— Kavhanna© (n. 1994)
Autor Principal: CABANA, Christian Luis Giuliano (Vistryan Louis Giulianno Kavhanna©, DNI 36.225.524, Argentina, n. 1994).
Propiedad Intelectual: Derechos de autor registrados y documentación legal que respalda la autoría..
Capitalización: Utilización de activos estratégicamente para impulsar la investigación y financiarla por un valor de $5M USD (colaterales pre-bancarizados para disposición financiera).
Estado Financiero Actual: En fase Pre-desarrollo, donde se anticipa un impacto financiero significativo en la valoración de mercado estimada en $50M USD una vez que la tecnología se implemente completamente.
Descripción: GeoVigilNet es una red innovadora de sensores de bajo costo diseñada para prevenir desastres naturales mediante la detección temprana de deslizamientos de tierra. Estos sensores, fácilmente desplegables en áreas vulnerables, están equipados con tecnología de punta para monitorear cambios en la humedad del suelo, movimientos y vibraciones, proporcionando alertas precisas y en tiempo real tanto a las comunidades locales como a las autoridades. Más información aquí .
La siguiente lista compila de manera exhaustiva todos los documentos relacionados con la invención, abarcando desde informes técnicos hasta esquemas detallados y análisis fundamentales. Además, se incluyen enlaces a cada uno de estos documentos, los cuales están disponibles para ser promulgados y abiertos a especialistas en la materia. En el caso de cualquier consulta o inquietud sobre el acceso o uso de estos documentos, se recomienda ponerse en contacto con los representantes de la manifestación inventiva del polímata CABANA, Christian Luis Giuliano (Vistryan Louis Giulianno Kavhanna©, DNI 36.225.524, Argentina, n. 1994), quienes estarán encantados de proporcionar orientación adicional y aclaraciones.
Los sensores de humedad del suelo son cruciales para detectar la saturación de agua, un factor clave en la iniciación de deslizamientos de tierra. En nuestro diseño, optamos por sensores capacitivos por su precisión y durabilidad.
Principio de Funcionamiento: Estos sensores miden la constante dieléctrica del suelo (también conocida como permitividad), que cambia con el contenido de humedad. La medición se realiza enviando una señal eléctrica a través de las sondas del sensor y midiendo la respuesta, que varía según la humedad del suelo.
Diseño y Materiales: Consisten en dos electrodos de acero inoxidable, que ofrecen resistencia a la corrosión y robustez. Están integrados en un cuerpo aislante y duradero, generalmente hecho de resinas epoxi o plásticos reforzados, para proteger los componentes electrónicos y asegurar la longevidad del sensor.
Ventajas de los Sensores Capacitivos:
Mayor precisión y menor susceptibilidad a la salinidad del suelo en comparación con los sensores resistivos.
No se degradan con el tiempo como los sensores resistivos, lo que garantiza una vida útil más larga.
Conectividad e Integración: Estos sensores se conectan al sistema central mediante cables o de forma inalámbrica. La información de humedad se recopila y transmite periódicamente para su análisis.
Los acelerómetros son esenciales para detectar y medir el movimiento del suelo, un indicador temprano de posibles deslizamientos de tierra.
Tipo de Acelerómetro: Utilizamos acelerómetros MEMS (sistemas microelectromecánicos) por su tamaño compacto, bajo costo y alta precisión.
Funcionamiento: Estos dispositivos miden la aceleración en una o más direcciones. Funcionan detectando el desplazamiento de una pequeña masa suspendida dentro de su estructura, que se mueve cuando hay aceleración. Los cambios en la posición de esta masa se convierten en señales eléctricas.
Sensibilidad y Rango: Los acelerómetros MEMS en nuestro diseño están calibrados para detectar incluso movimientos muy sutiles del suelo, lo que es crucial para la detección temprana de deslizamientos.
Robustez y Durabilidad: Están diseñados para operar en entornos exteriores adversos y tienen una alta resistencia a factores ambientales como la humedad, el polvo y las variaciones de temperatura.
Conectividad: Al igual que los sensores de humedad, se integran al sistema general y transmiten datos para su análisis continuo.
Los geófonos son instrumentos clave para detectar y medir las vibraciones del suelo, proporcionando información vital sobre la actividad subterránea que puede preceder a un deslizamiento de tierra.
Principio de Funcionamiento: Los geófonos detectan las vibraciones del suelo a través de un elemento sensible a la vibración, generalmente una bobina móvil dentro de un campo magnético. Cuando el suelo vibra, la bobina se mueve dentro del campo magnético, generando una corriente eléctrica que es proporcional a la velocidad del movimiento del suelo.
Diseño y Sensibilidad: Los geófonos en nuestro diseño son de alta sensibilidad, capaces de detectar vibraciones de baja frecuencia que son indicativas de movimientos subterráneos. Están alojados en una carcasa resistente para protegerlos de las condiciones ambientales y asegurar mediciones precisas.
Aplicaciones en la Detección de Deslizamientos de Tierra: Estos dispositivos son fundamentales para identificar vibraciones inusuales o patrones de movimiento que podrían indicar la inestabilidad del suelo, permitiendo una alerta temprana antes de que ocurra un deslizamiento.
