TRABAJO DE GRADO

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Monitoreo de un medidor de flujo de agua mediante tecnología IoT Sigfox 
 
 
 
 
 
Juan Sebastián López Giraldo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA 
FACULTAD DE TECNOLOGÍA 
INGENIERÍA EN MECATRÓNICA 
2018 
Monitoreo de un medidor de flujo de agua mediante tecnología IoT Sigfox 
 
 
 
 
 
 
Juan Sebastián López Giraldo 
 
 
 
 
 
 
Tesis de grado 
 
 
 
 
 
Director 
M.Sc William Prado Martínez 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA 
FACULTAD DE TECNOLOGÍA 
INGENIERÍA EN MECATRÓNICA 
2018 
3 
 
 
Nota de aceptación: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pereira, Mayo de 2018 
 
Firma del presidente del jurado 
 
Firma del jurado 
 
Firma del jurado 
 
4 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
 
A mi familia, 
Gracias por siempre enseñarme a afrontar los retos con la fortaleza y humildad a 
pesar de la tormenta, ellos siendo el motor que mueven mi corazón para realizar 
mis metas siempre enfocadas en el bien común. 
 
A mi director, 
Por el apoyo brindado durante todo el tiempo de realización de este proyecto, sin él 
no hubiera tenido tanta claridad en el desarrollo de este. 
 
A Dios, 
Por ser la fuente de calma en todas las situaciones complicadas que se presentan 
en mi vida y darme claridad cuando veía más oscuro el camino. 
 
A la Universidad Tecnológica de Pereira, a los miembros de la facultad de Ingeniería 
en Mecatrónica y a cada una de las personas quienes brindaron su ayuda y apoyo 
para la realización de este proyecto y mi carrera profesional. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
CONTENIDO 
 pág. 
1 INTRODUCCIÓN 11 
2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 12 
2.1 PLANTEAMIENTO O DESCRIPCIÓN 12 
2.2 FORMULACIÓN 14 
2.3 SISTEMATIZACIÓN 14 
3 DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA 15 
4 JUSTIFICACIÓN 16 
5 OBJETIVOS 18 
5.1 OBJETIVO GENERAL 18 
5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 18 
6 MARCO REFERENCIAL 19 
6.1 NORMAS 19 
6.1.1 Decreto 1842 de 1991 19 
6.1.2 European Telecommunications Standards Institute (ETSI) 20 
6.2 ANTECEDENTES 20 
6.3 ANÁLISIS COMPARATIVO DE ANTECEDENTES 25 
6.3.1 Tecnología de IoT: LoRa y NB-IoT 26 
6.3.2 Comparación de tecnologías LPWAN para despliegue de IoT de larga 
escala 26 
6.3.3 Comparación entre las características de los estándares de 
comunicación 802.11ah y 802.15.4 para IoT 27 
6.4 ELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN 28 
6.4.1 EQUIPO DE MEDICIÓN DE FLUJO DE AGUA 28 
6.4.1.1 Identificación del equipo 28 
6.4.1.2 Características del equipo de medición 29 
6.4.1.3 Características eléctricas del interruptor Reed 31 
6.4.2 EQUIPO DE COMUNICACIÓN 32 
6.4.2.1 Características claves de la red Sigfox 32 
6.4.2.2 Cobertura actual de Sigfox en el Eje Cafetero 33 
6.4.2.3 Trama de datos y capas 33 
6 
 
6.4.2.4 Tarjeta de comunicación EVBSFM10R 34 
6.4.3 SISTEMA EMBEBIDO DE MICROCONTROLADOR (ARDUINO) 35 
7 DESARROLLO DE LA PROPUESTA 36 
7.1 CONFIGURACIÓN Y PRUEBA DEL DISPOSITIVO DE COMUNICACIÓN 
SIGFOX 36 
7.1.1 Identificación de ID y PAC equipo Sigfox 36 
7.1.2 Registro en Backend 38 
7.1.3 Envío de mensajes al Backend 40 
7.1.4 Visualización de los datos en la nube Sigfox 41 
7.2 HARDWARE: Descripción de los componentes y enlace entre ellos 43 
7.2.1 Diagrama de la Arquitectura / Flujo de Datos 43 
7.2.2 Diagramas Eléctricos 43 
7.2.3 Diagrama de situación 45 
7.3 COMUNICACIÓNES/HARDWARE: Protocolo de comunicación y Sigfox 48 
7.3.1 Diagrama de Flujo del Programa de Comunicación 48 
7.3.2 Arquitectura de la red 51 
7.4 SOFTWARE: PLATAFORMA WEB 52 
7.4.1 Flujo de datos de la nube Sigfox al servidor 52 
7.4.2 Flujo de datos del servidor a la base de datos 53 
7.4.3 Plataforma web 57 
8 CONCLUSIONES 60 
9 RECOMENDACIONES 61 
10 BIBLIOGRAFÍA 62 
11 ANEXOS 64 
 
 
 
 
7 
 
LISTA DE TABLAS 
Pág. 
Tabla 1. Cantidad de suscriptores de acueducto en zona rural y urbana .............. 16 
Tabla 2. Tarifas de consumo en Medellín .............................................................. 16 
Tabla 3. Análisis comparativo de las tecnologías actuales de comunicación 
inalámbrica............................................................................................................. 25 
Tabla 4. Tabla comparativa tecnología LPWAN LoRaWAN y NB-IoT ................... 26 
Tabla 5. Comparación entre redes LPWAN Sigfox, LoRaWAN, NB-IoT ................ 26 
Tabla 6. Tabla Comparativa de las principales características de los estándares 
802.11ah y 802.15.4 .............................................................................................. 28 
Tabla 7. Especificaciones de medidas del contador de agua ................................ 30 
Tabla 8. Características de lectura de consumo del contador de agua ................. 30 
Tabla 9. Especificaciones de los valores de caudal del contador de agua ............ 30 
Tabla 10. Frecuencias públicas usadas por Sigfox en cada país .......................... 32 
Tabla 11. Disposición de conexión a pines Arduino Pro Mini ................................ 44 
Tabla 12. Cantidad de bytes que ocupa el la cantidad de consumo por años ....... 49 
Tabla 13. Protocolo de empaquetamiento de los datos para envío a la nube Sigfox
 ............................................................................................................................... 51 
Tabla 14. Tabla que contiene información del cliente del acueducto ..................... 54 
Tabla 15. Tabla que contiene información de los contadores de agua .................. 54 
Tabla 16. Tabla que contiene la información de datos recibidos en los mensajes 55 
 
LISTA DE FIGURAS 
pág. 
Figura 1. Diagrama esquemático del Sistema Water Use Home (Toilet). .............. 21 
Figura 2. Infraestructura de red Objeto IOT por medio de un dispositivo wifi 
ESP8266EX ........................................................................................................... 22 
Figura 3. Infraestructura de red objeto IoT Libelium .............................................. 23 
Figura 4. Cobertura actual de la red LPWAN Sigfox .............................................. 23 
Figura 5. Arquitectura de red sensores bajo LoRaWAN ........................................ 24 
Figura 6. Tabla comparativa redes LAN, LPWAN, Cellular Network ...................... 25 
Figura 7. Contador de agua Aquasoft pd-sdc dn15 ............................................... 29 
Figura 8. Topología física del medidor de agua ..................................................... 29 
Figura 9. Curva de precisión del medidor de agua ................................................ 31 
Figura 10. Diagrama eléctrico de un sensor Reed ................................................. 31 
Figura 11. Diagrama de cobertura actual de la red LPWAN Sigfox en el Eje Cafetero
 ............................................................................................................................... 33 
Figura 12. Arquitectura de datos de la red Sigfox .................................................. 34 
8 
 
Figura 13. Tarjeta embebida de comunicación Sigfox Wisol EVBSFM10R ........... 34 
Figura 14. Microcontrolador de comunicación Sigfox SFM10R4 ........................... 34 
Figura 15. Sistema embebido Atmega168 Arduino Pro Mini ................................. 35 
Figura 16. Propiedades del conversor Serial-USB en el administrador de dispositivos
 ............................................................................................................................... 36 
Figura 17. Proceso de configuración del puerto COM virtual ................................. 37 
Figura 18. Numero de COM del dispositivo USB Wisol ......................................... 37 
Figura 19. Programa de pruebas SFM10R TEST LAB v14 ................................... 38 
Figura 20. Código DEVID y PAC del equipo WISOL EVBSFM10R ....................... 38 
Figura 21. Registro del dispositivo Sigfox en la nubePaso 1 ................................ 39 
Figura 22. Registro del dispositivo Sigfox en la nube Paso 2 ................................ 39 
Figura 23. Registro del dispositivo Sigfox en la nube Paso 3 ................................ 40 
Figura 24. Lista de dispositivos registrados en la nube Sigfox .............................. 40 
Figura 25. Envío de mensaje de prueba por medio del software de prueba WISOL
 ............................................................................................................................... 41 
Figura 26 Lista de dispositivos registrados en la plataforma Sigfox....................... 42 
Figura 27. Opción MESSAGE en el menú izquierdo de la plataforma ................... 42 
Figura 28. Tabla de datos recibidos por el equipo Sigfox ...................................... 42 
Figura 29. Diagrama de la arquitectura de flujo de datos ...................................... 43 
Figura 30. Diagrama Eléctrico del circuito implementado ...................................... 44 
Figura 31. Vista superior del prototipo diseñado en CAD ...................................... 45 
Figura 32. Vista isométrica del prototipo diseñado en CAD ................................... 46 
Figura 33. Vista superior del prototipo diseñado .................................................... 46 
Figura 34.Vista lateral del prototipo diseñado ........................................................ 47 
Figura 35. Diagrama de flujo de datos del software en el sistema embebido ........ 48 
Figura 36. Arquitectura de la red Sigfox desde el dispositivo hasta el usuario final
 ............................................................................................................................... 51 
Figura 37. Flujo de datos desde el la nube Sigfox a la plataforma web ................. 53 
Figura 38. Registros agregados en la tabla users de la base de datos ................. 55 
Figura 39. Registros agregados en la tabla contadores de la base de datos ........ 55 
Figura 40. Flujo de datos de la Nube Sigfox a la base de datos ............................ 56 
Figura 41. Registros en la tabla datos_recibidos de la base de datos ................... 57 
Figura 42. Flujo de datos de la visualización de información en la plataforma ...... 57 
Figura 43. Página de inicio de la plataforma web .................................................. 58 
Figura 44. Información del contador de agua en la plataforma web ...................... 59 
Figura 45. Datos de consumo de agua parcial y total ............................................ 59 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
LISTA DE ANEXOS 
Anexo 1. Planos de maleta rígida de transporte .................................................... 64 
Anexo 2. Vista isométrica de la maleta rígida ........................................................ 65 
 
