Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves

Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves Autor: Fernando León Labella Tutor: Marta Laguna García Dpto. Teoría de Ingeniería Electrónica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2021 iii Proyecto Fin de Grado Ingeniería Aeroespacial Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves Autor: Fernando León Labella Tutor: Marta Laguna García Profesora titular Dpto. de Teoría de Ingeniería Electrónica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2021 v Proyecto Fin de Carrera: Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves Autor: Fernando León Labella Tutor: Marta Laguna García El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2021 El Secretario del Tribunal vii A mis padres ix Agradecimientos En primer lugar, agradecer a la profesora Marta Laguna García por su ayuda y disposición prestadas de cara a la realización de este proyecto. Agradecer también a mis compañeros de clase, por su compañía durante estos años. A mi familia y amigos de mi pueblo, Fuentes de Andalucía, por escucharme cuando no todo iba bien, ayudarme cuando lo necesitaba y divertirnos cuando tocaba. Por último, agradecer a mis padres, porque sin ellos nada hubiera sido posible. Fernando León Labella Sevilla, 2021 xvii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2–1. Especificaciones Arduino UNO. 4 Tabla 2–2. Especificaciones Ethernet Shield. 5 Tabla 2–3. Especificaciones pantalla OLED 6 Tabla 2–4. Especificaciones fotoresistencia LDR-GM5539 7 xix ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1-1. Esquema sistema electrónico genérico 1 Figura 2-1.Arduino UNO 3 Figura 2-2. Ethernet Shield W5100 5 Figura 2-3. Pantalla OLED 0.96’’ 6 Figura 2-4. Fotoresistencia LDR-GM5539 7 Figura 2-5. Ejemplo de sensor de temperatura 8 Figura 2-6. Diodo LED 8 Figura 2-7. Cables 8 Figura 2-8. Resistencias 9 Figura 2-9. Pulsador 9 Figura 2-10. Interfaz Arduino IDE 10 Figura 2-11. Interfaz Microsoft Excel 11 Figura 2-12. Interfaz PLX-DAQ y ejemplo de la toma de datos 12 Figura 2-13. Interfaz Notepad++ 13 Figura 2-14. Interfaz Xampp 13 Figura 2-15. Plantillas AppsGeyser 14 Figura 3-1. Esquema del montaje 16 Figura 3-2. Foto 1 del montaje 17 Figura 3-3. Foto 2 del montaje 18 Figura 3-4. Foto 3 del montaje 18 Figura 3-5. Foto 4 del montaje 19 Figura 3-6. Esquema de funcionamiento sin conexión a Internet 20 Figura 3-7. Ejemplo toma de datos en Excel 21 Figura 3-8. Esquema de funcionamiento sin conexión a Internet 22 Figura 4-1. Ejemplo representación de datos en pantalla OLED 24 Figura 4-2. Sistema con el valor umbral superado 25 Figura 4-3. Sistema con el valor umbral no superado 25 Figura 4-4. Sistema con la activación manual activada 26 Figura 4-5.Código respuesta automática y manual (no conexión) 27 Figura 4-6. Inclusión librerías pantalla OLED y elección de la resolución 27 Figura 4-7. Código representación valores en pantalla OLED 28 Figura 4-8. Código recogida de datos por puerto serie 29 Figura 4-9. Código sistema de respuesta automático 29 Figura 4-10. Ejemplo datos en Excel con representación gráfica 30 Figura 4-11. Código VisualBasic guardado automático 30 Figura 4-12. Parte de código html para la creación de la web 31 Figura 4-13. Interfaz Xampp con servidor activo 32 Figura 4-14. Vista general página web 32 Figura 4-15. Código macro Guardar2 33 Figura 4-16. Código creación acceso directo al historial de datos 33 Figura 4-17. Historial de datos 34 Figura 4-18. Pantalla de activación del sistema de ventilación (desde la web) 35 Figura 4-19. Trozo de código creación de web desde Arduino 35 Figura 4-20. Ejemplo funciones para creación de web desde Arduino 36 Figura 4-21. Interfaz AppGeyser 37 Figura 4-22. Captura 1 app desde Smartphone 37 Figura 4-23. Captura 2 app desde Smartphone 37 Figura 4-24. Captura 3 app desde Smartphone 38 xxi 1 1 INTRODUCCIÓN La electrónica es una rama de la física aplicada que comprende la física, la ingeniería, la tecnología y las aplicaciones que tratan con la