Sistema de alarma de incendios - Universitat Oberta de Catalunya
Contents
1. de Selecci n de alarma Alarma AM 5A62 0022120170617 03 27 06 MIBA62 0022 20120617 03 27 06 AM AE1110099 20120617 03 27 04 onfirmar gt La Ilustraci n 28 Di logo de confirmaci n de alarmas P gina 52 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz Por ultimo queda por describir los botones que aparecen al mostrar la pantalla de debug SEE so ons Ls Ilustraci n 29 Di logo de confirmaci n de alarmas Cada uno de ellos tiene una correspondencia directa con los comandos del int rprete de la aplicaci n mote BaseStationAppC mostrados en Ilustraci n 23 Comandos incorporados en el int rprete de la aplicaci n BaseStationAppC Bot n Comando u Identify print node id I lt CR gt GetConfig print net config G lt CR gt SetConfig change net config S 0x TSTSTTTTBSBSBTBT lt CR gt TSTS Hex Temp Sec Alarm TTTT Hex Temp TH Alarm BSBS Hex Batt Sec Alarm BTBT Hex Batt TH Alarm B Ping ping network P lt CR gt Reboot reboot Node R NNNN lt CR gt NNNN Hex node id Debug toggle debug D 0x DSDS lt CR gt DSDS Hex Debug Secs HELP Esta pantalla de ayuda H CR cambiar canal decimal 11 26 nn N CH CR ack alarma A B T M ALRM lt CR gt Batt T Temp M Manual ALRM hex alarm serial Ilustraci n 30 Botones de la ventana de debug P gina 53 de 57 Trabajo fin de carrera Siste2. TinyOS nesC WSN mote red inal mbrica 802 15 4 comunicaci n sin hilos alarma de incendios sistemas embebidos sistemas empotrados sensor RS 232 USB COU24 dom tica P gina 1 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz ndice de contenidos 1 INTRODUCCI N lt p E E E E A E E 6 AE eee EE EE EN I 6 lez DESCRIPCI N DELPROYS CT Osman 7 Tos SBIJENVOSDELPROVECDON DINI uei MU dea ee ed daneen eenen deedeetee 8 1 4 ENFOQUE Y METODO SEGUIDO nantes NE EE EEE EN EN 9 leo POSEN TO anita 10 ve FER EMPLEADO eee 13 EEE EEE EEE EEE BEE NE 13 MER noe EEE MNT 15 Vite PRODUCTOS OBTENIDOS i 15 a Aplicaci n mote para el sensor NAl NDNCO dci 19 b Aplicaci n mote para el coordinador de red eneen nen nnnenensennnsenenmeneermenen 15 c Aplicaci n de control para PC bata 16 1 8 DESCRIPCI N DE OTROS CAP TULOS DE LA MEMORIA ann aanoenen enen enen enen enenenennerenensenenenenenennn 17 ANTECEDENTE Sicilias 18 EE rois Nu 18 e eos 1197 0 0 trm 18 OO EE NR 19 JE i o ico iiio e SEE 21 e Entorosoperalvos o de desarrollo as 22 A a eee eee eee 22 Z2 PEER Nr 25 DESCRIPCION FUNGIONAL aa 27 SEE 1 51 Ko EE boat eee eer ee meenen 28 SEL de SIT SEEREN 28 b Subsistema de monitorizaci n de nivel de bater as ssec eene nnn 29 c Subsistema de monitorizaci n de CODErfura
3. Bot n que permite conectar y desconectar del mote coordinador Bot n que permite configurar los par metros operativos de la red de sensores Bot n que despliega la visualizaci n de mensajes enviados y recibidos al mote coordinador Ilustraci n 25 Botones de la ventana principal aplicaci n PC P gina 50 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz Si pulsamos en el segundo bot n de la tabla anterior nos aparecer el siguiente di logo de configuraci n de la red di Par metros de configuraci n de la red HostName IP Temperatura Ilustraci n 26 Di logo de configuraci n de par metros de red P gina 51 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz Al pulsar en el bot n se accede a una secci n oculta de la aplicaci n d Mote control 0099 025 20120617_03 53 00 0099 013D 20120617_03 55 10 Conectado al mote Ilustraci n 27 Pantalla principal con ventana de trazas activada En la secci n derecha podremos ver el intercambio de mensajes entre la aplicaci n y el mote coordinador de red La confirmaci n de alarmas se realiza haciendo doble clic sobre tabla de alarmas Si hay alarmas nos mostrar un di logo que permite seleccionar la alarma a confirmar como en la ilustraci n siguiente en caso de que no haya alarmas mostrar un mensaje No hay alarmas para confirmar
4. 03 08 Ap 03 09 03 10 03 11 03 12 03 13 03 14 03 15 03 16 03 17 Net Aplicaci n usuario mostrar alarma temperatura hora Notificaci n Cancelaci n alarma Cambio de muestreo TEMP ALARM Ayuda contextual de la aplicaci n Manual de instalaci n Script instalaci n aplicaci n usuario OPT Protocolo notificaci n cancelaci n alarma a la red Mote OPT Notificaciones sonoras OPT Medici n de la potencia prueba de cobertura dB OPT Protocolo de cambio din mico o manual del canal RF OPT Interface web del sistema Revisi n Documentaci n PAC3 Entrega PAC3 04 Memoria y Presentaci n TFC 04 01 04 02 04 03 Doc Elaboraci n Memoria Elaboraci n Presentaci n Entrega TFC Ilustraci n 2 Planificaci n Descomposici n en tareas segunda parte El diagrama de Gantt obtenido es 03 01 03 03 02 05 03 04 02 06 03 04 02 11 03 04 03 04 03 06 00 04 02 07 02 06 03 13 03 04 P gina 11 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz uraci Comienzo Fin Predec 19 mar 12 02 abr 12 16 abr 12 30 abr 12 14 may 12 28 may 12 28 03 07 11 15 19 23 27 31 04 08 12 16 20 24 28 02 06 10 14 18 22 26 30 03 o7 11 f 1 TFC Sistema de Alarma de incendios 92dias 2910242 14 0642 2 500 Propuesta e investigaci n TFC T as 29 0242 0710342 MER 00 01 Consulta
5. 16 30 1d a 05 05 12 06 05 12 2130 dia 07 0542 07 05 12 1d a 08 0542 08 05 12 1d a 09 0542 09 0542 1d a 10 05 42 10 05 12 30 32 a 2 d as 11 05 12 13 05 12 6 17 id 1d a 14 05 12 14 05 1216 a E 2dias 15 05 12 16 05 0239 i i i 2dias 171052 18 05 12 30 j po 03 16 Revisi n Documentaci n PAC3 2dias 19 05 12 21 05 12 p 03 17 Entrega PAC3 Odias 22 05 12 22 05 12 j amp 22105 04 Memoria y Presentaci n TFC Bz7dias 10 0442 14 0642 04 01 Elaboraci n Memoria 55 dias 10 04 12 12 06 12 es 04 02 Elaboraci n Presentaci n 7d as 07 06 12 14 06 12 j j j j a 04 03 Entrega TFC Odias 14 06 12 1406 2 E 4 oe Ilustraci n 3 Planificaci n Diagrama Gantt Pagina 12 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 1 6 Recursos empleados En este apartado enumeramos los recursos hardware y software empleados durante el proyecto a Recursos hardware e Ordenador port til Dell Latitude D620 Equipado con un procesador Core Duo con arquitectura de 32 bits y 4 GB de RAM con sistema operativo dual Windows XP SP2 y distribuci n linux OSIAN se destina en exclusiva a la realizaci n del proyecto Ilustraci n 4 Ordenador port til modelo Dell Latitude D620 P gina 13 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendi
6. 3 O Reconfig SendConfigRadio o S TT Yes send I RadioChannel AckAlarm Ilustraci n 21 BaseStationAppC funcionamiento P gina 36 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 4 2 Mote SensorAppC SensorAppC hace uso de los componentes enumerados en el apartado anterior y SU diagrama de funcionamiento es el que se detalla a continuaci n J Configure SendAlarm requestACK AckAlarm cancelAlarm Debug Reboot Ilustraci n 22 SensorAppC funcionamiento P gina 37 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 4 3 Mote Componentes En este apartado detallaremos los diferentes m dulos comandos que proporcionan y eventos generados Las aplicaciones BaseStationAppC y SensorAppC hacen uso de estos componentes llamando a los comandos y m todos publicos del componente o capturando los eventos AlarmRadio interface AlarmRadio command SCX ALARM getData command int16 t getRssi command void sendData uint16 t dstNode SCX ALARM data Events event void DataReceived event void DataSent event void PktAcked AskConfigRadio interface AskConfigRadio Commands command SCX ASK CONFIG getData command void sendData uint16 t dstNode SCX ASK CONFIG data Events event void DataReceived event void DataSent Bu
7. DI LOGO DE CONFIGURACI N DE PAR METROS DE RED noon soon enemies rsen esses ese senses 51 ILUSTRACI N 27 PANTALLA PRINCIPAL CON VENTANA DE TRAZAS ACTIVADA son onsen onensenensenonesenersenenersenersenenersenersen seen 52 P gina 4 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz ILUSTRACI N 28 DI LOGO DE CONFIRMACI N DE ALARMAS sseseeeeeeeneee eee messes sse sse sese ee ese see esse ese essere nun 52 ILUSTRACI N 29 DI LOGO DE CONFIRMACI N DE ALARMAS anos oen ones emnes sese esse sess ese see esse etes nun 53 ILUSTRACI N 30 BOTONES DE LA VENTANA DE DEBUG ceseeeeeenenene enne rsen ese se stesse sese sess sse sess sese s 53 ILUSTRACI N 31 EJEMPLO DE COMPILACI N E INSTALACI N DE C DIGO EN MOTE COU24 nonnen eneen ennen 54 ILUSTRACI N 32 EJEMPLO DE EJECUCI N DEL REDIRECTOR RS 232 TCP sunnnnnnnnnnnnnnvnnnvnnnnvnnnnnnennnnnnsnrunennnennvnnnnennnensnnnennn 55 P gina 5 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 1 Introducci n En este trabajo de fin de carrera se desarrollar un sistema de alarma de incendios que comprender varios elementos hardware Un mote actuar de sensor inal mbrico Un mote actuar de sensor coordinador de la red de sensores y puente de comunicaci n con la aplicaci n que se ejecuta en el ordenador Un ordenador ejecutar la aplicaci n de gesti n de alarmas Re
