Sistema Artesanal Riego Automatizado Vivienda

SIRIN

(Sistema de Riego Inteligente)

mdelgado

Por Sergio Alcántara Segura y Christal Berengena Moreno Publicado en http://www.imarketing.es/

http://www.imarketing.es/

Resumen Nuestro proyecto nació de la idea de querer controlar el sistema de regadío de una vivienda tradicional. Pero yendo un paso más allá, deseábamos que fuera capaz de tomar decisiones según las características atmosféricas y del estado de humedad y temperatura de la tierra. Llegados a este punto pudimos observar que si no estábamos físicamente en el jardín no disponíamos de un control total del sistema. Por ello, optamos en introducir nuevas tecnologías del área de las telecomunicaciones permitiéndonos de este modo tener la posibilidad de poder controlar el sistema de forma remota desde cualquier terminal con conexión a internet y estar informados en todo momento de las decisiones que tome el sistema de forma autónoma o de cualquier evento crítico (p.e., bajada brusca de temperatura, detección de lluvia cuando el sistema de riego esta activo, etc.) mediante mensajes cortos SMS a los teléfonos móviles prefijados con antelación. Además de ello creímos conveniente añadir una interfaz amigable en el propio hogar donde, con un simple vistazo, podamos observar de forma gráfica la imagen virtual del jardín y la posición y el estado de los sensores y controles que hay instalados. De esta forma podríamos actuar sobre cualquier parte del sistema de una manera rápida y fácil. Una vez llegado a este punto empezaron a surgirnos cuestiones sobre la viabilidad y utilidad del sistema. Que tecnología íbamos a usar para la comunicación remota? Mensajes cortos SMS? Internet, WAP o WEB? La interfaz de la vivienda iba a ser estándar para cualquier tipo de jardín? Todos los usuarios tendrían las mismas necesidades? Es rentable un sistema de este tipo para controlar el riego de un jardín? De estas reflexiones surgieron soluciones e ideas que nos llevaron a cambiar parte del objetivo inicial, optando por diseñar un sistema capaz de adaptarse a las necesidades del usuario. Qué quiere controlar? Cómo lo quiere controlar? Y, cuánto se quiere gastar? Para ello se creó el sistema con la peculiaridad de ser independiente a la tecnología de comunicación remota empleada. Es decir, es capaz de detectar qué tipo de tecnología se está utilizando (WAP, WEB o SMS) y adaptarse según las características de la misma sin que ello suponga una duplicación de recursos. Esta característica también se traspasó a la interfaz de la vivienda, ya que se diseñó para que en el momento de instalar el sistema ésta se vaya generando paralelamente; con ello se logra obtener de una interfaz común, una con las características de cada jardín y siguiendo las necesidades de cada usuario. Para hacer atractivo este proyecto, a parte de ser adaptable a las necesidades del usuario, debía caracterizarse por ser económico, de fácil instalación y actualizable para que no se quedara obsoleto a corto plazo. Para ello, se optó por realizar un hardware de diseño propio reduciendo así los costes de producción. Llegados a este punto y viendo que disponíamos de un sistema de bajo coste, de muy fácil manejo y escalable, nos dimos cuenta en lo sencillo que sería poder abarcar grandes extensiones de terreno ya que el diseño inicial puede ir ramificándose y creciendo, sin olvidar su adaptabilidad con nuevas tecnologías (p.ej. bluetooth) o incluso con tecnologías actuales (p.ej. sistemas domóticos X10) sin que ello suponga reestructurar lo ya existente. Por todo esto podemos permitirnos ser más ambiciosos y ampliar objetivos, de manera que sin perder la idea inicial podamos ofrecer un sistema versátil capaz de utilizarse en un jardín pero orientado a facilitar el trabajo al agricultor; que es el usuario que realmente sacará mayor beneficio con la instalación de este sistema.

Capítulo 1. Introducción

SIRIN - Sistema de Riego Inteligente. Capítulo 1 - Introducción.

Introducción Este proyecto tiene como finalidad ser una herramienta que facilite la labor tanto en el cuidado de un jardín como en cultivos de grandes hectáreas, siendo en este caso donde mayor beneficio y por tanto mayor utilidad puede aportar nuestro sistema. Ello es debido a que se caracteriza por ser un sistema de regadío pero con la peculiaridad de tomar decisiones según las características atmosféricas, temperatura y humedad de la tierra, etc. Por tanto, al activar el riego sólo se pondrá en marcha en las zonas donde realmente sea necesario. Paralelamente, se buscaba desarrollar un sistema que diera al usuario la posibilidad de estar informado en todo momento de lo que sucede en su terreno y, poder reprogramar la configuración o actuar directamente sobre los dispositivos de una manera rápida y sencilla. A partir de las especificaciones anteriores surgió la idea de construir un sistema de control intuitivo que pudiera ejecutarse desde cualquier terminal móvil con conexión a internet (teléfono móvil, PDA, PocketPC, etc). Dando la posibilidad al usuario de poder recibir informes en forma de mensaje corto (SMS) o de correo electrónico (e-mail) en cualquier momento y así, actuar en consecuencia sin ningún tipo de restricciones. Podrá actuar sobre el sistema, y por tanto sobre el control de riego, sin importar el lugar donde se encuentre, ni el dispositivo utilizado, ni la tecnología empleada ( WEB, WAP o mensajes cortos SMS ). Otro de nuestros objetivos era acercar este producto al mayor número de personas. Para ello, a parte de realizar un diseño escalable capaz de poder adaptarse tanto en pequeños jardines como en grandes parcelas debíamos potenciar la utilización de nuestro sistema mediante el dispositivo más utilizado actualmente por la gente, que sin lugar a duda, se trata de el teléfono móvil. Pero además debíamos desarrollar un entorno de usuario que destacase por la sencillez de su manejo incluso para personas sin ningún tipo de experiencia en temas de últimas tecnologías. Para ello se optó por tener la posibilidad de controlar el sistema mediante un método de comunicación muy extendido en la actualidad, que poseen todos los teléfonos móviles y de bajo coste, como son los mensajes cortos (SMS).

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Y para terminales con tecnología WAP se creó un conjunto de pantallas que guiarán al usuario por diferentes menús para conducirle de una manera rápida y sencilla a realizar la acción deseada. (véase capítulo 2)

Fig. 1.1 – Pantallas de Autentificación, bienvenida y Menú Principal.

Otro de los temas que se cuidó fue el desarrollo del hardware que forma la Unidad de Control que está ubicada en un punto concreto de la parcela de regadío o si se trata de un jardín puede estar situada incluso en la propia vivienda. Su diseño era determinante para lograr un sistema que a parte de su sencillez en el manejo remoto, se adaptara con la menor obra posible y con el menor coste a cualquier terreno, independientemente del tamaño, condiciones físicas, etc. A causa de la falta en el actual mercado de sistemas que abarcaran todos estos requisitos optamos por realizar un diseño propio tanto de la Unidad de Control como de la interfaz de usuario, software de control, etc. Esto nos daba mayor flexibilidad para poder realizar un sistema económico, fácil de utilizar, adaptable a cualquier dispositivo (teléfono móvil, PDA, PC, PocketPC, etc ) y que además fuera sencillo de instalar. La Unidad de Control se divide en dos grandes bloques, PC-Servidor y Control Agrario. El bloque de Control Agrario consta de tres subgrupos: Placa principal de control, placas secundarias, módulo SMS ( o en su defecto teléfono móvil GSM ).

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Comunicación serie RS - 232

Fig. 1.2 – UNIDAD DE CONTROL; PC-Servidor y Control Agrario ( Placa Principal, secundarias y módulo SMS ).

Las placas secundarias son las encargadas de disponer de la circuitería necesaria para actuar sobre los diferentes dispositivos a controlar ( aspersores, detectores de humedad, temperatura, pluviómetros, etc ). Se optó por diseñarlas separadas de la placa principal para poder tener un sistema más flexible, con la posibilidad de adaptarse a actuales sistemas de control de regadío o a las nuevas tecnologías de comunicación móvil sin necesidad de rediseñar todo el hardware. La placa principal de control tiene tres funciones básicas y se puede considerar la Unidad Central del sistema. La primera de ellas se basa en identificar y verificar la información que recibe del PC-Servidor y actuar en consecuencia sobre las placas secundarias. La segunda de sus funciones es la de testear dichas placas para comunicarle al PC-Servidor cualquier tipo de modificación de los diferentes dispositivos que se hallan conectados a ellas. Si esta información es referente a la activación de algún tipo de alarma, a parte de comunicárselo al Pc, se ejecuta la tercera de las funciones de la placa principal. Ésta tiene como misión la de enviar un SMS a los teléfonos preseleccionados por el usuario informándoles detalladamente de lo que sucede ( p.ej. bajada crítica de la temperatura, detección de lluvia, etc ). Para poder realizar esto hemos de contar con un módulo SMS o en su defecto, la opción más económica, un teléfono móvil GSM conectado a la placa principal.

