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Red de Sensores inalámbricos para la monitorización de instalaciones de baja tensión

Authors:
RED DE SENSORES INALÁMBRICOS PARA LA
MONITORIZACIÓN DE INSTALACIONES DE BAJA TENSIÓN
José Antonio Tarifa
jostargal@alum.us.es
Juan Manuel Escaño
jmesca@cartuja.us.es
Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Avda. de Los Descubrimientos, s/n. Universidad de Sevilla
Resumen
Se describe en este trabajo una aplicación domótica
basada en una red de sensores inalámbricos para la
supervisión de una red eléctrica en cuanto al consu-
mo y la calidad del suministro. El sistema permite la
escalabilidad y la flexibilidad con bajo coste. Al
instalar sensores en cada toma eléctrica, es posible
elaborar un mapa del edificio para observar zonas
donde existe mayor demanda de electricidad, así
como lugares donde exista demasiada distorsión.
Se ha configurado una pasarela de la red de sensores
a una red IEEE 802.3 y se ha usado MATLAB para
supervisar datos. Los cálculos de potencia y de dis-
torsión armónica se realizan en cada sensor.
Palabras Clave: TinyOS, nesC, red sensores
inalámbricos, WSN, armónicos, distorsión, monitori-
zación.
1 INTRODUCCIÓN
El concepto domótica se aplica al conjunto de tecno-
logías aplicadas al control y automatización en la
vivienda de forma inteligente, que permitan una
gestión eficiente de la energía, aportando tanto segu-
ridad como confort al usuario. El término inmótica
extiende la idea de domótica a edificios de uso indus-
trial (o sector terciario) como oficinas, edificios cor-
porativos, de ocio… con los mismos objetivos. Se
trata de un ejemplo claro de sistema de control distri-
buido.
En este trabajo se ha desarrollado una aplicación
basada en una red de sensores inalámbricos, para
permitir la monitorización del consumo energético en
instalaciones de baja tensión. Además también se
agrega la posibilidad de monitorizar la calidad en
términos de distorsión de la red (presencia de armó-
nicos en las ondas de tensión e intensidad). Al tener
sensores en cada toma eléctrica, es posible elaborar
un mapa del edificio para observar zonas donde exis-
te mayor demanda de electricidad, así como lugares
donde exista demasiada distorsión (los efectos pue-
den ser muy perjudiciales: sobrecargas, envejeci-
miento prematuro de los equipos, perturbaciones en
las comunicaciones…).
La utilización de esta tecnología permite la escalabi-
lidad, flexibilidad y conectividad necesaria en insta-
laciones inmóticas, a un bajo precio. Los costes de
instalación serían prácticamente nulos, así como
posibles cambios físicos de posición de los sensores.
La idea general está basada en el proyecto [4]. En
éste, se calculan magnitudes relativas a las ondas de
tensión e intensidad (valor medio, eficaz, potencias,
frecuencia…). En este caso, se añade el análisis de
Fourier para armónicos, y quizás más importante, se
trata de una red inalámbrica y no cableada como
ocurría en el proyecto de partida.
La aplicación está compuesta por nodos de sensores
inalámbricos basados en el estándar IEEE 802.15.4 y
una pasarela de conexión a IEEE 802.3.
Los sensores inalámbricos usados, funcionan bajo el
sistema operativo TinyOS, desarrollado desde sus
comienzos para sistemas embebidos. El sistema está
basado en eventos, lo que significa que los bloques
de código se ejecutan cuando se reciben determina-
dos eventos. También es posible programar la ejecu-
ción de tareas, de forma que el programador interno
de TinyOS se encargue de lanzarlas en el momento
adecuado. El desarrollo de las aplicaciones se realiza
a través del lenguaje nesC, dialecto del lenguaje C
orientado a eventos y tareas simultáneas.
