Proyecto Domo Submarino para la transmision de datos a la superficie

Explica detalladamente el proceso para hacer comunicación por RF desde el fondo del mar hasta la superficie

1. Proyecto Domo Submarino: Arquitectura de Comunicaciones para Monitoreo Subacuático Innovación en sistemas para vigilancia en ambientes bajo el agua

2. Propuesta: Radiotransmisión de datos

3. Agenda de la Presentación Datos y Sensores en el Entorno Submarino Comunicación Inalámbrica de Corto Alcance: Enlace Micro A ↔ Micro B Implementación de la Boya y el Sistema de Elevación Enlace de Largo Alcance: Comunicación LoRa entre Micro B y Micro C Alimentación y Autonomía de la Plataforma Desafíos del Entorno Submarino y Consideraciones de Protección Fiabilidad del Sistema de Comunicación Interfaz Terrestre: Visualización y Gestión de Datos Mantenimiento, Monitoreo y Confiabilidad Operativa Seguridad y Escalabilidad del Sistema

4. Datos y Sensores en el Entorno Submarino

5. Tipos de sensores empleados: humedad, temperatura y presión Sensores de Humedad Detectan las condiciones ambientales midiendo la humedad relativa, crucial para monitorear el entorno submarino. Sensores de Temperatura Termómetros especializados miden la temperatura para evaluar cambios térmicos en el agua. Sensores de Presión Transductores capturan la presión del agua, fundamentales para el monitoreo preciso del entorno submarino.

6. Volumen y frecuencia de generación de datos Generación constante de datos Los sensores producen datos continuamente, capturando información en tiempo real para diversos usos tecnológicos. Volumen y frecuencia variables La cantidad y velocidad de datos dependen de la configuración y las condiciones del sensor. Balance entre precisión y energía Es crucial equilibrar la precisión de datos con el consumo energético para optimizar la eficiencia operativa.

7. Estrategias de envío: ráfagas periódicas y transición a transmisión en tiempo real Envío en ráfagas periódicas Los datos se transmiten en ráfagas periódicas para optimizar el uso de energía y prolongar la vida útil del sistema. Transmisión en tiempo real Ante eventos críticos, se activa la transmisión en tiempo real para permitir una respuesta rápida y eficaz. Supervisión del entorno submarino La combinación de ambas estrategias mejora la eficiencia energética y la capacidad de monitoreo del entorno marino.

8. Comunicación Inalámbrica de Corto Alcance: Enlace Micro A ↔ Micro B

9. Uso de ESP-NOW para comunicación entre módulos cercanos Comunicación inalámbrica eficiente ESP-NOW permite la transmisión de datos sin cables con bajo consumo energético, ideal para sistemas embebidos. Aplicación en sistemas submarinos La tecnología facilita la comunicación a corto alcance entre módulos dentro de un sistema submarino, mejorando la funcionalidad.

10. Ventajas de evitar conectores sumergibles Reducción de Fallos por Corrosión Evitar conectores sumergibles disminuye la corrosión causada por la exposición al agua, aumentando la confiabilidad del sistema. Mejora de la Durabilidad La eliminación de conectores sumergibles incrementa la vida útil de los módulos electrónicos al evitar infiltraciones de agua. Facilidad de Mantenimiento Evitar estos conectores simplifica el mantenimiento, permitiendo acceso más rápido y seguro a los componentes electrónicos.

11. Facilitación de separación física entre módulos Comunicación inalámbrica submarina La comunicación inalámbrica elimina la necesidad de cables, facilitando la conexión entre módulos separados bajo el agua. Modularidad incrementada La separación física mejora la modularidad, permitiendo flexibilidad en la instalación y mantenimiento del sistema. Simplificación de instalación Reducir cables facilita la instalación y disposición de componentes en entornos submarinos complejos.

12. Implementación de la Boya y el Sistema de Elevación

13. Ubicación y función de Micro B en la boya de superficie Posición de Micro B Micro B está instalado en la boya de superficie para facilitar la comunicación entre el mar y los módulos submarinos. Función de comunicación Actúa como puente de comunicación y control, garantizando la transmisión segura y confiable de datos entre módulos. Integridad de datos Micro B asegura la integridad de la transmisión de datos para un control efectivo de los sistemas submarinos.

