Publicación: Prototipo para la detección de vibraciones y parámetros ambientales en el laboratorio de Ciencias de la Computación – C3
| dc.contributor.advisor | Arias Londoño, Alexander | |
| dc.contributor.advisor | Muñoz García, Andrés Mauricio | |
| dc.contributor.author | Hernández Ramos, Felipe | |
| dc.contributor.corporatename | Institución Universitaria ITM | |
| dc.contributor.jury | Hernandez, Cristian Mateo | |
| dc.coverage.temporal | Colombia | |
| dc.date.accessioned | 2026-08-28T19:50:48Z | |
| dc.date.issued | 2026-06-05 | |
| dc.description.abstract | El presente trabajo de grado tiene como objetivo el diseño e implementación de un prototipo de bajo costo para la detección de vibraciones y el monitoreo de parámetros ambientales, desarrollado en el Laboratorio de Ciencias de la Computación – C3 del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM). El sistema busca ofrecer una herramienta de apoyo al análisis sísmico y ambiental mediante la integración de sensores electrónicos, procesamiento digital de señales y conectividad IoT, contribuyendo al fortalecimiento de las capacidades de observación y registro en entornos académicos y de investigación. La metodología se basó en cuatro fases principales: análisis y selección de componentes, diseño del sistema electrónico, programación del firmware y configuración del entorno de monitoreo en la nube. El hardware se estructuró en torno a un microcontrolador ESP32, que gestiona la adquisición de datos provenientes de un sensor de vibración piezoeléctrico, junto con sensores de temperatura, humedad y precipitación. Los datos recolectados se almacenan y visualizan en tiempo real mediante las plataformas InfluxDB y Grafana, garantizando un acceso ágil y dinámico a la información. Como resultado, se obtuvo un sistema funcional capaz de registrar variaciones sísmicas y condiciones ambientales con validación preliminar y funcionalidad. El prototipo demostró ser una solución viable para aplicaciones educativas y de investigación, al combinar funcionalidad, bajo costo y escalabilidad. Las pruebas realizadas evidenciaron un correcto desempeño en la detección de vibraciones y la transmisión de datos en entornos locales y de red. | spa |
| dc.description.degreelevel | Pregrado | |
| dc.description.degreename | Ingeniero(a) Mecatrónico(a) | |
| dc.description.tableofcontents | 1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 14 1.1 Generalidades ......................................................................................................................... 14 1.2 Objetivos ................................................................................................................................. 15 1.2.1 Objetivo general ............................................................................................................... 15 1.2.2 Objetivos específicos ........................................................................................................ 15 1.3 Organización del trabajo ......................................................................................................... 16 2. MARCO TEÓRICO ...................................................................................................... 17 2.1 Monitoreo de vibraciones ........................................................................................................ 18 2.1.1 Nodos ............................................................................................................................... 18 2.1.2 Eventos ............................................................................................................................. 19 3.3 Circuito de acondicionamiento SEN-09199 + AD620 (vibraciones bajas y medias) ............. 34 Paso 1. Investigación de alternativas y selección del sensor ................................................. 34 Paso 2. Selección del sistema de amplificación .................................................................... 39 Paso 3. Diseño del circuito en software ................................................................................ 41 Paso 4. Implementación en protoboard y validación experimental ....................................... 42 Paso 5. Ensamblaje final e integración del sistema ............................................................... 44 3.4 Circuito de acondicionamiento SW‑420 (vibraciones fuertes) ............................................... 46 Paso 1. Investigación de alternativas y selección del sensor ................................................. 46 Paso 2. Diseño y simulación del circuito con el sensor SW-420 .......................................... 49 Paso 3. Implementación en protoboard y validación experimental ....................................... 50 Paso 4. Ensamblaje final e integración del sistema ............................................................... 52 3.5 Circuito de acondicionamiento YL-83 + DHT11 (monitoreo climático) ................................ 54 Paso 1. Investigación de alternativas y selección de los sensores ......................................... 54 Paso 2. Diseño y simulación del circuito con los sensores YL-83 y DHT11 ........................ 60 Paso 3. Implementación en protoboard y validación experimental ....................................... 62 Paso 4. Ensamblaje final e integración del sistema ............................................................... 64 3.6 Diseño de la base de datos en InfluxDB.................................................................................. 67 Paso 1. Creación de cuenta y acceso a InfluxDB Cloud ....................................................... 67 Paso 2. Configuración inicial y creación del bucket en InfluxDB ........................................ 70 3.7 Código de adquisición de datos en ESP32 y conexión con sensores e InfluxDB ................... 73 Paso 1. Configuración inicial del código en el entorno de desarrollo ................................... 73 Paso 2. Integración de sensores ambientales y de vibración ................................................. 77 Paso 2.1 Integración del sensor DHT11 ............................................................................ 77 Paso 2.2 Integración del sensor YL-83 ............................................................................. 78 Paso 2.3 Integración del sensor SW-420 ........................................................................... 79 Paso 2.4 Integración del sensor piezoeléctrico SEN-09199 (con AD620) ........................ 79 Paso 3. Integración completa del sistema .............................................................................. 