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DISPOSITIVO DE MONITOREO DEL ESTADO DE LAS FUENTES DE PODER DE UNA RED DE TELECOMUNICACIÓN

OSCAR IVÁN BERNAT THORP

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA SANTIAGO DE CALI

2011

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DISPOSITIVO DE MONITOREO DEL ESTADO DE LAS FUENTES DE PODER DE UNA RED DE TELECOMUNICACIÓN

OSCAR IVÁN BERNAT THORP

Proyecto de grado para optar el título de Ingeniero Electrónico

Director de proyecto GUILLERMO DAVID

Ingeniero Electrónico

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2011

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Nota de aceptación

Firma del presidente del jurado

Firma del jurado 1

Firma del jurado 2

Santiago de Cali,

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Texto de dedicatoria Agradezco a Dios que me dio la oportunidad de culminar satisfactoriamente mi carrera.. Comparto esta alegría enormemente con mis padres Carlos Bernat y Patricia Thorp que me brindaron siempre su amor y apoyo y no dejaron que me rindiera en el camino y a mi hermano Carlos David.

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Texto de agradecimiento

Agradezco a mi director de grado por ayudarme al Ingeniero David Guillermo, al ingeniero Arley Murillo, al Ingeniero Andres Falla y al técnico Rodolfo Cruz. A los profesores del programa de ingeniería electrónica que me brindaron sus conocimientos para culiminar el proyecto.

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CONTENIDO

PÁG. INTRODUCCIÓN 10 CAPITULO I 11 1. Resumen. 11 CAPITULO II 13 2.1. Fuentes de poder. 13 2.2. Comunicación inalámbrica. 14 2.2.1. Modulación y demodulación. 16 2.2.2. Modulo de comunicación17. 2.2.3. Modulo transmisor TXM-869-ES. 17 2.2.3.1. Especificaciones. 17 2.2.3.2. Aplicaciones. 18 2.2.4. Modulo receptor RXM-869-ES. 18 2.2.4.1 Especificaciones. 18 2.2.4.2. Aplicaciones. 18 2.3. Sensores de temperatura. 19 2.3.1. Sensores de IC. 19 2.4. Transformador. 20 2.5. Transformador de corriente. 21 2.6. El microcontrolador PIC. 22 2.6.1. La arquitectura del procesador, el modelo Harvard. 23 2.6.2. Arquitectura basada en un banco de registro. 23

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2.6.3. Diversidad de modelos de microcontroladores. 24 2.6.4. Las ventajas de los microcontroladores. 25 2.7. Pantalla LCD. 25 2.7.1. Pines de conexión. 26 2.7.2 Clasificación de los códigos de instrucción. 27 2.8. Codificadores y decodificadores. 28 2.8.1. Características codificador. 28 2.8.2. Aplicaciones codificador. 28 2.8.3. Características decodificador. 29 2.8.4. Aplicaciones decodificador. 29 CAPITULO III 30 3. DIAGRAMA FUNCIONAL DEL SISTEMA. 30 3.1. Etapa transmisor. 31 3.1.1. Sensado de temperatura. 31 3.1.2. Adecuación de voltaje. 32 3.1.3. Adecuación de corriente. 32 3.1.4. Captura y conversión de las señales. 33 3.1.5. Codificador. 34 3.1.6. Transmisor. 34 3.2. Etapa receptora. 35 3.2.1. Receptor. 35 3.2.2. Decodificador. 36 3.2.3. Captura y envío de datos para mostrar en pantalla. 37

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CAPITULO IV 38 4. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO 38 4.1. Etapa transmisor. 38 4.1.1. Adecuación de la temperatura. 38 4.1.2. Adecuación del voltaje. 40 4.1.3. Adecuación de la corriente. 41 4.1.4. Microcontrolador. 44 4.1.4.1. Hardware. 44 4.1.4.2. Software. 46 4.1.5. Encoder. 52 4.1.6. Modulo Transmisor. 53 4.2. Etapa receptora. 56 4.2.1. Modulo receptor. 56 4.2.2. Decoder. 57 4.2.3. Microcontrolador. 59 4.2.3.1. Hardware. 59 4.2.3.2. Software. 61 4.2.4. Pantalla LCD. 67 4.3. Circuito de alimentación. 69 4.3.1. Fuente dual. 70 4.3.2. Obtencion de los 5V. 70 4.3.3. Bateria. 71 CAPITULO V 72 5. PRUEBAS Y RESULTADOS OBTENIDOS 72

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5.1. Inconvenientes. 74 CONCLUSIONES 75 BIBLIOGRAFÍA 76 LISTA DE FIGURAS 77 LISTA DE TABLAS 79 GLOSARIO 80 ANEXOS

A. Encoder LICAL-ENC-MS001 82

B. Decoder LICAL-DEC.MS001 84

C. Modulo transmisor TXM-869-ES 86

D. Modulo receptor RXM-869-ES 89

E. Sensor LM35 92

F. Amplificador operacional LM324 94

G. Amplificador operacional LM741 96

H. PIC 16F873a 98

I. Costos 101

J. Manual de usuario 102

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INTRODUCCIÓN

El dispositivo de monitoreo del estado de las fuentes de poder de una red de comunicación como propuesta significativa propende ante todo ser un apoyo técnico que generará una reducción importante de costos a las empresas. Por ende, es de trascendencia para la Universidad San Buenaventura y para el Programa Académico de Ingeniería Electrónica. Este dispositivo receptor para que los datos de voltaje, corriente y temperatura lleguen sin error y sin interferencias de otras frecuencias a través de la implementación de un sistema embebido, sirve como interfaz y coadyuva en el proceso de comunicación. El soporte conceptual y teórico está enmarcado en lo que se referencia sobre las fuentes de poder, red de distribución, la comunicación inalámbrica, el espectro electromagnético, los procesos de modulación y demodulación, los módulos de comunicación, de transmisión, de recepción y los sensores de temperatura. Acompaña el proceso lo enunciado en el capítulo 3 en cuanto al Diagrama funcional del sistema (diagrama transmisor, diagrama del receptor), la etapa transmisora y la etapa receptora. Luego se presenta la experiencia a través de la implementación del modelo en su etapa transmisora y receptora respectivamente, igualmente el circuito de alimentación del voltaje. Por último y como el éxito del proceso en el capítulo 5 se presentan las pruebas y resultados obtenidos que servirán en el desarrollo de las comunicaciones en nuestro entorno y en el mundo global. Las figuras, tablas y anexos orientarán al lector sobre aspectos y situaciones específicas de la investigación.

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CAPITULO I

1. Resumen. El proyecto pretende diseñar y construir el prototipo de un dispositivo, el cual consta de un receptor y transmisor. Estos dos equipos funcionarían de manera inalámbrica, colocando el receptor y transmisor en una comunicación de corto alcance, el receptor es un equipo portable de fácil manejo y movilidad, el transmisor iría conectado a la fuente, la idea de estos dos equipos es que el transmisor este emitiendo datos sobre las condiciones de la fuente que son: corriente, voltaje y temperatura, el receptor lleva a cabo la tarea notificar los datos emitidos, pudiendo el técnico visualizar esos datos. Debido a que una infraestructura de red de telecomunicación por cable, por ejemplo el servicio de televisión e internet, exige el uso de elementos activos y pasivos para la distribución de señales que soportan diversos servicios ofrecidos de telecomunicación como por ejemplo: internet, televisión y/o telefonía. Con lo anterior, el enfoque de este proyecto está dirigido hacia las fuentes de poder las cuales son las encargadas de suministrar energía eléctrica a los amplificadores de potencia. Implementando un circuito electrónico que permita adecuar y regular los valores de voltaje, corriente y temperatura, que son las variables que le interesaran al técnico. En ciertos casos las infraestructuras de red de telecomunicaciones están

expuestas a situaciones adversas, tal es el caso de, sobrecargas de tensión,

apagones o descargas eléctricas producidas por un rayo. Como resultado a

estas adversidades, las fuentes de alimentación sufren continuamente daños

que se reflejan en la no generación de los niveles adecuados de energía y una

alimentación de voltaje inadecuada a los amplificadores de potencia

mencionados. Siendo el dispositivo portable, al técnico solo le tomaría unos

minutos saber cuál es la fuente que presenta irregularidades, estando el

transmisor puesto en la fuente, el técnico lo único que hace es un recorrido con

el receptor por el sector y situarse en un rango directo entre receptor y

transmisor para la transferencia de datos, con la implementación de un sistema

embebido que sirva como interfaz, almacenador y envió de los datos de voltaje,

corriente y temperatura entregados por la fuente hacia el modulo de

transmisión. En el momento que el modulo receptor reciba un dato erróneo o

no reciba ningún dato del transmisor, el técnico sabrá qué fuente de poder está

funcionando mal y así podrá hacer el mantenimiento respectivo de la fuente, de

una manera más rápida y segura, evitando la subida a los postes de energía, el

cual constituye un riesgo para su integridad física y además se reduce

considerablemente los tiempos que tarda en llevar a cabo la revisión manual

punto por punto en el cableado de red, otorgando servicio más optimo, además

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el usuario tampoco tendrá que esperar por mucho tiempo a que el servicio de

televisión e internet se restablezca, evitando perdidas de clientes a la empresa

y dinero.

El dispositivo es de fácil implementación y la empresa no tiene la necesidad de hacer grandes cambios en la infraestructura establecida, ya que hacer un cambio de infraestructura ejerce un gasto enorme de capital, en cambio este dispositivo es de fácil conexión en una fuente de poder. El dispositivo es de fácil implementación, por ejemplo si se hiciera que los datos de voltaje, corriente y temperatura fueran enviados por el mismo cable de comunicación, implicaría que la empresa tuviera que cambiar los equipos del headend (cabecera). También dividir el canal de comunicación para televisión, internet y los datos de medidos.

Otro ejemplo seria que el receptor fuera un celular, esto también le implicaría a la empresa grandes gastos debido a que la empresa tendría que pagar por un plan de telefonía por cada fuente de poder que tenga instalada el dispositivo transmisor. Con este proyecto se puede resolver en un 80% los problemas anteriormente dichos que presentan las empresas de servicio de televisión e internet1.

Datos recibido por técnicos de las empresas de Codisert S.A Buenaventura, Valle

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CAPITULO II

2.1 Fuentes de poder Las fuentes de poder son unos dispositivos activos, siendo sumamente importantes dentro de una red de distribución o red de telecomunicación, debido a que las fuentes de poder son las que suministran potencia a los amplificadores permitiendo que haya un sistema de repartición de señal. Un sistema de distribución permite que haya un flujo de señal desde el headend (cabecera) hasta el cliente (usuario). En la figura numero 1, se puede observar una fuente de poder instalada a un poste. Figura 1. Fuente de poder instalada en un poste Buenaventura, Valle.

