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2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA A NIVEL HARDWARE 13

2 Descripción del sistema a nivel

Hardware

2.1 Visión general del sistema Hx11

El sistema Hx11 es un sistema de multipropósito de posicionamiento mediante

ultrasonidos. La información siguiente es una breve descripción de las posibles

configuraciones.

2.1.1 Medidas de alta velocidad mediante cable

Imagen 2-1. Conexión de dispositivo Hx11 al puerto USB.

2.1.2 Distancia de cable serie a puerto USB o puerto COM

Las imágenes sugieren una configuración que permite la transmisión de una señal de

identidad desde el dispositivo A al B, o bien el eco de la señal reflejada en un objeto.

14 2.1 VISIÓN GENERAL DEL SISTEMA HX11

El dispositivo receptor reporta el tiempo transcurrido desde el comienzo

(sincronización) hasta que se recibe la señal. De este modo, se puede extraer el tiempo de

vuelo del receptor.

Imagen 2-2. Medida de distancia entre dos receptores Hx11 cableados, con reflexión en objeto.

2.1.3 Medida ultrasónica de distancias sin cable (intercambio de

identidades)

Imagen 2-3. Medida de distancias sin cable.

Las imágenes muestran un transpondedor ultrasónico y un punto libre A.

A través del intercambio de identidades ultrasónicas, el caller B mide la distancia hasta

A, tanto directamente como a través de la reflexión en un objeto.


Imagen 2-4. Medida de distancia sin cable con reflexión en un objeto.

2.1.4 Posicionamiento ultrasónico de múltiples objetos desde más de

una perspectiva.

La Imagen 2-5 muestra cómo múltiples callers (Hx11TR) A y B pueden medir distancias a

múltiples transpondedores (Hx11TR) C y D, usando intercambio de identidades ultrasónicas.

Imagen 2-5. Medida de distancias a múltiples transpondedores.


2.1.5 Guía, seguimiento, orientación y marcos en movimiento mediante

ultrasonidos

La Imagen 2-6 muestra un dispositivo A (Hx11TR) con respecto a un marco en

movimiento que contiene los dispositivos B, C y D. El usuario puede configurar A como caller

y B, C y D como transpondedores, y así obtener las distancias absolutas AB, AC y AD.

De manera alternativa el usuario puede también configurar en un grupo síncrono los

dispositivos en red, y de esto modo usar A para medir distancias diferenciales a alta

velocidad.

Imagen 2-6. Configuración de un grupo síncrono

La Imagen 2-7 muestra cómo agrupar varios dispositivos Hx11TR. El usuario dispone de

muchas opciones para la medida del tiempo de vuelo mediante el intercambio de

identidades ultrasónicas.

Una de ellas consiste en la triangulación de distancias diferenciales de alta velocidad, o

el posicionamiento directo y absoluto de todos los vectores mostrados a continuación.


Imagen 2-7. Triangulación de distancias diferenciales.

2.1.6 Seguimiento ultrasónico en áreas 3D

Hexamite proporciona una serie de programas para comenzar a usar el posicionamiento

ultrasónico.

Los programas son:

Datalog.exe. Almacena las desviaciones temporales en un fichero.

XYZ.exe. Triangula las desviaciones temporales.

uTrack.exe. Muestra el movimiento 2D en una imagen .gif proporcionada por el

usuario. Se proporciona también el código Visual Basic para el programa uTrack.

Imagen 2-8. Seguimiento ultrasónico en áreas 3D.


La configuración de la red depende totalmente del usuario, simplemente se necesita

proporcionar las coordenadas X, Y para cada dispositivo Hx11TR (etiquetado M) de la red.

La red mostrada a continuación tiene forma de panal hexagonal, donde las distancias

entre los monitores son siempre las mismas.

Imagen 2-9. Red de receptores en forma de panal hexagonal.

Para operar en tiempo real, los programas datalog y XYZ requieren un controlador de

red (Hx11C) que proporciona la información de posicionamiento mediante DDE.

El usuario es libre de utilizar su propio driver de red RS485 o conectar una pequeña red

Hx11TR directamente al PC y usar su propio algoritmo para calcular o triangular la posición

del transmisor “t”.


2.2 Dispositivo Transmisor Hx11T

El Hx11T es un transmisor ultrasónico, que transmite de forma periódica una

identificación ultrasónica. La tasa de transmisión se selecciona a través de un agujero en la

parte superior de la unidad.

