99 conclusiones y recomendaciones
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
• Puesto que el Módulo Esclavo fue realizado con elementos de fácil
adquisición en su gran mayoría, es fácil de duplicar, y podría ser usado en
distintas aplicaciones tales como sistemas de adquisición de datos
industriales, en edificios inteligentes como módulo de expansión de puertos
para PLC o en proyectos estudiantiles.
• Módulos de similares características se encuentran en el mercado con
costos sumamente elevados, por lo que este proyecto se convierte en una
opción económica para desarrollo de aplicaciones de distinto ámbito ya que
los diferentes elementos utilizados en la construcción del módulo son de
costos reducidos y se los puede encontrar fácilmente en el mercado.
• Se optó por el uso de Circuitos Integrados con comunicación SPI e I2C
tales como los MCP4822, MCP3202, MCP3551, MCP3421, etc. por dos
razones: facilitar el montaje de las tarjetas en forma modular, las cuales
usan los mismos puntos de conexión para alimentación y comunicación y
por la facilidad de la implementación y desarrollo de los protocolos antes
mencionados en el microcontrolador que actúa como Master.
• El microcontrolador que se utilizó para que trabaje como dispositivo Modbus
esclavo fue el PIC16F887 ya que nos brinda gran capacidad de memoria de
programa (8kb), un puerto USART, un puerto MSSP para I2C y SPI, 2
módulos CCP, y pines de entrada y salida multipropósito, además es de
bajo costo y se lo puede adquirir a nivel local muy fácilmente en
empaquetado TQFP.
• En la tarjeta master de comunicaciones se utilizó un microcontrolador extra
para la implementación de la comunicación USB para lo que se seleccionó
el PIC que cumpla con nuestros requerimientos de funcionalidad y tamaño
con lo que se llego a la conclusión de que el más idóneo fue el
PIC18F2550.
• Se trató en lo posible de usar la mayoría de elementos tanto circuitos
integrados, condensadores, resistencias, cristales y leds de tipo suelda
superficial para ahorrar al máximo el espacio en los circuitos impresos y
hacerlos del menor tamaño posible para lograr así un costo menor en la
fabricación de los mismos.
• La selección del software de desarrollo de los programas para los
microcontroladores fue basada en el lenguaje de programación, librerías
existentes que ayuden en el desarrollo del firmware e interface con el
usuario, todas estas características las posee el compilador CCS – PCWHD
el cual permite la programación en lenguaje C, cuenta con una gran
variedad de librerías y ejemplos de aplicaciones además de poseer un
entorno muy amigable de desarrollo.
• Se comprobó que las tramas generadas en la Tarjeta Master como
respuestas a las peticiones simuladas por el ModScan32 y el ModbusPoll,
cumplen con los requerimientos de dicho protocolo, por tanto se concluye
que efectivamente la parte correspondiente a la generación de tramas
MODBUS es correcta.
• En el protocolo de pruebas se pudo comprobar que el módulo es
compatible con diferentes equipos que disponen de un puerto con
comunicación Modbus RTU por medio del cual se realizó una conexión
punto a punto sobre RS – 232, también se realizaron pruebas de
comunicaciones en una red RS – 485 y vía Ethernet, obteniendo los
resultados esperados en peticiones y respuestas sobre Modbus.
• National Instruments dispone de una gran variedad de herramientas para el
desarrollo de proyectos como el módulo en cuestión, entre estas
herramientas tenemos a Driver Wizard del paquete VISA, el cual nos sirve
para crear controladores para que el hardware pueda interactuar con el
sistema operativo basándonos en las características propias del dispositivo
USB RAW, además se dispone de un bloque de función el cual puede ser
usado en el entorno de programación gráfica de Labview llamado Intrument
I/O Assistant, el cual servirá como enlace entre las variables físicas y la
interfaz gráfica creada en Labview.
• Por las múltiples prestaciones que posee el Módulo de adquisición de
datos, fácilmente puede competir en el mercado con equipos que realizan
funciones similares, para este caso se va a citar el módulo de pruebas
presentado por expositores de National Instruments del Ecuador, el cual
simula una planta de procesos básica con motores, sensores, actuadores,
etc. Y tiene un costo de USD 380, este equipo debe funcionar con una de
las tarjetas de adquisición de datos de NI la cual tiene un costo de USD
1200, el módulo construido busca tener en un solo equipo la mini planta de
procesos y el módulo de adquisición de datos a un precio bastante reducido
en comparación a los que se ofrecen en el mercado.
• En el mercado nacional se puede encontrar los elementos que fueron
utilizados en el Módulo de adquisición de datos a un precio muy accesible,
por lo que una inversión sería bien recompensada, basándonos en la
ganancia que se puede obtener, al realizar un trabajo de calidad, muy útil
en aplicaciones industriales y que puede remplazar a equipos de las
mismas características pero a costo reducido.
