Este proyecto nace de la idea de concienciar a la sociedad sobre la
importancia de la defendernos ante las radiaciones solares, para evitar lesiones
dermatológicas así como quemaduras, enrojecimientos, incluso cáncer de piel.
Para ello se ha creado un dispositivo, el cual, mide las radiaciones solares en
un punto fijo, como podría ser la playa, evalúa los datos recibidos. Estos datos
son escalados y los manda a una página web. Cualquier persona podría
registrarse en esta página web y desde ahí ver la cantidad de radiaciones
solares que hay en el momento, incluso algún grafico de las radiaciones de
últimas horas, días, semanas...
El robot consta de dos partes: por un lado la parte que han realizado nuestros
compañeros de Zubiri Manteo, la parte informática. Y por otro lado la parte que
hemos realizado los alumnos de Don Bosco, la parte electrónica.
La parte electrónica, consta de un sensor de radiación solar ML8511 el cual va
conectado a un chip ATMega328p. Este microcontrolador se comunica con la
página web vía Wi-Fi. Para ello, tenemos el modulo Wi-Fi ESP8266, el cual se
conectaría a un router. Con la programación realizada en el ATMega238p, el
modulo Wi-Fi enviaría los datos a la página web mediante unos comandos AT.
En cuanto a la parte informática está programada para poner en pantalla el
dato recibido. Esta página web es pública, cualquiera podría registrarse. Una
vez dentro, el usuario contesta a una serie de preguntas para determinar qué
tipo de fototito es el cliente. Hay cuatro tipos de fototipos, que determinan
quienes pueden ser más propensos a lesiones dermatológicas. Cuando un
usuario introduce email y contraseña para mirar las radiaciones solares del
momento, le saldrá un consejo en cuanto a protección solar e hidratación en
base al fototipo del usuario.
De esta manera haríamos llegar a la sociedad un pensamiento más preventivo
en cuanto a las radiaciones solares, haciéndoles llegar un mensaje de
concienciación con el cáncer de piel con la tecnología avanzada del momento.
________________________________2. PLANIFICACIÓN DEL PROYECTO
El desarrollo del proyecto se ha realizado mediante diferentes fases. Cada una
de ellas se ha planificado previamente, dividiéndola en tareas y subtareas. A
continuación se expone esquemáticamente cada una de las fases para
desarrollarlas posteriormente en el siguiente apartado.
_________________________3. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA
Para la construcción de este prototipo se han estudiado y analizado las
siguientes tecnologías:
ATMega328p
Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos
basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Se creó para artistas,
diseñadores, aficionados y cualquier interesado en crear entornos y objetivos
interactivos.
Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada
de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que lo rodea
controlando luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa
Aduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino y el
entorno de desarrollo Arduino.
El ATMega328p AVR 8-bit es un circuito integrado de alto rendimiento que
está basado en un microcontrolador RISC. Cuenta con 28 pines. De estos, 14
son digitales (de los cuales 6 pueden ser utilizados como salidas PWM), 6
entradas analógicas, un conector de alimentación, un cristal como oscilador de
16MHz y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para apoyar el
microcontrolador, simplemente conectarlo a un ordenador con un cable USB, o
alimentarla con un adaptador de corriente AC/DC para empezar.
Sensor de radiación solar ML8511
El módulo ML8511 es un sensor de luz ultravioleta (UV), que mide la cantidad
de radiaciones solares y entrega una señal analógica que depende de la
cantidad de luz UV que detecte en su entorno o alrededor.
Es usado en proyectos de monitoreo de condiciones ambientales como el
índice de radiaciones ultravioleta. El sensor ML8511 detecta luz con una
longitud de onda entre 280-390nm. Este rango es suficiente para cubrir tanto al
espectro Ultravioleta-B (UV-B) como al Ultravioleta-A (UV-A).
La salida analógica está relacionado linealmente con la intensidad UV
(mW/cm2
para ser convertido por un ADC y así trabajar con la medición (ver ilustración
El módulo ESP8266
El módulo ESP8266 nos permite añadir conexión Wifi a nuestro Arduino. Ello
nos posibilita el control inalámbrico en un entorno de bastantes metros y sin
cables, bien a través de nuestra red local o (si configuramos el Router y
tenemos IP fija) vía Internet desde cualquier parte con un ordenador o un móvil.
