ES2814331A1

ES2814331A1 - Dispositivo electronico y sistema de registro de datos de sensores

Info

Publication number: ES2814331A1
Application number: ES201930826A
Authority: ES
Inventors: Gutierrez Marcos Martín
Original assignee: Universidad de Valladolid
Current assignee: Universidad de Valladolid
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2021-03-26

Abstract

Dispositivo electrónico y sistema de registro de datos de sensores. El dispositivo electrónico comprende una placa de circuito impreso (2) con un primer conector USB (3), un controlador USB (8), un módulo de comunicación inalámbrica (5), una batería de alimentación (7), un microcontrolador (4), un segundo conector USB (6) y un conversor USB a serial (9) para la programación externa del microcontrolador (4). El microcontrolador (4) recibe medidas de un sensor (13) a través del primer conector USB (3) y las envía inalámbricamente a un dispositivo móvil (10) mediante conexión Wi-Fi. Los datos del sensor no se almacenan en una memoria del dispositivo electrónico. Además, como la toma de datos del sensor se realiza mediante conexión USB, cualquier sensor con salida USB se puede conectar directamente al dispositivo para su toma de datos, eliminándose la dependencia del registrador de datos según el tipo de sensor del que se quiera extraer los datos.

Description

DESCRIPCIÓN

DISPOSITIVO ELECTRÓNICO Y SISTEMA DE REGISTRO DE DATOS DE SENSORES

Campo de la invención

La presente invención se engloba dentro del campo de los dispositivos de telecomunicaciones inalámbricas. En particular, la presente invención se refiere a un dispositivo electrónico para la toma de datos de diferentes sensores.

Antecedentes de la invención

Actualmente existen multitud de dispositivos registradores de datos encargados de registrar medidas de diferentes tipos de sensores, como por ejemplo medidas de temperatura y de humedad, y mostrarlas en una pantalla. Los dispositivos registradores de datos se implementan normalmente en un sistema electrónico formado por uno o varios sensores, una memoria donde guardar los datos y, opcionalmente, una pantalla de visualización de los mismos. Como existe una gran variedad de dispositivos registradores, los sensores varían según el tipo de datos a registrar.

Los dispositivos registradores de datos convencionales presentan varios inconvenientes. En primer lugar, los datos registrados están disponibles solamente en los propios registradores (en su memoria), teniendo que visualizar los datos en ellos a través de una pantalla integrada o recoger los datos mediante un ordenador. Además, como los datos se guardan en una memoria interna del dispositivo, la cantidad de datos a guardar está limitada al tamaño de dicha memoria. Como consecuencia del uso de una memoria limitada, para liberar esa memoria es necesario acceder al sistema y recoger los datos, almacenándolos en otro dispositivo. Cada vez que se necesite tomar datos del sensor y manipularlos hay que acceder físicamente, mediante un cable especifico, al sistema.

Otra desventaja de los registradores de datos actuales es que están sujetos al tipo de sensor de entrada, con lo que el registrador de datos se fabrica de una manera determinada dependiendo del tipo de datos a registrar. Por ejemplo, los registradores de datos de temperatura están formados por un sensor de temperatura conectado de una manera determinada al sistema electrónico que registra y guarda los datos. Por tanto, el sistema electrónico del registrador de datos se debe diseñar en función del sensor a utilizar.

El dispositivo electrónico de la presente invención permite resolver todas estas desventajas.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo electrónico de reducido tamaño que funciona de forma autónoma como un registrador de datos. Este dispositivo se interconecta vía USB con cualquier sensor y recoge datos del sensor. Los datos adquiridos son enviados a una aplicación de un dispositivo móvil (e.g., una tableta o un teléfono inteligente) que se conecta inalámbricamente con el dispositivo, preferentemente mediante Wi-Fi, para su posterior manejo y análisis de datos. La aplicación móvil a su vez envía los datos a una base de datos en la nube.

