Artículo Científico / Scientific Paper |
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pISSN: 1390-650X / eISSN: 1390-860X |
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José Ignacio Vega-Luna1,*, Mario Alberto Lagos-Acosta1, Gerardo Salgado-Guzmán1 |
Resumen |
Abstract |
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Se presenta un sistema de monitoreo remoto de sensores de monóxido de carbono (CO) en un hospital usando transceptores Long-Range. Un gas altamente tóxico que no puede ser detectado por el ser humano y que causa daños en la salud es el CO. Existen zonas de hospitales donde la pureza del aire es mayor a 90 % y es monitoreada continuamente. El objetivo de este trabajo fue diseñar un sistema inalámbrico que reporte a un servidor ubicado en la Internet los niveles de concentración de CO de diez sensores dispuestos en áreas de un hospital. Se implantó una red de área amplia de bajo consumo de energía, o LPWAN por sus siglas en inglés, utilizando diez transceptores de tecnología Long-Range y un gateway. Cada nodo de la LPWAN consta de un sensor de CO, un módulo de sistema de posicionamiento global, un display de cristal líquido de cuarzo, un generador de alerta, un microcontrolador y un transceptor Long-Range. Los nodos transmiten los niveles de CO al gateway y este los envía al servidor. Al detectarse un nivel de CO mayor a un valor de umbral se activa una alerta. El sistema detecta concentraciones de CO de 10 a 1000 ppm. El nodo de la red más lejano se encuentra a 1200 metros del gateway y el alcance logrado fue 11,8 kilómetros. |
A remote monitoring system for carbon monoxide (CO) sensors is presented in a hospital using Long-Range transceivers. A highly toxic gas that can’t be detected by humans and causes health damage is CO. There are hospital areas where air purity is greater than 90% and monitored continuously. The objective of this work was to design a wireless system that reports to a server located on the Internet the concentration levels of CO of ten sensors arranged in areas of a hospital. A low-power wide area network (LPWAN) was deployed using ten Long-Range technology transceivers and a gateway. Each node of the LPWAN consists of a CO sensor, a global positioning system module, a quartz liquid crystal display, an alert generator, a microcontroller and a Long-Range transceiver. The nodes transmit the CO levels to the gateway and the gateway sends them to the server. When a CO level higher than a threshold value is detected, an alert is triggered. The system detects CO concentrations of 10 to 1,000 ppm. The farthest network node is located 1,200 meters from the gateway and the range achieved was 11.8 Kilometers.
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1,* Área de Sistemas Digitales, Departamento de Electrónica, Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco, Cd. de México, México. Autor para correspondencia : vlji@correo.azc.uam.mx. http://orcid.org/0000-0002-4226-2936, http://orcid.org/0000-0003-0455-007X, http://orcid.org/0000-0002-0581-7410.
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Figura 1. Diagrama de bloques del sistema.
2.1. La LPWAN
Se implantó una LPWAN formada por cinco nodos de la red y un gateway. Los nodos tienen la arquitectura indicada en el diagrama de bloques de la Figura 2. Cada nodo está compuesto por los siguientes elementos: el sensor de CO, el display LCD, el módulo GPS, el generador de alarma, el microcontrolador y el transceptor LoRa.
Figura 2. Diagrama de bloques de los nodos de la LPWAN. |
La principal función de los nodos de la red es colectar periódicamente los valores de CO, por medio del sensor conectado al nodo, y transmitirlos al gateway. El periodo de recolección es por defecto 30 segundos y es configurable en la interfaz de usuario. El sensor de CO instalado en los diferentes pisos del hospital es el dispositivo MQ-9. Este sensor es de tipo electrolítico sólido, de bajo costo, baja dependencia de la humedad, baja conductividad en ambientes de aire limpio y detecta la presencia de monóxido de carbono, metano (CH4), propano y gas LP en el aire. Puede realizar medidas de monóxido de carbono en el rango de 10 a 1000 ppm y de metano o gas LP en el rango de 100 a 10 000 ppm, siendo ideal para aplicaciones de control de pureza del aire en interiores. Está construido con los siguientes elementos: un microtubo de cerámica Al2O3, una capa sensible de dióxido de estaño (SnO2), un electrodo de medida y un calentador, todos ellos instalados en un encapsulado de plástico y una malla de acero inoxidable. El calentador genera la temperatura necesaria para el trabajo de los componentes sensibles. La conductividad del sensor aumenta conforme crece la concentración de CO en el ambiente. En la Figura 3 se muestra el sensor MQ-9 usado en este módulo, el cual cuenta con cuatro terminales: una se conecta al voltaje de alimentación 5 V, otra se usa para suministrar el voltaje al calentador, la tercera terminal es tierra y la última terminal es la salida analógica (AO).
Figura 3. Sensor MQ-9. |
Figura 4. Circuito de prueba y calibración del sensor MQ-9.
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Figura 5. Diagrama de flujo de la programación del microcontrolador.
Figura 6. Interfaz de usuario. |
Figura 7. Alcance del transceptor LL-RXR-27.
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