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| C | L, | V. XX II | N. 24 | PP. - | - | | -
Construcción de termohigrómetro prototipo con
base datalogger en placa Arduino para interior de
edicaciones
resumen
Se construyó un termohigrómetro prototipo con base
datalogger en placa Arduino para medir la temperatura
y humedad al interior de edicaciones. Este prototipo
consta de un microprocesador Arduino Mega 2560 de
256K memoria, 16MHZ de frecuencia, sensor DHT
22 con precisión: ±0.5ºC y ±1ºC y 10s de respuesta
para temperatura, así como ±2% de humedad relativa
de precisión con 5s de respuesta para humedad
relativa. Finalmente, se adicionó un módulo lector
SD con 32GB de memoria para el registro datalogger.
Se registró la temperatura y humedad cada 10
minutos durante 24 horas y observó diferencias,
estadísticamente, signicativas (p>0,05) para la
humedad. No obstante, a pesar de las diferencias
no esperadas de la variable humedad en la que se
requiere seguir procedimientos metodológicos para
su optimización, es posible gracias a la construcción
de este termohigrómetro prototipo registrar valores
similares para la temperatura de los diseños validados
en el ámbito comercial. Nuestro prototipo obtenido
tiene un menor costo mostrándose viable para realizar
estudios sobre medición de la temperatura interior en
construcciones.
Palabras clave: termohigrómetro, datalogger, DHT
22, Arduino mega 2560
aBstract
A prototype thermohygrometer was built with data
logger base on an Arduino board to measure temperature
and humidity inside buildings, which consisted of an
Arduino Mega 2560 256K memory microprocessor,
16MHZ frequency, DHT 22 sensor with precision: ±
0.5ºC, ± 1ºC and 10s of response for temperature, as
well as ± 2% of relative humidity of precision with 5s
of response for relative humidity. Finally, an SD reader
module with 32GB of memory for the data logger
registry was added. e temperature and humidity
G M M
R A. L V
C A. H C
R A. B C
1 Universidad Nacional de Juliaca -
Puno, Perú
gmarin@unaj.edu.pe
r.lozada@unaj.edu.pe
2 Universidad Andina Néstor Cáceres
Vélasquez - Puno,Perú
arq_huamancarreon@yahoo.es
arq_rbc@hotmail.com
Construction of prototype thermo-hygrometer with data logger base
on Arduino board for interior of buildings
Recibido: junio 24 de 2017 | Revisado: octubre 12 de 2017 | Aceptado: noviembre 18 de 2017
https:// doi.org/10.24265/campus.2017.v22n24.02
172
Introducción
La medición de temperatura y hume-
dad constituyen variables fundamenta-
les en los procesos de diseño bioclimáti-
co, donde los instrumentos de monito-
reo que se usan, por lo general, son de
tipo analógico, (Fisher & Kebede, 2010;
Vilar et al., 2015). A pesar del avance
y desarrollo en la electrónica, existe una
limitación en el mercado de instrumen-
tos y sensores que almacena los datos;
aunque sus costos son elevados, y esto
es uno de los retos actuales en los cuales
radica la fabricación con bajo costo de
inversión sin desviar la precisión y exac-
titud en las mediciones (Azúa, Vázquez
& Hernández, 2017).
Dentro de la implementación de sis-
temas de adquisición de datos, la plata-
forma Arduino posibilita la disminución
de los costos (Fernández et al., 2013) y
en que cualquier medición con esta pla-
taforma puede ser realizada en condicio-
nes in situ. Además, la respuesta siempre
será obtenida en tiempo real (Schmale,
Fehrenbacher, Shrivastava & Pfeerkorn,
2016). Por tanto, la plataforma Arduino
resulta adecuada para llevar a cabo la ad-
quisición y manejo de las señales prove-
nientes de los sensores DHT (Férnandez
et al., 2013; Chase et al., 2012).
El sensor de tipo DHT 22 es preci-
so e ideal, con su integración con la pla-
taforma Arduino (Jordão et al., 2017).