• El único inconveniente en cuanto a costos, es el que se presenta al
momento de realizar los circuitos impresos, una sola empresa ecuatoriana
realiza esta labor y ofrece un trabajo de calidad, el cual por efectos de
oferta y demanda presenta precios relativamente elevados.
• Es muy importante el control de flujo cuando de comunicación half dúplex
se trata ya que debemos asegurarnos que no exista una superposición de
información, tomando en cuenta que para este tipo de configuración en
determinado momento se admite solo transmisión ó solo recepción,
considerando que los equipos conectados en una red RS485 Half Duplex
comparten el bus formado por dos líneas A y B.
Recomendaciones
• Al momento de utilizar el puerto serial MSSP de microcontrolador utilizando
el módulo I2C y SPI al mismo tiempo se recomienda usar un CLK (reloj de
sincronización) distinto para cada caso para evitar conflictos de datos.
• Sugerimos el uso de amplificadores operacionales tales como el AD822 o el
AD620 debido a sus características de trabajo como son “RAIL TO RAIL”
(rango a rango) y su mayor resistencia a factores externos tales como
temperatura y ruido los que ayuda a realizar conversiones mas exactas y
con mayor rango de lectura, cosa que en circuitos integrados tales como
TL082 o LM358 no se las puede obtener.
• El compilador CCS – PCWHD por su entorno amigable de desarrollo y por
sus características de compilación que reducen el código basura al mínimo
para aprovechar al máximo la memoria que disponemos en nuestro
microcontrolador, es una muy buena opción para los estudiantes que
deseen incursionar en la programación el lenguaje C.
• Pretendemos por medio del presente trabajo impulsar el desarrollo propio
de diferentes tipos de equipos electrónicos en los estudiantes de Ingeniería
Eléctrica de la UPS para que así en un futuro tengan una mayor capacidad
de respuesta ante retos que se les ponga a nivel académico y cotidiano.
• Se recomienda el uso del software analizador de tramas Modbus Poll ya
que nos fue de mucha utilidad al momento de comparar las tramas
recibidas desde dispositivos industriales de marcas tales como Allen
Bradley y REDLion con las tramas que se generaron desde el módulo de
adquisición de datos.
Glosario Automatización Aplicación de procedimientos automáticos a un aparato,
proceso o sistema
CAN (Controller Area Network). Es un protocolo de
comunicaciones desarrollado por la firma alemana Robert Bosch
GmbH, basado en una topología bus para la transmisión de
mensajes en entornos distribuidos. Además ofrece una solución
a la gestión de la comunicación entre múltiples (unidades
centrales de proceso).
CMOS Complementary metal-oxide-semiconductor. Es una de
las familias lógicas empleadas en la fabricación de circuitos
integrados. Su principal característica consiste que en estado de
reposo, el consumo de energía es únicamente el debido a las
corrientes parásitas
Código Ascii (American Standard Code for Information Interchange — Código
Estándar Estadounidense para el Intercambio de Información),
es un código de caracteres basado en el alfabeto latino, tal
como se usa en inglés moderno y en otras lenguas
occidentales.
Compilador Es un programa informático que traduce un programa escrito en
un lenguaje de programación a otro lenguaje de programación,
generando un programa equivalente que la máquina será capaz
de interpretar.
Conversor ADC Es un dispositivo electrónico capaz de convertir una entrada
analógica de voltaje en un valor binario.
Conversor DAC Es un dispositivo electrónico capaz de convertir una entrada
binaria en un valor de voltaje a la salida.
Driver Un controlador de dispositivo, es un programa informático que
permite al sistema operativo interactuar con un periférico,
haciendo una abstracción del hardware y proporcionando
una interfaz -posiblemente estandarizada- para usarlo. Por
tanto, es una pieza esencial, sin la cual no se podría usar
el hardware.
Efecto Seebeck Consiste en la generación de una diferencia de potencial
eléctrico al someter a una diferencia de temperatura dos
metales o semiconductores diferentes.
Firmware Es un bloque de instrucciones de máquina para propósitos
específicos, grabado en una memoria de tipo de solo lectura
(ROM, EEPROM, flash, etc), que establece la lógica de más
bajo nivel que controla los circuitos electrónicos de un
dispositivo de cualquier tipo. Está fuertemente integrado con
la electrónica del dispositivo siendo el software que tiene directa
interacción con el hardware: es el encargado de controlarlo para
ejecutar correctamente las instrucciones externas.
Galga
extensiométrica
Dispositivo de medida universal que se utiliza para la medición
electrónica de diversas magnitudes mecánicas como pueden
ser la presión, carga, torque, deformación, posición, etc. cuerpo
debida a la fuerza aplicada sobre él.
