicación de móviles digital de segunda generación basado en células de radio. Apareció para dar respuestas a los problemas de los sistemas analógicos. Fue diseñado para la transmisión de voz por lo que se basa en la conmutación de circuitos, aspecto del que se diferencia del sistema GPRS que conmuta paquetes. Al realizar la transmisión mediante conmutación de circuitos como en GSM los recursos quedan ocupados durante toda la comunicación y la tarificación se da por CAPITULO II 39 tiempo, lo que hace costoso e ineficiente la transmisión de datos con GSM, lo que GPRS viene a solucionar. 2.2.2. Limitaciones de GSM para la transmisión de datos. Las redes GSM tienen ciertas limitaciones para la transmisión de datos: • Velocidad de transferencia de 9,6 Kbps. • Tiempo de establecimiento de conexión, de 15 a 30 segundos. Además las aplicaciones deben ser reinicializadas en cada sesión. • Pago por tiempo de conexión. • Problemas para mantener la conectividad en itinerancia (Roaming). La baja velocidad de transferencia limita la cantidad de servicios que Internet nos ofrece. Por ejemplo, a 9,6 Kbps no se puede navegar por Internet de una manera satisfactoria. Si, además, tenemos en cuenta que estamos pagando por tiempo de conexión, los costos se disparan. Esta es la eterna lucha, pues no se puede comparar una hora de conversación con una hora de navegar por Internet. La combinación de estos tres factores negativos hace que GSM sea una tecnología mayoritariamente utilizada para la voz y no para los datos. Las tradicionales redes GSM no se adaptan adecuadamente a las necesidades de transmisión de datos con terminales móviles. Por ello surge una nueva tecnología portadora denominada GPRS (General Packet Radio Service) que unifica el mundo IP con el mundo de la telefonía móvil, creándose toda una red paralela a la red GSM y orientada exclusivamente a la transmisión de datos. CAPITULO II 40 Al sistema GPRS se le conoce también como GSM-IP ya que usa la tecnología IP (Internet Protocol) para acceder directamente a los proveedores de contenidos de Internet. 2.2.3. General Packet Radio Service - GPRS GPRS es una nueva tecnología que comparte el rango de frecuencias de la red GSM utilizando una transmisión de datos por medio de 'paquetes'. La conmutación de paquetes es un procedimiento más adecuado para transmitir datos, hasta ahora los datos se habían transmitido mediante conmutación de circuitos, procedimiento más adecuado para la transmisión de voz. 2.2.3.1. Los canales se comparten entre los diferentes usuarios En GSM, cuando se realiza una llamada se asigna un canal de comunicación al usuario, que permanecerá asignado aunque no se envíen datos. En GPRS los canales de comunicación se comparten entre los distintos usuarios dinámicamente, de modo que un usuario sólo tiene asignado un canal cuando se está realmente transmitiendo datos. Para utilizar GPRS se precisa un teléfono que soporte esta tecnología. La mayoría de estos terminales soportarán también GSM, por lo que podrá realizar sus llamadas de voz utilizando la red GSM de modo habitual y sus llamadas de datos (conexión a internet, WAP, entre otras) tanto con GSM como con GPRS. CAPITULO II 41 La tecnología GPRS, o generación 2.5, representa un paso más hacia los sistemas inalámbricos de Tercera Generación o UMTS. Su principal baza radica en la posibilidad de disponer de un terminal permanentemente conectado, tarificando únicamente por el volumen de datos transferidos (enviados y recibidos) y no por el tiempo de conexión como ocurre con GSM. 2.2.3.2. Obtiene mayor velocidad y mejor eficiencia de la red Tradicionalmente la transmisión de datos inalámbrica se ha venido realizando utilizando un canal dedicado GSM a una velocidad máxima de 9.6 Kbps. Con el GPRS no sólo la velocidad de transmisión de datos se ve aumentada hasta un mínimo 40 Kbps y un máximo de 115 Kbps por comunicación, sino que además la tecnología utilizada permite compartir cada canal por varios usuarios, mejorando así la eficiencia en la utilización de los recursos de red. La tecnología GPRS permite proporcionar servicios de transmisión de datos de una forma más eficiente a como se venía haciendo hasta GSM. GPRS es una evolución no traumática de la red GSM: no conlleva grandes inversiones y reutiliza parte de las infraestructuras actuales de GSM. Por este motivo, GPRS tendrá, desde sus inicios, la misma cobertura que la actual red GSM. GPRS (Global Packet Radio Service) es una tecnología que subsana las deficiencias de GSM CAPITULO II 42 2.2.4. Por qué es mejor GPRS que GSM Como hemos visto anteriormente el sistema GSM no se adaptaba del todo bien a la transmisión de datos. Vamos a ver ahora las características de GPRS: • Velocidad de transferencia de hasta 144 Kbps. • Conexión permanente. Tiempo de establecimiento de conexión inferior al segundo. • Pago por cantidad de información transmitida, no por tiempo de conexión. Veamos unos ejemplos de los tamaños de información que descargaríamos: Envío de un e-mail de 5 líneas de texto con un anexo (documento tipo de Word de 4 páginas), consumiría alrededor de 95 kbytes. Acceder a un buscador, buscar un término (ej. viajes) y recibir una pantalla de respuesta podría ocupar 100 kbytes aproximadamente. Recibir una hoja de cálculo (documento tipo Excel de 5 hojas), consumiría aproximadamente 250 kbytes. Bajarse una presentación (documento tipo PowerPoint de 20 diapositivas y con fotos) equivale a unos 1.000 kbytes. Como vemos estas características se amoldan mucho mejor para la transmisión de datos que el tradicional sistema GSM. CAPITULO II 43 2.2.5. Ventajas del GPRS para el usuario Las ventajas que obtiene el usuario con el sistema GPRS son consecuencia directa de las características vistas en el punto anterior. • Característica de "Always connected": un usuario GPRS puede estar conectado todo el tiempo que desee, puesto que no hace uso de recursos de red (y por tanto no paga) mientras no esté recibiendo ni transmitiendo datos. • Tarificación por volumen de datos transferidos, en lugar de por tiempo. • Coste nulo de establecimiento de conexión a la red GPRS, frente a los quantum de conexiones existentes actualmente en GSM. • Mayor velocidad de transmisión. En GSM sólo se puede tener un canal asignado (un "timeslot"), sin embargo, en GPRS, se pueden tener varios canales asignados, tanto en el sentido de transmisión del móvil a la estación base como de la estación base al móvil. La velocidad de transmisión aumentará con el número de canales asignados. Además, GPRS permite el uso de esquemas de codificación de datos que permiten una velocidad de transferencia de datos mayor que en GSM. • Posibilidad de realizar/recibir llamadas de voz mientras se está conectado o utilizando cualquiera de los servicios disponibles con esta tecnología. • Modo de transmisión asimétrico, más adaptado al tipo de tráfico de navegación html o wml (un terminal GPRS 4+1 (4 slots downlink y 1 uplink) tendrá cuatro veces mayor capacidad de transmisión de bajada que de subida). CAPITULO II 44 2.2.6. Servicios del GPRS para el usuario Los servicios que obtendrá un usuario de este sistema serían los equivalentes a tener un PC conectado a Internet, siendo este de tamaño bolsillo. Acceder en movilidad a Internet y correo electrónico. GPRS