Fuente: foto tomada en Buenaventura, Valle

A continuación la lista de los componentes usados en una red de distribución y en la figura numero 2, se puede ver como se distribuyen estos elementos:

Fuentes de poder.

Amplificadores.

Cable coaxial.

Splitters o divisores.

Acopladores o directional couplers.

Taps.

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Figura 2. Red de distribución.

Fuente: Estructuras de redes HFC. Las fuentes de poder se conectan a la red eléctrica de baja tensión 110 V y generan una salida de 60 V a 60Hz y 90 V a 60Hz. El voltaje de salida varía dependiendo de cuantos amplificadores estén conectados a la fuente de poder y el tamaño de la fuente. Sin importar el voltaje generado a la salida de la fuente, estas entregan una corriente de 15 Amperios pico 2. Dependiendo del tamaño de las fuentes de poder estas suministran potencia a un número determinado de amplificadores, por ejemplo una fuente pequeña de 60 voltios proporcionan potencia entre 14 a 16 amplificadores aproximadamente, estas fuentes son con las que trabaja Cable Unión S.A. También están las fuentes grandes que son las de 90 voltios estas proveen potencia alrededor de 25 a 30 amplificadores, estas son las que utiliza Codisert S.A y son de marca Alpha 2. 2.2. Comunicación inalámbrica. En 1895, Guglielmo Marconi abrió el camino para la comunicación inalámbrica moderna, por transmisión del código Morse para la letra “S”, sobre una distancia de tres kilómetros usando ondas electromagnéticas. Desde este principio, la comunicación inalámbrica se ha convertido en un elemento clave para la sociedad moderna. Desde transmisión satelital, radio y televisión [1]. En la figura numero 3, se puede apreciar un esquema de comunicación inalámbrica

2 Dato obtenido directamente del Técnico Rodolfo Riascos de la empresa Codisert S.A Buenaventura,

Valle del Cauca.

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Figura 3. Esquema de transmision

Fuente: http://4.bp.blogspot.com/_sGfGYSigrZs/SwQ6I4gm1zI/AAAAAAAAAD4/ vuTB7M4Qkh8/s1600/SADASDA.bmp

La comunicación inalámbrica se divide en dos en la infrarroja y la radiofrecuencia, en este tipo de comunicación solo los dispositivos físicos se encuentran en el receptor y transmisor, el medio por el cual se transmiten las ondas electromagnéticas ya sean datos, videos o voz es por el aire [2]. La comunicación inalámbrica puede cubrir grandes o pequeñas distancias dependiendo del tipo de comunicación que se esté usando por ejemplo la radiofrecuencia puede cubrir grandes o pequeñas distancias, a excepción de la infrarroja la cual solo sirve para pequeñas distancias [2]. Además la infrarroja se debe tener el transmisor y receptor en un punto directo entre ellos a una corta distancia, mientras que la RF como su nombre lo indica esta radia por el medio y su aplicación es muy grande [2]. La comunicación se mide con la unidad de Hz (hercio), dependiendo de la aplicación y el tipo de dispositivo que se esté usando cada transmisión se emite en una diferente frecuencia, La división de estas frecuencias se le conoce como el espectro electromagnético [2]. La radio transmisión envuelve el uso de el espectro electromagnético, la energía electromagnética es transmitida en diferentes frecuencias y las propiedades de energía dependen sobre la frecuencia. Por ejemplo, la luz visible tiene una frecuencia entre 4x1014 y 7.5x1014 Hz. La radiación ultra violeta, rayos X y rayos gamma tiene frecuencias más altas equivaliendo a un ancho de onda más corta, mientras la radiación infrarroja, microondas y ondas de radio tienen frecuencias más bajas siendo la longitud de onda más larga. El espectro de la radio frecuencia envuelve la radiación electromagnética con

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frecuencias entre 3000 Hz y 300 GHz [1], en la figura numero 4, se observa una grafica de ejemplo. Figura 4. Espectro electromagnético

Fuente: http://eltamiz.com/wp-content/uploads/2008/11/ espectro- electromagnetico.png

Como se dijo anteriormente la comunicación inalámbrica es cuando los medios de unión entre sistemas no son con cables. Su principal ventaja es que permite una facilidad de desplazamiento y reubicación, evitando la necesidad de establecer una infraestructura de cableado, también suele ser más barata y de fácil instalación. Los sistemas de comunicación modernos requieren de señales de radio frecuencia y microondas para la transmisión inalámbrica de información. Estos sistemas emplean: osciladores, mezcladores, filtros y amplificadores para generar y procesar varias clases de de señales. El transmisor comunica con el receptor por medio de antenas localizadas sobre cada uno. Un sistema designado necesita saber acerca de las características del canal y el ruido del sistema para estigmatizar el poder de nivel requerido [2]. 2.2.1. Modulación y demodulación La modulación es el proceso de poner la información contenida en una señal, generalmente de baja frecuencia a una frecuencia alta, pudiendo ser transmitido dicha información [3]. E igualmente existe el proceso de demodulación que consiste en colocar dicha información recibida, de una alta frecuencia a una baja frecuencia.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b3/EM_Spectrum_Properties_es.svg

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La importancia de modular las señales son:

Si todos los usuarios transmiten a la frecuencia de la señal original, no será posible reconocer la información inteligente contenida, debido a la interferencia entre las señales transmitidas por diferentes usuarios.

A frecuencias altas, se obtiene mayor eficiencia en la transmisión.

Se aprovecha mejor el espectro electromagnético.

2.2.2. Módulo de comunicación. Los módulos de comunicación son unos dispositivos electrónicos que permiten realizar la intercomunicación de un equipo, de una estación u otro ente que requiera o que genere datos, ya sea de manera inalámbrica o cableada. Existe en el mercado diferentes tipos de módulos con capacidades y características diversas por ejemplo algunos permiten que el paquete de datos transmitidos y/o recibidos se haga de una manera segura y sin pérdida de información, pero también hay otros que necesitan de hardware adicional para hacer la codificación de datos y poder transmitir y/o recibir sin que haya perdida de información. Existe también otro modulo que permite hacer la transmisión y la recepción en un solo dispositivo estos son conocidos como transceivers. A continuación se dará las especificaciones técnicas de un transmisor y receptor determinado. 2.2.2.1. Modulo de transmisión TXM-869-ES Este modulo ofrece una combinación de características de rendimiento y efectividad. Utiliza la modulación FM/FSK, para proveer un rendimiento superior e inmunidad al ruido. 2.2.2.2. Especificaciones

Empaque ultra compacto

Ancho de banda (20Hz a 28kHz)

Consumo de corriente muy bajo

Tasa de datos a 56000bps

http://www.google.com.co/search?hl=es&nfpr=1&biw=1280&bih=709&sa=X&ei=1Gg4TousEaHL0QGMvuDpAw&ved=0CBUQBSgA&q=transceivers&spell=1

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No necesita componentes externos de RF.

2.2.2.3. Aplicaciones

Transferencia de datos inalámbrico

Automatización industrial

Control remoto

Alarmas de seguridad

Telemetría

Largo rango de RFID

2.2.3. Modulo de recepción RXM-869-ES Presenta las mismas características del transmisor en cuanto a la combinación de características de rendimiento y efectividad. Utiliza la modulación FM/FSK, para proveer un rendimiento superior e inmunidad al ruido. 2.2.3.1. Especificaciones

Empaque ultra compacto

Inmunidad al alto ruido

Excelente sensibilidad

Consumo de corriente baja

2.2.3.2. Aplicaciones

Transferencia de datos inalámbricos

Automatización industrial

Control remoto

Alarma de seguridad

Telemetría

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Líneas MIDI

Sensor remoto de estados

2.3. Sensores de temperatura. La temperatura es una variable física la cual es medida con exactitud gracias a los diversos sensores de temperatura que existen en el mercado. Lo complejo con la medida de la temperatura es que esta no es estable ya que mantiene en una variación por el cambio climático en el entorno. En el mercado existe una gran variedad de sensores de temperatura como son: termopares, termistores, RTD, sensores de circuito integrado, entre otros [4]. En la tabla numero 1, se pueden observar diversos sensores de temperatura con sus ventajas y desventajas. Tabla 1. Sensores de temperatura

Fuente: Oscar Bernat 2.3.1. Sensores de IC. Los sensores de circuito integrado se fundamentan en la característica de la unión p-n de los semiconductores. Están formados por circuitos integrados sobre un chip, el cual presenta una salida lineal y proporcional a la temperatura. Se consiguen sensores IC que presentan salidas en voltaje analógico y en forma digital. Por estar hechos a base de silicio, su rango de temperatura está limitado aproximadamente a los 150°C [5]. Estos sensores ofrecen altos niveles de rendimiento y son relativamente económicos y bastante precisos a temperatura ambiente. Sin embargo estos sensores no tienen tantas opciones de configuración, además son dispositivos activos, por lo que requieren una fuente de alimentación [4].

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Los sensores de IC forman parte de la tendencia hacia los “sensores inteligentes”, que son unos transductores cuya inteligencia incorporada facilita las actividades de reducción y análisis de datos que el usuario debe realizar normalmente en el sistema de adquisición de datos [4]. En la figura numero 5, se puede observar un LM35 el cual es un sensor IC. Figura 5. LM35

Fuente: http://elisahlul.blogspot.com/2011/02/lm35-temperature-sensor.html

2.4. Transformador El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de voltaje, en energía alterna de otro nivel de voltaje, por medio de la acción de un campo magnético, manteniendo la frecuencia. Se encuentran en gamas desde potencias nominales bajas hasta potencias nominales altas, dependiendo de su aplicación [6]. Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan: primario y secundario. Según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. En la figura numero 6, se puede observar un transformador [6]. Figura 6. Transformador

Fuente: http://www.definicionabc.com/general/transformador.php

http://www.monografias.com/trabajos11/tradi/tradi.shtml

http://www.monografias.com/trabajos6/elme/elme.shtml#induccion

http://www.monografias.com/trabajos/metalprehis/metalprehis.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtml

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2.5. Transformador de corriente Los transformadores de corriente se utilizan para medir o monitorear la corriente de la línea y en algunos casos reducirla a un nivel seguro para medir y para aislar el equipo de medición [5]. Los transformadores de corriente se definen con relaciones de corriente primaria a corriente secundaria. Algunas relaciones típicas de un transformador de corriente son: 100/5, 800/5, 1000/5. El valor normalizado de la corriente nominal en el secundario generalmente son 5 A y 1 A [5]. El primario de estos transformadores se conecta en serie a la línea que está suministrando la potencia, y la carga de este transformador está constituida solamente por la impedancia del circuito que se conecta a secundario del transformador. 2.5.1. Tipos De Construcción: Los tipos de transformadores de corriente son:

Tipo primario devanado: Consta de dos devanados primarios y secundarios totalmente aislados y montados permanentemente sobre el circuito magnético.