Tanto el Arduino como sus componentes
soportan condiciones ambientales extre-
mas frente a la humedad y temperatura
(>70°C). Asimismo, un software y hard-
ware de código abierto permiten al usua-
rio tener una interfaz a plena disposición
(Papantoniou & Kolokotsa, 2016). En
procesos complejos, los controladores de
las microcomputadoras Arduino reem-
plazan a otros sistemas complejos de alto
costo como es el Building Energy Mana-
gement Systems (por sus siglas en inglés:
BENS). El propósito de la investigación
fue construir un termohigrómetro proto-
tipo sobre base datalogger en placa Ar-
duino para medir temperaturas y hume-
dad en interiores de edicaciones.
were measured every 10 minutes for 24 hours where
the functionality of the thermo-hygrometer was
checked; however, statistically signicant dierences
were obtained (p> 0.05) for humidity. However, in
spite of the unexpected dierences with the humidity
variable which it is necessary to follow methodological
procedures for its optimization, was possible to build
a prototype thermo-hygrometer that registered similar
values for the temperature to designs validated in the
commercial thermo-hygrometer market. e built
prototype thermo-hygrometer was feasible and with a
lower cost, which means it can be used in studies on
indoor temperature measurement in buildings.
Keywords: thermo-hygrometer, data logger, DHT
22, Arduino mega 2560
G M M - R A. L V - C A. H C -
R A. B C
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Introducción
La medición de temperatura y hume-
dad constituyen variables fundamenta-
les en los procesos de diseño bioclimáti-
co, donde los instrumentos de monito-
reo que se usan, por lo general, son de
tipo analógico, (Fisher & Kebede, 2010;
Vilar et al., 2015). A pesar del avance
y desarrollo en la electrónica, existe una
limitación en el mercado de instrumen-
tos y sensores que almacena los datos;
aunque sus costos son elevados, y esto
es uno de los retos actuales en los cuales
radica la fabricación con bajo costo de
inversión sin desviar la precisión y exac-
titud en las mediciones (Azúa, Vázquez
& Hernández, 2017).
Dentro de la implementación de sis-
temas de adquisición de datos, la plata-
forma Arduino posibilita la disminución
de los costos (Fernández et al., 2013) y
en que cualquier medición con esta pla-
taforma puede ser realizada en condicio-
nes in situ. Además, la respuesta siempre
será obtenida en tiempo real (Schmale,
Fehrenbacher, Shrivastava & Pfeerkorn,
2016). Por tanto, la plataforma Arduino
resulta adecuada para llevar a cabo la ad-
quisición y manejo de las señales prove-
nientes de los sensores DHT (Férnandez
et al., 2013; Chase et al., 2012).
El sensor de tipo DHT 22 es preci-
so e ideal, con su integración con la pla-
taforma Arduino (Jordão et al., 2017).
Tanto el Arduino como sus componentes
soportan condiciones ambientales extre-
mas frente a la humedad y temperatura
(>70°C). Asimismo, un software y hard-
ware de código abierto permiten al usua-
rio tener una interfaz a plena disposición
(Papantoniou & Kolokotsa, 2016). En
procesos complejos, los controladores de
las microcomputadoras Arduino reem-
plazan a otros sistemas complejos de alto
costo como es el Building Energy Mana-
gement Systems (por sus siglas en inglés:
BENS). El propósito de la investigación
fue construir un termohigrómetro proto-
tipo sobre base datalogger en placa Ar-
duino para medir temperaturas y hume-
dad en interiores de edicaciones.
were measured every 10 minutes for 24 hours where
the functionality of the thermo-hygrometer was
checked; however, statistically signicant dierences
were obtained (p> 0.05) for humidity. However, in
spite of the unexpected dierences with the humidity
variable which it is necessary to follow methodological
procedures for its optimization, was possible to build
a prototype thermo-hygrometer that registered similar
values for the temperature to designs validated in the
commercial thermo-hygrometer market. e built
prototype thermo-hygrometer was feasible and with a
lower cost, which means it can be used in studies on
indoor temperature measurement in buildings.
Keywords: thermo-hygrometer, data logger, DHT
22, Arduino mega 2560
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EnlaFigura1, semuestrala conexióndemódulos: (a)ArduinoMega2560,(b)
sensorDHT22,(c)lectormicroSDArduino,(d)relojDS1307RTC y (e)displayLCD
HD44780yenlaFigura2,elprototipodetermohigrómetro condatalogger.
