REVISTA
JUVENTUD Y CIENCIA SOLIDARIA:
En el camino de la investigación
Nodo de sensores inalámbricos para
monitoreo de entornos mediante
Node-Red
Damián Joshua Barahona Guzmán, Kamila Teresa Farré Imbago,
Sebastián Alejandro Ramírez Astudillo, Pablo Alexander Santillán Cando
Mi nombre es Damián Joshua Barahona
Guzmán. Tengo 17 años. Estudio en el
3.er año BGU del Colegio Técnico Salesiano
Don Bosco. Me gusta jugar videojuegos y
escuchar música. Quiero estudiar Ingeniería
en computación en la universidad.
Mi nombres es Kamila Teresa Farré
Imbago. Tengo 18 años. Estudio en el 3.er
año BGU del Colegio Técnico Salesiano
Don Bosco. Me gusta escribir poesía y leer
libros aleatorios. Quiero estudiar Ingeniería
en Electrónica y Telecomunicaciones en la
universidad.
Mi nombre es Sebastián Alejandro
Ramírez Astudillo. Estudio en e l 3.er
año BGU del Colegio Técnico Salesiano
Don Bosco. Me gusta la música, tocar ins-
trumentos, sacar canciones propias y jugar
videojuegos. Quiero estudiar Ingeniería en
Sonido y Acústica en la universidad.
Pablo Alexander Santillán Cando.
Tengo 17 años. Estudio en el 3.er año
BGU del Colegio Técnico Salesiano Don
Bosco. Me gusta indagar sobre temas de
electrónica de consumo y hacer deporte.
Quiero estudiar Ingeniería Electrónica en
la universidad.
Resumen
El presente proyecto tiene el objetivo de simular un
nodo de sensores inalámbricos con el fin de medir
distintas variables: luminosidad, distancia, humedad,
temperatura, presión y vibración; generando así una
revolución tecnológica en distintos ámbitos y entornos,
lo que contribuirá en la actualidad, ya que muchas
14
En el camino de la investigación 15
personas no disponen del tiempo necesario para mon-
itorear estas variables imprescindibles en un entorno
rural y urbano. El proyecto se basa en IoT y los soft-
wares Node-RED, Proteus y Arduino, los mismos que
se usarán en la aplicación para este tipo de sensores y
ayudarán a solucionar las necesidades que se presen-
ten. Este método permitirá monitorear las variables
presentes y activar los distintos actuadores en un Dash-
board de una plataforma abierta al público (Beebotte),
por esto la aplicación de los sensores inalámbricos es
amplia debido a que van conectados en forma de red
y cuentan con un sensor integrado que es interpretado
por un receptor que convierte la señal inalámbrica en
una salida con datos de una red informática. Por lo
tanto, el proyecto permitirá realizar acciones concretas
que solventarán los problemas dados en la movilización
del personal y de recursos, lo que conlleva una inver-
sión de tiempo y presupuesto para hogares, empresas e
industrias; dando una solución de control y monitoreo
remotos al usuario.
Palabras clave: csimulación, sensores inalámbricos,
Node-Red, Dashboard, monitoreo
Explicación del tema
Para el desarrollo de la investigación, se inicia consul-
tando un tema que sea llamativo en las necesidades so-
ciales actuales, al observar esto se descubrió el software
Node-RED y se propuso el desarrollo de un Nodo de
sensores inalámbricos para monitoreo de entornos medi-
ante Node-RED, para ello se desarrolla una simulación
en el software de Proteus, el cual es un sistema com-
pleto de diseño electrónico que permite aplicaciones
de diseño del esquema electrónico, programación del
programa, creación de la placa de circuito impreso,
simulación de todo el grupo, depuración de errores,
documentación y creación [1]. Además, se consulta
la definición y uso de Node-RED, el cual es un ins-
trumento de programación visual estándar para la
administración y procesado de datos en tiempo real,
simplificando los procesos entre productores y clientes
de información [2]. Una vez definido y aprendido su
funcionamiento, se desarrolla el nodo de sensores con
su debida programación en el software Arduino, el cual,
es una plataforma de código abierto, la cual se basa
en un hardware y software libre, permite crear muchos
tipos de microordenadores y comandos en una sola
placa, la comunidad o el creador puede dar diferentes
tipos de uso [3]; y se cuenta con sensores de ilumi-
nación, distancia, humedad, temperatura, presión y
vibración, adicionalmente circuitos actuadores y una
LCD para la visualización de manera local en Proteus
como se observa en la Figura 1.