Tipo barra: Es similar al tipo primario devanado, excepto en que el primario es un solo conductor recto de tipo barra.

Tipo toroidal (ventana): Tiene un devanado secundario totalmente

aislado y montado permanentemente sobre el circuito magnético y una ventana a través de la cual puede hacerse pasar un conductor que proporciona el devanado primario.

Tipo para bornes: Es un tipo especial toroidal proyectado para colocarse en los bornes aislados de los aparatos, actuando el conductor del borne como devanado primario.

En la figura numero 7, se puede observar un transformador de corriente tipo toroidal o ventana.

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Figura 7. Transformador de corriente tipo ventana

Fuente: http://www.velasquez.com.co/paginas/transformadores_de_corriente.htm

2.6. El microcontrolador PIC El microcontrolador es un dispositivo integrado que incluye un microprocesador, memoria y dispositivos periféricos como: dispositivos de entrada/salida, conversores A/D (análogo/digital), puertos de comunicación [4]. El microcontrolador nace cuando las técnicas de integración han progresado lo bastante para permitir su fabricación, pero también porque, muy a menudo, tanto en las aplicaciones domesticas como industriales, se tiene la necesidad de sistemas inteligentes o al menos programables [3]. Actualmente Microchip3 ha realizado un gran número de mejoras a la arquitectura original, adaptándola a las actuales tecnologías y al bajo costo de los semiconductores [3]. En la figura numero 8, se puede observar un PIC 16f873a. Figura 8. PIC 16f873a

Fuente: http://venezuela.jblshop.com/pic-microcontrolador-pic16f873a-i-y-sp_jbl29429744.php

3 Empresa fabricante de microcontroladores, memorias y semiconductores analógicos.

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2.6.1 La arquitectura del procesador, el modelo Harvard. La repercusión más importante del empleo de la arquitectura Harvard en los microcontroladores PIC se manifiesta en la organización de la memoria del sistema. La memoria de programa o instrucciones es independiente de la de los datos, teniendo tamaños y longitudes de palabra diferentes. En la figura numero 9, se puede observar un esquema de la arquitectura Harvard. Figura 9. Diagrama de la arquitectura

Fuente: http://perso.wanadoo.es/pictob/microcr.htm#que_es_un_microcontrolador

La arquitectura Harvard permite a la CPU acceder simultáneamente a las dos memorias. Además, propicia numerosas ventajas al funcionamiento del sistema [7]. En los PIC, el formato de las instrucciones es de 12 bits, 14 bits o 16 bits según el modelo y en consecuencia, la longitud de las palabras de la memoria de instrucciones o programa corresponde con esa longitud. Este tamaño permite codificar en una palabra el código de operación de la instrucción junto al operando o su dirección [8]. Para adaptarse a las necesidades de las aplicaciones del usuario hay modelos con 512 posiciones para la memoria de instrucciones y otros que tienen 1k, 2k, y hasta 64 k posiciones de memoria [7]. 2.6.2. Arquitectura basada en un banco de registros. La arquitectura basada en banco de registros implica que todos los elementos del sistema, es decir, temporizadores, puertos de entrada/salida, posiciones de memoria, están implementados físicamente como registros [7]. En la figura 10, se muestra como la ALU (Unidad Aritmético-Lógica) efectúa sus operaciones con dos operandos, uno que proviene del registro W (Work),

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que en otras CPUs recibe el nombre de Acumulador, y el otro que se encuentra en cualquier otro registro o desde el propio código de instrucción. Figura 10. Diagrama interno

Fuente: http://perso.wanadoo.es/pictob/micropic.htm

2.6.3 Diversidad de modelos de microcontroladores. La gran variedad de modelos de microcontroladores PIC (254 dispositivos a noviembre de 2004) permite que el usuario pueda seleccionar el más conveniente para su proyecto:

El número de patillas de E/S varía de 4 a 70, según el modelo.

Casi todos disponen de una memoria EEPROM de 16 a 1024 bytes para

almacenar datos y recuperarlos después de haber eliminado la alimentación.

Las frecuencias más habituales de funcionamiento máximas, según el modelo, son 4 MHz y 10 MHz, llegando algunos a los 48 MHz.

Además de las entradas/salidas digitales y temporizadores y contadores, según el modelo, podemos disponer de entradas/salidas analógicas (convertidores A/D, D/A), comparadores analógicos, amplificadores operacionales, puerto serie, I2C, USB.

Según la versión de PIC, la Pila o "Stack" dispone de un cierto número de niveles lo que supone poder encadenar más o menos subrutinas.

Los microcontroladores PIC más sencillos no admiten interrupciones, pero el resto sí.

Hay PIC donde el temporizador TMR1 tiene un circuito oscilador que puede trabajar asíncronamente y que puede incrementarse aunque el

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microcontrolador se halle en el modo de reposo ("sleep"), posibilitando la implementación de un reloj en tiempo real.

En algunos modelos las líneas de E/S del uno o más puertos presentan una carga "pull-up" activada por software.

2.6.4. Las ventajas de los Microcontroladores. Un microcontrolador se integra en un único encapsulado lo que antes necesitaba una o varias decenas de elementos distintos. Como resultado se ha obtenido una evidente disminución en el volumen del hardware y del circuito impreso [3]. También, hay un aumento de la fiabilidad del sistema ya que, al disminuir el número de componentes, el número potencial de fuentes de error también disminuye. Además, la cantidad de conexiones disminuye, lo que aumenta la fiabilidad del sistema. Así mismo, la disminución de componentes reduce el consumo global de todo el sistema, lo que según en qué aplicaciones y tipos de alimentación el microcontrolador resulta ventajoso [3]. 2.7. Pantalla LCD Antes de aparecer los módulos LCD, los diseños electrónicos utilizaban los displays de siete segmentos para poder mostrar la información, además de su gran limitación de poder mostrar los caracteres alfa numéricos y símbolos especiales, también consumían demasiada corriente y ocupaban demasiado espacio físico [3]. Los módulos LCD o pantallas de cristal líquido, tienen la capacidad de visualizar cualquier carácter alfa numérico. Estos dispositivos ya vienen con su pantalla y toda la lógica de control reprogramada y el consumo de corriente es mínimo, se emplean fácilmente, estos módulos son la solución ideal ya que no se tiene que organizar tablas especiales como los displays siete segmentos [3]. Las aplicaciones de estos módulos se aplican en infinitas áreas como: informática, comunicaciones, telefonía, automatización, entre otros. En la figura numero 11, se muestra un LCD de 16 pines [3].

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Figura 11. Modulo LCD

Fuente: http://www.superrobotica.com/S310118.htm

2.7.1. Pines de conexión. Los pines de conexión de un modulo LCD, han sido estandarizados, haciendo que la mayoría de ellos sean exactamente iguales, siempre y cuando la línea de caracteres no sobrepase los ochenta caracteres por línea como se puede apreciar en la tabla numero 2. Tabla 2. Pines del modulo LCD

Fuente: http://www.pablin.com.ar/electron/info/lcd/index.htm

http://www.pablin.com.ar/electron/info/lcd/index.htm

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El pin numero 1 y 2 son los de alimentación para que funcione, el pin 3 es para el ajuste del contraste de la pantalla, ayudando a la visualización de los caracteres [3]. El pin 4, denominado RS, trabaja paralelamente al bus de datos del modulo LCD, este bus es utilizado de dos manera, ya que se podrá colocar un dato que representa una instrucción o se podrá colocar un dato que tan solo representa un símbolo o un carácter alfa numérico, la diferencia se hace con un 1 o 0. Si el pin es igual a cero, le dirá al modulo que está presente en el bus de datos una instrucción y si el pin es igual a uno, le dirá al modulo que está presente un símbolo o un carácter alfa numérico. El pin 5, denominado R/W, trabaja paralelamente al bus de datos del modulo. También es utilizado de dos maneras, ya que podrá decirle al modulo que escriba en pantalla el dato que está presente en el bus o que lea el dato que está presente en el bus. Si el pin es igual a cero, el modulo escribe en pantalla el dato que está presente y si el pin es igual a uno, lee el dato que está presente en el bus del modulo [3]. El pin 6, denominado E, tiene la función de conectar y desconectar el modulo. Esta desconexión no estará referida al voltaje que le suministra la corriente al modulo, sino que significa que no se tomara en cuenta lo que esté presente en el bus de datos del modulo [3]. Los pines 7-14, representan 8 líneas que se utilizan para colocar el dato que representa una instrucción para el modulo o un carácter alfa numérico [3]. Hay otros dos pines que no se visualizan en la tabla anterior, los pines 15 y 16, estos pines están destinados para suministrar la corriente al back light [3]. 2.7.2. Clasificación de los códigos de Instrucción Los registros internos de instrucciones (RI) y los de datos (RD) almacenan temporalmente la información de control y la que deberá mostrarse para poder adecuar los procesos a los tiempos que la tecnología LCD requiere [3].

En condiciones de uso normal, las instrucciones mas empleadas son las de transferencia con la RAM interna, la cual envía datos al display. Pero como el contador interno incrementa automáticamente (o decrementa) en una unidad la dirección de la RAM posteriormente a cada instrucción de escritura de datos el número final de instrucciones del programa se ve reducido a un puñado [3].

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Durante cada operación interna del µC, el bit 7 permanece activo (estado alto), esto es usado entonces como busy flag ó bandera de ocupado. Asimismo, cuando se desee una velocidad de operación alta, alrededor de 50KHz, el estado de este bit o bandera deberá ser constantemente monitorizado, a fin de mantener la sincronización de los sistemas sin pérdida de cadenas de datos [3]. 2.8. Codificadores y decodificadores.

Los codificadores y decodificadores están diseñados para aplicaciones de control remoto. Que codifican el estado de hasta ocho botones o los contactos en una salida segura de serie destinados a la transmisión a través de una conexión inalámbrica. Lo que minimiza la posibilidad de tener múltiples dispositivos direcciones opuestas. Estos dispositivos cuentan con tensión de alimentación de bajo. También permiten el reconocimiento de las líneas de salida individual para ser fácilmente definido por el usuario. La decodificación se realiza mediante un decodificador que también identifica y muestra el ID del codificador de origen. Ubicado en un pequeño paquete de SSOP de 20 pines. Los codificadores y decodificadores están diseñados para aplicaciones de control remoto. Que codifican el estado de hasta ocho botones o los contactos en una salida segura de serie destinados a la transmisión a través de una conexión inalámbrica. 2.8.1. Características Codificador.

