Sistema de Monitoreo Inalambrico de Consumo Electrico Con Microcontrolador

8/12/2019 Sistema de Monitoreo Inalambrico de Consumo Electrico Con Microcontrolador

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I. INTRODUCCION

2

AGRADECIMIENTOS

Primero que nada, quiero agradecer a dios por permitirme llegar a estas instancias,

por guiarme en mi camino y darme salud. Tambin a mi quiero agradecer

profundamente a mis padres y a mi esposa por su apoyo brindado

incondicionalmente, por su compresin y paciencia.

De igual manera, quiero agradecer al Consejo Nacional de Ciencia y

Tecnologa por haberme otorgado la beca durante la totalidad de este posgrado,

siendo esta mi soporte econmico que mantuvo el enfoque en mis estudios.

A mi Director de Tesis el M.C. Javier Gutirrez Torres por su disposicin

constante e inters para contribuir con el desarrollo de todo el trabajo de tesis.

Tambin a todos mis compaeros de la generacin por sus comentarios ycrticas constructivas las cuales me ayudaron a mejorar este prototipo para la

medicin y ahorro de energa.


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I. INTRODUCCION

3

RESUMEN

La finalidad de esta tesis es construir un sistema de monitoreo inalmbrico de

consumo elctrico utilizando microcontroladores para medir y generar reportes enbase al consumo energtico realizado por cualquier enser domstico o industrial que

se encuentre conectado a cualquier lnea monofsica o inclusive trifsica.

Con el fin de realizar mediciones de manera precisa este sistema est provisto

con un sensor de efecto hall, que ha resultado ser la manera ms eficiente y barata

de medir la corriente que fluye a travs de un conductor. Por otro lado, al ser un

dispositivo lineal y generar una salida en voltaje, se viene a convertir en un aliado

perfecto de cualquier ADC o microcontrolador.

Hoy en da existe una amplia gama de microcontroladores con caractersticas

similares, pero el diseo se enfoc a utilizar dispositivos econmicos, accesibles y de

software libre, que nos permitieran hacer uso de los protocolos bsicos de

comunicacin (SPI, I2C) y convertidores analgico/digital entre los cuales pudimos

encontrar los microcontroladores PIC 16F877A de Microchip y Arduino UNO R3 de

Atmel.

Los sistemas inalmbricos han sido objeto de estudio en la ltima dcada por

los beneficios y comodidades que brinda. El prototipo se doto de una red inalmbricasemidplex utilizando Xbees Serie 2 para la transmisin de datos mediante el

protocolo serial, mismo que se us para el manejo de las pantallas graficas del

sistema.


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I. INTRODUCCION

4

ABSTRACT

The purpose of this thesis is build a wireless monitoring system power consumption

using microcontrollers to measure and generate reports based on energyconsumption made by some domestic or industrial enser that is connected to any

single-phase or three-phase inclusive.

In order to make precise measurements of the system is provided with a hall effect

sensor, that has proven to be the most efficient and inexpensive way to measure the

current flowing through a conductor. On the other hand, as a linear device and

generate an output voltage has been converted to a perfect ally any ADC or

microcontroller.Today there is a wide range of microcontrollers with similar features, but the design is

focused on devices using affordable, accessible and free software that allow us to

make use of basic communication protocols (SPI, I2C) and analog / digital converters

among which we find 16F877A PIC microcontrollers from Microchip and Atmel

Arduino UNO R3.

Wireless systems have been studied in the last decade for the benefits and amenities

offered. The prototype was equipped with a wireless half-duplex using Xbee's Series

2 for data transmission through the serial protocol, same as used for handling system

graphic displays.


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I. INTRODUCCION

5

ndice General

CAPITULO. I INTRODUCCION 11

1.2 Definicin Del Problema. 12

1.3 Objetivo General 13

1.4 Objetivos Especficos 13

1.5 Metas. 13

1.6 Antecedentes. 141.6.1 Kill a Watt EZ. 141.6.2 Google PowerMeter 161.6.3 Nucleus de General Electric 17

CAPITULO II. MARCO TEORICO 21

2.1 Introduccin a Zigbee 212.1.1 Frecuencias de trabajo y rango de velocidades 232.1.2 Tipos de dispositivos 242.1.3 Topologas de red 25

2.2 Mdulos Xbee 272.2.1 Eleccin de la antena Xbee 28

2.3 Qu es Arduino? 29

2.3.1 Por Qu Elegir Arduino? 31

2.3.2 El Modelo Del Microcontrolador 332.3.3 Memorias Del Microcontrolador 342.3.4 Protocolos De Comunicacin I2C/TWI Y SPI 352.3.5 El Chip ATmega16U2 402.3.6 Las Entradas y Salidas Digitales. 422.3.7 Las entradas analgicas 422.3.8 Otros Usos De Los Pines-Hembra De La Placa 452.3.9 Arduino Mega 2560 48

2.4 Qu Es Un IDE? 492.4.1 El Serial Monitor y Otras Terminales Serie. 49

2.5 Xbee Shields 522.5.1 Arduino Wireless SD Shield 532.5.2 Caractersticas de las tarjetas SD 55

2.6 LCD grfico de 128x64 58

2.7 Sensor De Corriente. Descripcin 602.7.1 Caractersticas Del Sensor De Corriente ACS712 61


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I. INTRODUCCION

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3.1 Diseo de la lgica de programacin del PIC16F877A 64

3.2 Hardware. Diseo del Transmisor. 67

3.3 Programacin. Transmisor con PIC16F877A 68

3.4 Transmisor. Descripcin Del Programa Fuente. 68

3.5 Configuracin De Puertos Seriales Virtuales 82

3.6 Simulacin del Transmisor 863.6.1 Generando Los Primeros Grficos. 873.6.2 Iniciando La Transmisin De Datos. 883.6.3 Conexin Establecida. 893.6.4 Transmitiendo Datos. 90