14. Mecánica de elevación mediante cables, poleas y actuadores Sistema de elevación con cables Los cables soportan el peso del domo submarino y permiten su movimiento vertical controlado mediante poleas. Poleas para redirección de fuerza Las poleas cambian la dirección de la fuerza, facilitando el levantamiento eficiente y seguro del domo submarino. Actuadores para control automatizado Los actuadores accionan el sistema para subir o bajar el domo sin intervención manual, aumentando la precisión y seguridad.

15. Automatización del control de retracción y liberación Control automatizado El sistema utiliza comandos automáticos para controlar la retracción y liberación del domo en entornos submarinos. Seguridad mejorada La automatización incrementa la seguridad durante las operaciones submarinas al reducir errores humanos. Eficiencia operativa La implementación del control automatizado optimiza la eficiencia en la manipulación del domo submarino.

16. Enlace de Largo Alcance: Comunicación LoRa entre Micro B y Micro C

17. Alcance mínimo requerido y condiciones de operación Cobertura de Distancia Mínima El enlace LoRa debe garantizar una cobertura mínima de distancia para asegurar la comunicación efectiva entre la boya y la estación base. Condiciones Ambientales Variables La comunicación debe mantenerse estable a pesar de las diversas condiciones ambientales que pueden afectar la señal. Integridad y Continuidad de Datos Se debe garantizar la integridad de la señal y la transmisión continua de datos para un monitoreo confiable.

18. Selección de banda y módulo LoRa adecuado Selección de banda de frecuencia Elegir la banda de frecuencia adecuada es crucial para lograr un alcance óptimo y buena penetración en entornos diversos. Módulo LoRa eficiente El módulo LoRa seleccionado debe equilibrar consumo energético con capacidad de alcance para maximizar el desempeño del sistema. Optimización del sistema La combinación adecuada de banda y módulo mejora la comunicación de largo alcance y la eficiencia energética del sistema.

19. Configuración de parámetros clave y diseño de antenas Configuración de Potencia y Velocidad Se ajustan parámetros como la potencia y la velocidad para optimizar la transmisión de datos en redes marinas. Modulación para Enlace Eficiente La modulación adecuada es clave para mantener la calidad y estabilidad del enlace LoRa en ambientes marinos desafiantes. Diseño Especializado de Antenas El diseño de antenas especializadas maximiza la eficiencia del enlace y mejora la calidad de la comunicación en el mar.

20. Alimentación y Autonomía de la Plataforma

21. Objetivo de autonomía para pruebas prolongadas Operación autónoma prolongada El sistema funciona de manera autónoma durante largos períodos para reducir la necesidad de intervenciones humanas. Continuidad en recolección de datos Se asegura una recolección continua de datos submarinos para estudios y análisis precisos.

22. Opciones de fuentes de energía: baterías vs paneles solares Ventajas de las baterías recargables Las baterías permiten almacenar energía para uso continuo aunque no haya luz solar disponible, facilitando la estabilidad del sistema. Beneficios de paneles solares Los paneles solares generan energía limpia y sostenible directamente del sol, reduciendo emisiones y costos a largo plazo. Consideraciones ambientales La elección depende de las condiciones del entorno y la sostenibilidad, evaluando factores como clima y disponibilidad de recursos.

23. Dimensionamiento energético considerando todos los componentes Cálculo del Consumo Energético Se evalúa minuciosamente el consumo total de energía de todos los componentes del sistema para una correcta planificación. Dimensionamiento de Fuentes Energéticas Se determinan las capacidades adecuadas de las fuentes para garantizar un suministro energético constante y confiable.