8. In lambrico Wireless Sensor Network Wireless Sensor Node Xscale Familias de micro controladores de la casa Intel l Especificaci n de protocolos de comunicaci n inal mbrica en entornos Zigbee WPAN P gina 47 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 9 Bibliografia 1 2 3 4 5 6 7 8 i i i i i i m l i i UOC 2010 Aro Embedded Systems Lab Home fecha de consulta 2011 09 19 lt http cv uoc edu app mediawiki14 gt Varios 2010 TinyOS Documentation Wiki fecha de consulta 2011 09 21 http docs tinyos net tinywiki index php Main Page gt LEVIS Philip y GAY David 2009 TinyOS Programming Cambridge University Press 282p ISBN 978 0521896061 FALUDI Robert 2010 Building Wireless Sensor Networks O Reilly Media 322p ISBN 978 0596807733 NXP Laboratories UK Ltd 2008 Low Complexity Antenna Diversity For IEEE 802 15 4 2 4 GHz PHY fecha de consulta 2011 10 04 lt http www jennic com files support files JN AN 1079 Coexistence of IEEE 802 15 4 In The 2 4GHz Band 1v0 pdf gt Zolertia Z1 2011 Z1 Platform fecha de consulta 2011 10 25 http www zolertia com ti Contiki OS 2012 The Contiki OS fecha de consulta 2012 06 20 http www contiki os org Wikipedia 2012 Glosario fecha de consulta 2012 06 23 http es wikipedia org P gi
9. New BSD license http www opensource org licenses bsd license php Plataforma desarrollo Aplicaci n de control Lazarus http www lazarus freepascal org http sourceforge net projects lazarus files Entorno de programaci n multiplataforma cl nico a delphi basado en FreePascal Licencia htp wiki lazarus freepascal org Lazarus FaqfLicensing gt gt LCL is licensed under the LGPL with an exception which gt gt allows you to link to it statically without releasing gt gt the source of your application Componentes para Lazarus http wiki freepascal org INet Conexi n TCP Licencia gt gt Net units units in lib and lazaruspackage gt gt directories are licensed under a modified LGPL gt gt license See file lnet LICENSE and lnet LICENSE ADDON http wiki freepascal org Uniquelnstance gt Control de una nica ejecuci n Licencia gt gt Modified LGPL http wiki freepascal org CmdLine gt Emulaci n de consola Debug Licencia gt gt LGPL Otro Software http Ipccomp bc ca remserial gt Redirecci n de puerto serie a TCP Licencia gt gt GNU GPL P gina 56 de 57
10. interface SensorAdc command error t askRead adc read t read what read type t kind command uint16 t getTempLastValue command uint16 t getValue Events event void BattReaded event void DBattReaded event void DPhotoReaded event void DTempReaded event void PhotoReaded event void TempReaded SensorHall interface SensorHall Events event void Notify lt hall state t gt SerialConsole interface SerialConsole Events event void Notify lt console command t gt P gina 40 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Wdt interface Wat command void enable command void force sensor delayed reboot uint16 t ms Jos Quintana Ruiz command void force sensor reboot P gina 41 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 5 Viabilidad t cnica El producto tal y como se ha entregado no se deber a comercializar aunque corrigiendo las carencias que se expondr n a continuaci n ser a viable Cumple los requisitos necesarios para realizar la implantaci n en cuanto a cantidad de nodos soportados No cumple un requisito no necesario para que el producto sea viable t cnicamente evitar colisiones de sensores con el mismo identificador en la red Respecto a este punto convendr a proporcionar un modo de autoconfiguraci n de identificador de nodo y tambi n ser a recomendable poder configurar con met
11. subsistema encargado de enviar reenviar y confirmar las alarmas recibidas tanto de temperatura manuales como de bater a baja Activa la confirmaci n de recepci n de alarmas de extremo a extremo asegurando la recepci n de alarmas al usuario que son reenviadas desde el nodo origen mientras no se haya recibido la confirmaci n de esa alarma concreta Dependiendo de cada uno de los subestados internos de este subsistema se actualizan las notificaciones visuales y sonoras P i i P i 9 i d gt TEMP_ALARM q ACK Web Interface Ilustraci n 13 Subsistema de alarmas P gina 28 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz b Subsistema de monitorizaci n de nivel de bater as Es el subsistema encargado de gestionar la recepci n de datos relativos a la carga de las bater as si no constituyen alarma Este sistema no garantiza la entrega de los datos Tampoco se gestionan confirmaciones de recepci n El env o se realiza peri dicamente si no se reciben datos de un nodo concreto durante un tiempo dado la aplicaci n de gesti n procede a la eliminaci n del nodo del interfaz de usuario Mn 7 gt 2 Nodo1 Ilustraci n 14 Subsistema de monitorizaci n de bater as P gina 29 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz c Subsistema de monitor
12. un desarrollo para luego aplicarlo a l neas de producci n Normalmente han sido desarrollados bien por los fabricantes hardware del micro controlador caso del mote Raven particulares o universidades Se detallan a continuaci n las caracter sticas de los motes m s conocidos obtenidos en su mayor a de la p gina de soporte TinyOS P gina 22 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz Sensor Node Name Program External Data Memory Memory Microcontroller Tranceiver Programming Atmel AT86RF230 802 15 4 ZigBee compliant radio Arago RAM 16 wos SystemsWiSMote MSP430F5437 CC2520 Kbytes Flash ME C Dev 256 Kbytes Kbytes Flash 128 Kbytes C E2PROM 4Kbytes soe COU24 ATmega 1281 8K RAM Arago SystemsWiSMote ABEL es ATMEGA128 RFA2 Mini ne AVRraven Atmel RENEE AtMega1284p 128 Kbytes E AEE wireless ATmega3290p AT86RF230 16 Kbytes 256 kB ADUC841 ETRX2 TELEGESIS ZigBit 4 Kbytes 62 COOKIES MSP430 868 915 Kbytes Hei E CC1000 300 1000 MHz with Atmel ATmega Chipcon CC1000 433 and nese BTnode 128L 8 MHz 915 MHz and Bluetooth 64 180 K RAM 8 MIPS 2 4 GHz Programming MSP430F149 TR1001 8 Mbit 8 Mbit 8 Mbit sensor Over air control readings 660 readings EyesIFX vi MSP430F149 TDA5250 868 MHz FSK EyesIFX v2 MSP430F1611 TDA5250 868 MHz FSK FlatMesh FM1 16 MHz 802 15 4 compliant FlatMesh FM2 16 MHz 80
13. 2 15 4 compliant PIC18LF8722 BiM 173 MHz FSK 64k RAM Aah C ARM core Bluetooth with the range of 512K ARM 7TDMI 12 Bluetooth with the range of 512K Marvell PXA271 amir a E FN 400 MHz P INDriva CS 03A14r2 Atmel ATmega IEEE 802 15 4 compliant XBee 128 KB FLASH Expansion C programming amp nesC Mee IAEA 128L 3 radios 4 KB RAM available compliant Atmel AT86RF230 128K Iris Mote ATmega 1281 802 15 4 ZigBee compliant 8K RAM Flash nesC radio 250 kbit s 2 4 GHz IEEE TI MSP430 802 15 4 Chipcon Wireless 10k RAM 48k Flash Transceiver ATmega 512K Mea 1034 MHz 8 bit RFM TR1000 radio 50 kbit s 128 4K RAM nesC Programming P gina 23 de 57 ATMEL COTS Microcontroller 916 MHz ATMEGA163 1K RAM SAU m Flash d 250 kbit s 2 4 GHz IEEE EPIC mote MSP430 802 15 4 Chipcon Wireless 10k RAM 48k Flash j Transceiver microcontroller CC2520 Mitsumi s class 2 pa Cones Bluetooth module 128k Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz CPU ATMEGA 128L Chipcon 868 916 MHz 4K RAM Sp Po ATMEGA 128 4K RAM AN Flash MicaZ meen PS Perside os 4K RAM SEN nesC compliant radio Flash Monnt WIT rec 368 900 MHz xean ow 384K 4K Atmel AT86RF230 802 15 4 Flash 2 Renesas M16C Bluetooth 2 0 31K RAM MB nesC C programming EEPROM NeoMote omega MD ere a de 4K RAM Lun nesC compliant radio Flash 64 kB TI CC2420 802 15 4 ZigBee 55kB Flash C programming um compliant