 
10 
 
GLOSARIO 
Tiempo Unix: Formato de tiempo que tiene como valor la cantidad de segundos 
transcurridos desde la medianoche UTC del 1 de enero de 1970, sin contar segundo 
intercalares. 
Debug: Un depurador (en inglés, debugger), es un programa usado para probar y 
depurar (eliminar) los errores de otros programas (el programa "objetivo"). 
Callback: En programación de computadoras, una devolución de llamada o retro 
llamada (en inglés: callback) es una función "A" que se usa como argumento de 
otra función "B". 
Mysql: sistema de gestión de bases de datos relacional desarrollado bajo licencia 
dual: Licencia pública general/Licencia comercial por Oracle Corporation y está 
considerada como la base datos de código abierto más popular del mundo y una de 
las más populares sobre todo para entornos de desarrollo web. 
Php: Es un lenguaje de código abierto muy popular especialmente adecuado para 
el desarrollo web y que puede ser incrustado en HTML, haciendo los sitios webs 
dinámicos con la posibilidad de realizar operaciones matemáticas y consultas a 
bases de datos. 
Sigfox: Compañía francesa fundada en el año 2009 que construye redes 
inalámbricas para conectar dispositivos de bajo consumo del internet de las cosas 
los cuales necesitan estar transmitiendo pequeños paquetes de datos. 
LPWAN: Es una especificación para redes de baja potencia y área amplia, LPWAN 
(en inglés, Low Power Wide Area Network), diseñada específicamente para 
dispositivos de bajo consumo de alimentación, que operan en redes de alcance 
local, regional, nacionales o globales. 
PDA: Del inglés personal digital assistant, asistente digital personal, computadora 
de bolsillo, organizador personal o agenda electrónica de bolsillo, es una 
computadora de mano originalmente diseñada como agenda personal electrónica 
(para tener uso de calendario, lista de contactos, bloc de notas, recordatorios, 
dibujar, etc.). 
Macrochannel: FCC permite a los transmisores elegir diferentes canales macro para 
implementar una frecuencia patrón de salto permitido por el estándar. 
 
11 
 
1 INTRODUCCIÓN 
Actualmente los dispositivos electrónicos y maquinarias están apuntando a estar 
conectados a la nube con el objetivo de mejorar la eficiencia, exactitud, beneficio 
económico y adicionalmente reducir la intervención del ser humano, a esto se le 
llama IoT (Internet of Things), permitiendo a estos objetos colectar e intercambiar 
datos de sensores y actuadores. 
 
Para desarrollar esta tecnología se necesita una infraestructura la cual esté 
conectada al internet, actualmente se cuenta con proveedores de servicios de 
internet (ISP) que conectan a los clientes con la nube por medio cableado, también 
se cuentan con tecnologías móviles como 2G, 3G y 4G pero en algunas situaciones 
cuando se necesita una solución de bajo costo y mayor cobertura con requisitos de 
gastos energéticos extremadamente bajos que puedan llegar a suplir las 
limitaciones de las tecnologías anteriormente descritas tecnologías como Low 
Power Wide Area Networks (LWPA) que fueron creadas exclusivamente para el IoT 
que por medio de las frecuencias sin licencia, que son bandas reservadas 
internacionalmente para uso no comercial de radiofrecuencia electromagnética, el 
uso de estas bandas están abiertas a todo el mundo, por supuesto respetando las 
regulaciones que limitan los niveles de potencia transmitida. 
 
La tecnología LWPA líder en Colombia es SigFox, una empresa startup francés que 
desde el año 2012 está en proceso de investigación e implementación de cobertura, 
iniciando en el año 2014 con cobertura local en Francia y a finales del 2015 tuvo 
una presencia en 12 países, llego a Latinoamérica a principios de 2016 y se espera 
que a finales de 2018 haya presencia de esta red en 60 países. 
 
Esta tecnología de red permite implementar sensores alrededor de la ciudad con un 
alcance de hasta 40 km bajo las mejores condiciones en áreas rurales, siendo un 
servicio efectivo para la medición y transmisión de consumo de agua en predios 
rurales presentando una reducción de tiempo, costo y procesos. 
 
 
12 
 
2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 
2.1 PLANTEAMIENTO O DESCRIPCIÓN 
La medición de consumo de agua potable en predios rurales y urbanos se realiza 
generalmente mediante un contador. Este, es un dispositivo mecánico constituido 
por una turbina y un tambor rotativo, para el cual cada giro de la turbina desplaza 
un volumen constante de agua y en el cual, el tambor rotativo muestra el valor de 
consumo de agua en las unidades litros (l) o metros cúbicos (m3), este valor es 
directamente proporcional número de vueltas de la turbina. El tambor rotativo 
muestra el consumo total acumulado desde el momento de instalación o de lectura 
inicial hasta el momento de lectura. 
 
La medición de la cantidad de agua consumida por los usuarios de los acueductos 
o distritos de riego es la base para establecer el costo a pagar, y el proceso por el 
cual este valor es determinado por el proveedor del servicio y dado a conocer al 
usuario comúnmente se denomina facturación. 
 
El proceso de facturación puede dividirse en 3 etapasa saber; la primera conocida 
como periodo de lectura, en la cual el operario recorre una ruta predeterminada para 
leer los valores de consumo actuales de los contadores instalados en los predios de 
un área geográfica. De acuerdo con las distancias a recorrer, se pueden realizar 
recorridos a pie u otros medios de transporte. El registro de la lectura del valor de 
consumo al momento de lectura es almacenado en un PDA (Asistente Personal 
Digital) y los periodos de lectura entre lecturas de consumo para cada facturación 
se dan con una periodicidad mensual en zona urbana y bimensual o trimestral en 
zona rural. 
 
En la segunda etapa conocida como de determinación del consumo se acoge al 
decreto 1842 del 22 de Julio de 1991 el cual expresa que “cuando exista medidor, 
el consumo se determinará por la diferencia entre la lectura actual del medidor y la 
lectura anterior, siempre y cuando el medidor esté funcionando correctamente. El 
consumo así determinado será la base parcial de liquidación de la cuenta de cobro”1. 
Por lo tanto, 
 
La tercera etapa corresponde a la generación y repartición de la cuenta de cobro, 
por lo general las empresas de acueducto subcontratan el proceso de impresión y 
distribución de las cuentas de cobro a los clientes. 
 
 
1 COLOMBIA. CONGRESO DE LA REPÚBLICA. DECRETO 1842. (22, julio, 1991). Por el cual se 
expide el Estatuto Nacional de Usuarios de los Servicios Públicos Domiciliarios. Diario oficial. Bogotá, 
D.C., 1991. art.16. 
 
13 
 
Durante las tres etapas del proceso de facturación suelen presentarse 
problemáticas asociadas a los operarios y al proceso de facturación en sí mismo, 
las principales problemáticas evidenciadas son: 
 
En la etapa periodo de lectura 
● Riesgos profesionales y costos logísticos asociados con el traslado de los 
operadores que realizan las lecturas. 
● Costos asociados con la compra y mantenimiento de equipos de registro de 
datos (PDA) 
● Dificultad de acceso a el medidor y los predios 
● Tiempo utilizado en este proceso 
● Asignación de mayor cantidad de operarios para cubrir la lectura de 
medidores en áreas rurales 
● Mayores tiempos entre periodos de facturación para zonas rurales 
● Posibles errores de lectura y digitación del valor del consumo de agua 
 
En la etapa determinación del consumo 
● Tiempo muerto entre lectura y asentamiento de los datos de consumo 
 
En la etapa de generación y repartición de factura 
● Costos logísticos asociados con la repartición 
● Impacto ambiental asociado con el papel utilizado en las cuentas de cobro 
● Tiempo muerto entre generación y entrega de facturas 
 
Algunas de estas problemáticas podrían disminuir su impacto con la implementación 
de sistemas para la adquisición automática del valor de consumo y su transmisión 
inalámbrica hasta una estación o base de datos que centraliza la información. 
Esta estrategia disminuiría los tiempos de lectura y podría aumentar la periodicidad 
de facturación. Por otro lado, pueden establecerse estrategias de supervisión del 
dato entregado por un contador de agua para tener un control de la cantidad de 
consumo en predios rurales con su respectiva visualización de datos y estadísticas 
por medio de una plataforma web con su respectiva base de datos. 
Algunas de los requerimientos principales de un sistema automático para la lectura 
y transmisión de los datos serían: 
 
En la etapa de lectura 
● Contadores dotados con tecnología de generación de pulsos 
● Lectura y almacenamiento de los pulsos para determinar el consumo de agua 
● Envío de datos de consumo de agua a una base de datos en la nube con la 
posibilidad de periodos de tiempo configurable. 
 
14 
 
En la etapa de determinación del consumo 
● Esta determinación ya vendría ligada con el envío de datos al servidor web, 
siendo almacenada en una base de datos virtual cada vez que se recibe un 
dato desde el contador de agua 
● En el servidor web se puede calcular automáticamente el valor del consumo 
y tener un costo parcial para cada dato transmitido 
● Mostrar en el sitio web los datos de consumo acumulado, diario, promedio 
mensual 
 
En la etapa de generación y repartición de factura, se podría implementar el 
siguiente sistema 
● Generación de factura virtual inmediata 
● Pagos virtuales de factura parcial o total 
● Envío de información de pago al celular 
 
2.2 FORMULACIÓN 
• ¿Cómo desarrollar un sistema para el monitoreo remoto de los medidores o 
contadores de agua en zona rural evitando contratiempos y mejorando el 
proceso actual? 
• Las mediciones deben realizarse con un sistema que tenga un gasto 
energético mínimo o con sistemas de abastecimiento los cuales permitan un 
uso prolongado en el tiempo. 
• Utilizar tecnologías de tamaño pequeño, de bajo costo y fáciles de encontrar 
en el mercado. 
• Se debe crear un portal que lleve una base de datos con toda la información 
pertinente de los contadores de agua. 
• Se debe realizar un sistema con facilidad de acceso para el usuario, con un 
uso intuitivo 
• Se debe realizar un diseño para que los componentes queden en un solo 
dispositivo. 
2.3 SISTEMATIZACIÓN 
• ¿Cómo diseñar un montaje mecánico para soportar los dispositivos e 
instrumentación necesaria? 
• ¿De qué manera se podría implementar un sistema Hardware/Software 
sobre tecnologías embebidas para la adquisición de señal y almacenamiento 
de la medición del caudal de agua? 
• ¿Cuál es la mejor estrategia de empaquetamiento, transmisión y recepción 
de información por medio del hardware Sigfox para posterior presentación en 
software? 
15 
 
3 DELIMITACIÓN DEL PROBLEMA 
Para el proceso de desarrollo se realizará un prototipo funcional con tecnología 
embebida Arduino Pro Mini, caracterizado por su amplia popularidad, bajo costo y 
menor tamaño. Se propone construir un banco de medición en una maleta el cual 
puede ser utilizado para ser almacenado y transportado, se elegirá tecnología IOT 
para el envío de los datos por medio del equipo Sigfox Wisol EVBSM10R que se 
tiene disponible para su uso. Para el procesamiento de datos enviados por el equipo 
de comunicación se usará un servidor web que tenga la posibilidad de manejar 
bases de datos mysql y archivos php. 
 