permite acceder en movilidad a todas las facilidades de Internet usando el terminal GPRS como módem: • Acceso a cuentas de correo Internet (lectura y envío de e-mails). • Aviso de recepción de correo en el móvil. • Navegación por Internet. • Descarga de ficheros. • Desde cualquier PC, asistente personal digital (PDA) o directamente desde el terminal GPRS (si sus características lo permiten). • Pagando sólo por el volumen de datos transmitidos y recibidos y no por el tiempo de conexión. Acceder en movilidad a la Intranet corporativa. Acceso a cuentas de correo corporativas (intranet): GPRS permite utilizar desde un dispositivo móvil (Ordenador portátil, PDA o el propio móvil) los sistemas de correo electrónico de la empresa (Microsoft Mail, Outlook Express, Microsoft Exchange, Lotus Notes etc…). El usuario puede acceder en movilidad a su correo corporativo, leerlo y contestarlo como si estuviera en la oficina. CAPITULO II 45 Acceso a bases de datos y aplicaciones corporativas desde un dispositivo móvil: Gestión de Fuerza de Ventas: consulta de estados de pedidos, consulta de catálogos, consulta de stocks, información relativa a los clientes y desde cualquier lugar. Gestión de equipos de trabajo que operan fuera de la empresa (equipos de mantenimiento, supervisión, reparto, entre otros). Con GPRS se pueden enviar avisos, complementar partes de trabajo, obtener información detallada sobre envíos o reparaciones y desde cualquier lugar. Acceso GPRS a aplicaciones WAP para uso empresariales (a través del servicio WAP): Agenda, directorios, tarjetas de visita, E-mail, correo, Tareas, Tablón, enviar fax, gestión de equipos. Acceso a servicios de información (a través del servicio WAP): Canales temáticos: Noticias, Finanzas, Viajes…. Guía de carreteras, Reserva de restaurantes, Guía de teléfono, Callejero… Centro comercial: Banca móvil, Entradas…. Internet/ Servicios: Buscador, Traductor…. CAPITULO II 46 2.2.7. Ventajas del GPRS para la operadora Uso eficiente de los recursos de la red: los usuarios sólo ocupan los recursos de la red en el momento en que están transmitiendo o recibiendo datos, y además se pueden compartir los canales de comunicación entre distintos usuarios y no dedicados como en el modelo GSM. 2.2.8. Acceso a GPRS Ya existen en el mercado un buen número de terminales de transmisión de datos del sistema GPRS, que nos permitirían transportar los datos colectados por las estaciones de medición de variables abióticas hacia las bases de datos en el MECN- Quito. Los terminales GPRS presentan las siguientes características comunes: 2.2.8.1. Capacidad Dual: Los terminales GPRS están adaptados para aprovechar la cobertura existente GSM para la voz y en GPRS para la transmisión de datos. 2.2.8.2. Velocidad de transferencia: Los terminales GPRS utilizan varios canales simultáneos o slots. CAPITULO II 47 El número de canales depende de cada terminal, variando de 1 a 4 para la recepción de datos y de 1 a 2 para el envío. Cada canal representa una velocidad teórica de 13.4 kilobits (en GSM sólo 9 Kbits). 2.2.8.3. Tarjeta SIM: La tarjeta SIM es la misma que para GSM. No es preciso cambiar de tarjeta para usar GPRS. Existen tres tipos de terminales, cada uno con sus características: CLASE A: • Uso simultáneo de GSM y GPRS • 1 Time-Solt para GSM y 1 o más para GPRS • No hay degradación de ninguno de los dos servicios CLASE B: • Registro GPRS y GSM • Uno de los dos está en suspenso mientras el otro está activo. Prioridad para GSM. • Degradación de QoS sólo para GPRS CAPITULO II 48 CLASE C: • Elección manual de GPRS o GSM • No hay uso simultáneo. 2.2.9. Mercado Actual en el país y el Distrito Metropolitano de Quito Hoy por hoy las tres operadoras de telefonía móvil en Ecuador ofrecen sus servicios GPRS. 2.2.9.1. Comparativas de las diferentes operadoras. A2 A3 A4 Megas Precio Movistar Básico 600 15,68USD Movistar Descarga 5000 54,88 USD Movistar Navega Plus 3000 43,68 USD Movistar Navega 2000 32,48 USD Movistar Óptimo 1000 21,28 USD Claro 1 día 100 3,92 USD Claro 7 días 500 16,80 USD Claro 15 días 1000 28,00 USD Claro 30 días 5000 110,88 USD Alegro 30 días 700 15,00 USD Alegro 30 días 1000 19,00 USD Alegro 30 días 2000 29,00 USD Alegro 30 días 3000 39,00 USD Tabla 1. Comparativa de precios por servicio de datos CAPITULO II 49 Dado el gran éxito experimentado por los mensajes cortos (SMS: Short Messaging Service) aparecen dos nuevas plataformas para el envió de mensajes: EMS y MMS. EMS: Los mensajes EMS nacen como la posibilidad de enviar no solo texto, sino además ciertos contenidos multimedia. Entre sus características principales podemos ver que admiten tanto texto (ahora con posibilidades de formato y justificación) como sonidos (predefinidos o propios y con una longitud máxima de 128 bytes), imágenes (con múltiples formatos) y animaciones. Este nuevo tipo de mensajes utilizan la misma infraestructura que su predecesor, el SMS, lo cual permite que hoy en día ya hayan aparecido ciertas tecnologías propietarias y terminales que los soportan. MMS: El MMS nace como un formato con mires para ser compatible en todo lo posible hacia adelante. No es así hacia atrás, pues como vemos, al utilizar Nuevos protocolos internet para el envío de mensajes, como son en SMTP o MIME ya se desmarca totalmente de sus predecesores. Además, estos mensajes serán transferidos como datos, y no por el canal de señalización como se ha hecho hasta ahora. Esto conlleva que sus posibilidades de expansión sean muy grandes, pero al mismo tiempo necesita de la instalación de nuevas plataformas, tales como: -MMS Relay -MMS Server -MMS Databases -WAP Gateway CAPITULO II 50 Necesarias para su transmisión, y que por tanto rompen toda posible compatibilidad con las infraestructuras de mensajería corta existentes. 2.2.10. Cobertura de Datos de Movistar y Claro 2.2.10.1. Cobertura de Datos de Movistar A5 Gráfico 21. Mapa de cobertura de datos de Claro en Pichincha 2.2.10.2. Cobertura de Datos de Claro A6 Gráfico 22. Mapa de cobertura de datos de Claro en Pichincha CAPITULO II 51 2.2.11. Concepto Machine to Machine - M2M La arquitectura de comunicación máquina a máquina (M2M) permite que cualquier máquina controlada electrónicamente, se comunique e imparta la información esencial más rápidamente, con mayor precisión y eficacia que cualquier otro dispositivo entre el hábitat de los dispositivos y los sistemas. Los dispositivos de M2M brindan soluciones móviles en innumerables segmentos y ambientes por todo el mundo. La aplicación que nos interesa de la arquitectura M2M es la recuperación remota de lecturas de medición. Los dispositivos de radio y los terminales M2M-GSM/GPRS son ideales para el uso en aplicaciones basadas en sistemas M2M, permite simplificar el desarrollo del sistema de control y transmisión de información para la lectura de las variables abióticas en el Distrito Metropolitano de Quito. La utilización de la arquitectura M2M en nuestro proyecto representa las siguiente ventajas: • Información exacta en tiempo real. • Colección e interpretación de datos de las lecturas de los sensores. • Bajo mantenimiento de los equipos. • Bajo consumo de energía. La tecnología M2M, es un concepto que engloba la automatización de los procesos de comunicación entre máquinas (Machine to