Conectividad e Integración: Al igual que los otros sensores, los geófonos están conectados a un sistema central para el monitoreo y análisis de datos. La información recopilada por los geófonos es crucial para el modelo predictivo de deslizamientos de tierra.
Además de las descripciones individuales de los componentes, es esencial entender cómo estos sensores trabajan juntos y cómo se gestionan los datos recopilados.
Sistema de Interconexión: Los sensores están interconectados a través de una red, que puede ser cableada o inalámbrica. Para nuestro diseño, recomendamos una red inalámbrica para minimizar la intrusión en el terreno y facilitar la instalación.
Recopilación de Datos: Los datos de todos los sensores se recopilan y transmiten a un sistema central. Este puede ser un servidor local o una plataforma basada en la nube, dependiendo de la infraestructura disponible y las necesidades específicas del proyecto.
Análisis de Datos: Utilizamos algoritmos avanzados y técnicas de inteligencia artificial para analizar los datos recopilados. Estos algoritmos están diseñados para identificar patrones y anomalías que pueden indicar un riesgo inminente de deslizamiento de tierra.
Alertas y Respuestas: En caso de que los datos indiquen un riesgo potencial, el sistema generará alertas automáticas que se enviarán a las autoridades locales y a las comunidades en riesgo para tomar medidas preventivas.
La eficacia de los sensores de deslizamiento de tierra depende no solo de su funcionamiento individual, sino también de cómo se integran y sincronizan entre sí para formar un sistema cohesivo.
Integración de Sistemas: Los datos de los sensores de humedad, acelerómetros y geófonos se combinan para obtener una imagen completa de las condiciones del terreno. Esta integración permite una evaluación más precisa del riesgo de deslizamiento.
Sincronización Temporal: Es crucial que todos los sensores estén sincronizados temporalmente para garantizar que los datos sean coherentes y comparables. Esto se logra mediante el uso de protocolos de sincronización de tiempo estándar como NTP (Network Time Protocol).
Calibración y Ajustes: Regularmente, los sensores deben ser calibrados y ajustados para mantener su precisión. Este proceso puede ser automatizado o realizado manualmente durante las inspecciones de mantenimiento.
Para asegurar la longevidad y efectividad del sistema de sensores, se deben establecer protocolos de mantenimiento y actualización.
Mantenimiento Preventivo: Incluye la inspección regular de los componentes físicos, la limpieza de los sensores y la verificación del estado de las baterías y paneles solares.
Actualizaciones de Software: El software que gestiona los datos de los sensores y los algoritmos de análisis debe actualizarse periódicamente para mejorar la precisión y responder a nuevas amenazas o condiciones cambiantes.
Finalmente, para completar la documentación técnica del sistema de sensores, se deberían incluir los siguientes elementos:
Hoja de Datos Técnicos: Resumen de las especificaciones y características de cada tipo de sensor.
Diagramas de Sistema: Representaciones visuales de cómo los sensores están interconectados y cómo fluyen los datos dentro del sistema.
Guías de Seguridad y Cumplimiento: Documentación sobre las normativas de seguridad y los estándares de cumplimiento que el sistema de sensores debe seguir.
Esta documentación detallada proporciona una base sólida para comprender, implementar y mantener un sistema de sensores para la detección de deslizamientos de tierra. Además, forma la base para cualquier proceso de solicitud de patente, asegurando que todos los aspectos innovadores y técnicos del diseño estén claramente documentados y protegidos.
El diseño electrónico de los sensores de deslizamiento de tierra se centra en la integración eficiente y funcional de los distintos sensores (humedad, acelerómetros, geófonos) y los sistemas de comunicación y alimentación.
Arquitectura del Circuito: El circuito principal se compone de varias secciones clave: los módulos de los sensores, el microcontrolador, la interfaz de comunicación y el sistema de alimentación.
Microcontrolador: El corazón del sistema. Se encarga de procesar las señales de los sensores, ejecutar los algoritmos de análisis y gestionar la comunicación de datos. Se seleccionará un microcontrolador basado en ARM por su eficiencia energética y capacidad de procesamiento.
Cada tipo de sensor tiene un módulo de circuito dedicado que se encarga de su interfaz con el microcontrolador.
Sensores de Humedad:
Utilizan un circuito capacitivo simple.
El circuito incluye un oscilador que genera una frecuencia que cambia en función de la capacitancia del sensor (que varía con la humedad).
La señal de frecuencia se convierte en una señal digital que el microcontrolador puede leer.
Acelerómetros:
Los acelerómetros MEMS requieren un circuito para convertir las señales mecánicas en eléctricas.
Incluyen amplificadores para aumentar la señal y filtros para eliminar el ruido.
Se convierten las señales analógicas en digitales para su procesamiento.
Geófonos:
Circuito diseñado para captar vibraciones de baja frecuencia.
Incluye un preamplificador para aumentar las señales débiles y filtros para descartar frecuencias no deseadas.
La señal se digitaliza para su análisis.
Red Inalámbrica: Se utilizará LoRaWAN para la comunicación a larga distancia. Este módulo incluye un transceptor LoRa y la lógica necesaria para la codificación y decodificación de mensajes.
Conectividad Cableada: Para configuraciones o mantenimiento, se incluirá un puerto USB o serie.