Principalmente se busca visualizar la lista de datos que fueron recibidos en 
intervalos entre 1 a 8 horas entre un dato y el otro en el servidor web junto a los 
datos personales del usuario. 
 
16 
 
4 JUSTIFICACIÓN 
Al año 2016 en Colombia 2016 existen alrededor de 483.362 usuarios inscritos en 
acueducto en predios rurales y alrededor de 13.007.480 usuarios inscritos en 
predios urbanos. 
Tabla 1. Cantidad de suscriptores de acueducto en zona rural y urbana 
Zona Urbana y Rural 
AÑO SUSCRIPTORES 
2011 7.787.153 
2012 8.205.874 
2013 9.868.726 
2014 8.759.008 
2015 10.525.794 
2016 13.490.842 
Fuente: https://www.datos.gov.co/ 
A estos suscriptores se les realizan cuentas de cobro del consumo que constan de 
un cargo fijo y un costo por metro cúbico de agua consumido, estos precios varían 
según el estrato socioeconómico donde se encuentra ubicado el predio. 
Tabla 2. Tarifas de consumo en Medellín 
SECTOR 
RESIDENCIAL 
ACUEDUCTO ALCANTARILLADO 
Cargo Fijo ($ / 
Instalación) 
Cargo por consumo 
($ / m3) 
Cargo Fijo ($ / 
Instalación) 
Cargo por consumo 
($ / m3) 
0 - 13 m3 > 13 m3 0 - 13 m3 > 13 m3 
Estrato 1 3.422,55 818,77 2.046,93 1.836,38 704,26 1.760,66 
Estrato 2 5.133,82 1.228,16 2.046,93 2.754,58 1.056,39 1.760,66 
Estrato 3 7.486,82 1.791,06 2.046,93 4.017,09 1.540,57 1.760,66 
Estrato 4 8.556,37 2.048,93 2.046,93 4.590,96 1.760,66 1.760,66 
Estrato 5 12.834,56 3.070,39 3.070,39 6.886,44 2.640,98 2.640,96 
Estrato 6 13.690,19 3.275,06 3.275,08 7.345,54 2.817,05 2.817,05 
Comercial 12.834,56 3.070,39 6.886,44 2.640,98 
Industrial 11.123,28 2.661,00 5.968,25 2.286,85 
Oficina y Exenta 8.556,37 2.046,93 4.590,96 11.760,66 
Fuente: https://www.epm.com.co 
17 
 
Los cobrosdel cargo fijo alcanzan un costo de alrededor de los 13.700 pesos 
mensuales y en cuestiones de consumo según el informe de la Defensoría del 
Pueblo, con datos calculados en el año 2005, una familia de estrato 6 consume en 
promedio 33 metros cúbicos de agua al mes, mientras una de estrato 1 consume 12 
metros cúbicos de agua al mes que según las tarifas definidas en el acueducto en 
la ciudad de Medellín en tendrían un costo de 108.077 pesos y 9.820 pesos 
respectivamente. 
 
Al reducir el costo operativo de los acueductos se pueden redirigir una cantidad 
considerable de ingresos a proyectos como ampliar la cobertura actual de los 
acueductos, cuidado y conservación de la fuente de agua, mejoramiento y 
ampliación de cobertura de los alcantarillados y vertimientos de agua y asegurar un 
mínimo vital de agua a ciudadanos menos favorecidos, gracias a estos proyectos 
se podría asegurar una mejor calidad de vida de los colombianos. 
 
18 
 
5 OBJETIVOS 
5.1 OBJETIVO GENERAL 
Diseñar un sistema de adquisición y transmisión de datos para un medidor de flujo 
de agua mediante tecnología de internet de las cosas Sigfox. 
5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
● Diseñar un montaje mecánico para soportar los dispositivos e 
instrumentación necesaria 
● Implementar un sistema Hardware/Software sobre tecnologías embebidas 
para la adquisición de señal y almacenamiento de la medición del caudal de 
agua 
● Diseñar estrategia de empaquetamiento, transmisión y recepción de 
información por medio del hardware Sigfox para su visualización por medio 
de un software en una plataforma web 
● Diseñar sistema de presentación de reportes y alertas para visualización del 
consumo al usuario final, simulando una plataforma de pago de consumo. 
 
 
 
19 
 
6 MARCO REFERENCIAL 
6.1 NORMAS 
6.1.1 Decreto 1842 de 1991 
El cual expide el estatuto nacional de usuarios de los servicios públicos. Este 
decreto dictamina las principales normatividades relacionadas a la prestación de 
servicios públicos, es sumamente importante el capítulo III “del consumo y 
facturación” para conocer de fondo el proceso que se debe llevar a la hora de 
generar y entregar cuentas de cobro de servicios públicos domiciliados a los 
usuarios. 
 
Los principales artículos a resaltar son: 
• Artículo 11º.- De los requisitos de las cuentas de cobro o recibo. Las 
cuentas de cobro de los servicios públicos domiciliarios deberán reflejar el 
estado de cuenta del suscriptor y/o usuario y debe contener como mínimo la 
información de nombre de la empresa prestadora de servicio, nombre del 
suscriptor y dirección de envío de la cuenta de cobro, estrato socio-
económico, periodo a cobrar, consumo del periodo, lectura anterior del 
contador, lectura actual del contador, causa de falla de lectura si la hubiere, 
valor y fecha de pago, valor de recargo de reconexión, valor de cargo fijo y 
consumo de los 6 últimos meses con su valor promedio de consumo. 
• Artículo 12º.- De la obligatoriedad de la entrega de cobro o recibo 
oportunamente. Todo suscriptor y/o usuario tiene derecho a recibir 
oportunamente la cuanta de cobro o recibo de obligación a su cargo y la 
empresa la obligación de entregar oportunamente el recibo correspondiente. 
Las empresas deberán entregar las cuentas de cobro a los suscriptores y/o 
usuario por lo menos con cinco (5) días de antelación a la fecha de pago 
oportuno señalada en el recibo, para la cual deberán exigirse, las garantías 
necesarias para su cumplimiento. 
• Artículo 14º.- Del envío de la cuenta de cobro de una empresa por 
intermedio de otra. Las empresas de servicios públicos domiciliarios podrán 
confiarle a otras empresas de servicios públicos el envío de las cuentas de 
cobro, en desarrollo de acuerdos institucionales. 
• Artículo 16º.- De la determinación del consumo. Cuando exista medidor, 
el consumo se determinará por la diferencia entre la lectura actual del 
medidor y la lectura anterior, siempre y cuando el medidor esté funcionando 
20 
 
correctamente. El consumo así determinado será la base parcial de 
liquidación de la cuenta de cobro. 
Entre otras, las anteriores siendo unas de las más importantes 
 
6.1.2 European Telecommunications Standards Institute (ETSI) 
Las regulaciones ETSI solo permiten que los dispositivos envíen mensajes 1% del 
tiempo de una hora. Para cumplir estas regulaciones, los equipos Sigfox solo 
pueden enviar un número definido de mensajes por día. Los contratos comerciales 
a la nube Sigfox están diseñados para cumplir con esta limitación. 
 
El número de mensajes por día permitidos en la red Sigfox es una aplicación directa 
de la regulación europea ETSI: 
• Hay 3600 segundos en una hora. 
• 1% de 3.600 es 36 segundos, entonces un dispositivo solo puede emitir 36 
segundos por hora. 
• Un mensaje de Sigfox tarda en ser enviado 6 segundos en dispositivos 
compatibles con la red en la banda RCZ4 (920MHz). 
• Por lo tanto, un dispositivo puede enviar un máximo de 6 mensajes por hora 
(36/6), lo que permite un total de 144 mensajes por día (24 * 6). Sigfox 
mantiene 4 mensajes para uso de protocolo, lo que permite 140 mensajes 
por día para su dispositivo. 
6.2 ANTECEDENTES 
Un país como Colombia, con una producción científica exigua en el contexto 
Latinoamericano y mundial, con una limitada inversión en ciencia, tecnología e 
Innovación, déficit de oportunidades educativa, retraso en la implementación de 
nuevas tecnologías e inclusive malos hábitos de uso del dinero asignado a fines 
tecnológicos, esto hace que sea muy complicado que emerjan nuevas tecnologías 
ante las que ya están implementadas, siendo esta problemática un común 
denominador en los países subdesarrollados. 
 
Mundialmente se han desarrollado dispositivos que transmiten datos de consumo 
de agua, algunas de estas aplicaciones se han realizado con ZigBee y GSM. Por 
ejemplo “Water Use Home (Toilet): Sistema electrónico inteligente de medición y 
registro de agua gris reutilizada en cisterna” [3] implementando un sensor 
inalámbrico mediante ZigBee para el monitoreo de consumo de agua en un 
sanitario. 
 
 
21 
 
Figura 1. Diagrama esquemático del Sistema Water Use Home (Toilet). 
 
Fuente: https://goo.gl/uJL99x 
En el anterior diagrama se visualiza esta aplicación que se desarrolló, en la cual la 
información de cantidad de flujo de agua que se movía desde el tanque de aguas 
grises que venían de la lavadora hasta el sanitario es enviada inalámbricamente por 
medio de un módulo Zigbee al celular, principalmente este proyecto está enfocado 
al ahorro de consumo de agua, reduciendo hasta un 55% del agua consumida por 
el sanitario. 
 
En el artículo “Diseño e implementación de un sistema de medición de consumo de 
energía eléctrica y agua potable remoto con interacción al usuario basado en el 
concepto del internet de las cosas” [4], monitorean consumo de energía eléctrica y 
agua potable por medio de un dispositivo wifi ESP8266EX. 
 
El cual necesita para el proceso de envío de datos al internet una gran 
infraestructura en campo para cada uno de los elementos conectados al internet, es 
estrictamente necesario un proveedor de servicios de internet, enrutadores wifi, 
extensores de señal y en el caso de que la señal no tenga alcance en un punto muy 
lejano, toca crear una red cableado rj45, lo cual hace muy costosa la 
implementación de este servicio por medio de redes Ethernet, debido a la gran 
infraestructura necesaria. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
 
Figura 2. Infraestructura de red Objeto IOT por medio de un dispositivo wifi ESP8266EX 
 
Fuente: http://hdl.handle.net/11349/4315 
También, se realizó una creación de un equipo de medición de agua por medio de 
tecnología GSM “A low cost water consumption meter based on GSM technology”. 
La principal problemática que se encuentra en esta aplicación es que al ser 
implementada por medio de redes GSM, se genera un gasto energético alto al 
contrario de lo que dice su nombre, estas redes GSM necesitan una constante 
conectividada las antenas proveedoras de servicio. 
 