Machine), entre dispositivos CAPITULO II 52 móviles y máquinas (Mobile to Machine), y entre hombres y máquinas (Manto Machine). Estos módulos pueden ser sistemas reducidos de control y comunicaciones que se conectaran directamente con los equipos de medición (sensores) o de control (actuadores), entre los microprocesadores o microcontroladores presentes tanto en los sensores como en el modulo M2M, permitiendo la integración desde computadores personales hasta complejos servidores en un centro de procesamiento de datos informático del Museo Ecuatoriano de Ciencias Naturales. Con la tecnología M2M es posible hacer la comunicación de los equipos en terreno con el centro de información en Quito y este a su vez con las plataformas de análisis y visualización de información de los científicos del MECN, de forma organizada y en tiempo real. Máquina a Máquina o las comunicaciones M2M es un nuevo concepto de negocio, a cargo de la tecnología de telemetría original, utilizado para la transmisión automática y medición de datos de fuentes remotas, por medios inalámbricos, radio u otros. La principal diferencia entre la telemetría y M2M son los aspectos comerciales y operativos que permiten a una máquina la comunicación de muchas maneras. M2M utiliza las redes modernas GPRS o PCS para transmitir las lecturas de datos en campo a un servidor central basado en Internet. Una solución M2M se compone de tres elementos esenciales: un dispositivo desplegado en el campo, la red del operador móvil y la red de servidores back-end. CAPITULO II 53 El servicio móvil es uno de los muchos componentes importantes en una plataforma máquina a máquina dentro de la implementación. Debajo de las plataformas machine to machine existe un sistema de comunicación automático entre dos máquinas remotas. Por lo general, estas comunicaciones se basan en la transmisión de mensajes cortos (SMS) o datos GPRS. Así, las M2M son máquinas que envían y reciben información a través de servicios de telemetría y/o telecontrol. Resulta evidente que las M2M se presentan como una solución práctica y funcional para el problema de lectura remota de datos de sensores electrónicos ya que las mismas se pueden integrar entre el PDU del sensor y el PDU del sistema de comunicaciones utilizando programación y comandos AT. 2.2.11.1 Comandos AT Los comandos AT son una manera de interconectar los sistemas M2M, entre los modos de operación más conocidos tenemos. 2.2.11.1.1. Modo texto Diseñado para ser utilizado a través de una consola por un usuario o por alguna aplicación de alto nivel. CAPITULO II 54 2.2.11.1.2. Modo PDU Diseñado para comunicarse con otros dispositivos, generalmente autónomos, incomprensible para un usuario en una terminal. 2.2.11.2. Ejemplo de Comandos AT Modo texto AT Standard: AT+[=][] Ejemplos: AT+comandoAT+comando=parametro1, parametro2…AT+comando?AT+comando=? AT Extended: AT[=][] Ejemplos: AT*comando 2.2.11.3. Ejemplos de aplicación. 1. Obtención de datos propios del IMEI, nombre 2. Obtención de datos de la red, nombre del prc CAPITULO II 55 3. Recibir llamadas, mostrar DTMF. 4. Indicadores y avisos. 5. SMS envío y recepción. 6. GPRS. 1. Obtención de datos propios del modulo IMEI, nombre. ATI: Identificación del modem AT+CGMI:Marca del modem AT+CGSN:Serial number (IMEI) AT+CGMM:Model 2. Obtención de datos de la red, nombre del proveedor, antena actual, nivel señal. AT*E2EMM=1:Identificación de celdas AT*E2SPN: Nombre del proveedor AT*E2SSN:Serie del chip AT+CSQ: Nivel de señal CAPITULO II 56 3. Llamadas y DTMF. ATA: Contestar ATH: Cortar ATD=15612345678;: Llamar AT+VTS=“1,2,5,#,5”:Envío de DTMF 4. Indicadores y avisos AT+CIND? :Indicadores: signal, service, sounder, message, call, roam, sms full AT+CPAS:Estado del modem: 0,3,4 AT+CMER=[0,1]:Aviso de cambio en CIND no solicitado 5. SMS envío y recepción. AT+CMGS=“1561234567”;>Hola Mundo! AT+CMGC:Envío de mensaje de control AT+CMGR=“1”:Leer mensaje 1 AT+CNMI:como se avisa la recepción de mensajes AT+CPMS=,,:opciones: “ME”, “SM” CAPITULO II 57 AT+CMGL=:Listar mensajes del tipo OPT(“ALL”,”RECUNREAD”,”RECREAD”) 2.2.12. Modulo de control y comunicaciones M2M Para el presente proyecto se realizo un búsqueda de módulos Machine2Machine, encontrándose como el más idóneo y accesible para el trabajo el modulo Intelligent GPRS/GPS AarLogic A05/3. Gráfico 23. Módulos AARlogic A05/3 CAPITULO II 58 Dichos módulos cuentan con las siguientes características técnicas. Modulo GSM/GPRS GE863-GPS Modulo GPS GE863-GPS Montaje 2x 32 pins @ 2.54mm raster Software Programable con Python Dimensiones 56.4 x 115.7 mm Almacenador de tarjeta SIM Onboard Interface serial RS-232 • +/- 12 V level (for PC) • CMOS level (2.8V) Rango de voltajes de alimentación • 6 – 36 V (VIN pins) • 3.4 – 4.2 V (VCC pins) Antena GSM/GPRS Antena onboard (ANT-GXE477) Antena GPS Conector U.FL Lo ventajoso de este tipo de módulos son las siguientes características: • El modulo AarLogic A05/3, elimina la necesidad de fabricar una placa base para la gestión de control, microcontrolador, memoria, comunicaciones, timer entre otras, ya que posee un controlador embebido de fácil programación. • Permite la conexión directa entre el modulo AarLogic A05/3 con el sensor Vaisala WXT520 a través del puerto serial RS232. • Integra los componentes de regulación de la fuente de alimentación, lo que permite la conexión directa con una batería. • Integra la antena directamente en la placa, lo que reduce las partes de conexión. El núcleo del modulo AarLogic A05/3 es el modulo GSM/GPRS/GPS GE863-GPS de Telit, cuyas características técnicas se detallan a continuación. CAPITULO II 59 2.2.12.1. Modulo GSM/GPRS/GPS GE863-GPS La familia GE863 es la evolución de la familia TRIZIUM de Telit, que combina el acceso a los servicios de comunicación digital en las redes GSM 850, 900, DCS 1800, PCS1900 MHz con opciones adicionales, como un receptor GPS integrado. El factor de forma GE863 es de montaje en superficie, de bajo perfil compacto conjunto blindado provisto de conexiones de soldadura BGA, introducido con la primera familia de módulos GE863. Este factor de forma y la tecnología de montaje reducen el costo en aplicaciones de alto volumen, ahorrando espacio y peso en los dispositivos portátiles y con la opción de GPS y EasyScript. La familia de módulos GE863 se compone de 4 modelos. Basado en el modelo estándar GE863-QUAD, el GE863-GPS integra una alta sensibilidad de 20 canales receptores GPS. Por otra parte, el GE863-GPS y el modelo GE863-PY, integrar la funcionalidad de EasyScript. Este es un motor intérprete de scripts de Python que permite las operaciones autocontroladas. Con la función de EasyScript el GE863-GPS y GE863 PY no se requiere de un microprocesador externo ya que sólo se necesita el script que se ejecute en Python. El GE863-SIM tiene un chip SIM integrado en el módulo. La interfaz es la misma de serie del modelo GE-863-QUAD. Los módulos de Telit GE863 incluye características como GPRS Clase 10, comunicación de voz, conmutación de circuitos de transferencia de datos, fax, agenda telefónica, soporte para SMS y Easy GPRS que integra una pila completa de TCP / IP. Está específicamente diseñado y desarrollado por Telit para el uso de OEM y dedicada a los datos móviles, de voz y aplicaciones telemáticas, tales