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Cap 1 :

MONITORIZACION DE UNA Estacin Meteorolgica

INDICE

CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA2 HIPOTESIS.2

JUSTIFICACION2CAPITULO II

MARCO TEORICO3

INSTRUMENTOS Y VARIABLES MEDIDAS4 MODULOS DE TRANSMISIN Y RECEPCIN..16 MICROCONTROLADOR PIC 16F877A18CAPITULO III

DIAGRAMA DE BLOQUES19

CAPITULO IV

ANALISIS DEL PROYECTO20CAPITULO V

DISEO26

CAPITULO VI

EVOLUCION DEL PROYECTO28

CAPITULO VII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.29 BIBLIOGRAFIA31

ANEXOS32CAPITULO IPLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAEl problema se origina desde la antigedad en la observacin de los cambios del clima, el movimiento de los astros del ao y los problemas atmosfricos. La meteorologa incluye el estudio de las variaciones diarias de las condiciones atmosfricas. Esta integrada por las redes de observacin meteorolgica de la mayor parte de los pases del mundo se ocupa de recabarlos datos atmosfricos, una estacin meteorolgica es la instalacin destinada a medir y registrar diversas variables esto se utiliza entre los grandes problemas hoy en da destacan aquellos relacionados con la destruccin de la capa de ozono estratosfrico, el efecto invernadero, la acidificacin del medioambiente y las desastrosas sequias e inundaciones asociadas con los fenmenos. HIPTESISSe propone la elaboracin de una estacin meteriologica con indicacin de cuatro variables (temperatura, humedad, radiacin y velocidad del viento), En la ciudad de Arequipa como se sabe la incidencia solar en muy fuerte y por ende la temperatura es elevada como su radiacin.

JUSTIFICACINLos parmetros tomados son los mas incidentes en nuestra ciudad especialmente la radiacin solar y la temperatura ya que por esta parte del pas la capa de ozono se encuentra mas daada y por confidencia nuestra incidencia solar es muy elevada, tambin se tomo como complemento la velocidad del viento y humedad por que son parmetros que varan con las estaciones del ao. CAPITULO IIMARCO TEORICO

Qu es una Estacin Meteorolgica?

Una estacin meteorolgica es un lugar escogido adecuadamente para colocar los diferentes instrumentos que permiten medir las distintas variables que afectan al estado de la atmsfera. Es decir, es un lugar que nos permite la observacin de los fenmenos atmosfricos y donde hay aparatos que miden las variables atmosfricas. Muchos de estos han de estar al aire libre, pero otros, aunque tambin han de estar al aire libre, deben estar protegidos de las radicaciones solares para que estas no les alteren los datos, el aire debe circular por dicho interior. Los que han de estar protegidos de las inclemencias del tiempo, se encuentran dentro de una garita meteorolgica.

Una garita meteorolgica es una casilla donde se instalan los aparatos del observatorio meteorolgico que se deben proteger. Ha de ser una especie de casilla elevada un metro y medio del suelo (como mnimo elevada 120 cm) y con paredes en forma de persiana; stas han de estar colocadas de manera que priven la entrada de los rayos solares en el interior para que no se altere la temperatura y la humedad. La puerta de la garita ha de estar orientada al norte y la teja debe estar ligeramente inclinada. En su interior estn los instrumentos que han de estar protegidos como he dicho antes por aparatos registradores.

Cmo funciona?

La mayor parte de la estacin meteorolgica estn automatizadas (E.M.A) requiriendo un mantenimiento ocasional. Existen observatorios meteorolgicos sinpticos, que cuentan con personal (observadores), de forma que adems de los datos anteriormente sealados se pueden recoger aquellos relativos a nubes, visibilidad y tiempo presente y pasado. La recogida de estos datos se denomina observaciones sinpticas.

Para la medida de variables en mares y ocanos se utilizan sistemas dispuestos en boyas meteorolgicas.

Otras instalaciones meteorolgicas menos comunes disponen de instrumental de sondeo remoto como radar meteorolgico para medir la turbulencia atmosfrica y la actividad de tormentas. Estas y otras variables pueden obtenerse mediante el uso de globos sonda.