emisión, el flujo y el control de los electrones (u otras partículas cargadas eléctricamente) en el vacío y la materia [1]. Tanto en el mundo industrial como en la vida cotidiana el uso de sistemas y componentes electrónicos es cada vez más frecuente debido a sus numerosas aplicaciones, por tanto, el desarrollo de sistemas electrónicos es una de las ramas de la ingeniería con mayor proyección de futuro. Podemos destacar los siguientes campos en los que la electrónica tiene un papel fundamental [2]: - Control y automatización en industrias - Domótica - Vehículos - Medicina - Energías alternativas - Informática y enseñanzas - Juegos - Limpieza y bienestar - Seguridad y protección - Comunicaciones Un esquema sencillo de un sistema electrónico podría se el siguiente: Figura 1-1. Esquema sistema electrónico genérico Introducción 2 El sistema toma medidas de sensores o de indicaciones, se procesan tomándose decisiones y se aplican unas actuaciones, convirtiendo voltajes en señales útiles desde el punto de vista físico. En este trabajo se realizará el diseño tanto a nivel de hardware como de software de un sistema de control de temperatura, así como un monitoreo de los datos y un control de la respuesta. Este sistema de control es aplicable al mundo aeroespacial, en especial a los sistemas embarcados que son propensos a sufrir altas temperaturas y pueden dañarse, dando tanto una respuesta automática, como la posibilidad de respuesta manual por un usuario. La respuesta podría ser la activación un sistema de refrigeración para corregir excesos de temperatura en diversos sistemas embarcados, aunque en este proyecto no se tratará dicho sistema de refrigeración y solo se mostrará mediante un diodo LED la activación del mismo. Se destaca el uso de la electrónica en el mundo aeroespacial, donde la electrónica toma el nombre de aviónica. En este sector es importante destacar la tendencia “More Electric Aircraft”, donde se pretende fomentar el uso de sistemas eléctricos y electrónicos. Esto se hace con el objetivo de disminuir los costos de operación y mantenimiento, aumentar la fiabilidad y reducir emisiones de gases. Los avances tecnológicos en el campo de la electrónica de potencia, actuadores eléctricos, sistemas de control de vuelo, motores eléctricos, generación de energía y sistemas de conversión han definido la era “More Electric Aircraft” [3]. En este sentido, el proyecto cumple con la tendencia actual de la aeronáutica, ya que se diseña un sistema electrónico, cada vez más importante en el sector. Imporante destacar también la comunicación del sistema con el usuario mediante la creación de una página web y de una aplicación Android, permitiendo el control a través de Internet. Se considera esto primordial en el desarrollo del trabajo debido a la cada vez más importancia de las comunicaciones, ya que ofrecen un sinfín de posibilidades tanto en la vida cotidiana como en el mundo industrial, permitiendo una globalización a gran escala cada vez más importante y notable. Por último, destacar el gran número de sensores presentes en aeronaves, desde altitud, presión, temperatura, posición, detección de hielo, etc. 3 2 DESCRIPCIÓN DE ELEMENTOS USADOS En este capítulo se expondrán las distintas herramientas y elementos hardware y software que se han utilizado para el diseño e implementación del sistema. 2.1. Hardware 2.1.1 Arduino UNO Arduino UNO es una placa de microcontrolador basada en el microcontrolador ATmega328P. Cuenta con 14 pines de entrada/salida digital, 6 entradas analógicas, una conexión USB, un conector de alimentación, un encabeado ICSP y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para soportar el microcontrolador [4]. Figura 2-1.Arduino UNO A continuación se muestra una tabla con las especificaciones del Arduino UNO (si la especificación pertenece al microcontrolador se indicará en la tabla [5]. Descripción de elementos usados 10 2.2 Software 2.2.1 Arduino IDE Mediante este software de código abierto, se facilita la escritura de código así como