Figura 1. Diagrama en Proteus
Fuente: Autores
Se ubica y configura cada uno de los sensores a
usar específicamente que en el trabajo son:
LDR (Luminosidad)
Fotorresistencia o LDR (por sus siglas en inglés «Light
Dependent Resistor») es un elemento electrónico cuya
resistencia cambia en función de la luz. Se trata de
un sensor que actúa como una resistencia variable
en función de la luz que recibe [4]. Además, el LDR
medirá la luz que capta en función de la resistencia
capaz de cambiar por intensidad lumínica, dando este
valor analógico al usuario por los paneles de monito-
reo, configurándolo en Arduino con «a = analogRead
(LDR)».
DHT11 (temperatura y humedad)
Sensor que está conformado por dos partes para medir
temperatura y humedad el cual dispone de una salida
digital calibrada, así su tecnología garantiza la alta
fiabilidad y una excelente estabilidad a largo plazo [5].
16 Juventud y Ciencia Solidaria
El sensor DHT11 tiene dos funcionalidades, en este
caso se utilizará para la medición de la temperatura
y humedad en el ambiente, y mostrado en los DASH-
BOARDS, gracias a Arduino y sus librerías interpretan
cada uno de estos valores por separado (temperatura
y humedad) con: «DHT.read11(DHT11_PIN); temp
= (DHT.temperature); hum = (DHT.humidity)».
MPX-4115 (presión).
Sensor de presión de silicio integrado, está diseñado
para detectar presión de aire absoluta en aplicaciones
de altímetro o barómetro (BAP) [6]. Además, el MPX-
4115 permitirá medir la presión que se ejerza en la
actividad a realizarse, por sus características propias,
en Arduino se configura para su medición con una fór-
mula que es «mpa = (analogRead(PRE)*0.0013)-0.1;
presión = mpa * 145.037».
SW-420 (vibración).
Pequeño módulo para detectar vibración, permite tener
una salida digital, la cual tiene dos niveles lógicos 0
y 1 que puede usarse para leer y ser interpretados
[7]. El SW-420 se aplicará para medir la vibración de
movimientos, objetos y demás, dará pulsos de 1(hay
movimiento) y 0 (no detecta movimiento) para detec-
tar el movimiento y el monitoreo, que será configurado
con una lectura digital para su medición, que es «vm
= digitalRead(v)».
HC-SR04-Ultrasónico (distancia).
Sensor que permite medir distancia que utiliza ultra-
sonido para determinar la distancia de un objeto en
un rango de 2 a 450 cm. Esto lo hace mediante un
transmisor y un receptor de ultrasonidos. El transmisor
envía ondas sonoras cuando recibe una señal del mando
de disparo, estas ondas se reflejan cuando encuentran
un objeto y el transmisor detecta estas ondas reflejadas
y envía una señal de vuelta a la clavija de Eco [8]. Por
eso, este sensor, por sus características de medir la
distancia por las ondas con la emisión y recepción de
las mismas, entregará dicho valor al usuario por los
paneles de monitoreo, configurado en Arduino con la
fórmula que es «dis = dur/58.2».
Figura 2. Sensores
Fuente: Autores
Una vez acabada la programación y funcionamiento
local del nodo de sensores, se lo lleva al desarrollo ha-
cia una nube de distintas plataformas con la ayuda de
Node-RED, en el cual se realiza una comunicación de
manera serial, tanto como el envío de datos y recep-
ción (monitoreo y control respectivamente), además de
crear funciones para la impresión de datos en el mismo,
y el envío a las plataformas gratuitas de Freeboard
Thing Speak y Firebase. Seguido, para el desarrollo
de pulsadores se configura en Beebotte y se pone cada
una de las restricciones en Node-RED para que se
enciendan en Proteus, como se observa en la Figura 3.
En el camino de la investigación 17
Figura 3. Flujo desarrollado en Node-Red
Fuente: Autores
Se configura cada una de las plataformas con widget
para monitoreo y control de datos, lo cual permitirá
un control y monitoreo de manera remota, entregando
el producto final, el cual muestra en tiempo real datos
medidos impresos de los sensores aplicados, como se
observa en la Figura 4.
Figura 4. Dashboard Node-Red
Fuente: Autores
En la Figura 5 se encuentra las distintas platafor-
mas que se pueden usar para el monitoreo y control
de manera remota, con una comunicación eficaz, como
lo es: para la visualización en la nube de Freeboard,
Thing Speak, Firebase y control de los actuadores con
Beebotte hacia los circuitos implementados en Proteus,
todo esto con una comunicación mediante Node-RED
y credenciales propias de cada plataforma.