INSTRUMENTOS Y VARIABLES MEDIDASLos instrumentos comunes y variables que se miden en una estacin meteorolgica incluyen:

Termmetro, medida de temperaturas, en diversas horas del da.

Termmetros de subsuelo (geotermmetros), para medir la temperatura a 5, 10, 20, 50 y 100 cm de profundidad.

Termmetro de mnima junto al suelo, mide la temperatura mnima a una distancia de 15 cm sobre el suelo.

Termgrafo, registra automticamente las fluctuaciones de la temperatura.

Barmetro, medida de presin atmosfrica en superficie.

Pluvimetro, medida de la cantidad de precipitacin.

Psicrmetro o higrmetro, medida de la humedad relativa del aire y la temperatura del punto de roco.

Piranmetro, medida de la radiacin solar global (directa + difusa).

Heligrafo, medida de las horas de luz solar.

Anemmetro, medida de la velocidad del viento y veleta para registrar su direccin.

Veleta, que indica la direccin del viento.

Nefobasmetro, medida de la altura de las nubes, pero slo en el punto donde ste se encuentre colocado.

La mayor parte de las estaciones meteorolgicas estn automatizadas (E.M.A.) requiriendo un mantenimiento ocasional. Adems, existen observatorios meteorolgicos sinpticos, que s cuentan con personal (observadores de meteorologa), de forma que adems de los datos anteriormente sealados se pueden recoger aquellos relativos a nubes (cantidad, altura, tipo), visibilidad y tiempo presente y pasado. La recogida de estos datos se denomina observacin sinptica.

Para la medida de variables en mares y ocanos se utilizan sistemas especiales dispuestos en boyas meteorolgicas.

Otras instalaciones meteorolgicas menos comunes disponen de instrumental de sondeo remoto como radar meteorolgico para medir la turbulencia atmosfrica y la actividad de tormentas, perfiladores de viento y sistemas acsticos de sondeo de la estructura vertical de temperaturas. Alternativamente, estas y otras variables pueden obtenerse mediante el uso de globos sonda.

En todo caso la distribucin irregular de estaciones meteorolgicas y la falta de ellas en grandes regiones, como mares y desiertos, dificulta la introduccin de los datos en modelos meteorolgicos y complica las predicciones de mayor alcance temporal.

TERMOMETROS

El termmetro es el instrumento que mide la temperatura segn una escala trmica previamente determinada. Existen varias escalas y tipos de termmetros.

Entre las escalas trmicas tenemos:

CELSIUS O CENTIGRADA

Est determinada por dos temperaturas bsicas de referencia que son: El punto de fusin del hielo como el 0 C y el punto de ebullicin del agua como 100 C en condiciones normales. P = 1013.25 Hpa; g = 980.625 cm / s ; H = 0 m sobre el nivel del mar.

ESCALA ABSOLUTA O KELVIN

La unidad termodinmica de la temperatura en el Sistema Internacional SI est determinada por la escala Kelvin y como punto de referencia tiene la temperatura del punto triple del agua pura, es decir la temperatura a la cual el agua esta en equilibrio simultneo en sus tres estados: Slido, Lquido y Gaseoso y es igual a 273.16 K, es decir 0,01 K ms que el punto de fusin.

K = t C + 273.16LM35 -- SENSOR DE TEMPERATURA DE PRECISINEl LM35 es un sensor de temperatura integrado de precisin, cuya tensin de salida es linealmente proporcional a temperatura en C (grados centgrados). El LM35 por lo tanto tiene una ventaja sobre los sensores de temperatura lineal calibrada en grados Kelvin: que el usuario no est obligado a restar una gran tensin constante para obtener grados centgrados. El LM35 no requiere ninguna calibracin externa o ajuste para proporcionar una precisin tpica de 1.4 C a temperatura ambiente y 3.4 C a lo largo de su rango de temperatura (de -55 a 150 C). El dispositivo se ajusta y calibra durante el proceso de produccin. La baja impedancia de salida, la salida lineal y la precisa calibracin inherente, permiten la creacin de circuitos de lectura o control especialmente sencillos. El LM35 puede funcionar con alimentacin simple o alimentacin doble (+ y -)