la carga de dicho código en la placa Arduino (este software es válido para cualquier placa de Arduino). Se utiliza para la escritura del código el lenguaje C++ [10]. Figura 2-10. Interfaz Arduino IDE La figura 2-10 es un ejemplo de como se ve la interaz del software. Las funciones que se ven en la parte superior son las más básicas y son respectivamente (y en orden de aparición) las de compilar, subir, nuevo proyecto, cargar proyecto y guardar proyecto. Además de todo esto tiene opciones para editar la interfaz, editar la fuente, incluir librerías, serial plotter (representa los datos del puerto serie)… 2.2.2 Microsoft Excel Microsoft Excel es una hoja de cálculo desarrollada por Microsoft. Cuenta con cálculo, gráficas, tablas calulares, así como con un leguaje de programación macro llamado Visual Basic. En las últimas versiones se marcó como límite de columnas por hoja de cálculo en 16384 y el límite de filas en 1048576 dando un total de 17179869184 celdas. El máximo de hojas por libro es de 1024 [11]. 11 11 Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves Figura 2-11. Interfaz Microsoft Excel Se muestra en la figura 2-11 la interfaz de Excel. Es importante destacar que la gran cantidad de funciones que Excel ofrece permite dar mucha información de los datos almacenados, y se verá que esto será de gran utilidad en la realización de este proyecto. Este tratamiento de los datos que permite realizar Excel hace posible sacar conclusiones más precisas, evitar dar por válidas suposiciones iniciales, detectar problemas y clasificar de forma óptima los problemas. La decisión de utilizar Excel frente a otros gestores de datos se debe a las ventajas que ofrece, como por ejemplo: - Gran cantidad de funciones disponibles - Cuadrícula versátil - Gran capacidad de almacenamiento - Posibilidad de insertar múltiples tipos de gráficos Esta herramienta también permite crear históricos de datos, lo cual en el caso de la temperatura tiene bastante importancia, ya que esta degrada el funcionamiento de los dispositivos. Con el histórico y un adecuado proceso de estudio y análisis se puede alargar la vida útil de dispositivos, así como prevenir roturas y facilitar tareas de mantenimiento. 2.2.3 PLX-DAQ_R2 Este software realmente es un complemento para Microsoft Excel y consiste en una herramienta de datos desarrollada por Parallax que adquiere hasta 26 canales de datos de cualquier microcontrolador y los almacena en una columna de una hoja de Excel, por lo que realiza una función de almacenamiento de datos que pueden ser tomados de distintas formas, por ejemplo sensores, en tiempo real [12]. Este complemento puede conseguir desde la página de la desarrolladora Paralax (https://www.parallax.com/package/plx-daq/). También tiene la ventaja de que marca los datos tomados con la hora (con formato hh: mm: ss), por lo que se puede hacer un seguimiento exhaustivo de la toma de datos. Descripción de elementos usados 12 Se muestra en la Fig. 2-12 la interfaz del software. Se ve la forma del almacenaje de datos, así como la ventana de control de los mismos. Se puede seleccionar el puerto de entrada, la velocidad en baudios, limpiar las columnas… Figura 2-12. Interfaz PLX-DAQ y ejemplo de la toma de datos 2.2.4 Notepad ++ Notepad++ es un editor de texto y código fuente escrito en C++, que utiliza Win32 API y STL [13]. En este proyecto, se ha utilizado como editor de texto para la escrtura de un código en html para la creación de una página web. Se ha seleccionado por encima de otros editores por la comodidad de su interfaz. 