El diseño de la alimentación es crítico para garantizar la operatividad continua de los sensores en condiciones de campo.
Fuentes de Alimentación:
Paneles Solares: Pequeños y eficientes, proporcionan la energía primaria durante el día.
Baterías Recargables: Almacenan energía para su uso nocturno o durante períodos nublados. Las baterías de ion de litio son preferidas por su alta densidad energética y durabilidad.
Gestión de Energía:
El sistema incluye un circuito de gestión de energía para optimizar la carga y descarga de las baterías y la distribución de energía a los componentes del sistema.
Protecciones contra sobrecarga, descarga profunda y cortocircuitos.
Circuito del Sensor de Humedad:
Representación esquemática del oscilador, la sección del conversor de frecuencia a digital y la interfaz con el microcontrolador.
Detalles sobre los componentes específicos utilizados (resistencias, capacitores, microchips).
Circuito del Acelerómetro:
Esquema del circuito de acondicionamiento de señal, incluyendo amplificación y filtrado.
Detalles de la conexión con el conversor analógico a digital y la interfaz con el microcontrolador.
Circuito del Geófono:
Representación detallada del preamplificador y los filtros de señal.
Esquema de la conversión de señal analógica a digital y su integración con el sistema central.
Diseño Multicapa: Para optimizar el espacio y la eficiencia, se utilizará un diseño de PCB multicapa.
Consideraciones de Diseño:
Distribución de los componentes para minimizar la interferencia electromagnética y el ruido.
Rutas de señal y potencia claramente definidas para mejorar la eficiencia y reducir la pérdida de energía.
Zonas de aislamiento para separar secciones de alta y baja potencia.
El diseño electrónico debe incorporar protocolos de comunicación y control para facilitar la recolección y transmisión de datos, así como para permitir el control remoto de los sensores.
Protocolos de Comunicación:
Implementación de protocolos estándar de IoT como MQTT o CoAP para la transmisión de datos a través de LoRaWAN.
Protocolos de bajo consumo para la comunicación entre sensores y el microcontrolador, como SPI o I2C.
Control Remoto y Configuración:
Capacidad para actualizar la configuración del sensor, calibraciones y firmware de forma remota.
Implementación de medidas de seguridad, como la encriptación de datos y autenticación, para proteger contra accesos no autorizados.
En el diseño electrónico, la seguridad y la confiabilidad son primordiales, especialmente dado que los sensores operarán en entornos potencialmente adversos.
Protecciones Electrónicas:
Incorporación de fusibles, diodos de protección y otros componentes para proteger contra sobretensiones y corrientes inadecuadas.
Diseño robusto para resistir condiciones ambientales extremas, como altas temperaturas, humedad y polvo.
Pruebas y Certificaciones:
Planificación de pruebas rigurosas para validar la resistencia y fiabilidad del diseño electrónico bajo diferentes condiciones.
Obtención de certificaciones relevantes (como IP para resistencia al agua y polvo, y certificaciones de seguridad eléctrica).
Para completar el proceso, se requiere una documentación exhaustiva del diseño electrónico, que incluya:
▤ Diagramas Esquemáticos Completos:
Diagramas detallados de cada parte del sistema electrónico.
Lista de componentes y especificaciones.
▤ Guía de Montaje y Fabricación del PCB:
Instrucciones detalladas para la fabricación y montaje de la PCB.
Archivos de diseño (como Gerber) listos para ser enviados a un fabricante de PCB.
▤ Manual de Operación y Mantenimiento:
Guía para la operación segura y el mantenimiento del sistema electrónico.
Procedimientos para la solución de problemas y la reparación de componentes.
Con esta documentación, se proporciona una base completa para la fabricación, implementación y mantenimiento del sistema de sensores, asegurando que cada aspecto del diseño electrónico esté claramente definido y sea reproducible.
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) es un protocolo de comunicación clave para la conectividad de los sensores de deslizamiento de tierra debido a su largo alcance y bajo consumo de energía.
Arquitectura LoRaWAN:
Gateways LoRaWAN: Actúan como puentes entre los sensores y la red. Reciben señales de múltiples sensores y las transmiten a un servidor de red.
Servidor de Red: Gestiona los datos recibidos de los gateways y controla la red, incluyendo el manejo de las tasas de datos y la frecuencia.
Modulación LoRa: Utiliza una técnica de modulación de espectro ensanchado para permitir la comunicación a larga distancia. Ofrece resistencia a las interferencias y permite un alcance significativo incluso en áreas urbanas densas o terrenos irregulares.
Eficiencia Energética: Diseñado para dispositivos de bajo consumo, LoRaWAN es ideal para sensores alimentados por baterías o energía solar, ya que minimiza el uso de energía durante la transmisión de datos.
Módulos Transceptores LoRa: Cada sensor estará equipado con un módulo transceptor LoRa para habilitar la comunicación inalámbrica.
Configuración de Red: Los sensores se configuran para unirse a la red LoRaWAN mediante OTAA (Over The Air Activation) o ABP (Activation By Personalization), dependiendo de los requisitos de seguridad y conveniencia.
Además de LoRaWAN, se implementarán otros protocolos para facilitar la comunicación interna y la configuración de los sensores.