8 líneas de datos.

Autoridad de reconocimiento definible.

Codificación de serie verdad.

Excelente inmunidad al ruido.

Selección de frecuencia de transmisión.

Interfaz de serie directa.

No requiere programación. 2.8.2. Aplicaciones Codificador.

Entrada sin llave.

29

Control remoto de dispositivos.

Las alarmas de carros.

Automatización industrial.

Control de iluminación.

Sistema de paginación. 2.8.3. Características decodificador.

8 líneas de datos.

Autoridad de reconocimiento definible.

Codificación de serie verdad.

Excelente inmunidad al ruido.

Selección de frecuencia de transmisión.

Interfaz de serie directa.

No requiere programación.

2.8.4. Aplicaciones Decodificador.

Entrada sin llave.

Control remoto de dispositivos.

Las alarmas de carros.

Automatización industrial.

Control de iluminación.

Sistema de paginación.

30

CAPITULO III

3. DIAGRAMA FUNCIONAL DEL SISTEMA. En la figura No 12, se muestra el diagrama funcional de la etapa transmisora del proyecto. De la fuente de poder se toma las medidas de voltaje, corriente y temperatura, cada señal pasa por un proceso de rectificación exceptuando la señal de temperatura. También a las tres señales se le adecua un valor de voltaje determinado. Una vez estén adecuadas las tres señales, se envían al microcontrolador, para realizar la conversión de análogo a digital y asignarle a cada señal el valor correspondiente; voltaje, corriente y temperatura, una vez hecho esto, se envía los datos a un codificador y luego al modulo transmisor. En el punto 3.1 se explica puntualmente cada bloque de la etapa transmisora. Figura 12. Diagrama del transmisor

Fuente: Oscar Bernat

En la figura numero 13, se muestra el diagrama funcional de la etapa receptora del proyecto. El modulo receptor recibe los datos propagados desde el transmisor, se envían los datos a un decodificador y luego pasan los datos al microcontrolador, el microcontrolador verifica los datos que haya recibido y los organiza por registros, identificando a que representa cada dato organizado en los registros, es decir que dato corresponde a la medida de voltaje, corriente y temperatura. Una vez hecho esto la información se despliega en una pantalla LCD, donde se visualiza el valor de medida de voltaje, corriente y temperatura

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de la fuente de poder en el momento que se le hizo la medición y también se visualiza las alarmas. En el punto 3.2 se explica puntualmente cada bloque. Figura 13. Diagrama del receptor

Fuente: Oscar Bernat 3.1. Etapa transmisor Esta etapa mantendrá ubicada en la fuente de poder, tomando las medidas de voltaje, corriente y temperatura para luego ser transmitidas, este es alimentado por un circuito externo. Como se menciono en el punto 3 esta etapa se encarga de adecuar las unidades de voltaje, corriente y temperatura para luego procesarlas y ser transmitidas. 3.1.1. Sensado de temperatura. Para sensar la temperatura se utiliza un LM35, se utiliza este sensor porque su uso es más ventajoso por sus características, mostradas en la tabla Numero 1 del capítulo 2, comparado con los otros sensores de temperatura. Este sensor es muy útil para la aplicación requerida: El sensado de temperatura de la fuente de poder. Este dispositivo internamente tiene una precisión de medida calibrada a 10C sin que haya la necesidad de hacer una calibración externa al dispositivo, la tensión de salida de este sensor es linealmente proporcional a la temperatura en la escala Celsius, cada grado centígrado equivale a 10mv en su salida, el rango que abarca este sensor es

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desde -550 hasta +150 0C, siendo un rango suficiente, debido a que la fuente de poder estaría variando entre los +250 y +800C. Otra ventaja del sensor es debido a su bajo costo en el mercado. Su conexión es sencilla, tiene tres pines que corresponde a: alimentación, tierra y salida análoga. Como el voltaje de salida del sensor es en unidades de milivoltios, se implementa un amplificador operacional en la salida análoga para obtener un nivel adecuado en voltios para la entrada análogo del microcontrolador. La instalación del sensor también es muy sencilla solo se coloca cerca del la fuente de poder para lograr un contacto térmico sin necesidad de cables u otro tipo de conexión. El sensor se instala en el devanado segundario del transformador de la fuente de poder. 3.1.2. Adecuación de voltaje Para la adecuación de voltaje se conecta un transformador de voltaje de 120/12v, a la línea de salida del segundo devanado del transformador de la fuente de poder, para disminuir los 90 o 60 voltios provenientes de la fuente a un nivel de voltaje menor, siendo seguro para trabajar. Como el valor de voltaje transformado se encuentra en AC, se implementa un rectificador y un filtro, para obtener un valor de DC deseado. Con el voltaje rectificado en DC, se implementa un circuito atenuador a la salida de este, para poder obtener un nivel de DC adecuado para la entrada análogo del microcontrolador. No es necesario que la relación de transformación sea de 120/12v, se puede utilizar una relación diferente y ajustar los niveles de voltaje con el circuito adecuador, sin embargo se usa este tipo porque es muy común encontrar esta relación de transformador en el mercado y por su precio. 3.1.3. Adecuación de corriente Primero se hace la medida de intensidad de corriente que entrega la fuente de poder conectada a una carga. Se conecta un transformador de corriente tipo ventana con relación de 100/5A. Este transformador se acopla por medio de inducción magnética a la línea de salida del segundo devanado del transformador de la fuente de poder, que corresponde a la misma línea donde se enlaza el transformador de voltaje. El valor de la corriente se mide y se toma en unidades de voltaje y no en amperios por:

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Las entradas análogas del microcontrolador deben ser en voltaje.

Es más sencillo hacer la medición en voltios en el segundo devanado

del transformador de corriente, empleando la ley de Ohm, ya que en el devanado secundario del transformador se conecta una resistencia.

Como ya se hizo una medida de la intensidad de corriente entregada por la fuente de poder, se puede hacer la equivalencia con el valor de voltaje medido en el devanado secundario del transformador. La corriente o voltaje de salida en el segundo devanado del transformador de corriente varía de acuerdo al número de vueltas o veces que pase un cable por medio de la ventana del transformador de corriente. Como se menciono anteriormente, el valor del voltaje entregado por el transformador de corriente dependerá del número de espiras de cable que pasen por la ventana del transformador de corriente y la resistencia conectada en el devanado secundario del mismo transformador. Una vez transformada la señal esta pasa por un rectificador de precisión. El rectificador de precisión es capaz de modificar tensiones de milivoltios en corriente alterna (AC) y convertirla en corriente continua (DC), siendo capaz de hacer una variación del orden de milivoltios a decenas de voltios, adicionalmente los rectificadores de precisión tienen la capacidad de variar los niveles de Dc resultantes al ajustar la ganancia del circuito de rectificación. Como la señal de voltaje alterna a la salida del transformador de corriente presenta una variación del orden de milivoltios cabe indicar que no conviene usar un puente rectificador normal debido a la caída de voltajes que se presenta en los diodos. 3.1.4. Captura y conversión de las señales. En este proceso se toma las tres señales provenientes de cada circuito adecuador: voltaje, corriente y temperatura. Teniendo en cuenta que son señales análogas, se hace una conexión entre las salidas de cada circuito adecuador a las entradas análogas del microcontrolador. Usando estas entradas y con una rutina en el software se hace la conversión de los datos de análogo a digital. El microcontrolador una vez haya hecho la conversión de análogo a digital guarda cada dato: voltaje, corriente y temperatura en un registro como un valor

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(value), cada valor se multiplica con un constante calculada para realizar la conversión binaria al valor real del: voltaje, corriente y temperatura en la que se encuentra la fuente de poder. Los datos son enviados a un encoder por el puerto paralelo, cada registro será enviado en una trama de 8 bits.

Por registro serán enviadas tres tramas cada una de 8 bits en el siguiente orden: la primera trama contendrá los valores de voltaje, la segunda trama corriente y la tercera temperatura. Cada trama se divide en datos y header, tomando como header el ultimo bit y como datos la cola de la trama. El header es para identificar que variable va a recibir el modulo receptor: voltaje, corriente o temperatura. Con esto se puede tener un control en la comunicación y así evitar que los datos se solapen.

Esto usando un PIC 16f873a posee los puertos necesarios para realizar lo mencionado anteriormente. 3.1.5. Codificador Para la codificación de los datos se utiliza un LICAL-ENC-MS001, este dispositivo recibe los datos provenientes del puerto paralelo del microcontrolador y los entrega de manera serial al modulo de transmisión. Ayuda a mejorar la calidad de la transmisión y agrega robustez, tiene la posibilidad de distinguir entre los datos validos e inválidos, de esta manera el decoder ubicado en la etapa receptora descartara aquellos códigos que no correspondan por efectos del ruido producido por el medio de transmisión, disminuyendo así los errores de transmisión, sin la necesidad que se programe o se conecte otro elemento para su funcionamiento. 3.1.6. Transmisor. Para la transmisión se utiliza un modulo RF, de referencia TXM-869-ES, el cual es el dispositivo que va a permitir que los datos de medida de voltaje, corriente y temperatura almacenados en el PIC, puedan ser transferidos a la otra etapa del proyecto que corresponde al receptor. Este dispositivo utiliza la comunicación FM/FSK, siendo más inmune al ruido comparado con la comunicación AM/ASK, también este modulo trabaja bajo una frecuencia de banda libre a una velocidad hasta de 56000 bps, siendo más que suficiente para el proyecto, ya que los datos son transmitidos a 9600 bps,