13 13 Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves Figura 2-13. Interfaz Notepad++ 2.2.5 Xampp Xampp es un paquete de software libre, que consiste en el sistema de gestión de base de datos MySQL, el servidor web Apache y los intérpretes para lenguajes de script PHP y Perl. El programa se distribuye con la licencia GNU y actúa como un servidor web libre [14]. Figura 2-14. Interfaz Xampp Descripción de elementos usados 14 2.2.6 AppsGeyser AppsGeyser consiste en una página web (https://appsgeyser.com/) que es capaz de generar aplicaciones Android sin necesidad de programar. En el caso de este proyecto, AppsGeyser crea una app a partir de una página web (introduciendo la URL de esta). Se trata de una herramienta muy útil al permitir la creación de aplicaciones Android sin la necesidad de que estas sean programadas. Es un servicio gratuito y que permite la posibilidad de publicar las apps creadas con esta herramienta en Google Play. Cuenta con diversas plantillas desde las que iniciar el trabajo. Figura 2-15. Plantillas AppsGeyser Como se observa en la figura 2-15, AppsGeyser ofrece multitud de plantillas para crear las aplicaciones. Su principal limitación es que solo se puede elegir uno de estos contenidos para la app, no siendo combinables. 15 15 Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves 3 MONTAJE Y FUNCIONAMIENTO GENERAL El objetivo de este proyecto es el diseño tanto a nivel de hardware como de software de un sistema de control de temperatura, así como un monitoreo de los datos y un control de la respuesta. Este sistema de control seria aplicable al mundo aeroespacial, en especial a los sistemas embarcados que son propensos a sufrir altas temperaturas y pueden dañarse, dando tanto una respuesta automática, como la posibilidad de respuesta manual por un usuario. Los elementos usados en el desarrollo representan en ocasiones a otros elementos que por diversas razones no se han utilizado en este proyecto. En cuanto al sistema de respuesta (sistema de ventilación), se representa como un diodo LED, que se enciende o se apaga en función de lo que haría el sistema de ventilación. El sensor de temperatura se emula mediante una fotoresistencia (por facilidad de manejo y sencillez a la hora de hacer pruebas). Se pretende que el sistema tenga respuesta automática y respuesta manual. Esto se hace para que el sistema sea autónomo y no necesite ser controlado por ningún usuario, pero también se pretende que si se desea, el usuario tenga poder de decisión sobre la respuesta. Se fuerza a que la decisión del usuario tenga prioridad ante la automática. En este capítulo se mostrará y explicará el montaje del hardware del sistema. El sistema diseñado se tratará desde los dos siguientes puntos de vista para facilitar así el entendimiento del funcionamiento del propio sistema: - Funcionamiento del sistema sin conexión a Internet - Funcionamiento del sistema con conexión a Internet Hay que destacar que en ambos casos se realiza prácticamente el mismo tratamiento de los datos, pero se ha diseñado de esta manera para hacer al sistema inmune a posibles fallos de red, tejiendo así una red de seguridad que lo proteja. Pese a esto, el montaje es el mismo para ambos casos, aunque no se usen varios elementos en alguno de ellos. Como objetivo final, se pretende que el sistema sea operable por un usuario que no necesariamente tenga que estar formado en programación o electrónica, ya que el sistema se diseña para que se maneje desde una interfaz web con funciones sencillas y entendibles. Se destaca la posible inclusión del sistema en una red de tratamiento de distintos datos, gestionando así respuestas mas precisas al tener una mayor cantidad de información, teniéndose una visión más general del estado total del sistema controlado. Montaje y funcionamiento general 16 16 3.1 Montaje Para el diseño del montaje se han utilizado placas protoboard para la conexión de los pines y el sistema se alimenta mediante la placa de Arduino (conectada a una fuente de alimenación externa). A su vez, el Shield Ethernet (anclado al Arduino) está conectado mediante un cable Ethernet a un router wifi. El esquema de montaje es el siguiente: Figura 3-1. Esquema del montaje Se comentan las conexiones de cada uno de los elementos: - Placa de Arduino con Shield Ethernet anclado. Como se ha comentado anteriormente, están conectados a una fuente de alimentación externa y a un router wifi. - El pin de alimentación (+5V en el esquema) de la placa (en adelante nos referiremos como placa en general al Arduino + Shield Ethernet) se conecta a la fotoresistencia, a la pantalla OLED y a la resistencia R1. - Fotoresistencia. Conectada al pin de alimentación, así como a la resistencia R2 y al pin A0. - Resistencia R2. Conectada a la fotoresistencia, al pin A0 y a tierra (GND) en el esquema. - Pantalla OLED. Conectada al pin de alimentación (+5V), a tierra (GND) y a los pines A4 y A5. - Resistencia R1. Conectada al pin de alimentación (+5V), al pin 7 y al pulsador. 