I2C (Inter-Integrated Circuit):
Utilizado para la comunicación entre los sensores y el microcontrolador principal en cada dispositivo.
Permite la transmisión de datos a corta distancia de manera eficiente y con un cableado mínimo.
SPI (Serial Peripheral Interface):
Otra interfaz utilizada para la comunicación interna en el dispositivo.
Proporciona una comunicación más rápida que I2C, adecuada para componentes que requieren un mayor ancho de banda, como el módulo LoRa.
La configuración de la red LoRaWAN es crucial para asegurar una comunicación eficiente y segura entre los sensores y el servidor de red.
Asignación de Canales y Frecuencias: LoRaWAN opera en diferentes bandas de frecuencia según la región geográfica. Se asignarán canales específicos para evitar interferencias y optimizar la transmisión de datos.
Control de Tasa de Datos: La tasa de datos en LoRaWAN es adaptable, lo que significa que se puede ajustar según la distancia entre el sensor y el gateway y las condiciones de la red. Esto optimiza el consumo de energía y la capacidad de la red.
Seguridad en LoRaWAN: La seguridad es una prioridad. LoRaWAN utiliza encriptación AES de 128 bits para asegurar la comunicación. Las claves de encriptación serán gestionadas de manera segura para proteger los datos transmitidos.
Para la integración con plataformas de análisis de datos y servicios en la nube, se utilizará el protocolo MQTT (Message Queuing Telemetry Transport).
Eficiencia de MQTT: Este protocolo es ideal para entornos IoT debido a su bajo ancho de banda y eficiencia energética. Es particularmente útil para transmitir datos de sensores a plataformas de análisis en tiempo real.
Configuración MQTT: Los sensores se configurarán para publicar datos en tópicos específicos en un broker MQTT, que luego serán consumidos por aplicaciones de monitoreo o análisis.
La integración fluida entre LoRaWAN, MQTT y otros protocolos es vital para el funcionamiento efectivo del sistema de sensores.
Interoperabilidad: Se asegurará la compatibilidad entre diferentes protocolos y plataformas para permitir una integración sin problemas.
Servicios en la Nube: Los datos de los sensores se almacenarán y procesarán en la nube, proporcionando escalabilidad y acceso remoto a la información.
Para garantizar que el sistema de sensores sea escalable y mantenible, se adoptarán estrategias específicas en relación con la red LoRaWAN y otros protocolos de comunicación.
Escalabilidad de la Red: La arquitectura de LoRaWAN permite agregar fácilmente más sensores o gateways a medida que crece la necesidad o el área de cobertura. Esta flexibilidad es esencial para adaptarse a las cambiantes necesidades de monitoreo de deslizamientos de tierra.
Mantenimiento de la Red: Se implementarán herramientas y procesos para el monitoreo continuo y el mantenimiento de la red, incluyendo la actualización de firmware de los sensores y gateways, y la gestión de la configuración de la red.
Dada la naturaleza sensible de los datos recopilados, la seguridad y la privacidad son fundamentales en el diseño del sistema de comunicaciones.
Encriptación de Datos: Además de la encriptación AES de LoRaWAN, se implementarán capas adicionales de seguridad para proteger los datos durante la transmisión y el almacenamiento.
Gestión de Acceso: Se establecerán protocolos de autenticación y autorización para controlar el acceso a los datos y las configuraciones del sistema.
Se desarrollará una interfaz de usuario para facilitar el acceso y la visualización de los datos recopilados por los sensores.
Plataforma Web y Móvil: Los usuarios podrán acceder a los datos a través de una aplicación web o móvil, que presentará la información de manera intuitiva y permitirá configuraciones personalizadas.
Notificaciones y Alertas: La plataforma también incluirá un sistema de notificaciones y alertas basado en los análisis de datos, para informar a las autoridades y a las comunidades locales sobre los riesgos potenciales.
Finalmente, se proporcionará documentación detallada y soporte técnico para el sistema de comunicaciones.
Documentación Técnica: Incluirá guías de instalación, configuración, y solución de problemas para LoRaWAN y otros protocolos utilizados.
Soporte Técnico: Se establecerá un sistema de soporte para ayudar con cualquier pregunta o problema relacionado con la red y la conectividad.
Con esta documentación final de conectividad, se asegura que todos los aspectos técnicos y operativos del sistema de comunicaciones estén claramente definidos y sean accesibles, proporcionando una base sólida para la implementación exitosa y segura del sistema de sensores de deslizamiento de tierra.
Antes de comenzar la fabricación, es esencial organizar todos los componentes y materiales necesarios. Esto incluye:
Sensores de humedad del suelo capacitivos.
Acelerómetros MEMS.
Geófonos.
Microcontrolador (preferiblemente basado en ARM).
Módulo transceptor LoRa.
Componentes para el sistema de alimentación (paneles solares pequeños, baterías recargables).
Placa de circuito impreso (PCB).
Componentes electrónicos (resistencias, condensadores, diodos, etc.).
Carcasa resistente a la intemperie.
Diseño del PCB: Utiliza los archivos de diseño (como Gerber) proporcionados para fabricar la PCB. Esto puede hacerse internamente si tienes las capacidades, o externamente a través de un fabricante especializado.