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estas son las características principales del porque se escogió este modulo y adicionalmente es un dispositivo de menor valor económico. A diferencia de otros módulos que tienen aplicaciones más avanzadas que no son necesarias para el proyecto y así mismo más costosos. Este modulo se utiliza con el objetivo de agregar robustez a la transmisión, brindando una alta confiabilidad en los datos transmitidos a una frecuencia de 869 MHz sin la necesidad de hacerle un ajuste externo y tiene un alcance de más de 200 metros, siendo más que suficiente debido a que un poste no tiene más de 15 metros, la otra ventaja es que en la mayoría de los casos no va a existir ningún obstáculo externo entre el modulo de transmisión y el modulo de recepción. La conexión del modulo es sencilla, siguiendo los pasos del fabricante, no hay que hacerle ningún ajuste externo. Como medida de seguridad se le implementa un diodo zener al pin de alimentación (vcc), para evitar que el modulo sufra un sobrevoltaje. Debido a que el microcontrolador va a enviar los datos de manera paralela, el modulo transmisor solo recibe datos de manera serial, por lo cual se conecta otro dispositivo entre el microcontrolador y el modulo, que se explica en el punto 3.1.6. 3.2. Etapa receptora. Esta etapa es con la que el técnico podrá visualizar las medidas realizadas a la fuente de poder, siendo portable y alimentado con baterías. Como se menciono en el punto 3 esta etapa se encarga de recibir y mostrar en pantalla los datos medidos de la fuente de poder, ubicada en el poste que se esté realizando la medición. 3.2.1. Receptor. Para la recepción se utiliza un modulo RF, de referencia RXM-869-ES, el cual es el dispositivo que va a permitir que los datos de medida de: voltaje, corriente y temperatura, transmitidos desde la etapa transmisora sean capturados y luego puedan ser mostrados en pantalla. Al igual que su pareja el modulo transmisor (TXM-869-ES), este dispositivo utiliza la avanzada comunicación FM/FSK, el cual ayuda a que sea menos inmune al ruido comparado a la comunicación AM/ASK, también este modulo trabaja bajo una frecuencia de banda libre a una velocidad hasta de 56000 bps,

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siendo más que suficiente para el proyecto, ya que los datos son transmitidos a 9600 bps, estas son las características principales porque se escogió este modulo agregándole su valor económico. A diferencia de otros módulos que tienen aplicaciones más avanzadas que no son necesarias para el proyecto y así mismo más costosos. Con este modulo se puede realizar una buena recepción, agregando una alta confiabilidad en los datos recibidos a un frecuencia de 869 MHz, al igual que el transmisor no tiene la necesidad de hacerle un ajuste externo y tiene un alcance de más de 200 metros. La conexión del modulo es sencilla no hay que hacerle ningún ajuste externo, únicamente se le conecta un zener al pin vcc como protección para que no vaya a sufrir un sobrevoltaje. Como en la etapa transmisora se utiliza un dispositivo que codifica los datos transmitidos, en esta etapa de recepción se necesita un dispositivo que decodifique los datos y puedan ser enviados al microcontrolador, por lo tanto la salida serial del modulo receptor va conectada al decodificador, que se explica en el punto 3.2.2. 3.2.2. Decodificador. Para la decodificación de los datos se utiliza un LICAL-DEC-MS001, este dispositivo recibe los datos seriales provenientes del pin Data del modulo receptor y los entrega de manera paralela al microcontrolador a una velocidad de 9600bps. Al igual que el codificador no necesita que se programe o se conecte otro elemento para su funcionamiento. 3.2.3. Captura y envío de datos para mostrar en pantalla. El microcontrolador en este proceso se encarga de recibir los datos de 8bits y acomodar cada dato en un registro, lo cual cada registro corresponde a una variable física los cuales son: voltaje, corriente y temperatura. Verifica si ya llegaron las tres tramas y repite este ciclo constantemente, evitando así que un dato se solape sobre otro o halla perdida de algún dato. El programa principal una vez hecho lo anterior, se encarga de mostrar en pantalla los valores de medida de las variables físicas de la fuente de poder y desplegar en pantalla las alarmas de cada variable física cuando alguna de estas estén fuera del rango establecido.

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CAPITULO IV

4. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO

4.1. Etapa transmisor. 4.1.1. Adecuación de la temperatura. El sensado de la temperatura, tiene lugar directamente en la fuente de poder, más exactamente en el lado secundario del transformador de la fuente de poder que es donde se instala el sensor LM35. Para el diseño del adecuador de temperatura se utilizo los siguientes componentes:

Amplificador operacional LM324.

Trimer

Sensor LM35

Resistencias

Para el ajuste de la temperatura no se presenta ningún problema ya que el voltaje de salida del sensor es un voltaje DC, aprovechando eso se implementa un amplificador no inversor, usando el amplificador operacional LM324, esto para poder pasar a unidades de voltaje, las unidades de milivoltios que entrega el sensor LM35. Para la medida de la temperatura se utiliza como referencia la temperatura ambiente de 250C. Esto quiere decir que a 250C el valor de entrada al amplificador es de 250mV, para la amplificación se uso el siguiente cálculo: Cálculos del amplificador para obtener el Vout deseado.

(

)

Se toma como R1 10kΩ, por lo tanto se hace un despeje para hallar el valor de la otra resistencia en este caso R2, con el fin de obtener un Vout de 1.5.

39

Por lo tanto = 50 En la figura No 14, se puede apreciar cómo queda el circuito amplificador. La R1 representa el trimer. El trimer permite ajustar el voltaje de salida del amplificador con fines de calibración, la fuente de voltaje que se encuentra como alimentación del circuito simula el voltaje de salida del sensor LM35. Figura 14. Circuito amplificador para temperatura

Fuente: Oscar Bernat El Voltaje de salida de 1.5V es el valor adecuado que se necesita para la entrada análoga del microcontrolador, con el fin que se tenga en un registro un valor equivalente a los 250C, una vez se haya realizado el proceso de conversión de análogo a digital y este resultado es multiplicado por la constante de ajuste. En el punto 4.1.4.2, se explica el cálculo de la equivalencia.

40

4.1.2. Adecuación del voltaje Para el diseño de adecuación de voltaje se utilizo los siguientes elementos:

Un transformador.

Un Puente diodos.

Un capacitor.

Un trimer.

Un amplificador operacional LM324.

A la fuente de poder se le conecto una carga de 12Ω, obteniendo un voltaje de 97V. Este valor de voltaje se utiliza como referencia para el diseño del circuito adecuador. El ajuste del voltaje se realiza con la conexión del lado primario del transformador a la fuente de poder, obteniendo un voltaje bajo y seguro en el secundario. Luego, esta tensión alterna es rectificada por el puente de diodos, obteniendo una señal de onda completa rectificada. Después la señal se filtra por medio de un capacitor obteniendo una señal de DC. Una vez obtenida la señal de DC, la señal es entregada al circuito atenuador conformado por el amplificador operacional LM324. Cálculos del amplificador para obtener el Vout deseado.

(

)

Se toma como R1 10kΩ, por lo tanto se hace un despeje para hallar el valor de la otra resistencia en este caso R2, con el fin de obtener un Voltaje de salida de 4V.

Por lo tanto R2 = 2.5 .

41

Como el amplificador esta con un diseño inversor, el voltaje de salida es negativo. Por lo tanto a la salida del amplificador se le agrega otro amplificador inversor con ganancia unitaria para invertir el voltaje de salida y así obtener un voltaje de salida positivo. En la figura numero 15, se puede apreciar el circuito amplificador. La resistencia R1 representa el trimer. El trimer permite ajustar el voltaje de salida del amplificador como calibración, la fuente de voltaje que se encuentra como alimentación del circuito simula el voltaje de salida del puente de diodos. Figura 15. Circuito amplificador para voltaje

Fuente: Oscar Bernat El Voltaje de salida de 4V es el valor adecuado que se necesita para la entrada análoga del microcontrolador, con el fin que a este voltaje una vez se ha realizado el proceso de conversión de análogo a digital y este resultado es multiplicado por la constante de ajuste se tenga en un registro un valor equivalente a los 97V. En el punto 4.1.4.2, se explica el cálculo de la equivalencia. 4.1.3. Adecuación de la corriente Para el diseño del adecuador de corriente se utilizo los siguientes componentes:

Amplificador operacional LM741.

Transformador de corriente tipo ventana.

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Un trimer.

Diodos.

Un capacitor.

Una resistencia en porcelana 2Ω/5w.

Al igual que la adecuación de voltaje la fuente de poder tiene conectada la misma carga de 12Ω, para poder obtener un valor de corriente, en la prueba se obtuvo una corriente de 7A, este valor de corriente se utiliza como referencia para el diseño del circuito. Para sensar esta corriente se instalo el transformador de corriente tipo ventana y se conecto en su salida una resistencia de porcelana en serie. El ajuste de la corriente se realiza llevando la línea que sale de la fuente de poder a que pase por medio de la ventana del transformador de corriente, con un determinado número de vueltas, para este caso se utilizo 3 vueltas; la decisión de las tres vueltas es producto de las pruebas que se realizaron con el transformador de corriente implementado, pues se buscaba obtener ciertos valores de voltaje para el circuito de adecuación. El transformador de corriente se encarga de reducir la corriente proveniente de la fuente de poder de acuerdo a la relación de corriente, para este caso reduce la corriente 2.8 veces Luego, esta tensión alterna es rectificada por el amplificador de precisión obteniendo una señal de onda completa. Después la señal se filtra por medio de un capacitor obteniendo una señal de DC. Calculo para de la relación de corriente.

Usando la resistencia de 2Ω/5w se puede calcular el voltaje de salida del transformador de corriente por medio de la ley de ohm.

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El Vout calculado se convierte en el Vin del amplificador de precisión. Para los siguiente cálculos se usa el Vin=2.5, siendo el valor real de la practica. Cálculos del amplificador de precisión para obtener el Voltaje de salida del amplificador deseado.

Se toma como R1 100kΩ, por lo tanto se hace un despeje para hallar el valor de la otra resistencia en este caso R2, con el fin de obtener un Voltaje de salida de 1.8V.

En la figura numero 16, se puede apreciar el circuito amplificador. La R1 representa el trimer. El trimer permite ajustar el voltaje de salida del amplificador como mecanismo de calibración, la fuente de voltaje que se encuentra como alimentación del circuito simula el voltaje de salida del transformador de corriente.

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Figura 16. Circuito amplificador de precisión.

. Fuente: Oscar Bernat El Voltaje de salida de 1.8V es el valor adecuado que se necesita para la entrada análoga del microcontrolador, con el fin que a este voltaje una vez se ha realizado el proceso de conversión de análogo a digital y este resultado es multiplicado por la constante de ajuste se tenga en un registro un valor equivalente a los 7A. En el punto 4.1.4.2, se explica el cálculo de la equivalencia. 4.1.4. Microcontrolador El proceso del microcontrolador se divide en dos partes en: Hardware y software. 4.1.4.1 Hardware Para el almacenamiento de los datos provenientes de los circuitos adecuadores, se utilizara tres puertos del microcontrolador: el puerto A y/0 Puerto análogo, el puerto B y el puerto C. Por el puerto A es donde entraran las señales provenientes de los circuitos adecuadores, para ser leídos y convertidas a señales digitales y para el voltaje de referencia que permite definir la resolución de conversión, Luego, por el puerto B saldrán los datos de 8 bits al encoder. El puerto C se encarga de activar y desactivar el pin SEND del encoder.

