Usando o LabVIEW e a tecnologia NI WSN

Usando o LabVIEW e a tecnologia NI WSN
""Usando o LabVIEW e a tecnologia NI WSN, a
equipe implantou facilmente o sistema de
monitoramento para o local histórico do século XII.
A flexibilidade de se colocar o sistema de
monitoramento em vários locais e a capacidade de
se conectar com uma larga variedade de sensores
foi uma grande vantagem enquanto usavamos
múltiplas estrategias de instalação durante a
montagem do sistema de medição.""
- Juan José Cabana González, Diseño Implementación y Optimización OPIDIS
O desafio:
Preservar um monumento histórico através do monitoramento de fatores de ambiente sem alterar a estética do monumento.
A solução:
Montar um sistema de monitoramento para a igreja de Santa María de Mave usando o LabVIEW, e o hardware NI wireless sensor network(WSN) , e
a interface NI WLS-9163.
Autor(es):
Juan José Cabana González - Diseño Implementación y Optimización OPIDIS
Marian Chiriac - Fundación Santa María La Real
Jose M. de Uña García - OPIDIS
A fundação Santa María la Real em Aguilar de Campo, na Espanha, desenvolveu um projeto de restauração para a igreja de Santa María de Mave e seu
monastério, criada por volta do século XII. O projeto foi financiado pelo governo regional de Castile y León através do programa Románico Norte, que
apoia a Fundação Santa María la Real e o Heritage Monitoring System program (MHS) que é financiada por um grupo de ação local, o País Románico,
não entendeu através dos programas de desenvolvimento do Ministério do Meio-Ambiente e Rural e de Áreas Marinhas.
Depois que a remodelação da igreja histórica foi concluída, a fundação reconheceu a necessidade para uma contínua monitoração para preservar o
monumento e próativamente protege-la da degradação ambiental . Como resultado , o grupo desenvolveu um programa piloto para monitorar parametros
ambientais na igreja , incluindo os seguintes parametros:
Temperatura do Ar e umidade relativa de 17 locais dentro da igreja
Temperatura do ar e umidade relativa externas da igreja
Aquisição de Dados para uma estação meteorológica compacta localizada na parte alta da igreja
Medição das vibrações na estrutura
A equipe de conservação da igreja determinou que estas medições deveriam estar guardadas em um computador central dentro da igreja e os dados
deveriam ser transmitidos remotamente para um site a ser visualizado e gerenciado. Além disso, um contador infravermelho de acesso, um detector de
fogo, e um dispositivo externo para controlar remotamente o equipamento que precisará ser instalado.
A equipe escolheu o LabVIEW (http://www.ni.com/labview/) como software que gerenciará todo o sistema e executará multiplos processos
simultaneamente. Eles também escolheram a tecnologia NI WSN (http://www.ni.com/wsn/) para medir parametros de temperatura e umidade, assim
como ao acesso de contadores , detectores de fogo e os atuadores. Além disso a equipe usou o módulo NI WLS-9163 Wi-Fi para medir as vibrações
estruturais com um acelerometro triaxial.
O maior desafio para a equipe foi a instalação dos fios e esconder os sensores para não modificar a aparência do monumento enquanto mantinham os
fortes sinais de rádio para comunicação, o que foi complicado devido as paredes de pedras e aos pilares. A Figura1 mostra a localização da rede de
sensores nos blocos da igreja.
A equipe instalou dois NI WSN-9791 gateways (http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/206919) em um pequeno comodo anexado a [nave],
escondendo efetivamente os módulos da visão das pessoas para o propósito estético. Entretanto, este local onde se escondeu os equipamentos, criou
problemas na comunicação do rádio com o computador. Para resolver este problema, a equipe instalou antenas externas de alto ganhos (9dB) e usou
uma extensão de 1,5m para os dois gateways, que permitiram a instalação das antenas perto da moldura da porta de madeira(na separação da parede),
que é mostrada na Figura 2 .