14. 8 GLOSARIO Contiene el glosario de t rminos usados en el proyecto Apartado 9 BIBLIOGRAF A Fuentes de informaci n consultadas para la realizaci n del proyecto Apartado 10 ANEXOS Contiene el manual de usuario las instrucciones de compilaci n del software y por ltimo las licencias identificadas de las se han hecho uso durante la realizaci n del proyecto P gina 17 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 2 Antecedentes 2 1 Estado del arte En el rea de los sistemas empotrados embebidos podemos encontrar multitud de opciones Estas opciones son muy amplias La selecci n de los diferentes par metros de cada uno de los componentes hace del disefio de una arquitectura basada en microcontrolador un estado del arte debido al disefio a medida que se realiza Empezaremos enumerando los principales par metros para la elecci n del microcontrolador selecci n de tipo de radio inal mbrica pila de comunicaciones usada sobre la radio f sica entorno operativo etc Continuaremos describiendo los WSN wireless sensor network conocidos en espa ol con el nombre de motes e Microcontrolador Los par metros b sicos para seleccionar una microcontrolador C son Familia del microcontrolador PIC Arm Xscale AVR MCS 31 51 MSP430 Rango de temperaturas de funcionamiento Frecuencia de reloj KHz GHz Tensi n de alimentaci n Tipo de a
15. MONITORIZACI N DE BATER AS cesses nennen nnnm ss assess ene 29 ILUSTRACI N 15 SUBSISTEMA DE MONITORIZACI N DE COBERTURA c esses enne ee esse sese esses sese nnn 30 ILUSTRACI N 16 COMUNICACIONES DE RED csccseoscousevcscossuvcusseutcucestecseccscutcucsccutersecstercscarsurceccstescsscscansecscarsuscsss 31 ILUSTRACI N 17 ESTRUCTURAS DE DATOS INTERCAMBIADAS EN LOS MENSAJES DE RED aaan oasen onsenensenenseenenensenenvenenensen 31 ILUSTRACI N 18 DIAGRAMA DE BLOQUES DE LA APLICACI N PC nernararnernernrnnrnernennrnanennsnernsnnsnnrnennsnennennsnnnnnnsnnnnennsnnenene 32 ILUSTRACI N 19 BASESTATIONAPPC USO DE COMPONENTES c esses ennemi mnes senses esee stesse sess sess seus 33 ILUSTRACI N 20 SENSORAPPC USO DE COMPONENTES ien aevo ib 33 ILUSTRACI N 21 BASESTATIONAPPC FUNCIONAMIENTO an oenen oon enne emen mesure esse esses se ese se esses sese sess en ia 36 ILUSTRACI N 22 SENSORAPPC FUNCIONAMIENTO eese eene nemen nennen sse esse esses esse esse esses ssa esses ses neun 37 ILUSTRACI N 23 COMANDOS INCORPORADOS EN EL INT RPRETE DE LA APLICACI N BASESTATIONAPPC sane en eenenenen 49 ILUSTRACI N 24 PANTALLA PRINCIPAL DE LA APLICACI N DE CONTROL sausen on onsenonsenenesenensenenersenensenenersenensensernenensens 50 ILUSTRACI N 25 BOTONES DE LA VENTANA PRINCIPAL APLICACI N PC aaneen ven oenenenveneneensnernsensenenernsensnenernsnsenenn 50 ILUSTRACI N 26
16. Sistema de Alarma de Incendios Jos Ignacio Quintana Ruiz Ingenieria T cnica en Inform tica de Sistemas Jordi B cares Ferr s Junio de 2 012 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz Resumen Este proyecto ha consistido en el desarrollo de un sistema de detecci n de alarma de incendios mediante dos sensores de red inal mbrica com nmente conocidos como motes o WSN modelo COU24 y un ordenador Las funciones de los motes est n diferenciadas uno de ellos realiza la funci n de sensor remoto y el otro adem s de la funci n de sensor se conecta al ordenador y coordina las comunicaciones entre la red inal mbrica y la aplicaci n de control Como sensor el mote monitoriza el estado de carga de las bater as la temperatura ambiente y la pulsaci n manual de un bot n Cuando se exceden los par metros configurados o se detecta la pulsaci n del bot n el sensor env a una alarma al coordinador de red Los estados del mote y del sistema de alarma se sefializan mediante los leds que los motes incorporan oe ha desarrollado una aplicaci n que muestra las alarmas recibidas y el estado de la red de sensores controla sus par metros operativos y permite confirmar la recepci n de alarmas La entrega de alarmas a la aplicaci n se garantiza mediante una confirmaci n de recepci n expl cita y en caso de no recibir dicha confirmaci n el sensor reenv a la alarma Palabras clave
17. Tambi n denominado C Combinaci n de varios componentes Micro controlador electr nicos para formar un ordenador en un solo chip Extensi n del lenguaje C usado en TinyOS Acr nimo de Open System Interconnection Familia de microcontroladores RISC del fabricante Microchip Acr nimo de Pulse Width Modulation PRAM Acronimo de Random Access Memory Memoria de acceso aleatorio ROM 1 Acr nimo de Read Only Memory Memoria de s lo lectura RS 232 Estandar de comunicaciones serie L RS 485 Estandar de comunicaciones serie diferencial Sensor Hall Sensor que detecta y mide campos magn ticos Sistemes embebidos Sistemas disefiados con un prop sito especifico en contraposici n a empotrados sistema de computaci n general Acr nimo de Serial Peripheral Interface Sistema operativo de red enfocado a programaci n de WSNs o motes Acr nimo de Universal Asynchronous Receiver Transmitter Acr nimo de Unified Modeling Language Lenguaje Unificado de Modelado Acr nimo de Universal Serial Bus Bus Universal Serie Arquitecturas de procesadores que usa la misma memoria para almacenar Von Neumann Harvard c digo y datos primer caso y diferentes memorias de c digo y datos arquitecturas segundo caso En el segundo se puede optimizar el ancho de palabra de la memoria de c digo Mt Mecanismo de seguridad en dispositivos electr nicos que provoca un reset atchdog l l del sistema cuando detecta un bloqueo del sistema Wireless
18. adatos afiadidos al nodo la ubicaci n del nodo en la instalaci n por ejemplo mediante coordenadas de columnas o por piso oficina etc No cumple el requisito de cobertura de red La topologia disefiada se corresponde a una red en estrella donde la extensi n de la instalaci n viene limitada por el alcance de la sefial del nodo coordinador Este punto puede ser solucionado instalando varios nodos coordinadores en diferentes ubicaciones este punto fue decisivo para decidir no usar java y utilizar un redirector serie programado en C usando un router wifi Ethernet que disponga de puerto USB ser a posible compilar el programa que hace de puente entre el mote coordinador y el puerto TCP Generalmente los dispositivos routers wifi no soportan la instalaci n de java pero si permiten compilar e instalar programas adicionales ver dd wrt Esun producto que no est terminado Falta por a adir funcionalidad final a la aplicaci n de control ejecutada en el PC El punto m s importante para poder comercializar el producto ser a obtener la certificaci n CE seg n la norma UNE EN 54 25 en Espana esa certificaci n podr a ser extendida por AENOR P gina 42 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 6 Valoraci n econ mica No puedo realizar una valoraci n final del proyecto comercial Puedo estimar el coste de cada uno de los componentes actuales horas dedicadas por persona y ro
19. ado a alimentaci n y datos P gina 6 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 1 2 Descripci n del proyecto Este proyecto est dirigido al control detecci n y sefializaci n de alarmas de incendios basados en la detecci n de temperatura ambiente excesiva Cumplir una serie de requisitos Controlar y notificar los disparos de alarmas manuales de temperatura o de carga insuficiente de bater a Los nodos sensores proporcionar n medidas peri dicas de la temperatura detectada generar n las alarmas cuando se sobrepase el umbral de temperatura de alarma configurado y tambi n permitir n el disparo manual por bot n de alarmas Para que los nodos funcionen de manera adecuada se proceder a la monitorizaci n de los niveles de bater a as como de la calidad de la se al inal mbrica informando al nodo central para el tratamiento de estos problemas Los diferentes problemas que puedan detectar se mostrar n de manera visual en el propio nodo mediante los leds instalados y en el caso de las alarmas de incendio tambi n de manera sonora Los par metros operativos podr n actualizarse por el usuario y los sensores remotos recibir n estos par metros tan pronto se inicien o la configuraci n cambie El disefio del sistema ser fiable por un lado se garantizar la recepci n de las alarmas en la aplicaci n que se ejecuta en el PC y por otro monitorizaremos el estado de la c
