Monitorización automática y avanzada para conservar el patrimonio histórico y cultural valenciano: el proyecto SISPATINT 2023
Ha finalizado la anualidad 2023 de este proyecto de I+D, en la cual se han desarrollado nuevos sensores y se ha implementado la nueva arquitectura del sistema PATINT.
Recientemente ha concluido la anualidad 2023 del proyecto de I+D SISPATINT 2023 (Prueba, configuración y mejora del sistema PATINT, y estudio y análisis de biomateriales y estructuras de madera y derivados), que pertenece a la línea estratégica de I+D de AIDIMME BIOMATERIALES, concretamente a la sub-línea de trabajo BIO0 (Análisis y caracterización de estructuras de madera).
El proyecto ha sido financiado por la Generalitat Valenciana mediante el programa Planes de Mejora de la Actividad y Capacidad de I+D Fondos GVA para el ejercicio 2023, que es impulsado por el IVACE (Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial).
El innovador sistema PATINT es una herramienta avanzada para monitorizar en tiempo real, con carácter preventivo y de forma automatizada, la madera en obras de arte, construcciones de patrimonio y obra nueva. Este sistema, muy flexible y escalable, será compatible con plataformas de Smart Cities, Smart Islands y Smart Heritage. En la nueva arquitectura que ha terminado de desarrollarse, los sensores acceden directamente a la nube (cloud computing).
En la nueva arquitectura del sistema PATINT, los nodos sensores son ahora también nodos WiFi (es decir, monitorizan automáticamente la madera y también transmiten por WiFi a la nube los datos obtenidos) y, por tanto, incluyen componentes WiFi de bajo consumo energético. Cada nodo sensor WiFi consta de un módulo DIPP_SENS (módulo sensor, que va insertado en la madera y mide los parámetros de interés) y un módulo DIPP_WIFI (módulo de control y comunicaciones).
A continuación, se exponen los principales resultados obtenidos en los últimos meses del proyecto.
Nuevos módulos DIPP_WIFI y DIPP_SENS
Una vez realizadas las pruebas exhaustivas de consumo energético con la nueva etapa de entrada del módulo DIPP_WIFI y analizados los resultados, el siguiente paso era implementar en placas impresas definitivas los módulos DIPP_WIFI y DIPP_SENS.
Como había que desarrollar nuevas PCB (las desarrolladas en pasadas anualidades no servían, al haber cambiado el tipo de pila y los esquemas eléctricos), se aprovechó para mejorar la PCB de DIPP_SENS respecto a la versión anterior. En concreto, se modificó su forma física incorporando un conector que facilite su montaje y que evite la soldadura directa de cable sobre la PCB, que suponía hasta entonces la adición de un adhesivo para fijar el cable a la placa.
A partir del nuevo esquema eléctrico del módulo DIPP_WIFI, se diseñaron varias versiones de su PCB correspondiente, en las que hubo de tenerse en cuenta el tamaño de las nuevas pilas y que el conjunto debía caber en una caja de plástico de fácil disponibilidad en el mercado.
La siguiente imagen muestra parcialmente una de las PCB desarrolladas a partir de la versión final del diseño.
Las siguientes imágenes muestran un nuevo módulo DIPP_WIFI, con su pila y encapsulado en una caja de plástico.
La siguiente imagen muestra un nuevo sensor PATINT completo (es decir, módulo DIPP_WIFI y módulo DIPP_SENS).
Comunicación entre DIPP_WIFI y la nube
Para la comunicación entre el módulo DIPP_WIFI y la nube, después de analizar varias opciones y hacer algunas pruebas previas de rendimiento, se optó por el protocolo MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), un protocolo “Machine to Machine” (M2M) muy ligero y diseñado para sistemas empotrados, que normalmente están basados en dispositivos de recursos limitados.
Esta ligereza del protocolo se traduce en una menor necesidad de ancho de banda y un menor consumo de energía frente a otros protocolos (HTTP, por ejemplo). Por tanto, es idóneo para dispositivos conectados a redes no fiables, inestables o con limitaciones en cuanto al ancho de banda.
Para garantizar una conexión segura se aplicaron los siguientes niveles de seguridad:
- Capa de transporte: encriptación de la información haciendo uso del estándar de seguridad SSL mediante certificado digital.
- Capa de aplicación: acceso limitado por usuario y contraseña.
MQTT se ejecuta sobre TCP/IP y es un servicio de mensajería con patrón publicador/subscriptor “pub/sub”, alternativo a la tradicional arquitectura cliente-servidor (el cliente se comunica directamente con el servidor), donde los publicadores nunca se comunican directamente con los subscriptores, sino que lo hacen mediante un “bróker”.
En la arquitectura MQTT, existen dos tipos de sistemas: clientes y brókeres. Un bróker es el servidor con el que se comunican los clientes: recibe comunicaciones de unos y se las envía a otros. Los clientes nunca se comunican directamente entre sí, sino que se conectan con el bróker. Cada cliente puede ser un editor, un suscriptor o ambos.
El intercambio de información se hace mediante “topics”. Cada vez que un elemento publica información de un determinado topic, ésta es distribuida por el bróker a todos los dispositivos subscritos a él.
Como MQTT es un protocolo controlado por eventos, no hay transmisión de datos periódica o continua. En consecuencia, se mantiene al mínimo el volumen de datos de transmisión. Un cliente sólo publica cuando hay información para enviar, y un bróker sólo envía información a los suscriptores cuando llegan nuevos datos.
Para el sistema PATINT se usa el topic “sensor”, cuya información se publica en forma de JSON. La siguiente imagen muestra la parte del código fuente que realiza esta operación.
La cadena con toda la información en formato JSON “info” se prepara previamente con toda la información de los sensores PATINT. Dicho JSON tiene campos de información, de valor, de avisos y de error.
Por ejemplo, los campos de información son los siguientes:
- Time: AA-MM-DD hh:mm:ss (año-mes-día hora:min:seg).
- Api_key: indica a la nube que se trata de un dispositivo PATINT (p.ej., “Patint_01”).
- Id: Dirección MAC del sensor, que lo identifica de manera unívoca (p.ej., “94:B9:7E:0D:3A:09”).
En opinión de Miguel Ángel Abián, coordinador y director técnico del proyecto, “el uso de herramientas TIC como los nuevos sensores PATINT desarrollados resulta imprescindible para conservar inmuebles y obras de arte sin tener que recurrir a costosas soluciones de reparación o tratamiento”. Anualmente, explica el coordinador, las termitas subterráneas causan en Europa gastos superiores a los 730 millones de €uros en daños, tratamientos y reparación de los daños en estructuras de madera. Dicha cantidad está aumentado por el cambio climático, que ocasiona que las termitas estén comenzando a extenderse a zonas donde hasta ahora había bajas temperaturas prolongadas en invierno y, en consecuencia, sus colonias no podían sobrevivir.
Para más información sobre el proyecto y sus resultados, contacte con AIDIMME.
Número de proyecto: 22300010
Expediente: IMAMCA/2023/2
Duración: Del 01/01/2023 al 31/12/2023
Coordinado en AIDIMME por: ABIÁN PÉREZ, MIGUEL ANGEL
Línea de I+D: BIOMATERIALES
Para más información contacte con AIDIMME.
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