Presentación para el Arduino Day y Raspberry Pi Jam 2018 en Bogotá.

1. Open Air-duinoberry:
sistema IoT para la
medición de la calidad
del aire basado en
Arduino y Raspberry
Alexei Ochoa Duarte

2. Motivación

3. Motivación II

4. Problema
 Interés por medir y monitorear variables del
entorno.
 Interacción de sensores que son bastante
heterogéneos. (Akyildiz et al, 2002; Razzaque et al
2016)
 Complejidad en la integración debido a la
heterogeneidad (Perera et al, 2014)

5. Problema II
 Arquitecturas y sistemas, que sean
desarrollados de manera comunitaria
(Blanco, et al, 2017)
 Existen sistemas de monitoreo de la
calidad del aire, como la Red de
Monitoreo de la Calidad del Aire de
Bogotá (RMCAB)

6. Problema III
Arquitectura:
 Sensores y software libre
 Comunicación mediante protocolos
 Monitorear la calidad del aire
 Generación de alertas
 Favorece la toma de decisiones

7. Conceptos importantes
Sensores y redes de sensores
 Dispositivo que detecta cambios en una
magnitud, los mide y convierte en una
señal eléctrica. (Bröring et al., 2011)
 “Redes autoorganizadas de nodos de
sensores, con tecnología inalámbrica, que
son usados para monitorear y controlar
fenómenos físicos”. (IEC, 2014)

8. Conceptos importantes II
Internet de las cosas (IoT)
Infraestructura de objetos, personas,
sistemas y recursos de información que se
interconectan mediante servicios
inteligentes, con el fin de reaccionar de
acuerdo a la información obtenida. (Atzori et
al, 2010)

9. Conceptos importantes III
Interoperabilidad
• Cada fabricante proporciona servicios para sus propios
productos, y los nodos de datos mantienen la información
recopilada por ellos mismos (Zhu et al, 2016).
• Arquitecturas que establecen los componentes de las capas
IoT (Cardozo et al., 2016)
 Sensores y actuadores
 Puertas de enlace
 Servidores de borde y de contexto
 Aplicaciones

10. Conceptos importantes IV
Message Queue Telemetry
Transport
• Publicación/suscripción
• Ligero (Špeh & Heđ, 2016)
• Comunicación Machine to
machine (M2M).
• Broker envía, filtra y prioriza las
solicitudes que llegan de los
nodos subscriptores.
(Tantitharanukul et al, 2017)

11. Conceptos importantes V
Calidad del aire
Principales contaminantes
• CO
• CO2
• NOx
• NH3
• Material particulado

12. Prototipo desarrollado
Arquitectura

13. Componentes del sistema
Hardware
Sensores
Tarjetas de
desarrollo, módulos
de comunicaciones
y plataformas de
integración.
Software
Herramientas
Interfaces de
desarrollo de
aplicaciones (API)

14. Sensores
Sensor Variable de medida
Unidad de
medida
Precisión
Principio de
funcionamiento
Voltaje de
funcionamiento
Señal de
salida
MQ7 Concentración de CO ppm
Depende de la
resistencia de
carga
Resistivo
PWM alternante entre
1.4V y 5V
Análoga
MQ135
Concentración de CO2,
NOx, NH3
ppm
Depende de la
resistencia de
carga
Resistivo 5V Análoga
DHT11
Temperatura y
humedad
°C y % ±2°C y ±5% Termistor NTC y Resistivo 5V
Digital
calibrada

15. Sensores II
Sensor Variable de medida
Unidad de
medida
Precisión
Principio de
funcionamiento
Voltaje de
funcionamiento
Señal de
salida
DHT22
Temperatura y
humedad
°C y % ±0.5°C y ±2% Capacitivo 5V
Digital
calibrada
BMP180 Presión y temperatura hPa y °C ± hPa y ±0.1°C Piezo-resistivo 3.3V Interfaz I2C
GP2Y1010A
U0F
Densidad de polvo mg/m³ ±0.1 mg/m³ Óptico 5V Análoga
GPS Neo-
6M
Posición geográfica
Latitud y
longitud (m)
± 3m Satelital 3.3 - 5V
Digital sin
calibrar

16. Tarjetas de desarrollo, módulos
de comunicaciones y plataformas
de integración.

17. Herramientas de software

18. Interfaces de programación de
aplicaciones (API)

19. Integración del sistema

20. Integración del sistema II

21. Estructura del software
• Registro de usuarios
• CRUD de sensores y
dispositivos
• Creación de base de
datos
Módulo de registro de
sensores
• Comunicación entre
Arduino y Raspberry
vía MQTT
• Alertas vía e-mail en
caso de ser necesario
Módulo de
mediciones, envío de
datos por MQTT y
generación de alertas • Ver gráficas de las
mediciones
realizadas
• Mediciones actuales
• Mediciones históricas
Módulo de visualización

22. Módulo de registro de sensores

23. Módulo de mediciones, envío de
datos por MQTT y generación de
alertas.

24. Módulo de visualización

25. Ejecución del sistema

26. Funcionamiento

27. Conclusiones
 El desarrollo de herramientas, estándares, prototipos y arquitecturas que
permitan integrar los datos provenientes de sensores en el marco de IoT
permite disminuir las dificultades propias de la heterogeneidad.
 El uso de las herramientas libres (software y hardware) facilita la
integración, fusión e interacción de datos provenientes de sensores diversos.
 Arquitectura en la que se pueden incluir nuevos sensores o sistemas de
medición, por medio de la implementación de pequeños cambios en la
configuración del sistema
 Información de gran utilidad, para los usuarios (individuales o comunitarios)
y orientar los procesos de toma de decisiones en materia ambiental.

28. ¿Preguntas?
Alexei Ochoa Duarte
agochoad@unal.edu.co
Documentación y código disponibles en:
https://github.com/alexei8a/Open-Air-
duinoberry