18 Juventud y Ciencia Solidaria
Figura 5. Dashboard en plataformas abiertas al público
Fuente: Autores
Para terminar, esta red de sensores permitirá rea-
lizar acciones concretas que solventarán los problemas
dados en la movilización del personal y de recursos, lo
que conlleva una inversión de tiempo y presupuesto
para hogares, empresas e industrias; dando una solu-
ción de control y monitoreo remotos al usuario. Ya
que pueden ser aplicadas en un domicilio para que el
usuario pueda medir las variables de interés y contro-
lar las mismas en su hogar de manera remota, otra
aplicación es en una industria (sector agrícola), que
permite monitorear las distintas variables y controlar
para el cuidado de las plantas, cultivos, animales y
demás actividades que realicen.
Conclusiones
•
El proyecto instrumentado mediante la simu-
lación con Proteus donde está ubicado el nodo
de sensores inalámbricos, permite de una forma
directa y sencilla interactuar con los usuarios,
tanto para el monitoreo y control de los sensores
en conjunto con sus actuadores respectivamente,
ya sea usado para distintos entornos que se nece-
site; todo esto gracias a Node-RED que permite
enviar los datos de manera serial a la nube y
viceversa para la activación y desactivación de
los circuitos para cada ambiente.
•
Se desarrolló varios Dashboard, con el uso de
distintas plataformas abiertas al público para el
monitoreo y control de los sensores y actuadores
a utilizar, mediante la comunicación e impresión
de datos con Node-Red con los sensores y actua-
dores a utilizar, generando una comunicación
apropiada y eficaz, teniendo un funcionamiento
integral del proyecto, pero el más indicado para
el grupo fue FREEBOARD por su facilidad para
interactuar con el usuario.
•
Se instaló de manera eficaz circuitos de simu-
lación, que integran sensores de iluminación,
sonido (distancia), vibración, humedad, tempera-
tura y presión, además de los circuitos actuadores
para el monitoreo y control de los dispositivos
de manera remota en contraste con el sistema de
visualización local implementada con un LCD
20×4, verificando que en este dispositivo las medi-
ciones de los sensores usados coinciden.
•
Se comprobó el funcionamiento del nodo de sen-
sores inalámbricos, con el uso del software Pro-
teus, en una primera fase con el monitoreo de los
sensores empleando la nube de Freeboard, Thing
Speak, Firebase y control de los actuadores con
Beebotte mediante la creación de Dashboard en
estas plataformas, permitiendo observar que hay
En el camino de la investigación 19
un tiempo de retraso aproximadamente de 15
segundos para cada acción de medición y control
respectivamente; estableciendo parámetros como
frecuencia de reloj, y una ruta virtual; esto para
la comunicación correcta con Node-Red.
Agradecimientos
Agradecemos a Dios y a la Virgen Auxiliadora por la
vida de cada uno y la de cada una de nuestras familias
para realizar este proyecto. Además, al Colegio Téc-
nico Salesiano Don Bosco, institución que nos permitió
realizar y alcanzar los estudios en el Bachillerato Téc-
nico, a sus docentes por su gran carisma y esfuerzo al
hacer que los estudiantes aprendan de las diferentes
asignaturas, y especialmente a nuestro tutor, ingeniero
Esteban Martínez, que más que nuestro tutor ha sido
un amigo incondicional, que ha sabido como guiarnos
por el buen camino y en el desarrollo del trabajo.
Referencias
[1] Barrón, M. (2004). «USO DIDÁCTICO DEL
SOFTWARE DE AYUDA AL DISEÑO». [En línea].
Disponible en shorturl.at/ekxJR
[2] Dario. (2020). «Programación Visual con Node-Red:
Conectando el Internet de las Cosas con Facilidad».
[En línea]. Disponible en shorturl.at/rsxyQ
[3] Xataka. (2020). «Qué es Arduino, cómo funciona y
qué puedes hacer con uno». [En línea]. Disponible
en shorturl.at/flsyL
[4] MecatrónicaLATAM. (2021). «LDR o fotoresis-
tor o fotoresistencia». [En línea]. Disponible en
shorturl.at/fhkBQ
[5] Estupiñán, W. (2014). «SENSOR DHT11
HUMEDAD Y TEMPERATURA CON AR-
DUINO». [En línea]. Disponible en short-
url.at/nKY45
[6] Farnell. (s. f.). «MPX4115AP». [En línea].
Disponible en shorturl.at/hwBKL
[7] UNIT ELECTRONICS. (2022). «SW-420 Módulo
Sensor de Vibración». [En línea]. Disponible en
shorturl.at/fuyBR
[8] Xukyo. (2019). «Medición de distancia con el
sensor HC-SR04». [En línea]. Disponible en
shorturl.at/axzAH