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A continuación se mostraran unas tablas que indica la configuración de cada puerto. En la tabla Numero 3, se muestra como configuran los pines del puerto A Tabla 3. Configuración del puerto A.

NOMBRE FUNCION

RA0/AN0 Se configura como entrada de la señal de voltaje

RA1/AN1 Se configura como entrada de la señal de corriente

RA2/AN2/VREF- Se conecta a tierra

RA3/AN3/VREF+ Se conecta a Vcc

RA5/AN4 Se configura como entrada de la señal de temperatura

Fuente: Oscar Bernat En la tabla numero 4, se muestra como configuran los pines del puerto B Tabla 4. Configuración del puerto B

NOMBRE FUNCION

RBO Se configura como salida menos significativo

RB1/INT1 Se configura como salida



RB4 Se configura como salida

RB5/PGM Se configura como salida

RB6/PGC Se configura como salida

RB7/PGD Se configura como salida más significativo

Fuente: Oscar Bernat En la tabla numero 5, se muestra como configuran los pines del puerto C

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Tabla 5. Configuración del puerto C

NOMBRE FUNCION

RCO Activa y desactiva SEND

Fuente: Oscar Bernat En la figura numero 17, se puede observar las conexiones que se manejan en los distintos puertos del microcontrolador. Figura 17. Conexión del PIC 16f873a

Fuente: Oscar Bernat 4.1.4.2. Software. El programa principal arranca con la configuración de los puertos paralelos como entradas o salidas, quedando como salidas el puerto B y el puerto C y como entrada el puerto A. Luego se configura que canales análogos del puerto A se van a utilizar para la conversión a digital. También se ajusta los voltajes de referencia, dejando el Voltaje de referencia positivo a +5V y el negativo a 0V. Luego se denominan las señales. Llamadas en el programa como una subrutina signales.

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En la subrutina signales se escogen tres canales análogos de conversión: 0, 1 y 4. Estos canales corresponden al puerto AN0, AN2 y AN4, como ya se dijo anteriormente por estos puertos entraran las tres señales provenientes de los adecuadores de voltaje, corriente y temperatura. Cada señal será guardada como una variable digital en un registro denominado value. El valor máximo digital que será leído y guardado es 1024 que corresponde a 5v análogo, Luego se realiza la adecuación de la señal para volver las variables digitales a los valores reales de las señales físicas. La adecuación se hizo de la siguiente manera: Como ya se dijo anteriormente el voltaje de referencia de +5v determina el valor máximo análogo que será leído por el microprocesador, correspondiendo a 1024 digitalmente. A cada variable física: voltaje, corriente y temperatura, se le denomina un valor de medida máximo.

El valor guardado en value es multiplicado por la constante, para obtener un valor real. Luego cada uno de los valores obtenidos son guardados en otro registro denominado input_regs, Una vez hecho la adecuación sigue la subrutina denominada Tx, que es donde se hará el control del envío de los datos al receptor por tramas, evitando que haya solapamiento entre las señales o pérdidas como se menciono en punto 3.1.4. Esto se logra haciendo que: al número guardado en input_regs se le hace un XOR con un código binario determinado para obtener una trama modificada, esta trama modificada es la que se transmite. A continuación se muestra un ejemplo de la operación digital, tomando como referencia el envió de un dato de voltaje.

Para que las tramas sean transmitidas, se activa el pin _C0 (SEND) y se desactiva cuando hayan sido enviadas las tres tramas.

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A continuación se muestran los diagramas de flujo del esquema del programa con sus respectivas subrutinas. En la figura numero 18, se observa el esquema del programa. Figura 18. Diagrama de flujo del esquema del programa.

Fuente: Oscar Bernat En la figura numero 19, se observa la subrutina del programa principal.

TRANSMISOR

Programa principal

Fin

Inicializaciones

49

Figura 19. Diagrama de flujo de la subrutina Programa principal


En la figura numero 20, se observa el diagrama de flujo de la subrutina

signales.

Programa Principal

Signales

Tx

Configuración de puertos E/S

Configuración de A/D

50

Figura 20. Diagrama de flujo de la subrutina Signales.


Signales

Delay_10us

Value0=Read_adc

Adecuación de la señal

voltaej

Delay_10us

Value1=Read_adc


corriente

Delay_10us

Value2=Read_adc


temperatura

Fin

1

1

Selección del canal A0 Selección del canal A4

Selección del canal A1

51

En la figura numero 21, se observa el diagrama de flujo de la subrutina Tx. Figura 21. Diagrama de flujo de la subrutina Tx


Tx

Input0 = Input0 xor 128

Input2= Input2 xor 64

Activo Send

Puerto_paralelo = Input(i)

Delay 5ms

Desactivo Send

i ++

i>=3

i = 0

1

1

Fin

No

Si

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4.1.5. Encoder. El encoder recibe los datos de forma paralela y los almacena, esperando la orden del microcontrolador que active y desactive el pin de enviar (Send), para que pueda enviar los datos al modulo de transmisión. El encoder recibe los datos de 8 bits o una trama provenientes del microcontrolador. Por medio de los pines Data lines (líneas de datos). Cada vez que el encoder recibe una trama del microcontrolador se activa el pin SEND, mientras este activado el send el encoder captura el estado de la línea de datos y lo envía como un dato serial por el DATA_OUT. Como el pin TX_CNTL del encoder va conectado al pin PDN del modulo TX, cada vez que el encoder entre a modo send, este se pondrá en alto permitiendo que el modulo transmita, si el send esta desactivado pondrá al modulo TX en modo sleep. La velocidad de transmisión de 9600bps, es seleccionada conectando al pin SEL_BAUD0 una resistencia de 100k de pull-up y al SEL_BAUD1 una resistencia de 100k de pull-down. A continuación en la tabla numero 6, se muestran la función y conexión de cada pin utilizado del encoder. Tabla 6. Conexión de los pines del encoder.

NOMBRE FUNCIÓN

D0 Se configura como entrada del bit menos significativo conectado al Puerto B0 del microcontrolador

D1 Se configura como entrada de bit conectado al Puerto B1 del microcontrolador






D7 Se configura como entrada de bit más significativo conectado al Puerto B7 del microcontrolador

SEND Si esta en 1 permite el envío de datos y se está en 0 no envía ningún dato, conectado al puerto C0 del microcontrolador

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DATA_OUT Se configura como salida de un dato serial conectado al DATA del modulo transmisor.

SEL_BAUD0 Se conecta a VCC

SEL_BAUD1 Se conecta a tierra.

TX_CNTL Va conectado al pin PDN del modulo TX, permite entrar en modo sleep o modo de transmisión.

Fuente: Oscar Bernat En la figura Numero 22, se puede observar un esquemático del encoder. Figura 22. Esquemático del encoder

Fuente: Oscar Bernat La conexión del resto del dispositivo se puede apreciar en el ejemplo de aplicación del fabricante anexada en la hoja del datasheet del encoder, 4.1.6. Modulo transmisor. El transmisor recibe los datos seriales por el pin DATA, provenientes del encoder y luego los transmite a una frecuencia de 869MHz. El pin PDN es el que permite que el modulo entre en modo de transmisión o modo sleep y viene controlado desde el encoder, como se explico en el punto

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4.1.5. Al pin LADJ se le conecta una resistencia de 40 kΩ para que el transmisor pueda transmitir a su máxima potencia de acuerdo a lo especificado por el fabricante. El modulo tiene conectado una antena apropiada para la transmisión de datos a 869MHz con impedancia característica de 50Ω. Para proteger el modulo transmisor se conecta un diodo Zener y una resistencia de 33Ω, para reducir el voltaje de alimentación de 5V de vcc que pasan por el circuito debido a que el voltaje máximo del modulo es de 4V de acuerdo lo especificado por el fabricante. Calculo de la obtención del valor de la resistencia.

Como la corriente de funcionamiento del diodo zener es 76mA máximo, se toma como corriente zener (IZ) 51mA.

Por lo tanto el valor de la resistencia es de , asegurando así una corriente de zener con el cual pueda funcionar. En la figura numero 23, se observa cómo va conectado el diodo zener. Figura 23. Circuito protector del modulo Tx


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En la figura numero 24, se puede observar la conexión del modulo transmisor tomada del ejemplo de aplicación del fabricante anexada en la hoja del datasheet, junto con el circuito protector.

Figura 24. Conexión del modulo transmisor.

Fuente: Oscar Bernat En el punto 4.3, se explica de donde provienen los voltajes de alimentación de los dispositivos que conforman esta etapa transmisora. En la figura 25, se muestra un esquema general de la etapa transmisora del proyecto.

56

Figura 25. Esquema de la etapa transmisora


4.2. Etapa receptora 4.2.1. Modulo receptor El receptor recibe los datos provenientes de la etapa transmisora del proyecto, este logra capturar los datos usando una antena de 869MHz con impedancia de 50Ω. Enviando los datos de manera serial al decoder por medio del pin DATA. El pin PDN es el que permite que el modulo receptor este activo o desactivado y va conectado al pin RX_CNTR del decoder, especificado por el fabricante.

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En la figura numero 26, se puede observar la conexión del modulo receptor tomado del ejemplo de aplicación del fabricante anexada en la hoja del datasheet del modulo receptor y del decoder. Figura 26. Conexión del modulo receptor.

Fuente: Oscar Bernat 4.2.2. Decoder. Primero el pin LEARN se pone en alto manualmente, para que el decodificador acepte la palabra de código del encoder y queden sincronizados. Una vez hecho eso el decodificador queda listo para que pueda recibir los datos provenientes del encoder a través del modulo receptor de forma serial y los envíe al microcontrolador de manera paralela. Una vez hecho lo anterior el decoder recibe los datos seriales por el pin DATA_IN, provenientes del modulo receptor. Esto siempre y cuando el pin SEND del encoder se encuentre en alto. La velocidad de transmisión de 9600bps, es seleccionada conectando al pin SEL_BAUD0 una resistencia de 100k de pull-up y al SEL_BAUD1 una resistencia de 100k de pull-down. El pin MODE_IN va conectado al PIN A0 del microcontrolador para indicar si un dato o trama ha sido recibida.

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El pin RX_CNTR va conectado al pin PDN del modulo receptor como se menciono en el punto 4.2.1. La conexión del integrado se tomo del ejemplo de aplicación del fabricante anexada en la hoja del datasheet del decoder, A continuación en la tabla numero 7, se muestran la función y conexión de cada pin utilizado del decoder. Tabla 7. Conexión de los pines del decoder.

NOMBRE FUNCION

D0 Se configura como salida del bit menos significativo conectado al Puerto C0 del microcontrolador.

