Dise
˜
no e implementaci
´
on de data logger open
hardware para estaci
´
on meteorol
´
ogica
Design and implementation of open hardware data logger for weather station
L
´
azaro Andr
´
es O’Farrill Nu
˜
nez
1
, Alex Manuel Rivera Rivera
2
y Amanda Mart
´
ı Coll
3
Facultad de Autom
´
atica y Biom
´
edica
Universidad Tecnol
´
ogica de La Habana CUJAE
La Habana
1
Estudiante de pregrado de Ingenier
´
ıa Biom
´
edica
2
Estudiante de pregrado de Ingenier
´
ıa Autom
´
atica
3
Ingeniera en Autom
´
atica
1
lazaro.on@automatica.cujae.edu.cu
2
alex.rr@automatica.cujae.edu.cu
3
amanda.mc@automatica.cujae.edu.cu
Abstract—This work describes the design and
implementation of the hardware and software of a data
acquisition and processing system for a meteorological station.
The system hardware is based on the ESP32 from Espressif
Systems and a series of low-cost commercial modules to
supply the RTC (real time clock) functionalities, Ethernet
connection, internal storage and RS485 connection. Taking
advantage of the availability of Wi-Fi embedded in the ESP32,
the system communicates with a personal computer, where
a custom-made software allows to make adjustments to the
system and to graphically visualize the data. The results
obtained allowed to put into operation the meteorological
station WS501-UMB of the Lufft company, which lacked the
data logger; at present, the system is being used by the Cuban
Agricultural Engineering Institute (Instituto de Ingenier
´
ıa
Agr
´
ıcola de Cuba, IAgric).
Keywords: data acquisition system; weather station; ESP32;
data logger.
Resumen— El presente trabajo describe el dise
˜
no e
implementaci
´
on del hardware y software de un sistema
de adquisici
´
on y procesamiento de datos de una estaci
´
on
meteorol
´
ogica. El hardware del sistema est
´
a basado en el
ESP32 de Espressif Systems y una serie de m
´
odulos comerciales
de bajo costo para suplir las funcionalidades de RTC (real time
clock), la conexi
´
on v
´
ıa ethernet, el almacenamiento interno
y la conexi
´
on v
´
ıa RS485. Aprovechando la disponibilidad de
Wi-Fi embebida en el ESP32, el sistema se comunica con una
computadora personal, donde un software hecho a medida
permite realizar ajustes al sistema y visualizar gr
´
aficamente
los datos. Los resultados obtenidos permitieron poner en
funcionamiento la estaci
´
on meteorol
´
ogica WS501-UMB de la
empresa Lufft que carec
´
ıa del data logger, en la actualidad
el sistema est
´
a siendo utilizado por el Instituto de Ingenier
´
ıa
Agr
´
ıcola de Cuba.
Palabras clave: sistema de adquisici
´
on de datos; estaci
´
on
meteorol
´
ogica; ESP32; data logger.
I. INTRODUCCI
´
ON
Hay muchos factores ambientales como el aire, las pre-
cipitaciones, la temperatura, la humedad, entre otros; que
siguen cambiando de manera alarmante e impredecible [1].
El monitoreo de los par
´
ametros ambientales es de vital
importancia en una gran cantidad de aplicaciones y procesos
tanto industriales como no industriales. Las condiciones
clim
´
aticas afectan las decisiones sobre las diferentes ac-
tividades como navegaci
´
on, transporte, partidos deportivos,
agricultura, etc. Tener informaci
´
on del clima es sin duda
imprescindible para marineros y pilotos que trabajan en
actividades de transporte [2]. Un sistema de monitoreo del
clima se ocupa de detectar y recopilar varios par
´
ametros del
clima en diferentes lugares para que puedan ser analizados
o utilizados para el pron
´
ostico del tiempo [3]. Un adecuado
sistema de monitoreo ayuda en cualquier planificaci
´
on que
pueda ser necesaria en caso de mal tiempo. Cabe mencionar
que, con estas predicciones, tambi
´
en se pueden reportar
inmediatamente los posibles eventos de desastre y advertir a
las personas que tomen las precauciones necesarias para en-
frentarlos [2]. Hace unas d
´
ecadas, los sistemas de monitoreo
del clima eran instrumentos mec
´
anicos y electromec
´
anicos
con errores asociados a la necesidad de intervenci
´
on hu-
mana, el paralaje y durabilidad del equipo.