3.7 Diseo de la lgica de programacin del ARDUINO MEGA. 913.7.1 Hardware. Diseo del receptor 933.7.2 Programacin. Receptor con Arduino MEGA 943.7.3 Receptor. Descripcin Del Programa Fuente. 94

CAPITULO IV. RESULTADOS 105

4.1 Presentacin de los primeros grficos. 105

4.2 Transmisin de los primeros datos 106

4.3 Gestin De Datos. Receptor 1084.3.1 Inicializacin de memoria microSD 1084.3.2 Recepcin de datos. 1094.3.3 Generacin de graficas en Excel. 110

CAPTULO V. CONCLUSIONES 113

CAPTULO VI. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 115

ANEXO A 117

ANEXO B 119

ANEXO C 121

ANEXO D 121

ANEXO E 122


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I. INTRODUCCION

7

ndice de figurasFIG. PAG.

1.1 Kill a Watt EZ 151.2 Uso de energa en el hogar 17

1.3 Sistema Nucleus de GE 181.4 Administrador del hogar Nucleus 181.5 Registro de consumo de energa 192.1 Tipos de dispositivos Zigbee / IEEE 802.15.4 242.2 Topologas de red. 262.3 Ventajas de enrutado de topologa Mesh. 262.4 Conexiones mnimas para utilizar Xbee. 272.5 Microcontrolador ATmega328P 33

2.6 Estructura logia bsica I2C 362.7 Estructura bsica I2C 372.8 Estructura bsica SPI 392.9 ATmega16U2 402.10 Esquema Hardware de la placa Arduino Uno 472.11 Puertos seriales del Arduino MEGA 482.12 Monitor Serial 502.13 Arduino Wireless SD Shield 542.14 Memoria MicroSD 562.15 Configuracin de las memorias SD y MicroSD 572.16 Diagrama a bloques del LCD 128X64 582.17 LCD grafico 128X64 582.18 Configuracin para Alimentar el GLCD 128X64 602.19 Diagrama de bloques funcional del sensor de corriente ACS712. 623.1 Diagrama de flujo de la etapa de transmisin 663.2 Diagrama de prueba del transmisor. 673.3 Logo utilizado para crear imagen en transmisor 693.4 Programa gestor de imgenes LCD Assistant 703.5 Extensin, mapa de bits monocromatico 70

3.6 Imagen monocromtica. 713.7 Configuracin de LCD Assistant. 713.8 Virtual Serial Port Driver 823.9 Seleccionando puertos seriales. 833.10 Puertos seriales instalados virtualmente. 833.11 Terminal V1.9b 84


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I. INTRODUCCION

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3.12 COM 1 configurado e instalado 843.13 Configuracin de ISIS Proteus 853.14 ISIS Proteus configurado. 853.15 Circuito utilizado en ISIS Proteus 86

3.16 Primer Grafico Generado Por Microcontrolador 873.17 Pantalla en Modo Stand by 883.18 Subrutina de conexin 883.19 Introduciendo respuesta de receptor 893.20 Transmisor emitiendo datos. 903.21 Logica de programacin del receptor 923.22 Diagrama del receptor 934.1 Generacin del primer grafico 1054.2 Pantalla de espera 1064.3 Subrutina de conexin y enlace. 1064.4 Transmisin de datos. 1074.5 Subrutina de reconexin. 1084.6 Inicializacin correcta, tarjeta presente. 1094.7 Inicializacin incorrecta, tarjeta ausente o conexin errnea. 1094.8 Recepcin de datos en monitor serial 1104.9 Datos en Excel 1114.10 Grafica de datos obtenidos 111


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I. INTRODUCCION

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ndice de Tablas

TABLA PAG.

2.1 Cuadro comparativo entre WiFi, Bluetooth y Zigbee. 222.2 Bandas de frecuencia en Zigbee 232.3 Comparativa de prestaciones entre Xbee. 282.4 Comparativa de prestaciones entre Xbee. 292.5 Caractersticas tcnicas de Arduino. 442.6 Descripcin de Pines 592.7 Comparativa entre diferentes sensores de corriente. 60


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I. INTRODUCCION

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CAPTULO I

INTRODUCCIN


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I. INTRODUCCION

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CAPITULO. I INTRODUCCION

En este primer captulo se pretende describir de manera concreta las razones que

motivaron la realizacin de este proyecto as como las metas, alcances y objetivos

planteados, dando una resea de los antecedentes que dieron la pauta para su

desarrollo.

En el segundo captulo de la presente investigacin se plasman los

fundamentos tericos y tcnicos necesarios que servirn como soporte para poder

implementar este proyecto de innovacin.

En el tercer captulo se muestra el desarrollo del proyecto de manera detallada

y sencilla que permitir de manera simple al lector interpretar el proceso de

elaboracin del mismo.

En el cuarto captulo se mencionan los resultados obtenidos en base a la

puesta en funcionamiento y comportamiento del proyecto.

En el quinto captulo se plasman las conclusiones en base a los resultados

obtenidos y la experimentacin realizada.

Por ltimo, en el sexto captulo se menciona las referencias bibliogrficas

utilizadas como fundamento terico y prctico, que fueron fundamentales para la

elaboracin del este proyecto de tesis.Actualmente las tendencias en ahorro de energa han mostrado ser la forma ms

efectiva de constituir un ahorro significativo tanto en el hogar como en la industria,

con el fin de hacer ms eficiente un proceso industrial o simplemente monitorear el

desempeo de un enser domstico, que quizs posteriormente pueda ser sustituido

y/o nos ayude a saber cunto nos cuesta mantener cierto electrodomstico.

