1. INTRODUCCIÓN estación Servicio Meteorológico microclimasd65623017f9d6b92.jimcontent.com/.../module/1981445118/name/ESTACION.pdf · Universidad de Deusto . . . . Facultad de

Universidad de Deusto . . . . Facultad de Ingeniería

INTRODUCCIÓN

Proyecto Fin de Carrera

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1. INTRODUCCIÓN El presente proyecto consiste en el desarrollo completo de una estación meteorológica modular y de bajo coste y del software de recogida de datos y visualización necesario para implementar un Servicio Meteorológico íntegro que permita el estudio del microclima. El envío de datos desde la estación se realizará por radio-transmisión reduciendo al máximo las tareas de mantenimiento. También se contempla la posibilidad de visualizar los datos de la estación en tiempo real vía Internet.

1.1. Conceptos meteorológicos En este subapartado se desarrollan brevemente conceptos meteorológicos básicos, cuyo conocimiento es necesario para una mejor comprensión del fin de este proyecto. El clima se define como el conjunto de condiciones atmosféricas que caracterizan una región, deducido principalmente por el estado medio de la atmósfera, determinado a lo largo de un período de tiempo de varias décadas (idealmente tres o más). Los principales elementos constituyentes del clima son: la radiación solar, que incide de forma fundamental en la temperatura, de la que se tiene en cuenta la máxima, la mínima y la temperatura media, así como la amplitud u oscilación térmica en distintos períodos de tiempo; la precipitación, de la que se registra su cantidad, naturaleza, persistencia e intensidad y su distribución estacional, y los vientos, cuyas características se ven notablemente influenciadas por las oscilaciones térmicas. Son factores determinantes del clima:

♦ La latitud, que condiciona el efecto de la radiación solar; ♦ La altitud, que incide en la presión y la temperatura

♦ La distribución entre tierras y mares, que ejerce una acción modificadora

o moderadora de los restantes factores.


ESTACIÓN METEOROLÓGICA INTELIGENTE


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Estos factores climáticos provocan el fenómeno del microclima, que consiste en cambios considerables de las condiciones climáticas entre lugares relativamente cercanos. De este modo, para poder estudiar el clima, se requiere una estación que mida con precisión aceptable las diversas variables climatológicas, y que almacene los datos para su posterior análisis y tratamiento “offline”. También se requiere una red de estaciones meteorológicas si se desea estudiar con precisión el clima y sus fluctuaciones, para poder llegar a analizar los diversos microclimas de una región. 1.2. Problema a resolver. Necesidades El estudio del clima es un proceso muy laborioso, que requiere de varios años de estudio y el manejo de una gran cantidad de información. Además, el detallado estudio del microclima necesita un sistema de medición con múltiples ubicaciones. Para afrontar esta problemática, las tareas más importantes ha desarrollar son las siguientes:

♦ La realización de estaciones meteorológicas de bajo coste y precisión aceptable que midan las variables meteorológicas más importantes y las almacenen para su posterior tratamiento “offline”.

♦ El desarrollo de una red de estaciones meteorológicas con múltiples

implantaciones para poder analizar el microclima.

♦ La creación de un Servicio Meteorológico global y centralizado que permita el análisis conjunto de la información de todas las estaciones.

♦ La elaboración de una base de datos de uso público y actualizada en tiempo

real, usando Internet como medio para su distribución. La correcta realización de las cuatro tareas expuestas supondría la creación de una red amplia de estaciones meteorológicas, una información centralizada y de uso público. Esto redundaría en mejoras en el campo científico ya que se posibilitarían


INTRODUCCIÓN


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muchos estudios climáticos y también mejoras en el ámbito social puesto que supondría un adelanto en los servicios públicos.

Figura 1 1.3. Finalidad del Proyecto Actualmente hay pocas estaciones meteorológicas que contemplen la medición de múltiples variables meteorológicas, y las que lo realizan son excesivamente caras. Esto provoca que no se instalen el número suficiente de estaciones que permitan desarrollar un estudio detallado del clima y del microclima. En el País Vasco tenemos 23 estaciones en Álava, 29 en Vizcaya y 40 en Guipúzcoa. Independientemente del número de estaciones, el Servicio Meteorológico desarrollado actualmente no cumple los requisitos anteriormente expuestos. La información no es pública, no llega en tiempo real y tampoco está centralizada. A modo de ejemplo, la recogida de datos de muchas estaciones se realiza manualmente cada dos meses, no recibiéndose ninguna información hasta ese momento.

ESTACIONES METEOROLÓGICAS

CENTRAL DE SERVICIO

METEOROLÓGICO

BASE DE DATOS

CIUDADANOS

Centros INVESTIGACIÓN




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Los factores clave de este proyecto cuyo desarrollo ayudará a solucionar la problemática actual son: ♦ Las estación desarrollada es de arquitectura modular. Se podrá adquirir con los

sensores que se requiera y se podrán realizar futuras ampliaciones. ♦ El coste de la estación es muy bajo. El concepto de estación de este proyecto

implica que sea de bajo precio, lo cual facilitará la múltiple implantación y así aumentar los puntos de medición que actualmente se limitan básicamente a puertos de montaña y aeropuertos.

♦ Se emplea radio-transmisión para el envío de datos desde la estación

meteorológica. Esta técnica1 es un importante adelanto frente al envío de datos por línea telefónica o la recogida manual en la propia estación. El empleo de la línea telefónica limita la implantación de estaciones ya que se debe disponer de esta red en el lugar de instalación. Por otro lado, la recogida manual es costosa, no permite la visualización de datos en tiempo real, y es impracticable pensando en una red de múltiples estaciones.

♦ Se ha desarrollado un software de recogida y visualización de datos en

tiempo real, que permite el manejo de un gran número de estaciones meteorológicas, centralizando así las bases de datos y permitiendo el análisis en tiempo real. Este software es un pilar básico para el desarrollo de un Servicio Meteorológico global. Permitirá alertar sobre la aparición de tormentas desde el momento inicial. También se podrá ver con precisión la evolución de las borrascas para mejorar el servicio de predicción meteorológico.

♦ Se ha desarrollado un servicio público de datos a través de la elaboración de

una página web que permite acceder a la información meteorológica de cualquier lugar en el que se encuentre instalada una estación. Esta información será muy útil para instituciones científicas y para el ciudadano. A modo de ejemplo, se puede mejorar la seguridad vial ya que se permitirá comprobar la climatología completa de las rutas por las que se va a viajar.

1 Esta técnica ya se está empleando en algunas estaciones meteorológicas, si bien el precio

actual de este servicio es muy elevado.


INTRODUCCIÓN


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De este modo, este proyecto va más allá del simple desarrollo de una estación meteorológica, puesto que pretende ayudar a la creación de un Servicio Meteorológico completo. Este proyecto es de Tipo D, puesto que conlleva la realización física de un sistema de medición y almacenamiento de variables meteorológicas, y el desarrollo de un software de adquisición y visualización de datos. Entre los campos de ingeniería que engloba este proyecto se encuentran la ingeniería mecánica, electrónica, automática, informática, telecomunicaciones e ingeniería medioambiental. También cabe señalar que se han superado todos los objetivos y metas fijados en el anteproyecto.

Imagen 1 – Estación meteorológica inteligente




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MEMORIA DESCRIPTIVA


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2. MEMORIA DESCRIPTIVA En este capítulo se va a explicar el estado del arte actual de los equipos de medición meteorológica y los logros obtenidos en este proyecto para la mejora de esta situación. Se trata de un capítulo en el que se explicará el proyecto desde un punto de vista conceptual, sin entrar en los detalles técnicos y aspectos funcionales, contenidos desarrollados en capítulos posteriores.

2.1 Estado del arte actual En este apartado se va a describir cual es el estado del arte actual en cuanto a diseño e implantación de estaciones meteorológicas y equipos de funciones similares a las desarrolladas en este proyecto. Ayudará a comprender mejor las prestaciones y mejoras aportadas por este proyecto.

2.1.1 Ubicación y número de estaciones meteorológicas La comercialización de este proyecto está orientada en una primera fase al País Vasco. Debido a ello, se ha estudiado el servicio de redes meteorológicas presentes en esta comunidad. En el País Vasco están instaladas 92 estaciones meteorológicas, cuya distribución geográfica se muestra en la siguiente figura. También se indica la situación exacta se indica en la tabla 1. Esta red de distribución de estaciones meteorológicas es insuficiente para poder llevar a cabo un estudio del microclima. Si todos los municipios del País Vasco tuvieran una estación, pudieran conocer factores como la dirección predominante del viento en cada época del año, que puede ser un dato clave para escoger las mejores ubicaciones posibles para industrias que produzcan contaminación o vapores. Sin este conocimiento preciso, las estimaciones deben realizarse con las estaciones presentes en este mapa y son claramente insuficientes. La geografía sinuosa del País Vasco hace que el microclima esté presente en su territorio y que puedan producirse cambios en las condiciones climáticas entre municipios relativamente cercanos. Por ello, se estima que el número de estaciones




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meteorológicas implantadas no es suficiente para cubrir con precisión las necesidades del microclima.

Figura 1 – Mapa de estaciones meteorológicas del País Vasco

ALAVA Alegría Altube Anda Arkaute Espejo Foronda Gardea Gasteiz

Gorbea Herrera Illarraza Iturrieta Kapildui Laguardia Llodio Navarrete

Orduña Ozaeta Salvatierra Saratxo Subijana Zaldiaran Zambrana

VIZCAYA

Abusu Amorebieta Aranguren Balmaseda Barazar Basurto Berna Boya (Bermeo) Derio

Gernika Güeñes Igorre Iurreta La Garbea Lekeitio Matxitxako Mungia Muxika

Oiz Orduña Orozko Otxandio Punta Galea Sodupe Sondika Urkiola Urkizu


MEMORIA DESCRIPTIVA


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Elorrio Zaratamo GUIPUZCOA

Agauntza Aixola Alto Deba Andoain Arantzazu Arrasate Azpeitia Bajo Deba Bajo Urola Barrendiola Berastegi-Belauntza Berastegi Bidania Boya (Getaria)

Donostia Ego Elgoibar Endara Erdoizta Estanda Etsegarate Hondarribia Ibaieder Itsaso Jaizkibel Lareo Laurgain Leitzaran

Mendaro Oiartzun Oñati Ordizia Oria-Alegia Oria-Lasarte Oria-Olaberria Urkulu Urola Urumea Zarautz Zizurkil Zumaia

Tabla 1 – Ubicación de las estaciones meteorológicas del País Vasco

Actualmente existe una creciente demanda energética. Cada vez son mayores los esfuerzos que se están realizando por instalar parques eólicos y centros solares, cuya fuente de energía proviene del viento y del sol. Para poder llevar a cabo una instalación de este tipo, hay un paso previo indispensable que es la recogida de datos para poder escoger el lugar óptimo y en el que la inversión resulte rentable. Como se puede observar en el mapa, la mayor parte de las estaciones están situadas en zonas cercanas a carreteras y poblaciones. Sin embargo, estas instalaciones se realizan en lugares relativamente alejados de lugares con población. De este modo, con el actual mapa de estaciones del País Vasco no podemos tener información precisa sobre la potencia energética que podría instalarse en el territorio.

2.1.2 Estaciones meteorológicas convencionales Para construir una estación meteorológica con las tecnologías tradicionales presentes en el mercado, hay que distinguir dos aspectos. Por un lado los sensores, los cuales proporcionan una señal acondicionada en tensión o intensidad, y por otro la consola de control que es el equipo que se encarga de almacenar los datos y en donde se centra el control de la estación. El hecho de tener que adquirir los sensores ya acondicionados encarece mucho el coste de las estaciones. Por otro lado, la consola de datos es un equipo bastante




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caro, y que no dispone de arquitectura modular. Con el fin de que una misma consola sirva para distintas configuraciones de estación meteorológica, se le dota de múltiples entradas de diverso tipo, para poder conectar distintos tipos de sensores. Pero esta arquitectura que en principio parece flexible, a parte de encarecer el producto por no poder adecuarse a las prestaciones concretas de cada estación, es una arquitectura cerrada, puesto que no se pueden conectar mayor número de sensores de los que admita. En la siguiente imagen se muestra una consola de control de una estación meteorológica convencional.

Imagen 2 – Consola de control de una estación meteorológica convencional El presente proyecto ha resuelto todas estas dificultades. Por un lado se ha desarrollado una arquitectura realmente abierta, que no consiste en disponer de un gran número de entradas para distintos sensores, sino un sistema que puede crecer en tamaño según las prestaciones. Por otro lado, se ha solventado el problema del alto coste de los sensores de medición, puesto que se ha trabajado directamente sobre los transductores y se han realizado los circuitos de medición y de protección a medida para constituir sensores completos de prestaciones similares a los comerciales. A continuación se explica conceptualmente cómo se ha logrado.

2.2 Arquitectura de la estación meteorológica inteligente

La novedad de esta estación meteorológica, que permite cumplir los objetivos de este proyecto, radica en su arquitectura que es distinta a la de cualquier otra estación meteorológica del mercado. Se ha concebido la estación meteorológica


MEMORIA DESCRIPTIVA


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como si se tratara de un sistema de control distribuido industrial, no como una serie de sensores en torno a una unidad central que realiza las funciones de control y de almacenamiento. Al haber tenido que desarrollar los sensores para la estación partiendo de los elementos transductores, se ha desarrollado una serie de sensores inteligentes, que comunican los datos digitalmente, no como las estaciones meteorológicas tradicionales cuyos sensores envían la información en forma de señales eléctricas. De este modo, cada sensor posee su transductor, su circuito de acondicionamiento y protección y un microcontrolador que se encarga de la conversión de su señal en un dato digital que se sitúa en un bus multipunto del que cuelgan todos los sensores y la unidad central de almacenamiento. Se trata de una arquitectura realmente abierta, puesto que la unidad central lo único que tiene que realizar es coger los datos digitales provenientes de cada estación y realizar las tareas de almacenamiento. Se convierte en un equipo mucho más sencillo que las tradicionales estaciones meteorológicas que tienen que realizar las tareas de conversión y protección de las señales en la unidad central. Cada sensor posee una dirección que es configurable y con la que se identifica dentro del conjunto de la estación meteorológica. De este modo, la unidad central reconoce los datos presentes en el bus de información y almacena los datos consecuentemente. Lo único necesario para añadir más sensores a esta arquitectura es dotarla de un sensor inteligente que envíe datos de forma digital en el bus, y será el propio sensor el que realice las funciones de conversión y de tratamiento de la señal, liberando de trabajo a la unidad central y haciendo que no se requiera tener dispuestas un número determinado de entradas de cada tipo. Para que este desarrollo sea posible ha sido necesario trabajar con transductores y no con sensores comerciales. Así, se ha cumplido también el objetivo de hacer que la estación sea de bajo coste, puesto que los sensores a medida desarrollados son mucho más económicos que los tradicionales. Al poseer un microcontrolador pegado al sensor, también se mejora la precisión de las medidas, puesto que la señal del sensor es inmediatamente convertida en un valor digital, se reduce mucho la electrónica y el cableado que son elementos cuya precisión se ve a su vez afectada por múltiples factores como la temperatura.




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Figura 2 – Arquitectura tradicional de las estaciones meteorológicas

Figura 3 – Estación meteorológica inteligente, desarrollada en el proyecto

Circuitos de protección y acondicionamiento

Conversión a valores digitales

Almacenamiento y Control

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor N

SENSORES

UNIDAD CENTRAL

Almacenamiento y Control

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor N

SENSORES INTELIGENTES

UNIDAD CENTRAL

Bus de datos digital

La unidad central tiene que tener dispuestas entradas múltiples y de diverso tipo para acondicionar y trabajar con todo tipo de sensores. Es una arquitectura cerrada y limita el número de sensores a emplear. Se incrementan los costes, puesto que la unidad central es un equipo caro, preparado para que se conecte a él cualquier tipo de señal eléctrica.