80 Paso 4. Verificación en la plataforma ................................................................................... 84 3.8 Diseño del dashboard en Grafana para la comunicación con InfluxDB.................................. 88 3.8.1 Pasos para el diseño e implementación del dashboard en InfluxDB y Grafana para la comunicación de datos. ........... 88 2.2 Sensores de vibración .............................................................................................................. 19 2.2.1 Sensor piezoeléctrico SEN-09199 .................................................................................... 20 2.2.2 Sensor de vibración SW-420 ............................................................................................ 21 2.3 Monitoreo climático ................................................................................................................ 22 2.3.1 Estaciones de monitoreo climático ................................................................................... 22 2.4 Sensores climáticos ................................................................................................................. 23 2.4.1 Sensor DHT11 .................................................................................................................. 23 2.4.2 Sensor de lluvia YL-83 .................................................................................................... 24 2.5 Arquitectura IoT del sistema ................................................................................................... 25 3. METODOLOGÍA ......................................................................................................... 26 3.1. Soluciones existentes para el monitoreo sísmico ................................................................... 27 3.1.1 Solución 1: Geófono estándar .......................................................................................... 27 3.1.2 Solución 2: Geófono de baja frecuencia ........................................................................... 28 3.1.3 Solución 3: Acelerómetros MEMS .................................................................................. 29 3.1.4 Solución 4: Sensores híbridos .......................................................................................... 30 3.2 Soluciones existentes para el monitoreo climático .................................................................. 30 3.2.1 Solución 1: Sensor de temperatura y humedad EE181-L ................................................. 31 3.2.2 Solución 2: Sensor de temperatura y humedad HMP155A .............................................. 32 3.2.3 Solución 3: Pluviómetro TE525WS de 8 pulgadas .......................................................... 32 3.2.4 Solución 4: Pluviómetro TB4 ........................................................................................... 33 3.3 Circuito de acondicionamiento SEN-09199 + AD620 (vibraciones bajas y medias) ............. 34 Paso 1. Investigación de alternativas y selección del sensor ................................................. 34 Paso 2. Selección del sistema de amplificación .................................................................... 39 Paso 3. Diseño del circuito en software ................................................................................ 41 Paso 4. Implementación en protoboard y validación experimental ....................................... 42 Paso 5. Ensamblaje final e integración del sistema ............................................................... 44 3.4 Circuito de acondicionamiento SW‑420 (vibraciones fuertes) ............................................... 46 Paso 1. Investigación de alternativas y selección del sensor ................................................. 46 Paso 2. Diseño y simulación del circuito con el sensor SW-420 .......................................... 49 Paso 3. Implementación en protoboard y validación experimental ....................................... 50 Paso 4. Ensamblaje final e integración del sistema ............................................................... 52 3.5 Circuito de acondicionamiento YL-83 + DHT11 (monitoreo climático) ................................ 54 Paso 1. Investigación de alternativas y selección de los sensores ......................................... 54 Paso 2. Diseño y simulación del circuito con los sensores YL-83 y DHT11 ........................ 60 Paso 3. Implementación en protoboard y validación experimental ....................................... 62 Paso 4. Ensamblaje final e integración del sistema ............................................................... 64 3.6 Diseño de la base de datos en InfluxDB.................................................................................. 67 Paso 1. Creación de cuenta y acceso a InfluxDB Cloud ....................................................... 67 Paso 2. Configuración inicial y creación del bucket en InfluxDB ........................................ 70 3.7 Código de adquisición de datos en ESP32 y conexión con sensores e InfluxDB ................... 73 Paso 1. Configuración inicial del código en el entorno de desarrollo ................................... 73 Paso 2. Integración de sensores ambientales y de vibración ................................................. 77 Paso 2.1 Integración del sensor DHT11 ............................................................................ 77 Paso 2.2 Integración del sensor YL-83 ............................................................................. 78 Paso 2.3 Integración del sensor SW-420 ........................................................................... 79 Paso 2.4 Integración del sensor piezoeléctrico SEN-09199 (con AD620) ........................ 79 Paso 3. Integración completa del sistema .............................................................................. 80 Paso 4. Verificación en la plataforma ................................................................................... 84 3.8 Diseño del dashboard en Grafana para la comunicación con InfluxDB.................................. 88 3.8.1 Pasos para el diseño e implementación del dashboard en InfluxDB y Grafana para la comunicación de datos. ............................................................................................................ 88 Paso 1. Creación del dashboard en InfluxDB .................................................................... 88 Paso 2. Configuración de Grafana e integración con InfluxDB.......................................... 90 Paso 3. Diseño de paneles y visualización de datos .......................................................... 