2 CARACTERÍSTICAS DEL
HARDWARE
2.1 NODO TMOTE SKY
La plataforma hardware elegida para el tratamiento y
la transmisión de los datos es el modelo Tmote Sky de
la empresa Sentilla (ver Figura 1). Este consta de un
Microcontrolador MSP430F1611 (Texas Instru-
ments). Preparado para un consumo de energía mí-
nimo (cuenta con distintos modos de ahorro energéti-
co). Convertidor analógico-digital (CAD) de 12bit.
Comunicación UART, SPI, I2C. Memoria Flash para
programa 48KB y RAM de 10KB. Posee un Chip
radio CC2420 (Chipcon Products from TI). Bajo
consumo energía. Operación en 2.4GHz según el
estándar IEEE 802.15.4 y soporte para ZigBee.
Además provee conexión USB FT232B (FTDI Chip).
Interfaz entre un puerto serie tipo UART y una cone-
xión USB.
2.2 PASARELA TMOTE CONNECT
El firmware Tmote Connect instalado en el dispositi-
vo NSLU2 (Linksys) permite conectar un nodo Tmo-
te Sky por puerto USB, accediendo a los datos (lectu-
ra/escritura) usando protocolos TCP/IP. En la Figura
2 se muestra un esquema de la conexión (el nodo (A)
funciona como nodo base de la red).
Figura 1: Plataforma Tmote Sky.
En esta aplicación, el nodo que se conecta a la pasa-
rela actúa como nodo raíz o base de la red.
La comunicación entre pasarela-nodo base se realiza
a través de mensajes serie. La comunicación entre
pasarela-PC se utiliza TCP/IP.
Figura 2: Esquema conexión pasarela Tmote Con-
nect.
La gestión y configuración de la misma se lleva a
cabo remotamente a través de una página web sobre
HTTP. Además, es posible enviar comandos desde
un PC hacia la pasarela: recuperar el estado del mote
(fabricante, número de serie, paquetes leí-
dos/escritos…), reiniciar motes y/o servidor de datos,
ajustar la velocidad de transferencia, incluso es posi-
ble reprogramar la imagen binaria de un sensor de
forma remota (aplicación netbsl). De esta forma es
posible reconfigurar el firmware del nodo base sin
tener que desplazarse físicamente hacia donde se
encuentre la pasarela.
3 ESTRUCTURA DE ARCHIVOS
TINYOS Y MATLAB.
Como ya se ha comentado, el desarrollo de las apli-
caciones se realiza a través del lenguaje nesC, sobre
el sistema operativo TinyOS.
Entre los elementos básicos de este lenguaje, se en-
cuentran: componente: bloque de código que aporta
una funcionalidad determinada; interfaz, permite la
comunicación (normalmente bidireccional) entre dos
componentes; cableado: proceso por el cual se unen
los componentes (dos a dos) para conformar una
aplicación TinyOS.
Cuando se enlazan dos componentes a través de una
interfaz, uno de ellos toma el rol de componente
proveedor, mientras que el otro será usuario de la
misma (Figura 3). El usuario puede ejecutar coman-
dos (cuyo código está escrito en el proveedor). Por su
parte, el proveedor puede avisar al usuario de deter-
minados sucesos a través de eventos: el componente
usuario puede ejecutar código de acuerdo a un even-
to.
Figura 3: Elementos de una interfaz: comandos y
eventos.
Los componentes se dividen en dos grandes bloques:
signatura (donde se indican las interfaces usadas y/o
proporcionadas por el componente) y la implemen-
tación (Figura 4). Dependiendo de la implementa-
ción, se tienen componentes de tipo configuración y
de módulo. En el primero, se deben indicar todos los
componentes de los que se va a hacer uso en la apli-
cación, para después proceder al cableado. En el
segundo, la implementación contiene el código pro-
pio del programa a desarrollar.
MSP430F1611
Memoria Flash 8Mb
USB FT232BM
LED propósito
general
CC2420 radio
puertos expansión
pulsador
usuario
conector USB
antena interna
RESET
Pasarela
Tmote
Connect
A
USB
Ethernet
802.11g
B
C
Componente
USUARIO Componente
PROVEEDOR
comandos
eventos
interfaz
Figura 4: Tipos de componentes y estructura.