Para seleccionar la tasa de transmisión, se pulsa el botón utilizando un palillo de dientes

o algo similar. El dispositivo también cuenta con un LED visible a través del agujero y que

indica la tasa de transmisión. El botón se pulsa hasta que el LED comienza a parpadear, y a

medida que el usuario continúa pulsando el botón, el LED parpadea con tasas cada vez

mayores. La identidad ultrasónica se transmite cada vez que el LED parpadea.

Imagen 2-10. Dispositivo Transmisor Hx11T.

Es posible escuchar los clics de transmisión emitidos por el dispositivo Hx11T. Para

apagar la unidad, se debe mantener pulsado el botón hasta que el LED deje de parpadear. La

tasa de transmisión se muestra en la siguiente tabla, donde cada paso corresponde a una

nueva pulsación del botón:

20 2.2. DISPOSITIVO TRANSMISOR HX11T

Imagen 2-11. Selección de frecuencia de transmisión en Hx11T.

Paso Intervalo de transmisión

Paso Intervalo de transmisión

1 8000ms 10 8000ms +

2 4000ms 11 4000ms +

3 2000ms 12 2000ms +

4 1000ms 13 1000ms +

5 500ms 14 500ms +

6 250ms 15 250ms +

7 150ms 16 150ms +

8 75ms 17 75ms +

9 OFF 18 OFF

Tabla 2-1. Tasa de transmisión de Hx11T.

Los pasos del 10 al 17 añaden un intervalo extra en el ciclo de transmisión de manera

aleatoria, de manera que, en este caso la transmisión deja de ser periódica. Esto se hace

para incrementar la probabilidad de detección en caso de tener múltiples transmisores

compitiendo por el mismo espacio de sensor.


Tamaño de la caja 50 x 35 x 15 mm, Altura medida con sensor 19.3mm, sensor 16mm

(dia.)

Tamaño 1.97” x 1.38” x 0.59”, Altura medida con sensor 0.76”, sensor 0.63” (dia.)

2.2.1 Instalación de las baterías

Las baterías se instalan a través de la parte posterior del dispositivo como se muestra a

continuación.

Imagen 2-12. Parte posterior del Hx11T.

La tapa posterior del dispositivo se quita utilizando un destornillador convencional. Las

pilas usadas son CR2330, CR2320, CR2325, BR2330, BR2325 y etc. El dispositivo opera en un

rango de los 1.8V a 6.0 Vdc. Una vez separada la tapa, se desliza la pila de botón tal y como

se muestra en la Imagen 2-13. Se debe empujar la pila hasta que los contactos del sensor

queden expuestos.

22 2.2. DISPOSITIVO TRANSMISOR HX11T

Imagen 2-13. Detalle de colocación de la pila en Hx11T.

Si el dispositivo se mantiene apagado, las pilas pueden durar años. Cuando el dispositivo

transmite la identificación ultrasónica, consume alrededor de 10mA para una duración de

20ms. De manera aproximada, esto equivale a unas 400000 transmisiones.

También de forma aproximada, una pila de botón de 200mAH debería hacer funcionar

el dispositivo Hx11T durante más de 100 horas a una tasa de transmisión de 1 señal por

segundo.

Especificaciones

Tensión de alimentación (pila) 2.7 a

Rango 8m*

Ángulo rotacional α (+/-) 50 grados *

Ángulo de corte β (+/-) 40 grados *

Nivel de presión de sonido 113 db

Potencia de Salida 1 Watt

Tabla 2-2. Especificaciones del transmisor Hx11T.


Imagen 2-14. Dimensiones del Hx11T.

2.3 Dispositivo de posicionamiento ultrasónico Hx11TR

El dispositivo Hx11TR puede configurarse para operar como un receptor de señal

ultrasónica, un transmisor ultrasónico, caller ultrasónico o como un transpondedor

ultrasónico.

Es de pequeño tamaño y económico. Se diferencia de las versiones anteriores en que su

tamaño es menor y tiene un solo puerto FCC RJ11.

Este puerto es compatible con RS232, RS485 y RS422, es decir, puede conectarse

directamente a un puerto del microcontrolador, o al puerto serie de un PC.

Tamaño: 80x40x20 mm

24 2.3. DISPOSITIVO RECEPTOR HX11TR

Imagen 2-15. Dispositivo receptor Hx11TR.