Montaje de Componentes en el PCB: Sigue el esquema de montaje para soldar los componentes electrónicos en la PCB. Esto incluye el microcontrolador, módulo LoRa, y componentes de los circuitos de los sensores.
Sensor de Humedad del Suelo:
Monta el sensor de humedad en su ubicación designada en la PCB.
Conecta cualquier cableado necesario al microcontrolador.
Acelerómetro MEMS:
Fija el acelerómetro en la PCB. Asegúrate de que esté correctamente alineado y firmemente montado.
Conecta el acelerómetro al microcontrolador mediante las interfaces I2C o SPI.
Geófono:
Instala el geófono en la PCB. Ten en cuenta la orientación y la protección contra vibraciones externas.
Conecta el geófono al microcontrolador.
Instalación de Paneles Solares y Baterías:
Monta los paneles solares en la parte superior de la carcasa del sensor.
Instala las baterías recargables en el interior de la carcasa, asegurándote de que estén correctamente conectadas al sistema.
Circuito de Gestión de Energía:
Asegura que el circuito de gestión de energía esté correctamente instalado y conectado a los paneles solares y baterías.
Montaje del Módulo Transceptor LoRa:
Coloca el módulo LoRa en la posición asignada en la PCB.
Realiza las conexiones necesarias con el microcontrolador, asegurándote de que el módulo esté bien soldado y conectado.
Verificación de Conectividad:
Realiza pruebas preliminares para asegurarte de que el módulo LoRa está funcionando correctamente y puede comunicarse con la red LoRaWAN.
Carga del Firmware:
Conecta el microcontrolador a un ordenador mediante un cable USB o programador.
Utiliza el software de programación para cargar el firmware que gestiona los sensores, el procesamiento de datos y la comunicación.
Configuración Inicial:
Configura los parámetros iniciales, como la frecuencia de muestreo de los sensores y los ajustes de red LoRaWAN.
Verifica que el microcontrolador pueda leer los datos de los sensores y transmitir información.
Colocación de la PCB en la Carcasa:
Inserta la PCB ensamblada en la carcasa diseñada para resistir las condiciones exteriores.
Asegúrate de que todos los sensores estén orientados correctamente y que los paneles solares estén expuestos para captar la luz solar.
Sellado de la Carcasa:
Utiliza selladores adecuados para garantizar que la carcasa sea resistente al agua y al polvo.
Verifica que todos los puertos y conexiones estén protegidos y accesibles para mantenimiento.
Prueba de Funcionamiento:
Realiza una serie de pruebas para asegurarte de que todos los componentes del sensor funcionan como se espera. Esto incluye la prueba de los sensores individuales, el sistema de alimentación y la conectividad LoRaWAN.
Registra los resultados de las pruebas para futuras referencias y control de calidad.
Procedimientos de Calibración:
Calibra cada sensor (humedad, acelerómetro, geófono) según las especificaciones del fabricante y las necesidades del proyecto. Esto asegura la precisión de las mediciones.
Utiliza equipos de calibración estándar y sigue los procedimientos recomendados para cada tipo de sensor.
Registro de Calibración:
Documenta los resultados de la calibración para mantener un registro de la precisión y el rendimiento del sensor a lo largo del tiempo.
Manual de Usuario:
Prepara un manual de usuario que incluya instrucciones de instalación, operación y mantenimiento del sensor.
Incluye también la guía de solución de problemas y las especificaciones técnicas.
Etiquetado del Sensor:
Coloca etiquetas en el sensor que proporcionen información básica, como el número de serie, tipo de sensor y datos de contacto del fabricante o soporte técnico.
Preparación para el Envío:
Empaqueta el sensor de manera segura para protegerlo durante el transporte. Utiliza materiales de amortiguación y cajas resistentes.
Incluye toda la documentación relevante dentro del paquete.
Logística de Distribución:
Planifica la logística para distribuir los sensores a las ubicaciones de instalación. Considera factores como la accesibilidad del sitio y los requisitos de tiempo.
Servicio de Atención al Cliente:
Establece un servicio de atención al cliente para responder a preguntas, ofrecer soporte técnico y gestionar posibles devoluciones o reparaciones.
Programa de Mantenimiento:
Desarrolla un programa de mantenimiento para los sensores, incluyendo la frecuencia de las inspecciones y los procedimientos de servicio.
Con estas instrucciones paso a paso para la fabricación del sensor de deslizamiento de tierra, se proporciona una guía detallada y completa que abarca desde la preparación de componentes hasta el soporte post-venta. Este documento asegura que el proceso de fabricación sea reproducible, eficiente y que los sensores fabricados sean de alta calidad y confiables.
Sensores de Humedad del Suelo Capacitivos
Modelo: Capacitive Soil Moisture Sensor v1.2
Proveedor Recomendado: SparkFun Electronics
Características: Alta sensibilidad, bajo consumo de energía, resistente a la corrosión.
Acelerómetros MEMS
Modelo: MPU-6050 Six-Axis (Gyro + Accelerometer)
Proveedor Recomendado: Adafruit Industries
Características: 3 ejes, interfaz digital I2C, amplio rango de detección.