Requiere slo 60 A para alimentarse, y bajo factor de auto-calentamiento, menos de 0,1 C en aire esttico. El LM35 est preparado para trabajar en una gama de temperaturas que abarca desde los- 55 C bajo cero a 150 C, mientras que el LM35C est preparado para trabajar entre -40 C y 110 C (con mayor precisin).

Caractersticas

Calibrado directamente en grados Celsius (Centgrados)

Factor de escala lineal de +10 mV / C

0,5C de precisin a +25 C

Rango de trabajo: -55 C a +150 C

Apropiado para aplicaciones remotas

Bajo coste

Funciona con alimentaciones entre 4V y 30V

Menos de 60 A de consumo

Bajo auto-calentamiento (0,08 C en aire esttico)

Baja impedancia de salida, 0,1W para cargas de 1mA

Diagrama de conexin

Aplicaciones tpicas

Sensor de temperatura bsico (+2 C a 150 C):

Sensor de temperatura con rango completo:

Sensor de temperatura con alimentacin simple y rango completo (-55 C a +150 C):

b) MEDIDA DE LA HUMEDAD ATMOSFERICA

Los mtodos de la medida de la humedad del aire, utilizamos generalmente en meteorologa, se pueden clasificar en los cuatro grupos siguientes:

a) Mtodo Termodinmico ( psicrmetros )

b) Mtodo que utiliza el cambio de dimensiones de sustancias higroscpicas

( higrmetros de cabello)

c) Mtodo que utiliza el cambio de resistencia elctrica debido a la absorcin

d) Mtodo de condensacin ( higrmetros de punto de roco o de punto de congelacin)

Los dos ltimos mtodos son ampliamente utilizados en las medidas de altitud y adems estn siendo aplicados cada vez ms en las estaciones automticas.

SENSORES DE HUMEDAD GY HR101

General Se trata de un nuevo tipo de humedad elemento sensible con materiales orgnicos de polmero de alta con las caractersticas de todo el rango de humedad sensible, de respuesta rpida, buena capacidad contra la contaminacin, no hay necesidad de ser calentado y se lav, estable y fiable rendimiento en uso mucho tiempo.

Solicitud electrnica, industria farmacutica, procesamiento de alimentos, almacenes, tabaco, textiles, tiempo.

Detalle de la forma a la imagen

Especificacin (1) Fuente de alimentacin de 1,5 V de corriente alterna (MAX, onda senoidal) (2) Energa 0.2mW (MAX, onda senoidal) (3) Frecuencia 500HZ ~ 2KHZ (4) Temperatura 0 ~ 60 (5) de humedad por debajo del 95% de humedad relativa (6) cuentan con relativa resistencia a la humedad * La precisin de la humedad base como el suministro de alimentacin de CA 1KHZ 1V, a 25 Humedad ambiente de 60% de humedad relativa de datos del Centro K 31,0 K Rendimiento del 19,8 al 50,2% de HR Humedad exactitud de 5 .c) ANEMOMETRO DE CAZOS ( TOTALIZADOR)

El anemmetro de cazoletas esta construido en base al molinete. Tres o cuatro cazoletas se ubican simtricamente alrededor de un eje vertical. Debido a que la fuerza del viento es mayor sobre el lado cncavo de la cazoleta en comparacin con el lado convexo, la corriente del aire hace rotar el molinete para nuestro ejemplo el anemmetro, cuya construccin se lo realiza considerando la disminucin de la friccin con el emplazamiento de pistas de rulimanes o cojinetes en sus ejes.La velocidad de rotacin no depende de la direccin del viento ni del grado apreciable de densidad el aire. Con vientos ligeros funciona muy bien este instrumento, pero para vientos racheados, tiende a registrar velocidades medias ms altas a las reales. Esto se debe a que la rueda de las cazoletas a causa de la inercia, acelera ms rpidamente con la velocidad creciente que lo desacelera con la velocidad del viento decreciente.