2.3.1 Etiquetado

El primer número en la etiqueta es la dirección primaria (ID de receptor). El segundo

número es la ID de transmisor y el tercer número es la ID de transpondedor. El usuario

puede seleccionar la ID de caller.

La etiqueta 11510/27B/7B indica que la ID de receptor es 11510, el cual es un número

decimal cuya equivalencia hexadecimal es 2CF6 o dos bytes 2C y F6. El código binario es

0010110011110110, si rotamos este número una posición a la derecha obtenemos

0001011001111011. Si se ignoran los primeros seis dígitos del código se obtiene la ID del

transmisor, que es 10 0111 1011 o 27B en hexadecimal. La ID del transpondedor es el byte

menos significativo de la ID del receptor. La ID del transpondedor está integrada en la marca

temporal que responde el transpondedor.

La dirección estándar por defecto comienza en la ID de receptor 11362 y se incrementa

desde aquí. Esta ID equivale al valor hexadecimal 2C62, representado por los caracteres

ASCII “,” y “b”. Por ejemplo, cuando se utiliza el programa terminal estándar y el usuario

escribe “,b”, el dispositivo 11362 responderá enviando el contenido de su ring buffer (buffer

en anillo). Si el ring buffer está vacío, responderá con el carácter #.


Especificaciones

Tensión de alimentación 7-16Vdc

Consumo de corriente 40mA

Rango 8m*

Ángulo rotacional α (+/-) 50 grados *

Ángulo de corte β (+/-) 40 grados *

Tasa máxima de recepción 36 posiciones/segundo

Capacidad de Almacenamiento 30 etiquetas **

* Ver la sección de Limitaciones y Especificaciones en el Manual de Hx11 ** Sólo se aplica en modos sincronizados.

Tabla 2-3. Especificaciones de transmisor Hx11TR.

2.3.2 Operación

Inicialmente, el HX11TR copia los parámetros de setup desde la memoria permanente

EEPROM a sus registros de trabajo (registros temporales). Antes de que se carguen los

parámetros en los registros de trabajo, el programa hace una suma de verificación

(checksum) de los mismos. Si la suma de verificación indica que los parámetros pueden

contener errores, se cargan los parámetros por defecto en los registros de trabajo.

En el inicio se vacía el búffer circular (que contiene la información de posición) y se inicia

el modo monitor.

En este modo, el programa graba el instante de llegada de cada señal ultrasónica válida.

Si se ha sincronizado el dispositivo, el tiempo de llegada de la señal de ultrasonidos es el

tiempo desde la última sincronización. De otro modo, si el modo de operación es asíncrono,

el tiempo es relativo al último desbordamiento del contador. El tiempo de llegada se añade

al código de identificación de la señal ultrasónica, recibida y almacenada en el buffer circular

del HX11X. Si el código de identificación de la señal que llega es menor de 16, el HX11TR lo

interpreta como una llamada y responde con una respuesta. Esto se hace retransmitiendo

una combinación del valor de ID recibido y su propio código de identificación

(transpondedor). Es importante notar que la señal mezcla de la ID recibida y la propia ID del

dispositivo se retransmite pasado un cierto tiempo de retardo (xpDelay). Los retardos deben

seleccionarse para evitar conflictos entre las señales.

Operación de background.

(Ver el diagrama de flujo en Imagen 2-16)


Imagen 2-16. Diagrama de flujo de operación de Background.


Cuando el HX11TR recibe el carácter “$”, resetea sus cronómetros en el flanco de subida

del bit inicial del carácter siguiente al “$”. La latencia de esta sincronización es de 200ns, y el

contador desborda cada 1.048576 segundos.

El dispositivo espera señales ultrasónicas y en el momento de recibirlas almacena la

identidad y el instante de llegada en un buffer circular. La información almacenada consiste

por tanto en una serie de etiquetas temporales, donde el tiempo de llegada es el tiempo

transcurrido desde la última sincronización, hasta que se detecta un punto fijo en la señal

ultrasónica.

Si el dispositivo recibe su propia ID (16 bits) a través de las líneas serie, este transmite

todo la información almacenada, vaciando su buffer circular (de anillo). El buffer desborda

cada 32 etiquetas temporales recibidas, y la etiqueta temporal más antigua se sobrescribe.

TxDelay

La constante txDelay se expresa en términos de 4.096 milisegundos, es decir, un txDelay

de valor 128 corresponde aproximadamente a 524 milisegundos. Para entender el

significado de la constante txDelay supongamos que el txDelay del dispositivo con ID 11362

se ha fijado a valor 1, mientras que el del 11364 se ha fijado a valor 10.