17 17 Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves - Pulsador. Conectado a la resistencia R1, al diodo LED y a los pines 7 y 8. - Diodo LED. Conectado al pin 8, al pulsador y a tierra (GND). El uso de los pines A0, A4, A5, 7 y 8 es debido a que son los que se han utilizado en programación, por lo que se podrían cambiar en el montaje si se cambian también adecuadamente en el código que se ha usado. Se adjuntan algunas fotos del montaje. Figura 3-2. Foto 1 del montaje Montaje y funcionamiento general 18 18 Figura 3-3. Foto 2 del montaje Figura 3-4. Foto 3 del montaje 19 19 Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves Figura 3-5. Foto 4 del montaje 3.2 Funcionamiento general Como se comentó al principio del capítulo, se comentará el funcionamiento del sistema por separado para una mayor facilidad de entendimiento y comprensión. Es importante añadir que en este capítulo se hará una descripción breve y esquemática y será en el siguiente capítulo donde se comentará detalladamente el funcionamiento, comentando resultados y analizando partes de los códigos de programación untilizados para un conocimiento más amplio. 3.2.1 Funcionamiento del Sistema sin conexión a Internet Consiste en el monitoreo en las pantalla OLED de los datos tomados por el sensor, así como el control tanto automático como manual del sistema de respuesta. La respuesta se mostrará como un diodo LED pero podría indicar la activación de un sistema de refrigeración (que no se va a tratar en este proyecto) para proteger de temperaturas altas a los sistemas embarcados. El usuario podrá ver la representación de los datos en la pantalla y podrá activar y desactivar mediante el pulsador el sistema de refrigeración cuando desee. Además, está programada la respuesta automática, que activará la refrigeración cuando la temperatura medida por el sensor supere cierto umbral elegible por el usuario. Para esta parte del funcionamiento no haría falta el Shield Ethernet. Se facilita un esquema del funcionamiento: Descripción del funcionamiento 26 26 Se observa en la Fig.4-2 que la medida del dato supera el umbral de 400 establecido, por lo que automáticamente se activa el sistema de ventilación (un LED en nuestro caso). En cambio, en la Fig.4-3 se observa que no se alcanza el umbral, por lo que el sistema de ventilación no está activado. En el caso de que se quiera activar el sistema de ventilación de forma manual, solo habría que pulsar el pulsador, y el sistema se activará sea cual sea la medida del sensor. Se aprecia en la Fig. 4-4. Figura 4-4. Sistema con la activación manual activada En cuanto al código, se adjuntará en el Anexo de este documento, pero se van a comentar los aspectos más importantes. El código del sistema automático y manual de respuesta del sistema es el siguiente: 27 27 Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves Figura 4-5.Código respuesta automática y manual (no conexión) Para elegir el estado del sistema de respuesta (activable mediante el pulsador) se comprueba el estado del botón y se compara con el estado anterior. En función de esto, si el estado anterior era el que permitía tener el sistema de ventilación encendido, al cambiar el estado del botón, apaga el sistema de ventilación. Funciona de la misma manera en el caso contrario. Para hacerlo de forma automática, simplemente se activa la ventilación en función del valor del dato del sensor comparado con el valor umbral. Esto ocurre en el caso de que no se haya activado manualmente la