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Fig. 1.3 – Placa Principal Fig. 1.4 – Placa Principal y secundarias El Pc-Servidor es parte fundamental de la Unidad de Control ya que, a parte de albergar y gestionar la información del estado actual de cada zona del terreno, almacena en su interior el software de la interfaz de usuario remota; páginas que veremos una vez que intentemos conectarnos al sistema de riego desde cualquier terminal móvil. El contenido será el mismo para todos sin necesidad de duplicar el código ya que la presentación se adaptará según el terminal que estemos utilizando. De esta función sale el nombre de este bloque, PC-Servidor, ya que en este punto es donde gracias a una conexión a Internet hace las funciones de servidor ( punto opcional, ya que sin esta conexión el sistema puede funcionar mediante mensajes cortos SMS ). Otro punto a destacar del PC-Servidor es su utilidad como interfaz de usuario en el propio campo, jardín, etc.

Fig. 1.5 – Interfaz de usuario PC-Servidor ( Plano del terreno y dispositivos ).

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De esta forma podremos interactuar con cualquiera de los dispositivos conectados de una manera rápida y sencilla gracias a lo intuitivo de su manejo. Ya que dispondremos de un plano del terreno de riego donde estarán ubicados los distintos dispositivos (aspersores, detectores, etc.) y representados con iconos como podemos ver en la anterior ilustración, Fig. 1.5. Pulsando sobre cualquiera de ellos podemos modificar su estado instantáneamente u optar por programarlos a una determinada hora.

Capítulo 2. Descripción del sistema

SIRIN - Sistema de Riego Inteligente. Capítulo 2 – Descripción del sistema.

Descripción global del sistema

El sistema de riego inteligente SIRIN consta de dos bloques bien diferenciados que son: PC-Servidor. Bloque de Control Agrario.

El bloque de Control Agrario se compone de tres subgrupos: placa principal, módulo SMS y placas secundarias. Éstas últimas son las encargadas de conectar físicamente los dispositivos que deseamos controlar (aspersores, sensores de humedad, temperatura, pluviómetros, etc.) con el Sistema de Riego. Mientras que la placa principal además de verificar, gestionar y filtrar toda la información dirigida a los dispositivos conectados, testea estos últimos para detectar cualquier cambio en su estado y actuar en consecuencia. Se diseñó en tres partes separadas para facilitar su posterior instalación en cualquier tipo terreno o parcela. Ya que no es lo mismo instalar este sistema en jardines, donde podemos optar por tener todo (PC-Servidor, placa principal, secundarias y módulo SMS) ubicado en un mismo lugar y cablear los dispositivos a controlar hacia este punto, que en parcelas de grandes extensiones. Por ello, y para reducir al máximo las obras, optamos por posicionar las placas secundarias de control de los dispositivos lo más cerca posible de los mismos y realizar la comunicación con la placa principal mediante radiofrecuencia ( pudiendo optar por el cableado tradicional ). A este bloque, Control Agrario, se le añade el de PC-Servidor para formar conjuntamente el Sistema de Riego Inteligente SIRIN. Se optó por este diseño ya que se buscaba interactuar de una forma remota sobre dispositivos que se encuentran en diferentes puntos del terreno, como es el caso de los aspersores, sistemas de goteo, sensores de temperatura, etc. Por las características de éstos era imposible actuar directamente sobre ellos. Por este motivo se creó una Base de Datos, almacenada en el PC-Servidor, con las características de todos ellos (estado actual, ubicación física en las placas secundarias del control de dichos dispositivos, horarios de programación, alarmas, etc.). De esta forma, cualquier modificación de la Base de Datos sería transmitida hacia la placa principal del bloque de Control Agrario para su posterior verificación y actuación. Estas modificaciones no pueden realizarse directamente sobre la Base de Datos sino mediante las interfaces de usuario, disponiendo de:

Interfaz de usuario en la propia parcela o terreno.

Interfaz de usuario remota.

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La interfaz de usuario en el terreno o parcela se ejecuta en el PC-Servidor y se basa en un plano de la misma donde tenemos representados con iconos los diferentes dispositivos a controlar (aspersores, sensores, alarmas, etc.). Pulsando sobre cualquiera de ellos podemos modificar su estado instantáneamente u optar por programarlos a una determinada hora. Estos cambios quedan reflejados en la Base de Datos y como consecuencia se informará a la placa principal para que actúe en función de ellos. El PC-Servidor a parte de realizar la función de interfaz de usuario en la parcela, es el encargado de conectar el sistema con el exterior mediante conexión a Internet, o incluso mediante mensajes cortos SMS si no fuera posible disponer de esta conexión. En este punto es donde el Pc trabaja realmente como servidor almacenando en su interior las páginas que forman la interfaz de usuario remota. Éstas las visualizaremos una vez intentemos conectarnos al Sistema desde un terminal móvil (PDA, PocketPC, teléfono móvil, etc.) y nos guiarán por diferentes menús para facilitarnos cualquier acción que queramos realizar. Como ya hemos comentado no podemos actuar directamente sobre los dispositivos y por tanto, las acciones que seleccionemos en la interfaz de usuario remota se basarán únicamente en modificar la Base de Datos. Por este motivo y por comodidad optamos por almacenarla junto con las páginas de esta interfaz en el directorio virtual del PC-Servidor; almacenadas en el mismo sitio.

Especificaciones del PC-Servidor Seguidamente, se realizará una descripción de las consideraciones que hemos seguido para la elección del PC-Servidor. El objetivo primordial era encontrar un sistema operativo, que pudiera ser instalado en cualquier ordenador doméstico de gama media, incluso baja, capaz de realizar funciones de servidor sin que ello suponga alejar al usuario de las aplicaciones y entornos de trabajo a los que está acostumbrado. De esta forma tenemos un Pc que a parte de realizar las funciones pertinentes de nuestro sistema puede ser utilizado, aunque no es recomendable, como ordenador de trabajo. Esto es gracias a tres puntos básicos: • El PC-Servidor es un Pc doméstico tradicional.

• El nuevo entorno de trabajo no necesita un aprendizaje extra por parte del usuario.

• Compatibilidad del nuevo sistema operativo con el máximo software existente en el mercado (Procesadores de texto, programadores, editores gráficos, etc.).

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Las características básicas que debe cumplir el servidor son: • Sencillo proceso de instalación y puesta en marcha. • Mínimo mantenimiento. • Máxima seguridad a ataques externos. • Posibilidad de albergar tanto páginas WEB como WAP. • Control total de los permisos de escritura, lectura y ejecución. Uno de los objetivos globales de nuestro Sistema de Riego era obtener una herramienta que se caracterizase, entre otras cosas, por su sencillez y adaptabilidad; estando presente esta característica tanto en el proceso físico de instalación del sistema como en la puesta en marcha del software del mismo. Parte de este software es el encargado de configurar el servidor. Necesitamos un control total sobre este proceso para poder realizar un servidor capaz de proporcionarnos tanto páginas WEB como WAP; las cuales pueden tener la función de modificar información que se encuentra en dicho servidor. Si éste no tiene activos los permisos pertinentes no podremos actuar desde el exterior sobre la información almacenada en él. Y, como ya hemos comentado en la introducción de este capítulo, para actuar sobre un dispositivo no podemos hacerlo directamente sino que hemos de modificar la información del mismo que hay depositada en la Base de Datos que se encuentra almacenada en el PC-Servidor. El hecho de proporcionar permisos de escritura o ejecución hace más vulnerable el servidor a ataques externos. Por este motivo el PC-Servidor tiene que ser capaz de ejecutar en su interior aplicaciones de seguridad y control de acceso para evitar intrusiones no autorizadas desde el exterior.

Elección del Sistema Operativo. La elección se realizó teniendo en cuenta que debía ser un sistema operativo capaz de funcionar en un ordenador doméstico de gama media, compatible con el mayor número de software del mercado y que tuviera un entorno de trabajo familiar para cualquier usuario. Por este motivo se buscó dentro de la plataforma de sistemas operativos de entorno Windows y en concreto sobre los más utilizados actualmente:

Windows 95/98 y Millenium. • • Windows NT y 2000.

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El primer grupo, Windows 95/98 y Millenium, son los más extendidos entre el consumidor general:

Diseñados para ser más flexibles con los principiantes. • • •

Favorecen el uso de multimedia y juegos. Preinstalados en la mayoría de equipos nuevos.