El dispositivo es totalmente electrónico y compacto. Dentro de él se pueden diferenciar tres partes principales:

1. La parte formada por un conector USB Host hembra tipo A al que se conecta el sensor y que está controlado por un controlador periférico/host (e.g., circuito integrado MAX3421E).

2. Un microcontrolador (e.g., ESP8266) que contiene el software que realiza las funciones de petición y envío de datos.

3. Un conversor USB a serial (e.g., FT232RL) que sirve para conectar el microcontrolador con un ordenador para su programación de software.

A continuación se explica de manera resumen cómo se realiza la recogida de datos. El sensor, a través de su sonda, toma datos ambientales tales como niveles de oxígeno, temperatura, presión, humedad, etc. Un teléfono móvil a través de una aplicación móvil solicita los datos mediante Wi-Fi al microcontrolador del dispositivo electrónico. El dispositivo electrónico recoge la petición de datos de la aplicación de móvil y, a través del cable que une el conector USB del sensor y el dispositivo electrónico, el microcontrolador envía tramas de petición de datos al sensor, el cual devuelve los datos solicitados al microcontrolador, a través del cable USB. Cuando el microcontrolador tiene ya los datos solicitados por la aplicación móvil, se los remite via Wi-Fi y la aplicación móvil los muestra por pantalla.

La invención aporta las siguientes ventajas:

- El dispositivo actúa de forma transparente, tomando los datos continuamente del sensor y enviándolos a una aplicación móvil. Se elimina con ello la necesidad de incorporar una memoria interna. Tampoco es necesario mostrar los datos en una pantalla física del dispositivo, ya que se pueden ver y manipular remotamente. Del mismo modo, tampoco es necesario tener que tomar esos datos mediante un ordenador para su posterior análisis, ya que estos datos se están ahora mandando continuamente a la nube.

- Al no guardarse los datos en la memoria, sino en una base de datos en la nube, se puede tomar datos continuamente sin la necesidad de interactuar con el dispositivo para vaciar la memoria.

- Como los datos del sensor se envía a una aplicación móvil, no es necesario acceder al sistema físico para la toma de los datos. Simplemente basta con tener una aplicación móvil instalada en un teléfono inteligente.

- La toma de datos del sensor se realiza mediante una conexión USB. De esta forma, cualquier sensor con salida USB puede conectarse directamente al dispositivo para su toma de datos, eliminándose la dependencia del registrador de datos según el tipo de sensor del que se quiera extraer los datos.

- Es un sistema autónomo de bajo consumo que funciona con batería, con lo que no es necesario tener al dispositivo enchufado a una red eléctrica. Por ello, el dispositivo es versátil y ampliamente manejable, pudiéndose colocar en diferentes lugares sin tener que estar cerca de una toma de red eléctrica. - Permite registrar los datos del sensor de forma continua y prolongada en el tiempo.

El dispositivo electrónico de la presente invención permite el registro de datos de manera inalámbrica, pudiéndose aplicar, por ejemplo, a la toma de datos de forma independiente, autónoma e inalámbrica en una planta de fabricación de vino. Mediante la colocación del dispositivo junto con un sensor de oxígeno en las cubas de vino, se puede visualizar y recoger los datos a través de una aplicación de un smartphone.

Al ser un dispositivo electrónico reprogramable, el sistema se puede usar para registrar datos de manera inalámbrica en cualquier planta de fabricación de cualquier producto alimenticio o en cualquier sector con la necesidad de toma de diferentes tipos de datos mediante sensores de forma inalámbrica. Por tanto, el dispositivo es versátil, ampliamente escalable y de uso sencillo, ya que únicamente hay que colocarlo en el lugar donde se desee recoger los datos junto con el sensor enchufado y posteriormente se toman los datos a través de una aplicación móvil conectada mediante al dispositivo mediante Wi-Fi.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención, que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La Figura 1 representa de forma esquemática los componentes del dispositivo electrónico de registro de datos de sensores de acuerdo a una realización de la presente invención.