20. arga de las bater as permitiendo su sustituci n temprana antes de que se agoten Tambi n proporcionar un disparo manual de alarma para los casos en que la detecci n se realice por intervenci n humana previa al disparo autom tico por exceso de temperatura El sistema proporcionar una aplicaci n para mostrar el estado de los diferentes nodos las alarmas recibidas as como la posibilidad de cambiar los diferentes umbrales configurables y par metros operativos de la red de sensores El sistema proporcionar un interfaz web para controlar todo el sistema P gina 7 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 1 3 Objetivos del proyecto Disefiar un protocolo de alarmas robusto mediante ACK explicito Crear los m dulos de software necesarios a instalar en los sensores inal mbricos de red Permitir la configuraci n autom tica de los nodos a trav s de la red Proporcionar la activaci n del sensor de temperatura mediante uso de im n sobre el sensor de efecto Hall Control de temperatura cada N segundos intervalo configurable Disparo de alarma en caso de sobrepasar el umbral TEMP ALARM Disparo manual de alarma por pulsaci n de un bot n en los sensores Cancelaci n de alarmas en la red de sensores Avisos luminosos y acusticos que reflejen el estado del sensor Protecci n contra bloqueos de los nodos haciendo uso de un watchdog Monitorizaci n del nivel de carga de
21. coocooccocnccnconocononconooonocncononaneannononnnnananonano 30 2 MEE Oro 41500 EEE 31 Zn 32 a Diagrama de bloques de la aplicaci n arresten maakte eenen 32 Ons MOTEO EE 32 JE a AAA A E E o az 33 JN 0 EEA EE 33 e CONDON AAA EE en 34 DESCRIPCION DETALLADA dla 36 dede NENNE 36 42 NOTE NE 37 P gina 2 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 4 9 MOE COMPONENTES 4 38 5 VIABILIDAD ECNICA mee 42 6 VALORACI N ECON MICA rrsnvenvenvennrenvenvennennrsnsennennsnnssnsennennssnssnnennennssnssnnennennssnssnnennennesnnsnnennssnssnsennenne 43 Te CONCLOSIONES raton S 44 Elk CONCLUSIONES o ornato oro ooo 44 1 2 PROPUESTA DE MEJORA PR 44 LAN 45 8 A AA oo EEEE NEEE E EE 46 os BIBLOGRARIA is 48 EP S o San 49 10 1 MANUAL DE USUARIO vr 49 10 2 FF 54 e Ejecuci n y compilaci n de aplicaci n MoOte cccccssccccccecsssnecsssssscceccecsusccecsesssssosenenasees 54 e Ejecuci n y compilaci n del redirector Serie T CP evens enneenenveneennenvensvenensensvensennd 55 e Ejecuci n y compilaci n de aplicaci n P ir neee 55 10 3 SOFTWARE Y LICENCIAS res 56 P gina 3 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz ndice de figuras ILUSTRACI N 1 PLANIFICACI N DESCOMPOSICI N EN TAREAS PRIMERA PARTE sscecceesscescuseesseecee
22. cseseeseuseuseeseuseeseeuseesss 10 ILUSTRACI N 2 PLANIFICACI N DESCOMPOSICI N EN TAREAS SEGUNDA PARTE seccesceenceenceenseeneeenceecteesteeesenceeeseeecteness 11 ILUSTRACI N 3 PLANIFICACI N DIAGRAMA GAN TT FEE ad urb e a SE CSR CU FUE NU EUE s Frexu PF UTEFU VENE S EUH E RUE 12 ILUSTRACI N 4 ORDENADOR PORT TIL MODELO DELL LATITUDE D620 ananas onvensenenenseneneensenenersensnnenenn 13 ILUSTRACION S MOTE COUT 224 A2 Lagesen eek a 14 ILUSTRACI N 6 ASIGNACI N DE CANALES EN LA BANDA DE 2 4GHZSEGUN IEEE 802 11B v 802 15 4 nnnm 19 ILUSTRACI N 7 CLASIFICACI N DE REDES INAL MBRICAS PAN LAN MAN YWAN neee eme meme ne 20 ILUSTRACI N 8 CAPAS OSI Y CORRESPONDENCIA CON PILAS DE COMUNICACIONES ee eese nennen nens 21 ILUSTRACI N 9 LISTADO DE MOTES CONOCIDOS Y SOPORTADOS POT TINYOS cccsecsccecsecsecscceeecnececsessceeeeeeseeesseeeeeeeeesees 25 ILUSTRACI N 10 SELLO DEL CUMPLIMIENTO UNE EN54 25 eessesseeeee mI menm mee mene ne he ree ee ense reisen rer rer enne 25 ILUSTRACI N 11 DETALLE DE LA CERTIFICACI N SEG N NORMA CE PARA UNE ENBA nennen eenen ereen 26 ILUSTRACI N 12 TABLA DE ENLACES PARA PRODUCTOS SIMILARES AL DESARROLLADO esses esses sese eas 26 ILUSTRACI N 13 SUBSISTEMA DE ALARMAS ssseccsvcscsvcsccucoutecctestevcssutcusosceuseccssessunessstusescrsescescstescucescarsestssrsescstenss 28 ILUSTRACI N 14 SUBSISTEMA DE
23. d a EM mem SCX ALARM AM SCK E Tipo de dato tie VA longitud v I e oe Les I es nombre sem met em ee ALRM TEMP tempel ALRM BATT bete dm Ilustraci n 17 Estructuras de datos intercambiadas en los mensajes de red P gina 31 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 3 2 PC a Diagrama de bloques de la aplicaci n Una de las decisiones tomadas explicaba que el desarrollo ser a modular para poder reutilizar el software as cada uno de los componentes creados se ha disefiado para ser independiente de cualquier otro y evitar interacciones indeseadas M dulo de Configuraci n de nod M dulo detector de calidad de se al Modulo Comunicaciones Serie M dulo Gesti n de alarmas y datos Modulo de gesti n de nodos inactivos Ilustraci n 18 Diagrama de bloques de la aplicaci n PC 3 3 Motes Una de las decisiones tomadas explicaba que el desarrollo ser a modular para poder reutilizar el software as cada uno de los componentes creados se ha dise ado para ser independiente de cualquier otro y evitar interacciones indeseadas Los programas finales que se ejecutan en los motes hacen uso com n de cada uno de estos componentes software habilitando s lo las funciones necesarias para su correcto funcionamiento P gina 32 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jo
24. de fuentes online 7dias 29 02 12 07 03 12 HE ae 00 02 Puesta en marcha entorno desarrollo 7 dias 29 02 12 07 03 12 FR 00 03 Petici n de muestras Tdias 29 0242 07 03 42 ER 00 04 Compra hardware buzzer Td as 29 02 42 07 0342 7 101 Plan de trabajo TFC 4dias 050342 200342 RENI 01 01 Elaboraci n Plan de Trabajo 13 dias 05 03 12 19 03 12 m dl 01 02 Entrega Plan de Trabajo 0 d as 20 03 12 20 03 12 10 02 Entrega del codigo 1 2 PAC2 30 dias 20 03 12 240442 42 02 02 Muestreo sensor temperatura TEMP ALARM N segundos des 23 03 12 26 0312 gt 13 0203 Muestreo nivel bater a BATE_LVL_ALARM L segundos 3d as 27 03 12 29 03 12 44 02 04 Sistema activaci n sensor efecto Hall 2dias 30 03 12 01 04 12 2dias 021042 03081212 P 2dias 04 04 12 05 04 12 13 02 07 Notificaciones visuales Ad a 06 0412 06 0442 45 18 02 08 Disparo manual de alarma por bot n d 07 0442 08 04 12 14 15 49 ER we Adia 09 0412 09 0442 11 3d as 10 0442 12 04 12 11 3dias 13 042 16 04 12 12 2dias 17 0412 18 04 12 13 2 d as 19 04 12 20 04 12 2 d as 21 04 12 23 04 12 02 15 Entrega PAC2 Odias 24 04 12 24 04 12 El 03 Entrega del codigo 2 2 PAC3 24dias 24 04 12 2200542 03 01 Interface estaci n base 2dias 24 0412 25 0412 2 dias 26 04 12 27 04 12 1d a 28 0412 29 04 12 2dias 30 04 12 01 05 12 2729 2d as 020512 03 05 12 15 30 1d a 04 05 12 04 05 12
25. de trabajo TFC 01 01 rem Elaboraci n Plan de Trabajo 01 02 Entrega Plan de Trabajo 02 Entrega del c digo 1 2 PAC2 02 01 Net Protocolo de autoconfiguraci n nodo 02 02 Mote Muestreo sensor temperatura TEMP ALARM N segundos 02 03 Mote Muestreo nivel bater a BATE LVL ALARM L segundos 02 04 Mote Sistema activaci n sensor efecto Hall 02 05 wet Protocolo ACK notificaci n alarma temperatura 02 02 02 06 Net Protocolo notificaci n alarma bater a nodo alive 02 03 02 07 Mote Notificaciones visuales 02 05 02 08 Mote Disparo manual de alarma por bot n 02 04 02 05 02 09 Mote Protecci n watchdog nodo 02 01 02 10 Net Comprobaci n cobertura con estaci n base 02 01 02 11 Net Protocolo cambio umbral TEMP ALARM y muestreo N 02 02 02 12 Net Protocolo cambio tiempo muestreo nivel de bater a L 02 03 02 13 Net Protocolo de notificaci n cancelaci n alarma a la red 02 14 Revisi n Documentaci n PAC2 02 15 Entrega PAC2 Continua en la p gina siguiente Ilustraci n 1 Planificaci n Descomposici n en tareas primera parte P gina 10 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Hito Principal Actividad Jos Quintana Ruiz Dependencias 03 Entrega del c digo 2 2 PAC3 03 01 Base Interface estaci n base 03 02 Base Modo debug de aplicaci n 03 03 na Modelado BBDD 03 04 03 05 Base Enlace estaci n base BBDD 03 06 Ap 03 07