Mientras que NT y 2000 poseen normas más estrictas de operación y seguridad. Motivo más que razonable para seleccionar uno de ellos como sistema operativo, ya que a parte de ser capaz de realizar funciones de servidor ha de disponer de los medios para ofrecernos un entorno seguro a posibles intrusiones no autorizadas. En este caso hemos de recordar que Windows 2000 forma parte de la familia NT y representa un esfuerzo por unificar lo que hasta ahora eran dos sistemas operativos distintos, Windows 9x y Windows NT. Desde hace tiempo se sabia que Windows NT 5.0 estaba en proyecto, pero Windows 2000 es la nueva versión de Windows NT 4.0 WorkStation y NT Server, incorporando la sencillez de manejo de la serie 9x. Dicho en otras palabras, Windows 2000 ofrece lo mejor de ambos mundos: la solidez y la seguridad de NT, junto a la facilidad de manejo, soporte de hardware y multimedia de Windows 98.

Entre lo mejor de Windows 98 que ofrece la versión 2000, se encuentra el soporte de hardware, la interfaz, la presencia de Internet Explorer 5 y del Reproductor de medios, y soporte para las nuevas tecnologías como USB, FAT32, Administración Avanzada de Energía, etc.

Después de una exploración veloz, se pueden señalar grandes rasgos del nuevo sistema operativo: abundancia de herramientas de conectividad, madurez de la interfaz, buen reconocimiento del hardware y estabilidad. Se añade a esto el soporte de nuevas tecnologías, las mejoras en sus funciones de informática remota, aplicaciones centralizadas de servicio, re-inicios obligatorios drásticamente reducidos y mejora en la seguridad.

La familia Windows 2000 está integrada por cuatro versiones de las que deberemos seleccionar la que mejor se adapte a las especificaciones que debe cumplir el PC-Servidor:

Windows 2000 Professional: Windows 2000 Pro, sucesor de NT Workstation, está destinado a ser un cliente de red seguro y una estación de trabajo corporativa. Carece de funciones de servidor y por este motivo se aleja de las especificaciones marcadas.

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Windows 2000 Advanced Server y Data Center Server: Poseen funciones de servidor pero están destinados a sistemas de grandes dimensiones (número elevado de estaciones de trabajo, continua transmisión de información, grandes volúmenes de datos, etc.).

Windows 2000 Server: sucesor de NT Server, destinado a ser el servidor de impresión, archivos, aplicaciones e, incluso, Web de sistemas de pequeñas o medianas dimensiones. Estos servicios están plenamente integrados en todas las plataformas de Windows 2000 Server y reciben el nombre de Information Server5 (IIS 5).

Esta última es la versión seleccionada para instalarse como sistema operativo ya que cumple con todas las especificaciones marcadas (servidor de un sistema de pequeñas o medias dimensiones, seguridad, entorno windows, etc.) y posee integrados servicios de WEB y de aplicaciones que marcarán la selección de los lenguajes de programación de la interfaz remota:

La implementación de las ASP en Windows 2000 Server es simplemente mejor, más rápida, más fiable, más escalable y capaz de ejecutarse en el hardware multiprocesador más nuevo.

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• • • •

XML Parser es el intérprete de XML (Extensible Markup Language) y está implementado como un componente COM, proporcionando una base XML completa para las aplicaciones basadas en Windows DNA (nombre que se le da a la combinación de arquitectura "n-tier" con los servicios de Windows 2000, incluyendo COM+, MSQM y "Active Directory").

Elección de la conexión a Internet.

El PC-Servidor a parte de poseer el software adecuado, en este caso Windows 2000 Server, para realizar las funciones de servidor, ha de conectar físicamente el sistema con el exterior, mediante una conexión a Internet. La elección de la misma debe regirse por las siguientes especificaciones:

Conexión permanente. Poseer una IP fija. Menor coste de mantenimiento posible. Máxima velocidad de transferencia.

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Actualmente en el mercado disponemos de dos tipos de conexión a Internet que cumplen la mayor parte de estos requisitos, son la línea ADSL y RDSI: La línea ADSL (Línea de Abonado Digital Asimétrica) es una tecnología que permite utilizar las líneas telefónicas tradicionales como líneas de datos de alta velocidad. La ventaja principal que ofrece este servicio es la posibilidad de una conexión permanente a internet, a buena velocidad y bajo coste. Mediante la instalación de un splitter, o filtro de voz-datos, el usuario de ADSL puede, además, utilizar el teléfono de la misma línea de forma convencional mientras navega por internet.

Para la utilización del servicio ADSL se necesita instalar un módem ADSL, que, mediante las nuevas tecnologías de codificación digital, permiten ampliar el rendimiento del cableado instalado en la red telefónica actual.

Básicamente, ADSL establece tres canales independientes sobre la línea telefónica: dos canales de datos de alta velocidad (uno de envío y otro de recepción) y uno de voz.

Típicamente, el ADSL establece un canal de entrada o recepción de datos más veloz que el canal de salida, lo cual se adapta perfectamente a los servicios de acceso a información como Internet en los que, normalmente, el volumen de información recibido es mucho mayor del enviado. Actualmente las ofertas en España se barajan entre los 256 Kbit/s del acceso Básico, hasta los 2Mbit/s del acceso más caro.

Las opciones para instalar ADSL son varias, pudiendo elegir entre la configuración mas adecuada a nuestras necesidades. Existen módems ADSL internos, que se instalan directamente en un slot libre de nuestro PC, así como algunos modelos externos. Este tipo de configuración es ideal para uso personal con un único equipo conectado a internet.

Los módems ADSL con conexión a red permiten compartir el acceso a internet de forma muy sencilla por todos los equipos conectados a una red. Al no requerir la instalación de ningún tipo de drivers, aseguran un correcto funcionamiento independientemente del sistema operativo instalado en cada uno de los equipos, siendo esta la solución mas cómoda para pequeñas redes caseras

RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) es una evolución de la línea telefónica analógica convencional, que ofrece conexión completamente digital de extremo a extremo, lo que permite la integración de multitud de servicios, independientemente de la información a transmitir y del equipo terminal que la genere.

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Para la transferencia de la información, se han definido en RDSI una serie de canales digitales:

Canal B: Canal de 64 Kbit/s que transporta la información generada por el terminal del usuario

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Canal D: Canal utilizado para señalización (establecimiento y control de la llamada) y para transportar información a baja velocidad (Por ejemplo, la voz). Generalmente es de 16 Kbit/s. Canal H: Permite la transferencia de información a velocidades superiores a 64 Kbits.

Cuando se contrata una RDSI, se pueden combinar los canales de varias maneras, con el fin de formar el tipo de acceso que mas nos interese. Se han normalizado dos tipos de acceso diferentes, que especifican distintas agrupaciones de los canales posibles:

Acceso Básico: Esta compuesto por dos canales B y un canal D de 16 Kbit/s. La velocidad de transmisión total es de 193 Kbit/s. Acceso Primario: Esta compuesto por 30 canales B y una canal de tipo D de 64 Kbit/s. Con este acceso se dispone de un total de 2.048 Kbit/s.

La RDSI permite, además de una mayor calidad de sonido en la conversación telefónica, todo tipo de soluciones a las necesidades de comunicación de voz, texto, datos e imágenes por un solo medio de transmisión. Mediante una única línea RDSI se puede disponer de hasta ocho números para los distintos terminales conectados (faxes, extensiones, vídeo y teléfonos). Además se caracteriza por:

Permitir la utilización del teléfono al mismo tiempo que se navega por Internet a una velocidad mayor que la soportada por un módem convencional. Ofrecer el servicio de identificación de llamadas, llamada en espera, desvío.

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Para que nuestro bloque de PC-Servidor realice correctamente las funciones de servidor ha de disponer de una IP fija y conexión permanente. Ya que si la conexión a Internet seleccionada no dispone de estas dos características nos encontramos que:

No disponer de una IP fija: provoca que no podamos conectarnos desde el exterior, mediante un terminal, al servidor que hay en el terreno. Debemos de conocer de antemano la IP que indica la dirección donde se encuentra ubicada la información que deseamos visualizar.

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Conexión no permanente: el Sistema de Riego esta diseñado para que se pueda acceder y controlar desde cualquier punto y en cualquier momento. Por tanto el sistema ha de estar conectado a Internet permanentemente sin que ello suponga un gasto económico elevado ( si no se dispone de conexión a Internet el Sistema puede funcionar mediante SMS ).

Si observamos la tabla anterior y comparamos vemos que la conexión a Internet mediante ADSL se ajusta mejor a nuestras necesidades:

Incorpora una IP fija, mientras que en la RDSI se ha de contratar por separado a la conexión. Conexión permanente, característica que no posee la RDSI. Tarifa plana incluida en la cuota mensual mientras que la RDSI depende del acceso contratado.

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Especificaciones de las interfaces de usuario.

Interfaz de usuario remota. El PC-Servidor es el encargado de recibir las peticiones de los terminales móviles, en este caso actuando como clientes, y proporcionarles el conjunto de páginas que visualizarán, formando la interfaz de usuario remota. La cual debe solventar dos problemáticas claras para no duplicar recursos:

• Diversidad en el tamaño, forma de los terrenos a controlar ( jardines, parcelas, etc ).

• Multitud de terminales con conexión a internet que poseen características diferentes en la visualización y formato del contenido.