En el (2018) la empresa española Libelium presento un proyecto realizado en Irán 
de una red de sensores inalámbricos para controlar la calidad de agua una granja 
de piscicultora, bajo los estándares de comunicaciones celular (3G, GPRS, 
WCDMA) y LoRa WAN [6]. Implementando una red de sensores de calidad de agua 
acoplados en unas bases flotantes y utilizando mecanismo de alimentación de 
energía eléctrica por medio de paneles solares. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
 
Figura 3. Infraestructura de red objeto IoT Libelium 
 
Fuente: https://goo.gl/F7eTfm 
 
Estos artículos nos permiten comparar entre el uso de GSM, Wifi, ZigBee, LoRa y 
la tecnología Sigfox en temas respecto a consumo, rango, costo y eficiencia. Se 
puede encontrar también artículos donde se puede caracterizar la tecnología 
Sigfox: “Coverage Comparison of GPRS, NB-IoT, LoRa, and SigFox in a 7800 km² 
Area” [7] donde se estudia el rango y cobertura de cada una de las tecnologías 
inalámbricas disponibles actualmente, encontrando dentro de esta investigación 
que la red LPWAN que actualmente está a la cabeza en ventajas tecnológicas, de 
cobertura y de investigación es las redes Sigfox con una cobertura poblacional de 
un 50% en Colombia y con un estimado del 70% a finales del 2018. 
 
Las redes LPWAN como Sigfox al encontrarse en proceso de despliegue 
tecnológico de cobertura, no son investigadas y no suelen haber desarrollos de 
prototipos o productos finales, estas tecnologías han demostrado que cuentan con 
unas grandes ventajas ante las otras tecnologías de desarrollo de prototipos 
inalámbricos. 
Figura 4. Cobertura actual de la red LPWAN Sigfox 
 
Fuente: www.sigfox.com 
http://www.sigfox.com/
24 
 
Una de las aplicaciones que se han realizado con la tecnología LPWAN la 
encontramos en el artículo “Sistema para la medición de gases de efecto 
invernadero mediante los principios del internet de las cosas, alineado al 
cumplimiento de los compromisos de Colombia ante las naciones unidas” [8], en el 
cual realizan unos sensores de análisis de las variables ambientales en un lugar 
específico de la ciudad de Bogotá, este experimento fue un éxito y envía datos de 
temperatura, humedad relativa, PPM de CH4 y PPM de CO2. Lo que representa que 
la tecnología LPWAN Sigfox resulta ser un método eficiente para el monitoreo y 
control de manera inalámbrica en cualquier lugar urbano o rural. 
Figura 5. Arquitectura de red sensores bajo LoRaWAN 
 
Fuente: http://hdl.handle.net/11634/10735 
Por esto es que la red Sigfox es una de la más adecuadas para la realización de 
este proyecto, ya que es una red que tiene una comunicación optimizada para 
dispositivos de bajo consumo de energía alcanzando duraciones de hasta 20 años 
de batería, un bajo costo de suscripción al servicio de red y módulos de 
comunicación desde 2 dólares cada uno, cuenta con tecnología de fácil integración 
y protocolo abierto teniendo una alta cobertura gracias a la eficiencia de la 
tecnología de transmisión de datos inalámbrica, alta escalabilidad asegurando que 
haya un crecimiento de dispositivos implementados en esta red sin perder calidad 
en los servicios ofrecidos y una alta seguridad gracias a los siguientes factores 
• En cuanto al campo de radio, cada mensaje se envía tres veces en tres 
frecuencias diferentes, esto protege la radio inalámbrica del sniffing conocido 
como analizador de paquete o de protocolo, con el cual un hacker puede 
lograr leer los paquetes de mensaje que viajan por una red e inclusive llegar 
a manipularlo antes de que llegue a su destino. 
• Las estaciones base Sigfox están conectadas con la nube por medio de una 
red virtual privada (VPN) cifrada. 
• La nube Sigfox, se encuentra alojada en centros de datos seguros 
distribuidos en varias ubicaciones físicas. 
http://hdl.handle.net/11634/10735
25 
 
• Entre la nube Sigfox y los dispositivos de comunicación hay un método de 
autenticación basado en una firma única digital guardada en una memoria no 
accesible la cual es usada por los mensajes enviados y recibidos. 
Todos los beneficios que entrega esta tecnología de red, la posicionan como una 
de las mejores opciones para las comunicaciones inalámbricas del internet de las 
cosas, prestando un servicio de calidad en cualquier parte del país mientras haya 
cobertura de esta red, la cual está en constante crecimiento gracias a las empresas 
dedicadas al despliegue de estaciones base en cada país. 
 
Otro beneficio de investigar esta tecnología se encuentra en que hay muy pocas 
aplicaciones desarrolladas en el país y el mundo, siendo una aplicación competitiva 
e innovadora en el ámbito del internet de las cosas. 
 
6.3 ANÁLISIS COMPARATIVO DE ANTECEDENTES 
Al realizar un análisis de cada una de las tecnologías implementadas actualmente 
en el mundo, se encontraron los siguientes índices de cobertura, costo, eficiencia 
energética, escalabilidad y seguridad. 
Tabla 3. Análisis comparativo de las tecnologías actuales de comunicación inalámbrica. 
 GSM WIFI ZigBee LoRa Sigfox 
COBERTURA ALTA BAJA BAJA ALTA ALTA 
BAJO COSTO BAJO BAJO ALTO ALTO ALTO 
EFICIENCIA 
BATERÍA 
MEDIA BAJA MEDIA ALTO ALTO 
ESCALABILIDAD MEDIA MEDIA BAJA ALTA ALTA 
SEGURIDAD BAJA BAJA BAJA ALTA ALTA 
 Fuente: https://goo.gl/SVycLq 
Figura 6. Tabla comparativa redes LAN, LPWAN, Cellular Network 
 
Fuente: www.sigfox.com 
26 
 
6.3.1 Tecnología de IoT: LoRa y NB-IoT 
Las principales diferencias en las tecnologías LPWAN que se evidencian entre 
LoRaWAN y NB-IoT son gracias a sus diferentes principios tecnológicos aportando 
ventajas y desventajas a cada una de estas redes. 
No existe una tecnología LPWAN que sea definitiva ni la más apropiada para una 
aplicación específica, ya que cada una de estas aplicaciones tiene sus requisitos 
propiamente específicos, que llevan a elegir una tecnología en especial. 
 
Las redes LPWAN LoRA y NB-IoT tienen su lugar en el mercado, LoRa centrándose 
en aplicaciones de bajo costo y alta eficiencia energética, mientras tanto, NB-IoT se 
enfoca en dispositivos que requieren una alta calidad de servicio y baja latencia, sin 
importar el precio de implementación. 
Tabla 4. Tabla comparativa tecnología LPWAN LoRaWAN y NB-IoT 
Parámetros LoRaWAN NB-IoT 
Ancho de banda 500-125 kHz 180 kHz 
Velocidad 
máxima de datos 
290 bps - 50 kbps 
(Subida / Descarga) 
Descarga: 234.7 kbps 
Subida: 204.8 kbps 
Presupuesto de 
enlace 
154 dB 150 dB 
Mensajes 
máximos por día 
Ilimitado Ilimitado 
Eficiencia 
energetica 
Muy alta Medio alta 
Inmunidad a la 
interferencia 
Muy alta Baja 
Corriente pico 32 mA 120-300 mA 
Corriente durante 
proceso Sleep 
1 uA 5 uA 
Fuente: https://doi.org/10.1016/j.icte.2017.03.004 
6.3.2 Comparación de tecnologías LPWAN para despliegue de IoT de larga 
escala 
Tabla 5. Comparación entre redes LPWAN Sigfox, LoRaWAN, NB-IoT 
Características Sigfox LoRaWAN NB-IoT 
Frecuencia 
Bandas ISM sin licencia (868 
Mhz en Europa, 915 Mhz en 
Norte América y 433 Mhz en 
Ásia) 
Bandas ISM sin licencia (868 
Mhz en Europa, 915 Mhz en 
Norte América y 433 Mhz en 
Ásia) 
Frecuencia LTE 
licenciada 
Ancho de banda 100 Hz 250 Khz y 125 Khz 200 Khz 
27 
 
Máximo ratio de 
datos 
100 bps 50kbps 200 kbps 
Bidireccional Limitada / Half-duplex Si / Half-duplex Si / Half-duplex 
Máximos 
mensajes por día 
140 (Subida) / 4 (Descarga) Ilimitados Ilimitados 
Máximo tamaño 
de trama 
12 bytes (Subida) / 8 bytes 
(Descarga) 
243 bytes 1600 bytes 
Rango 
10 km (urbano) / 40 km 
(rural) 
5 km (urbano) / 20 km (rural) 
1 km (urbano) / 
10 km (rural) 
Inmunidad a la 
interferencia 
Muy alta Muy alta Baja 
Autenticación y 
encriptación 
No soportado Si (AES 128b) 
Si (Encriptación 
LTE) 
Fuente: https://doi.org/10.1016/j.icte.2017.12.005 
Las tecnologías emergentes LPWAN Sigfox, LoRa y NB-IoT suelen diferenciarse 
por el método usado para realizar la comunicación. Cada tecnología podría tener su 
espacio dentro del Mercadodel internet de las cosas. Sigfox y LoRa podrían servir 
como los dispositivos de bajo costo con una alta cobertura, tasa de comunicación 
baja y una muy larga duración de batería. 
 
A diferencia de Sigfox, LoRa podría servir para asegurar una comunicación 
confiable cuando los dispositivos se mueven a altas velocidades mediante el 
despliegue de la red local. Por el contrario, NB-IoT podría servir a las aplicaciones 
de IoT que estén dispuestos a asumir el costo de baja latencia y alta calidad del 
servicio. 
 
Aunque para este tipo de aplicaciones es necesario un alto rango de cobertura y en 
este caso Sigfox es el que está a la cabeza gracias a sus características de trama 
de datos, cantidad de mensajes enviados por día y tecnología Ultra Narrow Band 
Modulation haciendo de esta tecnología una red de largo alcance y fidelidad. 
6.3.3 Comparación entre las características de los estándares de 
comunicación 802.11ah y 802.15.4 para IoT 
Los estándares de comunicación 802.11ah y 802.15.4 para IoT presentan unas 
diferencias en los ámbitos de frecuencias, cantidad de estaciones base, ahorro de 
energía, máxima velocidad de transmisión de datos, máximo rango y aplicaciones 
adecuadas según el estándar. 
 