Geófonos
Modelo: SM-24 Geophone Element
Proveedor Recomendado: Geospace Technologies
Características: Alta sensibilidad a bajas frecuencias, robustez para uso en campo.
Microcontrolador
Modelo: Arduino MKR WAN 1300 (con módulo LoRa integrado)
Proveedor Recomendado: Arduino
Características: Bajo consumo de energía, capacidad de conexión a redes LoRaWAN, fácil programación.
Módulos Transceptores LoRa
Modelo: RFM95W LoRa Transceiver Module
Proveedor Recomendado: HopeRF
Características: Largo alcance, bajo consumo, alta sensibilidad.
Paneles Solares Pequeños
Modelo: Mini Solar Panel 6V 2W
Proveedor Recomendado: Voltaic Systems
Características: Eficiencia energética, tamaño compacto, durabilidad.
Baterías Recargables
Modelo: 18650 Li-Ion Battery
Proveedor Recomendado: Panasonic
Características: Larga vida útil, alta capacidad, recargables.
Circuito de Gestión de Energía
Componentes: Reguladores de voltaje, diodos, condensadores
Proveedor Recomendado: Texas Instruments
Características: Alta eficiencia, protecciones integradas, fiabilidad.
Placa de Circuito Impreso (PCB)
Servicio de Fabricación: PCBWay
Características: Personalización completa, soporte técnico, prototipado rápido.
Componentes Electrónicos para PCB
Resistencias, condensadores, diodos, etc.
Proveedor Recomendado: Digi-Key Electronics
Características: Amplia gama de componentes, alta calidad, entrega rápida.
Cables y Conectores
Proveedor Recomendado: Molex
Características: Durabilidad, resistencia a condiciones ambientales, confiabilidad en las conexiones.
Material de la Carcasa
Tipo: Polímero de alta resistencia a impactos
Proveedor Recomendado: Polycase
Características: Resistente a la intemperie, protección UV, durabilidad en diversas condiciones ambientales.
Selladores y Aislantes
Tipo: Sellador de silicona para exteriores
Proveedor Recomendado: Dow Corning
Características: Excelente adhesión, resistente al agua y a temperaturas extremas.
Estación de Soldadura
Modelo: Hakko FX-888D
Proveedor Recomendado: Hakko
Características: Control de temperatura preciso, durabilidad, adecuado para producción a pequeña escala.
Equipos de Prueba y Medición
Multímetros, osciloscopios, generadores de señal
Proveedor Recomendado: Tektronix
Características: Precisión en mediciones, confiabilidad, soporte técnico integral.
Equipos de Calibración
Proveedor Recomendado: Fluke Calibration
Características: Amplia gama de soluciones de calibración, precisión, fiabilidad en los resultados.
Entorno de Desarrollo
Para programación de microcontroladores: Arduino IDE
Para diseño de PCB: Autodesk Eagle
Licencias de Software
Asegúrate de tener las licencias adecuadas para el software utilizado en el diseño y programación.
Empaquetado de Componentes
Proveedor Recomendado: Uline
Características: Amplia gama de materiales de empaque, soluciones personalizadas.
Servicios de Envío
Empresas Recomendadas: DHL, FedEx
Características: Confiabilidad en la entrega, seguimiento detallado, cobertura internacional.
Cursos y Formación
Proveedores Recomendados: Coursera, Udemy (para cursos de electrónica, programación y diseño de PCB).
Características: Contenido actualizado, acceso a expertos en la industria, flexibilidad de aprendizaje.
Asesoramiento Técnico
Servicios de consultoría especializada en diseño de sensores y sistemas electrónicos.
Proveedores Recomendados: Engineering consultancies specializing in IoT and sensor technology.
Flexibilidad en la Selección de Componentes:
Ten en cuenta posibles sustitutos para ciertos componentes en caso de disponibilidad limitada o restricciones presupuestarias.
Mantén una lista de proveedores alternativos para cada componente clave para asegurar la continuidad de la producción.
Evaluación Continua del Mercado:
Mantente al tanto de los nuevos desarrollos y proveedores en el mercado de sensores y componentes electrónicos.
Realiza evaluaciones periódicas de los proveedores para asegurar la mejor relación calidad-precio y fiabilidad.
Selección de Proveedores Conscientes:
Prioriza proveedores que demuestren prácticas éticas y sostenibles, incluyendo la gestión responsable de recursos y el compromiso con la reducción del impacto ambiental.
Reciclaje y Gestión de Residuos:
Establece prácticas para el reciclaje efectivo de componentes electrónicos y el manejo adecuado de residuos durante la fabricación y el fin de la vida útil del producto.
Con esta lista detallada de materiales y proveedores recomendados, se proporciona una guía integral para adquirir componentes de alta calidad y confiables, asegurando así la eficacia y durabilidad del sensor de deslizamiento de tierra. Además, se incluyen consideraciones para la flexibilidad en la selección de componentes, sostenibilidad y ética en la cadena de suministro, lo que refuerza el compromiso con prácticas responsables y sostenibles en la fabricación y distribución de estos sensores.
Este documento presenta los planos y modelos 3D detallados para los componentes personalizados del sistema de sensores de deslizamiento de tierra. Estos diseños incluyen la carcasa del sensor, el soporte para los paneles solares, y el sistema de montaje modular. Cada diseño está optimizado para durabilidad, eficiencia y facilidad de ensamblaje.