La Figura 2 ilustra un sistema de registro de datos de un sensor utilizando el dispositivo de la Figura 1 y un dispositivo móvil conectado mediante Wi-Fi.

Descripción detallada de la invención

La presente invención tiene por objeto un dispositivo electrónico encargado de registrar los datos adquiridos por un sensor y enviarlos a una aplicación móvil para su posterior uso y análisis.

Según se ilustra de manera esquemática en el diagrama de bloques de la Figura 1, el dispositivo electrónico 1 de registro de datos de sensores incorpora los siguientes elementos montados en una placa de circuito impreso 2: un primer conector USB 3, un microcontrolador 4, un módulo de comunicación inalámbrica 5 y una batería 7 encargada de alimentar al microcontrolador 4 y al módulo de comunicación inalámbrica 5 (e.g., Bluetooth, Wi-Fi). La placa de circuito impreso 2 también incorpora un segundo conector USB 6 habilitado para la programación externa del microcontrolador 4.

Aunque el microcontrolador 4 y el módulo de comunicación inalámbrica 5 se representan como entidades separadas, ambos elementos pueden estar integrados en un mismo chip (SoC). De acuerdo a una realización, el primer conector USB 3 es de tipo A hembra y el segundo conector USB 6 es de tipo mini USB hembra.

Tal y como se representa en la Figura 2, el microcontrolador 4 está configurado para comunicarse con un sensor 13 externo conectado al primer conector USB 3, a través del cual recibe de forma continua diferentes medidas adquiridas por el sensor 13.

El sensor 13 se conecta al dispositivo electrónico 1 mediante un cable USB 12 (preferentemente, macho-macho). Por lo tanto, se tiene una entrada USB Tipo A hembra en el dispositivo electrónico 1, primer conector USB 3, que está controlada por un controlador USB 8 periférico/host (por ejemplo, el circuito integrado MAX3421E). A su vez este controlador está conectado mediante hardware, a través de las vías de la propia placa de circuito impreso 2, y por software mediante el protocolo SPI (Serial Peripheral Interface) con el microcontrolador 4 (por ejemplo, el microcontrolador ESP8266), que se encarga de manejar toda la lógica interna del dispositivo, ejecutando órdenes grabadas en su memoria para realizar de forma eficiente la toma de datos y su posterior envío a la aplicación móvil.

El microcontrolador 4 a su vez está conectado también mediante hardware, a través de las pistas de la propia placa de circuito impreso 2, y mediante software utilizando el protocolo UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) con un conversor USB a serial 9 (e.g., el circuito integrado FT232RL). Este conversor sirve para programar el microcontrolador ESP8266 desde un ordenador a través del segundo conector USB 6, preferentemente un conector mini USB, el cual está conectado físicamente al conversor USB a serial 9 a través de las vías de la placa de circuito impreso 2.

El microcontrolador 4 se encarga de enviar inalámbricamente, utilizando el módulo de comunicación inalámbrica 5, las medidas recibidas. En una realización, el módulo de comunicación inalámbrica 5 es un módulo Wi-Fi, a través del cual el microcontrolador 4 actúa como punto de acceso Wi-Fi y envía las medidas del sensor 13 a un dispositivo, preferentemente un dispositivo móvil 10, conectado mediante Wi-Fi.

El dispositivo móvil 10, por ejemplo un smartphone o una tableta electrónica, dispone de una pantalla, un módulo de comunicación Wi-Fi y una aplicación móvil instalada a través de la cual se conecta al punto de acceso Wi-Fi creado por el microcontrolador 4. Una vez conectado, el dispositivo móvil 10 recibe inalámbricamente las medidas del sensor 13 y visualiza en una pantalla 11 dichas medidas.

Como se representa en la Figura 2, el sistema de registro de datos adquiere datos de manera inalámbrica de un sensor 13 con conexión USB. Por ejemplo, en la figura se representa un medidor de oxigeno de bolsillo, un sensor que toma a través de una sonda 14 diferentes tipos de datos, tales como la concentración de oxígeno, temperatura, presión, humedad, etc.