Para solventar el primero de los problemas no podemos contar con una interfaz de usuario remota estándar ya que el sistema quedaría restringido a un determinado tipo de superficies. Por este motivo debemos tener una interfaz capaz de auto-generarse según las características del lugar donde debe instalarse el Sistema de Riego. Para realizar esto contamos con la Base de Datos almacenada en el PC-Servidor, en ella se encuentra la información detallada de todos los dispositivos a controlar:

• Ubicación en la parcela o terreno. • Estado actual. • Programación de horarios. • Localización en las placas secundarias.

Disponiendo de la ubicación exacta de todos los dispositivos tenemos definido el contenido de los menús de la interfaz que nos marcarán el camino hacia las páginas que interactúan realmente sobre ellos. El contenido de estas últimas se genera con anterioridad siguiendo las características específicas según el dispositivo que deseemos controlar. Por este motivo se deberán diseñar tantas como tipos de dispositivos diferentes ( aspersores, sensores, alarmas, etc. ) y serán realmente las que actuarán sobre la Base de Datos modificándola según:

• Dispositivo seleccionado. • Ubicación en la parcela o terreno. • Acción que se desea llevar a cabo.

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Fig. 2.2 – Ejemplo de una interfaz de usuario remota ( Páginas autogeneradas y prediseñadas ). La presentación de todas estas páginas irá por separado del contenido y esto será clave para resolver el segundo de los problemas comentados. Existen multitud de terminales con conexión a internet (PDA, PocketPC, teléfono móvil, Pc tradicional, etc.) que poseen características diferentes en la visualización y formato del contenido. Por ello debemos tener una interfaz capaz de detectar el tipo de terminal que nos está haciendo la petición y adaptar la visualización del contenido según sus características. E Incluso tener la posibilidad de definir un contenido diferente según el terminal; por ejemplo, dándole a la interfaz remota de los teléfonos móviles un contenido diferente al resto de terminales. Tenemos dos grandes bloques según el tipo de browser (navegador) que realice la petición:

• Browser WEB. • Browser WAP.

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Una vez definido el browser que estamos utilizando, si éste es del tipo WAP, hemos de concretar el modelo de terminal para adaptar la presentación del contenido según sus características u optar por escoger las del terminal más restrictivo, que tendrá las siguientes especificaciones:

Tamaño general de la página: 1.4 Kbytes Longitud del texto: entre 16 y 20 líneas como máximo Longitud de la página: no más de 15 caracteres Tamaño de la imagen:

anchura: menor de 91 píxeles altura: inferior a 47 píxeles

Como podemos suponer alguno de estos terminales móviles, por lo reducido de su tamaño, disponen de una capacidad de memoria determinada que en algunos casos, como sucede en los actuales teléfonos móviles, no supera los 1.4 Kbytes. Por este motivo es conveniente que las páginas de la interfaz de usuario remota no se ejecuten en el terminal sino que a él llegue el resultado de la compilación de éstas. Este proceso se lleva a cabo en el servidor y se inicia al recibir la petición del cliente. Gracias a ello solucionamos el problema de la escasa memoria y, a su vez, aumentamos la velocidad de ejecución respecto a la que tendría si se realizase en dicho terminal.

Y ya para finalizar, y como requisito global de todo el sistema, esta interfaz tiene que estar marcada además de por la sencillez de su manejo, por la rapidez para ejecutar cualquier acción sobre los dispositivos a controlar. Para ello dispondremos de páginas que nos guiarán por los diferentes menús como se puede ver a continuación.

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Pantallas de la interfaz remota; terminales WEB y WAP.

A continuación, proporcionaremos dos ejemplos concretos:

Activar aspersores de la zona C desde un terminal WEB; PocketPC. Programar desde un teléfono WAP a que hora han de activarse y

desactivarse los aspersores de la zona C.

En el ejemplo del PocketPc lo primero que aparece es una presentación del sistema y la posterior identificación de usuario. Si los datos introducidos son correctos el sistema nos dará la bienvenida y entraremos en el menú principal donde podremos optar por seleccionar una opción de las siguientes:

Alarmas: configuración del sistema para avisar de posibles alarmas. Configuración: programar los dispositivos a una determina hora. Activación: actuar directamente sobre los dispositivos. Consultas: visualizar el estado de los sensores, etc.

Activación del aspersor de la zona C desde un terminal WEB.

Fig. 2.3 – Pantalla de presentación e identificación. ( PocketPC iPAQ de Compaq )

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Fig. 2.4 – Pantalla de bienvenida y menú principal. ( Alarmas, configuración, activación y consulta )

Una vez en el menú principal se selecciona la opción Activación, ya que el propósito de este ejemplo es activar el aspersor de la zona C en ese preciso instante. Una vez seleccionado esto, nos aparecerán diferentes pantallas donde deberemos indicar el dispositivo que nos interesa y la ubicación donde se encuentra.

Fig. 2.5 – Selección del dispositivo y de la ubicación que presenta. ( Aspersor – Zona C )

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Una vez seleccionado el aspersor como dispositivo y zona C como ubicación, aparecerá una pantalla con las posibles acciones que podemos realizar.

Fig. 2.6 – Pantalla de acciones y pantalla de confirmación ( nos indica si se ha realizado con éxito ).

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Programación del aspersor de la zona C desde un terminal WAP. En este caso, a pesar de elegir en el menú principal la opción de programación, se sigue el mismo patrón que en el ejemplo anterior; presentación, identificación, bienvenida, menú de opciones, dispositivos, ubicación y, en este caso, programación horaria del dispositivo seleccionado.

Fig. 2.7 – Pantallas de Presentación, Autentificación, bienvenida y Menú Principal.

Fig. 2.8 – Ejemplo de programación del aspersor de la zona C ( Configuración, Aspersor, zona C y pantalla de horario ).

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Antes de concluir se ha de comentar que:

El terminal WEB empleado es un PocketPC, concretamente un iPAQ de Compaq. Pero la estructura, presentación y características de las pantallas serán exactas para todos los terminales WEB; Pc tradicional o otros modelos de pocketPC (HP serie 540, Casio E-125, etc.).

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El contenido presenta pequeñas variaciones entre terminales WAP y WEB.

El terminal WAP utilizado es un Nokia 7110; pero la presentación y el contenido son idénticos para cualquier terminal que posea tecnología WAP.

Ericsson R320 Motorola Timeport 270 Siemens S25 Cassiopeia EM 505F, etc.

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Proceso de generación de las páginas de la interfaz.

A continuación pasaremos a explicar el proceso que se sigue desde que el servidor recibe una petición hasta que proporciona la página al cliente; con el contenido del documento XML y las características impuestas por el XSL, según el tipo de terminal que ha realizado la conexión.

Red Inalámbrica

Pc tradicional o PocketPC Celular Compatible

SERVIDOR WEB

Fig. 2.9 – D

Petición de un browser WEB

Envío del documento en formato HTML

(XML y XSL) PC-SERVIDOR

iagrama del flujo de información ( para termina

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Browser WAP

le

Documento WML

WAP GATEWAY

s WAP y WEB ).


El servidor WEB/WAP, en nuestro caso llamado PC-Servidor, ha de detectar que tipo de terminal le esta realizando la petición para seleccionar la hoja de estilo XSL más adecuada; esta se encargará de transformar el contenido del documento XML en el formato pertinente, ya sea para generar una página HTML o WML.

DATOSDocumento XML

Formato HTML

XSL 1

NavegadorWEB

NavegadorWAP

XSL 2

Formato WML

Fig. 2.10 – Esquema de generación de páginas mediante XML y XSL.

El administrar y mantener el contenido de los documentos HTML y WML por separado seria una ardua labor, algunas razones:

No pretender enviar la misma cantidad de información a los navegadores inalámbricos que a los navegadores clásicos ("Netscape","Explorer").

•

•

•

Eventualmente decidir cambiar la información enviada a navegadores ("Netscape","Explorer") pero no a los inalámbricos. Inclusive pueda surgir la necesidad de generar dos versiones para documentos en HTML (Pc y PocketPC) o WML (terminal Nokia o Motorola, por ejemplo.).

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Trabajar con bases de datos en ASP.

Teniendo en cuenta que la implementación de las ASP en Windows 2000 Server es simplemente mejor, más rápida y más fiable. Y hemos optado por este sistema operativo para el PC-Servidor, no es de extrañar que hagamos servir ASP para trabajar con la Base de Datos del PC-Servidor. Pero además se tubo en cuenta que:

Puede convivir con XML sin ningún tipo problema. •

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•

•

ASP nos ofrece una forma muy eficaz de interaccionar con las bases de datos gracias al uso del componente ADO (ActiveX Data Objects) el cual permite acceder a dichas bases de una forma sencilla.