26. e Catalunya bajo el programa COU 1 224 APLICA2010 CP2102 Conversor USB RS 232 en un unico chip fabricado por Silicon Labs Alternativa OpenSource a firmwares de enrutadores inal mbricos dd wrt org www dd wrt com E Sistema operativo de tiempo real open source para micro controladores eCos ecos sourceware org EEPROM E2PROM Acr nimo de Electrically Erasable Programmable Read Only Memory EPROM Acr nimo de Erasable Programmable Read Only Memory Ethernet Denominaci n del est ndar IEEE 802 3 FLASH Tipo de memoria derivada de la memoria EEPROM que permite la lectura o escritura por bloques Acr nimo de Graphical User Interface Interfaz gr fico de usuario I2C PC Acr nimo de Inter Integrated Circuit Bus de comunicaciones serie Acr nimo de Institute of Electrical and Electronics Engineers Instituto de Ingenieros el ctricos y electr nicos dedicados a la creaci n de est ndares Acr nimos de Internet Protocol version 4 e Internet Protocol version 6 Revisiones 4 y 6 respectivamente del protocolo de internet IP P gina 46 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz LI a Entorno de desarrollo RAD basado en FreePascal Termistor linear activo de bajo consumo del fabricante Microchip Familias de micro controladores de la casa Intel Programador de motes para entorno linux Fabricante de componentes electr nicos y microcontroladores Microchip l l www microchip com
27. en extender su uso y en los que no hay que tener en cuenta cada ciclo usado de reloj Esta nueva toma de contacto ha exigido bastante esfuerzo TinyOS facilita much simo las tareas de desarrollo y con un buen disefio convierte el c digo en una herramienta realmente modular d nde cada capa hace uso de las inferiores Como inconveniente he percibido que es dif cil de aprender la curva de aprendizaje es muy alta al principio ya que introduce una nueva metodolog a de desarrollo orientada a comandos sefiales y evento debido tener bastante en cuenta la concurrencia e interacciones que puedan aparecer entre los diferentes componentes He tenido que tomar la decisi n de renunciar a ciertos objetivos como el control de cobertura de se al est implementada s lo en los motes pero no en la aplicaci n y la creaci n de un interface web por mi continuada percepci n de falta de tiempo e incumplimiento de los plazos auto establecidos Si los objetivos incompletos o no iniciados se completasen podr a convertirse en un producto viable comercialmente destinado al menos al nicho de detecci n de incendios en la fase de construcci n de edificios 1 2 Propuesta de mejora Las carencias principales detectadas han sido Habilitar la autoconfiguraci n de los nodos para evitar colisiones de mensajes en caso de diferentes nodos operando con el mismo TOS_NODE _ID Ampliaci n de la cobertura del nodo controlador para cubrir instalacio
28. ersiones 32 y 64 bits Lazarus es multiplataforma permite generar ejecutables para Linux Windows y MacOSX entre otros Mi intento de generar una aplicaci n para Linux no funcion porque el componente que realiza las comunicaciones TCP IP hac a un uso muy elevado del procesador P gina 16 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 1 8 Descripci n de otros cap tulos de la memoria En los siguientes apartados describiremos los diferentes aspectos del proyecto Apartado 2 ANTECEDENTES Explicaremos cual es la tecnolog a en vigor para el campo de aplicaci n del proyecto qu se puede encontrar en el mercado en la actualidad y el sector al que est dirigido este proyecto Apartado 3 DESCRIPCI N FUNCIONAL Describiremos el disefio de nuestro proyecto y como lo hemos realizado Apartado 4 DESCRIPCI N DETALLADA Explicaremos detalladamente el funcionamiento de los diferentes sistemas y los detalles de los m dulos Apartado 5 VIABILIDAD T CNICA oe analizar y evaluar el producto obtenido tras la realizaci n del proyecto Que queda pendiente para que este sea viable Apartado 6 VALORACI N ECON MICA oe realizar una valoraci n de los costes de producci n Apartado 7 CONCLUSIONES En este apartado valoraremos la consecuci n de objetivos fijados al inicio del proyecto si queda parte por realizar y en ese caso porque no se ha cumplido con los objetivos Apartado
29. izaci n de cobertura Subsistema encargado de procesar la calidad de la sefial con que se reciben el resto datos Aunque se ha separado a nivel funcional es un sistema que forma parte de los dos anteriores cada uno de los mensajes de alarma o de datos recibidos genera meta informaci n en la estaci n coordinadora que indica la calidad de se al Esta meta informaci n se emplea para la toma de decisi n de cambio de canal usado para la red de sensores Tat uti j Toll Nodo 3 Mil Tan Nodo 1 Tui Nodo 2 Tail Nodo 3 Tol Nodet Ilustraci n 15 Subsistema de monitorizaci n de cobertura P gina 30 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz d Comunicaciones de red Desde el punto de vista de las comunicaciones de red incluimos un diagrama de interacciones entre los diferentes sistemas relacionados USUARIO PC ESTACION BASE SENSOR Barrido de los canales 11 a 28 mediante BEAST config UNICAST BCAST cuando cambia configuraci n REPITE hasta ACK a ALARM UNICAST arm TE MPIBATT OH a Coordinador ALARM BROADCAST Comandos Lu Dro T Ilustraci n 16 Comunicaciones de red Las estructuras de datos que se intercambian en las comunicaciones de red son las que a continuaci n CSB CONFIG JF A nx uinti amp t SCX ASK CONFIG AM SEK ASK _ CONFIG Tipo de dato INL LA ii
30. l desarrollado y un precio estimado unitario pero para llevar el proyecto a una fase de producci n deber amos tener en otros factores Los motes con los que se ha desarrollado el proyecto son prototipos En fase productiva se eliminar a el puerto serie USB habr a que proporcionar posibilidad de conectar leds externos proporcionar una caja adecuada para la instalaci n del producto que adem s cumpla normativas de estanqueidad de las instalaciones etc Todo ello requerir a un nuevo proyecto de disefio de producci n en el que se tengan en cuenta estos aspecto as como los costes de lanzamiento publicidad y de comercializaci n Una valoraci n del coste estimado asociado al proceso de desarrollo ser a Un ordenador PC completo entre 400 y 1 000 Cada uno de los motes entre 40 y 100 Unidades de disefio programaci n h 400h Precio unitario programaci n 40 h Precio unitario an lisis y disefio 60 h En los dos ltimos elementos especifico precio y no costes P gina 43 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 7 Conclusiones 7 1 Conclusiones Este proyecto me ha permitido retomar el contacto con el disefio de aplicaciones con micro controladores Me sorprendi gratamente que aquellos micro controladores de la familia MCS 51 con los que comenc se han convertido en elementos mucho m s potentes con herramientas y hardware que permit
31. las bater as Disparo de alarma cuando el nivel de bater a sea bajo Monitorizaci n de la calidad de la serial y cambio de canal en caso necesario Interface de visualizaci n de alarmas estado de los sensores y control del sistema con ayuda contextual integrada Interface web Programa de instalaci n Creaci n la documentaci n asociada al software P gina 8 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 1 4 Enfoque y m todo seguido En la fase inicial del proyecto se comprueban los recursos disponibles para la realizaci n del proyecto tanto el hardware como en referencia a fuentes de informaci n para realizar una planificaci n adecuada a los plazos temporales disponibles Tras el examen inicial de objetivos y recursos disponibles se toman una serie de decisiones que afectar n a la planificaci n total de los diferentes hitos del proyecto estas son Creaci n modular del software en TinyOS de forma que expongan s lo los par metros y funciones necesarias para las capas superiores Dado que la experiencia en programaci n java que tengo es m nima descartar las librer as de integraci n java que TinyOS proporciona con aplicaciones desarrolladas en PC La capa de integraci n entre la red de sensores y la aplicaci n a ejecutar en el PC se basar en texto plano Todos los comandos y notificaciones que sirvan para interactuar con la red de sensores estar n exp