Figura 1.Prototipodetermohigrómetro
Materiales y métodos
Se desarrolló un dispositivo basado en
la plataforma Arduino Mega 2560, al que
se integró a los sensores de temperatura
y humedad relativa. Asimismo, fueron
incorporados un módulo reloj DS1307
RTC, un lector de tarjetas micro SD Ar-
duino (data logger) y una memoria SD
de 4GB para la reserva de datos. Se uti-
lizaron una pantalla LCD serial, placa
electrónica y cables conectores, además,
de algunos componentes de fuente para
la alimentación del sistema. Se conside-
ró una placa micro-controlador AT mega
2560 (voltaje de operación de 5 volts),
regulador de voltaje integrado (alimenta-
ción externa con fuente de 7-12 volts y
consumo de corriente de 40 mA), capa-
cidad de memoria de 256 K para alojar
el programa que se ejecutó y frecuencia
de reloj de 16 MHZ. Tales condiciones
de trabajo son recomendadas por Azúa et
al., (2017).
Se estimó la utilización de un sensor
DHT 22 que ofrece mayor precisión (
Kasaei et al., 2011; Scarpa et al., 2017). El
módulo lector micro SD Arduino tiene la
principal función de valer como interface
entre la placa Arduino y la memoria SD.
El consumo de memoria es bajo y puede
almacenarse por más de un año un gran
censo de datos para una minoria de 4GB
(Torrente, 2013; Vázquez, et al., 2014).
Resultados y discusión
En la Figura 1, se muestran las conexio-
nes de los módulos: (a) Arduino Mega 2560,
(b) sensor DHT 22, (c) lector micro SD Ar-
duino, (d) reloj DS1307 RTC y (e) display
LCD HD44780 y en la Figura 2, el prototi-
po de termohigrómetro con datalogger.
Figura 1. Prototipo de termohigrómetro
C A
| C | V. XXII | N. 24 | - | 2017 |
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Figura 2. Prototipotermohigrómetrocondatalogger
Despuésdeestosetomarondatosdetemperaturayhumedaddurante24horascon
intervalosde10minutos, losque fueronalmacenadosenunatarjetamicroSDdeArduino
enformatotxt.
La Tabla1muestralosvaloresregistradostanto decontrolydeexperimento para
latemperaturayhumedaddeltermohigrómetro.Elvalorexperimentalseregistróenla
estación de monitoreo, estacionario, automático 472CF72C, ubicada en la ciudad de
Juliaca,Punoquetienecomogeorreferencia:15°28´15,8´´delatitudsury70°10´16,4´´
longitudesteyalturade3826m.s.n.m.
Figura 2. Prototipo termohigrómetro con datalogger
Se tomaron datos de temperatura y
humedad durante 24 horas con inter-
valos de 10 minutos, los que fueron al-
macenados en una tarjeta micro SD de
Arduino en formato txt.
La Tabla 1 muestra los valores regis-
trados tanto de control y de experimento
para la temperatura y humedad del ter-
mohigrómetro. El valor experimental se
registró en la estación de monitoreo, es-
tacionario, automático 472CF72C, ubi-
cada en la ciudad de Juliaca, Puno que
tiene como georreferencia: 15°28´15,8´´
de latitud sur y 70°10´16,4´´ longitud
este y altura de 3826 m.s.n.m.
Tabla 1
Valores de temperatura y humedad (grupo control y experimental)
Parámetro control* experimental
Temperatura (
o
C) 8.63 8.70
Humedad (%) 79.58 93.49
Fuente. Datos certicados por el Servicio Nacional de Meteoro-
logía e Hidrología delPerú: SENAMI
G M M - R A. L V - C A. H C -
R A. B C
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Figura 2. Prototipotermohigrómetrocondatalogger
Despuésdeestosetomarondatosdetemperaturayhumedaddurante24horascon
intervalosde10minutos, losque fueronalmacenadosenunatarjetamicroSDdeArduino
enformatotxt.
La Tabla1muestralosvaloresregistradostanto decontrolydeexperimento para
latemperaturayhumedaddeltermohigrómetro.Elvalorexperimentalseregistróenla
estación de monitoreo, estacionario, automático 472CF72C, ubicada en la ciudad de
Juliaca,Punoquetienecomogeorreferencia:15°28´15,8´´delatitudsury70°10´16,4´´
longitudesteyalturade3826m.s.n.m.