Por esto se debe considerar comparar cada una de las características de cada una 
de estas tecnologías, para poder analizar cuál es la opción más adecuada a la hora 
de la implementación de un dispositivo del internet de las cosas. 
 
28 
 
Tabla 6. Tabla Comparativa de las principales características de los estándares 802.11ah y 802.15.4 
Características 802.11ah 802.15.4 
Aplicaciones 
adecuadas 
Ciudades inteligentes, 
Casas Inteligentes 
Agricultura 
Inteligente, Monitoreo 
Ambiental 
Soporte de Red 
Sensor y Enlaces 
Intermedios 
Sensor 
Frecuencia Sub-1 Ghz 2.4 GHz, Sub-1 GHz 
Máxima Velocidad 
de Datos 
78 Mbps (16 MHz en la 
frecuencia Sub-1 GHz) 
250 Kbps (2 MHz in 
2.4 GHz) 
Máximo Rango 1000 m (sin repetidores) 
100 m (sin 
repetidores) 
Ahorro Energético TIM, DTIM, TWT 
Estrategia de 
despertar y dormir el 
dispositivo 
Fuente: https://doi.org/10.1016/j.icte.2016.07.003 
Ahora, según las pruebas de simulación realizadas en esta investigación, 
claramente se evidencia una mejora del estándar 802.11ah sobre el 802.15.4 en 
términos de soporte de red, máxima velocidad de datos y máximo rango. Sin 
embargo, el estándar 802.15.4 demuestra mayor eficiencia energética. 
 
Así que para elegir el método más adecuado de comunicación es mejor referirse a 
las aplicaciones recomendadas para cada uno de los estándares, dependiendo del 
dispositivo a desarrollar. 
6.4 ELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN 
6.4.1 EQUIPO DE MEDICIÓN DE FLUJO DE AGUA 
6.4.1.1 Identificación del equipo 
El equipo de medición de volumen de agua al cual va a ser adaptada la tecnología 
Sigfox es el Medidor AQUASOFT PD-SDC V04 el cual fue suministrado por el 
ingeniero William Prado Martínez del grupo de investigación MECABOT para el 
desarrollo del proyecto. Este equipo cumple con la norma técnica ISO 4064 
Contadores de agua para agua fría potable y agua caliente y la NTC 1063 medición 
del flujo de agua en conductos cerrados a sección llena. Medidores para agua 
potable fría y agua caliente. 
 
 
https://doi.org/10.1016/j.icte.2016.07.003
29 
 
Figura 7. Contador de agua Aquasoft pd-sdc dn15 
 
Fuente: https://goo.gl/4DRzLf 
6.4.1.2 Características del equipo de medición 
La principal aplicación de este equipo es la medición de flujos residenciales para 
agua potable que pasa por las redes de acueducto. 
Para un funcionamiento correcto de este dispositivo de medición de flujo las 
condiciones de trabajo ideales son: 
•Temperatura del agua fría de 30°C (seguro hasta 50°C) y para agua caliente 
de 90°C 
•Presión del agua ≤1.0 Mpa 
En su composición física este medidor cuenta con un cuerpo en polímero sintético 
“composite”, teniendo como característica principal asegurar una alta sensibilidad y 
precisión de registro a través de un amplio rango de flujo, cuenta con un blindaje 
antimagnético que evita interferencia de otros equipos que pueden afectar la 
medición del interruptor REED, y gracias a la posibilidad de instalación vertical o 
horizontal genera una alta versatilidad para el uso en campo teniendo en cuenta 
que debe ser instalado con la dirección de flujo indicado en el equipo. 
Generalmente este equipo es utilizado para medición de volumen de agua que ha 
fluido por su tubería con diámetro nominal (DN) 15, el cual según la hoja de datos 
genera un pulso eléctrico cada 10 litros por medio de un interruptor REED. 
Figura 8. Topología física del medidor de agua 
 
Fuente: https://goo.gl/sp1yps 
30 
 
Tabla 7. Especificaciones de medidas del contador de agua 
Diámetro Nominal 
Q3/Q1 R=200 
DN 15 
Cuerpo de Hilo DN G3/4B 
Conector de Rosca d R 1/2 
Longitud del Cuerpo mm L 115 
Longitud Total mm L1 209 
Ancho mm W 84 
Metros de Altura mm H 109.5 
Altura de Trabajo mm H1 181 
Fuente: https://goo.gl/sp1yps 
Las características de lectura visual de la cantidad de volumen en el rodillo rotativo 
están indicadas por la siguiente tabla 
 
Tabla 8. Características de lectura de consumo del contador de agua 
Diámetro Nominal 
15 
DN 
Número Rodillos Negro Numerados 5 
Número Rodillos Rojo Numerados 2 
Número de Puntero Rojo 2 
Lectura Máxima 99999 
Lectura Mínima 0.0001 
Mínimo de Graduación 0.05 
Fuente: https://goo.gl/sp1yps 
A continuación, se presentan las especificaciones de caudal para este medidor de 
agua 
Tabla 9. Especificaciones de los valores de caudal del contador de agua 
Valores de Caudal Unidades SI 
Caudal promedio Q3/Q1 l/h 0.2 
Caudal Máximo Q4 m3/h 3.125 
Caudal Nominal Q3 m3/h 2.5 
Caudal Transición (precisión +/- 2%) Q2 l/h 20 
Caudal Mínimo (precisión +/- 5%) Q1 l/h 12.5 
Caudal de Arranque l/h 0.05 
31 
 
Fuente: https://goo.gl/sp1yps 
En la figura 4 se pueden visualizar los datos de precisión, cuando el caudal mínimo 
que es de 12.5 l/h tiene una precisión de alrededor de -1%, al llegar al caudal de 
transición que es de 20 l/h tiene una precisión muy cercana y por debajo a 0%, el 
error fluctúa entre -1 y +2 por ciento entre los valores de caudal de transición y 
caudal nominal que es de 2.5 m3/h y entre el caudal nominal y el caudal máximo 
que es de 3.125 m3/h hay un error de alrededor de 1%. 
Figura 9. Curva de precisión del medidor de agua 
 
Fuente: https://goo.gl/sp1yps 
6.4.1.3 Características eléctricas del interruptor Reed 
Para este caso en el cual se pretende usar el sensor de volumen de agua la versión 
PD-SDC (E) del contador de agua está equipado con un conjunto de interruptores 
de láminas que se pueden conectar a los sistemas de lectura remota. 
 
Teniendo unas condiciones de trabajo, las cuales son: 
• Temperatura del agua ≤ 40°C 
• Presión del agua ≤ 1.6MPa. 
• Distancia entre el medidor y el recolector de datos ≤ 100m 
El interruptor de pulso Reed consiste en una carcasa de plástico con un interruptor 
de láminas para leer el consumo total de agua, el sensor se presenta con un cable 
de 2 núcleos, 1,5m de longitud y 3,5mm de diámetro con un voltaje máximo de 
Vmax: 24 V DC y corriente máxima de Imax: 0.01 A. 
Figura 10. Diagrama eléctrico de un sensor Reed 
 
Fuente: https://goo.gl/sp1yps 
32 
 
6.4.2 EQUIPO DE COMUNICACIÓN 
6.4.2.1 Características claves de la red Sigfox 
Esta tecnología es altamente resistente a la interferencia y está perfectamente 
desarrollada para equipos de IoT que deben ser usados con bajo consumo de 
energía y enviar datos con un largo alcance. Ofrece en cada país implementado una 
frecuencia diferente según regulaciones de frecuencias de bandas publicas 
disponibles para su uso libre y totalmente gratuito 
Tabla 10. Frecuencias públicas usadas por Sigfox en cada país 
 RCZ1 RCZ2 RCZ3 RCZ4 
Frecuencia 868 MHz 902 MHz 
923 
MHz 
920 MHz 
Países 
Europa, Omán, Irán, 
South África, Túnez, 
Emiratos Árabes 
Unidos 
Estados 
Unidos, 
Brasil, 
MéxicoJapón 
Australia, Nueva Zelanda, Singapur, 
Taiwán, Hong Kong, Colombia, 
Argentina, Costa Rica, Tailandia, 
Malasia, Ecuador, Panamá, El Salvador 
Fuente: www.sigfox.com 
Ofrece una alta calidad del servicio ya que los equipos de IoT no están conectados 
a una estación base si no que envían los mensajes y pueden ser recibidos por 
cualquier estación base a su alcance, gracias a la diversidad espacial junto con la 
diversidad del tiempo y frecuencia de las ondas de radio encaminan a la alta calidad 
del servicio de la conexión Sigfox. 
Las características principales de SigFox, y que lo convierten en un actor clave del 
desarrollo del IoT, son: 
 
•Tecnología de banda estrecha (Narrow Band). 
•Bajo coste (tanto del dispositivo como del servicio). 
•Muy eficientes en el uso de energía (pueden funcionar durante años a pilas). 
•Gran cobertura. 
•Requiere pocas estaciones base (miles de sensores pueden controlarse 
desde una misma estación). 
•Excelente penetración bajo tierra, lo cual mejora la cobertura y amplía los 
usos. 
•Sensibilidad de recepción de la señal relativamente baja en los terminales. 
•Topología en estrella (facilita el despliegue y eficiencia energética). 
http://www.sigfox.com/
33 
 
•Robustez del servicio ante interferencias de la señal. 
6.4.2.2 Cobertura actual de Sigfox en el Eje Cafetero 
En el siguiente mapa ilustrado en la Figura 7 se muestra la cobertura actual de la 
red Sigfox, las manchas azules son los puntos donde hay cobertura de 1 antena, 
las manchas verdes son las zonas donde hay cobertura de 2 antenas y las manchas 
rojas son las zonas donde hay cobertura de hasta 3 antenas. 
 