Este ADO no es más que un conjunto de objetos que, utilizados en conjunto, nos permiten explotar de una forma muy versátil las bases de datos de nuestra aplicación. Por otra parte, lo scripts ASP deben establecer un dialogo con la base de datos. Este dialogo se lleva a cabo a partir de un idioma universal: el SQL (Structured Query Language) el cual es común a todas las bases de datos. Este lenguaje resulta, como veremos en el siguiente punto (SQL, dialogo con las bases de datos), muy potente y fácil de aprender. La base de datos que ha sido utilizada en nuestro sistema es del tipo MS Access. No es por supuesto la única si bien es la más corriente en pequeños PC’s y resulta absolutamente operativa siempre que las tablas no sean astronómicamente grandes. Condiciones que cumple estrictamente la Base de Datos del sistema:

Almacenada en un ordenador doméstico de gama media. Tablas no muy extensas. Ya que el número de dispositivos a

controlar en una vivienda, por norma general, no superaran el centenar.

ASP es un lenguaje orientado a las aplicaciones en red creado por Microsoft que funciona del lado servidor. Es en efecto el servidor quien se ocupa de ejecutarlo, interpretarlo y enviarlo al cliente (navegador) en forma de código HTML.

Este punto fue determinante para seleccionar ASP ya que favorece a los terminales móviles que, a pesar de disponer de una escasa capacidad de memoria, son capaces de actuar sobre una base de datos ( consultar, modificar, añadir campo, etc.) sin problema alguno.

ASP es principalmente utilizado sirviéndose del lenguaje Visual Basic Script que no es más que una versión reducida del Visual Basic. Sin embargo, es posible programar páginas ASP en Java Script. Lo único que hay que hacer es especificar en la propia página qué tipo de lenguaje estamos utilizando.

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Dado que el lenguaje ASP está muy frecuentemente embebido dentro del código HTML o WML, es importante poder marcar al servidor qué partes están escritas en un lenguaje y cuáles en otro. Es por ello que todas las partes del archivo que están escritas en ASP estarán siempre delimitadas por los símbolos <% y %>. De este modo, cuando realicemos nuestros scripts, lo primero que debemos definir es el tipo de lenguaje utilizado, lo cual se hace del siguiente modo:

Para el caso en el que programemos en Visual Basic Script. •

• <% @ LANGUAGE="VBSCRIPT" %>

Si nos servimos del Java Script en servidor para programar en ASP. <% @ LANGUAGE="JSCRIPT" %>

Los scripts que serán utilizados estarán basados en el Visual Basic Script, el cual presenta toda una serie de prestaciones que lo hacen sin duda más accesible y apto para ASP. No es por nada que es el propio Microsoft quien ha creado ambos.

SQL, diálogo con la base de datos

Las aplicaciones en red son cada día más numerosas y versátiles. En muchos casos, el esquema básico de operación es una serie de scripts que rigen el comportamiento de una base de datos.

Debido a la diversidad de lenguajes y de bases de datos existentes, la manera de comunicar entre unos y otras sería realmente complicada a gestionar de no ser por la existencia de estándares que nos permiten el realizar las operaciones básicas de una forma universal.

Es de eso de lo que trata el Structured Query Language que no es mas que un lenguaje estándar de comunicación con bases de datos. Hablamos por tanto de un lenguaje normalizado que nos permite trabajar con cualquier tipo de lenguaje (ASP o PHP) en combinación con cualquier tipo de base de datos (MS Access, SQL Server, MySQL...). El hecho de que sea estándar no quiere decir que sea idéntico para cada base de datos. En efecto, determinadas bases de datos implementan funciones específicas que no tienen necesariamente que funcionar en otras.

Aparte de esta universalidad, el SQL posee otras dos características muy apreciadas. Por una parte, presenta una potencia y versatilidad notables que contrasta, por otra, con su accesibilidad de aprendizaje.

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Interfaz de usuario en la parcela o terreno.

Se ejecuta en el PC-Servidor y consta de un plano de la superficie donde tenemos representados con iconos los diferentes dispositivos a controlar (aspersores, sensores, alarmas, etc.). Pulsando sobre cualquiera de ellos podemos modificar su estado instantáneamente u optar por programarlos a una determinada hora. Estas acciones quedarán reflejadas en la Base de Datos.

Esta interfaz, al igual que la remota, presenta la problemática de la diversidad de superficies con diferentes características ya sea por tamaño, forma, etc. Por este motivo debemos tener una interfaz que posea dos perfiles de trabajo:

• Perfil de usuario. • Perfil de instalador.

Este último es el encargado de configurar la interfaz según las peculiaridades del terreno donde se va a instalar el Sistema de Riego Inteligente. Para ello debe cumplir el siguiente patrón:

• Inicialmente la interfaz y la Base de Datos deben encontrarse totalmente en blanco.

• Posibilidad de añadir el plano descriptivo de la superficie. • Menú de selección de los posibles dispositivos (aspersores, sensores, etc.). • Representación de los dispositivos mediante iconos gráficos. • Facilidad para ubicarlos en el plano y configurarlos.

Una vez instalado físicamente nuestro sistema en el terreno o jardín, disponemos de la información necesaria para configurar la interfaz de usuario. Este proceso lo debe de realizar el profesional encargado de la instalación, por tanto este perfil de trabajo dispondrá de un control de acceso restringido.

Dentro de esta zona, el instalador ha de introducir la imagen que representará el plano de la superficie ciñéndose lo máximo posible a las características de la misma (número, distribución y tamaño de las zonas). El siguiente punto será escoger el tipo de dispositivo y situarlo en el plano según la localización física que tenga en el terreno. Por este motivo, al seleccionarlo del menú aparecerá en la interfaz una imagen representativa de la clase de dispositivo a la que pertenece (alarmas, aspersores, sensores, etc.), de tal forma que pulsando sobre ella se mostrará un menú de configuración con las siguientes opciones:

• Zona en la que se encuentra ubicado (A, B, C, etc.). • Estado inicial del dispositivo.

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• Localización física en las placas secundarias. • Posición en el plano, mediante dos posibilidades:

Introducción de coordenadas x, y. Situándolo en la posición del puntero del mouse (ratón).

Una vez que el dispositivo está situado en el plano y configurado correctamente, se almacenará esta información en la Base de Datos. Este proceso debe realizarse para todos los dispositivos que se desee controlar, de esta forma acabaremos obteniendo una Base de Datos totalmente actualizada que será, como hemos visto en capítulos anteriores, el pilar de nuestro sistema. Por este motivo, hasta que la labor del instalador no finalice, el perfil de usuario es inexistente igual que sucede con la interfaz remota (páginas de Internet, WAP y WEB; véase ilustración Fig 2.2 ); ya que tanto una como las otras se generan a partir de la información que encuentra en la Base de Datos. La interfaz de usuario en la parcela en su perfil de usuario se genera y se va actualizando según el contenido de la Base de Datos; de esta misma información nacen los documentos XML que serán los encargados, junto con los XSL, de formar la interfaz de usuario remota. Es esencial destacar este último punto, ya que incluso desde Internet veríamos reflejada cualquier modificación sufrida en la interfaz fija ( interfaz situada en el terreno ). Por ejemplo, si se suprime un aspersor ( acción que debe realizar en el perfil de instalador ) automáticamente se suprimirá esa opción tanto en las páginas WAP como WEB; ya no dispondremos de ese link.

El proceso que sigue el perfil de usuario es el siguiente:

• Identificación del usuario. • Obtención en la Base de Datos de la imagen del plano de la superficie y

de la situación y configuración de los dispositivos.

Al entrar en el perfil de usuario, como hemos comentado anteriormente, la propia interfaz es la encargada de generarse a partir de la información almacenada, en la Base de Datos, por el perfil de instalador. Este proceso es inmediato e inapreciable para el usuario, que después de identificarse, verá en la pantalla el mapa de su terreno y los iconos de los dispositivos. En este perfil, al pulsar sobre ellos, ya no aparece el menú de configuración sino que dependiendo del botón del mouse que se pulse realizará una delas siguientes acciones:

• Actuar directamente sobre el estado del dispositivo. • Programarlo a una determinada hora.

Otra opción posible en este perfil de usuario es utilizar los diferentes menús que nos proporciona la interfaz para realizar las acciones deseadas sin necesidad de trabajar sobre los iconos. Esto es sumamente beneficioso si deseamos actuar sobre más de un

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dispositivo a la vez, ya que la acción se llevará a cabo sobre el grupo seleccionado por el usuario sin necesidad de realizarla individualmente a cada uno.

Pantallas de la interfaz de la parcela.

En la interfaz de usuario en la superficie disponemos de dos perfiles de trabajo independientes pero totalmente relacionados entre sí:

Perfil de instalador: solo puede acceder la persona autorizada para instalar el sistema, y será donde se determina:

•

El dibujo o plano de la parcela o terreno. La ubicación de todos los dispositivos. La programación de los mismos.