La señal sónica se transmite desde el 11362 4ms tras la sincronización, y dado que la

señal debe viajar un máximo de 4 m, tarda sobre 12ms en recorrer la distancia (la señal es de

15ms de duración). La señal requiere otros 10ms para transmitirse por el puerto serie, de

modo que el valor de txDelay (40ms) ajustado para el dispositivo 11364 no parece

apropiado.

Si el valor es menor de lo requerido puede ser que la señal no esté completamente

almacenada en el buffer circular cuando a éste se le pide vaciar su contenido.

Por tanto podemos encontrarnos dos señales en el buffer la próxima vez que analicemos

su contenido, produciendo errores en el muestreo.

XpDelay

El xpDelay es un retardo introducido entre el instante en que el transpondedor recibe

una llamada y el instante en que responde a la misma. Puede resultar útil para permitir que


señales residuales de transmisiones previas decaigan al menos parcialmente. El xpDelay, al

igual que el txDelay, está expresado en términos de 4.096 milisegundos. Si no hay callers en

el sistema el xpDelay resulta irrelevante.

IdOverride

Los dispositivos responderán a una identificación menor de 16. De manera que si un

dispositivo envía un código de identificación por debajo de 16, cualquier dispositivo

responderá enviando una señal pasado un tiempo igual al xpDelay. El dispositivo que llama

determinará la etiqueta temporal de la señal, es decir, el tiempo de vuelo.

2.3.2.1 Modos de operación

CtlByte = 1 (mode bit 0 set)

Una vez transcurrido un tiempo txDelay tras la sincronización, el dispositivo envía una

identificación (ID) ultrasónica. El valor de esta ID está especificada en la etiqueta del HX11.

Si un valor menor de 16 se ha escrito en el buffer de anulación, entonces éste valor se

convierte en la ID transmitida (la ID del caller).

CtlByte = 2 (mode bit 1 set)

Una vez transcurrido un tiempo txDelay tras la sincronización, el dispositivo envía el

contenido de su propio buffer circular a través de la línea serie.

CtlByte = 3 (mode bit 0 and 1 set)

Una vez transcurrido un tiempo txDelay tras la sincronización, el dispositivo envía una

identificación (ID) ultrasónica. El valor de esta ID está especificada en la etiqueta del Hx11.

Si un valor menor de 16 se ha escrito en el buffer de anulación, entonces éste valor se

convierte en la ID transmitida (la ID del caller).

El dispositivo resetea sus contadores y transmite el contenido de su buffer a través de la

línea serie. Esta operación se repite cada intervalo de duración txDelay.


CtlByte: Mode bit 2 set

Transpondedor deshabilitado. El dispositivo no responderá (transponderá) a ninguna

llamada.

2.3.2.2 Caracteres de control

El dispositivo HX11TR responde de manera diferente según el carácter que reciba a

través de la conexión serie. El funcionamiento se muestra a continuación.

Carácter “$”

Los contadores del dispositivo se resetean al recibir el flanco de subida del bit inicial

perteneciente al carácter siguiente al carácter “$”. Existe una latencia de 200ns.

Carácter “%”

Una vez recibido este carácter, el dispositivo responderá tras un retardo con su

dirección primaria en formato hexadecimal. El retardo es directamente proporcional al valor

de la dirección primaria.

Carácter “&”

Cuando se recibe este carácter, el dispositivo se reinicia.

Carácter “ESC”

El dispositivo limpia el valor de su CTLBYTE cuando recibe este carácter.

El diagrama de flujo a continuación muestra la operación de fondo (background) del

Hx11TR.

2.3.2.3 Modo de entrada

Cuando el HX11TR recibe su dirección primaria más uno, el dispositivo envía un carácter

“>” esperando una entrada. Toda la información debe introducirse en hexadecimal con los

caracteres alfa en mayúscula.


Imagen 2-17. Diagrama de flujo de Modo de Entrada.


2.3.3 El conector RJ12 (RJ11)

Imagen 2-18. Detalle del conector RJ12.

Las imágenes siguientes muestran un conector RJ12. También muestran cómo se sitúan

los colores. Los colores en la ilustración están numerados del 1 al 6 comenzando por la parte

superior, lo cual se corresponde con la numeración inscrita en enchufe del RJ12, donde el

pin más a la izquierda es el pin 1 y el situado más a la derecha es el pin 6.