Figura 11. Diagrama de cobertura actual de la red LPWAN Sigfox en el Eje Cafetero 
 
Fuente: https://backend.sigfox.com/welcome/coverage 
Esta amplia cobertura en el Eje Cafetero es muy positiva para este tipo de prototipos 
ya que aseguran una buena calidad de comunicación, además, la empresa 
encargada de la instalación de estas antenas se encuentra en proceso de 
instalación de más estaciones bases para aumentar la cobertura nacional, con un 
estimado a finales del año 2018 de hasta el 70% de la población en Colombia. 
6.4.2.3 Trama de datos y capas 
SIGFOX es una solución que se concentra en dispositivos de baja velocidad, el cual 
puede enviar entre 0 y 140 mensajes por día y cada mensaje contiene hasta 12 
bytes de información útil. El protocolo envía el ID del dispositivo, fecha y hora de 
envío y no hay ningún límite ni dictamen para estructurar estos 12 bytes que son 
totalmente utilizables. 
 
https://backend.sigfox.com/welcome/coverage
34 
 
Figura 12. Arquitectura de datos de la red Sigfox 
 
Fuente: https://www.sigfox.com/en/sigfox-iot-technology-overview 
6.4.2.4 Tarjeta de comunicación EVBSFM10R 
La tarjeta escogida para este proyecto fue la tarjeta de desarrollo Wisol 
EVBSFM10R4 la cual trabaja en la zona de configuración RCZ4 a (920MHz), zona 
definida por la reglamentación ETSI. 
Figura 13. Tarjeta embebida de comunicación Sigfox Wisol EVBSFM10R 
 
Fuente: http://support.wisol.co.kr/en/ 
Cuenta con un módulo embebido de comunicación Sigfox SFM10R4 ilustrado en la 
Figura 10 
Figura 14. Microcontrolador de comunicación Sigfox SFM10R4 
 
Fuente: http://support.wisol.co.kr/wp-content/uploads/2017/01/WSSFM10R2_2.png 
https://www.sigfox.com/en/sigfox-iot-technology-overview
35 
 
Adicionalmente cuenta un módulo UART-USB para hacer pruebas de comunicación 
por medio del Software SFM10R Test Lab, sensores internos de temperatura y 
voltaje de batería. Para realizar envíos de mensajes deben ser codificados por 
medio de comandos AT predefinidos por medio del puerto Rx, solo si el dispositivo 
ya se encuentra registrado satisfactoriamente en la nube Sigfox. 
6.4.3 SISTEMA EMBEBIDO DE MICROCONTROLADOR (ARDUINO) 
 
El sistema embebido Arduino es una opción muy viable para este tipo de proyecto, 
tiene muchas ventajas ante el uso de un micro controlador ya que suele ser una 
solución rápida, económica y amigable para el proceso de prototipado. 
Figura 15. Sistema embebido Atmega168 Arduino Pro Mini 
 
Fuente: https://store.arduino.cc/usa/arduino-pro-mini 
El Arduino Pro Mini es una tarjeta con un micro controlador ATmega168. Tiene 14 
pines de entradas/salidas los cuales 6 pueden ser usadas como salidas PWM y 8 
entradas análogas. Para programar esta tarjeta se debe usar un conversor serie-
USB FTDI232, esto se debe a su bajo tamaño, en las versiones más grandes de 
Arduino, ya viene incluido este conversor y un puerto USB. 
 
Gracias a la librería existente de puerto serial virtual llamada SoftwareSerial.h, 
podemos realizar un debug del proceso mientras está en funcionamiento el proceso 
de envío de datos por medio de la red Sigfox, en este caso se utilizó el puerto 8 y 9 
del Arduino para conectar el dispositivo de comunicación Sigfox. 
36 
 
7 DESARROLLO DE LA PROPUESTA 
7.1 CONFIGURACIÓN Y PRUEBA DEL DISPOSITIVO DE COMUNICACIÓN 
SIGFOX 
Para la verificación, configuración y puesta en funcionamiento del equipo de 
comunicación embebido WISOL EVBSFM10R con la nube Sigfox, se deben seguir 
los siguientes pasos. 
7.1.1 Identificación de ID y PAC equipo Sigfox 
Para proceder a configurar el dispositivo Sigfox en la nube, se debe realizar un 
proceso de identificación de los datos de ID y PAC del equipo, para esto se debe 
configurar el software SFM10R TEST LAB v14 siguiendo los siguientes pasos: 
 
Primero se debe conectar la tarjeta de comunicación al computador por medio de 
USB, ingresar al administrador de dispositivos y en la lista Universal Serial Bus 
Controllers se debe dar doble clic a la opción USB Serial Converter B. 
Figura 16. Propiedades del conversor Serial-USB en el administrador de dispositivos 
 
 
Posteriormente abrirá una ventana con las propiedades de este elemento, se debe 
abrir la pestaña Avanzado y dar clic en Load VCP, esto causa que el dispositivo 
USB aparezca como un puerto COM adicional disponible en el PC. El software de 
aplicaciones específicas puede acceder al dispositivo USB en la misma manera 
como si fuera un puerto COM estándar. 
 
37 
 
Figura 17. Proceso de configuración del puerto COM virtual 
 
Posteriormente de activar el puerto COM virtual, se debe buscar el número de COM 
usado por este dispositivo USB en la lista Puertos (COM & LPT) y buscar el USB 
Serial Port usado por el dispositivo en este caso es el puerto COM 7, ya con este 
número de puerto podemos conectarnos al dispositivo por medio del Software de 
pruebas Wisol. 
Figura 18. Numero de COM del dispositivo USB Wisol 
 
 
El Software de pruebas SFM10R TEST LAB v14 http://support.wisol.co.kr/wp-
content/uploads/2017/04/EXE_SFM10R_AT_TEST_v14.zip es un software 
diseñado por WISOL, la empresa desarrolladora de las tarjetas de comunicación 
embebidas en Korea, en la cual podemos realizar solicitud del DEVID y PAC del 
equipo, testeos de comunicación con el equipo y la nube Sigfox y testeo de la onda 
generada por el equipo por medio de un analizador de espectro. 
 
Pero esencialmente para este paso se necesita el número DEVID y PAC del equipo 
de comunicación, se abre el programa y se introduce en DUTCOM el puerto COM 
al cual está conectado el equipo de comunicación y se da clic en conectar. 
 
http://support.wisol.co.kr/wp-content/uploads/2017/04/EXE_SFM10R_AT_TEST_v14.zip
http://support.wisol.co.kr/wp-content/uploads/2017/04/EXE_SFM10R_AT_TEST_v14.zip
38 
 
Figura 19. Programa de pruebas SFM10R TEST LAB v14 
 
 
Si el Software se ha conectado satisfactoriamente al equipo en la ventana de texto 
aparecera “Dut Com:7 is Connected Baud[9600]”, primero para hacer pruebas de 
comunicación con el equipo se debe dar clic en AT, si en el campo de texto aparece 
OK posteriormente del comando AT la comunicación es correcta. Para solicitar el 
código DEVID se debe hacer clic en el boton Get DEVID, lo que realiza el software 
es enviar el codigo AT$I=10, si es correcta la comunicación llegara de vuelta unmensaje con el código DEVID que en este caso es 002C31. Para solicitar el código 
PAC, se debe hacer clic en el botón Get PAC, lo que realiza el software es enviar el 
comando AT$I=11, si es correcta la comunicación llegara de vuelta un mensaje con 
el código PAC que en este caso es 0169B21C4397B4. 
Figura 20. Código DEVID y PAC del equipo WISOL EVBSFM10R 
 
7.1.2 Registro en Backend 
Al haber obtenido el código DEVID y PAC del equipo, se debe registrar el equipo en 
la plataforma sigfox, primero se debe ingresar al link https://buy.sigfox.com/activate 
 
https://buy.sigfox.com/activate
39 
 
Figura 21. Registro del dispositivo Sigfox en la nube Paso 1 
 
Fuente: https://buy.sigfox.com/activate 
En el primer paso denominado Country en la plataforma Sigfox debemos escoger el 
país en el cual vamos a utilizar el equipo para que esté quede registrado ante la 
empresa prestadora del servicio de despliegue de la red Sigfox, en el caso de 
Colombia la empresa prestadora de este servicio es WND Colombia. 
 
Se debe presionar Next para pasar al siguiente paso en el cual se registran los datos 
de DEVID, PAC, propósito del proyecto y descripción del proyecto, como ya 
habíamos registrado estos datos de PAC y DEVID. 
Figura 22. Registro del dispositivo Sigfox en la nube Paso 2 
 
Fuente: https://buy.sigfox.com/activate 
https://buy.sigfox.com/activate
https://buy.sigfox.com/activate
40 
 
Como ya había registrado estos códigos en la nube, se muestra el error “We could 
not find a DevKit matching your ID/PAC” que quiere decir que no encuentra un 
dispositivo registrado que concuerde con los datos de ID y PAC. 
 
Posteriormente, si no se ha registrado una cuenta en la plataforma, se debe crear 
una cuenta nueva de Sigfox con los datos de nombres, apellidos, email, contraseña, 
país y nombre de la compañía. Al registrarse se recibirá un email solicitando 
confirmación del registro en la plataforma Sigfox, se debe confirmar la cuenta y ya 
está todo listo para ingresar a la plataforma Sigfox. 
Figura 23. Registro del dispositivo Sigfox en la nube Paso 3 
 
Fuente: https://buy.sigfox.com/activate 
Ahora si el equipo ha sido registrado satisfactoriamente en la plataforma de la nube 
Sigfox. 
 
Para visualizar los equipos registrados dentro de la plataforma se debe ingresar al 
sitio web https://backend.sigfox.com, ingresar el usuario y contraseña y dar clic en 
el botón DEVICE, aparecerá una lista de dispositivos como se puede ver en la 
Figura 20. 
Figura 24. Lista de dispositivos registrados en la nube Sigfox 
 
 
7.1.3 Envío de mensajes al Backend 
Después de registrar el dispositivo en la plataforma Sigfox, ya está listo el equipo 
para enviar mensajes, así que se procede a enviar mensajes de prueba a la nube 
Sigfox. 
https://buy.sigfox.com/activate
https://backend.sigfox.com/
41 
 
Figura 25. Envío de mensaje de prueba por medio del software de prueba WISOL 
 
 
Como se muestra en la Figura 21, primero se realizó la conexión con el dispositivo 
por medio del puerto COM que está siendo usado actualmente, luego se probó la 
comunicación con el comando AT haciendo clic en el botón AT. Este dispositivo 
puede ser usado para propósitos de pruebas o para uso con la red Sigfox, así que 
para asegurar que el equipo esté configurado con la llave privada, se debe hacer 
clic en el botón private, así ya podemos enviar el mensaje deseado a la plataforma 
Sigfox. 
 
En el campo Frame Data se puede agregar datos de hasta 12 bytes, posteriormente 
se hunde el botón Send(RCZ4), el cual envía los datos por medio del método usado 
en la zona RCZ4. 
 