Dimensiones y Forma:
Forma: Rectangular con bordes redondeados para minimizar el daño por impacto.
Dimensiones: 15cm x 10cm x 5cm.
Material Recomendado:
Policarbonato resistente a impactos y condiciones ambientales adversas.
Características de Diseño:
Compartimentos internos para separar los componentes electrónicos y la batería.
Aberturas para sensores y conectores con sellos de goma para impermeabilización.
Tapa deslizable para facilitar el acceso a los componentes internos.
Dimensiones y Configuración:
Dimensiones ajustables para paneles de diferentes tamaños.
Diseño articulado para ajustar el ángulo del panel solar.
Material Recomendado:
Aluminio ligero y resistente a la corrosión.
Características de Diseño:
Mecanismo de bloqueo para mantener el panel en el ángulo deseado.
Fácil integración en la parte superior de la carcasa del sensor.
Estructura y Compatibilidad:
Diseño universal para permitir la instalación en diferentes tipos de terreno o estructuras.
Material Recomendado:
Acero inoxidable para resistencia a la corrosión y durabilidad.
Características de Diseño:
Puntos de anclaje ajustables para una instalación segura y estable.
Compatibilidad con diferentes tipos de anclajes, como estacas o pernos.
Paredes de la Carcasa:
Espesor: 3mm para equilibrar durabilidad y peso.
Interior: Compartimentos separados con paredes de 1mm de grosor.
Sistema de Cierre:
Mecanismo de cierre hermético con juntas de silicona para impermeabilización.
Cierres de presión para fácil acceso y seguridad.
Diseño de Ventilación:
Rejillas de ventilación con membrana Gore-Tex para proteger contra agua y polvo manteniendo la ventilación.
Mecanismo de Ajuste:
Rango de ajuste: 0 a 60 grados para maximizar la exposición solar.
Sistema de bloqueo: Tornillos de mariposa para ajustes manuales sin herramientas.
Conexiones y Montaje:
Anclajes para montaje en la carcasa del sensor.
Pasacables para la conexión segura y protegida con los paneles.
Base de Montaje:
Placa base con múltiples agujeros y ranuras para diferentes métodos de fijación.
Dimensiones de la base: 20cm x 15cm.
Sistema de Anclaje:
Diseño adaptable para suelo, roca o estructuras de concreto.
Incluye opciones de anclaje desmontable para reubicación del sensor.
Compartimento Electrónico:
Dimensiones: 10cm x 8cm x 4cm.
Dispuesto para alojar el microcontrolador, módulo LoRa y circuitos de los sensores.
Montaje de PCB: Puntos de fijación para tornillos de montaje en la base de la carcasa.
Compartimento de Batería:
Dimensiones: 10cm x 2cm x 4cm.
Diseñado para alojar una batería de 18650 con aislamiento térmico.
Fácil acceso para mantenimiento y reemplazo.
Puertos de Acceso:
Puertos sellados para cables de sensores externos y alimentación.
Cubiertas de goma flexibles para mantener la impermeabilidad.
Soportes Internos:
Estructuras de refuerzo internas para mayor resistencia a impactos.
Diseño para minimizar la resonancia y vibraciones internas.
Conexiones Articuladas:
Detalles de las bisagras y mecanismos de bloqueo.
Refuerzos en puntos de alta tensión para mayor durabilidad.
Integración con la Carcasa:
Diseño de interconexión sin herramientas con la carcasa del sensor.
Mecanismo de liberación rápida para mantenimiento o reemplazo.
Adaptadores de Montaje:
Diseños específicos para diferentes tipos de superficies: planas, irregulares, verticales.
Sistemas de ajuste para nivelación y estabilidad en terrenos desiguales.
Soluciones de Montaje para Terrenos Difíciles:
Diseño de picas y anclajes para suelos blandos o arenosos.
Placas de expansión para montaje en superficies de roca o concreto.
Instrucciones de Ensamblaje:
Guía detallada paso a paso para el montaje de cada componente.
Herramientas necesarias: destornilladores, llaves, taladro (para instalación de anclajes).
Mantenimiento y Reemplazo de Componentes:
Diseño modular para facilitar el mantenimiento y reemplazo de piezas.
Accesibilidad a todos los componentes sin necesidad de desmontar la unidad completa.
Pruebas de Resistencia:
Análisis de carga y estrés en puntos críticos del diseño.
Pruebas de impermeabilidad y resistencia a la intemperie.
Optimización de la Eficiencia:
Evaluación de la eficiencia energética del soporte de paneles solares.
Ajustes en el diseño para maximizar la captación de energía solar.
Diseño Visual:
Aspecto moderno y discreto para minimizar el impacto visual en entornos naturales.
Opciones de colores y acabados que se armonicen con el entorno.
Impacto Ambiental:
Selección de materiales reciclables o de bajo impacto ambiental.
Diseño para minimizar la huella ecológica durante la fabricación y el despliegue.
Antes de comenzar la fabricación, es esencial organizar todos los componentes y materiales necesarios. Esto incluye:
Sensores de humedad del suelo capacitivos.