Los sensores son inteligentes y realizan el acondicionamiento, protección y conversión de las señales. Envían datos digitales en un bus único y compartido por todos. Cada sensor tiene una dirección asignada. Verdadera arquitectura abierta, puesto que la unidad central sólo realiza tareas de almacenamiento, su coste es muy bajo, y el equipo es el mismo para todas las condiciones de funcionamiento independientemente del número de sensores.


MEMORIA DESCRIPTIVA


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2.3 Diagrama de bloques

Figura 4 – Diagrama de bloques de la estación meteorológica

Sistema de adquisición de datos

Módulo Comunicaciones

Módulo Almacenamiento

Sistema de Control Microcontrolador

Modem GSM

Memoria Estática EEPROM

MÓDULO CENTRAL

ESTACIÓN METEOROLÓGICA

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 Sensor N

BATERÍA

ORDENADOR BASE DE DATOS

INTERNET

SOFTWARE DE RECOGIDA Y VISUALIZACION

PÁGINA WEB

INFORMACIÓN Radiotransimisión

Conexión en Bus

Protección y CAD

Protección y CAD

Protección y CAD

Protección y CAD

Protección y CAD

SENSORES INTELIGENTES




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En la anterior figura se muestra el diagrama de bloques genérico del proyecto. Además de los sensores y de la unidad de almacenamiento, el proyecto consta de un software para la recogida y visualización de datos, de un sistema de transmisión de información por radio-control y de un software a través de internet que permite la distribución de los históricos y datos guardados.

2.4 Contenidos del proyecto Este proyecto se puede subdividir en tres partes fundamentales a través de las cuales se han cumplido los objetivos anteriormente mencionados. En primer lugar se ha realizado un profundo estudio teórico de los diversos sensores presentes en el mercado para la medida de las variables meteorológicas. También ha sido necesario estudiar los distintos tipos de baterías que pueden emplearse para escoger aquella que obtenga mejor relación calidad/precio y tenga un buen ciclo de vida y fácil reciclaje. Una vez escogidos los sensores y el modo de alimentación se ha desarrollado la electrónica y el equipo hardware que controla la medida de los datos de los sensores y procede a su almacenamiento. Este módulo central, junto con los sensores constituirá físicamente la estación meteorológica. Su concepción es modular permitiendo la incorporación de cuantos sensores se desee. También está dotada de un modem GSM con el que realizará la radiotransmisión de los datos almacenados. Finalmente, se ha desarrollado un software de recogida y visualización de datos para PC. También se ha creado una página web que permite mediante Internet la libre distribución de la información en tiempo real. Gracias a ello, este proyecto es la base para constituir un Servicio Meteorológico completo, que centralice la información de múltiples estaciones meteorológicas, permitiendo hacer estudios climáticos de precisión.


MEMORIA DESCRIPTIVA


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Figura 5 – Partes del proyecto¡Error!

2.4.1 Estudio Teórico Para la realización de la estación meteorológica ha sido necesario realizar un estudio teórico previo. En el estudio se ha analizado qué tipo de sensores son los más adecuados para incorporar a la estación, así como conocer su principio de funcionamiento y modo de empleo. A continuación se describen los tipos de sensores que se han estudiado y que forman parte de la estación. También se explicarán conceptos menos conocidos como la medidad de la calidad del aire o la radiación solar. Como se va a ver hay una gran diversidad de sensores, puesto que para cada medida climática pueden emplearse diversas técnicas y fenómenos físicos. En el capítulo 3, especificación funcional, se detallan las características y especificaciones de los sensores concretos que se han escogido para este proyecto.

2.4.1.1 Anemómetro Aparato utilizado para medir la velocidad o fuerza viento. Los anemómetros miden la velocidad instantánea del viento, pero las ráfagas (fluctuaciones habituales del viento) se producen con tal frecuencia que restan interés a dicha medición, por lo que se toma siempre un valor medio en intervalos de 10 minutos.

ESTUDIO TEÓRICO

Desarrollo hardware ESTACIÓN

Programación SOFTWARE

♦ Estudio del microclima ♦ Ayuda a la creación de una red de

múltiples estaciones ♦ Fácil adquisición de la estación:

modularidad y bajo coste ♦ Sencilla recogida de datos

(radiotransmisión) ♦ Centralización de la información ♦ Creación de un Servicio Meteorológico ♦ Distribución de datos vía Internet

PRESTACIONES

Partes del Proyecto




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Existe gran diversidad de anemómetros: ♦ Los de empuje están formados por una esfera hueca y ligera (Daloz) o una pala

(Wild), cuya posición respecto a un punto de suspensión varía con la fuerza del viento, lo cual se mide en un cuadrante.

♦ El anemómetro de rotación está dotado de cazoletas (Robinson) o hélices

unidas a un eje central cuyo giro, proporcional a la velocidad del viento, es registrado convenientemente; en los anemómetros magnéticos, dicho giro activa un diminuto generador eléctrico que facilita una medida precisa.

♦ El anemómetro de compresión se basa en el tubo de Pitot y está formado por

dos pequeños tubos, uno de ellos con orificio frontal (que mide la presión dinámica) y lateral (que mide la presión estática), y el otro sólo con un orificio lateral. La diferencia entre las presiones medidas permite determinar la velocidad

El número de revoluciones de las cazoletas vendrá registrado mediante un sistema óptico-electrónico sin contacto y de comienzo rápido.

2.4.1.2 Veleta Instrumento que sirve para medir la dirección del viento. La dirección se registra mediante un potenciómetro óptico-electrónico mediante un disco codificado. Todas las partes esenciales suelen estar hechas de aluminio barnizado.

Imagen 3 – Anemómetro y veleta


MEMORIA DESCRIPTIVA


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2.4.1.3 Higrómetro Aparato utilizado para medir la humedad del aire. Hay diversos tipos en función del principio físico empleado. ♦ El higrómetro de condensación consiste en una cápsula metálica en cuyo

interior se evapora éter para bajar la temperatura. Cuando se alcanza el punto de rocío correspondiente a la humedad existente, se observa visualmente la condensación sobre su superficie.

♦ El higrómetro de cabello utiliza el alargamiento que experimenta el cabello con

la humedad, para efectuar una medición aproximada. ♦ El psicrómetro se basa en propiedades termodinámicas y efectúa mediciones

dobles con un termómetro seco y un termómetro húmedo, cuya diferencia permite conocer el grado de humedad.

♦ El higrómetro electrónico mide el cambio de las propiedades eléctricas con la

humedad.

2.4.1.4 Piranómetro Radiómetro solar que mide la radiación semiesférica total, difusa y directa, generalmente sobre una superficie horizontal. Suprimiendo la radiación directa con un disco parasol, se puede medir la radiación difusa.

Imagen 4 – Piranómetro




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Su elemento fundamental es una termopila sobre la que incide la radiación a través de dos cúpulas semiesféricas de vidrio. El aparato se calibra según normas establecidas en mV por kW/m2. Se llama también solarímetro o actinómetro. ¿Qué es la radiación solar? La radiación solar incluye radiación ultravioleta (UV), visible (luz) y radiación infrarroja (IR). La radiación se caracteriza por su longitud de onda, normalmente expresada en nanómetros (10-9 m.). Cuando se describen los efectos biológicos, la radiación UV se divide normalmente en tres bandas espectrales: UV-C (100-280 nm.), UV-B (280-315 nm.) y UV-A (315-400 nm.). La radiación solar UV puede ser medida como una irradiancia -la potencia incidente sobre una superficie de una unidad de área- en unidades de W/m², o como una exposición radiante o dosis -energía incidente sobre una superficie de área unidad durante un período de tiempo- en J/m². Los factores más importantes que afectan a la radiación ultravioleta que llega a la superficie terrestre son: Ozono Es el principal absorbente de la radiación UV-B, la intensidad de la misma en la superficie terrestre depende fuertemente de la cantidad de ozono presente en la atmósfera. Un factor que describe la relación entre la sensibilidad de la intensidad de la radiación UV-B a los cambios en el ozono total es el denominado Factor de Amplificación de la Radiación (RAF). Para pequeños cambios en el grosor de la capa de ozono el factor RAF representa el porcentaje de cambio en la intensidad UV-B para un cambio de un 1% en la columna total de ozono. Altitud La radiación UV aumenta con la altitud debido a que la cantidad de absorbentes en la atmósfera decrece con la altura. Las medidas demuestran que la radiación UV aumenta entre un 6% y un 8% por cada 1000 m. de elevación. Elevación solar La elevación solar es el ángulo entre el horizonte y la dirección del sol. Para elevaciones solares altas la radiación UV es más intensa debido a que los rayos solares atraviesan un camino menor a través de la atmósfera, pasando por lo tanto por una menor cantidad de absorbentes. La radiación solar, al depender


MEMORIA DESCRIPTIVA


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fuertemente de la elevación solar, varía con la latitud, estación y hora, siendo mayor en los trópicos, en verano, y al mediodía. Dispersión atmosférica En la superficie terrestre la radiación solar se divide en una componente directa y una componente difusa (dispersa). La componente directa de la radiación la forman los rayos solares que pasan directamente por la atmósfera sin ser dispersados ni absorbidos por moléculas de aire y partículas como aerosoles o gotas de agua. La componente difusa de la radiación consiste en rayos solares que han sido dispersados al menos una vez antes de llegar a la superficie. La dispersión depende fuertemente de la longitud de onda. El cielo se ve azul debido a que la radiación azul se ve afectada en mayor medida por la dispersión que las demás longitudes de onda. La radiación UV-B está compuesta por una mezcla al 50% de radiación directa y difusa. Nubes y polvo La radiación UV es mayor generalmente para cielos totalmente despejados. Las nubes normalmente reducen la cantidad de radiación UV, pero la atenuación depende del grosor y tipo de éstas. Las nubes finas o dispersas afectan muy poco a la radiación UV. En ciertas condiciones, y por períodos cortos de tiempo, una pequeña cantidad de nubes puede incluso hacer aumentar la cantidad de radiación UV, esto sucede normalmente en condiciones de cielos parcialmente cubiertos y con el sol visible. En condiciones de polvo en suspensión, situación frecuente en Canarias, la radiación es dispersada y da lugar a una disminución de la misma. Reflexión Parte de la radiación que llega a la superficie terrestre es absorbida y parte es reflejada. El porcentaje de radiación reflejada depende de las propiedades de la superficie. Elementos como la hierba, el agua y otros, reflejan menos de un 10%, sin embargo, otros elementos como la nieve fresca puede llegar a reflejar el 80% de la radiación incidente. Durante la primavera y en condiciones de cielo despejado la reflexión por nieve puede elevar los valores de radiación hasta niveles de verano. Aproximadamente un 95% de la radiación UV penetra en el agua y hasta un 50% llega hasta una profundidad de 3 m.




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2.4.1.5 Pluviómetro Transmisor de valores de medición de cantidad de precipitación y de valores de intensidad para su transmisión eléctrica. Como elemento medidor se utiliza una balanza basculante cuyos vuelcos son detectados por medio de un contacto. Algunos modelos van provistos de calefacción regulada por termostato.

Imagen 5 – Pluviómetro convencional

2.4.1.6 Termómetro Instrumento que mide la temperatura ambiente. La temperatura de un cuerpo indica en qué dirección se desplazará el calor al poner en contacto dos cuerpos que se encuentran a temperaturas distintas, ya que éste pasa siempre del cuerpo cuya temperatura es superior, al cuerpo que tiene la temperatura más baja; el proceso continúa hasta que las temperaturas de ambos se igualan. Existen diversos tipos de termómetros, destacando los de mercurio, los de platino, los de unión semiconductora y los termopares. Se diferencian entre sí por presentar distintas velocidades de respuesta, sensibilidad, linealidad, etc., siendo cada uno de ellos más apropiado para un determinado tipo de aplicaciones.

2.4.1.7 Barómetro Instrumento utilizado para medir la presión atmosférica. Inventado por Torricelli en 1643, el barómetro de mercurio consiste en un tubo de vidrio, cerrado por la parte


MEMORIA DESCRIPTIVA


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superior, lleno de mercurio y sumergido en una cubeta con el mismo líquido. La presión atmosférica que actúa sobre la cubeta mantiene el nivel del mercurio en el tubo, equilibrando su peso, de modo que la altura alcanzada es tanto mayor cuanto más alta sea la presión atmosférica en el momento de efectuar la medición. Modelos perfeccionados fueron construidos por Regnault, Fortin y Tonnelot. El barómetro aneroide, también denominado metálico, fue inventado por Vidi y se fundamenta en la deformación elástica que experimenta, bajo la acción de la presión atmosférica, una caja metálica plana y de paredes delgadas en la que se ha hecho el vacío; la deformación elástica se transmite a una aguja que se desplaza en una escala graduada. El barómetro de Bourdon consiste en un tubo flexible, cerrado y curvado en forma de herradura, en cuyo interior reina el vacío. Las variaciones de presión del aire modifican la curvatura del tubo y estas modificaciones se registran en una escala. El barómetro registrador o barógrafo está formado por varias cápsulas aneroides que mueven una aguja inscriptora que registra de forma continuada, sobre un cilindro de papel móvil, los valores de la presión atmosférica durante un período de tiempo.

2.4.1.8 Calidad del aire La presente estación meteorológica pretende cubrir también las necesidades de medición de calidad del aire, además de las variables meteorológicas tradicionales. Para ello, se ha dotado al equipo de dos sensores que permiten detectar distintos tipos de partículas que permiten evaluar la calidad del aire. Ahora se va a exponer cuales son los criterios que hay que seguir y las reglamentaciones existentes para poder establecer la calidad del aire de una determinada zona. Con objeto de hacer la información sobre calidad del aire fácilmente comprensible por la población en general, la Consejería de Medio Ambiente elabora unos índices que permiten transformar las concentraciones de contaminante medidas, en calificaciones de calidad. Para el cálculo de estos índices, la Consejería de Medio Ambiente ha aplicado unos criterios que han cambiado a partir del 19 de julio del 2001, fecha en la que han empezado a considerarse los valores límite de la nueva




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normativa europea derivada de la Directiva 96/62, de evaluación y gestión de la calidad del aire ambiente. Debe aclararse que estos nuevos límites no son de obligado cumplimiento hasta los años 2005 ó 2010, según el contaminante. Los criterios para la elaboración de los indicadores derivados de la Directiva 96/62 son más restrictivos, por lo que se esperan calificaciones peores a las obtenidas con el criterio anterior. Los índices más afectados son los referentes al ozono y a las partículas en suspensión. Se tienen en cuenta los mismos cinco contaminantes: SO2, PM10, NO2, O3 y CO. En este caso, la calidad se divide en sólo cuatro tramos: buena, admisible, mala o muy mala. Se hace uso de un índice comprendido entre 0 y >150, de modo que cuando el índice valga 0 la concentración del contaminante sea nula, y cuando el índice valga 100 la concentración de contaminantes coincida con el valor límite fijado por las nuevas directivas europeas para cada uno de los considerados. El valor del índice para cualquier otro valor de concentración se obtendrá por interpolación lineal. Debido a que en los límites contemplados en las directivas existe un margen de tolerancia que va disminuyendo hasta anularse en la fecha de cumplimiento del valor límite, 2005 ó 2010 según el contaminante, hasta estos años el rango cuantitativo cambia anualmente. La siguiente tabla muestra los valores límite que se han tenido en cuenta a la hora de elaborar el índice, y que se asociarán al valor del índice 100 para los distintos contaminantes. Calidad Índice SO2 (24h)(1) Partículas

(24h) NO2 (1h máx.)(2)

CO (8h máx.)(3)

O3 (8h máx.)(4)

Buena 0-50 63 35 145 8.000 60 Admisible 51-100 125 70 290 16.000 120 Mala 101-150 188 105 435 24.000 180 Muy mala >150 >188 >105 >435 >24.000 >180

Tabla 2 – Índices de calidad del aire Fuente: Consejería de Medio Ambiente. 2002


MEMORIA DESCRIPTIVA


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(1) En el caso del SO2, se tiene en cuenta para el cálculo del índice el valor límite medido en 24 horas que establece la Directiva 1999/30. Sin embargo, siempre que se supere el valor límite horario fijado en la misma Directiva, la calidad del aire será considerada "mala" y siempre que se supere el umbral de alerta, la calidad del aire será considerada "muy mala". (2) En el caso del NO2 se tiene en cuenta para el cálculo del índice el valor límite horario que establece la Directiva 1999/30. Sin embargo, siempre que se supere el umbral de alerta, la calidad del aire será considerada "muy mala". (3) En el caso del O3, se tiene en cuenta para el cálculo del índice el valor objetivo para la protección a la salud fijado en la propuesta de nueva directiva: valor octohorario de 120 µg/m3 . Siempre que se supere el valor de información a la población, valor horario (180 µg/m3) fijado en la misma propuesta, la calidad del aire será considerada "mala" y si se supera el umbral de alerta para la población (valor horario 240 µg/m3) la calidad del aire se considerará "muy mala". (4) La media octohoraria máxima correspondiente a un día se escogerá examinando las medias móviles de ocho horas, calculadas a partir de datos horarios y que se actualizarán cada hora. Cada media octohoraria así calculada se atribuirá al día en que termine el periodo, es decir, el primer periodo de cálculo para cualquier día dado será el periodo que comience a las 17:00 de la víspera y termine a la 1:00 de ese día; el último periodo de cálculo para cualquier día dado será el que transcurra entre las 16:00 y las 24:00 de ese día. 2.4.2 Equipos hardware desarrollados Para poder desarrollar la estación meteorológica se ha implementado tanto la unidad de control como los sensores inteligentes. Se ha desarrollado un modelo de tarjeta estándar para los sensores, de modo que la única diferencia entre los distintos sensores es el tipo de transductor empleado, que será el elemento que sirva para realizar las distintas mediciones. En la imagen 7 se observa el aspecto de esta tarjeta de control de sensores estándar basada en microcontrolador. Posee además, los circuitos de protección contra sobretensiones y sobreintensidades y la




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electrónica necesaria para su conexión al bus de datos de la estación meteorológica.

