Diseño, desarrollo y test de una red inalámbrica de sensores para medir la humedad del terreno

Abstract

English: Measuring soil moisture in an area of land is a problem that has been trying to be solved efficiently for a long time since water is not a wasteful resource, for example, in agriculture. In addition, probes to measure humidity give different values for nearby points on a terrain surface. This final project provides an efficient method for measuring soil moisture, such as using of GNSS (Global Navigation Satellite Signals) signals and the IPT (Interference Pattern Technique) technique, which has been developed in recent years in the Remote Sensing Lab Group (RSLab). It also introduces the instrument SMIGOL that is the basis for the devices developed in this final project. Once the pillars have been settled, improvements in the instrument need to be done requiring continuous processes of design obtaining, finally, two different versions of the instrument. Firstly, it is important to increase the area covered by SMIGOL in a factor 4, without increasing size or power consumption of the instrument, so performance will be increased. Once the first evolution has been achieved, it appears again the need to expand the area to cover, for example, to analyse a very high area of land, to validate data obtained by airborne radiometers or for a possible commercial departure of the instrument in the agriculture field. Consequently, it was decided to add wireless transmission to the devices in order to develop a wireless sensor network (WSN). This solution helps to increase the area of coverage of the instruments installed in the network. Both instruments have been designed in a modular and flexible way based on the SMIGOL. Throughout the document, all tests and measurements are adequately documented to try to avoid misinterpretations.

Castellano: Medir humedad de una superficie de terreno es un problema que se lleva tratando de solventar con eficiencia durante mucho tiempo debido que el agua es un bien escaso, por ejemplo, en el sector de la agricultura. Además, las sondas para medir humedad dan valores distintos para puntos cercanos en una superficie de terreno. Este proyecto final de carrera presenta un método eficiente para medir humedad, como es el uso de señales GNSS (Global Navigation Satellite Signals) y de la técnica IPT (Interference Pattern Technique) que ha sido desarrollado durante los últimos años en el Remote Lab Sensing Group (RSLab). También introduce el instrumento SMIGOL que es la base de los dispositivos desarrollados en este proyecto. Una vez los pilares han sido asentados, se localizan mejoras que requiere el instrumento SMIGOL y se realizan continuos procesos de diseño hasta obtener dos versiones finales distintas de un mismo instrumento. En primer, lugar se aumenta el área que cubre SMIGOL en un factor 4, sin aumentar considerablemente ni tamaño ni consumo del instrumento, es decir, se aumenta su rendimiento. Una vez se ha logrado la primera evolución se observa la necesidad de expandir todavía más el área a cubrir, por ejemplo, si la superficie de terreno analizar es muy elevada, para validar datos obtenidos mediante radiómetros aerotransportados (airborne radiometers) o para una posible salida comercial del instrumento en el sector de la agricultura. Por ello se decide añadir transmisión inalámbrica a los dispositivos para poder así formar una red inalámbrica de sensores y aumentar de nuevo el área que puede cubrir el global de los instrumentos instalados. Ambos instrumentos han sido diseñados de forma modular y flexible tomando como base el SMIGOL. A lo largo del documento, todos los test y medidas realizadas están adecuadamente documentados para tratar de que su interpretación no pueda ser errónea.

Català: Mesurar humitat d'una superfície de terreny és un problema que es porta tractant de solucionar amb eficiència durant molt de temps atès que l'aigua és un bé escàs, per exemple, en el sector de l'agricultura. A més, les sondes per mesurar humitat donen valors diferents per a punts propers en una superfície de terreny. Aquest projecte final de carrera presenta un mètode eficient per mesurar humitat, com és l'ús de senyals GNSS (Global Navigation Satellite Signals) i de la tècnica IPT (Interference Pattern Technique), que ha estat desenvolupada durant els últims anys en el Remote Lab Sensing Group (RSLab). També introdueix l'instrument SMIGOL que és la base dels dispositius desenvolupats en aquest projecte. Un cop els pilars han estat assentats, es localitzen millores que requereix l'instrument i es realitzen continus processos de disseny fins a obtenir dues versions finals diferents d'un mateix instrument. En primer lloc, s'augmenta l'àrea que cobreix SMIGOL en un factor 4, sense augmentar considerablement ni mida ni consum de l'instrument, és a dir, s'augmenta el seu rendiment. Un cop s'ha aconseguit la primera evolució s'observa la necessitat d'expandir encara més l'àrea a cobrir, per exemple, si la superfície de terreny a analitzar és molt elevada, per validar dades obtingudes mitjançant radiòmetres aerotransportats (Airborne radiometers) o per a una possible sortida comercial de l'instrument en el sector de l'agricultura. Per això es decideix afegir transmissió sense fils als dispositius per poder així formar una xarxa de sensors sense fils i augmentar de nou l'àrea que pot cobrir el global dels instruments instal.lats. Ambdós instruments han estat dissenyats de forma modular i flexible prenent com a base l'instrument SMIGOL. Al llarg del document, tots els tests i mesures realitzats estan adequadament documentats per intentar que la seva interpretació no pugui ser errònia.