32. lo disponibles para la programaci n de los micro controladores son e Los proporcionados por el fabricante del micro controlador generalmente se trata de ensambladores int rpretes de lenguaje BASIC compiladores de C con extensiones no est ndar y librer as est ticas enlazables en tiempo de compilaci n al c digo de usuario e TinyOS Entorno y sistema operativo de c digo abierto para redes de sensores inal mbricos Proporciona soporte a gran cantidad de plataformas muy heterog neas basado en un lenguaje C ampliado llamado nesC Soporte nativo para comunicaciones 802 15 4 e Contiki OS Similares capacidades a TinyOS pero con soporte nativo para pila de comunicaciones IPv4 IPv6 e WSN o motes La abreviatura WSN puede aplicarse a dos t rminos Wireless Sensor Network o Wireless Sensor Node En este caso nos referimos al segundo termino traducido al espanol serian Nodos Sensores Inalambricos tambi n conocidos como motes Un mote es la combinaci n de un micro controlador con una radio inal mbrica anadiendo hardware variado que le permitir tomar medidas de diferentes par metros ambientales dependiendo de los sensores f sicos que el mote incorpore en su dise o La denominaci n mote es gen rica y no especifica ni el microcontrolador ni la radio usada ni tampoco los sensores que incorpora Normalmente se tratan de desarrollos hardware realizados para una funci n espec fica o bien prototipos que permitir n hacer
33. lustraci n 11 Detalle de la certificaci n seg n norma CE para UNE EN54 Descripci n Normativa Europea UNE EN 54 Articulo sobre UNE EN 54 Informaci n divulgativa UNE EN 54 25 Documentaci n AENOR Vendedores de productos Enlace http en wikipedia org wiki EN 54 http www notifier es desdocumentacion notifier noticias articulos Normativa pdf http www en54 25 com en54 part 25 standards aspx http www aenor es aenor normas normas fichanorma asp tipo N amp codigo N00466 08 amp PDF Si http www sourceen54 eu Productos Bosh Norma EN54 Ilustraci n 12 Tabla de enlaces para productos similares al desarrollado P gina 26 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 3 Descripci n funcional El sistema de alarma de incendios puede ser dividido en subsistemas independientes d nde cada capa ejecuta una funci n y el usuario interact a mediante la aplicaci n que se ejecuta en el PC con las configuraciones de la red eventos y datos recibidos Estas capas de aplicaci n hacen uso de los diferentes componentes m todos y funciones que se han desarrollado y de hecho comparten componentes Desde el punto de vista de los datos transferidos los clasificaremos en tres subsistemas de alto nivel P gina 27 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 3 1 Visi n global a Subsistema de alarmas Es el
34. ma de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 10 2 Ejecuci n y compilaci n e Ejecuci n y compilaci n de aplicaci n Mote Las diferentes aplicaciones se proporcionan compiladas En caso requerir la recompilaci n de los diferentes m dulos del mote habr a que situarse en el directorio mote BaseStationAppC o mote NodeStationAppC y ejecutar el comando make cou24 install NODEID siendo NODEID la identificaci n num rica interna del mote en TinyOS Las dos aplicaciones deben usar NODEIDs diferentes y una vez compilados podr an instalarse usando el comando meshprog sustituyendo los valores correspondientes al puerto USB al que est conectado el mote y el NODEID elegido en la compilaci n ver Ilustraci n 31 Ejemplo de compilaci n e instalaci n de c digo en mote COU24 make cou24 install meshprog t dev ttyUSBO f build cou24 main srec out Ilustraci n 31 Ejemplo de compilaci n e instalaci n de c digo en mote COU24 Cada uno de los directorios anteriores tiene la siguiente funcionalidad mote NodeStationAppC Funcionalidad de mote sensor remoto mote BaseStationAppC Funcionalidad de mote local conectable a USB coordinador de la red de sensores y arbitraje de la red mediante el enlace al software desarrollado al efecto P gina 54 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz e Ejecuci n y compilaci n del redirector Serie TCP Cambiar al directori
35. mediados del cuatrimestre que han exigido mayor dedicaci n temporal en detrimento de la dedicaci n esperada para el proyecto P gina 45 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 8 Glosario Est ndar EEE que define el uso de la capa f sica y enlace de datos seg n la arquitectura OSI en una red inal mbrica WLAN ry Est ndar IEEE que define el uso de la capa f sica y acceso al medio seg n mE la arquitectura OSI en una red inal mbrica WPAN Abreviatura de Conversor Anal gico Digital en ingl s r Advanced Photonix Fabricante de componentes electr nicos www advancedphotonix com Arquitectura de procesadores de 32 bits desarrollada por ARM Holdings Acr nimo de American Standard Code for Information Interchange Micro controlador de 8 bit del fabricante Atmel Fabricante de componentes electr nicos www atmel com Arquitectura de procesadores de 8 bits comercializada por Atmel Bas Acr nimo de Beginner s All purpose Symbolic Instruction Code lenguaje de asic programaci n dise ado en 1964 Lenguaje de programaci n creado en 1972 por Dennis M Ritchie CISC RISC Arquitecturas de procesadores Acr nimos de Complex Instruction Set Computer y Reduced Instruction Set Computer respectivamente Sistema operativo de red dise ado para Internet of Things o identificaci n Contiki OS un voca de objetos en este caso dispositivos Mote desarrollado por la Universitat Oberta d
36. mics XE1205 e Atmel AT86RF212 y AT86RF23x La clasificaci n general de redes atendiendo a los requerimientos de ancho de banda y alcance se expone en el siguiente gr fico Text l pe Internet pr m e e n a il T T zi gr gr p Up to 50 km EE zm 807 112 Ubiquitous Sensor Networks Fs EE lg 10m Va x _ Low Data Rate e High Data Rate Ilustraci n 7 Clasificaci n de redes inal mbricas PAN LAN MAN y WAN Pagina 20 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz e Pila de comunicaciones Al hablar de la pila de comunicaciones nos referimos al protocolo en referencia a los niveles OSI Capas OSI Aplicaci n Presentaci n a Zigbee Sesion Transporte Control de enlace l gico Control de Enlace de datos acceso al Medio F sico Ilustraci n 8 Capas OSI y correspondencia con pilas de comunicaciones Seg n las comunicaciones proporcionadas por los entornos de desarrollo o directamente mediante las librer as de funciones provistas por los fabricantes el control de las transferencias de datos se realizar por el programa o por las librer as y requerir n m s o menos esfuerzo de programaci n P gina 21 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz e Entornos operativos o de desarrollo Los principales entornos de desarrol
37. n as aunque los est ndares 802 11 y 802 15 4 pueden operar ambos en la frecuencia de 2 4Ghz no son interoperables entre s US WLAM TM IEEE 802 115 te Channel 1 6 11 i European WLAN IEEE 802 115 IEEE 802 15 4 2400 MHz PHY 11 12 13 14 za P410 Bis o GAB Mi 2430 248 440 244 Ilustraci n 6 Asignaci n de canales en la banda de 2 4GHz seg n IEEE 802 11b y 802 15 4 Adem s de la interoperabilidad entre las diferentes normas debemos tener en cuenta que la banda de 2 4GHz es una banda regulada para emisi n no comercial tambi n denominadas bandas ISM Industrial cient fica y m dica Para emitir en ese rango de frecuencias no se P gina 19 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz requiere la solicitud de licencia y cualquier aplicaci n puede usarla A d a de hoy las redes inal mbricas del hogar dispositivos bluetooth tel fonos fijos inal mbricos con tecnolog a DECT dispositivos que usan el est ndar 802 15 4 y cualquier otro dispositivo de consumo es libre de emitir en esa banda el resultado de todo esto es que muchas veces nos encontramos esa banda totalmente saturada con ratios de error muy altos y relaci n se al ruido de mala calidad Los m dulos de radio m s habituales para conexiones inal mbricas en micro controladores son e Chipcon CC1000 e Chipcon CC1020 e Chipcon CC2420 e Xe
38. na 48 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 10 Anexos 10 1 Manual de usuario La aplicaci n mote BaseStationAppC proporciona un int rprete integrado de comandos para interactuar con la red de sensores Identify print node id I lt CR gt GetConfig print net config G CR SetConfig change net config S 0x TSTSTTTTBSBSBTBT lt CR gt TSTS Hex Temp Sec Alarm TTTT Hex Temp TH Alarm BSBS Hex Batt Sec Alarm BTBT Hex Batt TH Alarm Debug toggle debug D 0x DSDS lt CR gt DSDS Hex Debug Secs ChangeChannel cambiar canal decimal 11 26 nn N CH lt CR gt AckAlarm ack alarma A B T M ALRM lt CR gt B Batt T Temp M Manual ALRM hex alarm serial Reboot reboot Node R NNNN CR NNNN Hex node id Ping ping network P lt CR gt HELP Esta pantalla de ayuda H CR Ilustraci n 23 Comandos incorporados en el int rprete de la aplicaci n BaseStationAppC La aplicaci n del PC simplemente captura y filtra los comandos y mensajes enviados por el mote coordinador P gina 49 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz Cuando ejecutamos el programa del PC accedemos a la pantalla principal Tipo Modo Valor Desconectado del mote Ilustraci n 24 Pantalla principal de la aplicaci n de control Podemos acceder a los siguientes botones con la funcionalidad que se describe Explicaci n