Imagen 6 – Tarjeta estándar para desarrollar los sensores inteligentes.

Imagen 7 – Aspecto final de los sensores inteligentes


MEMORIA DESCRIPTIVA


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Como se puede observar en la tarjeta, dispone de un conjunto de microinterruptores. Gracias a ellos, puede configurarse en cada sensor una dirección diferente, que le identificará dentro de la estación meteorológica. Otra ventaja del desarrollo de los sensores inteligentes consiste en que la precisión de la medida está en el propio sensor y no en el equipo de almacenamiento como sucede con las estaciones meteorológicas convencionales. De este modo, pueden ofertarse en el mercado sensores de diverso tipo y coste, en función del grado de precisión que quiera obtenerse. El grado de precisión en la medida vendrá influenciado por dos factores: la calidad del transductor empleado y la resolución del convertidor analógico digital. Además de los sensores, el otro equipo hardware fundamental del proyecto es el sistema de almacenamiento de datos, la unidad central de la estación. Aquí se guardarán los datos medidos de todas las variables climáticas, y permanecerán hasta que sean descargados por el ordenador central del Servicio Meteorológico. El sistema de almacenamiento estará formado básicamente por memorias EEPROM de gran capacidad y colocadas en bus, de modo que se permita ampliar la memoria cuando se desee. La unidad central está gobernada por un microcontrolador de gama alta, que ofrece todas las prestaciones necesarias. La unidad central también dispone de una pantalla LCD y de un teclado a través de los cuales puede accederse a información en tiempo real sobre los sensores. Es una función muy interesante y es especialmente útil para poder comprobar la correcta instalación de la estación meteorológica. El sistema de almacenamiento es una parte fundamental de la estación meteorológica, puesto que si se pierden los datos, todo el esfuerzo de medición habrá sido en balde. Debido a ello, se emplean memorias EEPROM que guardan sus datos aunque se vaya la alimentación o se estropee algún elemento del sistema. Son chips que permanecerán con el dato almacenado hasta que sea borrado o sobrescrito eléctricamente.




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Imagen 8 – Tarjeta de la unidad central de la estación

Imagen 9 – Aspecto final de la unidad central de la estación


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Una de las mejoras que incorpora esta estación consiste en permitir que los datos almacenados se envíen por radiotransmisión hasta el ordenador central de recogida. Se ha empleado un modem GSM para realizar las comunicaciones. De este modo, no es necesario disponer de una línea telefónica en el lugar de la instalación. Esto facilitará enormemente la instalación de estaciones ya que no es necesario que el lugar sea fácilmente accesible o que haya una línea telefónica cercana.

Imagen 10 - Modem GSM utilizado por la estación meteorológica 2.4.3 Software desarrollado Este proyecto además de la realización física de la estación, pretende ayudar al desarrollo de un Servicio Meteorológico mucho más moderno y completo que el actual. Por ello, ha sido necesario desarrollar ciertos programas software a parte de la estación. El primer programa desarrollado (bajo entorno Windows) permite la recogida de datos de las estaciones y su almacenamiento ordenado en una Base de Datos Central. En esta Base de Datos se guardarán los datos de todas las estaciones, consiguiendo así centralizar la información y facilitando posteriores estudios meteorológicos. Además del almacenamiento de los datos, el programa permite la visualización en tiempo real de todos los sensores. Para ello, se ha diseñado un




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programa muy visual, con gráficos de la evolución de las variables en el tiempo y con múltiples indicadores. En la siguiente imagen, se muestra el cuadro principal de control del programa.

Imagen 11 - Software de visualización y recogida de datos

De nada sirve tener gran cantidad de información si no se hace un uso adecuado de ella. Es necesario difundir los datos, al menos los parámetros más significativos, para que puedan disponer de ellos tanto los centros científicos (especialmente centros meteorológicos) como los propios ciudadanos. Internet constituye hoy en día una herramienta muy potente de comunicaciones, ya que existe una mayoritaria implantación de esta tecnología en todo el mundo. Es de bajo coste y de sencillo manejo. Este proyecto conlleva la realización de una página web desde la cual se pueda acceder a través de Internet a los datos históricos y en tiempo real de cualquier estación.


MEMORIA DESCRIPTIVA


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La página web tiene conexión dinámica con la misma base de datos que utiliza el software de recogida y visualización. La incorporación de este servicio será novedoso y permitirá realizar un importante servicio social.

Imagen 12 – Página web de visualización de datos




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ESPECIFICACIÓN FUNCIONAL


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3. ESPECIFICACIÓN FUNCIONAL En este capítulo se van a mostrar las especificaciones técnicas de los diversos dispositivos empleados para el desarrollo de la estación meteorológica, y que constituyen la base sobre la que poder fijar la especificación funcional del proyecto.

3.1 Transductores La estación meteorológica inteligente, consta de nueve sensores, cuyos transductores son:

• Transductor de temperatura • Transductor de humedad relativa • Transductor de presión atmosférica • Transductor de calidad del aire • Transductor de nivel de monóxido de carbono • Anemómetro • Veleta • Pluviómetro • Transductor de radiación solar

El principio físico de funcionamiento de estos sensores, ha sido explicado en el capítulo 2 del documento. Ahora se van a exponer las propiedades concretas de los transductores escogidos para cumplir con los requerimientos del proyecto. Debido a que en el proyecto se ha desarrollado una gama de sensores inteligentes, no ha sido necesario adquirir sensores comerciales completos, sino simplemente el transductor o elemento físico de medida. Sobre este transductor posteriormente se ha formado el sensor. En la lista de sensores de la estación meteorológica cabe destacar sensores de nivel de calidad del aire, que no suelen estar vinculados a las estaciones meteorológicas convencionales. El bajo coste de la estación meteorológica desarrollada en este proyecto, puede permitir su múltiple implantación por parte de ayuntamientos y otros organismos, por lo que se ha considerado importante que se realicen mediciones que permitan determinar los niveles de polución y de calidad del aire además de los parámetros meteorológicos tradicionales.




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3.1.1 Transductor de Temperatura Se ha empleado un sensor de temperatura de tipo unión semiconductora, que aporta una salida en formato I2C, idónea para ser recibida por un microcontrolador. Se trata de un sensor de precisión aceptable y muy bajo consumo, cuyo fabricante es National Semiconductors.

Figura 6 – Descripción de los pines del sensor de temperatura LM75

Figura 7 – Diagrama de bloques del sensor de temperatura LM75




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Características técnicas

Alimentación 3 – 6,5V d.c.

Consumo 250 µA

Rango de medida -55ºC a 125ºC

Precisión ±0,5ºC

3.1.2 Transductor de Humedad

El fabricante del transductor escogido es Honeywell. Se trata de un sensor de humedad con soporte cerámico e intercambiable. Tiene una salida de tensión amplificada y un margen de medición de 0 a 100% de humedad relativa

Imagen 13 – Transductor de humedad


Alimentación 5V d.c.

Salida de 0,8 a 3,9V d.c. (U = 5V, +25°C)

Precisión ±2% RH

Estabilidad ±1% RH al 50% RH durante 5 años

Tiempo de respuesta 15s con aire en calma




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3.1.3 Transductor de Presión

Este sensor presenta un exclusivo sistema de interconexión por sello conductor, que elimina la necesidad de soldaduras de cables internos o conexiones de lengüeta. Esto ayuda a mejorar la fiabilidad del producto así como a reducir los tiempos de fabricación, lo que redunda en una reducción de su coste. Permite calibrar la señal de salida tanto en cero como a fondo de escala. El sensor lleva compensación de temperatura por lo que se pueden reemplazar sin necesidad de ser recalibrados. El transductor es un diafragma de silicio integrado en el chip del circuito integrado. Presenta un puente de Wheatstone formado por cuatro piezorresistencias realizadas por implantación iónica. Cuando se aplica presión, los piezorresistores varían proporcionalmente a la presión aplicada. El sello conductor permite montar un diafragma de mayor tamaño, lo que confiere estabilidad al diseño y mejora las prestaciones. Estos transductores son ideales para aplicaciones que requieran una medida exacta de presión así como repetibilidad, baja histéresis y estabilidad a largo plazo.

Imagen 14 – Transductor de presión


Rango de medida 0-207kPa

Salida a fondo de escala 100mV




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Sensibilidad/ psi 3,33mV

Sobrepresión (máx.) 414kPa

Excitación recomendada 10,0V

Resistencia de entrada 7,5kΩ

Sustancias compatibles Aquellas que no ataquen el poliéster, el silicio o la fluorosilicona

3.1.4 Transductor de calidad del aire

Se ha escogido un sensor diseñado para detectar la presencia de butano, monóxido de carbono y también de los vapores desprendidos por disolventes orgánicos, humo de tabaco, etc. Funciona con una fuente de baja tensión y tiene muy bajo consumo de corriente (normal = 150-190mA). Este transductor de gases de tipo semiconductor está destinado a detectar los vapores desprendidos por los disolventes orgánicos, el humo del tabaco, los insecticidas, las frituras, etc. Es ideal para controlar la calidad del aire o para usarse en sistemas de purificación del aire, ya que es capaz de detectar muy bajas concentraciones de impurezas, del orden de <100 ppm.

Imagen 15 – Sensor de calidad del aire





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Tensión de alimentación 10V a.c./d.c.

Tensión del calefactor 5V a.c./d.c.

Corriente del calefactor de 160 a 180mA

Temperatura de funcionamiento de -10°C a +50°C

Figura 8 – Conexionado del sensor de calidad del aire

3.1.5 Transductor de monóxido de carbono Este sensor de gases mide el nivel de monóxido de carbono, dato muy importante para poder evaluar con precisión el nivel de calidad del aire. Es de tipo semiconductor. Es muy sensible a la presencia de CO, proporcionando una señal de alarma para bajos niveles de concentración del orden de <200 ppm.

Imagen 16 – Sensor medidor del nivel de monóxido de carbono





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Tensión de alimentación 10V a.c./d.c.

Tensión del calefactor 0,8V a.c./d.c.

Corriente del calefactor de 35 a 45mA

Temperatura de funcionamiento de -10°C a +50°C

3.1.6 Panel solar

El transductor empleado para construir el sensor de radiación solar, se basa en un panel fotovoltaico de silicio amorfo, en película delgada de alta calidad. Posee una estructura monolítica que consta de varias capas de materiales conductores y semiconductores depositadas sobre un superestrato de vidrio para aplicaciones solares. Este modelo de panel solar se fabrica empleando las técnicas de fabricación láser más recientes, que aseguran una muy alta fiabilidad y unas excelentes prestaciones. El comportamiento del panel está optimizado para su empleo con luz natural y no con iluminación fluorescente. La alta eficacia del panel le permite funcionar bajo la mayoría de las condiciones climáticas.

Imagen 17 – Panel solar empleado


Tensión en la carga 7,5V

Tensión en circuito abierto 12V




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Corriente en la carga 45mA

Corriente en cortocircuito 54mA

Coef. de temp. V/°C -30mV

Coef. de temp. A/°C 0,05mA

3.1.7 Pluviómetro

Se ha escogido un pluviómetro marca Huger, modelo RGR 110 H, que se caracteriza por su bajo coste. Sin embargo, se trata de un pluviómetro con precisión aceptable, 1 mm.

Imagen 18 - Pluviómetro Sus medidas son 130 mm de alto por 115 mm de ancho. Los pluviómetros tradicionales de cazoleta poseen un contacto que se cierra cada vez que el pluviómetro se autovacía. De este modo, contando el número de veces de vaciado y la frecuencia, puede determinarse la lluvia en l/m2. Sin embargo, el pluviómetro escogido funciona de otra manera. Según la lluvia llena su depósito, se va vaciando sin necesidad de tener que realizar un volcado. Posee una electrónica interna que detecta el caudal del agua que recorre su interior. En función del caudal envía una señal analógica de 0 a 5V que sirve para identificar la cantidad de lluvia en l/m2.




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Imagen 19 – Vista de la parte trasera del pluviómetro

3.1.8 Veleta La veleta empleada, tiene un recorrido útil de 359º y una precisión de 1º. Posee como salida un potenciómetro que varía de 0 a 3,5 kΩ, en función de que la posición de la veleta varíe entre 0º y 359º.

Imagen 20 – Veleta El proceso de almacenamiento de los datos de la veleta es distinto al que hay que realizar con el resto de los sensores. La unidad central tiene que hacer medias, y si hacemos la media de un valor que es 0º con otro que es 359º, el resultado es 180º, justamente la dirección opuesta a la que está apuntando la veleta. Por ello, es necesario descomponer vectorialmente los valores leídos de la veleta mediante




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senos y cosenos, y el dato a almacenar tras realizar las medias será el arcotangente del seno medio entre el coseno medio. En la siguiente imagen se muestra la electrónica que forma parte de la veleta. Cabe destacar, que la veleta empleada tiene una base de silicona líquida que evita que la veleta realice movimientos bruscos, funciona como amortiguador y permitiendo que las medidas sean más estables.

Imagen 21 – Electrónica de la veleta

3.1.9 Anemómetro El anemómetro empleado tiene un rango de medida desde los 0 m/s hasta los 50 m/s. Funciona como un alternador de corriente alterna. Por cada vuelta del anemómetro, a su salida se obtienen tres ondas sinusoidales. Esta señal es convertida a un tren de pulsos TTL.

Imagen 22 - Anemómetro




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En la siguiente imagen puede apreciarse la electrónica del anemómetro. Consta de tres bobinados fijos, y de una pieza móvil cuyo eje es común al eje de la veleta, y que posee un imán. De este modo, el paso del imán sobre las bobinas va provocando una señal alterna que se obtiene a la salida.