Existen tambin anemmetros de hlice con un sensor distinto para la velocidad del viento. La teora fue desarrollada en relacin al vuelo de los aviones, el eje de la hlice debe ser paralelo a la direccin del viento. Debido a la velocidad giro relativamente alta de la hlice su aplicacin esta limitada a un gama de velocidad del viento de 0 a 40 m/s, al igual que el anemmetro de cazoletas el de hlice sobrevalora la velocidad media de los vientos racheados pero en menor escala.

Sensor a utilizar

Para determinar la velocidad del viento en este sensor se utiliz un opto acoplador el cual unido a un pequeo disco con rejillas, este al girar genera un pulso cuadrado con frecuencia variable, esta frecuencia es la que al procesarse nos indica la velocidad a la que est viajando el viento, es por eso que el eje de este disco est unido a una hlice.

Un optoacoplador, tambin llamado optoaislador o aislador acoplado pticamente, es un dispositivo de emisin y recepcin que funciona como un interruptor excitado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un componente optoelectrnico, normalmente en forma de fototransistor o fototriac. De este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexin entre ambos es ptica. Estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP. Se suelen utilizar para aislar electricamente a dispositivos muy sensibles.

Circuito del optoacoplador

d) MEDICION DE LA RADIACION SOLAR

La Radiacin Solar es de mxima importancia para la vida sobre la Tierra, los distintos flujos de la radiacin hacia y desde la superficie de la Tierra son trminos de balance de calor de la Tierra en su totalidad y en cualquier lugar en particular.

La distribucin espectral de la intensidad de radiacin extraterrestre solar cubre una banda de frecuencias que va desde el ultravioleta hasta el infrarrojo pasando por la luz visible.

100 - 400 nm Radiacin Ultravioleta

400 - 730 nm Radiacin Visible

730 nm - en adelante Radiacin Infrarroja.

Los principales instrumentos para medir la Radiacin Solar son :

Pirhelimetro.- Instrumento para medir la Radiacin Solar directa a incidencia normal.

Piranmetro .- Instrumento para medir la Radiacin Solar que emana de todo un hemisferio.

Pirgemetro ._ Instrumento para medir la Radiacin Solar neta sobre una superficie negra horizontal orientado hacia arriba a la temperatura ambiente.

Pirradimetro .- Instrumento para medir la Radiacin Solar y Terrestre.

Si a un Piranmetro se lo coloca una banda metlica o pantalla que interfiera la radiacin Directa proveniente del Sol, entonces el instrumento nos registrara la Radiacin Difusa

R Global = Radiacin Directa + Radiacin Difusa

La constante solar segn la CIMO de la OMM recomienda el valor de 1367 7 W/m2

RADIACION ULTRAVIOLETA

Radiacin ultravioleta (UV) es una parte especfica del espectro de la radiacin del sol que llega a la superficie terrestre y en el espacio exterior de la atmsfera, la radiacin ultravioleta se extiende desde 400 hasta 180 nanometros (nm) de longitud de onda ( ) . El siguiente grfico (fig.19) indica la distribucin general del espectro solar y la absorcin por los distintos gases de la atmsfera.

En Mecnica cuntica la radiacin se describe como haces de paquetes aislados de energa, conocidos como cuantos o fotones.

Max Planck expresa el contenido de energa para un fotn, con la siguiente igualdad:

E = hc/l (1)

Donde: E = Energa del fotn en Joules

h = Constante de Planck ( 6.625 x 10-34 Js)

c = Velocidad de la luz (3x108 m/s)

l = Longitud de onda [m]

El contenido de radiacin ultravioleta dentro el espectro de la radiacin solar, es aproximadamente el 7 por ciento y se clasifica en

tres regiones espectrales de acuerdo a su longitud de onda (l ), as :

UVC, regin comprendida entre longitudes de onda de 200 a 290 nm

UVB, regin comprendida entre longitudes de onda de 290 a 320 nm

UVA, regin comprendida entre longitudes de onda de 320 a 400 nm.