Perfil de usuario: será donde el usuario podrá actuar sobre los dispositivos de su terreno con las todas las opciones anteriormente comentadas. PERFIL DE INSTALADOR. Se accederá a este perfil por parte del instalador, el cual tendrá la aplicación totalmente vacía y deberá añadirle la imagen de la superficie y de los dispositivos a controlar. Una vez realizado esto deberá programarlos y situarlos correctamente en el plano. Para esta última opción dispondrá de dos posibles maneras de realizar dicho desplazamiento:

Mediante el cursor del mouse. • • Mediante el uso de las coordenadas x,y.

Esta última opción se mostrará en el menú de configuración que cada dispositivo posee.

Fig. 2.11 – Menú de configuración de aspersores y alarmas.

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El instalador del sistema es el encargado de rellenar este menú; indicando la placa donde se encuentra dicho dispositivo y la salida donde esta conectado físicamente. Para ello deberá introducir correctamente los datos en los campo Placa y Pin. Además de esto, se ha de indicar:

Ubicación: situación real del dispositivo dentro de la parcela o terreno. • • Timer: indicador para controlar el dispositivo a una hora prefijada

Una vez finalizada la labor del instalador; ubicación y programación de todos los dispositivos, la interfaz esta preparada para poder ser utilizada por el usuario. El cambio de perfil se realiza pulsado el siguiente icono. En ese instante, si algún dispositivo no ha sido configurado correctamente nos aparecerá en pantalla un mensaje indicativo de la cantidad de dispositivos que está sin configurar o configuraros erróneamente.

Fig. 2.12 – Menú de aviso. ( número de dispositivos sin programar o mal programados )

Si deseamos saber cuales son y donde esta el error, se dispone del siguiente icono.

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Una vez finalizado, por parte del instalador, el proceso de configuración de la interfaz se podrá observar el plano de la parcela con los pertinentes iconos representativos. Sin olvidar, que en ese preciso instante de pasar del perfil de instalador a usuario se habrán generado automáticamente los documentos XML de la interfaz remota, que son los encargados de albergar el contenido que se visualizará tanto en las páginas WEB como WAP. La presentación de esta información se realizará según una hoja de estilo especifica para cada una de las tecnologías anteriores ( XSL – WAP y XSL – WEB ).

Fig. 2.13 – Perfil de instalador. ( totalmente configurado, será el que verá el usuario en su perfil )

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Cómo se hizo??

Cómo se hizo?? Interfaz de usuario de la parcela. Esta interfaz se basará en una aplicación que mostrará un plano de la parcela donde se tendrán representados con iconos los diferentes dispositivos a controlar (sensores, aspersores, alarmas, etc). Pulsando sobre cualquiera de ellos podremos cambiar su estado instantáneamente u optar por programarlos a una determinada hora. Esta aplicación se deberá ejecutar en el PC-Servidor, el cual tiene como sistema operativo Windows 2000 Server, por este motivo se buscó un lenguaje de programación capaz de proporcionarnos las herramientas necesarias para construir una aplicación de entorno Windows que siguiese las especificaciones anteriormente marcadas. Se optó por Visual Basic, como lenguaje de programación, por la facilidad con la que se desarrollan aplicaciones complejas en poquísimo tiempo, comparado, por ejemplo, con lo que cuesta programar en Visual C++. Visual Basic 6.0 es un lenguaje de programación visual, también llamado lenguaje de cuarta generación. Esto quiere decir que un gran número de tareas se realizan sin escribir código, simplemente con operaciones gráficas realizadas con el ratón sobre la pantalla. También destaca por ser un programa basado en objetos, aunque no orientado a objetos como Visual C++. La diferencia está en que Visual Basic 6.0 utiliza objetos con propiedades y métodos, pero carece de los mecanismos de herencia y polimorfismo propios de los verdaderos lenguajes orientados a objetos como Java y C++. Visual Basic 6.0 está orientado a la realización de programas para Windows, pudiendo incorporar todos los elementos de este entorno informático: ventanas, botones, cajas de diálogo y de texto, botones de opción y de selección, barras de desplazamiento, gráficos, menús, etc. Prácticamente todos los elementos de interacción con el usuario de los que dispone Windows pueden ser programados en Visual Basic 6.0 de un modo extraordinariamente sencillo. En ocasiones bastan unas pocas operaciones con el ratón y la introducción a través del teclado de algunas sentencias para disponer de aplicaciones con todas las características de Windows. La aplicación Visual Basic de Microsoft puede trabajar de dos modos distintos:

Modo de diseño. Modo de ejecución.

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En el primero de ellos, modo de diseño, el usuario construye interactivamente la aplicación, colocando controles en el formulario, definiendo sus propiedades, desarrollando funciones para gestionar los eventos. La aplicación se prueba en modo de ejecución viendo como responde a los eventos introducidos por el usuario. Hay algunas propiedades de los controles que deben establecerse en modo de diseño, pero muchas otras pueden cambiarse en tiempo de ejecución desde el programa escrito en Visual Basic 6.0.

Diagrama de Bloques de la apl cación. i

Dialogos ProgramaVisual Basic

NúcleoWindows

Base deDatos

Fig. 2.14 – Diagrama de bloques de la aplicación, interfaz de usuario en la parcela.

Como se puede observar en la figura 2.14, la aplicación consta de cuatro bloques:

Tanto el bloque de diálogos como el de núcleo Windows son los que posibilitan al usuario poder actuar, produciendo eventos, sobre la aplicación.

•

•

•

Bloque núcleo Windows posee una matriz de controles de los diferentes dispositivos de la vivienda y es el encargado de proporcionar los dos perfiles de trabajo; perfil instalador y perfil de usuario El bloque Programa de Visual Basic es el encargado de almacenar el código de nuestra aplicación y será el responsable de actuar sobre la Base de Datos del sistema; modificando o consultando la información de los dispositivos a controlar.

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Antes de concluir se debe recordar que las especificaciones de diseño elegidas posibilitan que esta aplicación se adapte a cualquier parcela de terreno sin que ello conlleve ningún tipo de modificación ni en el código de la misma, ni en su estructura.

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Cómo se hizo?? Software de comunicación.

Para el diseño del software de comunicación se optó por continuar con Visual Basic 6.0 a pesar de que la aplicación resultante no necesita la intervención del usuario en ningún momento de la ejecución y carece de un entorno visual. Pero Visual Basic nos proporciona efectuar tareas de cierto bajo nivel, ya que para ello tenemos a nuestra disposición todo el conjunto de funciones conocido como API de Windows.

Ciertas sentencias de Visual Basic, como Open para abrir un archivo, pueden utilizarse también para abrir el puerto serie o paralelo y acceder a ellos directamente. Para acceder al puerto serie, configurarlo y utilizarlo para transferir información, usaríamos funciones de Windows como CreateFile(), para la apertura; GetCommState() y SetCommState(), para controlar el estado; WriteFile() y ReadFile() para enviar y recibir datos o CloseHandle() para cerrar el puerto.

Si a lo anteriormente comentado le añadimos que Visual Basic nos proporciona el control MSComm, que nos permite acceder a cualquier puerto COMn: para transmitir o recibir datos, a través de unas pocas propiedades y métodos con un requerimiento mínimo de código. Hace que tengamos, en conjunto, una herramienta de programación que nos facilitará enormemente el trabajo.

Cada control MSComm gestiona un puerto serie por lo que si necesitamos controlar más de uno a la vez deberemos usar tantos controles puertos queramos controlar.

Visual Basic también nos proporciona las herramientas necesarias para establecer una comunicación mediante el puerto paralelo, pero la elección de comunicar el sistema mediante un puerto serie RS-232 ha estado marcada por la elección del Hitachi H8/3048 como CPU de la placa principal, ya que dispone de dos USART incorporadas que nos facilitarán el diseño final.

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Diagrama de Bloques de la apl cación. i

ProgramaVisual Basic

Perfil deinstalador

Base deDatos

Puertoserie

Puerto de comunicación

Fig. 2.15 – Diagrama de bloques de la aplicación, software de comunicación.

El proceso que sigue esta aplicación es el siguiente:

Se inicia su ejecución una vez esta finalizada la labor del instalador y el perfil del mismo esta totalmente configurado.

•

• •

•

Esta parada hasta que se detecta un cambio en la Base de Datos del sistema. Cuando sucede esto, se genera la trama de información que será enviada a la placa principal por el puerto serie. Se reintenta el envío un número determinado de veces si no se ha recibido la confirmación de mensaje enviado con éxito. Si se agotan los intentos prefijados se avisa al sistema para que comunique que se ha producido un error de comunicación.

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Como se puede observar en el tercer punto, mencionamos que se generará un trama. Esto es debido a que el software de comunicación ha de implementar un protocolo de comunicación capaz de:

Asegurar una transmisión fiable de datos. Detectar errores en el envío.