El módulo mide 1,5x2,5 cm y solo necesita dos hilos para funcionar, ya que se
comunica vía serie con el Arduino. No hay una autentica comunicación Wi-Fi,
solo es serie, pero es más que suficiente para recibir datos o enviar comandos
a cualquiera de los pines del Arduino.
Al contrario que con el módulo HLK-RM04 que dispone de una página Web
para configuración, el ESP8266 se configura por medio de comandos AT.
Funciona a 3,3V y a veces consume bastante. Con una fuente de alimentación
y limitando la salida a 100mA, no es capaz de arrancar. Aunque después baja
el consumo. Los que no tengan fuente con 3,3V, pueden usar las salidas de
ese voltaje de una fuente de PC o incluso dos pilas de 1,5V en serie.
Los módulos más recientes, vienen con un firmware habilitado para
comunicación a 9600. Tenía también más antiguos con firmware a 115200. Se
cambia el firm y listo. Toda esta información y los comandos AT están
en http://www.electrodragon.com/w/Wi07c.
Attiny85
El tiiny85 es la plataforma del Arduino llevada a un terreno mucho más
pequeño. Este chip posee un tamaño muy reducido, lo que posibilita hacer
muchos proyectos que de otra manera serían imposibles. Además, posee la
cualidad de no necesitar ningún componente externo para funcionar salvo la
fuente de alimentación.
El Attiny posee tres entadas analógicas y dos digitales que hacen un total de 8
patillas, sumando las de alimentación y RESET. Posee un cristal interno que le
posibilita tener distintas frecuencias y no depender de uno externo.
Impresora 3D
Una impresora 3D es una máquina capaz de realizar “impresiones” de diseños
en 3D, creando piezas o maquetas volumétricas a partir de un diseño hecho
por ordenador. Surgen con idea de convertir archivos de 2D en prototipos
reales o 3D. Comúnmente se ha utilizado en la prefabricación de piezas o
componentes, en sectores como la arquitectura y el diseño industrial. En la
actualidad se está extendiendo su uso en la fabricación de prótesis médicas, ya
que la impresión 3D permite adaptar cada pieza fabricada a las características
exactas de cada paciente.
ATMega328p
Se ha decidido utilizar la placa Arduino Mega como centralita del proyecto,
debido a su coste reducido y a los conocimientos adquiridos durante el curso
para programar este tipo de dispositivos basados en el lenguaje de
programación de alto nivel Processing. Abarca varios lenguajes diferentes de
programación, entre ellos C++. Arduino es un hardware de software libre, lo
que implica tener una comunidad detrás, la cual permite un aprendizaje
autodidacta ante cualquier tipo de obstáculo o contra que se pueda encontrar.
Sensor de radiación solar ML8511
En este proyecto se ha utilizado el medidor de radiación solar ML8511.Se ha
decidido utilizar este sensor debido a su coste, a su reducido tamaño, lo que
nos permite realizar el Wareable, y las conexiones simples que tiene.
Modulo Wi-Fi ESP8266
Para realizar la comunicación del Arduino con la pagina web, se ha utilizado el
modulo Wi-Fi ESP8266, ya que hoy en día la gran mayoría de la sociedad
contiene un móvil con datos de navegación para introducirse en la página web.
Attiny85
En este proyecto hemos realizado un apartado privado, más preciso. Por eso
mismo, hemos utilizado el Attiny85, que hace la misma función que
ATMega328, con la única diferencia que el Attiny85 consta de un tamaño más
reducido, y permite tener ropa sensorizada.
Impresoras 3D
La estructura de este proyecto se ha realizado con piezas imprimidas en 3D,
ya que de este modo, conseguimos abaratar el precio considerablemente. Por
otra parte, las piezas necesarias para complementar el dispositivo, han sido
diseñadas en FreeCad.