como: CAPITULO II 60 • Telemetría y telecontrol • Sistemas de seguridad • Maquinas de autoservicio • Servicios de punto de ventas • Computación móvil • Aplicaciones, donde el procesamiento externo puede ser reemplazado por la maquina Python provista por el modulo GE863-GPS Aparte de las funciones anteriores, los tres modelos son compatibles con las siguientes funcionalidades: • EASY GPRS (Pila de protocolos TCP/IP embebida, controlada por comandos AT, incluye HTTP, FTP, etc) • EASY SCAN (Escaneo completo de frecuencias GSM) • Detección y reporte de Jamming (Detecta la presencia de dispositivos bloqueadores) • CMUX • SAP (SIM Access Profile) • Multisocket Desde el punto de vista de interfaz, el GE863 proporciona lo siguiente: • Interfaz completa RS232 UART, CMOS level (ASC0) para comandos AT: o Autovelocidad desde 2.4 hasta 57.6 Kbps o Velocidad fija hasta 115.2 Kbps • RS232 de dos cables, CMOS level (ASC1) para debug de Python CAPITULO II 61 • Interface SIM Card de 3 V y 1.8 V • Puertos x 18 GPIO • Conversores analógicos-digitales x 3AD • Conversores digitales-analógicos para PWD x 1DA • Salida de buzzer x 1 • Salida led de indicadores de estado x 1 Anexo 1.- Hoja de datos y manual de operación. 2.2.13. Easy Script. La extensión Easy Script es una característica que permite manejar el módem "internamente" creando una aplicación de software directamente en un lenguaje de alto nivel: La extensión Easy Script está dirigida a aplicaciones de baja complejidad donde usualmente son ejecutadas por lo general por un pequeño microcontrolador que maneja algunos pines de E/S y módulos como los de pasarela de comandos AT y las interfaces de comunicación. Este tipo de arquitecturas estándar generalmente se diseñan de la siguiente manera: CAPITULO II 62 Gráfico 24. Arquitectura de módulos GPRS y controlador externo Para eliminar el controlador externo, y simplificar aún más la programación y la secuencia de operaciones, los módulos de Python incluyen: • Motor de interpretación de Script PythonV1.5.2+ • Alrededor de 3 MB de memoria no volátil para los scripts de usuario y los datos • 1,5 MB de memoria RAM reservada para uso del motor Python CAPITULO II 63 Gráfico 25. Arquitectura del módulo AARlogic A05/3 Los Scripts de Python son archivos de texto, y es posible ejecutar solamente un Script de Python a la vez en los módulos electrónicos de Telit PY. Los Scripts de Python se almacenan en el interior del módulo en el espacio de NVM. Hay un sistema de archivos dentro del módulo que permite leer y escribir archivos con nombres diferentes en un solo nivel (Los subdirectorios no son compatibles). El Script de Python se ejecuta en la prioridad más baja dentro del modulo de tareas, lo que hace que esto no interfiera con las operaciones normales de GPRS/GSM. Esto permite que los puertos serie, la pila de protocolos, etc, puedan funcionar independientemente de la secuencia de comandos. CAPITULO II 64 La secuencia de comandos Python interactúa funcionalmente con el modulo a través de la acumulación en las interfaces. Gráfico 26. Librerías e interfaces del módulo AARlogic A05/3 Las interfaces MDM y MDM2 son las más importantes, puesto que permiten la ejecución de las secuencias de comandos de Python enviadas a través de comandos AT, reciben las respuestas desde las interfaces y recibe también las indicaciones no solicitadas, permiten enviar datos a la red y recibir datos desde la red durante las conexiones. El comportamiento de MDM y MDM2 es probablemente el mismo de la interfaz de puerto serie común en los módulos de Telit. CAPITULO II 65 Gráfico 27. Interfaces MDM y MDM2 del modulo AARlogic A05/3 Las interfaces MDM y MDM2 trabajan de forma paralela como las líneas seriales CMUX en los módulos de Telit. Todos los comandos AT disponibles en los módulos de Telit están trabajando en estas interfaces de software y siguen las mismas reglas que CMUX. Estas interfaces no son verdaderos puertos serie, pero el software solo a lo interno realiza la pasarela entre Python y el motor de manejo interno de comandos móviles AT. La interfaz SER es un modulo integrado entre el núcleo de Python y el puerto serie del dispositivo sobre el manejo directo de los pines RXD/TXD. Es necesario utilizar la interfaz SER integrada en el módulo si se desea enviar los datos desde un Script de Python hacia el puerto serial y para recibir datos desde el puerto serial ASC0 hacia el Script Python. Este módulo manipula el puerto serial para poder utilizarlo por ejemplo con un dispositivo externo como un GPS y poder leer o enviar sus datos (NMEA por ejemplo). CAPITULO II 66 Gráfico 28. Interfaces SER y SER2 del modulo AARlogic A05/3 La interfaz SER2 incorporada en el módulo es la interfaz entre Python y el puerto serial interno ASC1 y es de manipulación directa. Se utiliza cuando se desea enviar datos desde un Script de Python hacia el puerto serial ASC1 y recibir los datos desde el puerto serial ASC1 hacia el Script de Python. Cuando la interfaz SER2 está incorporada en el módulo, ASC1 podría no estar disponible para las tareas de seguimiento de ejecución y depuración del código, y para poder contar con estas funcionalidades se debe activar el CMUX ASC0. La interfaz SER2 está integrada en los módulos no-GPS. La interfaz de MOD es un conjunto de funciones útiles. El modulo integrado MOD es la interfaz entre Python y el módulo de funciones auxiliares. CAPITULO II 67 Gráfico 29. Librería MOD del módulo AARlogic A05/3 Es necesario utilizar el modulo integrado MOD, si se desea generar temporizadores en el Script de Python, detener la ejecución de Python, manejar el Watchdog de Python, gestionar el modo de ahorro de energía a partir de la secuencia de comandos Python, etc La interfaz GPIO permite a un Script de Python manejar las entradas y salidas generales, más rápido que a través de comandos AT, omitiendo el analizador de comandos e ir directamente al control de los pines. La interfaz GPIO incorporada en el módulo permite el control directo entre el núcleo de Python y el módulo interno de entradas y salida de los pines de propósito general. Es necesario utilizar el modulo incorporado GPIO si desea establecer los valores de GPIO desde la secuencia de comandos de Python y para leer los valores de GPIO desde el Script Python. Gráfico 30. Librería GPIO del modulo AARlogic A05/3 CAPITULO II 68 El módulo incorporado IIC es una implementación en el núcleo de Python del bus maestro IIC (No Multi-Maestro). Es necesario utilizar el modulo incorporado IIC, si desea crear uno o más buses IIC disponibles en los pines GPIO. Este modulo de gestión asignada de bus IIC permite la creación de dos pines GPIO que se convertirán en los datos en serie y los pasadores de serie del reloj del bus. Puede tener múltiples instancias (se puede crear más de un bus IIC en diferentes pines) y los pines usados no deben ser utilizados para otros fines. Gráfico 31. Librería IIC del modulo AARlogic A05/3 El modulo integrado SPI es una implementación en el núcleo de Python para el bus maestro SPI. Usted puede utilizar el modulo integrado SPI, si desea crear uno o más buses SPI en los pines GPIO disponibles. Este modulo de gestión asignado del bus SPI permite la creación de tres o más pines GPIO que se convertirán en los datos en serie