Desarrollo de sensores inalámbricos inteligentes de bajo coste y alta eficiencia energética

Resumen

En la última década, el uso generalizado de sistemas de control y supervisión de procesos ha deparado el desarrollo tecnológico de los sistemas de adquisición de datos. La especial necesidad de encontrar soluciones flexibles, que permitan la instalación sencilla de sensores, evitando complejas redes de cables, ha propiciado que el proceso de adquisición se realice de forma inalámbrica mediante dispositivos alimentados localmente por baterías. El auge de las tecnologías inalámbricas ha sido significativo gracias al ahorro de costes, tanto en lo que a la propia instalación se refiere, como en la posterior revisión y mantenimiento. Esta tesis tiene por objeto el diseño, desarrollo y construcción de dispositivos sensores con características de bajo coste, reducido consumo de potencia y pequeñas dimensiones, garantizando siempre los requisitos exigidos en cada aplicación. Este trabajo atiende de forma práctica, mediante implementaciones reales, el desarrollo de sistemas de sensores completos, es decir, que considera de forma global la integración de sensores, acondicionamiento de señal, procesamiento y monitorización de datos, para la medida de variables de interés. El desarrollo de este planteamiento se ha particularizado en tres ámbitos distintos: médico, doméstico e industrial. En el ámbito médico se desarrolla un nuevo método para detectar la frecuencia respiratoria (la cual está relacionada con diversas enfermedades) empleando tecnologías de detección no invasivas, de bajo coste y altamente sensibles. El diseño e implementación del mismo se ha realizado de acuerdo con los principios de detección capacitiva de los osciladores LR, solventando algunos inconvenientes mostrados por las alternativas tecnológicas disponibles actualmente. En los campos doméstico e industrial se implementan dispositivos de detección de humos y de diferentes tipos de gases, respectivamente. Todos ellos tienen en común la optimización del consumo de potencia mediante estrategias hardware y sofware que garanticen un alto grado de autonomía de los nodos sensores, dada su naturaleza inalámbrica. Los dispositivos incluyen algoritmos de control capaces de evitar falsas alarmas en la detección. Además, están diseñados con reducidas dimensiones, con un enfoque versátil, de forma que puedan ser fácilmente escalables y adaptados en diferentes entornos.