La estructura de la trama de comunicación es la siguiente:

CABECERA DATOS CHK

1 byte 1 byte1 byte

SOH DIR TIP

Fig. 2.16 – Estructura de la trama, protocolo de comunicación. Este protocolo de comunicación como la estructura de la trama son utilizados por el software de comunicación del PC-Servidor y de la CPU Hitachi.

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Cómo se hizo?? Diseño de las placas de control.

Placa principal.

Elección del procesador. La elección del procesador debe realizarse con precaución, puesto que un mal dimensionamiento puede provocar un diseño erróneo. Debemos pensar en todo aquello que el procesador debe realizar y controlar, para realizar una correcta elección, tanto a nivel hardware como software. En este caso la CPU debe realizar una serie de tareas simultáneamente, que son:

• • •

•

•

Controlar el módulo de radiofrecuencia. Gestionar los puertos de comunicación. Almacenar la información del sistema; necesitamos una memoria externa de mayor capacidad para almacenar toda la información del sistema. Por este motivo se optó por un memoria Flash MX29F040. Procesar la información recibida y enviada, tanto del PC-Servidor como del modulo SMS o en su defecto terminal GSM. Testear las entradas de las placas secundarias.

Estas tareas se deben ejecutar en “paralelo” , con lo que el sistema necesitará estar dotado de un procesador que disponga de algún tipo de temporizador que pueda trabajar de forma interruptiva. Otra característica que buscamos en el microcontrolador es que disponga de, por lo menos, dos canales de comunicaciones serie o USART1 . Una de estas USART’s estaría dedicada a la comunicación con el modulo de radiofrecuencia o con el módulo SMS. Si

1 Universal Sincronous Asincronous Receiver Transmitter

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en nuestro diseño tenemos comunicación vía radio con las placas secundarias el control del módulo SMS tiene varias posibilidades:

• • •

Incluir otra placa principal pero funcionando como Slave. O diseñar un placa secundaria para realizar esta labor. Controlar el módulo SMS desde el puerto serie del PC-Servidor.

Esto es debido a que la otra USART está dedicada a la comunicación entre la placa principal Master y el PC-Servidor. También sería interesante que el método de grabación del código en el microcontrolador siguiese las últimas tendencias en el sector, como el ICSP2 ya que este sistema evita tener que disponer de grabadores especiales, telecargando el código directamente a través de un canal serie asíncrono. Por ello se ha optado por utilizar un microcontrolador de la casa Microchip Technology. Y en concreto nos hemos fijado en un microcontrolador / microprocesadorde la casa Hitachi. Se trata de un microcontrolador de gama media con tecnología RISC3 de 8 bits. Este microcontrolador ofrece 4 Kbyte de RAM mas 128 Kbytes de código en Flash interna. Además proporciona grabación en placa y una serie de periféricos integrados que se adaptan bastante bien a nuestras necesidades. Se trata del modelo H8/3048F. Para el diseño del hardware de la placa se ha realizado mediante una versión beta del programa Orcad Release 9 ®. Este paquete permite pasar del diseño a nivel esquemático al diseño a nivel PCB con gran facilidad. Se ha creado todos los componentes que ha hecho falta en el diseño. También se han creado las librerías a nivel de encapsulados de manera que todo ha quedado definido . Para empezar, destacar que el diseño de esta placa está sujeto a una primera imposición de tamaño. Para ello, se ha diseñado el sistema utilizando la tecnología SMD 4 que ofrece encapsulados de dimensiones mucho más reducidas. Además, existe otra ventaja en el uso de dispositivos SMD y es que las patas de los componentes no atraviesan las caras del layout. De esta manera los componentes SMD permiten una mayor densidad de pistas ya que incluso se pueden posicionar en el mismo lugar pero caras opuestas.

2 In Circuit Serial Programing 3 Reduced Instruction Set Computer 4 Surface Mounted Device

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Diagrama de bloques del hardware

CPU

RS-232Conexión PC

TECLADO

RS-232

LCD

MÓDULORF

Selector

Figura. 2.17 Diagrama de bloques de la placa principal.

En el diagrama de bloques anterior se puede apreciar el hardware implementado

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•

• • •

• •

•

Placas secundarias. Para el diseño del hardware de estas placas se ha realizado el mismo “proceso” que para la placa principal:

Esquemático y Layout de las placas mediante la versión beta del programa Orcad Release 9 ®. Diseño de todos los encapsulados de los componentes utilizados. Utilización de componentes SMD. Ruteado a dos caras.

Los puntos más importantes en el diseño de estas placas han sido:

Dispone de cuatro salidas ( 4 relés ) y cuatro entradas. La utilización de un circuitería de identificación para actuar sobre la placa deseada sin que las demás intervengan en el proceso. El aislamiento de alto voltaje entre las entradas y las salidas.

PLACA SECUNDARIA

Buses dedatos y

direcciones

Circuitería deindentificación

Aislamiento ycontrol de señales.

Optoacopladores

Cuatro relesSALIDAS

CuatroENTRADAS

Capítulo 3. Innovaciones y mejoras

SIRIN - Sistema de Riego Inteligente. Capítulo 3 – Innovaciones y mejoras.

Innovaciones y mejoras En este apartado seremos más breves ya que como habrán podido comprobar en el Capítulo 2, Descripción del sistema, hemos ido describiendo nuestro sistema y justificando sus mejoras e innovaciones ( recomendable leer el capítulo 2 en su totalidad para darse cuenta de la novedades que aporta dicho sistema ):

Adaptable a cualquier tipo de parcela con la menor obra posible. • •

•

•

• • •

Posee una interfaz de usuario en el jardín o terreno intuitiva y fácil de usar (interfaz que se muestra en el PC-Servidor). Precio realmente competitivo comparado con los sistemas similares que actualmente hay en el mercado. Punto que hace posible la siguiente mejora: Escalabilidad del sistema. Puede, en su mínima expresión, controlar el sistema de riego de un jardín o ir ramificándose y creciendo para poder abarcar grandes extensiones de terreno. De esta forma, el abanico de posibles usuarios se incrementa de una forma considerable.

Pero lo realmente destacable de nuestro sistema es permitir la monitorización remota, en nuestro caso de dispositivos ubicados en el campo, con independencia al terminal seleccionado y a la vía de comunicación empleada. Características que consiguen hacer de este proyecto un diseño pionero en el campo de los sistemas de regadío, ya que posibilita que el control de los aspersores, sensores, etc del campo o jardín se realice mediante mensajes cortos SMS o por conexión a Internet; pudiendo optar por la nueva tecnología WAP o seguir con la tradicional, WEB. Esta libertad de elección, a la hora de seleccionar el tipo de conexión, nos amplia el abanico de posibles terminales pudiendo escoger entre:

Teléfono móvil, utilizando mensajes cortos. Terminal con tecnología WAP ( PDA, teléfono móvil, etc.). PC o PocketPC, con conexión tradicional a Internet.

Gracias a esto hemos ganado en versatilidad, movilidad y sencillez en el manejo del sistema. Punto que nos hace destacar frente a otros que únicamente posibilitan la interactuación con el sistema si nos encontramos físicamente en la zona de cultivo o mediante la red telefónica conmutada (RTC) por códigos introducidos desde el teclado del teléfono. Métodos bastante incómodos y lentos que condicionan enormemente al usuario

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Es de destacar, frente a sistemas como los comentados anteriormente, que hemos conseguido diseñar una interfaz de usuario común para todos los terminales, que supera con creces a las que actualmente se utilizan para el control remoto de dispositivos. Ésta se basa en:

Un conjunto de pantallas sencillas e intuitivas que guían al usuario a través de unos menús hacia la acción deseada.

•

• Un software capaz de separar el contenido de la interfaz del formato al que deberá regirse según el terminal utilizado. No es lo mismo presentar la información en la pantalla de un telf. móvil que en la de un PC tradiconal.

Este último punto es sumamente importante teniendo en cuenta que el conjunto de terminales del mercado, capaces de conectarse a la red inalámbrica o a Internet, poseen características muy dispares en temas de tratamiento, transmisión y visualización de datos. Motivo por el cual nuestra interficie destaca, ya que es una herramienta capaz de adaptar la información según las peculiaridades del terminal utilizado. Actualmente, existen sistemas de control en GENERAL que pueden ser controlados desde un terminal WAP o desde Internet e incluso mediante mensajes cortos SMS. Pero en la actualidad no existe ningún sistema que integre todas las características que presenta este control de riego:

• Adaptabilidad al terminal seleccionado para controlar los dispositivos de riego, sensores, etc del campo de una forma remota mediante conexión a Internet o mediante mensajes cortos SMS. Todo ello sin duplicar recursos. Es decir, el sistema es capaz de detectar que tipo de terminal es el que esta realizando la conexión a nuestro sistema y adaptar la presentación de la información según sus características. Ya que no es igual ver una página de Internet en un PocketPC que en un teléfono con tecnología WAP. Esta forma de diseñar la interfaz remota nos da la posibilidad de poder añadir a nuestro sistema futuros dispositivos con conexión a Internet sin que ello supongo tener que modificar el software de la interfaz remota. Simplemente deberemos añadir una hoja de estilo donde indicaremos las características del nuevo terminal. De esta forma tenemos la seguridad de tener un sistema que no tiene porque quedarse obsoleto con el paso del tiempo y la aparición de nuevos terminales y tecnologías de comunicación móvil.