Gateway Una pasarela o puerta de enlace, es un dispositivo, que permite
interconectar redes con protocolos y arquitecturas diferentes a
todos los niveles de comunicación. Su propósito es traducir la
información del protocolo utilizado en una red, al protocolo
usado en la red de destino.
HMI Interfaz de usuario por sus siglas en idioma inglés, (Human
Machine Interface) que se usa para referirse a la interacción
entre humanos y máquinas. Aplicable a sistemas de
Automatización de procesos.
Lenguaje C C es un lenguaje de programación creado en 1972 por Dennis
M. Ritchie en los Laboratorios Bell como evolución del anterior
lenguaje B.
Al igual que B, es un lenguaje orientado a la implementación
de Sistemas Operativos, concretamente Unix. C es apreciado
por la eficiencia del código que produce y es el lenguaje de
programación más popular para crear software de sistemas,
aunque también se utiliza para crear aplicaciones.
Lenguaje
Ensamblador
Assembler (assembly language en inglés) es un lenguaje de
programación de bajo nivel para
los computadores, microprocesadores, y otros circuitos
integrados programables. Implementa una representación
simbólica de los códigos de máquina binarios y otras constantes
necesarias para programar una arquitectura dada, constituye la
representación más directa del código máquina específico para
cada arquitectura legible por un programador.
LSB Siglas de Less Significative Bit, bit menos significativo.
Memoria
EEPROM
EEPROM son las siglas de Electrically Erasable Programmable
Read-Only Memory (ROM programable y borrable
eléctricamente). Es un tipo de memoria ROM que puede ser
programada, borrada y reprogramada eléctricamente.
Memoria Flash La memoria flash es una tecnología de almacenamiento —
derivada de la memoria EEPROM— que permite la lecto-
escritura de múltiples posiciones de memoria en la misma
operación. Gracias a ello, la tecnología flash, siempre mediante
impulsos eléctricos, permite velocidades de funcionamiento muy
superiores frente a la tecnología EEPROM, que sólo permitía
actuar sobre una única celda de memoria en cada operación de
programación.
Memoria RAM La memoria de acceso aleatorio (en inglés: random-access
memory),se utiliza como memoria de trabajo para el sistema
operativo, los programas y la mayoría del software.
Memoria ROM La memoria de solo lectura, conocida también
como ROM (acrónimo en inglés de read-only memory), es un
medio de almacenamiento utilizado en ordenadores y
dispositivos electrónicos, que permite solo la lectura de la
información y no su escritura.
Modelo OSI El modelo de interconexión de sistemas abiertos, también
llamado OSI (en inglés open system interconnection) es el
modelo de red descriptivo creado por la Organización
Internacional para la Estandarización en el año 1984. Es decir,
es un marco de referencia para la definición de arquitecturas de
interconexión de sistemas de comunicaciones.
MSB Siglas de Most Significative Bit, bit más significativo.
OLE Object Linking and Embedding (OLE) cuya traducción literal es
"incrustación y enlazado de objetos" es el nombre de un sistema
de objeto distribuido y un protocolo desarrollado por Microsoft.
OPC Server El OPC (OLE for Process Control) es un estándar de
comunicación en el campo del control y supervisión de procesos
industriales. La comunicación OPC se realiza a través de una
arquitectura Cliente-servidor. El servidor OPC es la fuente de
datos (como un dispositivo hardware a nivel de planta) y
cualquier aplicación basada en OPC puede acceder a dicho
servidor para leer/escribir cualquier variable que ofrezca el
servidor.
Optoacoplador Es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un
interruptor excitado mediante la luz emitida por un diodo
LED que satura un componente optoelectrónico, normalmente en
forma de fototransistor o fototriac. Se suelen utilizar para aislar
electricamente a dispositivos muy sensibles.
PAC Un controlador de automatización programable, o PAC (del
inglés Programmable Automation Controller), es una tecnología
industrial orientada al control automatizado, al diseño de
prototipos y a la medición. El PAC se refiere al conjunto formado
por un controlador (una CPU típicamente), módulos de entradas
y salidas, y uno o múltiples buses de datos que lo interconectan
todo.
PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en inglés) son
dispositivos electrónicos muy usados en automatización
industrial.
Protocolo de
comunicaciones
En el campo de las telecomunicaciones, es el conjunto de
reglas normalizadas para la representación, señalización,
autenticación y detección de errores necesario para enviar
información a través de un canal de comunicación.
Puente de
Wheatstone
Se utiliza para medir resistencias desconocidas. Estos están
constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito
cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida
PWM La modulación por ancho de pulsos de una señal o fuente de
energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo
de una señal periódica ya sea para transmitir información a
través de un canal de comunicaciones o para controlar la
cantidad de energía que se envía a una carga.