2.3.4 Velocidades de transmisión y configuración

El HX11TR se comunica a una velocidad de 19200 baudios con una transmisión de 8 bits,

no utiliza bit de parada ni bits de paridad.

Si se utiliza un transceptor RS485 para comunicarse con el HX11TR entonces la regla de

alta impedancia para el pin transmisor no se aplica.


2.3.4.1 Uso de conectores-T

Imagen 2-19. Conectores en T.

El conector en T une 3 cables telefónicos separados, y tiene 3 conectores RJ11 o RJ12 (A,

B y C). La red Hexamite no debe tener cables cruzados. Algunos conectores en T tienen la

entrada C invertida. En este caso, el cable conectado a través de la entrada C deberá estar

también invertido.

La Imagen 2-20 muestra cómo deben conectarse el RJ11 y el cable.

Imagen 2-20. Detalle del conexionado cable-RJ11.


Los cables no deben cruzarse en la conexión. Los monitores no se ven dañados en caso

de que los cables se inviertan por error, pero toda la red multidrop puede bloquearse hasta

que no se corrija la conexión.

2.3.5 Conexionado RS232

2.3.5.1 Conectar el HX11TR a un PC con salida RS232, palmtop o microcontrolador.

Imagen 2-21. Detalle de un conector DB9 hembra.

Cuando el HX11TR se configura en modo caller, éste envía ráfagas de información

(identificación y posición) a través de sus pins RS485. Estos pins pueden conectarse

directamente al puerto serie RS232 de un ordenador. Se ha de tener en cuenta que los pines

de transmisión y recepción del RS232 se han de conectar juntos.

Para una conexión privada a un ordenador o a un microcontrolador se ha de consultar la

Tabla 2-4.


Toma de red Hx11TR RJ12 DB9 (pins) DB25 (ordenadores antiguos)

2 (Tierra/Retorno) 5 (Tierra) 7 (Tierra)

3 Pos RS485 no conectado No conectado No conectado

4 Neg RS485 3 (Tx) y 2 (Rx) 2 (Tx) y 3 (Rx)

5 Alimentación Positiva 8-16 Vdc No conectado No conectado

Tabla 2-4. Conexión a PC o microcontrolador.

2.3.5.2 Conexión del HX11TR a un microcontrolador

El protocolo serie del HX11TR es simples, es decir, tanto los datos recibidos como los

transmitidos viajan por la misma línea o pin. Si sólo se está recibiendo información de los

dispositivos HX11, simplemente se conecta el pin de recepción serie al microcontrolador, al

Pos RS485 i/o o al pin 3 del enchufe RJ12.

Si se pretende configurar el HX11, los pines de transmisión y recepción serie del

microcontrolador deberán conectarse juntos.

En caso de una operación multidrop y privada, usando un pin de un puerto estándar,

todos los pines transmisores deberán encontrarse en un estado de alta impedancia (alta Z)

cuando no están transmitiendo.

Toma de red Hx11TR RJ12 Microcontrolador

2 (Tierra/Retorno) (Tierra)

3 Pos RS485 no conectado Rx y Tx

4 Neg RS485 No conectado

5 Alimentación Positiva 8-16 Vdc

Tabla 2-5. Conexión a microcontrolador para operación multidrop.

2.3.5.3 RS232 a USB

Existen conversores de USB a RS232 en caso de que el dispositivo interfaz no disponga

de ellos. Pueden utilizarse para salvar el salto entre el puerto USB y el puerto serie.


2.3.6 Sondeo del HX11

Cuando el dispositivo recibe su dirección binaria a través de la línea serie

(RS232/RS485/RS422) responde con la etiqueta temporal más antigua almacenada en su

buffer, seguida de las más recientes hasta que el buffer se vacía por completo.

2.3.7 Formato de salida de las etiquetas temporales del HX11

Los 4 dígitos más significativos de la etiqueta temporal se usan para la identificación, los

6 dígitos menos significativos se utilizan para la representación temporal.

A continuación se muestra una respuesta típica de un dispositivo HX11.

00021507DB #

La etiqueta indica que se recibió la identidad ultrasónica del transmisor 2 en el instante

1378267 desde el último reseteo de los contadores (sincronización o recepción de carácter $

en las líneas serie).

00031399AC 000215080A #

El contenido del buffer circular mostrado indica que el Hx11 sondeado recibió la

identidad ultrasónica del transmisor 3 cuando el contador marcaba 1284524 y la del

transmisor 2 cuando el contador era 1378314 o (1378314 / 16000000) que es 0.086144625

segundos.