El componente principal de la aplicación es de tipo
módulo, y en él se programan los eventos, funciones
y tareas. Aunque TinyOS tiene soporte para tareas,
no es fácil añadirle prioridades. En su lugar, se utili-
zan los componentes Priority Level Scheduler, desa-
rrollados en [2]. Permite la creación de tareas con
hasta cinco niveles de prioridad. Además, el trata-
miento de las mismas es como si se tratase de even-
tos (para lanzar una tarea se utiliza postTask y para
en su ejecución runTask).
4 PRINCIPALES TAREAS DEL
SISTEMA
4.1 CÁLCULO DE LA POTENCIA
Permite calcular valores significativos asociados a las
ondas de tensión e intensidad. Se utilizan dos canales
del convertidor A-D y cada uno recibe la onda analó-
gica correspondiente.
La mayoría de las magnitudes usan integración con-
tinua en el tiempo. Al tratarse de un sistema digital,
es necesario convertir la integral en un sumatorio
finito. Mediante un bucle for se van aplicando las
definiciones teóricas para valores medios, eficaces,
potencias… Se utiliza la integración numérica de
Simpson.
Un punto a destacar es el de la potencia instantánea o
potencia activa (P). Por definición se tiene:
·p t v t i t
(1)
Y para el caso de un microcontrolador digital:
·p n v n i n
(2)
Sin embargo, con el CAD no es posible tomar dos
muestras de las señales en el mismo instante de tiem-
po. Es necesario aplicar el Principio de tiempo de
muestreo reducido [7]. Consiste en tomar alternati-
vamente una muestra de tensión y otra de intensidad,
y aplicar interpolación lineal
1
2
v n v n
p n i n
(3)
El error cometido al usar esta aproximación única-
mente depende de la frecuencia fundamental (onda a
50Hz) y de la de muestreo de la señal. Con los valo-
res establecidos en el sistema, el error sería aproxi-
madamente del 0.4825%.
La potencia aparente (S) se calcula utilizando los
valores eficaces de tensión e intensidad. Y la reactiva
(Q) aplicando la relación fundamental:
2 2 2
S P Q
(4)
Muchas de estas expresiones incluyen la operación
de raíz cuadrada. Se ha optado por no implementarla
en la aplicación, ya que el consumo de recursos sería
mayor y además implicaría usar decimales. Esta
operación se realiza en el sistema de monitorización
de datos (en MATLAB).
4.2 CÁLCULO DE LA DFT
Se trata de la tarea más compleja de la aplicación. Se
encarga de hallar los niveles armónicos de las señales
recibidas de tensión e intensidad.
4.2.1 Planteamiento
Hay que conseguir una solución de compromiso en el
número de armónicos a estudiar: si son demasiados,
la carga computacional será excesiva; si son pocos,
se perderá información útil. Para este sistema, se ha
tomado hasta el armónico 15º, que correspondería a
una frecuencia de 750Hz. De acuerdo al Teorema de
muestreo de Nyquist-Shannon, la frecuencia de mues-
treo debe ser superior a los 1500Hz.
Los armónicos se calcularán mediante la Transfor-
mada Discreta de Fourier (DFT), concretamente
con el algoritmo FFT ( [3] y [4]), para lo cual el nú-
mero de muestras debe ser de la forma 2R, con R
entero. Por otro lado, el espectro resultante es discre-
to, y será necesario hacer que determinados bins
coincidan con las frecuencias de interés: 50, 100,
150… Hz.
Otra restricción es el enventanado de la secuencia
temporal. Debido a que la amplitud de los armónicos
es muy pequeña comparada con el fundamental, la
ventana rectangular no sería válida [3]. Se ha realiza-
do un estudio de atenuación lobular con las principa-
les ventanas (triangular, Hanning, Hamming, Black-
man…) [2].
Con todas estas condiciones, se puede llegar a los
siguientes valores: frecuencia de muestreo 1600Hz y
128 muestras (en total 256, porque hay dos señales).
La ventana de tipo Blackman (expresión matemática
particularizada en (5)) proporciona una atenuación de
57dB y una resolución de Rayleigh de 37.5Hz (me-
nor que la mínima de 50Hz).
