TRABAJO FIN DE GRADO Diseño e implementación de un sistema de monitorización de ...

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TRABAJO FIN DE GRADO

Diseño e implementación de un sistema de
monitorización de temperatura capaz de
comunicar de manera inalámbrica con un
dispositivo móvil

Autor:
Adrián Paredes Intriago
Tutor:
Jonathan Crespo Herrero

Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática
Madrid, Septiembre de 2014
II
Agradecimientos

A mis padres, Juan y Raquel.
A mi hermana, Claudia.
Por no rendirse jamás.

III
IV
Resumen

En este trabajo se desarrolla un sistema de monitorización de temperatura capaz de
comunicar de manera inalámbrica con un dispositivo móvil. El sistema está compuesto
por un microcontrolador, un sensor de temperatura y un módulo Bluetooth. Las
comunicaciones entre los componentes del sistema son llevadas a cabo a través de los
buses de comunicación en serie SPI e I²C, mientras que las comunicaciones entre el
sistema y el dispositivo móvil se realizan a través del protocolo de comunicación
inalámbrica Bluetooth de bajo consumo, también conocido como BLE. En cuanto al
dispositivo móvil, todas las comunicaciones con el sistema son gestionadas mediante
una aplicación Android. Esta aplicación muestra las mediciones del sistema en tiempo
real permitiendo a su vez configurar varios tipos de notificaciones y alarmas.

Palabras clave: Sistema de monitorización de temperatura, dispositivos móviles,
Bluetooth de bajo consumo, Android.

V
VI
Abstract

This work develops a temperature monitoring system able to communicate in a
wireless manner to a mobile device. The system consists of a microcontroller, a
temperature sensor and a Bluetooth module. The communications between the
components of the system are done through the serial buses SPI and I²C, whereas the
communications between the system and mobile device are done through Bluetooth
low energy, also known as BLE. On the mobile device side, all the communications with
the system are handled through an Android application. This application shows real-
time temperature measurements while permits to configure a wide variety of
notifications and alarms.

Keywords: Temperature monitoring system, mobile devices, Bluetooth low energy,
Android.

VII
VIII
Índice de contenido
1. Introducción ................................................................................................................. 1
1.1. Motivación y objetivos ...................................................................................................... 1
2. Estado del arte ....................................................................................................................... 3
2.1. Microcontroladores ............................................................................................................ 3
2.2. Bluetooth low energy ......................................................................................................... 6
2.2.1 Evolución de la tecnología Bluetooth ........................................................................... 6
2.2.2 Arquitectura Bluetooth low energy ............................................................................. 7
2.2.3 Aplicaciones ................................................................................................................ 21
3. Diseño de la solución técnica ............................................................................................ 23
3.1 Diagrama de bloques del sistema ..................................................................................... 23
3.2 Requerimientos básicos del sistema ................................................................................. 24
3.3 Elección de los componentes hardware del sistema ........................................................ 24
3.3.1 Sensor de temperatura .............................................................................................. 25
3.3.2 Módulo BLE ................................................................................................................ 26
3.3.3 Microcontrolador ....................................................................................................... 27
3.3.4 Dispositivo móvil ........................................................................................................ 34

IX
3.4. Aplicación para dispositivos móviles ................................................................................ 34
3.4.1 Diseño de la aplicación móvil ..................................................................................... 34
3.4.2. Diagrama de casos de uso de la aplicación móvil ..................................................... 35
3.4.3. Elección del sistema operativo móvil ........................................................................ 36
4. Implementación del sistema ............................................................................................. 43
4.1 Comunicación entre el sensor de temperatura y el microcontrolador ............................ 43
4.1.1. I²C .............................................................................................................................. 43
4.1.2. Implementación del protocolo de comunicaciones entre microcontrolador y sensor
de temperatura ................................................................................................................... 54
4.2 Comunicación entre el microcontrolador y el módulo Bluetooth nRF2740 ..................... 68
4.2.1. SPI .............................................................................................................................. 68
4.2.2. Implementación del protocolo de comunicaciones entre microcontrolador y módulo
Bluetooth nRF2740.............................................................................................................. 74
4.3. Comunicaciones entre el módulo Bluetooth nRF2740 y el dispositivo remoto............. 105
4.3.1. Estructura de los comandos SendData utilizados para enviar datos de la aplicación
........................................................................................................................................... 106
4.3.2 Formato del mensaje ............................................................................................... 106
4.4 Aplicación software del sistema ...................................................................................... 109
4.5 Prototipo del sistema y solución final ............................................................................. 113
4.6 Desarrollo e implementación de la aplicación Android .................................................. 115
4.6.1 Arquitectura de Android .......................................................................................... 115
4.6.2 Herramientas software utilizadas para desarrollar la aplicación ............................. 118
4.6.3 Ficheros y carpetas de un proyecto Android ........................................................... 120
4.6.4. Versión de la aplicación ........................................................................................... 123
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