El contador se incremente 16 veces cada microsegundo.

De los 16 bits utilizados para la identidad ultrasónica, realmente sólo se usan 10 bits.

36 2.4. ESPECIFICACIONES DE MUESTREO

2.3.7.1 Formato de las etiquetas temporales de los transpondedores HX11

Los 4 bits menos significativos (nibble) de la identidad binaria de 16 dígitos representan

al caller. El nibble más significativo del byte menos significativo de la letra de identificación

(16 bits) representa la identidad del transpondedor.

De manera que la etiqueta

037F158A44 #

Indica que el dispositivo sondeado recibió la respuesta del tranpondedor37 a una

llamada del caller F (16) cuando el contador marcaba 1411652.

De manera similar las etiquetas.

000C1A0290 02C8160B2A #

Indican que el dispositivo sondeado recibió una señal del caller C (12) en el instante

1704592 y recibió la respuesta del transpondedor 2C (44) a una llamada del caller 8 cuando

el contador era 1444650.

Nótese que ningún transpondedor tiene la identidad 0.

2.4 Especificaciones de muestreo

2.4.1 Tasas de transmisión y Limitación

El diagrama de eventos, que se adjunta a continuación, muestra la limitación en la tasa

de muestreo para la operación de transmisión ultrasónica que utiliza como medio el aire.

La física de la propia transmisión, las deficiencias en el dispositivo y la velocidad de

relajación molecular establecen unos límites en las frecuencias de muestreo. Cualquier

transacción entre dos dispositivos, por ejemplo, entre el dispositivo 11364 y el dispositivo

11366 sobre una distancia de aproximadamente 3 metros, no puede realizarse con una tasa

de muestreo que esté muy por encima de 16 muestras por segundo. Por la misma razón una


transacción que involucre 3 dispositivos tardará sobre 82ms (12 muestras por segundo). A

medida que se aumenta la distancia, el tiempo de viaje limita la máxima tasa de muestreo

posible. En modos síncronos, las tasas de muestreo pueden ser mucho mayores, dado que la

señal viaja en un sólo sentido, lo que comporta menor retraso de señal y la no existencia de

retraso de transposición. Combinando de forma correcta modos diferenciales síncronos y

asíncronos, se pueden adquirir tasas de muestreo mucho más altas. El Hx11 posibilita esta

combinación.

Durante el modo de caller/transpondedor, la situación intermedia se vuelve muy

compleja. La siguiente tabla ayuda a explicar lo que ocurre. Los dispositivos 11364, 11366 y

11370 se han configurado del siguiente modo:

11364 0 255 1 33

11366 0 255 2 33

11370 7 25 1 1

El dispositivo 11370 transmite la señal 1 de manera continua con una frecuencia de

aproximadamente 25 x 4ms y los dispositivos 11364 y 11366 transponden a la llamada como

sigue:


2.4.2 Diagrama de eventos ultrasónico (Asíncrono)

Imagen 2-22. Diagrama de eventos síncrono.

La línea roja en el diagrama de eventos representa la duración de la señal transmitida

por el caller. La línea verde representa la duración de la señal del caller recibida por el

transpondedor. Las líneas azules representan el retraso del transpondedor (xpDelay). Las


líneas amarillas representan la duración de la respuesta codificada del transpondedor. La

línea gris representa la duración de la transmisión por el puerto serie

La respuesta codificada por el transpondedor 11366 al caller con ID=1 será una

combinación codificada de su propia ID de transpondedor y de la ID del caller, o 331. De

manera similar, la respuesta del transpondedor 11370 será 351

El usuario controla el contenido de la llamada y determina también cuántas líneas de

retardo azules se incluyen entre las líneas de eventos configurando el parámetro de retraso

de transposición (xpDelay).

El valor 0 significa que no hay retraso (no existe línea azul). El dispositivo 11366 tiene su

retraso de transposición fijado a 1, el dispositivo 11370 tiene su retraso fijado a 2.

La operación de caller/transpondedor no necesita estar sincronizada, de manera que el

eje 0 se muestra sólo como referencia. La Imagen 2-22 muestra una posible situación. El

dispositivo 11364 transmite su llamada en el instante 0, la señal tiene que viajar

aproximadamente 3 metros hasta llegar al transpondedor (dispositivo 11366). Una vez aquí

tiene que viajar un metro más para llegar el dispositivo 11370 que está a 4 metros.

