Maestría en Sistemas Embebidos

Presentación de Trabajo Final

Red de sensores inteligentes inalámbricospara el monitoreo de estructuras civiles

Esp. Ing. Marcelo Pistarelli

Director:Mtr. Ing. Rosa Corti

Jurados:Dr. Ing. Pablo Martín Gomez

Dr. Ing. Roberto MartínezIng. Marcelo Romeo

1Origen de vibraciones

I Tráfico de vehículos.

I Cercanía a vías de tren.

I Zonas de gran actividad industrial.

I Zonas de actividad minera.

1Origen de vibraciones

I Tráfico de vehículos.

I Cercanía a vías de tren.

I Zonas de gran actividad industrial.

I Zonas de actividad minera.

1Origen de vibraciones

I Tráfico de vehículos.

I Cercanía a vías de tren.

I Zonas de gran actividad industrial.

I Zonas de actividad minera.

1Origen de vibraciones

I Tráfico de vehículos.

I Cercanía a vías de tren.

I Zonas de gran actividad industrial.

I Zonas de actividad minera.

2Efecto de las vibraciones

I Daño en lasestructuras.

I Molestia en laspersonas.

2Efecto de las vibraciones

I Daño en lasestructuras.

I Molestia en laspersonas.

3Motivación

I Instituto de Mecánica Aplicada yEstructuras (IMAE).

I Pruebas de capacidad estructural.

I Peritajes de estructuras.

I Efecto de vibraciones en suelos,estructuras y personas.

3Motivación

I Instituto de Mecánica Aplicada yEstructuras (IMAE).

I Pruebas de capacidad estructural.

I Peritajes de estructuras.

I Efecto de vibraciones en suelos,estructuras y personas.

3Motivación

I Instituto de Mecánica Aplicada yEstructuras (IMAE).

I Pruebas de capacidad estructural.

I Peritajes de estructuras.

I Efecto de vibraciones en suelos,estructuras y personas.

3Motivación

I Instituto de Mecánica Aplicada yEstructuras (IMAE).

I Pruebas de capacidad estructural.

I Peritajes de estructuras.

I Efecto de vibraciones en suelos,estructuras y personas.

4Motivación

I Captura de datosrequiere notebookconectada.

I Distancia limitada a4 m por cables.

I Sin umbrales dedisparo.

I Alto costo.

4Motivación

I Captura de datosrequiere notebookconectada.

I Distancia limitada a4 m por cables.

I Sin umbrales dedisparo.

I Alto costo.

4Motivación

I Captura de datosrequiere notebookconectada.

I Distancia limitada a4 m por cables.

I Sin umbrales dedisparo.

I Alto costo.

4Motivación

I Captura de datosrequiere notebookconectada.

I Distancia limitada a4 m por cables.

I Sin umbrales dedisparo.

I Alto costo.

5Solución propuesta

6Esquema de tecnologías

7Hardware del nodo sensor

8Hardware nodo sensor

9Firmware nodo sensor

10Hardware adaptador USB-LoRa

11Firmware adaptador USB-LoRa

12Drivers

I Acelerómetro.

I Reloj de adquisición.I Almacenamiento externo.I GPS.I Control de energía.I LoRa.I Almacenamiento interno.

12Drivers

I Acelerómetro.I Reloj de adquisición.

I Almacenamiento externo.I GPS.I Control de energía.I LoRa.I Almacenamiento interno.

12Drivers

I Acelerómetro.I Reloj de adquisición.I Almacenamiento externo.

I GPS.I Control de energía.I LoRa.I Almacenamiento interno.

12Drivers

I Acelerómetro.I Reloj de adquisición.I Almacenamiento externo.I GPS.

I Control de energía.I LoRa.I Almacenamiento interno.

12Drivers

I Acelerómetro.I Reloj de adquisición.I Almacenamiento externo.I GPS.I Control de energía.

I LoRa.I Almacenamiento interno.

12Drivers

I Acelerómetro.I Reloj de adquisición.I Almacenamiento externo.I GPS.I Control de energía.I LoRa.