24. Desafíos del Entorno Submarino y Consideraciones de Protección

25. Fase de pruebas iniciales en piscina Validación de funcionalidad Las pruebas en piscina garantizan que los dispositivos funcionen correctamente antes de ser utilizados en mar abierto. Detección de fallas El ambiente controlado permite identificar fallas y problemas para corregirlos eficientemente antes del despliegue. Ajustes previos al despliegue Los resultados de las pruebas facilitan realizar ajustes necesarios para condiciones reales en mar abierto.

26. Despliegue en condiciones reales: Punta Leona, Costa Rica

27. Encapsulado y estrategias para prevenir corrosión en agua salada Técnicas de encapsulado hermético Las técnicas de encapsulado hermético evitan la entrada de agua salada, protegiendo componentes electrónicos de la corrosión. Materiales resistentes a la corrosión Se utilizan materiales resistentes a la corrosión para aumentar la durabilidad de los dispositivos en ambientes marinos.

28. Fiabilidad del Sistema de Comunicación

29. Implementación de buffers de datos y gestión de fallos Función de los buffers de datos Los buffers almacenan datos temporalmente para prevenir pérdidas durante interrupciones del sistema o transmisión. Gestión y corrección de fallos Los sistemas detectan y corrigen errores para asegurar la integridad y continuidad del monitoreo de datos.

30. Lógica de reintento para enlaces interrumpidos Reintento automático La lógica permite reintentos automáticos para restaurar transmisiones tras detectar fallos de enlace. Continuidad garantizada Garantiza la continuidad de la transmisión sin necesidad de intervención manual inmediata.

31. Definición y control de tolerancias de latencia y jitter Definición de Latencia La latencia es el retraso en la transmisión de datos, afectando la comunicación en tiempo real. Control de Jitter El jitter es la variabilidad en la latencia, y debe minimizarse para garantizar estabilidad. Importancia para Monitoreo Limitar latencia y jitter es crucial para aplicaciones que requieren monitoreo en tiempo real.

32. Interfaz Terrestre: Visualización y Gestión de Datos

33. Desarrollo de aplicación web en C++ para monitoreo Aplicación web robusta en C++ Desarrollo de una aplicación web sólida usando C++ para garantizar rendimiento y estabilidad en el monitoreo. Acceso remoto y control La aplicación ofrece acceso remoto, permitiendo control y supervisión del sistema desde cualquier lugar. Visualización en tiempo real Muestra datos en tiempo real para apoyar la toma de decisiones informadas y rápidas.

34. Visualización de datos en tiempo real Interfaz Gráfica Dinámica La interfaz muestra datos medidos en tiempo real con actualizaciones constantes para un monitoreo efectivo. Monitoreo del Entorno Submarino Permite al usuario supervisar parámetros submarinos a través de visualizaciones intuitivas.

35. Posibilidades de almacenamiento histórico Almacenamiento de Datos Históricos El sistema permite guardar grandes volúmenes de datos históricos para su análisis posterior y toma de decisiones informadas. Análisis Retrospectivo Facilita el análisis de datos pasados para identificar patrones y evaluar tendencias relevantes en diversas áreas. Aplicaciones Científicas y Mantenimiento Apoya estudios científicos y mantenimiento predictivo mediante la evaluación continua de datos históricos y patrones detectados.

36. Mantenimiento, Monitoreo y Confiabilidad Operativa

37. Requerimientos y protocolos de mantenimiento

38. Estrategias para monitoreo remoto y diagnóstico

39. Garantía de funcionamiento continuo y seguro Redundancias para Fiabilidad El uso de sistemas redundantes garantiza la operación continua ante fallos, aumentando la fiabilidad general del sistema. Alertas Proactivas Las alertas tempranas permiten detectar y responder rápidamente a posibles problemas, minimizando riesgos. Protocolos de Emergencia Protocolos bien definidos garantizan una respuesta eficaz para mantener la seguridad y proteger la infraestructura.

40. Seguridad y Escalabilidad del Sistema

41. Medidas de seguridad para la transmisión de datos

42. Planificación para ampliación de sensores y nodos

43. Flexibilidad del sistema ante nuevas implementaciones Arquitectura modular adaptable El sistema utiliza una arquitectura modular que facilita la integración de nuevas funcionalidades de manera flexible y eficiente. Incorporación de tecnologías emergentes Se pueden integrar tecnologías emergentes para mantener la relevancia y eficiencia del sistema a lo largo del tiempo.