El viaje requiere un tiempo que se añade a la duración total de la transacción. Cuando

han transcurrido 22ms, el dispositivo 11366 almacena el instante de la llegada de señal en su

buffer circular y comienza a temporizar su retraso de respuesta. Sin sincronización, este

temporizador tiene poco sentido, pero cuando se mide respecto a la llegada de la señal al

dispositivo 11370, gana un significado diferencial. Transcurridos aproximadamente 25ms el

dispositivo 11370 graba el tiempo de llegada de la señal procedente del dispositivo 11364. A

los 51ms, el dispositivo 11366 ha codificado la respuesta a la señal procedente del

dispositivo 11364 y transmitido la respuesta.

A los 60ms, el dispositivo 11364 recibe la respuesta y graba el tiempo de llegada.

Mediante la resta de la respuesta y los retrasos de señal, se puede calcular el tiempo de

vuelo de la señal.

Cuando han pasado 70ms, el transpondedor 11370 ha codificado y transmitido la

respuesta a la señal procedente del dispositivo 11364. A los 82ms el dispositivo 11364 recibe

la respuesta del dispositivo 11370, decodifica la señal y almacena el resultado en su buffer

de anillo. Aproximadamente a los 160ms el dispositivo 11364 transmite el contenido de su


buffer a través del puerto serie, limpia sus contadores y repite el ciclo. En este ejemplo, las

llamadas realizadas por el 11364 se repiten cada 100ms (el usuario puede controlar la tasa

de repetición de la llamada).

2.4.3 Consideraciones de Señalización

La probabilidad de pérdida de señal aumenta en proporción directa al ángulo y a la

distancia al receptor. Las limitaciones de distancia, ángulo, corte y tunneling se especifican

con un 50% de señales perdidas, es decir, en el caso límite, sólo la mitad de las señales

emitidas se graban. Todas las especificaciones están descritas para una señal que viaja en un

sólo sentido, es decir, del transmisor al receptor. En el caso de que existan callers y

transpondedores, la señal debe viajar en ambos sentidos, lo que induce mayores pérdidas de

señal.

2.4.4 Ángulo rotacional

El ángulo rotacional (de una etiqueta) relativo a un receptor es una función de la

distancia desde el receptor. El valor del ángulo para el que los monitores pierden el 50% de

las señales, está en proporción inversa al a distancia desde el receptor. Es decir, cuanto más

lejos está la etiqueta del monitor, más pequeño es el ángulo. El rango está especificado en

una distancia para la cual el ángulo no es menor de +/- 10 grados.


Imagen 2-23. Ángulo rotacional de una etiqueta.

2.4.5 Ángulos de corte

Una etiqueta moviéndose en un eje paralelo al monitor fija lo que llamamos un ángulo

de corte. Este ángulo es una función de la distancia. La distancia se especifica respecto a un

punto, de manera que el ángulo no es menor de +/-10 grados.

Nótese que el ángulo está en proporción inversa a la distancia.

Imagen 2-24. Ángulo de corte respecto al eje de un monitor.


2.4.6 La línea de vista

Al igual que la luz, los ultrasonidos también pueden verse bloqueados por objetos. Si los

objetos son pequeños, una parte de la onda puede rodearlo y la señal apenas se ve dañada.

Pero si el objeto tiene una gran superficie reflectora, la señal puede sufrir daños, incluso

aunque el objeto no esté bloqueando directamente la señal. Dentro de este tipo de

superficies se incluyen las paredes y los techos. Las especificaciones que figuran en este

documento se basan en una línea de no menos de +/- 45 grados de visión clara, es decir, no

existe ningún objeto dentro de estas fronteras. En la mayoría de los casos, una posición

elevada asegura la mejor línea de vista.

Imagen 2-25. Representación de la línea de vista para una etiqueta.

2.4.7 Colisión de señales o invasión

Si un monitor HX11X recibe dos señales separadas menos de 13ms o bien guarda sólo

una de las señales, o en el peor caso no guarda ninguna de ellas. Es necesario tener cuidado

con los retrasos que se ajustan en el transpondedor y el transmisor para evitar o minimizar

las colisiones.


2.4.8 Condiciones Hostiles

Si la diferencia de las distancias B-A es menor que 4.5 metros, puede ocurrir un error en

la señal.