Acelerómetros MEMS.
Geófonos.
Microcontrolador (preferiblemente basado en ARM).
Módulo transceptor LoRa.
Componentes para el sistema de alimentación (paneles solares pequeños, baterías recargables).
Placa de circuito impreso (PCB).
Componentes electrónicos (resistencias, condensadores, diodos, etc.).
Carcasa resistente a la intemperie.
Diseño del PCB: Utiliza los archivos de diseño (como Gerber) proporcionados para fabricar la PCB. Esto puede hacerse internamente si tienes las capacidades, o externamente a través de un fabricante especializado.
Montaje de Componentes en el PCB: Sigue el esquema de montaje para soldar los componentes electrónicos en la PCB. Esto incluye el microcontrolador, módulo LoRa, y componentes de los circuitos de los sensores.
Sensor de Humedad del Suelo:
Monta el sensor de humedad en su ubicación designada en la PCB.
Conecta cualquier cableado necesario al microcontrolador.
Acelerómetro MEMS:
Fija el acelerómetro en la PCB. Asegúrate de que esté correctamente alineado y firmemente montado.
Conecta el acelerómetro al microcontrolador mediante las interfaces I2C o SPI.
Geófono:
Instala el geófono en la PCB. Ten en cuenta la orientación y la protección contra vibraciones externas.
Conecta el geófono al microcontrolador.
Instalación de Paneles Solares y Baterías:
Monta los paneles solares en la parte superior de la carcasa del sensor.
Instala las baterías recargables en el interior de la carcasa, asegurándote de que estén correctamente conectadas al sistema.
Circuito de Gestión de Energía:
Asegura que el circuito de gestión de energía esté correctamente instalado y conectado a los paneles solares y baterías.
Montaje del Módulo Transceptor LoRa:
Coloca el módulo LoRa en la posición asignada en la PCB.
Realiza las conexiones necesarias con el microcontrolador, asegurándote de que el módulo esté bien soldado y conectado.
Verificación de Conectividad:
Realiza pruebas preliminares para asegurarte de que el módulo LoRa está funcionando correctamente y puede comunicarse con la red LoRaWAN.
Carga del Firmware:
Conecta el microcontrolador a un ordenador mediante un cable USB o programador.
Utiliza el software de programación para cargar el firmware que gestiona los sensores, el procesamiento de datos y la comunicación.
Configuración Inicial:
Configura los parámetros iniciales, como la frecuencia de muestreo de los sensores y los ajustes de red LoRaWAN.
Verifica que el microcontrolador pueda leer los datos de los sensores y transmitir información.
Colocación de la PCB en la Carcasa:
Inserta la PCB ensamblada en la carcasa diseñada para resistir las condiciones exteriores.
Asegúrate de que todos los sensores estén orientados correctamente y que los paneles solares estén expuestos para captar la luz solar.
Sellado de la Carcasa:
Utiliza selladores adecuados para garantizar que la carcasa sea resistente al agua y al polvo.
Verifica que todos los puertos y conexiones estén protegidos y accesibles para mantenimiento.
Prueba de Funcionamiento:
Realiza una serie de pruebas para asegurarte de que todos los componentes del sensor funcionan como se espera. Esto incluye la prueba de los sensores individuales, el sistema de alimentación y la conectividad LoRaWAN.
Registra los resultados de las pruebas para futuras referencias y control de calidad.
Procedimientos de Calibración:
Calibra cada sensor (humedad, acelerómetro, geófono) según las especificaciones del fabricante y las necesidades del proyecto. Esto asegura la precisión de las mediciones.
Utiliza equipos de calibración estándar y sigue los procedimientos recomendados para cada tipo de sensor.
Registro de Calibración:
Documenta los resultados de la calibración para mantener un registro de la precisión y el rendimiento del sensor a lo largo del tiempo.
Manual de Usuario:
Prepara un manual de usuario que incluya instrucciones de instalación, operación y mantenimiento del sensor.
Incluye también la guía de solución de problemas y las especificaciones técnicas.
Etiquetado del Sensor:
Coloca etiquetas en el sensor que proporcionen información básica, como el número de serie, tipo de sensor y datos de contacto del fabricante o soporte técnico.
Preparación para el Envío:
Empaqueta el sensor de manera segura para protegerlo durante el transporte. Utiliza materiales de amortiguación y cajas resistentes.
Incluye toda la documentación relevante dentro del paquete.
Logística de Distribución:
Planifica la logística para distribuir los sensores a las ubicaciones de instalación. Considera factores como la accesibilidad del sitio y los requisitos de tiempo.
Servicio de Atención al Cliente:
Establece un servicio de atención al cliente para responder a preguntas, ofrecer soporte técnico y gestionar posibles devoluciones o reparaciones.
Programa de Mantenimiento:
Desarrolla un programa de mantenimiento para los sensores, incluyendo la frecuencia de las inspecciones y los procedimientos de servicio.
Con estas instrucciones paso a paso para la fabricación del sensor de deslizamiento de tierra, se proporciona una guía detallada y completa que abarca desde la preparación de componentes hasta el soporte post-venta. Este documento asegura que el proceso de fabricación sea reproducible, eficiente y que los sensores fabricados sean de alta calidad y confiables.