Así que para enviar un mensaje por la zona RCZ4 el software realiza el siguiente 
algoritmo, 
 
AT$GI? -> return X,Y 
If X=0 or Y<3 
AT$RC 
AT$SF=111111111111111111111111 
 
Esto lo hace para verificar el Macrochannel actual y si la variable “X” es 0, y la 
variable “Y” es menor de tres, reinicia el macrochannel, este método permite a los 
transmisores elegir diferentes canales macro para implementar un patrón de salto 
de frecuencia permitido por el estándar FCC, para realizar los envíos 
satisfactoriamente, vendría siendo como un verificador de canales disponibles en la 
frecuencia. 
7.1.4 Visualización de los datos en la nube Sigfox 
Si se desean visualizar los mensajes recibidos en la nube Sigfox se deben ingresar 
los datos de usuario y contraseña creados anteriormente en el sitio web 
42 
 
https://backend.sigfox.com, al abrir la nueva página dar clic en el botón Device del 
menú superior, aparecerá una lista con los equipos que están asociados con esta 
cuenta de la plataforma Sigfox. 
 
Figura 26 Lista de dispositivos registrados en la plataforma Sigfox 
 
Fuente: https://backend.sigfox.com/device/list 
El siguiente paso es seleccionar el dispositivo deseado haciendo clic encima del Id, 
se abrirá una nueva página y se debe dar clic en el menú izquierdo opción 
MESSAGES 
Figura 27. Opción MESSAGE en el menú izquierdo de la plataforma 
 
Fuente: https://backend.sigfox.com/device/28962**/info 
Y así se podrá visualizar una tabla con los datos recibidos con su fecha, posición de 
estación base, calidad de la señal e información del callback. 
 
Figura 28. Tabla de datos recibidos por el equipo Sigfox 
 
Fuente: https://backend.sigfox.com/device/28962**/messages 
https://backend.sigfox.com/device/list
https://backend.sigfox.com/device/28962**/info
https://backend.sigfox.com/device/28962**/messages
43 
 
Si hay mensajes en esta sección de la plataforma Sigfox, el dispositivo de 
comunicación está configurado satisfactoriamente y puede ser configurado 
integralmente con el sistema embebido Arduino o cualquier otro Micro controlador. 
7.2 HARDWARE: Descripción de los componentes y enlace entre ellos 
7.2.1 Diagrama de la Arquitectura / Flujo de Datos 
En el dispositivo se dispuso los elementos de hardware de la siguiente manera: 
Figura 29. Diagrama de la arquitectura de flujo de datos 
 
Como se puede ver en figura 25, el medidor al realizar un giro en la segunda 
posición de su contador rotativo, o sea cada 10 litros, realiza un paso de un imán 
por el sensor Reed el cual genera un pulso que es enviado al Arduino, 
posteriormente este realiza un conteo de pulsos, almacena la información en la 
memoria EEPROM y cada cierto tiempo según las indicaciones de la red Sigfox con 
un intervalo máximo de 10 minutos envía datos al equipo de comunicación Sigfox. 
 
7.2.2 Diagramas Eléctricos 
En el caso del sistema embebido seleccionado para este proyecto, el Arduino Pro 
Mini, se dispuso de los pines de la siguiente manera para su funcionamiento 
 
44 
 
 
 
 
Figura 30. Diagrama Eléctrico del circuito implementado 
 
Tabla 11. Disposición de conexión a pines Arduino Pro Mini 
# de 
Pin 
Nombre del 
Pin ¿Para qué se usó? 
0 RX 
Conexión con puerto TX del FTDI para 
programación del Arduino 
1 TX 
Conexión con puerto RX del FTDI para 
programación del Arduino 
RST RST 
Conexión con puerto RST del FTDI para 
programación del Arduino 
3 EXTINT 2 
Puerto de interrupción externa para leer 
flanco de subida del pulso generado por 
el contador de agua 
4 D4 
Salida de 5V para alimentar el sensor 
Reed 
8 RX Virtual 
Conexión con pin TX del módulo de 
comunicación Sigfox 
9 TX Virtual 
Conexión con pin RX del módulo de 
comunicación Sigfox 
 
Debido al bajo tamaño del Arduino Pro Mini, este no tiene puerto de conexión USB, 
así que debe ser utilizado un conversor RS232-USB externo, el cual se conectó en 
puerto 0 RX, el puerto 1 TX y el puerto RST; como el contador de agua tiene un 
sensor magnético, el cual cada 10 litros, el tambor rotativo pasa un imán por el 
45 
 
sensor y acciona el interruptor generando un pulso que ingresa al pin 3 en el Arduino 
generando una interrupción externa que ingresa a un ciclo de conteo agregando 
una unidad al valor interno de consumo en la memoria EEPROM; en el caso de los 
pines 8 y 9 son programados por medio de una librería que genera puertos serial 
pormedio de software dando la posibilidad de conectar el equipo de comunicación 
Sigfox y el conversor RS232-USB simultáneamente, permitiendo realizar debug de 
datos cuando sea necesario en el prototipo. 
 
Se instaló una batería de 3.7v alimentando todo el circuito para facilitar su transporte 
y funcionamiento continuo. 
7.2.3 Diagrama de situación 
Este proyecto se adecuo en una maleta rígida para facilitar su transporte y 
demostración, en las siguientes imágenes se puede visualizar el diseño CAD de 
cómo se planteó disponer el hardware y el medidor de agua en la maleta. 
Figura 31. Vista superior del prototipo diseñado en CAD 
 
 
 
46 
 
Figura 32. Vista isométrica del prototipo diseñado en CAD 
 
 
Luego de realizar las pertinentes instalaciones y conexiones el prototipo físico 
quedo de la siguiente manera 
Figura 33. Vista superior del prototipo diseñado 
 
 
47 
 
Figura 34.Vista lateral del prototipo diseñado 
 
Mediante este diseño de prototipo en una maleta rígida se asegura una protección 
a los componentes internos evitando su desconexión y maltrato durante el traslado 
de este prototipo de pruebas. 
 
48 
 
7.3 COMUNICACIÓNES/HARDWARE: Protocolo de comunicación y Sigfox 
7.3.1 Diagrama de Flujo del Programa de Comunicación 
Figura 35. Diagrama de flujo de datos del software en el sistema embebido 
 
49 
 
El sistema embebido inicia el proceso guardando en una variable llamada “lectura” 
el valor actual de consumo almacenado en la memoria EEPROM, posteriormente, 
ingresa al ciclo de programa del Arduino, desde este momento se realizan dos 
procesos paralelos, el primer proceso llamado el proceso de conteo de consumo, 
simplemente es una interrupción externa que se genera cada vez que el medidor de 
agua mide 10 litros consumidos agregando una unidad a la variable lectura y a la 
vez almacenada en la memoria EEPROM. En el segundo proceso llamado el 
proceso de conteo de tiempo, se realiza un conteo del tiempo transcurrido desde el 
inicio del dispositivo o la última vez que se envió el mensaje al dispositivo Sigfox, 
hasta el tiempo actual, pasada una hora realiza el empaquetado y envío del mensaje 
con la información de lectura de consumo del medidor y batería actual del 
dispositivo. 
Para analizar cuanto es el máximo valor que puede ser almacenado en la memoria 
EEPROM comparado con el tiempo de uso promedio de un contador de agua se 
realizó el proceso de análisis de la siguiente manera: 
 
Si se sabe que el contador de agua tiene un flujo máximo de 3125 litros por hora, 
entonces por consiguiente en un día de 24 horas, hay un consumo máximo de 
75.000 litros de agua, con esta información se puede calcular la cantidad de bits 
que ocupa un valor de consumo durante un periodo largo de tiempo para saber cuál 
es el máximo valor permitido para el envío por medio del protocolo de envío y 
comunicación Sigfox, por medio de cálculos se obtuvo la siguiente información: 
Tabla 12. Cantidad de bytes que ocupa la cantidad de consumo por años 
Años 
LITROS 100% 
del tiempo 
Cantidad en 
HEXA 100% 
Bytes 
100% 
litros 60% del 
tiempo 
Cantidad en 
HEXA 60% 
Bytes 
60% 
1 27,375,000 1A1B598 4 16,425,000 FAA028 3 
2 54,750,000 3436B30 4 32,850,000 1F54050 4 
3 82,125,000 4E520C8 4 49,275,000 2EFE078 4 
4 109,500,000 686D660 4 65,700,000 3EA80A0 4 
5 136,875,000 8288BF8 4 82,125,000 4E520C8 4 
6 164,250,000 9CA4190 4 98,550,000 5DFC0F0 4 
7 191,625,000 B6BF728 4 114,975,000 6DA6118 4 
8 219,000,000 D0DACC0 4 131,400,000 7D50140 4 
9 246,375,000 EAF6258 4 147,825,000 8CFA168 4 
10 273,750,000 105117F0 4 164,250,000 9CA4190 4 
11 301,125,000 11F2CD88 4 180,675,000 AC4E1B8 4 
12 328,500,000 13948320 4 197,100,000 BBF81E0 4 
50 
 
13 355,875,000 153638B8 4 213,525,000 CBA2208 4 
14 383,250,000 16D7EE50 4 229,950,000 DB4C230 4 
15 410,625,000 1879A3E8 4 246,375,000 EAF6258 4 
16 438,000,000 1A1B5980 4 262,800,000 FAA0280 4 
17 465,375,000 1BBD0F18 4 279,225,000 10A4A2A8 4 
18 492,750,000 1D5EC4B0 4 295,650,000 119F42D0 4 
19 520,125,000 1F007A48 4 312,075,000 1299E2F8 4 
20 547,500,000 20A22FE0 4 328,500,000 13948320 4 
21 574,875,000 2243E578 4 344,925,000 148F2348 4 
22 602,250,000 23E59B10 4 361,350,000 1589C370 4 
23 629,625,000 258750A8 4 377,775,000 16846398 4 
24 657,000,000 27290640 4 394,200,000 177F03C0 4 
25 684,375,000 28CABBD8 4 410,625,000 1879A3E8 4 
26 711,750,000 2A6C7170 4 427,050,000 19744410 4 
27 739,125,000 2C0E2708 4 443,475,000 1A6EE438 4 
28 766,500,000 2DAFDCA0 4 459,900,000 1B698460 4 
29 793,875,000 2F519238 4 476,325,000 1C642488 4 
30 821,250,000 30F347D0 4 492,750,000 1D5EC4B0 4 
... ... ... ... ... ... ... 
157 4,294,967,295 FFFFFFFF 4 2,576,980,377 99999999 4 
Según la información calculada, se puede visualizar que en un valor de 4 bytes 
podemos guardar la información de consumo de hasta 157 años de uso continuo 
del contador de agua, esto no es posible, por dos razones muy importantes, primero, 
el medidor no va a estar en uso constante, así que se estima que va a estar como 
máximo alrededor del 60% del tiempo en uso, como segunda razón, se tiene que el 
valor máximo de consumo que puede ser almacenado en un valor de 4 bytes que 
es el valor de “FF FF FF FF”, estima que sería un total de 157 años de uso continuo 
del medidor de agua, esto es hipotético, ya que la batería del equipo puede durar 
hasta 20 años y un contador de agua suele ser un equipo que se cambia cada 10 
años. 
Así que para empaquetar los datos, se propone el siguiente protocolo, el cual en los 
primeros 4 bytes se guarda la información de consumo y en el quinto byte se guarda 
la información de batería actual del dispositivo en una escala de 00 a FF con 00 
como 0% y FF como 100% de batería. 
51 
 