Cuando el sensor 13 se conecta mediante un cable USB a un ordenador, se inicia una aplicación propia del sensor 13 y se guardan y visualizan los datos. El dispositivo electrónico 1 de la presente invención permite emular el funcionamiento de la aplicación de ordenador propia del sensor para toma y visualización de datos, pero eliminando la necesidad de utilizar un ordenador. El sensor 13 se conecta al dispositivo electrónico 1 de la misma manera que se conecta a un ordenador, mediante un cable USB 12. El microcontrolador 4 emula el protocolo interno de propio sensor 13, enviando las tramas (a través del controlador USB 8) que el sensor 13 espera recibir de un ordenador, y el sensor 13 devuelve lo correspondiente a cada trama concreta enviada. De esta manera se emula la comunicación que mantiene el sensor 13 con su propia aplicación en un ordenador.

El microcontrolador 4 a su vez actúa como punto de acceso Wi-Fi, es decir, crea una red de área local inalámbrica (WLAN) a la que se conecta cualquier dispositivo con conexión Wi-Fi. De esta manera un dispositivo móvil 10 se conecta al microcontrolador 4 y este enviará los datos tomados del sensor 13, para su posterior visualización y manejo en una aplicación móvil del dispositivo móvil 10.

En la Figura 2 se representa un smartphone como dispositivo móvil, el cual tiene instalada una aplicación móvil especifica. La aplicación móvil solicita una serie de datos al dispositivo electrónico 1 a través de la conexión Wi-Fi establecida, ya que el dispositivo electrónico 1 actúa como punto de acceso. Posteriormente, el dispositivo electrónico 1 solicita vía USB los datos al sensor 13, que toma los datos del medio continuamente a través de su sonda 14. El sensor 13 envía los datos solicitados al dispositivo electrónico 1 y este, a su vez, los transmite a la aplicación del dispositivo móvil 10.

La presente invención permite de manera ventajosa eliminar la necesidad de acceder físicamente y presencialmente al sensor 13 cuando se quiera realizar una toma de datos, bastando únicamente con conectarse al dispositivo electrónico 1 vía Wi-Fi utilizando un teléfono móvil con una aplicación instalada que adquiere los datos del sensor.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo electrónico de registro de datos de sensores, caracterizado por que comprende una placa de circuito impreso (2) que incorpora:

un primer conector USB (3) y un controlador USB (8);

un módulo de comunicación inalámbrica (5);

un microcontrolador (4) configurado para:

comunicarse con un sensor (13) y recibir medidas del sensor (13) a través del primer conector USB (3);

enviar inalámbricamente, mediante el módulo de comunicación inalámbrica (5), las medidas recibidas;

un segundo conector USB (6) y un conversor USB a serial (9) para la programación externa del microcontrolador (4);

una batería de alimentación (7).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que el módulo de comunicación inalámbrica (5) es un módulo Wi-Fi.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado por que el microcontrolador (4) está configurado para actuar como punto de acceso Wi-Fi y enviar las medidas del sensor (13) a un dispositivo (10) conectado al microcontrolador (4) mediante conexión Wi-Fi.

4. Sistema de registro de datos de sensores, caracterizado por que comprende:

un dispositivo electrónico (1) de registro de datos de sensores según la reivindicación 3;

un dispositivo móvil (10) configurado para:

recibir inalámbricamente, mediante una conexión Wi-Fi con el dispositivo electrónico (1) de registro de datos de sensores, las medidas del sensor (13), y visualizar en una pantalla (11) las medidas del sensor (13).

5. Sistema según la reivindicación 4, caracterizado por que el dispositivo móvil (10) está configurado para solicitar al dispositivo electrónico (1), a través de la conexión Wi-Fi, la adquisición de datos del sensor (13).