ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA INFORMÁTICA INGENIERÍA INFORMÁTICA – GRADO EN INGENIERÍA DE COMPUTADORES Sistema embebido para recolección de datos ambientales alojado en bicicletas de uso público. Realizado por ABDESSAMAD EL ABBASSI HAMIDI Dirigido por DANIEL CAGIGAS MUÑIZ Departamento ARQUITECTURA Y TECNOLOGÍA DE COMPUTADORES Sevilla, 11 Septiembre de 2014 1 2 Contenido ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................ 5 INTRODUCCIÓN .................................................................................. 6 Motivación ..................................................................................... 6 Objetivos........................................................................................ 6 Análisis de requisitos ...................................................................... 7 DESARROLLO DEL SISTEMA ................................................................. 15 Introducción .................................................................................. 15 Desarrollo hardware ....................................................................... 20 Sistema de montaje y Alimentación .............................................. 20 Microcontrolador Cortex-M3 NXP LPC1768 .................................... 21 Introduccion ............................................................................ 21 Características LPC1768 ............................................................ 24 Sensores de gases resistivos ......................................................... 25 Sensor de humedad y temperatura ............................................... 33 Módulo uBlox GPS ....................................................................... 38 Acelerómetro .............................................................................. 40 Modem 3G USB ........................................................................... 42 Conversor USB Serial ................................................................... 47 Desarrollo software ........................................................................ 48 Introducción ............................................................................... 48 Descripción de librerías ............................................................... 51 Mbed-RTOS. ............................................................................. 51 USBHost .................................................................................. 52 VodafoneUSBModem ................................................................ 52 HTTPCient ................................................................................ 53 Descripción de tareas .................................................................. 54 Descripción sensores ................................................................... 56 Descripción protocolos ................................................................ 57 Protocolo RHT03....................................................................... 57 3 Módulo GPS ............................................................................. 61 PRUEBAS Y DIFICULTADES ENCOTRADAS ............................................. 64 Diseño de pruebas ......................................................................... 64 Resultado de pruebas .................................................................... 67 Dificultades ................................................................................... 72 ANÁLISIS TEMPORAL Y COSTE DE DESARROLLO ..................................... 72 CONCLUSIONES Y POSIBLES MEJORAS .................................................. 74 GLOSARIO DE TÉRMINOS .................................................................... 75 ANEXOS............................................................................................ 76 Instalación del entorno de desarrollo .............................................. 76 Openocd ..................................................................................... 76 GCC ARM .................................................................................... 78 GNU ARM Eclipse Plugin. .............................................................. 78 Indicaciones para añadir nuevo Modem USB ..................................... 79 Descripción Conexiones Junta de desarrollo LPC1768 ....................... 80 REFERENCIAS .................................................................................... 80 4 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 estación de bicicletas Sevici ................................................. 10 Figura 2 configuración sistema M2M .................................................. 13 Figura 3 IDE Mbed online .................................................................. 18 Figura 4 Entrada alimentación del sistema ......................................... 20 Figura 5 Junta de desarrolo LPC1768 .................................................. 22 Figura 6 arquitectura Mbed NXP LPC1768 ........................................... 23 Figura 7 características típicas de un sensor de gas semiconductor; a) Respuesta transitoria; b) Dependencia de la respuesta con la temperatura; c) Dependencia de la resistencia con la concentración de gas .................................................................................................. 28 Figura 8 Sensor MQ- 5 ...................................................................... 29 Figura 9 Esquematico Sensor MQ- 5 ................................................... 30 Figura 10 conexión Sensor MQ- 5 ...................................................... 30 Figura 11 Sensor MQ- 7 ..................................................................... 31 Figura 12 ciclo precalentamiento MQ-7 .............................................. 32 Figura 13 esquematico sensor MQ - 7 ................................................ 33 Figura 14 Conexion MQ- 7 ................................................................. 33 Figura 15 Sensor MHT03 ................................................................... 34 Figura 16 Secuencia de comunicacion serie del MHT03 ....................... 35 Figura 17 iniciación Comunicación MHT03 .......................................... 36 Figura 18 transmisión "0" MHT03 ...................................................... 36 Figura 19 Conexión MHT03 ................................................................ 37 Figura 20 Módulo GPS u-Blox ............................................................ 38 Figura 21 Descripción de pines Modulo GPS ....................................... 39 Figura 22 Conexión módulo GPS ........................................................ 39 Figura 23 acelerómetro MMA8452 ..................................................... 40 Figura 24 Conexión MMA8452 ........................................................... 41 Figura 25 Modem K3770 vodafone ..................................................... 42 Figura 26 Configuracion low speed con resistencia 1.5 k pull Up ......... 45 Figura 27 Configuración full speed con resistencia de 1.5k de pull up .. 46 Figura 28 Configuración recomendada NXP USB Host .......................... 46 Figura 29 Configuración USB Hsot para Modem 3G ............................. 47 Figura 30 Arquitectura SDK Mbed ...................................................... 49 Figura 31 Directorios mbed ............................................................... 49 Figura 32 Configuracion sistem de pruebas ........................................ 65 Figura 33 Descripción de pines LPC .................................................... 80 5 INTRODUCCIÓN Motivación El presente proyecto ha sido llevado a cabo dentro un marco interdisciplinar dentro del proyecto Sinergias (http://personal.us.es/mcromerot/sinergia/). Se pretende desarrollar un primer prototipo hardware para la adquisición de datos medioambientales y contaminación en el aire en tiempo real. Dicho sistema estará alojado en bicicletas móviles por todo una ciudad, un ejemplo de ello es el servicio de biciclet as en la ciudad de Sevilla, el cual se ha mantenido como destino del dispositivo final. De modo que entre todo los dispositivos alojado en la red de bicicletas de la ciudad forman una red de sensores que permitirá obtener datos medioambientales en tiempo real de gran utilidad para realizar estudios medioambientales, monitorización de concentración de gases contaminantes en distintas zonas de la ciudad, así como detectar los intervalos de tiempo en los que estos son altos, de modo como resultado también puede ser un servicio muy importante para los ciudadanos, como es un sistemas de alertas de zonas con concentración alta de agentes contaminantes peligrosos para la salud. Sin mencionar el valor añadido que tendría un sistema como este en la ciudad de Sevilla, el cual daría un gran paso al concepto de Smart City. Objetivos El principal objetivo de este proyecto es el diseño e implementación de un prototipo hardware basado en microcontrolador para la recogida y envío en tiempo real de los datos medioambientales y gases 6 contaminantes a un servidor remoto, sin olvidar el objetivo personal y académico de aprendizaje sobre las tecnologías utilizadas que permitan complementar y profundizar en los conocimientos adquiridos durante los años del grado en ingeniería de computadores. Este objetivo puede desglosarse en las siguientes tareas: - Estudio de las distintas soluciones tecnologías disponibles para determinar el tipo de sistema y tecnologías más adecuadas para el sistema.