I Almacenamiento interno.

12Drivers

I Acelerómetro.I Reloj de adquisición.I Almacenamiento externo.I GPS.I Control de energía.I LoRa.I Almacenamiento interno.

13Tareas

I Tarea acelerómetro.

I Tarea USB.I Tarea almacenamiento.I Tarea GPS.I Tarea comunicación LoRa.I Tarea monitoreo de batería.

13Tareas

I Tarea acelerómetro.I Tarea USB.

I Tarea almacenamiento.I Tarea GPS.I Tarea comunicación LoRa.I Tarea monitoreo de batería.

13Tareas

I Tarea acelerómetro.I Tarea USB.I Tarea almacenamiento.

I Tarea GPS.I Tarea comunicación LoRa.I Tarea monitoreo de batería.

13Tareas

I Tarea acelerómetro.I Tarea USB.I Tarea almacenamiento.I Tarea GPS.

I Tarea comunicación LoRa.I Tarea monitoreo de batería.

13Tareas

I Tarea acelerómetro.I Tarea USB.I Tarea almacenamiento.I Tarea GPS.I Tarea comunicación LoRa.

I Tarea monitoreo de batería.

13Tareas

I Tarea acelerómetro.I Tarea USB.I Tarea almacenamiento.I Tarea GPS.I Tarea comunicación LoRa.I Tarea monitoreo de batería.

14Modos de disparo

I Deshabilitado.

I Free-run.

I Amplitud.

I Por amplitud en banda frecuencialANSI S1.11.

14Modos de disparo

I Deshabilitado.

I Free-run.

I Amplitud.

I Por amplitud en banda frecuencialANSI S1.11.

14Modos de disparo

I Deshabilitado.

I Free-run.

I Amplitud.

I Por amplitud en banda frecuencialANSI S1.11.

14Modos de disparo

I Deshabilitado.

I Free-run.

I Amplitud.

I Por amplitud en banda frecuencialANSI S1.11.

15Banco de filtros ANSI S1.11

16Sincronismo por GPS

17Resultados de sincronismo por GPS

Medición RiseDelay (ns)

1 10,802 -24,403 -22,404 8,005 16,806 40,007 55,208 24,809 -14,0010 8,80

Tiempo absoluto de retardo promedio de 24,04 ns � 977 ns.

18Sincronismo por LVDS

19Resultados de sincronismo por LVDS

Medición RiseDelay (ns)

1 240,002 100,003 120,004 200,005 120,006 110,007 70,008 140,009 140,00

10 190,00

Tiempo de retardo promedio de 143 ns � 977 ns.

20Validación con acelerómetro patrón

Maqueta con perfil IPN100 utilizado para las mediciones.

21Validación con acelerómetro patrón

Nodo sensor montado sobre el perfil IPN100.

22Validación con acelerómetro patrón

Acelerómetro montado bajo el perfil IPN100, colineal con elnodo sensor.

23Dominio temporal

Nodo sensor

Acelerómetropatrón

24Dominio frecuencial

Nodo sensor

Acelerómetropatrón

25Modos de vibración

I Cinco primeros modos de vibración obtenidos por el IMAEde un modelo matemático del perfil IPN100.

I Contrastados con los medidos con el nodo sensor yacelerómetro patrón.

I Modos 1, 2, 3 y 5 coinciden de manera exacta entre lossensores.

Modo Frecuencia modelo matemático (Hz) Frecuencia nodo sensor (Hz) Frecuencia acelerómetro patrón (Hz)

1 2,975 2,967 2,9672 7,332 7,149 7,1493 16,059 15,84 15,844 32,637 29,553 32,525 51,894 50,3 50,3

25Modos de vibración

I Cinco primeros modos de vibración obtenidos por el IMAEde un modelo matemático del perfil IPN100.

I Contrastados con los medidos con el nodo sensor yacelerómetro patrón.

I Modos 1, 2, 3 y 5 coinciden de manera exacta entre lossensores.

