Desarrollo de arquitectura de data logger de bajo consumo con comunicación LPWAN

Abstract

Este trabajo presenta el diseño e implementación de una plataforma autónoma de adquisición de variables meteorológicas, orientada a operación de largo plazo y bajo consumo. El objetivo principal fue desarrollar un registrador ambiental capaz de medir temperatura, humedad, presión y precipitación, almacenar localmente los datos y habilitar transmisión inalámbrica mediante LoRaWAN, priorizando la eficiencia energética mediante el uso de modos de bajo consumo del microcontrolador STM32L476RG y la desconexión selectiva de periféricos. Para abordar distintos escenarios de despliegue, se definieron variantes de arquitectura (según subsistema energético y tecnología de comunicación), fabricándose y ensamblándose en esta etapa la variante LoRa + batería secundaria + aporte solar como plataforma de validación integral. La metodología incluyó el diseño de PCB en KiCad, fabricación y montaje con proceso stencil + reflow, y el desarrollo de firmware en STM32CubeIDE/CubeMX utilizando HAL, FatFS para microSD y USB CDC para configuración. El software se organizó como una máquina de estados enfocada en maximizar el tiempo en Stop Mode 2, definiendo como fuentes de reactivación la alarma/temporizador del RTC externo RV-3028, interrupción por pluviómetro (EXTI) y detección de VBUS. Se desarrollaron drivers I2C para TMP117 y BME280, y un driver del RV-3028 con conversiones BCD, configuración de respaldo y rutinas de recuperación tras ciclos de apagado/encendido del riel de sensores. Para robustecer la operación en bajo consumo, se incorporó una secuencia explícita de apagado e inicio que incluye de-init y reinicialización de I2C/SPI, estacionamiento de pines en modo análogo y recuperación del bus I2C, mitigando pérdidas de estado y bloqueos del RTC al retornar desde suspensión. Los resultados de verificación confirmaron(...).

This work presents the design and implementation of an autonomous platform for meteorological variable acquisition aimed at long-term, low-power operation. The main objective was to develop an environmental data logger capable of measuring temperature, humidity, pressure, and precipitation, storing data locally, and enabling wireless transmission via LoRaWAN, while prioritizing energy efficiency through the use of low-power modes of the STM32L476RG microcontroller and selective disconnection of peripherals. To address different deployment scenarios, architecture variants were defined (according to the energy subsystem and communication technology), and in this stage the LoRa + secondary battery + solar contribution variant was fabricated and assembled as an integral validation platform. The methodology included PCB design in KiCad, fabrication and assembly using a stencil + reflow process, and firmware development in STM32CubeIDE/CubeMX using HAL, FatFS for the microSD card, and USB CDC for configuration. The software was organized as a state machine focused on maximizing time in Stop Mode 2, defining as wake-up sources the alarm/timer of the external RV-3028 RTC, a rain gauge interrupt (EXTI), and VBUS detection. I2C drivers were developed for the TMP117 and BME280, and an RV-3028 driver including BCD conversions, backup configuration, and recovery routines after sensor-rail power cycles. To improve robustness in low-power operation, an explicit power-down and start-up sequence was added, including I2C/SPI de-initialization and re-initialization, parking pins in analog mode, and I2C bus recovery, mitigating loss of state and RTC lockups when returning from deep sleep. Verification results confirmed(...).