Imagen 23 – Electrónica del anemómetro

3.2 Unidad Central La unidad central es el alma de la estación meteorológica, puesto que es el equipo encargado de recibir los datos de los sensores y realizar las labores de almacenamiento y comunicación con el usuario para mostrar la información. Es un sistema basado en microcontrolador. También se encarga de gestionar la alimentación hacia los sensores. Permite la descarga de datos por radio-transmisión, reduciendo así al máximo las tareas de mantenimiento de la estación. El equipo se ha diseñado para tener muy bajo consumo. De este modo, puede permanecer funcionando de modo automático durante mucho tiempo, y si se le aporta un panel solar para la recarga de la batería, prácticamente no es necesario tener que visitar las estaciones meteorológicas instaladas. Esta situación contrasta con la actual, en la que el mantenimiento de las estaciones es una tarea laboriosa, puesto que hay que ir todos los meses a recoger los datos y a cambiar las baterías. A continuación se van a describir aquellos elementos más importantes de la unidad central y en los que se basan sus prestaciones.




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3.2.1 Microcontrolador PIC – 16F877 Para cumplir con la premisa de diseñar un equipo de bajo coste, no se ha adquirido ninguna tarjeta comercial del mercado, sino que se ha realizado el diseño completo basándose en la potencia de un microcontrolador PIC modelo 16F877. Se trata de un microcontrolador de nueva generación cuyo fabricante es Microchip. Sus características más representativas y útiles para esta proyecto son:

• RISC CPU de última generación • Velocidad de trabajo: 20 Mhz • Memoria de programa: 8k x 14 palabras • Memoria de datos (RAM): 368 x 8 bytes • Memoria de datos (EEPROM): 256 x 8 bytes • Fuentes de interrupción: 14, internas y externas • Modo Sleep de bajo consumo • Protección de código programable • Perro guardián interno • Voltaje de alimentación entre 2 y 5,5V • Pila con 8 niveles

Figura 9 – Distribución de pines del microcontrolador 16F877




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3.2.2 El Bus I2C El diseño de la estación meteorológica se ha basado en el bus I2C para realizar todas las comunicaciones entre el microcontrolador y el resto de chips que realizan las labores de almacenamiento de datos y reloj/calendario. El Bus I2C es un protocolo de comunicaciones desarrollado por Philips muy extendido en el diseño electrónico. Para comprender cómo se han realizado las comunicaciones entre el microcontrolador central y sus chips periféricos se van a explicar los conceptos básicos del bus I2C Introducción de las especificaciones I2C Esta orientado a las aplicaciones de 8 bits controladas por un microprocesador. Los criterios que básicamente se deben establecer son: ♦ Un sistema consistente en al menos un microcontrolador y varios sistemas

periféricos como memorias o circuitos diversos ♦ El costo de conexión entre los varios dispositivos dentro del sistema debe de

ser el mínimo. ♦ El sistema que utiliza este Bus no requiere una alta tasa de transferencia de

datos ♦ La total eficacia del sistema depende de la correcta selección de la naturaleza

de los dispositivos y de la interconexión de la estructura del bus. El concepto del Bus I2C El bus I2C soporta cualquier tipo de componente (NMOS, CMOS, bipolar, etc.). Dos hilos físicos, uno de datos (SDA) y otro de reloj (SCL), transportan la información entre los diversos dispositivos conectados al bus. Cada dispositivo es reconocido por una única dirección (si es un microcontrolador, LCD, memoria o teclado) y puede operar cualquiera como transmisor o receptor de datos, dependiendo de la función del dispositivo. Un display es solo un receptor de datos mientras que una memoria recibe y transmite datos. En función de que envíen o reciban datos se debe considerar a los dispositivos como Maestros (Master) o esclavos (Slaves). Un Master es un dispositivo que inicia




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un envío de datos al Bus y genera las señales de reloj que permiten la transferencia, al mismo tiempo un dispositivo direccionado se considera un Slave. Terminología básica del Bus I2C

Términos Descripción Transmisor El dispositivo que envía datos al Bus Receptor El dispositivo que recibe datos desde el Bus Master (Maestro) El dispositivo que inicia una transferencia, general las señales

del reloj y termina un envío de datos Slave (Esclavo) El dispositivo direccionado por un master Multi-Master Mas de un master puede controlar el bus al mismo tiempo sin

corrupción de los mensajes Arbitraje Procedimiento que asegura que si uno o más master

simultáneamente deciden controlar el Bus sólo uno es permitido a controlarlo y el mensaje saliente no es deteriorado

Sincronización Procedimiento para sincronizar las señales del reloj de dos o más dispositivos

Tabla 3 – Terminología del bus I2C

Generalidades El Bus I2C es multi-master, esto significa que más de un dispositivo capaz de controlar el bus puede ser conectado a él. Los master son generalmente microcontroladores, por lo que un microcontrolador puede ser unas veces master y otras esclavo. Para imaginar la imagen del Bus son dos cables a los que se conectan diversos circuitos o chips en cantidad variable según las necesidades, controlado el conjunto por uno o más microcontroladores que dan instrucciones para el buen funcionamiento del conjunto. La posibilidad de conectar más de un microcontrolador al Bus significa que uno o más microcontroladores pueden iniciar el envío de datos al mismo tiempo. Para prevenir el caos que esto ocasionaría se ha desarrollado un sistema de arbitraje. Si




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uno o más master intentan poner información en el bus es la señal de del reloj si está a “1” o a “0” la que determina los derechos de arbitraje. La generación de señales de reloj (SCL) es siempre responsabilidad de los dispositivos Master, cada Master general su propia señal de reloj cuando envía datos al bus. Las señales de reloj de un master solo pueden ser alteradas cuando la línea de reloj sufre una caída por un dispositivo esclavo o por el dominio del control del Bus por el arbitraje de otro microcontrolador. Los dispositivos conectados al bus deben ser de colector abierto (“en paralelo”), para que todos se puedan estar formando una conexión AND. La única limitación en la conexión de dispositivos al bus depende de la capacidad máxima que no puede superar los 400 pF. Los tipos de transferencia de datos en el bus son:

o Modo Estándar aproximadamente a 100 kBits/Sg. o Modo Rápido aproximadamente a 400kbits/Sg. o Modo Alta velocidad mas de 3,4 Mbits/Sg.

Características Generales Ambas líneas de datos (a partir de ahora SDA) y Señal de Reloj ( a partir de ahora SCL) son bidireccionales conectadas a una fuente de tensión positiva vía suministro común o resistencias de carga.

Figura 10 – Conexiones bus I2C




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Transferencia del Bit Debido a la variedad de diferentes tecnologías usadas en los dispositivos conectados al Bus I2C los niveles lógicos de “0” (Bajo) y “1” (Alto) no están fijados y dependen de la tensión de alimentación del circuito. Un pulso de reloj se genera por cada bit de datos transferidos. Los bits de datos transferidos en la línea SDA deben de ser estables cuando la línea SCL esta a nivel “1”. El estado de la línea SDA en “1” o “0” solo puede cambiar cuando en la línea SCL la señal es “0”

Figura 11 – Transferencia de bits Instrucciones en el I2C Bus Para operar un esclavo sobre el Bus I2C solo son necesarios seis simples códigos, suficientes para enviar o recibir información.

• Un bit de Inicio • 7-bit de direccionamiento de un esclavo • Un R/W bit que define si el esclavo es transmisor o receptor • Un bit de reconocimiento • Mensaje dividido en octetos (8-bit) • Un bit de Stop

Condiciones de Inicio (Start) y Stop Dentro del proceso de transferencia de datos en el Bus I2C hay dos situaciones básicas que son el Inicio y el Stop de toda transferencia de datos. Estas son: INICIO (START) - Una transición de “1” a “0” (caída) en la línea de datos (SDA) mientras la línea del reloj (SCL) esta a “1” determina la condición de Inicio (Start)




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PARADA (STOP) - Una transición de “0” a “1” (ascenso) en la línea de datos (SDA) mientras la línea de reloj (SCL) esta a “1” define la condición de STOP.

Figura 12 – Condiciones del bit de inicio y de parada Las condiciones de Inicio y Stop son siempre generadas por el Master. El Bus I2C se considera ocupado después de la condición de Inicio. El Bus se considera libre de nuevo después de un cierto tiempo tras la condición de Stop. Al pulso “1” de la línea SCL le puede corresponder un pulso “0” o “1” de la línea SDA en función de la información del byte que se envíe Hay que recordar que a cada bit de SDA le corresponde un bit de SCL. Las excepciones son la condición de inicio y la de fin. En la condición de Inicio a un bit de SCL, le corresponde una situación de “1” a “0”, es decir, la línea SDA pasa por dos estados. En la condición de Stop que el Master envía un bit a la línea SCL mientras cambia en la SDA de “0” a “1” durante el tiempo que esta enviando la señal de “1” a SCL. Transfiriendo datos Cada byte enviado a la línea SDA debe de tener 8 bits. El número de bytes que se envíen no tiene restricción. Cada byte debe de ir seguido por un bit de reconocimiento, el byte de datos se transfiere empezando por el bit de mas peso (7) precedido por el bit de reconocimiento (ACK). Si un dispositivo esclavo no puede recibir o transmitir un byte de datos completo hasta que haya acabado alguno de los trabajos que realiza, puede mantener la línea SCL a “0” lo que fuerza al Master a permanecer en un estado de espera. Los datos continúan transfiriéndose cuando el dispositivo esclavo esta listo para enviar otro byte de datos y desbloquea la línea de reloj SCL.




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Figura 13 - Transmisión de datos Reconocimiento El bit de reconocimiento es obligatorio en la transferencia de datos. El pulso de reloj correspondiente al bit de reconocimiento (ACK) es generado por el Master. El Transmisor desbloquea la línea SDA (“1”) durante el pulso de reconocimiento. El receptor debe poner a “0” la línea SDA durante el pulso ACK de modo que siga siendo “0” durante el tiempo que el master genera el pulso “1” de ACK.

Figura 14 – Reconocimiento de datos Normalmente un receptor cuando ha sido direccionado está obligado a generar un ACK después de que cada byte a sido recibido, excepto cuando el mensaje empieza con una dirección CBUS. Cuando un dispositivo esclavo no genera el bit ACK (porque esta haciendo otra cosa y no puede atender el Bus) debe mantener el esclavo la línea SDA a nivel “1” durante el bit ACK. El Master entonces puede o




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generar una condición de STOP abortando la transferencia de datos o repetir la condición de Inicio enviando una nueva transferencia de datos. Si un Esclavo-receptor que está direccionado no desea recibir más bytes, el master debe detectar la situación y no enviar más bytes. Esto se indica porque el esclavo no genera el bit ACK en el primer byte que sigue. El esclavo pone la línea SDA a “1” lo que es detectado por el Master el cual genera la condición de Stop o repite la condición de Inicio. Si un Master-receptor esta recibiendo datos de un Esclavo-transmisor debe generar un bit ACK tras cada bite recibido de transmisor, para finalizar la transferencia de datos no debe generar el ACK tras el último byte enviado por el esclavo. El esclavo-transmisor debe permitir desbloquear la línea SDA, generando el master la condición de Stop o de Inicio. Sincronización Todos los Master generan su propia señal de reloj sobre la línea SCL al transferir datos sobre el Bus I2C. Los bit de datos son solo validos durante los periodos “1” del reloj. Un control es necesario para mantener un orden en los diversos bit que se generan. La sincronización del reloj se realiza mediante una conexión AND de todos los dispositivos del Bus a la línea SCL. Esto significa que una transición de un Master de “1” a “0” en la línea SCL hace que la línea pase a “0”, esto mantiene la línea SCL en ese estado. Sin embargo, la transición de “0” a “1” no cambia el estado de la línea SCL si otro reloj esta todavía en su periodo de “0”. Por lo tanto, la línea SCL permanecerá a “0” tanto como el periodo mas largo de cualquier dispositivo cuyo nivel sea “0”. Los dispositivos que tienen un periodo mas corto de reloj “0” entran en un tiempo de espera. Cuando todos los dispositivos conectados al Bus han terminado con su periodo “0”, la línea del reloj se desbloquea y pasa a nivel “1”. Por lo que hay que diferenciar entre los estados de reloj de los dispositivos y los estados de la línea SCL. Todos los dispositivos empiezan con nivel “1”.




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Resumiendo, la sincronización de la línea SCL se genera a través de la señal a “0” generada por el dispositivo con el periodo de nivel a “0” más largo y la señal a “1” por el dispositivo que el periodo de nivel a “1” más corto. Arbitraje Este proceso sólo se da en los sistemas multimasters. Un master puede iniciar una transmisión sólo si el bus esta libre. Dos o más master pueden generar una condición de Inicio en el bus lo que da como resultado una condición de Inicio general en Bus. Cada Master debe comprobar si el bit de datos que transmite junto a su pulso de reloj, coincide con el nivel lógico en la línea de datos SDA. El sistema de arbitraje actúa sobre la línea de datos SDA, mientras la línea SCL está a nivel “1”, de una manera tal que el master que transmite un nivel “1”, pierde el arbitraje sobre otro master que envía un nivel “0” a la línea de datos SDA. Esta situación continua hasta que se detecte la condición de Stop generada por el master que se hizo cargo del Bus.

Figura 15 – Arbitraje de los datos En esta figura se muestra el arbitraje entre dos master, aunque más pueden estar involucrados dependiendo de cuantos microcontroladores hay en el bus. En el momento en que aparece diferencia de tensión entre el nivel interno de la línea de datos del master DATA1 y el actual nivel de la línea de datos SDA, su salida de datos es interrumpida, lo cual significa que un nivel “1” está dominando en el Bus. Esto no afecta a los datos transferidos inicialmente por el master ganador.




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El arbitraje puede continuar varios bits hasta que se dé la circunstancia de control del Bus por uno de los Master. Tras el arbitraje, los Master perdedores se deben de poner inmediatamente en modo Master-receptor y esclavo pues los datos que envíe el Master dominante pueden ser para uno de ellos. Un master que pierde el arbitraje puede generar pulsos de reloj hasta el fin de byte en el cual él pierde el arbitraje. En el momento que un master toma el control sólo este master toma las decisiones y genera los códigos de dirección, no existen master centrales, ni existen órdenes prioritarias en el Bus. Especial atención debe ponerse si durante una transferencia de datos el procedimiento de arbitraje está todavía en proceso, justo en el momento en el que se envía al Bus una condición de Stop. Es posible que esta situación pueda ocurrir y en este caso el master afectado debe mandar códigos de Inicio o Stop. Formato Los datos transferidos tienen la forma mostrada en la siguiente figura. Después de la condición de Start un código de dirección de un esclavo es enviada, esta dirección tiene 7 bits seguidos por un octavo código que corresponde a una dirección R/W (0-indica transmisión/1-indica solicitud de datos). Una transferencia de datos es siempre acaba con una condición de Stop generado por el master, sin embargo, si un master todavía desea comunicarse con el bus, puede generar repetidamente condiciones de Start y direccionar a otro esclavo sin generar primero la condición de stop. Varias combinaciones de lectura y escritura son posibles dentro de una misma transferencia de datos.

Figura 16 – Formato de los datos transmitidos




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Los posibles formatos de transferencia son:

1. El Master transmite al esclavo-receptor. No cambia el bit de dirección

Figura 17 – Formato de escritura

2. El Master lee a un esclavo inmediatamente después del primer byte.

Figura 18 – Formato de lectura

En el momento del primer reconocimiento el master-transmisor se convierte en un master-receptor y el esclavo-receptor en un esclavo-transmisor. El primer reconocimiento es aún generado por el esclavo. La condición de stop es generada por el Master, el cual ha enviado previamente un no-reconocimiento.

3. Formato combinado Durante un cambio de dirección dentro de una transferencia, la condición de Start y la dirección del esclavo son repetidas, pero con el bit R/W invertido. Si un Master-receptor envía una condición repetida de Start, él ha enviado previamente un no-reconocimiento Direccionamiento El procedimiento de direccionamiento para el Bus I2C determina con el primer byte después de la condición de Start qué esclavo ha sido seleccionado por el Master.