A equipe usou o módulos de entrada analógica NI WSN-3202 (http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/206921), que são extremamentes eficientes
e fácil de se conectar com o modelo HMP50, medidor de temperatura e umidade. Estes dispositivos leem a temperatura e a umidade a cada 10
segundos, calculando uma média a cada minuto, e transmite essa média para os gateways. Nas entradas digitais (canais 0 e 1) são enviados dados
apenas se mudanças são detectadas. As saídas digitais são ativadas por mensagens enviadas através do gateway e conectadas por relés de estado
sólido fora do nó em locais especifícos.
Originalmente, a equipe de conservação instalou o módulo WSN-3202 sem uma caixa de proteção, como mostrado na Figura 3 . Depois , a equipe
instalou uma caixa a prova de água em cada nó, que pode ser pintada e mais facilmente escondida. Isso resultou em um melhor posicionamento para a
comunicação com o rádio.
Usando o LabVIEW para gerenciar o sistema de medições, a equipe desenvolveu um programa multi-tarefa com vários processos executando
simultaneamente. Esses processsos incluem as seguintes tarefas:
Medindo os dados da rede de sensores e da estação meteorológica
Lendo as dados dos canais do acelerômetro
Enviando os dados para uma base de dados remota usando uma conexão de internet
Gerenciando a interface gráfica do programa
Os processos são divididos entre CPUs diferentes no servidor HP Proliant ML115 G5 (uma CPU quad-core Opteron). O executável da aplicação inicia
como um serviço do Windows usando uma utilidade chamada Service Keeper e Service Mill. Parte da interface é mostrada nas Figuras 4 e 5.
A equipe de conservação instalou uma estação meteorologica conectada a um cabo serial (RS232, RS485, RS422, e SDI-12) para um dispositivo Wi-Fi
Serial Digiconnect Wi-SP conectado a um ponto de acesso Wi-Fi . O software DIGI Realport no servidor, emula a porta serial , e o aplicativo do LabVIEW
lê os dados da serial nesta estação.
A equipe usou uma estratégia similar para conectar o dispositivo WLS-9163 lendo nos três canais do acelerometro. Eles conectaram o WLS-9163 Wi-Fi
client no ponto de acesso, e o LabVIEW lê os canais de entradas analógicos.
A rede manteve-se estável apesar das condições extremas presentes na transmissão das informações. Todos os nós relataram uma qualidade de sinal
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A rede manteve-se estável apesar das condições extremas presentes na transmissão das informações. Todos os nós relataram uma qualidade de sinal
acima de 20%, enquanto dois nós perderam conectividade em alguns momentos, eles gerenciam para enviar os dados com no máximo 8% de qualidade.
A situação pode ser resolvida com um relé no nó, mas essa solução não é possível porque os nós não podem ser alimentados externamente e drenaria
rapidamente as baterias.
Usando o LabVIEW e a tecnologia NI WSN, a equipe facilmente implantou um sistema de monitoramento para um local histórico do século XII. A
flexibilidade de se implantar o sistema de medição em vários locais enquanto usam multiplas estrategias e a possibilidade de se conectar uma ampla
variedade de sensores foi uma grande vantagem.
O desenvolvimento do programa dos nós no LabVIEW permitiu a incorporação de funções complexas nos nós para garantir o suprimento de energia da
bateria e um alto grau de eficiência de energia. Por exemplo, a equipe de conservação pôde implantar uma estratégia para só enviar um dado quando
houver mudanças baseadas em médias ou em complexos cálculos. E também, as mensagens permitem a equipe , implementar uma configuração
remota dos executáveis. A equipe de conservação da igreja atingiu seus objetivos e manteve a qualidade e integridade deste tesouro histórico.
Informações do autor:
Juan José Cabana González
Diseño Implementación y Optimización OPIDIS
Angustias,34 2do izquierda
Valladolid
Espanha
Measurement Node
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The Gateway and its Antennae
The Node Distribution Plan
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Informações legais
Esse estudo de caso (esse "estudo de caso") foi desenvolvido por um cliente da National Instruments ("NI"). ESSE ESTUDO DE CASO É FORNECIDO "COMO
ESTÁ", SEM GARANTIAS DE QUALQUER NATUREZA E SUJEITO A DETERMINADAS RESTRIÇÕES, COMO ESTABELECIDO DE FORMA MAIS ESPECÍFICA
NOS TERMOS DE USO DA NI.COM (http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/ (http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/)).
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