Con la llegada de la automatizaci
´
on a esta rama, los
equipos se hicieron m
´
as compactos, seguros y econ
´
omicos;
sin embargo, la mayor
´
ıa de este tipo de equipos carecen
de un sistema embebido para registro, persistencia y proce-
samiento de datos. Los data loggers (como se conocen estos
sistemas de registro de datos) son dispositivos electr
´
onicos
que registran, escanean y recuperan autom
´
aticamente los
datos con alta velocidad y eficiencia durante una prueba o
medici
´
on [4]. El usuario, normalmente, es el que determina
el tipo de informaci
´
on registrada; por lo tanto, puede medir
autom
´
aticamente la salida el
´
ectrica de cualquier tipo de
transductor y registrar el valor. Con la capacidad de tra-
bajar sin restricciones temporales, los data loggers permiten
obtener datos v
´
alidos, completos y comprensibles a los que
se puede acceder en tiempo real [5].
El avance de la tecnolog
´
ıa satelital, la aceleraci
´
on de
las comunicaciones y el incremento del poder computa-
cional [6], ha posibilitado el establecimiento de sistemas
de comunicaci
´
on de forma sencilla y eficaz. El Instituto de
Investigaciones de Ingenier
´
ıa Agr
´
ıcola (IAgric) cubano se
Revista elektron, Vol. 7, No. 1, pp. 1-6 (2023)
ISSN 2525-0159
1
Recibido: 02/11/22; Aceptado: 02/03/23
Creative Commons License - Attribution-NonCommercial-
NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0)
https://doi.org/10.37537/rev.elektron.7.1.172.2023
Original Article
dedica a la investigaci
´
on y el desarrollo de la actividad de
la ingenier
´
ıa agr
´
ıcola. Para poder desarrollar investigaciones
sobre la agricultura de precisi
´
on, dicho instituto necesitaba
un sistema de monitoreo clim
´
atico. Debido a esto se adquiri
´
o
la estaci
´
on meteorol
´
ogica WS501-UMB de la empresa Lufft,
sin embargo, como ya hemos planteado que suele suceder,
esta
´
ultima s
´
olo permite el censado de los datos, o sea, no
cuenta con la posibilidad de darles persistencia ni de proce-
sarlos. Se precisaba entonces de un sistema que permitiese:
adquirir lo datos desde la estaci
´
on, almacenarlos en alg
´
un
tipo de soporte y ponerlos a disposici
´
on de los investigadores
para su posterior procesamiento.
El objetivo de este trabajo es exponer el sistema dise
˜
nado
y desarrollado para darle soluci
´
on a esta situaci
´
on problema.
Las siguientes secciones del trabajo son: II. REVISI
´
ON
BIBLIOGR
´
AFICA, donde comentamos algunos trabajos de
los
´
ultimos 5 a
˜
nos relacionados con el monitoreo ambiental;
III. MATERIALES Y M
´
ETODOS, en el cual se presentan
algunas de las caracter
´
ısticas de la estaci
´
on meteorol
´
ogica
y se describen de forma gen
´
erica las tareas realizadas por
el data logger desarrollado; IV. HARDWARE, recoge las
caracter
´
ısticas fundamentales de los dispositivos utilizados,
con la funci
´
on que los mismos realizan dentro de nuestra
soluci
´
on; V. SOFTWARE, donde se exponen las tareas
(desde el punto de vista funcional) realizadas por el Data
Logger y se presenta la aplicaci
´
on que sirve como interfaz
entre las personas y el sistema de monitoreo; por
´
ultimo, se
encuentran las VI. CONCLUSIONES y las REFERENCIAS
BIBLIOGR
´
AFICAS de nuestra investigaci
´
on.
II. REVISI
´
ON BIBLIOGR
´
AFICA
No han sido pocos los estudios dedicados al monitoreo
ambiental, lo que resulta l
´
ogico a partir la ya mencionada
importancia que se deriva de esto. En [7] se enfocan en
el dise
˜
no e implementaci
´
on de un data logger para la
recopilaci
´
on y el an
´
alisis de datos ambientales en un edificio
inteligente. Seg
´
un lo expuesto en su trabajo, datos del
clima van a ser continuamente censados, almacenados y
procesados. Esto permitir
´
a que el sistema sea capaz no solo
de llevar un registro de las condiciones ambientales, sino
tambi
´
en de controlar el ambiente de trabajo en la instalaci
´
on.