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La excepción se da en la “llamada general” (byte 0000 0000) con la que se direcciona a todos los dispositivos. Cuando esta dirección es usada, todos los dispositivos deben responder con un reconocimiento (A). El segundo byte de la “llamada general” define entonces la acción a tomar. Explicación del 1 byte de direccionamiento: Los 7 primeros bits del primer byte marcan la dirección del esclavo, el octavo bit determina la dirección del mensaje, un 0 en la posición 8 del byte significa que el Master escribirá información en el esclavo seleccionado y un 1 en la posición 8 del byte significa que el Master leerá información del esclavo. Cuando un Master envía una dirección después del la condición de Inicio cada dispositivo comprueba los siete primero bits de la dirección con la suya propia. El que coincida se considera el dispositivo diseccionado por el Master siendo un esclavo-receptor o esclavo emisor dependiendo del bit R/W. Una dirección puede tener una parte fija y otra programable. Con lo que se puede conectar dispositivos idénticos al sistema siendo activados por la parte fija y controlados por la parte programable. Existen una serie de direcciones reservadas en los Bus I2C que no se deben utilizar dado que son direcciones determinadas por Philips para usos generales. La combinación 11110xx de las direcciones esclavo se reservan para las direcciones de 10 bits. Dos grupos de 8 direcciones (0000xxx y 1111xxx) están reservadas. Especificaciones eléctricas y de tiempos Dado la gran cantidad de diferentes dispositivos que se pueden conectar en el Bus I2C, las tensiones dependen por un lado de las necesarias para cada una de los componentes y de una cierta normativa bastante elástica para las líneas SDA y SCL. Se debe intentar que la alimentación de las líneas SCL y SDA sea de 5V manteniéndose las siguientes tolerancias: Máxima tensión permitida a nivel bajo (“0”) ---> 1,5 V. Mínima tensión permitida a nivel alto (“1”) ---> 3 V.




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3.2.3 Memorias EEPROM – 24c515 Una de las claves de la estación meteorológica es su capacidad de almacenamiento de datos, que redundará en mayor intervalo de tiempo entre descargas de datos y posibilidad de conexionado de un mayor número de sensores. Se han escogido las nuevas memorias EEPROM 24C515 de Microchip, que poseen una capacidad de 512 kbits. Estas memorias funcionan bajo el protocolo bus I2C, lo que permite su fácil comunicación con el microcontrolador. Permiten realizar 100.000 ciclos de escritura y lectura. Se pueden colocar hasta 4 memorias en el mismo bus, con lo que la capacidad aumenta hasta los 2048 kbits, equivalente a 262.144 bytes. Se ha desarrollado una tarjeta denominada “unidad de memoria”, que contiene 4 memorias EEPROM de este tipo. La unidad central permite la conexión de hasta 4 unidades de memoria. Si se conectan 4 unidades de memoria simultáneamente, la capacidad de almacenamiento de la estación meteorológica aumenta hasta 8192 kbits, equivalente a 1.048.576 bytes, es decir más de 1 Mbyte. Prácticamente no hay ninguna estación meteorológica en el mercado que tenga unas prestaciones de almacenamiento similares a las de este equipo.

Figura 19 – Distribución de pines de la memoria 24C515

Imagen 24 – Unidad de memoria




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El proceso de comunicación con este dispositivo es el siguiente. Para escribir un byte en la memoria, la comunicación comienza por enviar por el canal I2C la dirección del dispositivo en modo escritura. A continuación se envía otro byte en el que se indica la parte alta de la dirección de la memoria en la que se va a guardar el dato. El siguiente byte debe indicar la parte baja de esta dirección. Ahora, el cuarto byte enviado será el dato que se desea escribir.

Figura 20 – Protocolo para la escritura de datos en la memoria EEPROM Para leer datos de la memoria EEPROM hay que realizar la siguiente secuencia. Primero se envía la dirección del dispositivo en modo escritura. A continuación los dos siguientes bytes indican la parte alta y la parte baja de la dirección de la memoria EEPROM que deseamos leer. Ahora se debe enviar como cuarto byte la dirección del dispositivo pero en modo lectura. El siguiente byte que aparece en el bus de datos será enviado por la memoria EEPROM y contendrá el valor del byte que estaba almacenado.

Figura 21 – Protocolo para la lectura de datos en la memoria EEPROM

3.2.4 Reloj calendario – PCF8583 Un factor clave en la estación meteorológica es poseer un sistema que indique de forma eficiente la hora y la fecha, para que se guarde una correcta correspondencia en los datos almacenados. Para realizar esta labor, se ha empleado un circuito




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integrado modelo PCF8583, que es un reloj calendario en tiempo real. Sus principales características son:

• Interface I2C, alimentación única de 2,5 a 6V • Tensión para la retención de datos de 1V hasta 6V • Reloj/calendario con formato de 12 a 24h • Base de tiempos de 50Hz o 32.768Hz • Funciones de alarma, temporización, contador de eventos e interrupción

Figura 22 – Diagrama de pines del dispositivo

Figura 23 – Direcciones de los registros internos




57

El protocolo para escribir datos en este dispositivo (configurar la hora) es el siguiente. Primero hay que enviar por el bus I2C la dirección del chip en modo escritura, seguido de la dirección del registro que se va a escribir. Seguidamente se envía el valor del byte que se llevará a este registro. En la anterior figura se indican las funciones de cada registro interno del chip. Cabe señalar que los datos hay que enviarlos en formato BCD. El dispositivo tiene autoincremento, por lo que si se siguen enviando bytes, estos serán considerados como datos a escribir en las siguientes posiciones.

Figura 24 – Protocolo de escritura de datos en el chip reloj / calendario En el modo lectura, primero debemos enviar por el bus I2C la dirección del chip en modo escritura, seguido de la dirección del registro del chip que queremos leer. Ahora como tercer byte se enviará de nuevo la dirección del chip pero ahora en modo lectura. El dispositivo comenzará a enviar el valor de los registros a partir de esta dirección.

Figura 25 – Protocolo de lectura de datos con el PCF8583




58

3.3 Modem GSM Para poder establecer una comunicación a distancia y permitir la descarga de los datos a control remoto, se ha instalado un modem GSM en la estación meteorológica. En concreto el modelo WM02 G900 de la empresa Xacom. Se trata de un modem que trabaja a la frecuencia estándar GSM de 900 Mhz, y que permite establecer comunicación con el equipo electrónico mediante el protocolo RS232. La comunicación y configuración del modem se realiza siguiendo el estándar de comandos ALT+, comúnmente empleado para los modems. De este modo, el modem está continuamente esperando a recibir una llamada, y cuando esto sucede se lo comunica al microcontrolador principal, el cual a través de los comandos ALT+ y el protocolo RS232 configura el modem y se encarga de realizar el envío de los datos. A través del modem también es posible enviar comandos al equipo para proceder al borrado de las memorias una vez descargados los datos.

Imagen 25 - modem GSM A continuación se muestra una lista de algunos de los comandos AT más importantes y que se han empleado para la configuración del modem y para realizar la radio-transmisión de los datos. ATA 1) Se pone en modo respuesta y espera una señal portadora del modem remoto. 2) Espera S7 segundos y colgará si no se detecta portadora.




59

ATDnúmero 1) Descuelga y llama al número de teléfono solicitado. 2) Espera un tono de llamada antes de marcar.

2.1) Si no se detecta ese tono en S6 segundos, el modem devuelve código de resultado "no dial tone" 2.2) Si se detecta el tono el modem espera S7 segundos

2.2.1) Si no establece conexión el modem vuelve al estado de comandos 2.2.2) Si se establece conexión el modem entra en el estado on-line.

ATE Eco ATH Descuelga el teléfono 1) Un segundo silencio 2) +++ 3) ATH ATI Revisa la ROM del modem (checksum) ATO Vuelve a estado on-line desde el estado de comandos. ATQ Programa los códigos de resultado a ON/OFF

ATS Visualiza/cambia contenidos de los registros S ATV Envía códigos en palabras o números ATW Envía "códigos del progreso de la negociación"




60

ATX Programa códigos de resultado ATZ Reset AT&C Programa detección de portadora AT&D Programa control de DTR AT&W Almacena perfil configuración del usuario AT&Y Especifica que perfil de configuración usuario de los almacenados se va a utilizar

3.4 Teclado La unidad central dispone de un teclado y de una pantalla LCD mediante las cuales se puede interactuar directamente con el usuario y proporcionar datos sobre las mediciones que realizan los sensores en tiempo real. Para que el usuario pueda introducir órdenes al sistema se ha empleado un teclado. Sin embargo, no es posible utilizar cualquier tipo de teclado, debido a que la estación se instala al aire libre y las condiciones de lluvia y humedad pueden hacer que se filtre agua a la electrónica de la unidad central por cualquier hueco. El teclado utilizado se muestra en la imagen 26. Se compone de una matriz de goma de silicona de tipo industrial, que se ha fijado a un chasis de aluminio. Los contactos de las teclas son de oro sobre GRP niquelado para obtener una larga vida útil y gran fiabilidad. El teclado tiene protección grado IP67, que garantiza su aislamiento ante la presencia de agua.




61

Imagen 26 – Teclado con aislamiento IP67 Este tipo de teclado se suministra sin las teclas impresas y hay diversos juegos de teclas rotuladas mediante las cuales se puede configurar el teclado como se desee. En la siguiente imagen se muestra el juego de teclas que se ha empleado para configurar el teclado de la estación meteorológica.

Imagen 27 – Juego de teclas para el teclado

3.5 Sistema de alimentación El sistema de alimentación de la estación meteorológica consta de dos baterías y de un panel solar. Existe una batería principal de 12V y 2A/h. Se trata de una batería de plomo, optimizada especialmente para uso cíclico o intenso y que ofrece más de 1.200 ciclos de carga a una profundidad de descarga del 60%. Sus




62

dimensiones son 128x67x67 mm. Tiene un peso de 0,90 kg. Esta batería se encarga de alimentar tanto a la unidad central como a los diversos sensores de que consta la estación.

Imagen 28 – Batería de plomo de la estación meteorológica Además de la batería principal, se ha colocado una batería de Niquel-Cadmio sólo para la alimentación del chip reloj/calendario PCF8583. Es fundamental que este chip guarde correctamente la hora, por ello, en las operaciones de cambio de batería no hay riesgo de que se pierda la hora puesto que este chip siempre está alimentado. La batería escogida proporciona una tensión de 4,8V y una capacidad de 120mA. Es suficiente para mantener alimentado el reloj/calendario durante tres meses.

Imagen 29 – Batería de niquel cadmio para el reloj calendario La estación meteorológica está dotada de un sistema de radiotransmisión para la descarga de datos, que permite no tener que ir hasta la estación para recoger los




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datos. Por ello, también hay que buscar una solución para evitar que haya que ir a la estación para cambiar las baterías. La estación meteorológica emplea el panel solar como generador para cargar continuamente la batería. De este modo, realiza una doble función sirve como sensor de radiación solar y como fuente de energía. Se ha dimensionado el panel solar para que suministre la energía suficiente para alimentar la estación meteorológica completa y proporcione carga a la batería, de modo que se hace totalmente prescindible tener que visitar la estación meteorológica una vez instalada.

3.6 Comunicaciones entre unidad central y sensores Una de las principales innovaciones de este proyecto respecto a las estaciones meteorológicas convencionales radica en que emplea sensores inteligentes que realizan las funciones de medición y conversión de las señales de los transductores. Ha sido necesario crear un bus de comunicaciones en el que se sitúen todos los sensores y la unidad central para que los datos puedan ser transmitidos. Se ha escogido el estándar RS485 para realizar estas comunicaciones Estándar RS-485 La norma RS485 permite una transmisión de datos de forma diferencial y permite realizar conexiones multipunto con topología de bus. Una de las principales ventajas de la transmisión diferencial es que es muy robusta frente al ruido. El valor de la tensión parásita que se puede inducir en uno de los conductores del par trenzado será muy similar al que se induzca en el otro cable, por tanto, al realizar la diferencia entre ambos valores (rechazo del modo común) se cancela prácticamente la totalidad del ruido captado. Las principales características del estándar RS485 son:

• Las tensiones de trabajo son de +12V y –7V, con lo que se expande el rechazo de la tensión en modo común respecto a otros estándares de comunicaciones como el RS422.

• El driver de comunicaciones de RS485 dispone de una patilla que habilita o

no su funcionamiento. Esto permite que dichos elementos puedan




64

permanecer en el bus en estado de alta impedancia cuando no están recibiendo ni enviando.

• Los equipos RS485 no se dañan si se cortocircuitan sus terminales de

comunicación A y B, o si se les somete a una tensión externa comprendida en el rango de –7V a +12V. La intensidad máxima que circula por la red en uno de estos casos no debe superar los 250 mA. Este aspecto es fundamental para las redes multipunto, ya que se pueden presentar colisiones de datos entre distintos equipos emisores, y por lo tanto, cortocircuitos.

• La impedancia mínima para los equipos debe estar por encima de los 10,56

kΩ. El estándar RS485 admite diversos tipos de configuraciones. La estación meteorológica inteligente dispone de una configuración Multipunto “half-duplex”. Sólo existe una pareja de cables para transmitir la señal que porta los datos. Es una red simétrica, donde todos los nodos tienen las mismas características, permitiéndose el intercambio bidireccional de mensajes entre cualquier pareja de nodos. En esta topología las líneas A de los emisores y receptores de todos los equipos están unidas entre sí y a un único cable, lo mismo sucede con las líneas B. El software a desarrollar para implementar una red RS-485 bajo esta topología puede ser idéntico en todos los nodos y debe tener en cuenta que sólo de debe habilitar la sección de transmisión cuando se desea enviar datos a la red. La sección de recepción debe permanecer permanentemente habilitada. El protocolo de transmisión que se ha implementado es de tipo maestro-esclavo. La unidad central ejerce de maestro e interroga a los distintos sensores inteligentes (esclavos) para que procedan al envío de los datos. En las siguientes figuras se muestra la configuración empleada y el esquema del cable seguido para realizar una conexión multipunto “half-duplex”.




65

Figura 26 – Red multipunto “half-duplex” con dispositivos RS485

Figura 27 – Esquema del cable para la conexión RS485




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En la siguiente figura se muestra el circuito electrónico que se ha empleado para poder realizar estas comunicaciones. Se trata del modelo MAX485 del fabricante de semiconductores Maxim. Todos los sensores y la unidad central disponen de un circuito como éste. Permite la comunicación half-duplex, ya que sirve tanto para enviar datos como para recibir.

Figura 28 – Circuito integrado MAX485

3.7 Esquemas electrónicos A continuación se muestra el esquema electrónico estándar del sensor inteligente. Se basa en un Pic 16F873. Según se conecten distintos tipos de transductores, se constituyen los diversos sensores.