Es por eso que en el mercado han surgido diferentes medidores de corriente

para poder monitorear el consumo de energa en tiempo real, muchos de ellos han

innovado poco o nada en la forma de obtener o inclusive manejar la informacin que

generan. Por otro lado, al ser mdulos que se encuentran localmente realizando una

medicin, muchas de las veces es poco factible adquirir este tipo de informacin,


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I. INTRODUCCION

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pues el lugar donde se va a realizar el monitoreo o censado es poco accesible

fsicamente hacindose complicado llevar un control estadstico de las mediciones.

De ah surge la necesidad de construir un sistema de monitoreo de consumo

elctrico, el cual nos pueda brindar una adquisicin continua de datosinalmbricamente que nos permita visualizar la informacin de manera remota y

local, que sea capaz de generar un historial del consumo en cualquier momento

determinado por el usuario. De esta manera, tratamos de incursionar no solo en el

rea de domtica sino tambin en la industrial.

Las ventajas de disear y construir un sistema de este tipo son muchas y

variadas, pues nos ayudara a mantener un control sobre los consumos energticos

que puede ser desde un enser domestico hasta un rea industrial completa. Adems,cumplir con el objetivo de generar un historial, que el usuario podr utilizar para

medir el desempeo elctrico a lo largo del tiempo.

Adems, ser un factor importante a tomar en cuenta el poder utilizar

elementos electrnicos y microcontroladores comunes para su realizacin, pues

tambin uno de los alcances que tiene el proyecto es ahorrar en la implementacin y

desarrollo del mismo para poderlo hacer ms atractivo econmicamente al cliente

con respecto a los sistemas contemporneos.

1.2 Definicin Del Problema.

Actualmente en Mxico, los sistemas de monitoreo de consumo elctrico solo han

incursionado por medio de la compaa paraestatal de la Comisin Federal de

Electricidad (CFE), implementando medidores elctricos bsicos, mostrando poco

inters por mostrar informacin integral sobre costo/consumo como lo han hecho

algunos pases en desarrollo y emergentes.

Es por eso, que contar con un sistema que supervise el consumo elctrico es

fundamental para el buen funcionamiento de empresas, edificios, universidades,

hospitales o cualquier institucin que cuente reas crticas.


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I. INTRODUCCION

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1.3 Objetivo General

Disear e implementar un sistema de monitoreo inalmbrico de consumo elctrico

empleando microcontroladores, que nos permita obtener datos de gasto elctricodiariamente de cualquier dispositivo elctrico.

1.4 Objetivos Especficos

Investigar el desempeo del sistema de monitoreo inalmbrico de consumo elctrico

usando un microcontrolador, con respecto a los existentes. As como los siguientes

puntos.

Proponer una metodologa de diseo de sistemas inalmbricos para el

monitoreo de consumo.

Disear e Implementar la etapa de acondicionamiento utilizando un sensor

de efecto hall de tipo semiconductor.

Disear y Simular usando el isis de proteus un buffer digital de datos para la

etapa de sensado de corriente.

Disear e Implementar la etapa de transmisin y recepcin para realizar lacomunicacin inalmbrica.

Disear e Implementar un datalogger para almacenar los datos obtenidos

peridicamente.

Disear e Implementar un sistema de medicin local y remota del sistema

utilizando pantallas tipo LCD.

1.5 Metas.

Se pretende que para al trmino del periodo Enero Junio del 2013 se cuente

con:


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I. INTRODUCCION

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Una red tipo mesh, para poder realizar la comunicacin inalmbrica.

Un datalogger que nos permita guardar toda la informacin adquirida.

Un sistema remoto y local de monitoreo.

Un transmisor bajo la plataforma PIC y un receptor bajo la plataforma de

Arduino.

Un reporte donde se plasme todos los resultados obtenidos a lo largo del

desarrollo de este proyecto.

1.6 Antecedentes.

Unmonitor de energa para el hogares un tipo devatihormetroocontador

elctricoque proporciona informacin en tiempo real del consumo elctrico demanera comprensiblepara cualquier usuario sin necesidad de conocimientos

tcnicos. Estos dispositivos tambin pueden mostrar al usuario el coste de la energa

consumida y estimaciones de las emisiones de gases de efecto invernadero. Algunos

estudios muestran unareduccin del consumo de energa en el hogarde 4-15%

gracias al uso de monitores de energa.

1.6.1 Kill a Watt EZ.

En la figura 1.1 podemos observar el Kill a Watt EZ, el cual es un medidor de energa

con el que fcilmente usted podr conectar cualquier aparato y as calcular cunto

dinero le cuesta el tenerlo encendido. Adems informa cunto dinero gasta por da,

mes y ao, los watts que usa, as como los kWh, de tal forma que se puede

identificar si conviene apagarlo ms, conservarlo o cambiarlo.


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I. INTRODUCCION

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Kill a Watt EZ

Este modelo cuenta con Memoria para Grabar los registros de cada aparato y

se le pueden capturar los costos del KwH para que d automticamente los costos

por hora, Da, Mes o Ao de ese dispositivo.

Son miles de preguntas ante el gasto de energa de sus electrodomsticos, y

la verdad es que todos desafortunadamente tenemos que pagar una cuenta cada

mes de servicios. Y la economa actualmente no est para altos gastos. Si de verdad

desea bajar significativamente su cuenta de servicios y saber cunto gasta cada

aparato en su hogar, esta es la nica forma de hacerlo y muy fcil.