2
0.42 0.50 cos 127
0
4
0.08 cos 0 127
127
0 . . .
wn
n
e o c
n
n
(5)
Componente de
MÓDULO
Componente de
CONFIGURACIÓN
Signatura
Implementación
Componentes a utilizar
Cableado (wiring)
Implementación
Manejo de comandos y
eventos
Signatura
4.2.2 Preparación de datos
Antes de aplicar el algoritmo FFT, son necesarias
algunas operaciones previas con las secuencias obte-
nidas del CAD.
Enventanado: cada muestra se multiplica por el valor
correspondiente de la ventana Blackman (en memoria
solo se almacena una mitad de ésta). Selección de
canal: el algoritmo opera alternativamente con seña-
les de tensión e intensidad. Aplicación de inversión
binaria: es necesario reordenar las muestras para que
la DFT resultante sea correcta. Generación de la
secuencia compleja: con el fin de reducir consumo de
CPU, se crea una secuencia compleja a partir de las
muestras reales [4]. Se pasa de calcular una DFT de
128 puntos a una de 64.
4.2.3 Algoritmo FFT
Basado en el Teorema de duplicación ( [3] y [4]).
Para empezar, se calculan 32 DFT de 2 puntos cada
una. Después, se combinan para formar 16 DFT
ahora de 4 puntos… Así sucesivamente, hasta llegar
a la DFT de 64 puntos. En forma de pseudocódigo:
Para
0,1,..., 1nN
:
N
xnn x
Para
1,2,...,mr
:
1
2m
q
Para
0,1,..., 1kq
:
2
k
q
uW
Para
0,1,..., 1nN
con
incremento de
2q
:
·
2
x x n k u x
xx
n k q n k q
n k n k qn k x
Donde
x n
representa la secuencia de entrada (do-
minio temporal),
Nn
indica la posición de la
muestra (aplicación inversión binaria).
64N
,
2
log 64r
y
2
jk
kN
N
We
.
Las operaciones se realizan separando en partes real
e imaginaria.
En la Figura 5 se muestra el diagrama de flujo del
código implementado.
Para estos cálculos es necesario utilizar exponencia-
les complejas, que implica usar funciones trigonomé-
tricas como en (6).
Sin embargo, el empleo de estas operaciones hace
necesaria la inclusión de bibliotecas matemáticas, lo
que provoca un aumento en el consumo de memoria.
222
cos sin
jN
N
W e j
NN
(6)
Figura 5: Diagrama de flujo para el algoritmo FFT.
Además, utilizan coma flotante, no recomendado
para el microcontrolador del Tmote Sky.
La solución pasa por tabular y almacenar en memoria
los valores escalados, por ejemplo, de la función
coseno (el seno se consigue con un desplazamiento).
Una vez finaliza el cálculo, es necesario deshacer el
cambio de la secuencia compleja. A partir de la DFT
de la señal compleja es posible extraer la DFT de la
secuencia original (real pura). En este punto es im-
portante adaptar los resultados a la ganancia coheren-
te (CG) de la ventana usada: 0.4167 aprox. [2].
4.2.4 Parámetros armónicos
Con la DFT de la señal es posible calcular los niveles
de amplitud de cada armónico, así como los indica-
dores de distorsión armónica (porcentaje de armónico
respecto al fundamental).
La THD (tasa de distorsión total armónica) tiene en
cuenta los niveles de todos los armónicos (en este
caso hasta el 15º) y es un buen indicador de la distor-
sión de la red [6]. Expresión (7) para onda de tensión.