Figura 29 – Esquema electrónico del sensor inteligente

5V

5V

5V Fuente

Vrele_alim

5V

5V

5V

5V

5V

5V

RESET

R24 330

R23 2k2

C19

27 pF

Y34 Mhz

C17100 nF

U26

PIC16F873

1

234567

8

910

1112131415161718

1920

2122232425262728

MCLR/Vpp

RA0/AN0RA1/AN1RA2/AN2/Vref-RA3/AN3/Vref+RA4/TockiRA5/AN4/SS

VSS

OSC1/CLKINOSC2/CLKOUT

RC0/T1OSO/T1CKIRC1/T1OSI/CCP2RC2/CCP1RC3/SCK/SCLRC4/SDI/SDARC5/SDORC6/TX/CKRC7/RX/DT

VSSVDD

RB0/INTRB1RB2

RB3/PGMRB4RB5

RB6/PGCRB7/PGD

JP6

POLEA

123

SW2

PULSADOR RESET

1 3

2 4

R19 10k

JP4

TERMOMETRO

123

U27

MCT6

12

3

87

4 56

AN1CAT1

CAT2

EM1COL1

AN2 EM2COL2

R21330

R2210k

D5

1N5338B

D4

1N5338B

JP5

COMUNICACIONES

1234

U28 MAX4851234 5

678RO

REDEDI GND

AB

Vcc

C18

27 pF

R2010k

F2

FUSE

R25

R-PACK 10k

116

215

314

413

512

611

710

89

JP3

VELETA

123

SW3

SW DIP-8

12345678

161514131211109




67

Éste es el esquema de la unidad central. Se han colocado cuatro unidades de memoria. En realidad, la unidad central no dispone de todos los periféricos conectados en la tarjeta, como se muestra en la figura, sino que dispone de conectores a través de los cuales se insertan la pantalla LCD, el teclado, los conectores DB9 para las comunicaciones, etc. Para que quede más claro cual es la distribución de pines y las ubicaciones de cada componente, se ha colocado todo directamente conectado en el esquema.

Figura 30 – Esquema electrónico de la unidad central

5V

5V

5V5V

5V

5V

5V

5V5V

5V 5V

5V

5V 5V

5V 5V

5V5V

5V 5V

5V

5V 5V

5V 5V

5V5V

5V 5V

5V

5V 5V

5V 5V

5V

5V

5V

5V

5V5V

5V 5V

5V

5V 5V

5V 5V

5V

5V

RESET

RESET

R72K2

JP2

BORNA 3

1 2 3

R181k

U18

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC

U19

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC

U25

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC R171k

U24

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC

U2

MAX485

1234 5

678RO

REDEDI GND

AB

Vcc

C2220 uF

U1

7805

1 2 3

Vin

GND

Vout

U7 TECLADO 4x4

1 2 3 4 5 6 7 8

IN 1

IN 2

IN 3

IN 4

IN 5

IN 6

IN 7

IN 8

U5

LCD 2x16

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

GND

Vdd

VO RS R/W

#E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 N.

C.N.

C.

U9

PCF8583P

1234 5

678OSC1

OSC0A0GND SDA

SCLINT

VDD

JP1

COMUNICACIONES

1234

Y2

32,768 Mhz

R111k

R121k

C4

27 pF

D2

1N4007

1 2R3

28 2W

F1

FUSE

R141k

U14

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC

U15

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC

U21

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC

C8

27 pF

R131k

U20

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC

R2 10kSW1

PULSADOR RESET

1 3

2 4

P1

DB9 Hembra

594837261

U4 MAX23212345678 9

10111213141516C+

V+C1-C2+C2-V-R2OUTR2IN T2OUT

T2INT1IN

T1OUTR1IN

R1OUTGND

5V

C5100 nF

C71 uF

C91 uF

C10

1 uF

R61k

R51k

C6100 nF

Y14 Mhz

C1100 uF

C16

10 pF

U8

BATERIA-Ni/Cd

1 2

3

VCC VCC

GND

U12

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC

U10

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC

U11

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC

U13

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC

U17

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC

U23

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC R151k

U22

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC R161k

U16

24LC515

1234 5

678A0

A1A2GND SDA

SCLWP

VCC

U6 MAX23212345678 9

10111213141516C+

V+C1-C2+C2-V-R2OUTR2IN T2OUT

T2INT1IN

T1OUTR1IN

R1OUTGND

5V

C15

1 uF

C11

1 uF C12100 nF

RV1VARISTOR

C131 uF

P2

DB9 Hembra

594837261

C141 uF

D1

LED

R1 470

D3

1N4007

1 2R4 150

C3

1 uF

U3

PIC16F877

1

234567

89

10

11

1232

31

1314

1516171823242526

1920212227282930

3334353637383940

MCLR/Vpp

RA0/AN0RA1/AN1RA2/AN2/Vref-RA3/AN3/Vref+RA4/TockiRA5/AN4/SS

REO/AN5/RDRE1/AN6/WRRE2/AN7/CS

VDD

VSSVDD

VSS

OSC1/CLKINOSC2/CLKOUT

RCO/T1OSO/T1CKIRC1/T1OSI/CCP2RC2/CCP1RC3/SCK/SCLRC4/SDI/SDARC5/SDORC6/TX/CKRC7/RX/DT

RD0/PSP0RD1/PSP1RD2/PSP2RD3/PSP3RD4/PSP4RD5/PSP5RD6/PSP6RD7/PSP7

RB0/INTRB1RB2

RB3/PGMRB4RB5

RB6/PGCRB7/PGD




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3.8 Características técnicas garantizadas Se van a analizar dos aspectos técnicos de la estación meteorológica claves para su comparación con otros equipos del mercado. Uno es referente a la capacidad de almacenamiento, y el otro a la autonomía de alimentación. A continuación en la figura, se muestra un estudio de la capacidad de almacenamiento. Se supone que la estación meteorológica tiene conectados 9 sensores. El dato de cada sensor ocupa 2 bytes para su almacenamiento, lo que supone que se puede emplear un conversor analógico/digital con una precisión de 16 bits. Los datos a almacenar son las medias calculadas para cada sensor durante 10 minutos. Cabe destacar que el cálculo indica que sólo es necesaria realizar una descarga anual, algo de lo que pueden presumir pocas estaciones meteorológicas en el mercado.

Tamaño de memoria 25C515 65536 bytes Nº de memorias por tarjeta de memoria 4 Nº de tarjetas de memoria admisibles 4 Nº total de memorias del sistema 16 memorias Capacidad total de almacenamiento 1.048.576 bytes

Datos a almacenar (*) Tamaño Temperatura 2 bytes Humedad 2 bytes Presión 2 bytes Velocidad viento 2 bytes Direccion viento 2 bytes Calidad del aire 2 bytes Radiación solar 2 bytes Cantidad de lluvia 2 bytes Nivel de CO 2 bytes Fecha completa 3 bytes TOTAL DATOS: 21 bytes

(*) Los datos se muestran en el mismo orden en el que son guardados y leidos de las memorias

Intervalo de almacenamiento 10 minutos Minutos que tiene un día 1440 minutos Número de almacenamientos al día 144 Número de bytes gastados al día 3024 bytes

gastados




69

al día Número de días almacenables 346,75 días Equivalente en meses a 11,19 meses Número mínimo de descargas anuales 1 descarga

Figura 31 – Estudio de la capacidad de almacenamiento Como ya se ha explicado, la estación meteorológica posee una placa solar que prácticamente garantiza su funcionamiento sin necesidad de realizar cambios de batería. A continuación se muestra un cuadro explicativo sobre los cálculos realizados en torno al consumo de la estación meteorológica.

Consumo medio de un sensor inteligente Transductor 2 mA Microcontrolador 1 mA Resto de electrónica 1 mA Número de sensores 9 Total 36 mA Consumo medio de la unidad central Microcontrolador 1 mA Memorias 1 mA Comunicaciones 2 mA Resto de electrónica 1 mA Total 5 mA Consumo medio total de la estacion 41 mA Capacidad batería 2000 mA Horas de energía 48,7805

La estación meteorológica dispone de una célula solar de 500 mA, que se encarga de recargar la batería y aportar la energía necesaria para el funcionamiento de la estación

Consumos extraordinarios Encendido pantalla LCD 50 mA Envío datos vía modem 200 mA Conexión a PC 20 mA

Figura 32 – Estudio del consumo de la estación

3.9 Normativa La estación meteorológica es un equipo que va a estar instalado en exteriores para que los sensores puedan tomar medidas reales. Por este hecho, hay que prestar especial atención a la normativa vigente respecto a impacto medioambiental. Es necesario certificar la estación meteorológica con algunas normativas




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medioambientales. Se han seleccionado estas tres, las cuales se muestran en orden de importancia:

Código: UNE-EN ISO 14001:1996

Título: SISTEMAS DE GESTIÓN MEDIOAMBIENTAL. ESPECIFICACIONES Y DIRECTRICES PARA SU UTILIZACIÓN. (ISO 14001:1996).

Descriptores: CONDICIONES GENERALES, ESPECIFICACION, GESTION MEDIOAMBIENTAL, PROTECCION DEL MEDIO AMBIENTE, SISTEMA DE GESTION MEDIOAMBIENTAL, UTILIZACION,

Equivalencias: EN ISO 14001:1996 (I) ISO 14001:1996 (I)

Fecha de Edición: 1996-10-11 Sustituye a:

UNE 77801:1994

Comité: GESTIÓN MEDIOAMBIENTAL

I.C.S. 13.020 Protección del medio ambiente


Título: GESTIÓN MEDIOAMBIENTAL. EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MEDIOAMBIENTAL. DIRECTRICES GENERALES. (ISO 14031:1999).

Descriptores: GESTION MEDIOAMBIENTAL, PROTECCION DEL MEDIO AMBIENTE,


Fecha de Edición: 2000-12-15


I.C.S. 13.020.10 Gestión medioambiental.




71


Título: GESTIÓN MEDIOAMBIENTAL. ANÁLISIS DEL CICLO DE VIDA. EVALUACIÓN DE IMPACTO DEL CICLO DE VIDA. (ISO 14042:2000).

Descriptores: EVALUACION, GESTION MEDIOAMBIENTAL, MEDIO AMBIENTE, PROTECCION DEL MEDIO AMBIENTE,


Fecha de Edición: 2001-04-30


I.C.S. 13.020.10 Gestión medioambiental. 13.020.60 Ciclo de vida de los productos




72


DESARROLLO DEL PROYECTO


73

4. DESARROLLO DEL PROYECTO En este capítulo se explica la estructura del proyecto que se ha desarrollado para poder identificar bien todas las etapas de que consta. Una vez desarrollada la estructura el proyecto, se ha seguido un plan de trabajo para cumplir los diversos objetivos. Se muestra en un diagrama Gant el programa de trabajo desarrollado.

4.1 Estructura del proyecto En la figura 33, aparece el esquema del proyecto a través de un diagrama EDP. El proyecto se ha estructurado en cinco partes principales, cada una de las cuales está constituida por diversas tareas. Se ha dado un código identificativo a todas las actividades. Esta codificación será seguida tanto en el programa de trabajo como en los presupuestos de costes.

4.2 Programa de trabajo En la figura 34, se muestra el programa de trabajo seguido para el desarrollo el proyecto, mediante un diagrama Gant. En él se muestra la distribución temporal de todas las tareas que han sido identificadas en la estructura del proyecto. La realización de este proyecto ha durado aproximadamente unos seis meses, si bien antes de comenzar a realizarlo ya se tenían adquiridos diversos conocimientos sobre meteorología y estaciones meteorológicas, debido a actividades laborales desarrolladas en empresas fabricantes de aerogeneradores.




74

Figura 33 – Esquema del proyecto (EDP)

Selección de sensoresCod. 21100Selección de memorias EEPROMCod. 21200Selección de la bateríaCod. 21300

Estudio teórico previoCod. 21000

Diseño del equipo hardwareCod. 22100

Desarrollo del equipo electrónicoCod. 22210

Programación del microcontroladorCod. 22220

Montaje estación meteorológicaCod. 22230

Implementación física del equipoCod. 22200

Integración de los sensores en la estaciónCod. 22300Instalación y puesta en marchaCod. 22400

Estación MeteorológicaCod. 22000

Diseño detallado del algoritmoCod. 23100Programación del algoritmoCod. 23200Integración con la estación meteorológicaCod. 23300Pruebas y ajustesCod. 23400

Software de ControlCod. 23000

Diseño del softwareCod. 24100Pruebas y ajustesCod.24200

Servicio de datos, Página WebCod. 24000

Memoria del proyectoCod. 25100

DocumentaciónCod. 25000

Proyecto completo y operativoCod. 20000


DESARROLLO DEL PROYECTO


75

Código21000

21100

21200

21300

22000

22100

22200

22210

22220

22230

22300

22400

23000

23100

23200

23300

23400

24000

52 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 271 2 3 4 5 6

24100

24200

25000

25100

Figura 34 – Programa de trabajo




76


EQUIPOS DEL PROYECTO


77

5. EQUIPOS DEL PROYECTO La estación meteorológica, requiere de una estructura para proceder a la colocación distribuida de todos los sensores. También necesita que las cajas que contengan los sensores y la unidad central sean herméticas y estén preparadas para trabajar a la intemperie. A continuación se va a describir la estructura diseñada y los distintos equipos que contienen todos los elementos electrónicos de la estación meteorológica inteligente. La estructura principal sobre la que se han fijado los sensores y la caja de la unidad central es una columna tubular de acero de base triangular. Es el tipo de estructura que se emplea profesionalmente para colocar estaciones meteorológicas. Este tipo de estructura permite ensamblar diversos tramos para ganar altura. Cada tramo tiene una altura de 2,5 metros, pudiéndose llegar a alturas de hasta 60 m ensamblando unos tramos con otros. En la figura se muestran dos modelos de tramos del tipo de estructura empleada para la estación meteorológica. El tramo de la izquierda es el tramo terminal de la estructura, y dispone de una pieza en la que se puede introducir un tubo para ganar más altura. Cada tramo de este tipo de estructura tiene 2,5 metros. Los tramos son acopables entre sí, pudiéndose de este modo construir estructuras de gran altura. Las medidas de los tubos de acero principales de la estructura son de 20 x 1,5 mm y las varillas de acero transversales tienen una medida de 6 mm de diámetro.

Figura 35 – Estructura principal




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La estación meteorológica inteligente está concebida para su instalación en montes y también en ciudades. Debido a ello, se ha procedido a pintar la estructura con los colores blanco y rojo. Estos colores son los empleados para las estructuras de las antenas de televisión y telefonía.

Imagen 30 – Pintado de la columna principal Sobre la estructura principal, se han colocado dos barras de acero transversalmente, sobre las que se colocan los sensores, introducidos en sus cajas. En la barra inferior, se encuentran cinco de los sensores: presión atmosférica, humedad relativa, temperatura, calidad del aire y nivel de monóxido de carbono.

Imagen 31 – Sensores del nivel inferior

En la barra transversal superior se han colocado los sensores de radiación solar y el pluviómetro. Estratégicamente es la mejor posición, porque se este modo al pluviómetro no le afecta ningún sensor encima suyo para la recogida de agua y tampoco hay estorbos ni sombras para el panel solar.




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Imagen 32 – Sensores del nivel superior

Para almacenar los transductores y la electrónica de los sensores inteligentes, se han empleado cajas del fabricante Retes, de la gama 70. A continuación se muestran las dimensiones del modelo de caja empleado.

A B C D e f g 127 75 45 65,2 98,2 65,2 117,2 Medidas en mm

Figura 36 – Medidas de las cajas de los sensores Se ha colocado en la parte superior de la estación los sensores que miden la dirección y la velocidad del viento, la veleta y el anemómetro. Ésta es la mejor posición para estos sensores, puesto que deben estar lo más altos posible. La veleta y el anemómetro están situados en una estructura tubular en forma de T. Esta estructura encaja en la columna principal de la estación. Tiene una longitud de 1,5 metros. La columna principal dispone de unos tornillos con los cuales puede regularse en altura la posición de este tubo. Escogiendo la posición de máxima altura, puede elevarse el anemómetro y la veleta hasta los 4 metros.




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Imagen 33 – Estructura en forma de T para la veleta y anemómetro Finalmente, la estructura de la estación meteorológica, está formada por una caja hermética que sirve para contener la unidad central, el modem y las baterías. Esta caja, aisla los equipos de la intemperie, y posee un cierre de seguridad para que la estación no sea manipulada por extraños. Sus medidas son: 200mm x 300mm x 350mm, de profundidad, anchura y longitud. Se ha colocado una lamina metálica en su interior que permite el perfecto anclaje de la unidad central.