In/Out y los pasadores de serie del reloj del bus, más un número de 8 pines seleccionables en el chip. CAPITULO II 69 Puede tener múltiples instancias (se pueden crear más de un bus SPI sobre pines diferentes) y los pines usados no deben ser utilizados para otros fines. Gráfico 32. Librería SPI del modulo AARlogic A05/3 2.2.14. Conclusiones El uso de los canales de transmisión de datos inalámbricos GPRS es la manera más idónea de transportar la información desde las estaciones de monitoreo de variables abióticas en Yanacocha, Tandayapa y Mashpi hacia el Museo Ecuatoriano de Ciencias Naturales en el parque la Carolina del Distrito Metropolitano de Quito, por la cobertura existente en dichos sectores, el costo de transmisión, alta disponibilidad y bajo mantenimiento. El modulo Intelligent GPRS/GPS AarLogic A05/3, permite la conectividad con las redes GSM/GPRS y adicionalmente reduce la cantidad de componentes necesarios para el control de las estaciones de monitoreo facilitando su implementación y acortando el tiempo de puesta en marcha ayudados en el motor de Script Python y Easy Script de Telit PY. CAPITULO II 70 2.3. Diseño de un sistema completo de monitoreo 5 Cada estación de monitoreo está compuesta por los sensores de las variables abióticas, una lógica de adquisición de datos y un sistema de transporte de la información, de acuerdo a la siguiente arquitectura: Estación principal GIS Geodatabase Integración .shp Red Inalámbrica Información Biológica Información Social Transmisión Inalámbrica 1 Transmisión Inalámbrica 2 Transmisión Inalámbrica 3 Adquisición de Datos a1 1 a2 2 3 a3 4 a4 b1 b2 b3 b4 5 6 7 8 Vcc1 0 GND 0 Adquisición de Datos a1 1 a2 2 3 a3 4 a4 b1 b2 b3 b4 5 6 7 8 V cc1 0 GND 0 Adquisición de Datos a1 1 a2 2 3 a3 4 a4 b1 b2 b3 b4 5 6 7 8 V cc1 0 GND 0 Sensores Sensores Sensores Gráfico 33. Arquitectura del sistema global de medición de variables abióticas El sensor Vaisala WXT-520 cuenta con una bordonera que puede conectarse a un puerto de datos externo para trabajar en modo RS-232 de la siguiente manera. Gráfico 34. Cable de comunicaciones entre el sensor WXT-520 y el módulo AARlogic A05/3 CAPITULO II 71 2.3.1. Diagrama de conexión sensor-modulo Gráfico 35. Diagrama de conexión sensor módulo 2.3.2. Cable de conexión Gráfico 36. Diagrama eléctrico cable comunicaciones sensor-módulo 2.3.3. Energía Gráfico 37. Diseño de la fuente de poder CAPITULO II 72 2.3.4. Diagrama final Gráfico 38. Diagrama final del sistema de monitoreo CAPITULO II 73 2.3.5. Algoritmo del programa en la estación Requisitos Específicos Número de requisito 1 Nombre de requisito Lectura de sensor WXT-520 Tipo Requisito Restricción Fuente del requisito Procesamiento Prioridad del requisito Alta/Esencial Media/Deseado Baja/ Opcional Descripción Función que permite realizar la lectura de las variables abióticas, sus magnitudes, vectores y medidas; almacenas en diferentes sectores de memoria del sensor WXT-520. Número de requisito 2 Nombre de requisito Codificación de datos y CRC Tipo Requisito Restricción Fuente del requisito Transmisiones Prioridad del requisito Alta/Esencial Media/Deseado Baja/ Opcional Descripción Función que permite realizar un procesamiento sobre la información leída desde el sensor WXT-520 y adicionar componentes de CRC básicos para la transmisión inalámbrica. Número de requisito 3 Nombre de requisito Transmisión Tipo Requisito Restricción Fuente del requisito Estación central de procesamiento remoto Prioridad del requisito Alta/Esencial Media/Deseado Baja/ Opcional Descripción Función que permite albergar en memoria (Deseado) y realizar la transmisión (Esencial) de la información procesada hacia la estación central de procesamiento remoto y posterior almacenamiento en la base de datos. CAPITULO II 74 Pseudocódigo Requisito 1 Requisito 2 CAPITULO II 75 Requisito 3 CAPITULO II 76 2.3.6 Estructura de base de datos Nombre Descripción Tipo de dato Descripción tipo de dato UID Identificador único bigserial incremento automático de ocho bytes con signo NSENSOR Número de sensor integer Número integral de cuatro bytes sin signo VELVIENTO Velocidad de viento real Número real de precisión simple y de punto flotante (4 bytes) DIRVIENTO Dirección de viento real Número real de precisión simple y de punto flotante (4 bytes) VOLLUVIA Volumen de precipitación de lluvia real Número real de precisión simple y de punto flotante (4 bytes) DURLLUVIA Duración de lluvia real Número real de precisión simple y de punto flotante (4 bytes) INTLLUVIA Intensidad de lluvia por hora real Número real de precisión simple y de punto flotante (4 bytes) VOLGRANIZO Volumen de granizo real Número real de precisión simple y de punto flotante (4 bytes) DURGRANIZO Duración de caída de granizo real Número real de precisión simple y de punto flotante (4 bytes) INTGRANIZO Intensidad de granizo por hora real Número real de precisión simple y de punto flotante (4 bytes) TEMP Temperatura del aire real Número real de precisión simple y de punto flotante (4 bytes) PRESION Presión Barométrica real Número real de precisión simple y de punto flotante (4 bytes) HUMREL Humedad Relativa real Número real de precisión simple y de punto flotante (4 bytes) CAPITULO II 77 2.3.7. Algoritmo del programa en el servidor Requisitos Específicos Número de requisito 4 Nombre de requisito Lectura de base de datos Tipo Requisito Restricción Fuente del requisito Transmisiones Prioridad del requisito Alta/Esencial Media/Deseado Baja/ Opcional Descripción Función que permite realizar la lectura de la base de datos y su verificación CRC para su posterior presentación en la interfaz HMI. Número de requisito 5 Nombre de requisito Presentación de la información Tipo Requisito Restricción Fuente del requisito Estación central de procesamiento remoto Prioridad del requisito Alta/Esencial Media/Deseado Baja/ Opcional Descripción Función que entrega a disposición de la interfaz HMI los datos a ser desplegados. CAPITULO II 78 Pseudocódigo Requisito 4 Requisito 5 CAPITULO II 79 2.3.8. Esquema de Interfaz HMI 2.3.9. Estudio sistemas 2.3.9.1. Interfaces de Software La especificación de los productos de software a integrar se encuentra a continuación: Nombre PostgreSQL Descripción Es un sistema de gestión de bases de datos relacional, multihilo y multiusuario. Propósito del interfaz Gestionar la información generada por los sensores Definición del interfaz Base de Datos Nombre Java Descripción Es un lenguaje de programación byte-code, diseñado CAPITULO II 80 para la creación servicios SOA del lado del servidor. Propósito del interfaz Puente transaccional entre BD y HMI. Definición del interfaz Lenguaje de programación Nombre BSD Descripción Sistema operativo montado en el modelo de desarrollo de Berkeley Software Distribution de alto rendimiento, seguro y profesional. Propósito del interfaz Gestionar las conexiones con la base de datos, almacenamiento de información e iniciación de servicios. Definición del interfaz Sistema operativo Nombre Python Descripción Es un lenguaje de programación de script, utilizado en este proyecto para la creación de macros a ejecutarse en el microcontrolador. Propósito del interfaz Macros de procesos de lectura de datos, CRC, apertura de sockets y transmisión de información. Definición del interfaz Lenguaje de programación Nombre Flex Descripción Lenguaje de programación para RIA de Adobe, muy útil y dinámico para la creación de HMI sobre diferentes plataformas. Propósito del interfaz Human Machine Interface Definición del interfaz Lenguaje de programación 2.3.9.2. Requisitos adicionales Dentro de los requisitos funcionales podemos encontrar los siguientes: Nombre Lectura de variables del sensor WXT-520 Entradas Sensor-Acondicionador-ACD-Memoria y lectura digital por protocolo RS-232 Secuencia 1.1. Seleccionar el espacio de memoria a leer de las variables almacenadas. 