Figura 2. Prototipo termohigrómetro con datalogger
Se tomaron datos de temperatura y
humedad durante 24 horas con inter-
valos de 10 minutos, los que fueron al-
macenados en una tarjeta micro SD de
Arduino en formato txt.
La Tabla 1 muestra los valores regis-
trados tanto de control y de experimento
para la temperatura y humedad del ter-
mohigrómetro. El valor experimental se
registró en la estación de monitoreo, es-
tacionario, automático 472CF72C, ubi-
cada en la ciudad de Juliaca, Puno que
tiene como georreferencia: 15°28´15,8´´
de latitud sur y 70°10´16,4´´ longitud
este y altura de 3826 m.s.n.m.
Tabla 1
Valores de temperatura y humedad (grupo control y experimental)
Parámetro control* experimental
Temperatura (
o
C) 8.63 8.70
Humedad (%) 79.58 93.49
Fuente. Datos certicados por el Servicio Nacional de Meteoro-
logía e Hidrología delPerú: SENAMI
G M M - R A. L V - C A. H C -
R A. B C
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La Tabla 2 muestra el resumen estadís-
tico para la temperatura y la humedad.
Tabla 2
Resumen estadístico / temperatura y humedad obtenido del termohigrómetro
Temperatura
Estadígrafos Experimental Control
Promedio 8.63 8.7
Desviaciónestándar 0.01 0.1
Coecientedevariación 0.12% 1.15%
Mínimo 8.62 8.6
Máximo 8.64 8.8
Rango 0.02 0.2
Sesgoestandarizado 0.0 0.0
El valor del sesgo estandarizado se en-
contró dentro del rango esperado en los
datos, lo que corresponde a una distri-
bución normal, tal como se demuestra a
continuación:
• Comparación de medias / tempera-
tura
- Intervalos de conanza del 95% para
la media de temperatura experimental:
8,7 +/- 0,3 [8,5; 8,9]
- Intervalos de conanza del 95% para
la media de temperatura control: 8,63
+/- 0,02 [8,6; 8,7]
- Intervalos de conanza del 95% inter-
valo de conanza para la diferencia de
medias
- Suponiendo varianzas iguales: 0,07 +/-
0,16 [-0,09; 0,23]
• Prueba t para comparar medias /
temperatura
- Hipótesis nula: media1 = media2
- Hipótesis Alt.: media1 <> media2
- Suponiendo varianzas iguales: t = 1.2
valor-P = 0.3
C A
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Humedad
Estadígrafos Experimental Control
Promedio 79.58 93.49
Desviaciónestándar 0.01 0.01
Coecientedevariación 0.01% 0.01%
Mínimo 79.57 93.48
Máximo 79.59 93.5
Rango 0.02 0.02
Sesgoestandarizado 0.0 -4.52194E-12
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Puesto que el intervalo contiene el va-
lor de 0, no hay diferencia signicativa
entre las medias de la temperatura con-
trol y experimental de dos muestras de
datos con un nivel de conanza del 95%.
• Comparación de medias / humedad
- Intervalos de conanza del 95% para
la media de temperatura experimental:
79,58 +/- 0,03 [79,56; 79,61]
- Intervalos de conanza del 95% para
la media de temperatura control: 93,49
+/- 0,03 [93,46; 93,51]
- Intervalos de conanza del 95% inter-
valo de conanza para la diferencia de
medias
- Suponiendo varianzas iguales: -13,91
+/- 0,02 [-13,93; -13,89]
• Prueba t para comparar medias /
humedad
- Hipótesis nula: media1 = media2
- Hipótesis Alt.: media1 <> media2
- Suponiendo varianzas iguales:
t = -1703,62 valor-P = 0,0
Puesto que el intervalo no contiene el
valor 0, existe una diferencia estadística-
mente signicativa entre las medias de la
humedad control y experimental con un
nivel de conanza del 95%.
La Tabla 3 muestra una comparación
entre costos de termohigrómetros comer-
ciales y el termohigrómetro prototipo
construido aquí (S. / y $ USD). La di-
ferencia menor es de S./ 116.20 soles o $
60.54 USD y corresponde con el termohi-
grómetro Datalogger T° y H Unit-t USB.