Com ienzo FFT
m< = R
ur ← Re{ e xp(-j *pi *k/q )}
ui ← Im { exp (-j* pi*k /q)}
n ← 0
Fin FFT
m ← 1
q ← 2* *(m -1)
k ← 0
k< q
n< N
ind a ← n+ k; i ndb ← n +k + q
Calcu lar Re{ y(in db)} y Im { y(in db)}
Calcu lar Re{ y(in da)} y Im { y(in da)}
n ← n+ 2* q
k ← k+ 1
m ← m + 1
si
no
si
no
si
no
15
22
22
11
hh
hh
u
UU
THD UU
(7)
El control de la distorsión se lleva a cabo utilizando
el algoritmo leacky bucket, aplicando límites inferio-
res y superiores (histéresis) para la distorsión. Es
posible programar una acción para cuando se superen
los límites establecidos (desconexión de la carga,
envío de una alarma, etc.).
5 COMUNICACIÓN RADIO. PRO-
TOCOLOS DE NIVEL DE RED
5.1 COLECCIÓN DE DATOS
Este protocolo tiene como fin conseguir que todos los
datos generados por los nodos de la red inalámbrica
alcancen al nodo principal o base. Se tiene una es-
tructura de árbol, donde los mensajes van ascendien-
do hasta el nodo base.
En la Figura 6 se ilustra este protocolo. El nodo (A)
actúa como base. Las líneas punteadas indican enla-
ces radio establecidos, mientras que las flechas indi-
can las rutas de datos elegidas por el protocolo.
Existen principalmente dos implementaciones: Co-
llection Tree Protocol (CTP) y multihop LQI [1].
CTP posee un estimador de enlace que calcula el
parámetro ETX (Expected Transmissions). Represen-
ta el coste que tiene una determinada ruta hacia el
nodo base. No depende de ninguna plataforma, lo
que provoca que el consumo de memoria pueda ser
excesivo. Por su parte, el indicador LQI (Link Quali-
ty Indication) se calcula de forma automática en
chips de radio modelo CC2420 (que incorpora Tmote
Sky). La complejidad de esta implementación es por
tanto menor.
En la aplicación se ha optado por usar multihop LQI.
Aprovecha recursos de memoria gracias a que se
cuenta con el chip CC2420.
Los nodos envían hacia la base una estructura de
datos de 86 bytes
5.2 DISEMINACIÓN DE DATOS
Funcionalidad complementaria al anterior. El mensa-
je que parte del nodo base ha de llegar a toda la red
de sensores. La Figura 7 muestra un posible esquema
de red. En este caso, existen tres implementaciones:
Drip, DIP y DHV [1]. Drip está concebido para
redes que trabajen con distintos tipos de mensajes y
no se conoce a priori con cuáles va a trabajar cada
nodo.
Figura 6: Protocolo de colección de datos.
DIP y DHV funcionan con pocos tipos de mensajes.
Tienen la ventaja de que el tráfico en la red es menor.
Se ha optado por utilizar DHV: solo se utiliza una
estructura de mensajes y la topología de red converge
en menor tiempo que DIP.
Figura 7: Protocolo de diseminación de datos.
La estructura de datos para diseminar es de 11 bytes
5.3 COMPONENTES TINYOS
El principal componente es ActiveMessageC. Pro-
porciona interfaces comunes para el manejo de men-
sajes transmitidos por radio.
Para el protocolo de colección, se hace uso de Colle-
ctionC, que contiene interfaces para el control del
protocolo: activación/desactivación, asignación del
nodo raíz para la red o recepción de datos (en nodo
base). Adicionalmente, es necesario CollectionSen-
derC, para que los nodos de datos de la red puedan
enviar mensajes hacia la base.
Respecto al protocolo de diseminación, se necesita el
componente principal de control DisseminationC.
Además DisseminatorC, para conseguir el envío de
datos desde la base y su posterior recepción por los
nodos.
Para incluir estos protocolos en la aplicación es nece-
sario añadir unas reglas al fichero Makefile corres-
pondiente.
B
C
A
E
D
B
C
A
E
D
6 COMUNICACIÓN PUERTO SE-
RIE
Aunque el entorno de desarrollo Tmote Sky posee
una conexión USB, la transferencia de datos a través
del mismo es equivalente a un puerto serie o UART.