D1 Se configura como salida de bit conectado al Puerto C1 del microcontrolador






D7 Se configura como entrada de bit más significativo conectado al Puerto C7 del microcontrolador

MODE_IN Si esta en 1 indica dato recibido y se está en 0 no hay dato recibido, conectado al puerto A0 del microcontrolador

DATA_IN Se configura como entrada de un dato serial conectado al DATA del modulo receptor.

SEL_BAUD0 Se conecta a VCC

SEL_BAUD1 Se conecta a tierra.

LEARN Se manipula manualmente para recibir palabra de código del encoder.

RX_CNTL Va conectado al pin PDN del modulo RX, permite entrar en modo activo o desactivado.


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En la figura numero 27, se puede observar la conexión del decoder tomado del ejemplo de aplicación del fabricante anexada en la hoja del datasheet del decoder, Figura 27. Esquemático del decoder.

Fuente: Oscar Bernat La conexión del resto del dispositivo se puede apreciar en el ejemplo de aplicación del fabricante anexada en la hoja del datasheet del decoder, 4.2.3. Microcontrolador El proceso del microcontrolador se divide en dos partes en: Hardware y software. 4.2.3.1 Hardware Para el almacenamiento de los datos provenientes del decoder, se utilizó tres puertos del microcontrolador: el puerto C, el puerto B y el puerto A. Por el puerto C es donde ingresan las señales provenientes del decoder, para ser leídos. El puerto B va conectado a los pines del LCD para que puedan ser mostrados o visualizados los valores de voltaje, corriente, temperatura y las alarmas de cada variable. Por el puerto A se indica cuando ha llegado un dato o trama. A continuación se mostraran unas tablas que indica la configuración de cada puerto. En la tabla Numero 8, se muestra como configuran los pines del puerto C

60

Tabla 8. Configuración del puerto C.

NOMBRE FUNCION

RC0/T1OSO/T1CKI Se configura como entrada menos significativo

RC1/T1OSO/CCP2 Se configura como entrada

RC2/CCP1 Se configura como entrada

RC3/SCK/SCL Se configura como entrada

RC4/SDI/SDA Se configura como entrada

RC5/SDO Se configura como entrada

RC6/TX/CK Se configura como entrada

RC7/RX/DT Se configura como entrada más significativo

Fuente: Oscar Bernat En la tabla numero 9, se muestra como configuran los pines del puerto B Tabla 9. Configuración del puerto B.

NOMBRE FUNCION

RB0/INT Se configura como salida del bit menos significativo conectado al pin E del LCD

RB1 Se configura como salida de bit conectado al pin RS del LCD

RB2 Se configura como salida de bit conectado al PIN RW del LCD

RB3/PGM NC

RB4 Se configura como salida de bit conectado al pin D4 del LCD

RB5/ Se configura como salida de bit conectado al pin D5 del LCD

RB6/PGC Se configura como salida de bit conectado al pin D6 del LCD

RB7PGD Se configura como entrada de bit más significativo conectado al pin D7 del LCD

Fuente: Oscar Bernat En la tabla numero 10, se muestra como configuran los pines del puerto A.

61

Tabla 10. Configuración del puerto A

NOMBRE FUNCION

AC0 Indica si un dato ha sido recibido.se conecta al MODE_IN del decoder

Fuente: Oscar Bernat En la figura numero 28 se puede observar las conexiones que se manejan en los distintos puertos del microcontrolador. Figura 28. Conexión del PIC 16F873a

Fuente: Oscar Bernat 4.2.3.2. Software El programa principal arranca con la configuración de los puertos paralelos como entradas o salidas, quedando como salidas el puerto B y como entradas el puerto C y el puerto A. También la configuración de la librería del LCD. Luego se configura un canal del puerto A, que indicara cuando ha sido recibido un dato si el dato ha sido recibido se ejecuta la subrutina Rx, si no salta esa subrutina haciendo que no se muestre ningún dato en pantalla. La subrutina Rx lee la trama modificada de 8 bits emitida por el transmisor, se le hace un AND lógico con código binario determinado, el resultado es tomado como una dirección, la dirección determina si el valor que se va a mostrar corresponde a: voltaje, corriente o temperatura. Luego ya determinado que

62

variable física corresponde la dirección, a la trama modificada se le hace un AND lógico con un código binario determinado para obtener el valor real del dato emitido y luego ser mostrado en pantalla. A continuación se muestra la recuperación del mismo dato que se mostro en el ejemplo del punto 4.1.4.2.

La subrutina alarmas se pregunta si el valor de cada variable física: voltaje, corriente y temperatura, se encuentra dentro del rango determinado, si es así se muestra en pantalla la letra que denomina cada variable sino no muestra nada en pantalla. A continuación se mostrara los diagramas de flujo correspondientes al programa. En la figura numero 29, se muestra el esquema general del programa.

63

Figura 29. Esquema del programa

Fuente: Oscar Bernat En la figura numero 30, se muestra la subrutina del programa principal.

Receptor

Programa principal

Fin

Inicializaciones

64

Figura 30. Programa principal


Programa Principal

Rx

Alarmas

A0

==1

Pantalla

No señal

No

Si

Configuración de puertos E/S

Configuración librería LCD

65

En la figura numero 31, se muestra el diagrama de flujo de la subrutina Rx. Figura 31. Rx

Rx

Inicializaciones

Trama(i) = input_C0

Input1 = trama(i)

Dir == 128

Dir == 0

Dir == 192

Dir == 64

Input0 = trama(i) and 127



1

No

No

No

Si

Si

Si

Si

66

Fuente: Oscar Bernat En la figura numero 32, se observa la subrutina de las alarmas.

1

i ++

i >= 3

i = 0

Fin

No

Si

67

Figura 32. Alarmas.


Alarmas

Input0 >= 99 or <=60

Pantalla A

Pantalla B

Pantalla C Fin

Input1 >= 10 or <=5

Input1 >= 50

No

No

No

Si

Si

Si

68

4.2.4. Pantalla LCD. Finalmente en pantalla se visualizan los valores de: Voltaje, corriente y temperatura con su correspondiente unidad de medida. También se puede observar las alarmas generadas si una variable ha excedido su valor promedio. Siendo cada una de la siguiente manera:

En la figura numero 33 se observa como son visualizados los datos en pantalla.

Figura 33. Visualización de datos


Si el voltaje se sale del rango entre 59V y 99V se muestra una V, indicando alarma de Voltaje como se observa en la figura 34.

Figura 34. Visualización de alarma de la señal de voltaje.


Si la corriente se sale del rango entre 5A y 10A se muestra una I, indicando alarma de Corriente como se observa en la figura 35.

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Figura 35. Visualización de alarma de la señal de corriente.


Si la temperatura sobrepasa los 500C se muestra una T, indicando alarma de Temperatura como se observa en la figura 36.

Figura 36. Visualización de alarma de la señal de temperatura.

Fuente: Oscar Bernat En la figura 37, se muestra un esquema general de la etapa receptora del proyecto

70

Figura 37. Esquema de la etapa receptora

Fuente: Oscar Bernat 4.3. Circuito de alimentación. Este circuito se encarga de alimentar las entradas que suministran voltaje a los elementos electrónicos que conforman el circuito transmisor que son: los amplificadores operacionales, el regulador de voltaje, el microcontrolador, el codificador y el modulo transmisor. Además asegura que si llega a presentar una caída de voltaje en el lado secundario del transformador que conforma la fuente de poder, el circuito transmisor podrá seguir enviando datos validos al receptor, ya que este circuito va conectado directamente a la línea de 120V, es decir va conectado al primario que conforma la fuente de poder, asegurándose que si se llega a presentar un daño en la fuente de poder el circuito transmisor seguirá en función. Al lado primario de la fuente de poder se le conecta un transformador, obteniendo un voltaje bajo y seguro en el secundario. Luego, esta tensión alterna es rectificada por el puente de diodos, obteniendo una señal de onda completa rectificada. Después la señal se filtra por medio de un capacitor obteniendo una señal de DC.

71

4.3.1. Fuente dual. Esta fuente sirve para suministrar voltaje positivo y negativo que sirve de alimentación para los amplificadores operacionales que conforma los circuitos adecuadores de: voltaje, corriente y temperatura. Para la obtención de los valores negativos y positivos se conecta el tap central del transformador con relación de 120/12V a tierra, Luego, esta tensión alterna es rectificada por el puente de diodos, obteniendo una señal de onda completa rectificada en la salida negativa y positiva del puente de diodos. Después la señal se filtra por medio de un capacitor en cada salida del puente obteniendo una señal de DC. En la figura numero 38, se muestra el circuito. Figura 38. Fuente dual.

Fuente: Oscar Bernat 4.3.2. Obtención de los 5V. A la salida del lado positivo del puente de diodos con su respectivo filtro se conecta un regulador LM7805, para obtener los 5v, que sirven para suministrar voltaje de alimentación a los siguientes dispositivos: Microcontrolador, encoder y modulo de transmisión. En la figura numero 39, se puede observar el diseño del circuito.

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Figura 39. Circuito suministro de los 5V Dc.

Fuente: Oscar Bernat 4.3.3. Batería. Para la alimentación de la etapa receptora se utiliza una batería de 9V, que sirve para alimentar un regulador LM7805, para obtener los 5V que sirven para suministrar voltaje al circuito receptor. Debido a que el receptor no es un dispositivo que solo va estar encendido por el tiempo que el técnico haga las pruebas de medición, se opto que el suministro de energía del circuito fuera una pila cuadrada de 9V.

73

CAPITULO V

5. PRUEBAS Y RESULTADOS OBTENIDOS Se logro implementar los circuitos adecuadores que permiten regular las variables físicas de: voltaje, corriente y temperatura. Logrando la conversión de cada variable a valores de 0 a 5V. Las pruebas se hicieron conectando una carga de 12Ω a la fuente de poder, obteniendo los siguientes valores iníciales que se muestran en la tabla numero 11. Tabla 11. Muestra de los valores de obtenidos.

Variable física

Valor de entrada a los circuitos adecuadores

Valor obtenido por el

circuito adecuador (V)

Voltaje 97V 4V

Corriente 7A 1.8V

Temperatura 250C 1.5V

Fuente: Oscar Bernat Se logro hacer la interfaz entre los valores adecuados y el sistema embebido. Logrando convertir las señales análogas a digitales. Logrando la equivalencia de cada señal de entrada al microcontrolador a un valor real, en la tabla numero 12 se muestra la tabla de equivalencia de cada señal. Tabla 12. Tabla de equivalencia

Valor de entrada al microcontrolador

Valor real mostrado en pantalla

4V 97V

1.8V 7A

1.5V 250C

Fuente: Oscar Bernat Finalmente se logró acoplar el circuito transmisor y el circuito de alimentación a la fuente de poder, para el funcionamiento de la etapa transmisora, logrando la emisión de los datos entregados por el sistema embebido a través del modulo transmisor a una distancia de 10mts.

