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Madrid, 25 de abril de 2022




Aplicaciones útiles y novedosas para solucionar problemas reales: TFG de Informática aplican tecnologías IoT y redes LoRaWAN

Varios estudiantes de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Informática de la UNED han utilizado en sus trabajos de Grado las redes LoRaWAN y las tecnologías IoT ( Internet of Things), para crear aplicaciones útiles y novedosas. A la vez que se familiarizan con una tecnología potente y económica, proponen soluciones a problemas reales que afectan a la sociedad.

Los profesores Carolina Mañoso y Ángel Pérez de Madrid, del Departamento de Sistemas de Comunicación y Control de la ETSI Informática de la UNED, han incorporado, dentro de su marco de investigación, las redes LoRaWAN a las tecnologías IoT (Internet de las cosas) para desarrollar aplicaciones útiles para la sociedad. En este contexto, han dirigido varios Trabajos de Fin de Grado que destacan tanto por la utilidad de las aplicaciones creadas como por su originalidad. “Para crear estas aplicaciones la idea clave ha sido el uso de las redes LoRaWAN por su largo alcance (varios kilómetros) en zonas sin cobertura de telefonía móvil, algo común en muchas zonas hoy en día, el poder operar sin estar suscrito a un operador, su bajo costo y la posibilidad de trabajar con una pequeña batería que no necesita ser reemplazada en varias semanas”, explican los profesores de la UNED que han dirigido varios TFG.



Trampas para polillas

Como ejemplo de las aplicaciones creadas, destacan un Sistema de Monitorización Remota de Trampas Funnel para la captura de heteróceros, de Adrián Javier Montero Calvo. “Los sésidos son una familia de polillas que se caracterizan porque sus miembros, cuando son larvas, se alimentan en el interior de los vegetales causando importantes daños. Por ello algunas de sus especies tienen interés agrícola o forestal. En este trabajo se ha diseño como un tipo de nodo, integrable en una trampa fabricada mediante una impresora 3D de filamento, que detecta la captura de los insectos para estudiar aspectos fundamentales de su biología, ecología y distribución”, explican.

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El nodo electrónico aloja un sensor de paso que detecta la captura, una sonda de temperatura ambiente y de humedad relativa del aire, un sensor de luminosidad ambiente y un sensor del nivel de batería del propio nodo. Incorpora, además, un transceptor de radiofrecuencia que haciendo uso de una red privada LoRaWAN envía mensajes desde el nodo para su monitorización y almacenamiento de los eventos de captura, así como de la información de los sensores. El sistema completo consiste en un conjunto de elementos que cooperan para ofrecer la funcionalidad requerida, desde nodos electrónicos que capturan la realidad física en el campo, hasta sistemas de bases de datos que guardan la información y las interfaces de usuario que presentan la información a los investigadores y a los administradores del sistema, todo ello acompañado por un sistema de comunicación y una arquitectura de red que da coherencia, fiabilidad, escalabilidad y seguridad a todo el conjunto.

El proyecto ha culminado con la fabricación de prototipos funcionales instalados en una parcela de repoblación de alcornoque mezclada con encina y rebollo, ubicada en la provincia de Cáceres, en la que se están produciendo graves daños debido a la actividad de las larvas de las especies objetivo, y con la puesta en marcha de la red privada. Las pruebas llevadas a cabo hasta la fecha demuestran que la solución propuesta se adapta a los requisitos impuestos y que es adecuada para realizar estudios basados en trampeo sobre la biología de estas especies, reduciéndose dramáticamente su coste.

Un bot para un huerto rural

Otro de los proyectos, titulado Internet de las Cosas para Monitorización y Riego de un Huerto Rural a Través de Redes Lorawan, de Joaquín García Alonso, aborda uno de los principales problemas de cultivar en terrenos situados en entornos rurales, que es el aislamiento, por eso puede resultar tedioso el realizar visitas periódicas para comprobar que todo esté en orden o llevar a cabo tareas rutinarias como el riego de los cultivos. Con esta aplicación el usuario puede monitorizar la temperatura y la humedad, tanto ambiental como del suelo de los cultivos, así como realizar labores de riego en un huerto rural sin acceso a la red eléctrica y con poca o nula cobertura de red de ningún tipo.

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“Para lograr este objetivo se ha implementado una red LoRaWAN para la transmisión de información entre el huerto rural (situado a 2 km) e Internet con un bajo consumo energético, lo que ha permitido desarrollar una aplicación del IoT pese a encontrarse en una zona rural con poca cobertura de servicios. Se han diseñado una serie de nodos finales LoRaWAN de bajo consumo para la monitorización y el control del riego. Para ello se ha visto necesario incluir mediciones de un tanque de agua de 1000 litros para comprobar que se dispone del agua necesaria y de calidad para el riego, midiendo su temperatura y los residuos sólidos disueltos. Además, se ha diseñado otro nodo para mediciones de los cultivos que se autoalimenta mediante energía solar, ya que está situado en una zona aislada. El nodo se encarga de recoger y transmitir información sobre el huerto (temperatura y humedad ambiente, y temperatura y humedad del suelo)”, explican los profesores de la UNED.

Para la interfaz de usuario se ha usado un bot de Telegram por su cercanía con el tipo de aplicaciones que se usan en el día a día. El hecho de que se gestione mediante este bot ha permitido que los usuarios (en su mayoría personas de perfil tecnológico bajo) hayan podido manejar la app desde el primer momento sin recibir instrucciones.

Detector de estrés del ganado

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Otro Trabajo de Fin de Grado que aporta una solución novedosa es el Ahuyentador de Depredadores para Ganado utilizando Tecnologías IoT Lora, creado por Carlos Tornadijo Rodríguez. Gracias a la tecnología de red LoRaWAN el dispositivo puede ofrecer la posición GPS del animal de forma regular, pero además permite alertar al ganadero (mediante una página web y/o correo electrónico) de una posible situación de estrés en el animal, de forma casi inmediata, gracias a la lectura de los diversos sensores instalados en el collar (acelerómetro, pulsómetro y termómetro).

Estos sensores permiten evaluar de forma regular los movimientos y el pulso cardíaco del animal, y en función de diferentes parámetros ajustables estimar una situación anómala indicativa de posible estrés. En ese caso el dispositivo inicia una secuencia de ahuyentado consistente en la emisión de señales acústicas y luminosas, y emitiendo, mediante la red LoRaWAN, una difusión de la alarma para alertar a dispositivos cercanos en otras cabezas de ganado y así aumentar la efectividad del dispositivo.

“Tras esta secuencia, inocua para el ganado, los dispositivos alarmados emiten también por dicha red la información recabada en los sensores, y otra adicional como el estado de la batería, hacia una pasarela LoRaWAN que puede estar a kilómetros de distancia, por ejemplo, en una antena de TDT o en el domicilio del ganadero. Éste a su vez puede ajustar los parámetros de sensibilidad de dichas lecturas en función de las características de cada animal, puesto que el dispositivo permite la comunicación bidireccional”, señalan los directores de los trabajos.

Los profesores que han dirigido estos trabajos opinan que son una muestra de la motivación de los estudiantes para desarrollar aplicaciones útiles y novedosas. “Para llevarlos a acabo ponen en práctica lo que han estudiado, lo cual es requisito para el trabajo, pero por su alta motivación están dispuestos a adquirir nuevos conocimientos que sobrepasan el plan de estudios. Aunque la creación de estas aplicaciones supone una mayor dedicación y un alto grado de implicación por parte de todos, finalmente conseguir el reto conlleva una gran satisfacción”, señalan.

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