El nodo base o raíz de la red se comunica (con una
pasarela de datos o directamente a un PC) a través de
este puerto. Cuando recibe datos de la red (protocolo
de colección), son copiados y enviados por el puerto
serie en la misma estructura vista anteriormente (Po-
tenciaMsg). A la inversa, el control de la red envía un
mensaje del tipo DissMsg para que a su vez el nodo
base lo disemine a través de la red inalámbrica.
6.1 COMPONENTES TINYOS
Al igual que ocurría con los protocolos radio, el
componente SerialActiveMessageC es el equivalen-
te para puerto serie. Proporciona interfaces para ma-
nejar el paquete de datos, control de envíos y recep-
ción…
7 CONTROL Y MONITORIZA-
CIÓN TCP/IP CON MATLAB
Se ha decidido utilizar el software MATLAB para
realizar un control y monitorización básicos de la red
de sensores. Las principales razones para elegir este
método son aplicación práctica de un programa trata-
do durante los estudios de Ingeniería, así como una
posible misión educativa o académica.
Se ha utilizado la función pnet, perteneciente al
TCP/UDP/IP Toolbox 2.0.6. [5]. Tras realizar la
compilación para MATLAB, se pueden utilizar las
funciones que proporciona: creación de conexión
TCP con el servidor (pasarela Tmote Connect), aper-
tura de socket, lectura y escritura de datos en el so-
cket…
Además, también incorpora funciones para emular un
servidor de páginas web (HTTP) simple.
7.1 ARRANQUE DEL PROGRAMA
Cuando se inicia la aplicación MATLAB desarrolla-
da (llamada monitor), muestra un cuadro de diálogo
para establecer la conexión con la pasarela (Figura
8).
En la ventana de comandos de MATLAB se muestra
información acerca de la conexión establecida
(Figura 9).
Figura 8: Conexión con pasarela. Indicar dirección IP
y puerto USB usado.
Figura 9: Información de conexión.
7.2 RECEPCIÓN DE DATOS
Esta opción recoge (protocolo colección) los datos
que envía cada uno de los sensores. Es necesario un
pequeño procesamiento de los mismos, ya que el
puerto serie los envía en “crudo” (raw). Se presentan
en la ventana de comandos los datos de todos los
sensores (Figura 10). Además, existe la posibilidad
de obtener representaciones gráficas temporales para
cada nodo en particular (tensión/intensidad media,
potencias, distorsión…).
Figura 10: Datos recibidos y procesados en
MATLAB.
Estos datos no solo son accesibles desde el PC que
ejecuta el programa de MATLAB. Gracias al servi-
dor web que proporciona la función pnet, se genera
una página HTML sencilla (Figura 11) para mostrar
los datos procesados en tiempo real.
7.3 ENVÍO DE DATOS
Esta opción muestra un cuadro de diálogo (Figura
12) para escribir los valores a enviar mediante dise-
minación a la red. Los campos son los de la estructu-
ra DissMsg.
Figura 11: Página web de recogida de datos.
Figura 12: Envío de datos hacia la red.
Para enviar un comando determinado a todos los
nodos, se utiliza el ID de difusión (por defecto
BROAD_ID=65535).
8 PRUEBAS REALIZADAS Y RE-
SULTADOS
8.1 CÓDIGO DE PROGRAMA
Para comprobar el funcionamiento correcto del CAD
del sensor, se utiliza un divisor resistivo simple, para
poder regular la tensión analógica de entrada. Para la
aplicación, está configurada en el rango 0V a 2.5V.
Para las tareas de cálculos de potencia y armónicos
(DFT) se generan determinadas secuencias con
MATLAB tal y como se hubieran recibido del CAD.
Esta secuencia se almacena en la memoria del sensor.
De esta forma se asegura que los algoritmos de cálcu-
lo están implementados correctamente.
8.2 MEDIDAS CON SEÑALES REALES
Aquí se trata de usar dos señales analógicas simulan-
do las ondas que se medirían desde la red eléctrica.
Lógicamente, son necesarios transductores de tensión
e intensidad, y un circuito de adaptación para las
señales eléctricas de una toma, si bien no ha sido
objeto de estudio en este documento.