As de simple, se puede ahorrar mucho dinero al mes y al ao sabiendo que

se puede apagar los electrodomsticos en la noche o analizar que aparatos se tienen

que cambiar. Tambin se puede ver la calidad de energa que se recibe, ya que

muestra voltaje, Lnea, Frecuencia, y factor de potencia.

Caractersticas:

Pantalla LCD.

Muestra Voltios, Amperes, watts, VA.

Timer: para ver cunto tiempo lleva conectado el aparato (entre ms tiempo lo

dejemos mejor lectura hace).


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I. INTRODUCCION

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Memoria para Guardar informacin de Diferentes aparatos.

Da informacin automtica de costo Diario, Mensual y Anual para cada

aparato.

El Kill a Watt EZ cuenta con memoria para guardar la informacin de

diferentes aparatos. Y usted puede capturar el costo del kWh que viene en el recibo

de energa y automticamente en la pantalla muestra cuento gasta en dinero ese

aparato al da, mes y ao. Facilita la operacin para hacer mediciones ms rpidas y

as poder encontrar el ahorro que se necesita hacer.

El Kill a Watt Normalbrinda la informacin de kWh consumidos, as como Voltios,

Amperes, Watts, VA. Pero para sacar el costo en dinero que cada aparato gasta hayque hacerlo de manera manual con una calculadora.

1.6.2 Google PowerMeter

Google se ha propuesto ayudarnos a reducir el consumo elctrico en nuestras casas,

a travs de un ambicioso proyecto llamado: Google Powermeter.

Bajo el lema de Lord Kelvin: "lo que no se puede medir, no se puede mejorar",

a creado un software que nos permitir a travs de un gadget para el

iGoogle conocer donde consumimos ms energa en nuestros hogares y as poder

hacer esfuerzos focalizados para reducir estos consumos, por nuestro beneficio

propio y el del planeta.

Un verdadero reto tecnolgico y de coordinacin entre las principales

compaas elctricas de Norte Amrica (USA y Canad), en primer lugar, para

finalmente extenderse a todo el mundo.

Google PowerMeter muestra a los usuarios su consumo de electricidad en tiempocasi real. Creen que PowerMeter ofrecer ms informacin til y prctica que las

complicadas facturas mensuales de papel que proporcionan poca informacin sobre

el consumo o la forma de ahorrar energa.


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I. INTRODUCCION

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casi real, puede realizar elecciones con mayor informacin y tomar medidas ms

inteligentes para recibir una factura de electricidad con valores ms bajos. En la

figura 1.3 podemos ver como GE distribuye los sensores en el hogar.

Figura 1.2 Sistema Nucleus GE

En el pasado, las compaas de servicios simplemente lean un medidor de

electricidad una vez al mes y luego cobraban el cargo al propietario por la energa

consumida. Esto significaba que los propietarios no tenan manera de saber cunta

energa utilizaban hasta que no reciban la factura. Esos das han terminado. La

figura 1.4 se puede observar ms claramente como el administrador Nucleusgestiona y mide inalmbricamente el consumo elctrico de cada enser domestico

Figura 1.3 Administrador del hogar Nucleus


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I. INTRODUCCION

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Con slo saber cunta energa consume, puede optar por hacer pequeos

cambios en su estilo vida que podran reducir los costos de energa. Con el

administrador Nucleus como se puede ver en la figura 1.5, usted cuenta con un

tablero centralizado para monitorear el consumo de energa del hogar. Registre elconsumo de energa en kW (tiempo casi real), kWh (a largo plazo) y haga un clculo

de los dlares gastados, luego use estos datos para ver las tendencias a lo largo de

los das, semanas y meses, hasta 3 aos.

Figura 1.4 Registro de consumo de energa


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II. MARCO TEORICO

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CAPTULO II

MARCO TERICO


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II. MARCO TEORICO

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CAPITULO II. MARCO TEORICO

El presente capitulo menciona los fundamentos tericos y tcnicos bsicos que

marcaron la pauta para poder estructurar as como desarrollar un sistema de

monitoreo inalmbrico de consumo elctrico.

Inicialmente, se hace referencia a los microcontroladores utilizados para

estructurar tanto el transmisor y receptor, que si bien no se utilizaron los mismos

microcontroladores para disear ambas etapas, si se usaron microsistemas similares

con gran versatilidad y prestaciones.

Por otro lado, tambin se mencionaran algunas caractersticas de los

diferentes sensores de tipo hall que existen en el mercado, as como tambin con un

pequeo anlisis que se utiliz para seleccionar el adecuado para el sistema que sedesarroll.

2.1 Introduccin a Zigbee

El nombre de Zigbee deriva de los patrones errticos comunicativos que tienen las

abejas (bees) entre las flores durante la recogida de polen. Los zumbidos de las

abejas evocan en redes inalmbricas invisibles.

Zigbee surge de la necesidad de desarrollar una tecnologa inalmbrica fiable,pero de no muy alta transferencia de datos. De esta forma, en 1998, un conjunto de

empresas se asociaron para desarrollar un estndar de comunicaciones que

complementara a Wi-fi y Bluetooth. Fue terminado y publicado por el IEEE en Mayo

de 2003.

Desde el punto de vista del Hardware, podemos decir que Zigbee ha sido

cuidadosamente optimizado para el bajo coste a gran escala. Tiene pocas partes

analgicas y utiliza circuitos digitales siempre que sea posible.

Desde el punto de vista tcnico, Zigbee es un estndar que define un conjunto

de protocolos de comunicacin de baja velocidad de datos de corto alcance de redes

inalmbricas. Zigbee est basado en dispositivos inalmbricos que operan a 868

MHz, 915 MHz y 2.4 GHz.


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II. MARCO TEORICO

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La tcnica de modulacin es Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), que tiene

un mximo rango de velocidad de unos 250 kbit /s.