44. Desafíos en comunicación submarina Ubicación del emisor LoRa Decidir entre instalar el emisor LoRa en el hábitat o en una boya afecta la eficiencia y seguridad del sistema. Problemas de extracción de cables La extracción de cables desde el hábitat submarino requiere soluciones de sellado duradero y resistencia a la presión. Construcción segura de la boya La boya debe proteger componentes electrónicos y garantizar conectividad estable para la comunicación. Autonomía y alimentación del sistema El sistema necesita una fuente de energía confiable y autonomía suficiente para funcionar largo tiempo bajo el mar.

45. Pasacables y Boya Submarina Instalación del pasacables El pasacables submarino requiere perforación y sellado estanco en la pared del hábitat para evitar fugas de agua. Prototipo y diseño de la boya El prototipo usa tubos flotadores y base para antena; el diseño final utiliza policarbonato y polipropileno unidos con tornillos o adhesivo. Sistema de alimentación El sistema se alimenta con batería LiFePO ₄, permitiendo autonomía de 1 a 10 días según el modo operativo.

46. Presupuesto Proyecto CREATUS Componentes clave del proyecto El presupuesto abarca Set LoRa, ESP32, cables AWG28, boya de diseño y kit Breadboard como materiales esenciales. Comparación de proveedores Se evaluaron precios en Amazon y MicroJPM para optimizar la compra de materiales y reducir costos. Optimización del presupuesto La comparación de precios resultó en un presupuesto total más eficiente para la adquisición de los componentes necesarios. Presupuesto proyecto CREATUS Total Articulo Cantidad Precio por Amazon Precio MicroJPM Set LoRa 1 82.99 - ESP32 3 12.95 15.95 Kit de AWG28 1 9.99 Boya (diseño) 1 kit Breadboard 1 10 Total 141.83 150.83

47. Próximos pasos en diseño Volumen de datos y conectividad Definir el volumen de datos por sensor es vital para elegir la conectividad y almacenamiento más adecuados. Conectores y sellado submarino Seleccionar conectores submarinos correctos y métodos de sellado es esencial para UART cableado bajo el agua. Optimización de RF y parámetros Analizar atenuación de ESP-NOW y optimizar LoRa, antenas y parámetros RF para transmisión eficiente a 30 metros. Energía y durabilidad Considerar fuente de energía, encapsulado anticorrosivo, buffers, latencia y reporte de salud para mantener la fiabilidad del sistema.

48. Propuesta: Transmisión de datos mediante WLAN

49. Comunicación con Sockets en LAN Conectividad LAN Submarina El router facilita la conectividad LAN dentro del hábitat submarino, asegurando comunicación eficiente entre sistemas internos. Transferencia de Datos con Sockets La comunicación mediante sockets permite la transferencia inalámbrica de datos entre dispositivos en ambientes controlados. Mejora de Coordinación y Monitoreo Este método optimiza la coordinación y el monitoreo en hábitats submarinos aislados y controlados.

50. Arquitectura de Conexión Submarina Instalación del router submarino El router se coloca dentro del hábitat submarino para proporcionar conectividad local a todos los sistemas internos. Conexión directa al servidor Un cable de red conecta el router con una computadora que funciona como servidor central de datos. Gestión centralizada de datos El servidor centraliza y recibe datos, facilitando la gestión y el monitoreo eficiente de la infraestructura submarina.

51. Limitaciones de distancia Distancia máxima recomendada La distancia máxima entre servidor y router debe ser de 100 metros para asegurar una conexión eficiente y estable. Consecuencias de exceder la distancia Superar este límite puede causar pérdida de velocidad y estabilidad debido a la atenuación de la señal. Soluciones recomendadas Para distancias mayores, se aconseja usar repetidores o cableado de alta calidad para evitar problemas de conexión.

52. Ventajas del enfoque propuesto

53. Conclusión