Diseño e implementación de un sistema radiante para mejorar el alcance en una red zigbee en un sistema de monitoreo ambiental

Abstract

En la actualidad, el uso de tecnologías facilita la transferencia de información sin que haya la necesidad de un cableado, por lo tanto, existe una alta demanda de interconexión en los procesos realizados dentro de las industrias, empresas incluso en hogares, que tienen la necesidad de monitorizar distintas redes de sensores con el fin de simplificar la manipulación remota, pero a bajo costo y consumo de energía. Esta investigación presenta el diseño e implementación de un prototipo que mejora el alcance del dispositivo Xbee s2c, con la creación de un sistema radiante que opera en la banda de los 2.4 GHz. El sistema está compuesto por un arreglo de antenas microstrip, un filtro Hairpin y un amplificador de RF, que monitorizan sensores ambientales dentro de una red. Se diseña un arreglo de antenas tipo Patch de 2x2 con una ganancia de 23.06 dBm cada una, creada en el software Ansys HFSS. Luego se realizó el diseño del filtro Hairpin utilizando herramientas de AWR Design. El prototipo consta de 2 sensores ambientales los cuales se encuentran controlados con una tarjeta de Arduino Pro mini que se encarga del envío de los datos de dichos sensores. Posteriormente el envío de la información se obtiene por medio del dispositivo Xbee s2c hacia otro dispositivo con las mismas características, configurados de manera transparente es decir como transmisor y receptor. La parte de la recepción de datos se implementó con un módulo ethernet que al momento de la obtención de los mismos los envía a una plataforma donde se monitorearán y se refrescarán cada 3s, en la programación del arduino receptor se estableció que para ingresar a la página se utilizará una dirección IP tomando en cuenta que se está trabajando dentro de una red LAN. Las pruebas se realizaron en 4 escenarios, dos de ellos de la Universidad Nacional de Chimborazo, utilizando tanto las antenas de fábrica de los Xbee como el sistema radiante diseñado a pruebas de trasmisión de datos, mismas que son analizadas en el software DIGI XCTU para verificar el indicador de fuerza de señal recibida por el sistema (RSSI) a diferentes distancias. Como resultado, el sistema radiante elaborado permite mejorar el alcance