Imagen 34 – Aspecto interior de la caja de seguridad de la estación




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En la siguiente imagen se muestra el aspecto final de la estación meteorológica inteligente. El primer elemento es la caja que contiene la unidad central. Después se encuentra la primera barra con cinco sensores, y posteriormente la segunda barra con el pluviómetro y el panel solar. En la parte superior de la estructura se encuentra el tubo que sujeta el anemómetro y la veleta.

Imagen 35 – Estación Meteorológica Inteligente 5.1 Manejo del equipo La estación meteorológica dispone de un manejo muy sencillo. Los datos son accesibles desde la propia estación a través de la pantalla LCD e interactuando con el teclado matricial. A través del PC es posible visualizar los datos en tiempo real. La descarga de datos, genera archivos que se guardan en formato de página web para su difusión a través de internet. A continuación va a explicarse los pasos a seguir para poder manejar el sistema y visualizar las medidas realizadas por la estación.




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Tras realizar la instalación de la estación, es necesario comprobar que todas los sensores están correctamente instalados. Para ello, se puede emplear la pantalla LCD y el teclado. Lo primero es pulsar la tecla Enter, con ello se enciende la pantalla LCD y nos pide que introduzcamos una contraseña de cuatro dígitos. Tras introducir la contraseña correctamente, aparecerá la siguiente pantalla que nos indicará la fecha y la hora configurada en el sistema.

Imagen 35 – Teclado para introducir los datos A partir de este momento, para moverse por los menús, se emplean las teclas con flechas de que consta el teclado. Con la flecha superior se avanza de un menú al siguiente, y con la flecha inferior se retrocede al menú anterior. Según se avance por los menús, en la pantalla LCD se muestra la temperatura, la humedad, la presión atmosférica, la velocidad del viento, la dirección del viento, la radiación solar, la cantidad de lluvia, la calidad del aire y el nivel de monóxido de carbono. A continuación se muestra una colección de imágenes de la pantalla LCD en la que se observan todos los menús. Tras el último menú, la pantalla LCD se apaga y la unidad central vuelve al estado de bajo consumo.




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Imagen 36 – Pantallas LCD




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PROCESO DE INSTALACIÓN


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6. PROCESO DE INSTALACIÓN Se ha procedido a la instalación de una estación meteorológica como la descrita en este proyecto por iniciativa de la empresa Enerlim Albia, S.L. Se trata de una empresa instaladora de aerogeneradores de translación y que necesita realizar mediciones para conocer los emplazamientos adecuados. La estación meteorológica instalada tiene una altura de 28 metros. A continuación va a describirse cual es el procedimiento que hay que seguir para instalar una estación meteorológica con una estructura de este tamaño.

Imagen 37 – Colocando la estructura El proceso comienza montando la estación meteorológica completa y colocándola tumbada en el suelo. La estructura se compone de 10 tramos de torreta, cada uno de una altura de 2,5 metros. Además, hay un tubo que asciende la veleta y el anemómetro otros 3 metros más. Hay que ensamblar todas las piezas de la estructura y colocar los sensores, el cableado y la unidad central. Esta labor es




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mucho más sencilla realizarla con la estación en el suelo que cuando ya está la estructura levantada.

Imagen 38 – Veleta y anemómetro colocados en la estructura La estación meteorológica instalada consta de dos anemómetros y de dos veletas. Se ha situado cada pareja de sensores anemómetro-veleta en dos alturas distintas, para poder sacar el gradiente del viento, es decir, cuanto aumenta el viento según se suben metros en altitud. Es un dato fundamental para este tipo de instalaciones eólicas puesto que determina el tamaño de las columnas. En la imagen, se muestra el anemómetro y la veleta situados en la parte baja de la estación, a 15 metros. Se ensamblan a la estructura y se realizan las conexiones antes de proceder a elevar la columna. La estructura de la columna se apoya en una base como la mostrada en la imagen . La base se ancla al suelo lo más firmemente posible. Posee una pieza central móvil a la que se une la estructura. Esta pieza tiene un movimiento de rotación de 180º, gracias a ello, podemos tumbar la columna hacia cualquiera de los lados y posteriormente proceder a su izado. Además de colocar la estructura unida a la base, es necesario colocar tres de los cuatro vientos de los que va a constar el anclaje de la estación meteorológica. Los




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vientos son cables de acero que sujetan la estructura desde su altura media al suelo. Se colocan los vientos de los laterales y el de la parte trasera. De este modo, cuando se levante la columna no se caerá hacia los lados ni hacia delante, ya que estos cables acerados la sujetan. Una vez levantada la torre, se colocará el cuarto viento, que se encarga de evitar que la estructura caiga hacia atrás. Los vientos se encargarán de ayudar a la base a soportar los esfuerzos de tracción a los que se verá sometida la estructura cuando el viento sople violentamente.

Imagen 39 – Base de la estructura

Imagen 40 – Anclando los vientos al suelo




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En la siguiente imagen se observa la fuerza ejercida por los vientos una vez levantada la columna. Los cables se tensan y realizan un aporte esencial para evitar que la estructura se caiga.

Imagen 41 – Anclaje de los vientos Para proceder a levantar la torre del suelo, es necesario emplear cables muy rígidos y un vehículo que sirva para ejercer la fuerza necesaria. También es necesario emplear una escalera o algún elemento que sirva de punto de apoyo para poder levantar la columna sin que esta sufra deformaciones En la imagen, se observa la escalera tumbada en el suelo a continuación de la estación meteorológica. A ella se ata en su extremo superior el mismo cable que se ata a la estructura en un punto intermedio, en este caso sobre los 18 metros. En la siguiente imagen se observa como se eleva la escalera y la estación meteorológica cuando se empieza a tirar del cable mediante un vehículo. Si no se empleara este elemento intermedio, en este caso una escalera, la estructura de la estación meteorológica quebraría debido al alto esfuerzo sometido. Gracias a que ya están colocados tres de los cuatro vientos que ayudarán a sujetar la estación meteorológica al suelo, mientras se procede al levantamiento de la columna no hay riesgo de que esta balancee o se caiga hacia uno de los lados.




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Imagen 42 – Colocando la escalera

Imagen 43 – La fuerza de tracción es convertida por la escalera en rotación




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Imagen 44 – Empleo del vehículo para proceder al izado de la estación meteorológica

Imagen 45 – Levantando la estación meteorológica En la siguiente imagen, se muestra la estructura de la estación meteorológica ya izada, y con los sensores y la unidad central colocados. Ahora es necesario colocar el cuarto viento que evitará que la estructura se caiga hacia atrás. Una vez colocado este cuarto viento, no es necesario seguir manteniendo la tensión de aguante con el cable que une la estación al vehículo y puede retirarse.




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Imagen 46 – Estación meteorológica instalada

Imagen 47 – Vista de la unidad central y de los sensores de la estación




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Una vez izada la estación meteorológica inteligente, no es necesario tener que volver a tumbarla. A lo más, si hay que realizar alguna labor de matenimiento de los sensores, puede subirse por la columna si problemas, empleando un arnés de seguridad. La estación meteorológica ha sido instalada en la población de Pesadas en Burgos, el día 3 de Julio del 2002.

Imagen 48 – Realizando labores de mantenimiento en la estación


CONTROL DE LA CALIDAD


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7. CONTROL DE LA CALIDAD La realización de este proyecto conlleva varias mejoras en los niveles de calidad y de servicio proporcionados hasta ahora por otros fabricantes de estaciones meteorológicas. Básicamente se pueden resaltar cuatro aspectos: ♦ Mejora en la recogida de datos. Al realizarse por radiotransmisión, no es

necesario que un operario tenga que desplazarse hasta el emplazamiento de la estación. Además, es posible transmitir datos hasta el ordenador central en tiempo real. Esto aumenta mucho el nivel de servicio y ayuda en las labores de detección de averías, por lo que redunda en una aumento considerable de la calidad del producto

♦ Como antes se ha explicado, el nivel de calibración de las estaciones marca en

gran medida su fiabilidad. El sistema de Servicio Meteorológico que se pretende iniciar, permitiría un mejor control de las estaciones y un aumento de la frecuencia de calibración de las estaciones.

♦ El Servicio Público de información meteorológica para el ciudadano, es algo que

no existe hoy en día y que supone una mejora en la calidad del servicio ofrecido por la estación

♦ Este proyecto permitirá tener un control centralizado de los datos de las

estaciones y tener la información concentrada permitirá hacer estudios del clima y del microclima de más calidad que los actuales.

7.1 Calibración Por muy buenos que sean los sensores que se coloquen a la estación, sin una calibración periódica, no van a ser de gran fiabilidad los datos obtenidos. La calibración se define como: El conjunto de operaciones que tienen por objeto establecer, en unas condiciones especificadas, la relación que existe entre los valores indicados por un instrumento




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de medida y los correspondientes valores conocidos de una magnitud física medida. El objetivo final de la calibración no es otro que el de hallar el valor de incertidumbre de medida del instrumento. La incertidumbre se define como: el intervalo de valores dentro del cual se encuentra, con una alta probabilidad, el verdadero valor de una magnitud medida con un determinado instrumento. En función del valor de incertidumbre que obtengamos, se puede conocer cuál es el nivel de calidad de los sensores y así determinar si se cumplen o no los niveles de calidad que se han propuesto. Para ello, a partir de los valores de lectura recogidos en cada punto de calibración, se calcula el valor de incertidumbre en cada punto. En este cálculo se tendrán en cuenta todas las componentes de incertidumbre que afecten al procedimiento como pueden ser las debidas al patrón, equipos auxiliares y características propias de cada ensayo en particular (incertidumbres "Tipo B") y las debidas a la dispersión de las lecturas anotadas (incertidumbres "Tipo A"). A partir de estos valores de incertidumbre en cada punto se obtendrá la incertidumbre global del instrumento que permitirá decidir si dicho instrumento está dentro o fuera del campo de tolerancias establecido de acuerdo a unos criterios de aceptación y rechazo previamente determinados por los técnicos de Calibración. Todos los sensores utilizados en este proyecto se basan en transductores que han sido adquiridos exclusivamente, y cuya calibración viene garantizada por el fabricante durante un determinado periodo desde el comienzo de empleo del sensor. Por ello, no ha sido necesaria realizar una calibración minuciosa de todos los sensores. Sin embargo, se recomienda realizar la calibración anualmente.

7.2 Descripción de los Impactos Ambientales La instalación de la estación meteorológica se realiza al aire libre, luego tiene impactos medioambientales que hay que cuidar. En esa línea se encuentra la


CONTROL DE LA CALIDAD


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normativa ha seguir por este proyecto, que ha sido expuesta en el apartado tercero del documento. La estación meteorológica no provoca ningún tipo de emisión ni vertido, y el ruido que produce es muy bajo (despreciable). Sin embargo, sí provoca un cierto impacto en el suelo, especialmente cuando se instala con la torre, y también tiene impacto visual. Para reducir al máximo el impacto en el suelo de la estación, se tomarán las siguientes medidas:

• El anclaje de la torre se realizará excavando el terreno (previamente nivelado) y nunca se empleará cemento o algún material que tras la retirada de la estación perdure en el tiempo.

• En caso de que haya que engrasar los sensores mecánicos (veleta,

anemómetro, etc.) se realizará con sumo cuidado, sin dejar que caiga nada de aceite al suelo. Se evitará esta operación siempre que se pueda y para ello se buscarán sensores que no necesiten el empleo de aceites en su mantenimiento.

• Se usará una batería que no tenga riesgo de generar residuos líquidos que

pudieran caer al suelo. El otro aspecto a considerar es el impacto visual de la estación. Para tratar de minimizar este impacto, especialmente significativo cuando la instalación se realiza en el campo, se van a tomar estas dos medidas:

• El color de la estación no será fijo, pudiendo pintarse con las tonalidades que se consideren acordes con el lugar de la instalación.

• Se reducirá al máximo el tamaño de la estación, y también se agruparán

todo lo que se pueda los sensores. Siguiendo el modelo de gestión medioambiental que se quiere implantar, todos los componentes de la estación meteorológica serán llevados a reciclaje. Se tendrá




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especial cuidado con la manipulación y control de las baterías, que son los elementos que pueden causar un mayor impacto en caso de abandonarse en el suelo.


PRESUPUESTO EN COSTES


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8. PRESUPUESTO EN COSTES A continuación se muestra el presupuesto en costes del proyecto. Todos los conceptos están estructurados según los códigos indicados en la estructura del proyecto mostrada en el capítulo 4 del proyecto. Cod Cod Cod Cod Concepto Cant Unid P. unit Total Niv 4 Niv 3 Niv 2 Niv 1 (€)/unid (€)

21100 Selección de sensores Mano de Obra 20,00 horas 30,00 600,00 21200 Selección de memorias EEPROM Mano de Obra 10,00 horas 30,00 300,00 21300 Selección de la batería Mano de Obra 5,00 horas 30,00 150,00 21000 Estudio teórico previo Materiales Material vario de oficina 1,00 unidad 50,00 50,00 Mano de Obra 20,00 horas 30,00 600,00 Alquileres Oficina 18,00 horas 50,00 900,00 21000 Total código 2.600,00 22100 Diseño del equipo hardware Mano de Obra 15,00 horas 30,00 450,00

22210 Desarrollo del equipo electrónico Materiales Placa Unidad Central 1,00 unidad 30,00 30,00 Placas Sensores Inteligentes 9,00 unidad 30,00 270,00 Estaño 1,00 rollo 15,00 15,00 Cable rapinar 1,00 rollo 20,00 20,00 Microcontroladores 10,00 unidad 12,00 120,00 Componentes electrónicos varios 1,00 unidad 60,00 60,00 Sensor de Temperatura 1,00 unidad 4,00 4,00 Placa solar 1,00 unidad 12,00 12,00 Sensor Humedad 1,00 unidad 9,00 9,00 Pluviómetro 1,00 unidad 112,00 112,00 Anemómetro 1,00 unidad 40,00 40,00 Veleta 1,00 unidad 80,00 80,00 Sensor de Presión 1,00 unidad 13,00 13,00 Sensor de calidad del aire 1,00 unidad 20,00 20,00 Sensor de nivel de CO 1,00 unidad 15,00 15,00 Modem GSM 1,00 unidad 150,00 150,00 Mano de Obra 90,00 horas 30,00 2.700,00 Alquileres Laboratorio 40,00 horas 80,00 3.200,00

22220 Programación microcontrolador Mano de Obra 20,00 horas 30,00 600,00 Alquileres Oficina 15,00 horas 50,00 750,00




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22230 Montaje estación meteorológica Materiales Componentes electrónicos varios 1,00 unidad 80,00 80,00 Caja hermética unidad central 1,00 unidad 50,00 50,00 Caja para sensores inteligentes 9,00 unidad 6,00 54,00 Conectores para sensores 9,00 unidad 5,00 45,00 Mano de Obra 15,00 horas 30,00 450,00 Alquileres Laboratorio 8,00 horas 80,00 640,00 22200 Implementación física del equipo Materiales Estructura principal de la estación 1,00 unidad 120,00 120,00 Base para la columna 1,00 unidad 15,00 15,00 Estructura anemómetro-veleta 1,00 unidad 30,00 30,00 Tubo para el resto de sensores 2,00 metros 5,00 10,00 Cable de conexión 10,00 metros 2,00 20,00 Mano de Obra 15,00 horas 30,00 450,00 Alquileres Laboratorio 10,00 horas 80,00 800,00 22300 Integración de los sensores Mano de Obra 8,00 horas 30,00 240,00 Alquileres Laboratorio 5,00 horas 80,00 400,00 22400 Instalación y puesta en marcha Materiales Torre 1,00 unidad 300,00 300,00 Mano de Obra 8,00 horas 30,00 240,00 Alquileres Equipo de calibración 1,00 servicio 150,00 150,00 22000 Total código 12.764,00 23100 Diseño detallado del algoritmo Mano de Obra 10,00 horas 30,00 300,00 23200 Programación del algoritmo Mano de Obra 20,00 horas 30,00 600,00 Alquileres Oficina 20,00 horas 50,00 1.000,00 23300 Integración con la estación Mano de Obra 10,00 horas 30,00 300,00 Alquileres Laboratorio 10,00 horas 80,00 800,00 23400 Pruebas y ajustes Mano de Obra 10,00 horas 30,00 300,00 Alquileres Laboratorio 8,00 horas 80,00 640,00 23000 Total código 3.940,00 24100 Diseño del software Materiales Espacio web 100,00 megas 5,00 500,00 Mano de Obra 15,00 horas 30,00 450,00 24200 Pruebas y ajustes


PRESUPUESTO EN COSTES


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Mano de Obra 15,00 horas 30,00 450,00 24000 Servicio de datos, Página Web Mano de Obra 18,00 horas 30,00 540,00 Alquileres Oficina 15,00 horas 50,00 750,00 24000 Total código 2.690,00 25100 Memoria del proyecto Materiales Material vario de oficina 1,00 unidad 50,00 50,00 Tinta para impresión en color 2,00 unidad 30,00 60,00 Encuadernación 3,00 unidad 12,00 36,00 Mano de Obra 45,00 horas 30,00 1.350,00 Alquileres Oficina 30,00 horas 50,00 1.500,00 25000 Total código 2.996,00 20000 Proyecto completo y operativo 24.990,00

Figura 37 – Presupuesto en costes del proyecto




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PRESUPUESTO EN INVERSIONES


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9. PRESUPUESTO EN INVERSIONES Este proyecto conlleva varias inversiones, puesto que engloba la realización de un sistema hardware, la programación y diseño de diversos programas de ordenador, un estudio previo sobre estaciones meteorológicas y sensores, y también la generación de documentos. Todas las inversiones realizadas son en capital fijo. Los bienes adquiridos, son necesarios tanto para el desarrollo del proyecto como para la futura producción de estaciones meteorológicas y mejoras en el diseño. Tras realizar un estudio preeliminar se ha concluido que es mejor realizar una inversión en ordenadores y equipo informático que alquilarlo. Este proyecto utiliza la informática en todas sus fases, como son el diseño de la estación, la programación del software de control o la elaboración de la página web y los documentos. Por ello, la inversión en ordenadores está justificada, y son unos bienes que se amortizan rápidamente.