__________________________4. DESCRIPCIÓN TÉCNICA DEL PROYECTO
La idea de este proyecto es dividirla en dos partes: la parte informática y la
electrónica. Pero dentro de nuestra parte electrónica, hemos decido dividirla en
dos partes: (ver ilustración 2)
1- La primera parte consta del sensor de radiación solar. Este sensor hay que
2- La segunda parte del microcontrolador ATMega328p, que se encarga de
________________________________________________5. PRESUPUESTO
En la tabla que verán a contuniacion, tenemos inscritos los precios de todos
los componentes que completan el dispositivo, para poder hacernos una idea
del precio de SunIT antes de introducirlo en el mercado.
ATMega328p 3,62€
Sensor ML8511 12,95€
Componentes fuente de
alimentación
Modulo Wi-Fi 4€
Cristal 16 MHz (+ 2
condensadores 22pF)
PRECIO PRODUCTOS 26,52€
Mano de obra 13,48€
TOTAL: 40€
La pulsera o la gorra seguiría lo siguiente:
Attiny85 1,95€
Sensor ML8511 12,95€
Módulo bluetooth 5,87€
PRECIO PRODUCTOS: 20,77€
Mano de obra: 40€
_________________________________6. DESARROLLO DEL PROTOTIPO
En esta fase se carga el programa anteriormente explicado en el Arduino
virtual que nos ofrece el software de Proteus llamado ISIS y asi se ha podido
comprobar el correcto funcionamiento del circuito.
Este software es gran utilidad para la realización de este proyecto, ya que
haciendo la simulación se da un gran paso ante la fabricación posterior,
depurando los posibles fallos que puedan surgir.
La visualización se hace de forma automática, sin la necesidad de pulsar
ningún botón o interruptor. En la simulación se puede apreciar como nuestra
fuente de alimentación transmite la tensión necesaria y el correcto cableado
para un buen funcionamiento del dispositivo.
Cablear y probar el circuito
En esta fase se ha de probar uno por uno todos los elementos del circuito
físicamente. De este modo se puede saber si los componentes que se van a
montar funcionan correctamente y si el diseño realizado en la fase anterior es
correcto.
Acopio de material
Una vez hecha la simulación y comprobar su buen funcionamiento, se tiene
que hacer la recopilación de componentes a utilizar.
Para este proyecto se han recopilado los siguientes materiales:
Prueba en protoboard
Aunque en la simulación en ISIS no haya salido como nosotros esperábamos,
no debemos fiarnos y debemos comprobarlo en una protoboard antes de crear
la placa.
Este punto es de una gran importancia ya que se dan un par de puntos muy
importantes para el proyecto:
Diseño y fabricación de la PCB
En esta fase se hade diseñar y fabricar la placa siguiendo los puntos
explicados a continuación:
Por desgracia, por normal general, el diseño realizado anteriormente en ISIS
de la simulación del proyecto no suele ser valido a la hora de diseñar el circuito
en Ares, por lo que se ha de modificar dicho diseño añadiendo las huellas y
componentes que no estén disponibles en el diseño inicial.
Al utilizar el sensor de radiación ML8511 o el modulo Wi-Fi ESP8266,
componentes los cuales no están en el repertorio de ISIS, hemos utilizado
conectores (uno de 8 para ESP8266 y de 4 para ML8511).
Este es otro paso clave para la fabricación del proyecto, ya que hay varios
factores a tener en cuenta, como el ancho de pistas, colocación de los
componentes, anchura de vías...
Se ha diseñado una sola placa. Se ha decidido realizar un diseño parejo al del
ISIS en cuanto a colocación de componentes, para que en caso de error, se
nos agilice el proceso de arreglo.
Por suerte, Don Bosco dispone de una máquina capaz de crear circuitos
impresos mediante fresado en muy poco tiempo. La maquina en cuestión es
una Board-Master LPKF PromatS62.
Antes de comenzar la fabricación de nuestra PCB, tenemos que crear el
archivo adecuado para que la maquina sea capaz de identificarlo. Para ello
hemos utilizado el programa CircuitCAM, en el que se realizan los últimos
retoques como el vaciado de los componentes para facilitar el soldeo (ver
ilustración 3).