Tabla 13. Protocolo de empaquetamiento de los datos para envío a la nube Sigfox 
Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Byte 5 
Byte 
6 
Byte 
7 
Byte 
8 
Byte 
9 
Byte 
10 
Byte 
11 
Byte 
12 
Consumo Consumo Consumo Consumo Batería 00 00 00 00 00 00 00 
Posteriormente, en el proceso de envío de datos se debe realizar una verificación 
del macrochannel actual y el macrochannel siguiente de la red Sigfox, en el caso de 
que el macrochannel este configurado incorrectamente, se realiza un reinicio de 
estos valores y posteriormente el envío del mensaje, en el caso de que el 
macrochannel este configurado correctamente, simplemente se envía el mensaje a 
la nube Sigfox y regresa al proceso de verificación de tiempo transcurrido. 
7.3.2 Arquitectura de la red 
Figura 36. Arquitectura de la red Sigfox desde el dispositivo hasta el usuario final 
 
En este caso, la arquitectura de la red está configurada de la siguiente manera, el 
sistema embebido a medida que va pasando el tiempo, almacena el valor de 
consumo que ha sido medido por el contador de agua y cada cierto tiempo envía 
por medio de comunicación RS-232 comandos AT junto a una trama de hasta 12 
bytes con la información de consumo de agua y batería del dispositivo. 
 
Posteriormente, el dispositivo de comunicación EVBSFM10R realiza el envío de un 
mensaje por medio de la red Sigfox; que tiene actualmente una cobertura 
poblacional de 16 Millones de personas aproximadamente y se estima que a finales 
del 2018, la cobertura será de 35 Millones de habitantes en Colombia; estos datos 
son enviados por medio de la frecuencia 920 MHz con un ancho de banda de 100Hz 
y un ratio de datos de 100 o 600 bits por segundo, dependiendo la región, gracias a 
esta modulación de radio inalámbrica llamada Ultra Narrow Band se pueden 
alcanzar largas distancias mientras se logra ser más infalible frente al ruido. 
52 
 
 
Cada objeto de IOT no está conectado a una estación base específica a diferencia 
del protocolo usado por los celulares, entonces, el mensaje es emitido y es recibido 
por cualquier estación base en el rango, que es 3 en promedio. Estas estaciones 
bases son administradas por empresas privadas operadoras Sigfox IoT, que en el 
caso de Colombia, laoperadora oficial de Sigfox es la empresa WND Colombia, las 
estaciones base están conectadas al internet ya sea por medio de un servicio de 
banda ancha contratado o por medio de un modem 3G y este mensaje es enviado 
a los servidores de la nube Sigfox. 
 
La nube de Sigfox realiza un proceso llamado Callback el cual al recibir un mensaje 
desde el dispositivo inmediatamente realiza el ingreso a una aplicación diseñada 
especialmente para recibir los datos que envía este dispositivo. Los datos que 
puede enviar la nube Sigfox son los siguientes: device, time, duplicate, snr, station, 
data, avgSnr, lat, lng, rssi, la plataforma web al recibir estas variables puede realizar 
procesos de almacenamiento de la información en la base de datos, operar los datos 
e infinidad de aplicaciones, en este caso la información es procesada 
matemáticamente y posteriormente almacenada en una basé de datos, esto podría 
asegurar que cada vez que el usuario ingrese a la plataforma visualice el consumo 
de agua actual, batería del equipo, consumo promedio, etc. 
 
La tecnología Sigfox tiene la posibilidad de realizar envíos de datos en dos vías pero 
en este caso solo serán utilizados los mensajes de salida del dispositivo, en una 
aplicación futura, se podría realizar un contador de agua que tenga corte por medio 
de una electroválvula y que la información sea recibida directamente desde el 
servidor de información de la empresa proveedora de servicios de acueducto, así 
ofreciendo un servicio más rápido y económico cuando se presenta el caso fortuito 
de desconexión del servicio, actualmente se cobra un promedio de 25 mil pesos 
colombianos por el servicio de reconexión, porque este genera un traslado de ida y 
vuelta a la cometida del predio de un operador certificado por la empresa de 
acueducto. 
7.4 SOFTWARE: PLATAFORMA WEB 
7.4.1 Flujo de datos de la nube Sigfox al servidor 
El dispositivo Sigfox al enviar un mensaje y posteriormente llegar el mensaje 
satisfactoriamente a la nube Sigfox, realiza un proceso ilustrado en el siguiente 
diagrama de flujo de datos en el cual le otorga continuidad al dato para ser 
visualizado en la plataforma web. 
53 
 
Figura 37. Flujo de datos desde el la nube Sigfox a la plataforma web 
 
 
La nube Sigfox al recibir un dato desde el dispositivo, realiza un callback el cual 
consiste en ingresar a la plataforma desarrollada, la información recibida por medio 
de llamadas de variables por el método GET, como se puede visualizar en el 
siguiente link, el cual simula un callback de información a la plataforma: 
 
http://host/path?equipo=2C3193&fecha=1522973191&datos=7751&estacion=13D6 
 
La plataforma web, recibiría en este caso la siguiente información, los datos de ID 
del equipo “2C3193”, fecha y hora del envío en formato Unix “1522973191”, datos 
de consumo y batería “7751” contenidos en 2 bytes e ID de la estación base que 
recibe el mensaje desde el dispositivo. 
 
7.4.2 Flujo de datos del servidor a la base de datos 
Para guardar la información recibida por la nube Sigfox se debe crear una base de 
datos MYSQL, la cual por medio de programación PHP puede ser consultada y 
actualizada, para la realización de la plataforma que se diseñó se crearon las 
siguientes tablas 
 
 
 
 
http://host/path?equipo=2C3193&fecha=1522973191&datos=7751&estacion=13D6
54 
 
Tabla 14. Tabla que contiene información del cliente del acueducto 
Tabla Users 
Nombre del campo 
en la BD 
Información que 
contiene este campo 
id id único 
username # de cedula de ciudadanía 
nombres Nombres 
apellidos Apellidos 
password 
contraseña en la 
plataforma 
mail 
correo electrónico del 
cliente 
Fuente: https://mysqladmin.ipage.com/mysqladmin/index.php 
La tabla users contiene un nombre de usuario y contraseña en caso de tener un 
login y en este caso, se usa como nombre de usuario el número de identificación 
nacional cedula de ciudadanía, también se guardan los nombres, apellidos y email. 
Hay una tabla que se encarga de almacenar la información de los contadores de 
agua esta tabla se titula contadores. 
Tabla 15. Tabla que contiene información de los contadores de agua 
Tabla contadores 
Nombre del 
campo en la BD 
Información que contiene 
id id único 
device id del dispositivo Sigfox 
dueño 
id único en la tabla users del 
dueño del contador 
img 
Link de una ilustración del 
medidor de agua 
dirección 
Dirección donde se encuentra 
este contador de agua 
batería 
Porcentaje de batería del 
dispositivo 
Fuente: https://mysqladmin.ipage.com/mysqladmin/index.php 
En la tabla contadores se guarda la información de cada contador de agua que está 
registrado en la plataforma, con los siguientes campos de información, id del 
dispositivo Sigfox, id único que identifica al dueño del contador de agua en la tabla 
users, imagen que identifica el contador, dirección donde se encuentra el predio de 
este medidor de agua y porcentaje de batería del dispositivo. 
55 
 
Tabla 16. Tabla que contiene la información de datos recibidos en los mensajes 
Tabla datos_recibidos 
Nombre del 
campo en la BD 
Información que contiene 
id id único 
device id del dispositivo Sigfox 
batería porcentaje de batería recibido en el mensaje 
estación id de la estación que recibió el mensaje 
valor consumo actual del contador de agua 
consumo delta de consumo del contador de agua 
timestamp Fecha y hora en la cual se recibió el mensaje 
dato_recibido 
Dato tal cual como se recibe desde la nube 
Sigfox en formato hexadecimal 
Fuente: https://mysqladmin.ipage.com/mysqladmin/index.php 
La tabla datos_recibidos guarda la información recibida cada vez que la nube Sigfox 
realiza un callback, guardando la siguiente información, id del dispositivo Sigfox, 
porcentaje de batería actual, id de la estación que recibió el mensaje, consumo 
actual del contador de agua, delta de consumo del contador de agua, fecha y hora 
en la cual se recibió el mensaje, dato tal cual como se recibió desde la nube Sigfox 
en formato hexadecimal. 
 
Con estas tres tablas ya es suficiente para tener operativa la plataforma web, pero 
primero se debe agregar la información del cliente y del contador asociado a este, 
se agregaron los siguientes registros en la base de datos como un ejemplo para 
ejemplificar el funcionamiento de la plataforma. 
Figura 38. Registros agregados en la tabla users de la base de datos 
 
En la Figura 34 hay un ejemplo de un usuario llamado Julio García con cedula de 
ciudadanía 10125468, correo electrónico julio.garcia@gmail.com y contraseña con 
codificación MD5 para evitar posibles hackeos en la plataforma cuando hay servicio 
de autenticación de usuarios. 
Figura 39. Registros agregados en la tabla contadores de la base de datos 
 
mailto:julio.garcia@gmail.com
56 
 
En la Figura 35 se pueden visualizar dos dispositivos Sigfox que fueron registrados 
en la tabla contadores de base de datos, teniendo como valor en el campo dueño el 
id número 2 el cual se refiere al usuario Julio García en la tabla users, así se logra 
posteriormente asociar el contador de agua con el cliente cuando se realizan las 
consultas mysql en el portal de visualización de datos. 
 
Cuando se realiza un callback en la nube Sigfox, la plataforma recibe las variables 
en formato GET y las almacena en variables PHP de la siguiente manera: 
$equipo=”id del equipo”, $fecha=”hora y fecha de llegada del mensaje”, 
$datos=”mensaje enviado a la nube Sigfox”, $estacion= “id de la estación que 
recibió el mensaje”, teniendo estas variables, el software las procesa y almacena en 
la tabla “datos_recibidos” en la base de datos. 
Figura 40. Flujo de datos de la Nube Sigfox a la base de datos 
 
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Ya con la información recibida desde la nube Sigfox, se separan los datos de 
consumo y batería, se guardan en las variables $consumo y $bat respectivamente. 
 
En el caso de la variable $consumo, se realiza una conversión del valor recibido de 
hexadecimal a decimal y se resta con el valor