Diseño de una estación meteorológica basada en Arduino con propiedades de tolerancia a fallos en la memoria del microprocesador

Abstract

[ES] En este Trabajo de Fin de Grado se ha diseñado y construido una estación meteorológica formada por una placa Arduino Mega 2560, un sensor de temperatura y humedad DHT11, un LED RGB, dos LEDs, uno rojo y otro verde y una pantalla LCD. Se han implementado códigos de corrección de errores (ECC) para abordar posibles fallos en la memoria del microprocesador. A partir de esta base se contemplan los siguientes dos objetivos: Por un lado, la implementación de una estación meteorológica basada en Arduino que sea capaz de leer temperatura y humedad, que enseñe esos datos por la pantalla LCD y que a la vez nos enseñe, gracias al LED RGB, niveles críticos (muy altos o bajos) de temperatura y humedad. En esta parte del trabajo se ha realizado tanto la parte física de la estación, es decir, el montaje de los componentes y su conexión entre ellos, como la parte lógica, es decir, el software que permite el correcto funcionamiento de la estación. Por otro lado, la implementación de un ECC que reduzca los errores debido a los posibles fallos de memoria del microprocesador. Para ello se utilizarán códigos Bose-ChaudhuriHocquenghem (BCH) y códigos de baja redundancia y sobrecarga reducida (Low Redundancy and Reduced Overhead: LRRO) los cuales nos permitirán asegurar los datos recogidos por la estación frente a los tipos de error más frecuentes (simples y dobles). Para validar los ECC se han llevado a cabo experimentos de inyección de fallos y se han analizado sus resultados. Finalmente, se ha realizado un análisis comparativo de los resultados obtenidos con los diferentes códigos implementados, que permita determinar la mejor opción en función de los parámetros de diseño que se pretenda optimizar. En este caso, el tiempo de ejecución y el uso de memoria.

[CA] En aquest Treball de Fi de Grau s'ha dissenyat i construït una estació meteorològica formada per una placa Arduino Mega 2560, un sensor de temperatura i humitat DHT11, un LED RGB, dos Leds, un vermell i un altre verd i una pantalla LCD, a la qual se li han implementat codis de correcció d'errors (ECC) per a abordar possibles fallades de memòria del microprocessador. A partir d'aquesta base es contemplen els següents dos objectius: D'una banda, la implementació d'una estació meteorològica basada en Arduino que sigui capaç de llegir temperatura i humitat, que ensenyi aquestes dades per la pantalla LCD i que alhora ens ensenyi gràcies al LED RGB nivells crítics (molt alts o baixos) de temperatura i humitat. En aquesta part del treball s'ha realitzat tant la part física de l'estació, és a dir, el muntatge dels components i la seva connexió entre ells, com la part lògica, és a dir, el codi que permet el correcte funcionament de l'estació. D'altra banda, la implementació d'un ECC que redueixi els errors a causa de les possibles fallades de memòria del microprocessador. Per a això s'utilitzaran codis Bose-ChaudhuriHocquenghem (BCH) i codis de baixa redundància i despesa reduïda (Low Redundancy and Reduced Overhead: LRRO) els quals ens permetran assegurar les dades recollides per l'estació enfront dels tipus d'error més freqüents (simples i dobles). Per a validar els ECC s'han dut a terme experiments d'injecció de fallades i s'han analitzat els seus resultats. Finalment, s'ha realitzat una anàlisi comparativa dels resultats obtinguts amb els diferents codis implementats, que permeti determinar la millor opció en funció dels paràmetres de disseny que es pretengui optimitzar. En aquest cas, el temps d'execució i l'ús de memoria.

[EN] In this Final Degree Project we have designed and built a weather station consisting of an Arduino Mega 2560 board, a temperature and humidity sensor DHT11, an RGB LED, two LEDs, one red and one green and an LCD display, to which we have implemented error correction codes (ECC) to address possible memory failures of the microprocessor. From this basis, the following two objectives are contemplated: On the one hand, the implementation of a weather station based on Arduino that is able to read temperature and humidity, that shows these data through the LCD screen and that at the same time shows us thanks to the RGB LED critical levels (very high or low) of temperature and humidity. In this part of the work, both the physical part of the station, i.e. the assembly of the components and their connection to each other, and the logical part, i.e. the software that allows the station to function correctly, have been carried out. On the other hand, the implementation of an ECC that reduces errors due to possible memory failures of the microprocessor. For this purpose, Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH) and Low Redundancy and Reduced Overhead (LRRO) codes will be used, which will allow us to secure the data collected by the station against the most frequent types of errors (single and double). To validate the ECCs, fault injection experiments have been carried out and their results have been analysed. Finally, a comparative analysis of the results obtained with the different implemented codes has been carried out to determine the best option depending on the design parameters to be optimised. In this case, execution time and memory usage.