ventilación (se da prioridad a la decisión manual del usuario). Para la representación en la pantalla OLED toma gran importancia el uso de las librerías Adafruit_SSD1306 y Adafruit_GFX. Estas nos permiten el uso de la pantalla OLED, además de tener funciones que hacen más asequible la tarea de representar los datos. Se recuerda que la pantalla es de 0.96’’. Figura 4-6. Inclusión librerías pantalla OLED y elección de la resolución Como se aprecia en la Fig.4-6, hay que declarar la resolución de la pantalla. Para la representación tanto de los ejes como de los valores de referencia y el título se han utilizado las siguientes funciones: Descripción del funcionamiento 28 28 - display.drawLine. Esta función representa una línea en el display. Los valores de entrada son las coordenadas de los puntos iniciales y finales de la recta (siendo el [0 0] la esquina superior izquierda) y el color de la misma. - display.setCursor y display.print. Se describen juntas estas funciones, ya que en este proyecto se utilizan de forma conjunta. La función display.setCursor indica la coordenada donde se van a representar los caracteres indicados en la función display.print. - display.drawPixel. Esta función representa un punto. Sus entradas son las coordenadas del punto y el color del mismo. Figura 4-7. Código representación valores en pantalla OLED Para la representación de los datos se reescalan los 1024 posible valores que puede tomar la medida del sensor a los 54, que son los píxeles que nos quedan libres por encima del eje X. Tras esto, se representa el valor del dato en la gráfica, y cuando llegue el siguiente se guarda en una posición anterior. Se puede observar en la Fig. 4-7. Tasa de muestreo y memoria El tiempo de muestreo se puede modificar, ya que en el código hay un delay que frena la simulación y marca el tiempo de recogida entre dato y dato. El tiempo de muestreo mínimo posible es de unos 40 milisegundos, lo cual es debido principalmente al tiempo que tarda el sensor en dar el valor que recoge y el tiempo que tarda la pantalla OLED en procesar la representación. En cuanto a la memoria, en este modo va a tener un valor limitante, que va a ser el número de datos que caben en la pantalla OLED. En nuestro caso, la pantalla tiene 128 píxeles horizontales, a lo que habría que restar los que se han usado para la representación de los valores de referencia y el eje Y. En nuestro caso nos quedarían 103 píxeles. Debido a que la temperatura no es un parámetro que cambie brucamente no hace falta que se tomen datos de manera continua. Si se tomara un dato cada 30 segundos (lo cual sería un control de la temperatura suficientemente exhaustivo) y se pueden ver 103 medidas a la vez, estaríamos viendo el historial de medida de los últimos 51 minutos. 29 29 Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves 4.2 Descripción del Sistema con conexion a Internet En esta sección se analizará la toma de datos y el monitoreo de los mismos a través de una página web (en nuestro caso subida a un servidor local, aunque se podría subir a un servidor externo, lo cual no se ha hecho para no tener que disponer de un dominio) para poder acceder a la recogida de datos y al control del sistema de respuesta desde cualquier dispositivo con conexión a Internet, ya sea mediante la web o mediante la app de Android asociada a la misma. Como se comentó en la sección 3.2.1, los datos recogidos del sensor son almacenados en una hoja de Excel mediante el software PAQ-DAQ_R2. Esto se hace de forma muy sencilla, ya que desde el código de Arduino, simplemente se leen los datos y se mandan por puerto serie, siendo estos datos recogidos en Excel. Se aprecia en la Fig.4-8 un bucle while que modifica la tasa de muestreo (tiempo entre dato y dato). Figura 4-8. Código recogida de datos por puerto serie Se marcará la tasa de muestreo de 30 segundos, ya que se considera una tasa aceptable al tratarse de temperatura, la cual no cambiará de manera abrupta en poco tiempo. Por supuesto, se mantiene la respuesta