Por lo tanto, a modo resumen podemos catalogar a Zigbee como un protocolo:

Basado en el estndar 802.15.4. Con aplicaciones WPAN (Wireless Personal Area Network)

Con gran soporte desde la industria: Honeywell, Mitsubishi Electric, Motorola,

Philips, Samsung, etc.

Bajo coste.

Bajo consumo.

Fcil Instalacin y barata.

Redes flexibles y extensibles.En la tabla 2.1 podemos ver un cuadro de comparacin entre WiFi, Bluetooth y

Zigbee:

Tabla 2.1 Cuadro comparativo entre WiFi, Bluetooth y Zigbee.

Tecnologa

Wi-fi Bluetooth ZigbeeVelocidad 50< Mbps 1 Mbps


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II. MARCO TEORICO

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podra ser una red de sensores inalmbricos que se conecten sin cables a una

estacin de control.

2.1.1 Frecuencias de trabajo y rango de velocidades

En el estndar Zigbee se definen tres bandas de frecuencia distintas:

868868.6 MHz (banda de 868 MHz)

902- 928 MHz (banda de 915 MHz)

24002483.5 MHz (banda de 2.4 GHz)

La banda de 2.4 GHz es usada en el mundo entero mientras que las de 868 MHz y

915 MHz se usan en Europa y Amrica del Norte respectivamente. Esto otorga a los

diseadores libertad para tomar sus propias decisiones sobre qu bandas de

frecuencia son mejores para sus aplicaciones.

En general, podemos decir que las aplicaciones de 2.4 GHz permiten un

ancho de banda ms grande y ms canales. Sin embargo, la coexistencia con otros

sistemas que funcionan con 2.4 GHz como WLAN y Bluetooth debe ser tenida en

cuenta. El tamao de las antenas en sistemas de 2.4 GHz es tambin menor

respecto a las otras dos bandas de frecuencias. En la tabla 2.2 podemos observarlas diferentes bandas de frecuencia con la cual trabaja Zigbee.

Tabla 2.2 Bandas de frecuencia en ZigbeeFrequency Number

ofChannels

Modulation ChipRate

(Kchip/s)

BitRate

(Kb/s)

SymbolRate

(Ksymbol/s

SpreadingMethod

868-868.6 1 BPSK 300 20 20 Binary DSSS902-928 10 BPSK 600 40 40 Binary PSSS

Optional868-868.6 1 ASK 400 250 12.5 20-Bit PSSS

902-928 10 ASK 1600 250 50 5-Bit PSSS

Optional

868-868.6 1 O-QPSK 400 100 25 16-arrayortogonal

902-928 10 O-QPSK 1000 250 62.5 16-arrayortogonal

2400-2483.5

16 O-QPSK 2000 250 62.5 16-arrayortogonal


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II. MARCO TEORICO

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muy econmico. Adems, su batera puede durar aos debido a que se pasa

dormido la mayor parte del tiempo.

2.1.3 Topologas de red

Zigbee permite tres topologas de red:

Pair:La forma ms sencilla de la red es con dos nodos. Uno de ellos debe ser

un coordinador. El otro puede ser bien un router o bien un end device.

Star:En esta topologa el coordinador es el centro de la red y es el que se

conecta en crculo con los dems dispositivos (End devices). Por lo tanto,todos los mensajes deben pasar por el coordinador. Dos end devices no

pueden comunicarse entre s directamente.

Mesh:La configuracin cuenta con nodos router y con un nodo coordinador.

Se trata de una topologa no jerrquica en el sentido de que cualquier

dispositivo puede interactuar con cualquier otro.

Este tipo de topologa permite que, si en un momento un nodo o camino fallan

en la comunicacin, sta pueda seguir rehaciendo los caminos. La gestin de

los caminos es tarea del coordinador.

Cluster Tree: Es una variacin de la topologa malla, por lo que no la

consideramos realmente como una cuarta topologa. En este diseo, los

routers forman una columna vertebral con los dispositivos finales, que estn

agrupados en torno a los routers.


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II. MARCO TEORICO

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Figura 2.2 Topologas de red.

De todas las topologas antes analizadas y las cuales pudimos observar

claramente en la figura 2.2, la ms ventajosa y caracterstica del protocolo Zigbee es

la Mesh. El poder hacer routing dinmico permite a este tipo de topologa ganar

sobretodo en fiabilidad en las comunicaciones.

Es adecuado destacar la importancia de actuar como un equipo. En

baloncesto los jugadores necesitan coordinarse entre ellos. En Zigbee pasa un poco

lo mismo. Los dispositivos pueden conectarse de muchas formas diferentes para dar

fuerza a la red, como podemos ver en la figura 2.3.

Figura 2.3 Ventajas de enrutado de topologa Mesh.


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2.2 Mdulos Xbee

Los mdulos Xbee son fabricados por la empresa Digi, proporcionan conectividad

inalmbrica con otro dispositivo de la misma serie por un precio relativamente

econmico comparado con el de otros fabricantes.

Digi ofrece dos series diferentes, la serie 1 y la serie 2, tambin conocida

como Znet 2.5, los mdulos de la Serie 1 y la Serie 2 tienen el mismo pin-out, sin

embargo no son compatibles entre s ya que utilizan distintos chipset y trabajan con

protocolos diferentes.

La serie 1 est basada en el chipset de Freescale y est pensado para ser

utilizado en redes punto a punto y punto a multipunto. Los mdulos de la Serie 2

estn basados en el chipset de Ember, y estn diseados para ser utilizados enaplicaciones que requieren repetidores o una red mesh. Ambos mdulos pueden ser

utilizados en los modos AT y API.