74

También se logro el envío de los datos inalámbricamente entre transmisor y receptor. Logrando en la etapa receptora la conversión del dato digital al valor real de la variable física, para luego ser visualizado en pantalla. Mostrando también las alarmas generadas si alguna variable se salía del rango especificado. Tambien en el caso de que la fuente no estuviera funcionando se visualiza que no se muestra ningún dato. A continuación se pueden observar dichos datos que se realizaron en la prueba. Figura 40. Datos de variables físicas

. Fuente: Foto tomada al proyecto Figrua 41. Alarmas

. Fuente: Foto tomada al proyecto

75

Figura 42. Datos en blanco

Fuente: Foto tomada al proyecto Para la visualización de las alarmas, se simulo la variación de voltaje de cada señal por medio de potenciómetros. 5.1. Inconvenientes Al principio del proyecto se utilizó la comunicación serial entre pic y modulo de comunicación, pero en las pruebas el LCD mostraba “basura”, datos no deseados. Por eso se decidió en usar el decodificador y codificador, pasando de comunicación seria a paralela los pics. Como no se tenía un conocimiento previo sobre los transformadores de corriente, para la conversión de amperios a voltios, se comenzó haciendo circuitos con amplificadores, el problema era que generaban caídas de voltaje para el circuito adecuador de voltaje.

76

CONCLUSIONES

La implementación de este circuito electrónico permitió la adecuación y la regulación de los valores de voltaje, corriente y temperatura. Logrando convertir dos variables físicas como los amperios y los grados centígrados, en una sola en voltios.

El prototipo representa un dispositivo de fácil uso y se caracteriza porque no requiere de grandes cambios de infraestructura, lo que genera ganancia para la empresa, en términos que de reducción de costos de administración y por ende una mayor oportunidad para la satisfacción de problemas de comunicación vía televisión e internet.

La empresa que utilice este dispositivo evitará realizar cambios de los

equipos de headend para Televisión, internet y otros datos deseados, siendo un sistema embebido que sirve como interfaz almacenador y de envío de los datos de voltaje, corriente y temperatura entregados por la fuente hacia el módulo de transmisión. Convirtiéndose en un sistema de monitoreo y de alarma para condiciones de sobrecargas de energía que en un momento dado pueda recibir la fuente.

La implementación de este sistema embebido que sirve como interfaz entre el módulo de recepción y el usuario (técnico) permitirá que se puedan visualizar en un LCD los datos de voltaje, corriente y temperatura emitidos por el dispositivo de transmisión en tiempo real, así como también estados de alarma generados por situaciones ocurridas con anterioridad.

La investigación permitió la selección e implementación del módulo de comunicación utilizado, de acuerdo a los requerimientos de alcance, velocidades de transmisión, consumos de potencia y la banda de frecuencias de operación.

Por otro lado, es importante destacar que este proceso investigativo con el diseño del dispositivo receptor hace posible que los datos de voltaje, corriente y temperatura lleguen sin error gracias a la implementación del codificador y decodficador.

77

BIBLIOGRAFIA

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LISTA DE FIGURAS

PÁG. Figura 1. Fuente de poder instalada en un poste. 13 Figura 2. Red de distribución. 14 Figura 3. Esquema de transmisión. 15 Figura 4. Espectro electromagnético. 16 Figura 5. LM35. 20 Figura 6. Transformador. 20 Figura 7. Transformador de corriente tipo ventana. 22 Figura 8. PIC 16f873a. 22 Figura 9. Diagrama de la arquitectura. 23 Figura 10. Diagrama interno. 24 Figura 11. Modulo LCD. 26 Figura 12. Diagrama transmisor. 30 Figura 13. Diagrama del receptor. 31 Figura 14. Circuito amplificador para temperatura. 39 Figura 15. Circuito amplificador para voltaje. 41 Figura 16. Circuito amplificador de precisión. 44 Figura 17. Conexión del PIC 16ff873a. 46 Figura 18. Diagrama de flujo del Esquema del programa. 48 Figura 19. Diagrama de flujo de la subrutina Programa principal. 49 Figura 20. Diagrama de flujo de la subrutina Signale. 50 Figura 21 Diagrama de flujo de la subrutina Tx. 51 Figura 22. Esquemático del encoder. 53

79

Figura 23. Circuito protector del modulo Tx. 54 Figura 24. Conexión del modulo transmisor. 55 Figura 25. Esquema de la etapa receptora. 56 Figura 26. Conexión del modulo receptor. 57 Figura 27. Esquemático del decoder. 59 Figura 28. Conexión del pic 16f873a. 61 Figura 29. Diagrama de flujo del Esquema del programa. 62 Figura 30. Diagrama de flujo de la subrutina Programa principal. 63 Figura 31. Diagrama de flujo de la subrutina Rx. 64 Figura 32. Alarmas. 66 Figura 33. Visualización de datos. 67 Figura 34. Visualización de alarma de la señal de voltaje. 67 Figura 35. Visualización de alarma de la señal de corriente. 68 Figura 36. Visualización de alarma de la señal de temperatura. 68 Figura 37. Esquema de la etapa receptora. 69 Figura 38. Fuente dual. 70 Figura 39. Circuito suministro de los 5v Dc. 71 Figura 40. Datos de variables físicas 73 Figura 41. Alarmas 73 Figrua 42. Datos en blanco 74

80

LISTA DE TABLAS

PÁG. Tabla 1. Sensores de temperatura. 19 Tabla 2. Pines del modulo LCD. 26 Tabla 3. Configuración del puerto A. 45 Tabla 4. Configuración del puerto B. 45 Tabla 5. Configuración del puerto C. 46 Tabla 6. Conexión de los pines de encoder. 52 Tabla 7. Conexión de los pines del decoder. 58 Tabla 8. Configuración del puerto C. 60 Tabla 9. Configuración del puerto B. 60 Tabla 10. Configuración del puerto A. 61 Tabla 11. Muestra de los valores de obtenidos. 72 Tabla 12. Tabla de equivalencia. 72

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GLOSARIO

ANCHO DE BANDA. Rango entre dos frecuencias. ATENUACION. Disminución de la intensidad o fuerza de algo. BAUDIO. Unidad que indica el cambio más pequeño entre dos niveles de voltaje en una transmisión digital. BPS. Unidad que indica baudios por segundo. CODIFICADOR. Es un circuito con 2N entradas y N salidas, cuya misión es

presentar en la salida el código binario correspondiente a la entrada activada. COMUNICACIÓN PARALELA. Método de envío de multiples señales de datos sobre un enlace de comunicación a la vez. DECODIFICADOR. Circuito cuya función es inversa a la del codificador, convierte un código binario de entrada (natural, BCD, etc.) de N bits de entrada y M líneas de salida DEMODULACIÓN. Proceso en el cual se recupera información de una onda portadora modulada. EMISOR. Es el que emite un mensaje hacia un receptor. FRECUENCIA. Numero de ciclos completos por unidad de tiempo para una magnitud periódica. FSK. Modulación por desplazamiento de frecuencia o Frecuency shift keying. LCD. Liquid Crystal Display (Pantalla de Cristal Líquido). Permiten visualizar mensajes cortos de texto. MHZ. Unidad de frecuencia que equivale a un millón de hercios. MODULACIÓN. Acción de variar la amplitud, frecuencia o fase de una onda. PIC. Programable interrupt controller (controlador de interrupciones programable) RADIOFRECUENCIA. Propagación de las ondas electromagnéticas por el espacio libre. RECEPTOR. Dispositivo electrónico que permite la recuperación de las señales de cualquier tipo, transmitidas por un emisor de radio mediante ondas electromagnéticas.

http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3digo_binario

http://es.wikipedia.org/wiki/Codificador

http://es.wikipedia.org/wiki/BCD

82

TRAMA. Unidad de envió de datos, consta de datos y cabecera. TRANSMISOR. Dispositivo electrónico que permite el envío de señales de cualquier tipo mediante ondas electromagnéticas.

83

ANEXOS

ANEXO A. Encoder LICAL-ENC-MS001

85

ANEXO B. Decoder LICAL-DEC.MS001

87

ANEXO C. Modulo transmisor TXM-869-ES

90

ANEXO D. Modulo receptor RXM-869-ES

93

ANEXO E. Sensor LM35

95

ANEXO F. Amplificador operacional LM741

97

ANEXO G. Amplificador operacional LM324

99

ANEXO H. PIC 16F873a

102

ANEXO I. COSTOS

MATERIALES Y EQUIPOS CANTIDAD VALOR UNITARIO VALOR TOTAL

Resistencia 30 50 1500

Capacitor 8 200 1600

Diodo Zener 1 250 250

Diodo 10 100 100

Base de 28 pines 2 1000 2000

Regulador LM7805 2 1000 2000

Potenciómetro 3 2500 7500

PIC 16f873a 2 15000 30000

Transformador 2 13000 26000

Pantalla LCD 1 20000 20000

Puente diodo 2 1000 2000

Sensor LM35 1 5000 5000

Transformador de corriente 1 180000 18000

Transmisor TXM-869-Es 1 25000 25000

Receptor RXM-869-ES 1 53000 53000

Encoder LICAL-ENC-MS001 1 8000 8000

Decoder LICAL-DEC-MS001 1 8000 8000

Amplificador omp LM324 1 700 700

Amplificador omp LM741 1 500 500

Antena 2 10000 20000

TOTAL 172150

Mano de obra: 300000

103

ANEXO J. MANUAL DEL USUARIO

El manejo del Receptor, es muy sencillo, solo basta con situarse bajo la fuente que se va a medir y presionar el botón de encendido. Inmediatamente podrá medir en que estado se encuentra la fuente de poder.

Explicación de los símbolos mostrados en pantalla.

A: Es donde se muestra el valor de voltaje, la V indica voltios.

B: Es donde se muestra el valor de temperatura, la T indica temperatura y la C indica Grados centígrados.

C: Indica Alarmas.

D: Espacio donde se muestra las alarmas, la V indica alarma de voltaje, la I indica alarma de corriente y la T indica alarma de temperatura.

E: Es donde se muestra el valor de corriente. La I indica Corriente y la A indica Amperios.

Cuando no hay ningún dato medido en pantalla se muestra de la siguiente manera.

A

B

C D

E

dispositivo de monitoreo del estado de las fuentes …...fuentes de poder. amplificadores. cable...

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