Cuanto menor sea la diferencia en distancia, mayor es la probabilidad de error. Los

errores en las etiquetas respecto a un monitor también se vuelven más probables cuando

aumenta la distancia, el ángulo y los ángulos de corte.

Imagen 2-26. Representación de una condición hostil para la recepción de señal.


2.4.9 Errores de invasión

Los errores de invasión ocurren cuando dos etiquetas vecinas transmiten a la vez o casi

en el mismo instante. La probabilidad de un error de invasión es directamente proporcional

al número de etiquetas dentro del rango de un sólo monitor.

Probabilidad de error de invasión (Overrun error probability)

OEP = (0.013*N-0.013) / (A-0.013)

Donde N es el número de etiquetas y A es la duración del ciclo de señalización de

etiqueta.

La mayoría de los errores son suprimidos por el sistema, y las etiquetas erróneas no se

graban. Esto depende en la calidad de la función de rechazo de error del sistema Hx5. Sin

embargo, algunos errores pasarán el filtro y serán tenidos en cuenta en los cálculos

posteriores.

Si una Id de etiqueta es detectada sólo por un monitor, y no vuelve a aparecer en la fila

es casi con toda seguridad un error.

Si hay un salto en la posición entre muestras, puede tratarse de un error. La aplicación

de procedimientos de desviación estándar pueden ayudar a eliminar estos errores.

2.4.10 HX11 Especificación de Modo Asíncrono

(caller/transpondedor)

Resolución de posicionamiento en el tiempo por Monitor 0.03 mm

Precisión absoluta en campo abierto sobre rango completo 11 mm

Repetibilidad de posición 11 mm

Máxima frecuencia de actualización (Posiciones/Segundo/Monitor) 15

Número máximo de monitores por red 63

Tabla 2-6. Especificaciones para modo asíncrono.


2.4.11 HX11 Especificaciones de Modo Síncrono Diferencial

(transmisor/receptor)

Resolución de posicionamiento en el tiempo por Monitor 0.03 mm

Precisión absoluta en campo abierto sobre rango completo 9 mm

Repetibilidad de posición 9 mm

Máxima frecuencia de actualización (Posiciones/Segundo/Monitor) 36

Número máximo de monitores por red 32340

Tabla 2-7. Especificaciones de modo síncrono diferencial.

2.4.12 Resolución de posición

Es la especificación física del tiempo de resolución, lo que significa que si la posición

cambia alrededor de 0.03mm debe observarse un cambio en la distancia. Esta resolución

puede alcanzarse en caso de un objeto que se mueva lentamente, lo que garantiza el tiempo

suficiente para el cálculo de estadísticas y medias de datos.

2.4.13 Precisión absoluta en Campo Abierto

La posición no estará en ningún lugar más allá de la distancia especificada, sobre el

rango completo, dado que el medio aire es siempre el mismo en términos de velocidad de

sonido y que no hay objetos que oscurezcan la onda.

2.4.14 Repetibilidad de posición

En condiciones constantes del medio aéreo, si el transmisor se mueve a una posición

anterior, la nueva lectura no se desviará de la lectura original más de una distancia

específica. Esto hace que sea posible realizar una calibración para obtener una mayor

precisión absoluta.


2.4.15 Máxima tasa de actualización (seguimiento sincronizado)

La máxima tasa de actualización especificada es de 36 muestras por segundo. Esta tasa

no es alcanzable con el programa XYZ, que necesita dos muestras para poder proporcionar

una coordenada 3D, por lo tanto para esta aplicación la tasa de muestreo no puede ser

mayor de 18 muestras por segundo.

2.4.16 Monitores por red (seguimiento sincronizado)

El número máximo de monitores por red es 32340. Si existe un monitor por cada metro

cuadrado, un área de 32340 m2 puede cubrirse con un sólo controlador de red y un sólo

ordenador. Si se necesita una mayor cobertura, se pueden añadir más redes.

2.4.17 Inmunidad al ruido del monitor

La transmisión del Hx11 está modulada en frecuencia. Para bloquear la transmisión,

debe existir una señal de ruido en la banda de 40khz +/- 1Khz. Si el nivel de la señal está 5dB

por debajo de la transmisión del Hx11 en el receptor, no se observa distorsión en la distancia

medida. En otras palabras, el ruido debe abrumar la señal, pues tales niveles de señal no

son comunes en el rango de frecuencias en que se trabaja.

2 descripción del sistema a nivel hardwarebibing.us.es/proyectos/abreproy/12028/fichero/02... ·...

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