39. nes m s extensas bien usando multiples nodos controladores o utilizando una arquitectura de red tipo mesh en lugar de una arquitectura en estrella P gina 44 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 7 3 Autoevaluaci n Uno de los problemas continuos que he tenido a lo largo del proyecto ha sido la percepci n de falta de tiempo Habiendo realizado una planificaci n en mi opini n coherente con los plazos establecidos siempre han surgido problemas que me hac an incumplir los plazos Ha habido cinco incidentes inesperados de este tipo Interacci n no esperada entre el sensor efecto Hall y el bot n de disparo de alarmas La activaci n de uno de ellos causaba la ejecuci n de las rutinas de ambas primera fase de entrega de c digo Corrupci n del campo nodo origen en el paso de informaci n de las funciones de la red Hasta que no se rectific el problema las comunicaciones por red no eran posibles primera fase de entrega de c digo Error de programaci n en el m dulo ParseBSerial que provocaba el bloqueo del mote y posterior recuperaci n por el watchdog interno mediante un reinicio no esperado Error de programaci n debido al uso de una estructura intermedia de tama o insuficiente Estimaci n incorrecta del tiempo necesario para desarrollar la documentaci n memoria y presentaci n Coincidencia con una reasignaci n de nuevas tareas en mi trabajo a
40. o PC linux Serial2TCP remserial 1 4 y ejecutar el comando make Para ejecutar el redirector debe usarse un comando similar a Ilustraci n 32 Ejemplo de ejecuci n del redirector RS 232 TCP siendo el par metro 19 200 la velocidad del puerto serie est ndar para la plataforma COU24 y ttyUSBO el dispositivo USB que tiene instalado el software BaseStationAppC del punto anterior remserial d p 2000 s raw icanon cs8 sane dev ttyUSBO amp Ilustraci n 32 Ejemplo de ejecuci n del redirector RS 232 TCP e Ejecuci n y compilaci n de aplicaci n PC La aplicaci n PC se ha desarrollado mediante el entorno de programaci n Lazarus basado en FreePascal Requiere de la instalaci n de Lazarus y de los m dulos lNet UniqueInstance y CmdLine ver secci n 11 5 Software y licencias Una vez instalados abrir el archivo de proyecto lazarus PC windows source MoteCtrl lpi y usar el comando Ejecutar gt Construir o teclas Ctrl F9 dentro de Lazarus Tras la compilaci n encontraremos el fichero MoteCtrl exe en el mismo directorio del proyecto Ejecutar como cualquier otro programa P gina 55 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 10 3 Software y licencias Plataforma desarrollo Mote Linux Osian Ya no est disponible para descarga Licencia gt gt BSD License via http en wikipedia org wiki OSIAN TinyOS http www tinyos net Licencia
41. os Jos Quintana Ruiz e Dos Motes Modelo COU 1 2 24 A2 Incluyen el siguiente hardware Microcontrolador Atmel 1281 del fabricante Atmel sensor de luz PDV P9003 1 del fabricante Advanced Photonix Sensor de temperatura Termistor lineal activo de bajo consumo de la familia MCP970xA del fabricante Microchip Sensor de efecto Hall modelo BU52011HFV del fabricante ROHM Semiconductor Transceptor de radio modelo AT86RF230 que opera en la banda de 2 4GHz del fabricante Atmel Ilustraci n 5 Mote COU 1 2 24 A2 Uno de los motes se usar como coordinador de la red conectado por el puerto USB al PC de control y el otro se usar de sensor inal mbrico e Hardware adicional miscel neo Cables USB Concentrador de puertos USB Bater as recargables AA de 1 2v Cargador de bater as P gina 14 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz b Recursos software Distribuci n linux OSIAN IPV6 basada en Ubuntu 10 04 TinyOS 2 0 1 Java arquitectura 32 bits versi n 1 7 0 b147 para linux meshprog 0 1 2 redirector de puertos remserial Ver anexos Editor VI Lazarus 0 9 30 4 arquitecturas 32 y 64 bits para Windows que incluye FPC v2 6 0 Microsoft Office versiones 2003 2007 y 2010 Microsoft Project 2007 Microsoft Visio 2007 MagicDraw UML 1 7 Productos obtenidos Tras el desarrollo del proyecto hemos como resultado unos productos software y
42. r Flash FireFly ik ees Chipcon CC2420 8K RAM C Programming TI s CC2430 128K Ubimote1 SOC based on TI s CC2430 8K RAM FLASH C Programming 8051 Core ROM 116K TI s Ubimote2 MSP430F2618 TI s CC2520 8K RAM kand C Programming Semtech SX1211 1231 Over the air Zolertia Z1 TI MSP430 CC2420 SKRAM 92K Flash Ilustraci n 9 Listado de motes conocidos y soportados pot TinyOS 2 2 Estudio de mercado Existen productos similares y seg n normativa Europea vienen regulados seg n la norma UNE EN54 25 Fire detection and fire alarm systems Components using radio links publicada en Marzo de 2008 Esta norma es espec fica para dispositivos de alarma de incendios inal mbricos y no regula la banda de frecuencia de hecho se puede aplicar la regulaci n que establece para Europa la ETSI Los productos de este tipo deben obtener la marca CE y el sello correspondiente claramente identificado en cada uno de los dispositivos Ilustraci n 10 Sello del cumplimiento UNE EN54 25 P gina 25 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz Each device must be clearly marked with The number of the standard Name or trademark of the manufacturer Model Designation CE mark Notified product certification body number Manufacturer Model Designation EMT 8 FCX 170 001 RADIO DETECTOR BASE mose pesin EN300 220 2 DS number of CE mark Product certification body number I
43. radio 5kB RAM MSPGCC IAR 64kB RAM ARM Cortex M3 Atmel ATB6RF231 24 GHz S4KB RAM mp GCC Redbee MC13224V 2 4 GHz 802 15 4 vie USE RUT e seemc1322x devl org 120 KB Flash IAR 916 MHz radio with MSP430F1611 Chipcon CC2420 10K RAM 48K Flash Ene NES programming 2 GB z 802 15 4 Shimmer SR7 TI 48 KB Flash nes C and C osme Shimmer MSP430F1611 CC2420 10 KB RAM De Programming SunSPOT ARM 920T 802 15 4 512K RAM iis Java mc 250 kbit s 2 4 GHz IEEE 802 15 4 Chipcon Wireless MSP430 A Transceiver microcontroller Texas Instruments Tinynode MSP430 Semtech SX1211 microcontroller EGE 250 kbit s 2 4 GHz IEEE Instruments T Mote Sky 802 15 4 Chipcon Wireless MSP430 Transceiver microcontroller Waspmote Atmel ATmega ZigBee 802 15 4 DigiMesh RF 1281 2 4 GHz 868 900 MHz 8K SRAM Atmel AVR Chipcon CC2420 Amplifier 128k Wireless RS485 Atmega 128L 250 kbit s 2 4 GHz IEEE 4k RAM Flash 802 15 4 ML67 series XYZ ARM THUMB EE 20 Aloe com allel 32K RAM GN C Programming radio from Chipcon Flash microcontroller TI s 116K XM1000 MSP430F2618 TI s CC2420 8K RAM je TelosB 10k RAM 48k Flash 512K 8K RAM C Programming 10k RAM 48k Flash C Processing P gina 24 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz Texas Zolertia 71 INET Chipcon CC2420 2 4 GHz IEEE 92 KB 8 KB RAM C nesC pent ee MSP430F2617 802 15 4 Wireless Transceive
44. rquitectura del microprocesador CISC RISC Tipo de arquitectura de acceso a memoria Von Neumann Harvard Cantidad de memoria RAM ROM EPROM EEPROM FLASH Anchura en bits de la unidad aritm tico l gica 8 16 o 32 bits Numero de pines del encapsulado Numero de entradas salida digitales y anal gicas Si contiene conversores anal gico digitales O digital anal gico controladores especializados PWM comunicaciones serie RS 232 RS 485 SPI I2C Ethernet USB comunicaciones radio 802 11 802 15 4 Ratio MIPS W Con toda seguridad una vez fijados los requerimientos del proyecto podremos elegir un micro controlador que se ajuste a las necesidades P gina 18 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz e Radio inal mbrica Las posibilidades de conexi n de radios inal mbricas a micro controladores han ido evolucionando con el tiempo En el inicio se usaban m dulos anal gicos en la banda de 433Mhz convirti ndose con el tiempo en m dulos digitales parecidos a los registros de desplazamiento d nde el control se realizaba de forma similar a un puerto serie Estos m dulos fueron cambiando y para aumentar las ofertas de frecuencia as como los tipos de conexiones bandas de 868Mhz 915Mhz o de 2 4Ghz conexiones de alto nivel mediante SPI bus paralelo etc Otro de los par metros que afectan a este tipo de dispositivos es el tipo de modulaci n que soporta