• Disponer de una interfaz en el propio campo adaptable a cualquier terreno

sin tener que rediseñar absolutamente nada. Por tanto este punto también destaca por estar diseñado de tal forma que no se duplican recursos y su adaptabilidad es total. El diseño esta realizado de tal forma que el instalador de este sistema debe indicar como es el plano del terreno o jardín, para ello introducirá una imagen aproximada. Una vez realizado esto debe situar y

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programar en dicho plano los dispositivos a controlar. Éstos están representados mediante iconos gráficos fáciles de identificar.

• En la interfaz de la vivienda disponemos de un informe donde se nos detalla

todas las incidencias producidas en nuestra ausencia. Activación o desactivación de alarmas críticas (subida brusca de la temperatura, humedad, grandes precipitaciones, etc) indicándonos a que hora se ha producido, etc. Y además, podemos programar el sistema para que cuando se produzca algún tipo de alarma a parte de quedarse registrado nos avise mediante un mensaje corto SMS indicándonos el problema.

• Otra parte positiva es el coste del sistema, ya que su realización, parte

hardware (placa principal y secundarias), es realmente barata a comparación de otros sistemas de control. Y con la peculiaridad de que esta parte también cumple con la regla de ser adaptable y actualizable. Se puede instalar en cualquier tipo de terreno. Para ello dispone de la posibilidad de optar por una comunicación vía radiofrecuencia, de esta forma nos evitamos tener que cablear y por tanto la obra que se debe realizar será mínima.

NOTA: La realización de los prototipos de las placas supone un encarecimiento del producto, aproximadamente de 30.000 pesetas. Esto es debido a que al ser prototipos el número de placas necesarias es mínimo; ya que se van realizando variaciones a medida que obtenemos los resultados de las pruebas a las que se someten. Una vez se tenga la versión definitiva de éstas, se puede entrar a una producción en serie que reducirá considerablemente el coste, incluso en un 40%. Por el momento, cada placa nos cuesta unas 5.000 pesetas; a esto se le ha de añadir el precio de los componentes utilizados, de los cuales destacaríamos por su diferencia de precio respecto a los demás:

• La CPU de Hitachi H8/3048 • La memoria Flash MX29F040 • El LCD

Son los que marcan la diferencia ya que entre los tres superan las 2.500 pesetas. Esta parte de hardware ha sido un diseño íntegramente propio, lo que ha facilitado que el precio final sea, como hemos nombrado anteriormente, realmente competitivo y que tenga la capacidad de poderse adaptar a otros sistemas e incluso hacer propias nuevas tecnologías de tal manera que formarían parte del sistema sin tener que rediseñar el hardware ya existente. Además de todo ello, tanto la parte hardware como software están diseñadas de tal forma que puedan ser empleadas para el control en GENERAL, no es un sistema que solo sirva para el control del estado de un campo de cultivo o jardín sino que sus posibilidades son innumerables: Control de producción, control domótico, etc...

Capítulo 4. Conclusiones

SIRIN - Sistema de Riego Inteligente. Capítulo 4 – Conclusiones.

Conclusiones

El sistema de riego SIRIN incorpora algo desconocido hasta el momento, dispone de una interficie multiplataforma que tiene como intención primordial unificar dos aspectos que en adelante serán de gran importancia y utilización en la vida cotidiana de un agricultor, como son el cuidado del campo e Internet. Hasta el momento no han existido en el mercado grandes sistemas de control orientados al mundo agrario e incluso al uso doméstico como es el caso del cuidado del jardín , ya sea por:

Precios elevados. Grandes instalaciones para adaptar dichos sistemas. Dificultad de uso. Falta de demanda de productos de este tipo, etc.

El sistema que se presenta rompe con el tópico de que el control de un sistema de este tipo es algo complicado. Y esto se consigue con el diseño de interfaces basadas en elementos visuales. Actualmente, Internet es la herramienta más potente que tenemos en este campo y por ello se pensó en añadirle al sistema una interfaz de control remoto basada en páginas WEB o WAP que obtienen la información de un servidor conocido, situado en la propiedad del usuario ( ya sea en casa si se trata de un jardín o en la casa de campo ) y que junto con las placas de control serán los encargados de controlar y gestionar todos los dispositivos; aspersores, sensores, etc. Aunque dicho proyecto debe abrir las puertas a futuros sistemas y líneas de trabajo no podemos dejar de lado las tendencias actuales del mercado. No tendría sentido intentar sentar las bases de un sistema moderno sin considerar las tendencias del mercado actual. El concepto que más fuerza esta cogiendo actualmente es el concepto de movilidad. Todo usuario quiere disponer de absoluta libertad sin depender del lugar donde se encuentre, del dispositivo utilizado, etc. Por tanto, la innovación de este proyecto se basa en la concepción de una interfaz multiplataforma para móviles. Cuando los teléfonos móviles de tercera generación sean una realidad se les podrá incorporar nuestra interfaz de control, ya que se basa en páginas WEB. Actualmente debemos conformarnos con las tecnologías disponibles para teléfonos móviles. Ello quiere decir mediante mensajes cortos SMS o gracias a la interfaz WAP. Tal como se ha descrito a lo largo de esta memoria, dicha interfaz se halla implementada y funcionando perfectamente. Dispone de lo que nosotros consideramos una forma de acceder a la información rápida, intuitiva y de fácil acceso.

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No se puede olvidar que el campo de las PDA’s cada día dispone de un mercado más grande y, que por tanto, se convertirá en un instrumento similar al teléfono móvil, o

SIRIN - Sistema de Riego Inteligente. Capítulo 4 – Conclusiones.

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incluso en su sustituto, tanto por las prestaciones como por el número de usuarios. Ya que también ofrece la oportunidad de disponer de navegadores de internet, incorporar esta plataforma para el control del sistema no es ningún problema ya que empleamos XML y XSL. Aunque debemos constatar que el sistema no ha sido probado actualmente con PDA’s reales, solo con los simuladores. Se ha probado con PocketPCs, teléfonos móviles ( SMS y WAP ) y con PC tradicionales. Como conclusión final en el tema de la interfaz podríamos remarcar que hemos intentado captar todas las tendencias del mercado en el campo de internet junto a la movilidad de los dispositivos. La fusión de los campos de los dispositivos móviles (teléfonos y PDA’s, principalmente) e internet, es un espacio aun por explorar que nos ofrece grandes oportunidades de diseño y de negocio. Nuestro sistema permite una interfaz a través de teléfonos móviles WAP, PDA’s con una tendencia clara a los PocketPC’s, PC’s tradicionales con programas dedicados para tales fines o con navegadores clásicos. En resumen, un sistema basado en tecnología internet con una salida formateada de diferentes maneras según el dispositivo utilizado. Lo importante de este sistema es observar que dicha idea puede aplicarse a muchos campos de la vida cotidiana como podrían ser la compra en los supermercados, catálogos de tiendas especializadas y un largo etcétera. Aunque nosotros lo hemos orientado a facilitar la vida del agricultor. Pero hasta ahora solo hemos hablado de la tecnología y de si hemos sido capaces de juntar dichos campos con mayor o menor suerte en el intento. En este proyecto no puede olvidarse algo tan importante como a quien va dirigido. El sistema SIRIN va dirigido a usuarios normales que no disponen de conocimientos en la materia. Por ello, creemos haber creado un producto que no requiere ni conocimientos ni inversiones importantes en el sistema. Los componentes básicos son un PC, un móvil, una conexión ADSL ( opcional, sino se trabajaría mediante mensajes cortos SMS ) y las placas de control hardware del sistema domótico. Excepto las placas especializadas hardware, el resto son elementos comunes que podríamos encontrar en todas las casas. El precio no debe representar un problema. Y por ello estamos satisfechos de haber obtenido un conjunto básico de placas de control con un coste reducido de entre 5000 y 6000 pesetas las dos placas (control y comunicación con PC y placa de 4 entradas/4 salidas) en prototipos. Finalmente, la conclusión es que nos encontramos en un momento en que las tecnologías evolucionan a un ritmo excesivamente rápido y los modelos de aplicaciones deben cambiar al mismo ritmo. Sin embargo, esta vez creemos haber dado el paso al unísono con la tecnología. Solo esperando unos meses podremos comprobar si las tendencias del mercado son realmente las que hemos comentado aquí. En caso afirmativo, nuestra aplicación o en su defecto la apuesta por internet móvil y multiplataforma será algo completamente exitoso.

Sistema Artesanal Riego Automatizado Vivienda

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