1.2. Establecer el tipo de formato a ser recuperado. 1.3. Leer el espacio de memoria. 1.4. Almacenar en una variable del microcontrolador. 1.5. Iniciar proceso CRC. Validación Entregar lectura full magnitud para todas las variables CAPITULO II 81 en caso de error. Parámetros Interrupción por evento, dirección de memoria en sensor. Salidas Variable entregada al controlador y llamado proceso CRC Nombre Proceso CRC Entradas Variable leída de sensor y almacenada en controlador Secuencia 1.1. Leer variable en controlador. 1.2. Calcular valor CRC para dicha variable. 1.3. Almacenar nuevo valor calculado. 1.4. Iniciar proceso de transmisión. Validación Valor CRC. Parámetros Variable en controlador. Salidas Valor CRC y llamado proceso de transmisión. Nombre Transmisión y almacenamiento remoto Entradas Valor CRC Secuencia 1.1. Abrir socket 5432 en dirección IP remota de servidor central. 1.2. Ingresar a la base de datos. 1.3. Ejecutar el comando SQL: CREATE de un nuevo registro con los parámetros de cada variable a ser almacenada. Validación Respuesta de validación desde la base de datos. Parámetros Valores CRC de las variables que conforman un nuevo registro. Salidas Registro en base de datos. Nombre Lectura de registros de la tabla de la base de datos. Entradas Secuencia SQL SELECT con los parámetros de rango temporal desde HMI. Secuencia 1.1. Abrir sesión en socket local de la base de datos. 1.2. Realizar la lectura de acuerdo a la sentencia SELECT proveniente del HMI. 1.3. Volcar la secuencia hacia una matriz persistente. Validación Mensaje de error en caso de la base de datos en caso de mal envío de secuencia SQL. Parámetros Rangos temporales, matriz persistente. Salidas Matriz persistente con datos recuperados. CAPITULO II 82 Nombre Presentación en matriz de HMI Entradas Matriz persistente. Secuencia 1.1. Recibir matriz persistente desde el servicio SOA encargado de la lectura. 1.2. Desplegar los registros por filas y las variables por columnas. Validación Mensaje de error en caso de que no se realizo una correcta lectura de la base de datos. Parámetros Tamaño de matriz. Salidas Gráfica 2.3.9.3.Requisitos no funcionales 2.3.9.3.1. Requisitos de rendimiento Luego del análisis de requisitos de rendimiento respectivo se determinó que se darán acceso a la información desde diferentes estaciones. Adicionalmente la lectura de variables abióticas permanentes se realizará cada hora. Cabe indicar que el tiempo aproximado de transmisión de un registro completo toma mínimo 4.2 segundos hasta 105 segundos dependiendo del tráfico sobre la red y la disponibilidad de conexión. Registros por día Actualmente Producción Proyectada Producción Proyectada (%) Registros permanentes 24 96 100% Registros por evento 5 20 100% 2.3.9.3.2. Seguridad CAPITULO II 83 • La información recolectada en campo tiene carácter de privada para investigación científica y debe ser protegida por lo que el sistema CRC se considera suficiente para el presente desarrollo. • El sistema efectuará automáticamente los respaldos de la base de datos semanalmente. 2.3.9.3.3. Fiabilidad El servidor no puede fallar más de un 0.05% mensual. 2.3.9.3.4. Disponibilidad El sistema debe estar disponible las 24 horas del día los 7 días de la semana. 2.3.9.3.5. Mantenimiento • La gestión (ingreso, modificación, consulta) de los registros de las estaciones remotas están a cargo de los funcionarios del MECN. • El administrador de sistemas del MECN el responsable del mantenimiento y funcionamiento del servidor de este proyecto. • El mantenimiento de los servidores se lo deberá hacer y cuando se requiera. CAPITULO II 84 2.3.9.3.6. Portabilidad El sistema se desarrollará con los siguientes lenguajes: HTML, JAVA, FLEX, PYTHON, la integración entre la capa de presentación (HTML, FLEX) y la capa de aplicación (JAVA) se la realiza con SOA JAVA, mientras que la interrelación entre la capa de aplicación y la capa de datos se la realiza con ADO HIBERNATE. Esto permite que el sistema sea completamente independiente del sistema operativo, es decir BSD, SOLARIS, WINDOWS entre otros, así como de la base de datos; e independiente del navegador y sistema operativo de los clientes ya que FLEX RIA funciona sobre la gran mayoría de sistemas. CAPITULO III 85 CAPITULO III IMPLEMENTACIÓN Y PRUEBAS Se inició con el ensamblaje modular del sistema, verificando a cada paso que los elementos se encuentran correctamente integrados. Posteriormente se realizarán pruebas de energización, pruebas de comunicación básica y comandos entre el modulo y la red de telefonía celular, pruebas de recepción de información desde los sensores hacia el modulo AARlogic y la transmisión de información hacia el servidor principal. 3.1. Implementación e integración del sistema completo de monitoreo Previamente a la implementación e integración del sistema de monitoreo de variables abióticas, debemos disponer de toda la lista de materiales y componentes: Ord. Cant. Descripción 1 1 Batería recargable 12V 4.5A 2 1 Módulo AARlogic A05/3 3 1 Sensor de variables abióticas – WXT-520 4 1 SIM card 5 1 Cable pigtail para antena GPS 6 1 Antena GPS 7 1 Gabinete modular I-0302 8 Unid. Cable plano multihilos 9 1 Mástil de 2 pulgadas con base mojón de concreto CAPITULO III 86 Gráfico 39. Batería del Sistema Gráfico 40. Módulo AARlogic A05/3 CAPITULO III 87 Gráfico 41. Sensor de variables abióticas WXT-520 Gráfico 42. Gabinete modular I-0302 CAPITULO III 88 El modulo AARlogic A05/3 cuenta con un alto nivel de integración, requiriéndose tan solo insertar la tarjeta SIM de la operadora de telefonía celular en este caso es “Claro”, interconectar el cable pigtail para la antena de señal GPS. Gráfico 43. Modulo AARlogic A05/3 con SIM card y Pigtail GPS Luego de ello conectamos el cable de la antena GPS, la misma que al montar finalmente en el gabinete modular debemos tener el cuidado de orientar correctamente para que reciba la señal de la red satelital GPS. CAPITULO III 89 Gráfico 44. Modulo AARlogic A05/3 con SIM card y antena GPS En la parte inferior del sensor meteorológico WXT-520 debemos localizar los tornillos de sujeción de la tapa y proceder a retirarlos para acceder a la bornera que nos permitirá interconectar el cable de datos. Gráfico 45. Lado inferior del sensor WXT-520 Retiramos cuidadosamente la tapa del modulo meteorológico ya que la misma contiene la placa electrónica del sensor y la bornera de datos. CAPITULO III 90 Gráfico 46. Placa de procesamiento y control del sensor WXT-520 Localizamos la bornera de datos en el sensor WXT-520 la misma que claramente muestra la nomenclatura de cada uno de los pines. Gráfico 47. Bornera de comunicación del sensor WXT-52 Interconectamos el sensor