Tabla 3
Comparación entre costos de termohigrómetro comerciales y el termohigrómetro prototipo
Prototipo Precio S/
Precio
$USD
Arduino Mega 2560 50,00 15,40
Sensor DHT 22 30,00 9,25
Reloj RTC DS1307 10,00 3,08
LCD HD44780 16*2 10,00 3,08
Accesorios 20,00 6,17
Total 130,00 40,12
Comerciales
Datalogger T° y H Unit-t USB 246,20 75,94
Termo higrómetro Et-175 424,75 131,00
Termo higrómetro Extech Rht20 462,35 142,60
Datalogger Cem Dt 172 505,35 155,86
Se explica que los sistemas de alma-
cenamiento de datos a través de la plata-
forma Arduino pueden ser construidos a
costos factibles y los dispositivos acceso-
G M M - R A. L V - C A. H C -
R A. B C
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Puesto que el intervalo contiene el va-
lor de 0, no hay diferencia signicativa
entre las medias de la temperatura con-
trol y experimental de dos muestras de
datos con un nivel de conanza del 95%.
• Comparación de medias / humedad
- Intervalos de conanza del 95% para
la media de temperatura experimental:
79,58 +/- 0,03 [79,56; 79,61]
- Intervalos de conanza del 95% para
la media de temperatura control: 93,49
+/- 0,03 [93,46; 93,51]
- Intervalos de conanza del 95% inter-
valo de conanza para la diferencia de
medias
- Suponiendo varianzas iguales: -13,91
+/- 0,02 [-13,93; -13,89]
• Prueba t para comparar medias /
humedad
- Hipótesis nula: media1 = media2
- Hipótesis Alt.: media1 <> media2
- Suponiendo varianzas iguales:
t = -1703,62 valor-P = 0,0
Puesto que el intervalo no contiene el
valor 0, existe una diferencia estadística-
mente signicativa entre las medias de la
humedad control y experimental con un
nivel de conanza del 95%.
La Tabla 3 muestra una comparación
entre costos de termohigrómetros comer-
ciales y el termohigrómetro prototipo
construido aquí (S. / y $ USD). La di-
ferencia menor es de S./ 116.20 soles o $
60.54 USD y corresponde con el termohi-
grómetro Datalogger T° y H Unit-t USB.
Tabla 3
Comparación entre costos de termohigrómetro comerciales y el termohigrómetro prototipo
Prototipo Precio S/
Precio
$USD
Arduino Mega 2560 50,00 15,40
Sensor DHT 22 30,00 9,25
Reloj RTC DS1307 10,00 3,08
LCD HD44780 16*2 10,00 3,08
Accesorios 20,00 6,17
Total 130,00 40,12
Comerciales
Datalogger T° y H Unit-t USB 246,20 75,94
Termo higrómetro Et-175 424,75 131,00
Termo higrómetro Extech Rht20 462,35 142,60
Datalogger Cem Dt 172 505,35 155,86
Se explica que los sistemas de alma-
cenamiento de datos a través de la plata-
forma Arduino pueden ser construidos a
costos factibles y los dispositivos acceso-
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R A. B C
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rios se hallan disponibles en el mercado
electrónico con los que se obtienen datos
fechados y ordenados en columnas en for-
mato txt. Adicionalmente, la versatilidad
y conabilidad de la plataforma Arduino
posibilita las reprogramaciones in situ, co-
rregir errores de programación de forma
rápida en periodos largos de monitoreo
evitando así, se evita la pérdida de datos en
las interrupciones del suministro de la red.
Finalmente, el termohigrómetro pro-
totipo construido en este trabajo es adap-
table a una batería recargable de 9 volts
con panel solar (12 volts como fuente de
alimentación secundaria).
Conclusiones
A pesar de la diferencia no esperada,
en la variable humedad, donde se requie-
re seguir procedimientos para su optimi-
zación, fue posible la construcción de un
termohigrómetro prototipo que registró
valores similares para la temperatura en
comparación con los termohigrómetros
comerciales.
La construcción del termohigrómetro
prototipo fue factible y a menor costo,
lo que implica su empleo en estudios de
medición sobre la temperatura interior en
construcciones como principal nalidad.
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| C | V. XXII | N. 24 | - | 2017 |