automática (Fig.4-9). Figura 4-9. Código sistema de respuesta automático Se activa el sistema de ventilación cuando se supera el umbral establecido. Una vez se tienen los datos en Excel (van llegando periódicamente) se pueden hacer con ellos las operaciones y medidas que se deseen. Destacar la importancia y potencia de esto, ya que todas estas operaciones y medidas estadísticas se verán reflejadas en la página web. Se muestra como se ven los datos en la hoja Excel (Fig.4-10). Se muestra como ejemplo de tratamiento de los datos una gráfica y la media, pero se reitera que las opciones son muy amplias. Tanto la gráfica como la media son dinámicas, es decir, se van actualizando a medida que van llegando los datos. Descripción del funcionamiento 30 30 Figura 4-10. Ejemplo datos en Excel con representación gráfica Una vez que se tienen los datos en la hoja de Excel, hay que conseguir que esta se guarde como .html (para poder tener los datos en la página web) y que lo haga periódicamente, para que actualice los datos que van llegando. Para ello se ha programado una macro en el lenguaje VisualBasic de Excel. Figura 4-11. Código VisualBasic guardado automático 31 31 Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves La función auto_open hace que la macro se active automáticamente al abrir el libro de Excel, y hace que se ejecute la función Guardar, que guarda la hoja Excel cada 25 segundos en formato .html en la ruta adecuada para subir la hoja al servidor local. La función Aplication.DisplayAlerts=False evita que salga la pantalla emergente que pregunta si sobrescribir el archivo .html (ya que se guarda con el mismo nombre). Se aprecia que se activa la función Guardar2 cada 3.5 minutos., la cual será comentada posteriormente, pero se adelanta que es para crear una base de datos del historial de medidas. Una vez que se tiene un archivo .html que se actualiza automáticamente, es momento de incrustarlo en otro que será el que se alojará en el servidor local. Figura 4-12. Parte de código html para la creación de la web Se observa en la Fig.4-12 como se incrusta el archivo generado mediante Excel (línea 19) y mediante funciones de JavaScript se fuerza a que actualice cada 10 segundos, para reflejar los cambios que se van dando en el archivo PLX-DAQ_R2.html (generado por Excel). A su vez, mediante el software Xampp, se crea un servidor local en el que se aloja la página web creada mediante este último código. Esto se hace activando el servidor desde Xampp, siendo la URL, la IP del ordenador, seguida del puerto adjudicado por la aplicación Xampp y seguido de la carpeta donde se aloja el código. Descripción del funcionamiento 32 32 Figura 4-13. Interfaz Xampp con servidor activo Se aprecia que los puertos en los que se alojan son el 80 y el 443. Si entramos en la URL http://192.168.1.21/app/index1.html, vemos lo siguiente. Figura 4-14. Vista general página web Como se puede observar, ya tenemos una página web que recoge los datos del sensor, los va almacenando y 33 33 Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves los va representando. Se observa en la Fig.4-14 que están las opciones de acceder al historial de datos y al sistema manual de activación del sistema de ventilación. Para obtener un historial de datos se fuerza a que la hoja de Excel con los datos tomados por el sensor se guarde periódicamente mediante una macro, y en el nombre contenga la fecha y la hora de guardado. Se consigue así tener un registro de todas las medidas tomadas antriormente. Como se observa en la Fig.4-11 había otra instrucción programada llamada Guardar2, que se observa en la Fig.4-15. Figura 4-15. Código macro Guardar2 Estos archivos se almacenan en la carpeta que esta alojada en el servidor local, pudiendo acceder a ella desde la página web mediante el enlace “Historial de datos” de la Fig. 4-14. Esto se programa de la siguiente manera (Fig.4-16). Figura 4-16. Código creación acceso directo al historial de datos De esta manera, si se pulsa en el enlace, se llega a lo siguiente (Fig.4-17): Descripción del funcionamiento 34 34 Figura 4-17. Historial de datos Si se pulsa en cualquiera de los enlaces, muestra los datos tomados en la fecha y hora indicada. Una posibilidad sería programar la macro Guardar2 de Excel para que guarde cada 24h para tener un seguimiento diario y un historial estructurado por días. En cuanto al sistema de activación manual de la ventilación, este permite al usuario activar desde la web la mencionada ventilación. Al clickar en “Sistema de ventilación” (Fig.4-14), se abre la siguiente pestaña (Fig.4-18), desde la que se puede activar y desactivar el sistema a placer. 35 35 Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves Figura 4-18. Pantalla de activación del sistema de ventilación (desde la web) Esta página se sube al servidor local, pero no lo hace desde el software Xampp, sino que lo hace el propio código de Arduino a través del Shield Ethernet. Figura 4-19. Trozo de código creación de web desde Arduino Como se observa en la Fig.4-19 hay que incluir las librerías SPI y Ethernet y hay que elegir una dirección IP que no esté utilizada (en este caso 192.168.1.50). Destacar la librería Ethernet, la cual se usa para manejar el Ethernet Shield. La función principal es mandar por Ethernet el protocolo programado en Arduino. Se destacan algunas de las funciones más importantes: - IPAddress. Define dirección IP - EthernetServer. Crea un servidor que escucha por las conexiones entrantes del puerto definido - Server.begin. Hace que el servidor comience a escuchar - Client.println. Escribe datos al servidor - Client.stop. Desconecta del servidor Es importante añadir la existencia de una librería llamada Ethernet2, que es similar, pero compatible con el Ethernet Shield 2 W5500. El modo de funcionamiento de este código para crear lo que se observa en la Fig.4-18, es introducir por el puerto serie instrucciones html para la creación de la página. Se muestra un trozo de código para que se vea (Fig.4-20): Conclusiones 42 42 Una de las mayores ventajas del proyecto realizado es su capacidad de seguir evolucionando y creciendo, ya que aumentando el número de parámetros controlables y desarrollando una interacción compleja y adecuada sobre las respuestas se podría acabar consiguiendo el desarrollo de una herramienta bastante potente. A esto, se le suman los avances de hardware, consiguiéndose cada vez mejores y más compactos elementos que mejorarían el resultado final. En cuanto a las mejoras que se vayan dando en los software utilizados en la realización de este proyecto, también aportarían riqueza de cara al futuro, al poder añadir funcionalidades que actualmente serían difícil de implementar. 43 43 Sistema de control de temperatura y gestión de datos vía Internet con aplicación a sistemas embarcados en aeronaves REFERENCIAS [1] [En línea]. Available: https://www.britannica.com/technology/electronics. [2] [En línea]. Available: http://myelectronic.mipropia.com/aplicaciones.html?i=1. [3] [En línea]. Available: https://moreelectricaircraft.com/contact.php. [4] [En línea]. Available: https://store.arduino.cc/products/arduino-uno-rev3/. [5] [En línea]. Available: https://store.arduino.cc/products/arduino-uno-rev3/. [6] [En línea]. Available: https://www.sunfounder.com/products/w5100-ethernet-shield. [7] [En línea]. Available: https://www.amazon.es/gp/product/B00HG82V1A/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o01_s00?. [8] [En línea]. Available: https://store.arduino.cc/products/grove-oled-display-0-96?queryID=undefined. [9] [En línea]. Available: https://www.amazon.es/gp/product/B08BKRPBVL/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o03_s00?. [10] [En línea]. Available: https://www.arduino.cc/en/software. [11] [En línea]. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Excel. [12] [En línea]. Available: https://www.parallax.com/package/plx-daq/. [13] [En línea]. Available: https://notepad-plus-plus.org/. [14] [En línea]. Available: https://www.apachefriends.org/es/index.html. Referencias 44 44