Con estos mdulos se pueden disear aplicaciones de comunicacin

inalmbrica de bajo consumo energtico, como las requeridas por el proyecto en el

que nos embarcamos.

La figura 2.4 ilustra cmo fluyen los bits de datos a travs del mdulo Xbee.

Figura 2.4 Conexiones mnimas para utilizar un xbee.

Los datos entran en el mdulo UART a travs de la patilla DIN (pin 3) como una

seal asncrona y se almacenan en un buffer. Lo mismo sucede cundo se quieren

transmitir datos por DOUT (pin 4).


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2.2.1 Eleccin de la antena Xbee

Digi ofrece en la actualidad dos gamas de productos, las Xbee Znet 2.5, y las

Xbee Pro Znet 2.5. En este apartado comparamos las dos antenas antes de

decidirnos por una de ellas:

Tabla 2.3 Comparativa de prestaciones entre Xbee.

SpecificationXbee Znet 2.5 Xbee PRO Xnet 2.5

Indoor/Urban Range Up to 133ft. (40 m) Up to 300 ft. (100 m)Outdoor RF line-of-sight Range Up to 400 ft. (120 m) Up to 1 mile (1.6 Km)

Transmit Power Output

2mW (+3dBm), boost modeenabled1.25mW (+1dBm), boost

mode disabled

63mW (+18dBm)10mW (+10 dBm) forinternational variant

RF Data Rate 250,000 bps 250,000 bpsSerial Interface Data Rate(software selectable)

1200230400 bps(non-standart baud rates alsosupported)

1200230400 bps(non-standart baud rates alsosupported)

Receiber Sensitivity -96 dBm, boost modeenabled-95 dBm, boost modedisabled

-102 dBm

En la tabla 2.3 vemos las prestaciones que ofrecen ambos mdulos. Las Xbee

Pro ganan en cuanto al alcance de las transmisiones a cambio de tener una potenciade salida bastante mayor. En cuanto a velocidades de transmisin, ambas son

semejantes a 250 kbps.

Por otro lado, por lo que se refiere a las caractersticas tcnicas (ver tabla 2.4),

podemos ver como las Xbee Pro tienen como desventaja, unos rangos de tensin

mucho menores (las Xbee Pro slo operan entre 3 y 3,4V y las Xbee entre 2.1 y

3.6V) que las Xbee. Otro factor en contra de las Xbee Pro es su mayor consumo (295

mA en la transmisin de datos de las Xbee Pro frente a unos 40 mA en las Xbee, y

45 mA en la recepcin para las Xbee Pro frente a 40 mA en las Xbee), esto hace que

el tiempo de vida de las bateras en las Xbee Pro sea mucho menor, tanto por el

menor margen de tensin como por los elevados consumos a los que se somete a la

batera.


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Tabla 2.4 Comparativa de prestaciones entre Xbee.Specification Xbee Znet 2.5 Xbee PRO Znet 2.5

Power RequirementsSupply Voltage 2.13.6 Volts 3.03.4 VOperating Current (Transmit,

max output power)

40mA (@3.3 V, boost mode enable)

35 mA(@3.3 V, boost mode enable)

295mA (@3.3 V)

Operating Current (Receive) 40mA (@3.3 V, boost mode enable)38 mA(@3.3 V, boost mode enable)

45 mA (@3.3V)

Idle Current (Receiber off) 15 mA 15 mAPower-down Current


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de fibra de vidrio reforzada, cermica o plstico) sobre las cuales aparecen

laminadas (pegadas) pistas de material conductor (normalmente cobre). Las PCBs

se utilizan para conectar elctricamente, a travs de los caminos conductores,

diferentes componentes electrnicos soldados a ella. Una PCB es la forma mscompacta y estable de construir un circuito electrnico (en contraposicin a una

breadboard, perfboard o similar) pero, al contrario que estas, una vez fabricada, su

diseo es bastante difcil de modificar. As pues, la placa Arduino no es ms que una

PCB que implementa un diseo de circuitera interna.

No obstante, cuando hablamos de placa Arduino, deberamos especificar el

modelo concreto, ya que existen varias placas Arduino oficiales, cada una con

diferentes caractersticas (como el tamao fsico, el nmero de pines-hembraofrecidos, el modelo de microcontrolador incorporado y como consecuencia, entre

otras cosas, la cantidad de memoria utilizable, etc.). Conviene conocer estas

caractersticas para identificar que placa Arduino es la que nos convendr ms en

cada proyecto.

Un software (ms en concreto, un entorno de desarrollo) gratis, libre y

multiplataforma (ya que funciona en Linux, MacOS y Windows) que debemos

instalar en nuestro ordenador y que nos permite escribir, verificar y guardar (cargar)

en la memoria del microcontrolador de la placa Arduino el conjunto de instrucciones

que deseamos que este empiece a ejecutar. Es decir: nos permite programarlo. La

manera estndar de conectar nuestro computador con la placa Arduino para poder

enviarle y grabarle dichas instrucciones es mediante un simple cable USB, gracias a

que la mayora de placas Arduino incorporan un conector de este tipo.

Los proyectos Arduino pueden ser autnomos o no. En el primer caso, una

vez programado su microcontrolador, la placa no necesita estar conectada a ningncomputador y puede funcionar autnomamente si dispone de alguna fuente de

alimentacin. En el segundo caso, la placa debe estar conectada de alguna forma

permanente (por cable USB, por cable de red Ethernet, etc.) a un computador

ejecutando algn software especfico que permita la comunicacin entre este y la


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placa y el intercambio de datos entre ambos dispositivos. Este software especfico lo

deberemos programar generalmente nosotros mismos mediante algn leguaje de

programacin estndar como Python, C, Java, Php, etc., y ser necesario

independiente completamente del entorno de desarrollo Arduino, el cual no senecesitara ms, una vez que la placa ya haya sido programada y est en

funcionamiento.