Modo Frecuencia modelo matemático (Hz) Frecuencia nodo sensor (Hz) Frecuencia acelerómetro patrón (Hz)

1 2,975 2,967 2,9672 7,332 7,149 7,1493 16,059 15,84 15,844 32,637 29,553 32,525 51,894 50,3 50,3

25Modos de vibración

I Cinco primeros modos de vibración obtenidos por el IMAEde un modelo matemático del perfil IPN100.

I Contrastados con los medidos con el nodo sensor yacelerómetro patrón.

I Modos 1, 2, 3 y 5 coinciden de manera exacta entre lossensores.

Modo Frecuencia modelo matemático (Hz) Frecuencia nodo sensor (Hz) Frecuencia acelerómetro patrón (Hz)

1 2,975 2,967 2,9672 7,332 7,149 7,1493 16,059 15,84 15,844 32,637 29,553 32,525 51,894 50,3 50,3

26Conclusiones

I Desarrollo de tres PCB distintos (dos enel nodo sensor y uno en adaptadorUSB-LoRa).

I Desarrollo de sistema operativo entiempo real para Cortex-M3/M4.

I Aplicación de los conocimientosadquiridos en la carrera.

I Implementación y validación de sistemade sincronismo por señal GPS.

26Conclusiones

I Desarrollo de tres PCB distintos (dos enel nodo sensor y uno en adaptadorUSB-LoRa).

I Desarrollo de sistema operativo entiempo real para Cortex-M3/M4.

I Aplicación de los conocimientosadquiridos en la carrera.

I Implementación y validación de sistemade sincronismo por señal GPS.

26Conclusiones

I Desarrollo de tres PCB distintos (dos enel nodo sensor y uno en adaptadorUSB-LoRa).

I Desarrollo de sistema operativo entiempo real para Cortex-M3/M4.

I Aplicación de los conocimientosadquiridos en la carrera.

I Implementación y validación de sistemade sincronismo por señal GPS.

26Conclusiones

I Desarrollo de tres PCB distintos (dos enel nodo sensor y uno en adaptadorUSB-LoRa).

I Desarrollo de sistema operativo entiempo real para Cortex-M3/M4.

I Aplicación de los conocimientosadquiridos en la carrera.

I Implementación y validación de sistemade sincronismo por señal GPS.

27Próximos pasos

I Desarrollo de una plataforma vibratoriaparametrizable.

I Calibración en un laboratorio del INTIconforme norma ISO 16063-21.

I Implementación de algoritmos decompresión de datos.

I Incorporación de entrada desincronismo externo.

I Implementación de algoritmos deencriptación de datos.

27Próximos pasos

I Desarrollo de una plataforma vibratoriaparametrizable.

I Calibración en un laboratorio del INTIconforme norma ISO 16063-21.

I Implementación de algoritmos decompresión de datos.

I Incorporación de entrada desincronismo externo.

I Implementación de algoritmos deencriptación de datos.

27Próximos pasos

I Desarrollo de una plataforma vibratoriaparametrizable.

I Calibración en un laboratorio del INTIconforme norma ISO 16063-21.

I Implementación de algoritmos decompresión de datos.

I Incorporación de entrada desincronismo externo.

I Implementación de algoritmos deencriptación de datos.

27Próximos pasos

I Desarrollo de una plataforma vibratoriaparametrizable.

I Calibración en un laboratorio del INTIconforme norma ISO 16063-21.

I Implementación de algoritmos decompresión de datos.

I Incorporación de entrada desincronismo externo.

I Implementación de algoritmos deencriptación de datos.

27Próximos pasos

I Desarrollo de una plataforma vibratoriaparametrizable.

I Calibración en un laboratorio del INTIconforme norma ISO 16063-21.

I Implementación de algoritmos decompresión de datos.

I Incorporación de entrada desincronismo externo.

I Implementación de algoritmos deencriptación de datos.

GraciasEsp. Ing. Marcelo Pistarelli