Lo anterior al dejar abierta la posibilidad de que los usuarios
puedan modificar algunos par
´
ametros ambientales, a fin de
asegurar su confort.
El sistema se bas
´
o en un microcontrolador PIC18F45K22
y cuenta con un servidor web al que se suben los datos
para facilitar el acceso a los mismo. Otros sistemas de
monitoreo de clima se han basado en Raspberry Pi, como
es el caso de [8]. En este trabajo el acceso a los datos se
realiza desde una intranet, pero permiten que, en caso de que
estos se deseen hacer p
´
ublicos, puedan subirse a una nube
o alg
´
un otro lugar que se desee en Internet. La interface
web fue dise
˜
nada usando HTML, CSS y JavaScript para
la generaci
´
on de los reportes de los sensores en archivos
JSON y CSV. El m
´
ovil principal de esta investigaci
´
on fue
el an
´
alisis de las condiciones medioambientales en pa
´
ıses
como Tailandia, donde la calidad de vida de las personas
producto a estas condiciones se ve severamente afectada. Por
otro lado, [1] aplica el monitoreo ambiental en la agricultura.
El objetivo en ese caso fue construir un dispositivo que
pudiera monitorear la condici
´
on del clima en tiempo real.
Un servidor web en Internet se dispuso para su acceso desde
una aplicaci
´
on Android para llevar a cabo esta tarea.
El sistema propuesto aumentar
´
a la productividad de los
agricultores, asegurando que puedan realizar las tareas
agr
´
ıcolas de forma eficiente en el per
´
ıodo
´
optimo para sus
cultivos. En [9] tambi
´
en se aplica el monitoreo ambiental
a la industria agraria. Su principal objetivo fue dise
˜
nar e
implementar un sistema de monitoreo eficiente a trav
´
es del
cual los par
´
ametros requeridos se controlen de forma remota
a trav
´
es de Internet y los datos recopilados de los sensores se
almacenen en la nube, para proyectar la tendencia estimada
en el navegador web. De esta forma se puede saber en qu
´
e
zonas resulta m
´
as adecuada la siembra de los cultivos con los
que cuentan los agricultores, mejorando as
´
ı la planificaci
´
on
de su producci
´
on. El sistema se bas
´
o en el microcontrolador
NodeMCU y el an
´
alisis de los datos se llev
´
o a cabo mediante
Matlab de MathWorks gracias al soporte que brinda Thing
Speak.
Otro art
´
ıculo en este sector es [10], en el cual presentan
lo que denominan “Smart agro farm”. El mismo consiste
en un sistema de monitoreo de clima y suelo, alimentado
por energ
´
ıa solar y de bajo costo, que analiza las diferentes
propiedades del suelo y las condiciones clim
´
aticas. Por lo
tanto, desarrollan una granja inteligente de alta tecnolog
´
ıa
configurada para agricultores. Este sistema consta de tres
m
´
odulos principales denominados: m
´
odulo Internet de las
Cosas (IoT) que se compone de interconexiones de circuitos
y varios sensores para realizar las mediciones; m
´
odulo de
miner
´
ıa de datos que se ocupa de extraer la informaci
´
on
de todos los valores de datos anteriores; y m
´
odulo de la
aplicaci
´
on m
´
ovil para Android que asiste a los agricultores
en la toma de decisiones respecto a sus cultivos.
III. MATERIALES Y M
´
ETODOS
Para realizar las mediciones de las variables meteo-
rol
´
ogicas se emplea la estaci
´
on meteorol
´
ogica WS501-UMB
(ver Figura 1).
Fig. 1. Estaci
´
on Meteorol
´
ogica WS501-UMB.
Este equipo proviene de la familia de productos WS de
transductores de medici
´
on inteligentes profesionales, con
interfaz digital para aplicaciones ambientales. El mismo
cuenta con un dise
˜
no integrado con protecci
´
on radiol
´
ogica
ventilada. En la Tabla I aparecen las variables registradas
por el dispositivo.
Revista elektron, Vol. 7, No. 1, pp. 1-6 (2023)
ISSN 2525-0159
2
http://elektron.fi.uba.ar