Inversiones en Hardware 1 Ordenador Personal de Mesa Pentium IV 1.000 € 1 Ordenador Portátil 1.200 € 1 Impresora Láser 350 € 1 Emulador en circuito 800 € Herramientas de laboratorio 300 € TOTAL: 3.650 €

Tabla 4 – Inversiones en Hardware

Es necesario adquirir un ordenador personal de mesa para las pruebas de laboratorio y elaboración de los programas. También es necesario un ordenador portátil, ya que las mediciones y ajustes definitivos para la puesta en marcha de la estación deberán realizarse al aire libre. El emulador en circuito es una herramienta de desarrollo para depuración de los programas de los microcontroladores e imprescindible para aplicaciones profesionales. Finalmente, una impresora y herramientas diversas de laboratorio para la manipulación de los sensores y equipos electrónicos, son inversiones indispensables.




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Inversiones en Software

Sistema Operativo Windows XP Profesional 300 € Programas de Ofimática

Office XP Proffesional 500 €

Adobe Acrobat Composer 5.0 500 € Programas de Ingeniería

Visual Basic 5.0 250 €

Labview 6i 800 € Compilador PCW 150 €

Diseño y mantenimiento página web

Ultradev Dreamveawer 5.0 350 € Cute FTP 4.3 100 €

TOTAL: 2.950 €

Tabla 5 – Inversiones en Software

Las inversiones totales a realizar para este proyecto se obtendrán como la suma de las inversiones en equipos y las inversiones en software: Inversiones = 3.650 € (equipos) + 2.950 € (programas) = 6.600 €


ANÁLISIS FINANCIERO


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10. ANÁLISIS FINANCIERO En este capítulo se va a realizar el análisis financiero del proyecto en base a su posible comercialización. Como paso previo, se va a mostrar un análisis del mercado para justificar las cifras de venta de estaciones que se manejarán al realizar el análisis de rentabilidad. 10.1 Análisis de Mercado Para hacer la estimación de mercado de este proyecto se van a tratar tres aspectos:

• Ámbito geográfico • Mercado al que va dirigido • Cuota de mercado

En principio no se considera la venta de subproductos, sólo se va a comercializar la estación completa. Ello es debido, a que los sensores desarrollados para la estación, están preparados para su manejo específico por la estación meteorológica inteligente, no siendo válidos para su empleo en otros equipos o estaciones meteorológicas tradicionales. 10.1.1 Ámbito Geográfico La primera fase de desarrollo del proyecto tienen como objetivo centrarse en el mercado del País Vasco. Ya se posee acuerdo con dos empresas vascas interesadas en adquirir este tipo de estación. En principio se estima que el ciclo de vida de este producto puede ser largo, pudiendo extenderse a cinco e incluso a diez años. En función de los resultados obtenidos y de la aceptación del mercado, una segunda fase pasaría por ampliar la distribución de estaciones meteorológicas a todo el territorio nacional. Esto implicaría crear un Servicio Meteorológico completo a nivel nacional, algo que sería muy positivo para la sociedad, y que requeriría el manejo de una gran cantidad de información.




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10.1.2 Mercado al que va dirigido La estación meteorológica que se pretende desarrollar tiene diversas áreas de mercado: empresas privadas, organismos gubernamentales y clientes particulares. Muchas empresas privadas requieren abundante información meteorológica como paso previo al comienzo de sus actividades. Tanto la construcción de aeropuertos, como el desarrollo de parques eólicos y centrales solares, pasan por una etapa previa de recogida de datos, puesto que es fundamental que las condiciones atmosféricas sean idóneas. Cuanta más abundante sea la información de que se disponga, mejor podrá hacerse el estudio y mejor será el emplazamiento seleccionado, el cual tiene importantes repercusiones económicas para estas empresas. Los organismos gubernamentales deben facilitar a la ciudadanía la mayor cantidad de información meteorológica, labor que actualmente podría realizarse eficientemente mediante Internet. El objeto final de esta información es múltiple y siempre útil. Puede ser un modo de aumentar la seguridad vial ya que permitiría comprobar la climatología completa de las rutas por las que se va a viajar. Una red amplia de estaciones meteorológicas y una información centralizada permitiría ver la evolución de las borrascas, así como la dirección o progresión que adquieren las tormentas. La solución global que plantea la tecnología que se va a desarrollar en este proyecto hace que sea un producto idóneo para su adquisición por organismos gubernamentales. Además, para el pago de indemnizaciones por gobiernos y aseguradoras ante daños causados por fenómenos atmosféricos anormales, hacen falta certificados oficiales de las condiciones climatológicas. Clientes particulares como ganaderos o agricultores, encontrarían interesante este tipo de estación, puesto que podrían adaptarla para que realizara las mediciones que necesitan y con bajo coste. Los clientes particulares no constituyen actualmente un mercado potencial de estaciones meteorológicas.




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10.1.3 Cuota de Mercado Es difícil estimar la cuota de mercado que puede alcanzar este proyecto, puesto que el mercado actual de estaciones meteorológicas es bastante pobre. Esto se debe a su alto precio, difícil instalación, mantenimiento y recogida de datos. Estos problemas se verían solventados con el proyecto actual. El bajo coste y sencillez de manejo de las estaciones que se van a desarrollar en este proyecto, pudieran permitir que en unos pocos años aumentara considerablemente el número de estaciones meteorológicas en el País Vasco. Actualmente hay 92 estaciones instaladas en el País Vasco. Vizcaya tiene una superficie de 2.217 Km2 , Guipúzcoa de 1.997 Km2 y Álava de 3.047 Km2 . En total suman 7.261 Km2 . Esto significa que la densidad de estaciones meteorológicas es de 1 estación cada 79 Km2 (suponiendo que estuvieran uniformemente repartidas). Estas distancias son insuficientes para poder estudiar con detalle el microclima e instalar un Servicio Meteorológico de precisión. Estimo, que para que estas dos condiciones se cumplieran debiera haber una estación meteorológica como mínimo cada 15 Km2 . Esto nos llevaría a instalar 485 estaciones meteorológicas en el País Vasco, de las cuales ya hay instaladas 92. De este modo, aparece un mercado de 393 estaciones meteorológicas, en las cuales se tendría una buena posición si este proyecto se realiza en su plenitud. Estimo que la cuota de mercado podía llegar al 50%, lo que supondría la venta de 197 estaciones. El precio medio de la estación puede oscilar entre los 300 € y los 1.500 €, en función de lo completa que se quiera la estación. Suponiendo un precio medio de venta de 700 €, las ventas ascenderían a: Ventas = 700 € * 197 estaciones = 137.900 €




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10.2 Análisis de Rentabilidad La estación meteorológica, al ser modular, puede tener un precio variable entre los 300 € y los 1.200 €, en función de la cantidad de prestaciones que quieran añadirse. Se va a trabajar con un precio medio e 700 € por estación. La tecnología que se va a desarrollar en este proyecto, se irá incorporando al mercado gradualmente, según vayan obteniéndose buenos resultados y las empresas e instituciones conozcan el proyecto y confíen en él. Por ello, el ciclo de vida puede extenderse a varios años, e ir aumentando en rentabilidad según vaya pasando el tiempo. Para realizar un estudio concreto, se va a elaborar el análisis de rentabilidad del proyecto para el primer año del ciclo de vida. Las cifras de unidades vendidas que se han manejado en el análisis de mercado, contemplan completar el ciclo de vida el producto y llegar a una cantidad de ventas en el País Vasco ideal. Se va a realizar un estudio más realista para el primer año, en el que se considerará que el total de unidades vendidas (desde el sexto hasta el duodécimo mes) sea de 80. Total unidades vendidas primer año = 80 Ventas = Total unidades * Precio medio venta de estación = 80 * 700 € = 56.000 € El payback será: Payback = Ventas / (Costes Proyecto + Costes(materiales + MO) de 80 estaciones + Inversiones) Los costes de materiales y mano de obra para una estación meteorológica con el equipamiento medio se estiman como: Mano de obra = 2 horas * 30 €/hora = 60 € Materiales = 180 € Payback = 56.000 / (24.990 + ((180 + 60) * 80) + 6.600) = 1,11




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El dato del Payback para el primer año de vida el producto es mayor que uno, por lo que el proyecto parece rentable. Además, en el caso de que se diera una buena aceptación del producto en el mercado, en los años posteriores las ventas aumentarían y también se ampliaría el mercado a otras comunidades autónomas. Se va a analizar el TIR para un año. Se van a introducir los costes durante los cinco primeros meses (tiempo en el que se finaliza el proyecto). Se van a repartir los costes según el reparto cronológico de tareas estudiado en el EDP y de fácil visualización en el Gant. El sumatorio de los costes de estos primeros cinco meses coincidirá con la cifra de 24.990 €. Las inversiones se aplicarán en su totalidad en el primer mes, puesto que es necesario adquirir todos estos bienes como paso previo a la puesta en marcha del proyecto. Se va a suponer que las ventas se realizan de manera periódica durante los siete meses que faltan para finalizar el año desde que se acaba el proyecto. De este modo mensualmente tenemos: Ventas = 700 € * (80/7) = 8.000 € al mes Costes (materiales + MO) = (180+60)*(80/7) = 2.742 € al mes Ventas – Costes (materiales + MO) = 8.000 € - 2.742 € = 5.258 € al mes

Meses Concepto Cantidad TIR 1 Inversiones + Costes Proyecto -10.600 € 2,43% 2 Costes Proyecto -6.000 € 3 Costes Proyecto -5.500 € 4 Costes Proyecto -4.100 € 5 Costes Proyecto -5.390 € 6 Ventas - Costes(mat + MO) 5.258 € 7 Ventas - Costes(mat + MO) 5.258 € 8 Ventas - Costes(mat + MO) 5.258 € 9 Ventas - Costes(mat + MO) 5.258 €

10 Ventas - Costes(mat + MO) 5.258 € 11 Ventas - Costes(mat + MO) 5.258 € 12 Ventas - Costes(mat + MO) 5.258 €

TOTAL: 5.216 €

Tabla 6 – Análisis mensual El TIR anual será:




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TIRan = (1 + TIRmen)12 – 1 TIRan = 33,23% Tanto el TIR mensual como el TIR anual son altamente positivos, sobre todo teniendo en cuenta que el interés básico del dinero se considera el 5%. El proyecto es rentable.

10.3 Estudio de Sensibilidad En la siguiente tabla se recogen los resultados de los cinco tipos de incertidumbres estudiadas:

Incertidumbres Payback TIR mensual TIR anual Coste materiales +20% 1,04 1,12% 14,3% Nº de horas +20% 1,072 1,30% 16,76% Coste inversiones +30% 1,062 1,42% 18,43% Pv unitario –20% 0,22 -1,87% -20,27% Nº unidades –30% 0,87 -6,63% -55,928%

Tabla 7 - Sensibilidad Un incremento del coste de materiales del 20%, provoca una importante caída del rendimiento del proyecto, si bien éste sigue siendo rentable. Debido a que la estación meteorológica está concebida para ser un equipo que se venda a bajo coste, será fundamental la tarea de selección de componentes y sensores, ya que estos no deben sobrepasar en exceso las cantidades presupuestadas. Un incremento del número de horas, provoca en el proyecto un efecto similar al del incremento del coste, aunque menos atenuado. Esto puede verse analizando el TIR y el Payback. Ambos son menores que en las condiciones iniciales, pero mayores que en el caso del incremento del coste de materiales. El incremento en el coste de inversiones, es la incertidumbre que tiene menor impacto sobre el proyecto. Esto se debe, a que la cantidad de dinero que este proyecto requiere en inversiones, no es excesivamente elevada.




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Un descenso del precio de venta unitario tiene un efecto drástico sobre la rentabilidad del proyecto, al menos durante el primer año de su ciclo de vida. El Payback se sitúa por debajo del 1 y el TIR se vuelve negativo. Es una situación que no debemos permitir, por lo que deberán mantenerse los precios estimados para las estaciones. Un decremento de las unidades vendidas, es otro factor con graves consecuencias. El payback resulta menos bajo que en el caso anterior, aunque el TIR se vuelve muy negativo. El proyecto es muy sensible al número de unidades que se vayan a vender, por lo que en análisis de mercado resulta fundamental en este proyecto, para poder decidir si realmente se van a cubrir las ventas previstas o hay riesgo de estar muy por debajo de lo considerado.




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ACRÓNIMOS Y DEFINICIONES GSM: Global System for Mobile. Es un sistema estándar para comunicación utilizando teléfonos móviles que incorporan tecnología digital. Evaporación: Cambio de estado consistente en el paso de un líquido al estado de vapor, que tiene lugar de forma gradual, sólo en la superficie del líquido y a temperatura inferior a la de ebullición. Presión atmosférica: Presión que ejerce la atmósfera sobre los cuerpos sumergidos en ella. Humedad: Cantidad de vapor de agua contenido en el aire, en un lugar e instante determinados Microcontrolador: circuito integrado programable, de estructura cerrada, capaz de resolver tareas sencillas. EEPROM: tipo de memoria borrable y grabable eléctricamente. Emulador en circuito: equipo de desarrollo para microcontroladores, que permite simular el comportamiento del circuito integrado desde el propio circuito electrónico en el que será insertado. PCB: placa virgen a partir de la cual se obtienen esquemas electrónicos por métodos fotoquímicos. Anemómetro: Aparato utilizado para medir la velocidad o fuerza viento. Higrómetro: Aparato utilizado para medir la humedad del aire. C.I.: circuito integrado

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1. INTRODUCCIÓN estación Servicio Meteorológico microclimasd65623017f9d6b92.jimcontent.com/.../module/1981445118/name/ESTACION.pdf · Universidad de Deusto . . . . Facultad de