Una vez hemos creado el archivo, conectamos el ordenador con los esquemas
a la LPKF. Una vez cargados estos archivos se le tiene que ordenar a la
maquina que comience a hacer los agujeros de los componentes en la placa,
para a continuación, comenzar el proceso de metalización.
Construcción del prototipo
Para una mejor estética del proyecto hemos decidido realizar una carcasa, para
el wareable (ver ilustración 4). Esta pieza ha sido diseñada en FreeCad,
teniendo en cuenta las medidas que nos había salido la placa, lo que nos
ocupa el LED en vertical, y una pequeña salida para sacar el sensor y poder
colocarlo a gusto del cliente.
Soldadura de componentes en PCB
En esta fase, se ha soldado a nuestra pcb los conectores necesarios para
poder conectar y desconectar el sensor y el microcontrolador con total
comodidad. Por otro lado, el conector de alimentación, sus reguladores para
adaptar la tensión a los componentes utilizados, y el modulo Wi-Fi (ver
ilustración 5).
Al posicionar los componentes, se debe empezar colocando los más bajos
primer, y a continuación ir poniéndolos conjuntamente con otros de un tamaño
igual o similar. Esto se hace para que al apoyar la placa y comenzar a soldar,
los componentes queden apoyados en la superficie y no caigan por su propio
peso.
Para realizar las soldaduras, se ha utilizado una estación de soldadura, la cual
dispone de estañadores de pinta fina para poder realizar un trabajo más
detallado y preciso.
Puesta en marcha
Una vez realizadas las soldaduras, el siguiente paso ha sido comprobar si
nuestra PCB cumplía perfectamente su función.
Se ha comprobado que la señal llega a la página web, dado que
constantemente estaba cambiando el dato recibido por el sensor que estaba en
pantalla.
Construcción del prototipo
Para la construcción de este proyecto se han reunido las placas y las carcasas
impresas en 3D. Simplemente se han insertado las placas en sus
correspondientes carcasas para una mejor imagen de cara al público.
_____________________________7. CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
Conclusiones
Al terminar el prototipo se ha pensado una serie de mejoras tales como:
Al mismo proyecto se le pueden añadir diferentes elementos de diseño y varias
aplicaciones, ajustándose estas a las necesidades del cliente.
El objetivo principal de este proyecto ha sido fomentar la prevención de
radiaciones solares, para disminuir el impacto del cáncer de piel en la sociedad.
En el mercado, vemos a SunIT en diferentes lugares:
_____________________8. FUENTES DE INFORMACIÓN Y BIBLIOGRAFÍA
Este ha sido un proyecto compuesto de unas tecnologías nuevas e
innovadoras, por lo tanto, se ha tenido que recurrir a los siguientes enlaces
para obtener algunos ejemplos e información para su correcto desarrollo:
Sensor de radiación solar ML8511:
http://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Rohm%20PDFs/ML8511-
00FC_RefBrd_Manual-01.pdf
https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/LightImaging/ML8511_3-8-13.pdf
Modulo Wi-Fi ESP8266:
http://www.prometec.net/servidor-web-esp8266/
https://www.youtube.com/watch?v=QcDzdH2MYxY
http://www.prometec.net/esp8266/
http://www.prometec.net/arduino-wifi/
http://www.prometec.net/comunicaciones/
Attiny85
http://www.rinconingenieril.es/ingenieros/attiny85-hola-mundo/?post=true
______________________________________________________9. ANEXOS
Dado que los anexos de nuestros componentes son bastante extensos, os
dejamos aquí los link, por si necesitáis usar algún componente de estos, para
que tengais una referencia inicial.
http://www.atmel.com/images/atmel-8271-8-bit-avr-microcontroller-atmega48a-
48pa-88a-88pa-168a-168pa-328-328p_datasheet_complete.pdf
https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/LightImaging/ML8511_3-8-13.pdf
https://www.adafruit.com/images/product-files/2471/0A-
ESP8266__Datasheet__EN_v4.3.pdf
http://www.atmel.com/images/atmel-2586-avr-8-bit-microcontroller-attiny25-
attiny45-attiny85_datasheet.pdf
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