Cuadricóptero con sistema de recopilación de datos y transporte de sensores remotos

Abstract

La aplicación de redes inalámbricas de sensores para el monitoreo de parámetros físicos como humedad, temperatura, radiación, luminosidad, vibración, concentración de gases contaminantes, entre otros, es útil porque brinda información precisa para el análisis de distintos ecosistemas en estudios de impacto ambiental, investigación biológica y meteorológica. Sin embargo, se observa dos limitaciones en el uso de esta tecnología. Primero, la instalación de los elementos de la red es una ardua tarea en lugares remotos de difícil acceso como cuencas, nevados, lagos, cerros, ríos, entre otros. Segundo, el tiempo de servicio de los sensores está limitado por la capacidad er,ergétiea de sus baterias, su consumo se acelera porque los datos sensados tienen que ser retransmitidos desde los sensores finales hasta el nodo coordinador de la red, el cual es un equipo costoso y que demanda de un suministro eléctrico de mayor potencia. En consecuencia, el mantenimiento de la red se complica y encarece porque el acceso a los dispositivos demanda mucho tiempo al personal. Ante esta problemática, el presente trabajo pr-opone el diseño de un sistema mecatrónico para transportar los sensores hacia lugares de dificil acceso y recopilar inalámbricamente los datos sensados. En efecto, se ha desarrollado un cuadricóptero (vehículo aéreo no tripulado UAV de cuatro motores) con tres subsistemas. El primero sirve para lograr el vuelo autónomo del vehículo, ya que incluye a un controlador autopiloto que tiene grabada una ruta que le indica sobrevolar por puntos de paso señalados por el usuario en un mapa digital. El segundo es un mecanismo que carga los sensores y los distribuye en puntos georreferenciados en el área de estudio. El tercer subsistema recopila la información tomada por los sensores del ambiente, incluye a un microcontrolador, una memoria SD y un módulo de radiofrecuencia. El módulo RF a bordo del vehículo se comunica con cada uno de los sensores en tierra y recibe los datos sensados, los cuales son direccionados por el microcontrolador hacia la memoria SD, así toda la información queda almacenada para su posterior análisis. De esta forma se busca ampliar el uso de los sensores inalámbricos, ya que este vehículo evitaría el esfuerzo físico de los investigadores para ubicarlos en el área de estudio. Además prolongaría el tiempo de servicio de los dispositivos, ya que el alto consumo energético por las constantes retransmisiones ya no sería necesario, debido a que el vehículo se acercará a cada sensor para recoger inalámbricamente los datos de los parámetros sensados. En el capítulo 1 se presenta la problemática en la aplicación de redes inalámbricas de sensores. En el capítulo 2 se presentan las condiciones y requerimientos que el sistema mecatrónico propuesto debe ser capaz de satisfacer y una introducción acerca del modo en que el sistema logrará cumplir tales requerimientos. En el capítulo 3, se detallan los componentes mecánicos, los dispositivos electrónicos de control y potencia, el sistema de comunicación inalámbrico con los sensores remotos; así como la explicación de su funcionamiento a través de ilustraciones, planos y esquemas. En el capítulo 4 se calcula el costo de fabricación del vehículo. En el capítulo 5 se presentan las conclusiones del trabajo de diseño, así como las recomendaciones pertinentes. Finalmente, se ha detallado en los anexos los cálculos de diseño del sistema, el proceso de selección y las especificaciones técnicas de los componentes electrónicos, las cotizaciones para la fabricación del sistema, los planos de despiece y ensamble de los elementos mecánicos.