La divisin de la radiacin ultravioleta en A, B y C se ha realizado convencionalmente considerando los efectos en los organismos.

La UV-A representa el 6.3% de la energa total emitida por el sol, causa el envejecimiento de la piel, arrugas y cataratas.

La UV-B representa aproximadamente el 1.5% de la energa total emitida por el sol, produce el cncer de la piel, afecta al desarrollo de las plantas y produce efectos negativos en la salud de los animales salvajes y domsticos, altera la vida acutica adems de deteriorar los plsticos , las pinturas y muy especialmente acta en el fitoplancton. Estos organismos inferiores, base de una cadena alimentaria en el mar, en un solo episodio del agujero de ozono cumplen varias veces su ciclo reproductivo permitiendo detectar la presencia de posibles agentes determinantes de mutaciones.

La UV-C no llega a la superficie de la tierra gracias al gigantesco filtro que presenta la atmsfera a este tipo de radiacin.

SENSOR DE RADIACIN SOLAR A UTILIZAR

Para captar la radiacin solar se utiliz una celda fotovoltaica de Selenio, la cual vara de 00.5VDC.

Imagen celda fotovoltaica de Selenio

Cuando la luz incide sobre un semiconductor de este tipo, el bombardeo de los fotoneslibera electrones de los tomos de selenio creando dos cargas libres, una positiva yotra negativa. El equilibrio elctrico de la juntura N-P se ve alterado por la presenciade estas nuevas cargas libres. Sial semiconductor se le conectan dos cables (uno porcada zona), se verifica la existencia de unvoltaje entre los mismos. Si los terminalesde la celda PV son conectados a una carga elctrica,circular una corriente elctricaen el circuito formado por la celda, los cables de conexin y la carga externa. LaFigura muestra este tipo de circuito. Slo una parte del espectro luminoso puedellevar a cabo la accin descripta. El material utilizado para fabricar el semiconductordetermina que parte del espectro luminoso es la ptima para provocar este desequilibrio.

El voltaje de una celda FV es de corriente continua (CC). Por lo tanto, hay un ladoque es positivo y otro negativo. Para celdas de selenio, este voltaje es de alrededor de0,5 V.

multiplicador de los datos binarios por la portadora. A continuacin se ilustra un ejemplo de un mensaje en banda base modulada en ASK (OOK).

TRANSMISIN Y RECEPCINReceptor KH2

Clase: RXD-433-KH2

El mdulo receptor combina un avanzado receptor de RF sintetizado con un remoto on-decodificador de control a bordo.El mdulo receptor dispone de ocho salidas de nivel de la lgica para la conexin de dispositivos bajo control, tales como rels, motores, indicadores, o lneas de microprocesadores. Diez lneas de direccin tri-estatal tambin se proporcionan para permitir la seguridad y la creacin de 3 (59.049) nico transmisor / receptor de las relaciones.

En conjunto, los mdulos TXE-433-KH2 y RXD-433-KH2 establecen una conexin inalmbrica fiable capaz de funcionar a distancias de hasta 3.000 pies. Los mdulos son tambin individualmente compatible con una familia completa de pre-certificacin de la FCC productos OEM, que son transmisores de llavero y de mano, de relevo y los mdulos de control de CA. Ubicado en reflujo compacto compatible con paquetes de SMD, los mdulos no requieren de ajustes o los componentes de RF externa (con excepcin de una antena). Transmisor KH2

Clase: TXE-433-KH2

La serie de KH2 mdulos de RF son ideales para aplicaciones OEM, como el control remoto de comando, la seguridad y automatizacin. El mdulo transmisor combina un SAW altamente optimizado basado en RF con un transmisor remoto on-codificador de control a bordo.El mdulo transmisor acepta hasta ocho entradas paralelas, permitiendo la conexin directa de los interruptores, contactos, o las lneas de control por microprocesador.

RF 2011B

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