Sistema miniaturizado de mediciones de dióxido de carbono

Abstract

Los llamados gases traza juegan un papel importante en el comportamiento del clima regional y global. Uno de los más importantes es el dióxido de carbono por su relación con el cambio climático. Sin embargo, en la actualidad, no existen sistemas capaces de tomar datos fiables sobre su flujo y concentración a escalas relevantes tanto espaciales como temporales. El objetivo principal de mi TFG es el diseño, desarrollo y caracterización de un sensor de dióxido de carbono lo suficientemente pequeño y ligero como para poder ser integrado en un Dron utilizando una Raspberry Pi. De esta manera se podrá medir la concentración de dicho gas en diversas posiciones para posteriormente poder modelar su movimiento y detectar la evolución de su flujo y concentración. . Con el fin de obtener un conjunto de mediciones más completo, se han integrado también sensores de temperatura, humedad y presión barométrica en el sistema. Estos sensores son de carácter comercial y utilizan el protocolo de comunicación Inter-Integrated Circuit, por lo que se ha implementado un módulo para cada uno de ellos con las funciones y comandos necesarios para su configuración y gestión. El sensor de dióxido de carbono es de diseño y desarrollo propio y se basa en la detección fotoacústica. Está compuesto por diferentes dispositivos que, mediante la conversión de una onda de formato digital a analógico, permiten que se emita luz y ésta sea recogida por un micrófono y convertida de nuevo a digital. Para ello se han utilizado los protocolos de comunicación Serial Peripheral Interface e Inter-Integrated Circuit y se ha implementado una librería que permite la comunicación con cada uno de los componentes de este sensor. Por otro lado, con un conversor analógico digital se modela la señal recibida por el micrófono, la cual está relacionada directamente con la concentración de dióxido de carbono y, para el estudio de la amplitud de la onda, se han implementado los algoritmos Fast Fourier Transform y Goertzel. Se ha hecho, por tanto, un estudio de los límites y restricciones de cada componente. Todo ello ha sido desarrollado bajo una interfaz cliente-servidor en la que el cliente solicita el comienzo de la toma de medidas y el servidor ejecuta el mandato. Todos los sensores han sido testeados y validados conformando un sistema de mediciones completo, diseñado y desarrollado con el objetivo de que se incorpore en un dron