Un lenguaje de programacin libre. Por lenguaje de programacin se

entiende cualquier idioma artificial diseado para expresar instrucciones (siguiendo

unas determinadas reglas sintcticas) que pueden ser llevadas a cabo por maquinas.

Concretamente dentro del leguaje Arduino, encontramos elementos parecidos a

muchos otros leguajes de programacin existentes (como bloques condicionales, losbloques repetitivos, las variables, etc.), as como tambin diferentes comandos

asimismo llamados ordenes o funciones que nos permiten especificar de una

forma coherente y sin errores las instrucciones exactas que queremos programar en

el microcontrolador de la placa. Estos comandos los escribimos mediante el entorno

de desarrollo Arduino.

2.3.1 Por Qu Elegir Arduino?

Existen muchas otras placas de diferentes fabricantes que, aun que incorporan

diferentes modelos de microcontroladores, son comparables y ofrecen una

funcionalidad ms o menos similar a la de las placas Arduino. Todas ellas tambin

vienen acompaadas de un entorno de desarrollo agradable y cmodo y de un

lenguaje de programacin sencillo y completo. No obstante, la plataforma Arduino

(hardware + software) ofrece una serie de ventajas:

Arduino es libre y extensible:Esto quiere decir que cualquiera que desee

ampliar y mejorar tanto el diseo hardware de las placas como el entorno de

desarrollo software y el propio lenguaje de programacin, puede hacerlo sin

problemas. Esto permite que exista un rico ecosistema de extensiones, tanto


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2.3.2 El Modelo Del Microcontrolador

El microcontrolador que lleva la placa Arduino UNO es el modelo ARmega328P de la

marca Atmel. La P del final significa que este chip incorpora la tecnologaPicopower (propietaria de Atmel), la cual permite un consumo elctrico

sensiblemente menor comparndolo con el modelo equivalente sin Picopower, el

ATmega328 (sin la P). De todas formas, aunque el ATmega328P pueda trabajar a

un voltaje menor y consumir menos corriente que el ATmega328 (especialmente en

los modos de hibernacin), ambos modelos son funcionalmente idnticos.

Al igual que ocurre con el resto de microcontroladores usados en otras placas

Arduino, el ATmega328P tiene una arquitectura de tipo AVR, arquitectura

desarrollada por Atmel y en cierta medida competencia de otras arquitecturas como

por ejemplo PIC del fabricante Microchip. Ms concretamente, el ATmega328P

pertenece a la subfamilia de microcontroladores megaAVR. Otras subfamilias de la

arquitectura AVR son la tinyAVR (cuyos microcontroladores son ms limitados y se

identifican con el nombre de ATtiny) y la XMEGA (cuyos microcontroladores son

ms capaces y se identifican con el nombre de ATxmega).

Cada modelo de microcontrolador tiene un nmero y ubicacin de pines

diferente, en nuestro caso concreto deberemos tener a la mano la disposicin depines del ATmega328P. La figura 2.5 muestra esta disposicin en el encapsulado de

tipo DIP.

Figura 2.5 Microcontrolador ATmega328P


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Observando la imagen se puede saber que pin es el que recibe la

alimentacin elctrica (sealado como VCC), que dos pines estn conectados a

tierra (los sealados como GND), que pines son los de E/S (sealados como PBx,

PCx o PDx) y la existencia de otros pines ms especficos como el AVCC (donde serecibe la alimentacin suplementaria para el convertidor analgico-digital interno del

chip) o el AREF (donde se recibe la referencia analgica para dicho convertidor).

Tambin se puede observar que junto el nombre de los pines E/S se indica entre

parntesis las funciones especializadas que cada uno de ellos tiene en particular

(adems de su funcin genrica de entrada/salida).

2.3.3 Memorias Del Microcontrolador

Otra cosa que hay que saber de los microcontroladores son los tipos y

cantidades de memoria que alojan en su interior. En el caso del ATmega328P

tenemos:

Memoria Flash: memoria persistente donde se almacena permanentemente

el programa que ejecuta el microcontrolador (hasta una nueva reescritura si se da el

caso). En el caso del ATmega328P tiene una capacidad de 32KB.En los microcontroladores que vienen incluidos en la placa Arduino no

podemos usar toda la capacidad de la memoria Flash porque existen 512 bytes (el

llamado bootloader o gestor de arranque), el cual nos permite usar la placa

Arduino de una forma ms sencilla y cmoda sin tener que conocer las interioridades

electrnicas ms avanzadas del microcontrolador. Los ATmega328P que podamos

adquirir individualmente normalmente no incluyen de fbrica este pequeo programa,

por lo que si ofrecen los 32KB ntegros, pero a cambio no podremos conectarlos a

una placa Arduino y que funcionen sin ms ya que les faltara tener grabada esa

preconfiguracin.


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Memoria SRAM: memoria voltil donde se alojan los datos que en ese

instante el programa (grabado separadamente en la memoria flash, recordemos)

necesita crear o manipular para su correcto funcionamiento. Estos datos suelen tener

un contenido variable a lo largo del tiempo de ejecucin del programa y cada uno esde un tipo concreto (es decir, un dato puede contener un valor numrico entero, otro

un numero decimal, otro un valor de tipo carcter, tambin pueden ser cadenas de

texto fijas u otros tipos de datos ms especiales). Independientemente del tipo de

dato, su valor siempre ser eliminado cuando se deje de alimentar elctricamente al

microcontrolador. En el caso del ATmega328P esta memoria tiene una capacidad de

2KB.

