CDMIST108


DESARROLLO DE PROTOTIPO DE SISTEMA AUTÓNOMO DE MEDICIÓN DE VARIABLES DE FUENTES HÍDRICAS

















LEONARDO ARDILA OSORIO



















UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA INGENIERÍA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA 2014-2

DESARROLLO DE PROTOTIPO DE SISTEMA AUTÓNOMO DE MEDICIÓN DE VARIABLES DE FUENTES HÍDRICAS






LEONARDO ARDILA OSORIOINFORME DE PROYECTO DE GRADO







DIRECTOR DE PROYECTO DE GRADO ALVARO MORALES
Ingeniero en sistemas











UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA INGENIERÍA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA 2014-2

DEDICATORIA

Este trabajo está dedicado a mi madre, quien siempre estuvo atenta al desarrollo de este proyecto, que nunca dejó de apoyarme y que por sobretodo me tuvo mucha paciencia.
A José, que su sabiduría y su experiencia fueron elementos vitales para no detener el progreso de este trabajo.
A mi hermana, su tenacidad y su perseverancia fueron mi inspiración para superar los obstáculos que se presentaron durante la ejecución de este trabajo.
A mis mascotas Katia y Canela, su compañía durante las noches de trabajo nunca me permitió tener sensaciónde soledad.
A mi padre, a mis amigos y a todos mis familiares.

TABLA DE CONTENIDO

Página
DEDICATORIA 3
INTRODUCCIÓN 11
RESUMEN 12
ABSTRACT 13
CAPÍTULO 1: DEFINICIÓN DEL PROYECTO 14
1.1 SITUACIÓN PROBLEMA 14
1.2 OBJETIVO GENERAL 15
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 15
1.4 APORTE TEÓRICO PRÁCTICO 16
CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO 18
2.1 ANTECEDENTES 18
2.1.1 SEBA HYDROMETRIE - CONTROL DE INUNDACIONES 18
2.1.2DESARROLLO DE PROTOTIPO DE SISTEMA DE MONITOREO EN TIEMPO REAL DE NIVEL DE AGUA EN RÍOS USANDO INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL 19
2.1.3 INSTRUMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE MONITOREO Y TRANSMISIÓN SATELITAL DE LA PRECIPITACIÓN Y EL NIVEL DEL RÍO LA ANTIGUA: 20
2.1.4 SISTEMA DE SENSADO ULTRASÓNICO PARA LA MEDICIÓN DE LA EVAPORACIÓN DE AGUA CON TRANSMISIÓN SIN CABLES (INALÁMBRICA): 21
2.2 MARCO CONTEXTUAL21
2.2.1 RISARALDA 22
2.2.2 PEREIRA 24
2.2.3 RÍO CONSOTA 26
2.3 MARCO CONCEPTUAL 27
2.3.1 TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS 27
2.3.2 SISTEMAS DINÁMICOS – DINÁMICA DE SISTEMAS 28
2.3.3 TEORÍA DE CONTROL 29
2.3.4 RETROALIMENTACIÓN 29
2.3.5 HIDROLOGÍA 29
2.3.6 HIDRODINÁMICA 29
2.3.7 SENSORES 30
2.3.8 PROCESADORES DE SEÑAL 30
2.3.9 REDES DE SENSORES 31
CAPÍTULO 3: METODOLOGÍA Y ESPECIFICACIÓN DEL SISTEMASOLUCIÓN 33
3.1 ETAPA 1. ESTADO DEL ARTE Y ANÁLISIS DEL SISTEMA DE INFORMACIÓN 33
3.2 ETAPA 2. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA 33
3.3 ETAPA 3. CONSTRUCCIÓN, PRUEBA Y CONEXIÓN DEL MÓDULO DE SENSADO CON EL MÓDULO DE TRANSMISIÓN Y ALMACENAMIENTO DE DATOS 34
3.4 ETAPA 4. ENTREGA DEL PROTOTIPO 34
3.5 CRONOGRAMA 35
3.6 PRESUPUESTO 37
CAPÍTULO 4: ESPECIFICACIÓN DEL SISTEMA SOLUCIÓN 39
4.1DESCRIPCIÓN DE LA SUSTANCIA OBJETIVO A MEDIR 39
4.2 ESPECIFICACIÓN DE LOS PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS A MEDIR 40
4.2.1 NIVEL DEL AGUA 40
4.2.2 CAUDAL/FLUJO DEL AGUA 40
4.2.3 PH 41
4.2.4 ORP (OXIDACIÓN REDUCCIÓN POTENCIAL) 41
4.2.5 OXIGENO DISUELTO EN AGUA 42
4.2.6 PRESENCIA DE ELEMENTOS QUÍMICOS: CALCIO, NITRITO, NITRATO 43
4.3 ELEMENTOS HARDWARE QUE COMPONEN EL PROTOTIPO 45
4.3.1 ARDUINO MEGA2560 45
4.3.2 SENSOR DE NIVEL LÍQUIDO 46
4.3.3 SENSOR DE FLUJO/CAUDAL DE AGUA 47
4.3.4 SENSOR DE PH – PH SHIELD (DORMANT LABS) 50
4.3.5 SENSOR DE MÚLTIPLES PARÁMETROS DE AGUA – SENSOR SHIELD BNC 52
4.3.6 ESCUDO SOLAR ARDUINO PARA CARGAR BATERÍAS – SOLAR SHIELD 53
4.3.7 BATERÍA POLÍMERO ION LITIO 3.7V 1000MAH 55
4.3.8 XBEE ANTENA SERIE 1 55
4.3.9 SIM900 GSM/GPRS SHIELD PARA ARDUINO 56
4.3.10ARDUINO XBEE PRO SHIELD 59
4.3.11 PANEL SOLAR 60
4.3.13 SENSOR DE TEMPERATURA TMP102 62
4.3.14 SENSOR DE HUMEDAD HIH-4030 64
4.3.15 SENSOR DE LUZ AMBIENTE TEMT6000 65
4.3.16 SENSOR DE PRESIÓN BAROMÉTRICA BMP180 67
4.4 MÓDULO SOFTWARE – HERRAMIENTAS 70
4.4.1 SOFTWARE ARDUINO 70
4.4.2 SOFTWARE X-CTU 71
4.4.3 SOFTWARE FRITZING 73
4.5 DISEÑO Y ESPECIFICACIÓN DE COMPORTAMIENTO DEL SISTEMA 75
4.5.1...