Router Conocido
como encaminador, enrutador, direccionador o ruteador es un
dispositivo de hardware usado para la interconexión de redes
informáticas que permite asegurar el direccionamiento
de paquetes de datos entre ellas o determinar la mejor ruta que
deben tomar.
SCADA Proviene de las siglas "Supervisory Control And Data
Acquisition" (Control de Supervisión y Adquisición de Datos): Es
un sistema basado en computadores que permite supervisar y
controlar variables de proceso a distancia, proporcionando
comunicación con los dispositivos de campo.
Sistema Binario Es un sistema de numeración en el que los números se
representan utilizando solamente las cifras cero y uno (0 y 1).
Sistema
Decimal
Es un sistema de numeración posicional en el que
las cantidades se representan utilizando como base
aritmética las potencias del número diez.
Sistema
hexadecimal
Es un sistema de numeración que emplea 16 símbolos. Su uso
actual está muy vinculado a la informática y ciencias de la
computación, pues los computadores suelen utilizar el byte u
octeto como unidad básica de memoria.
Transductor Los transductores son aquellas partes de una cadena de
medición que transforman una magnitud física en una señal
eléctrica.
Transceptor Dispositivo que realiza, dentro de una misma caja o chasis,
funciones tanto de trasmisión como de recepción, utilizando
componentes de circuito comunes para ambas funciones.
Transistor
darlington
Es un dispositivo semiconductor que combina
dos transistores bipolares en un tándem (a veces llamado par
Darlington) en un único dispositivo.
La configuración (originalmente realizada con dos transistores
separados) fue inventada por el ingeniero de los Laboratorios
Bell Sidney Darlington. La idea de poner dos o tres transistores
sobre un chip fue patentada por él, pero no la idea de poner un
número arbitrario de transistores que originaría la idea moderna
de circuito integrado.
TTL Transistor-transistor logic. Es una tecnología de construcción de
circuitos electrónicos digitales. En los componentes fabricados
con tecnología TTL los elementos de entrada y salida del
dispositivo son transistores bipolares.
UAL Unidad aritmético lógica, también conocida como ALU (siglas en
inglés de arithmetic logic unit), es un circuito digital que calcula
operaciones aritméticas (como suma, resta, multiplicación, etc.)
y operaciones lógicas (si, y, o, no), entre dos números.
UDP/IP Una manera directa de enviar y recibir datagramas a través una
red IP. Se utiliza sobre todo cuando la velocidad es un factor
importante en la transmisión de la información, por ejemplo,
RealAudio utiliza el UDP.
USART Es el acrónimo de Universal Synchronous/Asynchronous
Receiver Transmitter, que traducido al español viene a ser algo
parecido a Transmisor y Receptor Sincrónico/Asincrónico
Universal.
VID
PID
VID - Vendor ID (es un número de 16 bits vendido a un
fabricante de productos USB).
PID - Product ID, identificación del producto en cuestión
Referencias. [1]. CREUS, Antonio, “Instrumentación Industrial”, 6ª edición; Marcombo S.A.; 1997.
[2]. BOLTON, W. “MECATRONICA: Sistemas de Control Electrónico en Ingeniería Mecánica y
Eléctrica”. Segunda edición. Editorial Alfaomega, 2001, México.
[3]. TEXAS INSTRUMENTS, "Understanding Data Converters Application Report", 1997, ref nº
SLAA013.
[4]. PALLÁS, Ramón, "Adquisición y Distribución de Señales". Editorial Marcombo.
[5]. LOVEDAY, G. C. "Diseño de Hardware Electrónico". Editorial Paraninfo.
[6]. MICROCHIP, “Embedded Control handbook” Volumen 1.
[7]. GONZALES, Nestor “Comunicaciones y redes de procesamiento de datos”, editorial McGraw-
Hill.
[8]. HUIDROBRO, José, “Comunicaciones: Interfaces, módems, protocolos, redes y normas”,
Editorial Paraninfo, segunda edición, 1992.
[9]. FORTEZA, Bonnin, “Fuentes de alimentación reguladas Electrónicamente”, Editorial
Marcombo.
[10]. http://live.altium.com
[11]. http://www.ccsinfo.com/
[12]. http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21953a.pdf
[13]. http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21034D.pdf
[14]. http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21950b.pdf
[15]. http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/22003b.pdf
[16]. http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21953a.pdf
[17]. http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD822.pdf
[18]. http://www.parallax.com/Portals/0/Downloads/docs/books/edu/ICSpanish.pdf
[19]. http://www.sapiensman.com/control_automatico/
[20]. http://www.olimex.cl
[21]. http://www.ucontrol.com
[22]. http://www.aquihayapuntes.com.