Para comprobar los resultados devueltos por el sen-
sor, se ha desarrollado un Instrumento Virtual (VI) de
LabVIEW, cuyo aspecto se muestra en la Figura 13.
Partes más importantes: (A) forma de onda analógica
(representa tensión, intensidad o potencia, según lo
seleccionado); (B) cuadro de resultados, que muestra
los valores medidos por el VI y los que debería de
devolver el mote; (C) amplitud de armónicos (DFT)
de la señal, con posibilidad de medirlos mediante
cursores.
Figura 13: Instrumento Virtual de LabVIEW
Se generó artificialmente una señal que simulaba las
señales de tensión e intensidad, superponiendo armó-
nicos a la señal fundamental y ajustando el desfase
entre las dos señales. La tasa de muestreo usada
(44100Hz) es más que suficiente para las ondas gene-
radas (armónicos hasta 750Hz).
8.3 PRUEBAS DE COMUNICACIÓN
Pruebas destinadas a comprobar el funcionamiento
de los protocolos de red inalámbricos. Uno de los
montajes utilizados se representa en la Figura 14.
El nodo (A) actúa como base, y se encuentra conec-
tado a la pasarela de datos (GW). A su vez, se conec-
ta mediante Ethernet a un encaminador de red
inalámbrico. Los sensores (B) y (C) envían informa-
ción por radio según el estándar IEEE 802.15.4. El
PC se encarga de recibir los paquetes de datos envia-
dos por la pasarela a través de TCP. También se
envían comandos desde el PC hacia la red de senso-
res.
Se prueban diversas localizaciones físicas de los
sensores (cambio de topología de red) para compro-
bar que los protocolos (colección y diseminación)
actualizan dicha topología y continúan funcionando
correctamente.
A
C
B
Figura 14: Configuración de pruebas de comunica-
ción.
8.4 PRUEBA DE CONJUNTO
Prueba de todo el sistema funcionando simultánea-
mente (Figura 15).
El PC1 se encarga de: generación de las señales ana-
lógicas que se envían hacia el nodo (C) y hacia la
tarjeta de adquisición de datos de LabVIEW; control
de las medidas captadas con dicha tarjeta; ejecución
del programa de monitorización en MATLAB; y
comunicación con la pasarela.
PC2: control del sensor (C) (comparación de cálculos
con los procesados en PC1) y recepción de datos a
través de la página web alojada en el servidor de
MATLAB de PC1.
Figura 15: Configuración de pruebas del sistema
completo.
9 CONCLUSIONES
Se ha descrito en este trabajo una aplicación domóti-
ca basada en una red de sensores inalámbricos para la
supervisión de una red eléctrica en cuanto al consu-
mo y la calidad del suministro. El sistema incorpora
sensores inalámbricos en cada toma eléctrica, permi-
tiendo elaborar un mapa del edificio para observar
zonas donde existe mayor demanda de electricidad,
así como lugares donde exista demasiada distorsión
armónica. Debido a que los cálculos se realizan loca-
lente, en cada sensor, el sistema permite una alta
flexibilidad y escalabilidad. La aplicación se supervi-
sa mediante MATLAB, permitiendo el realizar otros
cálculos sobre este entorno.
Agradecimientos
Los autores desean agradecer la financiación de este
trabajo al Ministerio de Industria, Turismo y Comer-
cio, por el proyecto DH-COMPLIANT (ref. TSI-
020100-2009-359) y a la asociación DMASTEC.
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B
C
A
GW
R
USB
Eth
PC
B
C
A
GW
R
Tarjeta
LabVIEW
PC1
PC2
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Full-text available
This paper makes available a concise review of data windows and their affect on the detection of harmonic signals in the presence of broad-band noise, and in the presence of nearby strong harmonic interference. We also call attention to a number of common errors in the application of windows when used with the fast Fourier transform. This paper includes a comprehensive catalog of data windows along with their significant performance parameters from which the different windows can be compared. Finally, an example demonstrates the use and value of windows to resolve closely spaced harmonic signals characterized by large differences in amplitude.
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  • Peter Rydesäter
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  • Mike Medeiros
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