WXT-520, el modulo AARlogic A05/3, la antena de señal GPS y la batería de energía del sistema. CAPITULO III 91 Gráfico 48. Modulo AARlogic A05/3, sensor WXT-520 y batería interconectados Si todo el montaje fue correctamente realizado debemos poder conectarnos y registrarnos dentro de la red de telefonía móvil “Claro”, posteriormente el sistema de localización GPS obtener las coordenadas del lugar donde nos encontremos, esto siempre y cuando nos encontremos con línea de vista a los satélites GPS. También deberá poder iniciar el sensor meteorológico WXT-520 y reiniciar sus registros de lectura. En la programación del modulo AARlogic A05/3 se instruyo que luego de iniciar el proceso de encendido envié los datos del sensor meteorológico, como reportar la posición que registre del sistema GPS, esta información es únicamente de prueba exitosa de arranque del sistema y prueba de comunicaciones con el servidor central. CAPITULO III 92 Temporalmente el sistema se habilita para permanecer conectado a la red GPRS de manera tal que podamos realizar una prueba de conexión con el comando PING desde el servidor hacia la IP del módulo de comunicaciones AARlogic A05/3. Este comportamiento de conectividad constante no debemos olvidar en retirarlo al momento de puesta en funcionamiento final del sistema, ya que el modulo desgastaría la batería de trabajo de manera acelerada. El sistema se conectara a la red GPRS en periodos constantes de una hora. Una vez que hemos comprobado el funcionamiento del sistema procedemos a realizar el montaje definitivo en el gabinete modular I-0302, para ello se utiliza herrajes que de una separación con la placa metálica del gabinete a la placa PCB, teniendo el cuidado de ajustar lo suficiente sin llegar a fracturar la baquelita. Pasamos el cable plano multicolor que comunica con el sensor WXT-520, cuidando de no lastimar la protección plástica propia del cable. Utilizamos el herraje propio del cable pigtail de señal GPS para interconectar el modulo AARlogic A05/3 con la antena GPS externa para su fácil reemplazo futuro. En esta ocasión hemos utilizado en los terminales eléctricos a la batería puntas tipo “lagarto” con el fin de reemplazar y reiniciar el sistema rápidamente mientras nos encontremos en la fase de puesta en marcha definitiva. Adicionalmente esto nos permite intercambiar las baterías si las mismas se van descargando a medida que realizamos pruebas de transmisión. CAPITULO III 93 Gráfico 49. Sistema completo montado en el gabinete modular I-0302 Procedemos a la disposición en la parte superior del sensor meteorológico como de la antena GPS. Debemos considerar la longitud del cable necesario para realizar la instalación en campo de manera cómoda, al menos tomar en cuenta tres metros de cable hacia el sensor y la misma medida para la antena GPS. CAPITULO III 94 Gráfico 50. Montaje final del sensor WXT-520 y antena GPS Verificamos que los cables al interior del gabinete modular no se encuentren mecánicamente presionados y aquellos que se interconectan al exterior se encuentren correctamente conectados y sin fisuras, ya que el sistema soportará las inclemencias de la intemperie. CAPITULO III 95 Gráfico 51. Sistema final ensamblado y verificado Finalmente se concluye el montaje de la unidad externa de monitoreo de variables abióticas que consta de un sensor meteorológico WXT-520, antena GPS; y en su interior el modulo de comunicaciones y control AARlogic A05/3 y la batería de trabajo del sistema, dichos componentes deben estar protegidos dentro del gabinete modular I-0302 de manera aislada en virtud de la exposición del sistema a la intemperie en condiciones de lluvia, polvo, calor, humedad y viento. Presentación final de la unidad externa de monitoreo. CAPITULO III 96 Gráfico 52. Sistema de monitoreo finalizado Luego de terminar con la implementación y ensamblado de las unidades de monitoreo de variables abióticas y con las visitas previamente realizadas a los sitios de emplazamiento de los sistemas procedemos a realizar un croquis que nos permita ubicar los sitios definitivos para la instalación de cada una de las unidades. CAPITULO III 97 Yanacocha.- La estación climática se encuentra en el área de la casa de guardianía de la reserva Yanacocha, junto al vivero. Gráfico 53. Croquis de instalación en Yanacocha CAPITULO III 98 Tandayapa.- La estación climática se encuentra a 200 m subiendo por el sendero de montaña de la casa de hacienda de la reserva Tandayapa. Gráfico 54. Croquis de instalación en Tandayapa Mashpi.- La estación climática se encuentra en la segunda casa de guardianía por el camino que conduce a la casa principal de la reserva Mashpi. Gráfico 55. Croquis de instalación en Mashpi CAPITULO III 99 Estos croquis e indicaciones de localización de cada una de las unidades de monitoreo de variables abióticas permitirán en un futuro la fácil ubicación para la realización del mantenimiento preventivo y correctivo de tal manera que personal no especializado pueda realizar tareas simples como cambio de baterías, reorientación de antenas; así como otras tareas en las inmediaciones como la limpieza de senderos y desbroce en el área de instalación de los equipos. 3.1.1. Montaje en mástil Como tarea final de la fase de implementación y pruebas, procedemos con la instalación definitiva de los sistemas de monitoreo de variables abióticas para los sitios de Yanacocha, Tandayapa y Mashpi. Gráfico 56. Foto de la instalación en sitio CAPITULO III 100 3.1.2. Código microcontrolador Se realizo el programa en lenguaje Python, para el dispositivo de transmisión y recepción de datos, el mismo que accede a través de un microcontrolador interno a las interfaces RS-232 para realizar la lectura de los valores almacenados en el sensor WXT-520, y su posterior transmisión sobre GPRS utilizando los comandos AT del modulo, y así cumplir con la tarea de poder leer y transmitir los datos remotamente hacia el servidor que alberga la base de datos y la interfaz HMI. Anexo 2.- Código para el microcontrolador. 3.2. Implementación de una base de datos 6 Para poder realizar el almacenamiento de la información proveniente desde cada localización y que es provista por los sensores meteorológicos WXT-520, debemos recrear una estructura adecuada que lo permita y escalable a futuro de tal manera que soporte la integración hacia otro tipo de análisis prospectivo en conjunto con variables de monitoreo bióticas y de muestreo biológico. CAPITULO III 101 Gráfico 57. Creación de la tabla ‘monitoreo’ en la base de datos En dicha base de datos se encuentran las variables requeridas para el registro de la información abiótica que entrega el sensor, considerando el campo independiente “ID” el mismo que es del tipo “SERIAL” de tal manera que permita el incremento automático por parte de la base de datos siempre que se agregue un nuevo registro a la base de datos. Luego de crear la tabla que requerimos con la herramienta PgAdmin, la misma que es una interfaz gráfica a la base de datos PostgreSQL, la tabla debería quedarnos de la siguiente manera: CAPITULO III 102 Gráfico 58. Tabla ‘monitoreo’ vacía en la base de datos De igual manera nos resulta útil el uso del código SQL de la tabla “MONITOREO” más aún para efectos de respaldo y creación de scripts automáticos a futuro. -- Table: monitoreo -- DROP TABLE monitoreo; CREATE TABLE monitoreo ( id serial NOT NULL, lugar text, fecha timestamp with time zone, temperatura real, humedad real, velviento real, dirviento real, precipitacion real, presion real ) WITH ( OIDS=FALSE ); ALTER TABLE monitoreo OWNER TO postgres; CAPITULO III 103 3.3. Implementación de una interfaz gráfica de usuario-máquina o HMI Para la utilización de la información generada por las estaciones climáticas en Yanacocha, Tandayapa y Mashpi se debe ingresar a la dirección: http://201.218.26.148/clima Al ingresar se mostrara el siguiente cuadro: Gráfico 59. Interfaz gráfica de usuario vacía Anexo 3.