45. s Quintana Ruiz e BaseStationAppC El programa controlador de red hace uso de los componentes que se especifican en el siguiente diagrama usc USE ee ua bus x mw yk xm ome USE UB A USER SUSE q e y US Ilustraci n 19 BaseStationAppC uso de componentes e SensorAppC El nodo sensor utiliza los siguientes componentes KUSE am 7 uses use Ilustraci n 20 SensorAppC uso de componentes P gina 33 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz e Componentes A continuaci n se enumeran los diferentes componentes AlarmRadio Componente disefiado para el env o de alarmas y datos de medida entre los motes sensores y el controlador de red AskConfigRadio Componente que gestiona la petici n de configuraci n de los motes sensores hacia el mote controlador de la red tras su inicializaci n Button Componente que gestiona la pulsaci n del bot n de usuario del mote BeaconCtrl Modulo encargado de la sefializaci n visual y sonora de la baliza segun el estado interno del mote ConfigRadio Componente que gestiona el envio de la configuracion desde el nodo controlador hacia los sensores ParseBSerial Solo usado en nodo Controlador Este componente realiza la conversion entre mensajes de red inalambricos y serie Siren Modulo opcional Solo se deberia utili
46. se han usado otros desarrollados por terceros a Aplicaci n mote para el sensor inal mbrico Aplicaci n NodeStationAppC desarrollada mediante TinyOS Realiza las medidas de bater a temperatura controla la pulsaci n del bot n y el sensor de efecto Hall para la activaci n del mote Efectua la transmisi n inal mbrica de las medidas obtenidas del ADC y tambi n de las alarmas detectadas b Aplicaci n mote para el coordinador de red Aplicaci n BaseStationAppC desarrollada mediante TinyOS Realiza todas las funciones enumeradas para el apartado del sensor inal mbrico pero el env o lo realiza por medio del puerto serie Adicionalmente act a de puente entre la aplicaci n PC y la red de sensores proporcionando un interfaz de comandos y eventos creados al efecto basados en cadenas de texto ASCII P gina 15 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz c Aplicaci n de control para PC Aplicaci n para PC MoteCtrl desarrollada mediante el entorno de desarrollo multiplataforma Lazarus Controla configura y gestiona toda la red y alarmas Recibe del interfaz del sofware BaseStationAppC las notificaciones de alarmas de la red la uni n de nodos a la red de sensores las notificaciones de reinicio del nodo controlador de red etc y muestra en el interfaz gr fico el estado de la red Nota Independientemente de que se hayan proporcionado ejecutables para Windows v
47. specto al software se desarrollan varias aplicaciones Una aplicaci n para el sensor remoto que controlar los valores de los sensores de temperatura y bater a En caso de detectar que se han sobrepasado los umbrales configurados o detectar la pulsaci n de un bot n enviar de forma inal mbrica una alarma al nodo coordinador Un aplicaci n para el mote coordinador conectado al PC que adicionalmente a las mediciones y control anteriores actuar de puente entre la aplicaci n de control ejecutada en el PC y la red remota inal mbrica Una aplicaci n para el ordenador que permitir visualizar las lecturas y alarmas de la red de sensores y confirmar expl citamente cualquiera de las alarmas recibidas Tambi n realizar los cambios operativos de la red de sensores 1 1 Justificaci n Este proyecto se destina a la ampliaci n de las medidas de protecci n contra incendios dentro de los edificios en lugares donde no se puedan realizar cableados d nde debido a los costes resultar a demasiado caro realizar una instalaci n convencional o incluso como soluci n provisional en edificios en construcci n d nde la instalaci n de protecci n contra incendios definitiva todav a no pueda realizarse En cualquier caso los costes asociados a la instalaci n de nodos inal mbricos ser n menores que los costes de la instalaci n convencional si tenemos en consideraci n el coste de los sensores y el coste del cableado destin
48. tton interface Button Events BeaconCtrl interface BeaconCtrl command void askControl command void get_alarm_status Pagina 38 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz command void get battery status command void get network status command void notify booted command void releaseControl command void set alarm status command void set battery status command void set status beacon state b state command void still alive ConfigRadio interface ConfigRadio Commands command CSB CONFIG getData command void sendData uint16 t dstNode CSB CONFIG data Events event void DataReceived event void DataSent ParseBSerial interface ParseBSerial command SCX ALARM getACK char data command uint8 t getBoolean char data command uint8 t getByte char data command uint8 t getBytedecimal char data command CSB CONFIG getConfig char data command SCX ALARM getDebug char data command uint16 t getWord char data Siren interface Siren Commands command void off command void on command void toggle P gina 39 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz NetProbe interface NetProbe command bool ConfigReceived command uint8 t getChannel command CSB CONFIG getConfig Events event void channelChanged event void Scanfinished SensorAdc
49. uestos en esta capa de integraci n En una toma de contacto previa con TinyOS observ que la curva de aprendizaje y complejidad del entorno es alta Cualquier tarea por simple que parezca puede convertirse en compleja si no se localizan ejemplos similares TinyOS es un entorno emergente y pese a que la documentaci n ejemplos y tutoriales son diversos y multiples a veces es complicado localizar la informaci n que puede servir de ayuda Para amortiguar en la medida de lo posible los diferentes imprevistos que puedan surgir durante la realizaci n del proyecto se decide asignar mayor carga de trabajo a la primera fase de creaci n de c digo para poder reasignar tareas a la segunda fase en caso necesario P gina 9 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 1 5 Planificaci n del proyecto Tras el an lisis inicial del proyecto y su descomposici n en las diferentes tareas obtenemos una asignaci n muy ajustada que nos permite poco margen de maniobra El tiempo total para la consecuci n de los objetivos propuestos es poco m s de 3 meses y medio la asignaci n temporal a cada una de las tareas es muy baja oe expone a continuaci n la descomposici n inicial en tareas Hito Principal Actividad Dependencias 00 Propuesta e investigaci n TFC Consulta de fuentes online Puesta en marcha entorno desarrollo Petici n de muestras Compra hardware buzzer 01 Plan
50. zar cuando se disponga de hardware adicional conectado al bus de expansion del mote NetProbe S lo usado en nodo Sensor Componente encargado de realizar la autoconfiguraci n de red del mote sensor Realiza el barrido de canales busca en cada uno de ellos al nodo controlador y cuando lo localiza solicita la configuraci n activa en la red de sensores SensorAdc M dulo que realiza la lectura de los valores de los sensores notifica cuando la lectura se ha realizado y proporciona el valor le do P gina 34 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz SensorHall M dulo que realiza la gesti n de activar y desactivar el sistema de alarmas SerialConsole S lo usado en nodo Controlador Gesti n de mensajes recibidos por el puerto serie del mote Transforma cadenas de texto ASCII a acciones espec ficas del mote controlador Wat Componente cuya funci n es habilitar el reinicio autom tico del mote cuando se bloquea y deja de funcionar correctamente P gina 35 de 57 Trabajo fin de carrera Sistema de Alarma de Incendios Jos Quintana Ruiz 4 Descripci n detallada 4 1 Mote BaseStationAppC BaseStationAppC hace uso de los componentes enumerados en el apartado anterior y funciona de manera resumida como se describe en el siguiente diagrama forceReboot pn AskConfig wat T Activatewdt aj Change Update Beacon
Download Pdf Manuals
Related Search