92 3.9 Diseño del prototipo mecánico ................................................................................................ 96 3.9.1 Diseño, construcción e implementación del prototipo mecánico del sistema ................ 96 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................. 101 4.1 Evaluación de los prototipos desarrollados ........................................................................... 102 4.1.1 Prototipo 1: Sensor piezoeléctrico SEN-09199 .............................................................. 102 4.1.2 Prototipo 2: Integración de múltiples sensores ............................................................... 103 4.1.3 Prototipo 3: Sistema optimizado y funcional ................................................................. 105 4.1.4 Pruebas de campo ........................................................................................................... 108 4.1.4.1 Prueba en el laboratorio ........................................................................................... 108 4.1.4.2 Pruebas en salón de clase ........................................................................................ 110 4.1.4.3 Pruebas en el parqueadero ....................................................................................... 110 4.1.5 Validación de variables ambientales .............................................................................. 111 4.1.5.1 Registro de mediciones ..................................................................................... 112 4.1.5.2 Evidencia experimental..................................................................................... 113 4.1.5.3 Análisis de resultados ....................................................................................... 118 4.1.5.4 Representación gráfica ............................................................................................ 118 4.1.6 Validación de vibraciones por flujo vehicular................................................................ 120 4.1.6.1 Registro de mediciones ........................................................................................... 120 4.1.6.2 Evidencia experimental ........................................................................................... 120 4.1.6.3 Análisis de resultados .............................................................................................. 125 4.1.6.4 Representación gráfica ............................................................................................ 125 4.1.7 Validación de presencia de lluvia mediante sensor YL-83 y modelo de referencia SIATA ........................ 127 4.1.7.1 Registro de mediciones ........................................................................................... 127 4.1.7.2 Evidencia experimental ........................................................................................... 128 4.1.7.3 Análisis de resultados .............................................................................................. 130 4.1.7.4 Representación gráfica ............................................................................................ 131 4.2 Discusión de resultados ......................................................................................................... 132 4.3 Análisis de costos y comparación con soluciones comerciales ............................................. 133 4.3.1 Costos del sistema propuesto ......................................................................................... 133 4.3.2 Comparación con nodo meteorológico ........................................................................... 133 4.3.3 Comparación con nodo sísmico ..................................................................................... 135 4.4 Conclusión del capítulo ......................................................................................................... 136 5. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y TRABAJO FUTURO ..................... 137 5.1 Conclusiones ......................................................................................................................... 137 5.2 Recomendaciones .................................................................................................................. 138 5.3 Trabajo futuro ........................................................................................................................ 138 6. REFERENCIAS .......................................................................................................... 138 6.1 Referencias ............................................................................................................................ 139 7. APÉNDICE .................................................................................................................... 141 ANEXO A. Cotizaciones de componentes.................................................................................. 141 ANEXO B. Código del sistema en ESP32 .................................................................................. 145 ANEXO C. Configuración del entorno de desarrollo en Arduino IDE ....................................... 149 | spa |
| dc.format.extent | 155 páginas | |
| dc.format.mimetype | application/pdf | |
| dc.identifier.instname | instname:Institución Universitaria ITM | spa |
| dc.identifier.reponame | reponame:Repositorio Institucional Institución Universitaria ITM | spa |
| dc.identifier.repourl | repourl:https://repositorio.itm.edu.co | spa |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.12622/8257 | |
| dc.language.iso | spa | |
| dc.publisher | Institución Universitaria ITM | |
| dc.publisher.branch | Campus Robledo | |
| dc.publisher.department | Departamento de Mecatrónica y Electromecánica::Ingeniería Mecatrónica | |
| dc.publisher.faculty | Facultad de Ingenierías | |
| dc.publisher.place | Medellín | |
| dc.publisher.program | Ingeniería Mecatrónica | |
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| dc.rights.license | Atribución-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0) | |
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| dc.subject.ddc | 620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingeniería | |
| dc.subject.ocde | 2. Ingeniería y Tecnología::2K. Otras Ingenierías y Tecnologías::2K02. Otras ingenierías y tecnologías | |
| dc.subject.ods | ODS 10: Reducción de las desigualdades. Reducir la desigualdad en los países y entre ellos | |
| dc.subject.ods | ODS 12: Producción y consumo responsables. Garantizar modalidades de consumo y producción sostenibles | |
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