- Código fuente de la interfaz gráfica de usuario o HMI. CAPITULO III 104 3.4. Realización de pruebas de funcionamiento del sistema completo de monitoreo A continuación se debe ingresar el rango de fecha que se desea consultar, utilizando el calendario que aparece en ‘Fecha Inicio’ y ‘Fecha Fin’ para posteriormente presionar el botón ‘Consultar’. Gráfico 60. Interfaz gráfica de usuario mostrando datos recibidos en el servidor principal CAPITULO III 105 Al obtener la información deseada se habilitara el botón exportar, que nos permite obtener un archivo .csv que nos permitirá utilizar los datos tabulados en programas como Excel. CAPITULO IV 106 CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1. Conclusiones • El sistema de monitoreo de variables abióticas implementado transmite información en tiempo real a una base de datos en el Museo Ecuatoriano de Ciencias Naturales con la cuál se elaboran los modelos matemáticos proactivos y prospectivos que permiten comprender de mejor manera la realidad de la presión generada por la ciudad y sus dinámicas hacia el mecio ambiente circundante, lo que facilita la generación de política pública en materia de conservación y desarrollo sustentable. • De entre todas las tecnologías para el monitoreo de variables abióticas cuyo estado del arte fue estudiado, tanto los módulos AARlogic A05/3 y el sensor WXT-520 brindaron los resultados esperados y transmiten la información que posteriormente se utiliza en el modelo matemático medioambiental de las zonas de Yanacocha, Tandayapa y Mashpi. • El modulo AARlogic A05/3 trabaja perfectamente para este tipo de proyectos ya que reduce considerablemente el tiempo de diseño, se encuentra CAPITULO IV 107 completamente integrado y probado de tal manera que cuenta con todo lo necesario para tareas de transmisión de datos sobre redes de telefonía celular y adicionalmente presenta la ventaja de contar con el componente microcontrolador en el mismo modulo. • Hay que tener siempre presente que la instalación en localizaciones remotas conlleva el inconveniente de no contar con acceso a redes eléctricas y dicho inconveniente presenta un factor crucial en la selección de componentes altamente eficientes en cuanto a consumo de energía, que sean altamente integrados y con la capacidad de almacenamiento local. • Para los sitios seleccionados, la manera más rápida, eficiente y económica de transmitir la información fue el uso de redes de telefonía celular ya que por su cobertura y precios permiten un despliegue de equipamiento más rápido y más barato que la instalación de sistemas dedicados. • En un periodo de seis meses se recibieron un total de cincuenta mil registros de diferentes variables abióticas, se realizaron treinta y cinco expediciones para la recolección de datos bióticos utilizando el principio de transectos, se llevo acabo ocho visitas para levantar y parametrizar los indices del componente social; y con toda esta información se elaboro un modelo matemático que permitio realizar una prospectiva que muestra los efectos esperados en el medio ambiente del Distrito Metropolitano de Quito por razón del cambio climático y la presión ejercida por la ciudad. En base a dicho estudio se expidío la Ordenanza Metropolitana 288 del 1 de Julio de 2009. CAPITULO IV 108 4.2. Recomendaciones • Para conseguir una operación de menor mantenimiento o ciclos de mantenimiento más largos es recomendable utilizar paneles solares que puedan proveer de energía al sistema durante el día a la vez que recargan las baterías del sistema. • En ocasiones donde por condiciones climáticas o de la red de telefonía celular resulte imposible el establecimiento de comunicaciones debería contarse con un espacio de memoria flash, de tal manera que no se pierdan los datos y estos puedan ser transmitidos en volumen cuando las condiciones de comunicación GPRS lo permitan. • Establecer un proceso de respaldo continuo de los datos almacenados en el servidor principal de tal manera que los datos puedan recuperarse tras una falla critica. • Para facilitar el mantenimiento de la operación de los sistemas desplegados en campo se facilita la siguiente guía de mantenimiento: CAPITULO IV 109 Guía de mantenimiento – Estaciones climáticas El único mantenimiento que requieren las estaciones climáticas es la recarga de baterías de los transmisores y el vigilar que la superficie del sensor se encuentre libre de hojas. Para realizar la recarga de la batería se debe contar con un recargador rápido, en cuyo caso se requerirá de un tiempo de carga de 20 minutos, o con un recargador normal en cuyo caso se requerirá de un tiempo de carga de 12 horas. La recarga se realiza con corriente continua a 6V y mínimo 1000 mA. Para proceder a la carga se deberá retirar la batería del compartimento de transmisión, retirando los clips de contacto y llevando la batería a la estación de recarga. Conectar el polo positivo de la batería (color rojo) al positivo del cargador y el polo negativo de la batería (color negro) al negativo del cargador. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 110 Referencias Bibliográficas [1] C. Michael Hogan. (2010). Abiotic factor. Encyclopedia of Earth. Washington DC: Emily Monosson and C. Cleveland. National Council for Science and the Environment. [2] Monje-Najera J. (1995). Ecología una Introducción Práctica.San José, Costa Rica. Editorial de la Universidad de Costa Rica. 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Recuperado el 15 de marzo de 2011 desde http://miclaro.com.ec/cobertura2011/ REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 112 Anexo 2.- Código para el microcontrolador microcontrolador.py ############################################ # Microcontrolador v1# ############################################ import MAIN import LOCALS # GPRS APN # incorrect values lead to imposibility to use GPRS apn = 'internetclaro' gprs_userid = 'claro' gprs_passw = 'claro' # clave postgres postgres_passw = 'mecn' # Tiempo de subida al servidor interval = 1800000 # WXT-520 driver LOCALS.maxtrials = 30 # tiempo fuera para la lectura desde WXT-520 LOCALS.receive_timeout = 3 LOCALS.cgdcont = apn LOCALS.gprsuserid = gprs_userid LOCALS.gprspassw = gprs_passw LOCALS.dbpassw = postgres_passw LOCALS.interval = interval MAIN.main() REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 113 Anexo 3.- Código fuente de la interfaz gráfica de usuario o HMI REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 115 Lugar Fecha Temperatura Humedad Velocidad Viento Direccion Viento Precipitacion Presion REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 118