Memoria EEPROM:memoria persistente donde se almacenan datos que sedesea que permanezcan grabados una vez apagado el microcontrolador para

podelos usar posteriormente en siguientes reinicios. En el caso del ATmega328P

esta memoria tiene una capacidad de 1KB, por lo que se puede entender como una

tabla de 1024 posiciones de un byte cada una.

2.3.4 Protocolos De Comunicacin I2C/TWI Y SPI

Cuando se desea transmitir un conjunto de datos desde un componente electrnico aotro, se puede hacer de mltiples formas. Una de ellas es estableciendo una

comunicacin serie; en este tipo de comunicacin la informacin es transmitida bit a

bit en cada momento. Otra manera de transferir datos es mediante la llamada

comunicacin paralela, en la cual se envan varios bits simultneamente, cada uno

por un canal separado y sincronizado con el resto.

El microcontrolador, a travs de algunos de sus pines de E/S, utiliza el sistema

de comunicacin serie para transmitir y recibir rdenes y datos hacia/desde otros

componentes electrnicos. Esto es debido sobre todo a que en una comunicacin

serie solo se necesita en teora un nico canal (un nico cable), mientras que en

una comunicacin en paralelo se necesitan varios cables, con el correspondiente

incremento de complejidad, tamao y coste del circuito.


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No obstante, no podemos hablar de un solo tipo de comunicacin serie.

Existen muchos protocolos y estndares diferentes basados todos ellos en la

transferencia de informacin en serie, pero implementando de una forma diferente

cada uno los detalles especficos (como el modo de sincronizacin entre emisor yreceptor, la velocidad de transmisin, el tamao de los paquetes de datos, los

mensajes de conexin y desconexin y de dar paso al otro en el intercambio de

informacin, voltajes utilizados, etc.). De entre el gran nmero de protocolos de

comunicacin serie reconocidos por la inmensidad variedad de dispositivos

electrnicos del mercado, los que nos interesan conocer son los que el ATmega328P

es capaz de comprender y por tanto, los que podr utilizar para contactar con esa

variedad de perifricos. En este sentido, los estndares ms importantes son:

I2C(Inter-integrated Circuit, tambin conocido con el nombre de TWIde TWo-wIre,

literalmente dos cables en ingls): es un sistema muy utilizado en la industria

principalmente para comunicar circuitos integrados entre s. Su principal

caracterstica es que utiliza dos lneas para transmitir la informacin: una (llamada

SDA) sirve para transferir los datos (los 0s y los 1s) y la otra (llamada lnea SCL)

sirve para enviar la seal de reloj. En realidad se necesitaran dos lneas ms: la de

alimentacin y la de tierra comn, pero estas ya se presuponen existentes en el

circuito. En la figura 2.6 se muestran las seales de las lneas SDA y SCL

correspondientes a este tipo de protocolo de comunicacin.

Figura 2.6 Estructura logia bsica I2C


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Por seal de reloj se entiende una seal binaria de una frecuencia peridica

muy precisa que sirve para coordinar y sincronizar los elementos integrantes de una

comunicacin (es decir, los emisores y receptores) de forma que todos sepan cuando

empieza, cunto dura y cuando acaba la transferencia de informacin. En hojastcnicas y diagramas a la seal de reloj en general se le suele describir como CLK

(del ingls clock).

Cada dispositivo conectado al bus I2C tiene una direccin nica que lo

identifica respecto el resto de dispositivos, y que puede estar configurado como

maestro o como esclavo. Un dispositivo maestro es el que inicia la transmisin de

datos y adems genera la seal de reloj, pero no es necesario que el maestro seasiempre el mismo dispositivo: esta caracterstica se la pueden ir intercambiando

ordenadamente los dispositivos que tengan esa capacidad.

Figura 2.7 Estructura bsica I2C

Tal como se muestra en el diagrama de la figura 2.7, para funcionar

correctamente tanto la lnea SDA como la SCL necesitan estar conectadas

mediante una resistencia pull-up a la fuente de alimentacin comn, la cual puede

proveer un voltaje generalmente de 5V o 3.3V (aunque sistemas con otros voltajes

pueden ser posibles).

La velocidad de transferencia de datos es de 100 Kbits por segundo en el

modo estndar (aunque tambin se permiten velocidades de hasta 3.4 Mbit/s). No

obstante, al haber una nica lnea de datos, la transmisin de informacin es half


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dplex (es decir, la comunicacin solo se puede establecer en un sentido al mismo

tiempo) por lo que en el momento que un dispositivo empiece a recibir un mensaje,

tendr que esperar a que el emisor deje de transmitir para poder responderle.

SPI (Serial Pripherial Interface): al igual que el sistema I2C, el sistema decomunicacin SPI es un estndar que permite controlar (a cortas distancias) casi

cualquier dispositivo electrnico digital que acepte un flujo de bits serie conectado al

bus SPI puede ser maestro en ingls, master o esclavo en ingls, slave-,

donde el primero es el que inicia la transmisin de datos y adems genera la seal

de reloj (aunque, como con I2C, con SPI tampoco es necesario que el maestro sea

siempre el mismo dispositivo) y el segundo se limita a responder.

La mayor diferencia entre el protocolo SPI y el I

2

C es que el primero requierede cuatro lneas (cables) en vez de dos. Una lnea (llamada normalmente SCK)

enva a todos los dispositivos la seal de reloj generada por el maestro actual;

(llamada normalmente SS) es la utilizada por ese maestro para elegir en cada

momento con que dispositivo esclavo se quiere comunicar de entre los varios que

puedan estar conectados (ya que solo pueden transferir datos con un solo esclavo a

la vez); otra (llamada normalmente MOSI) es la lnea utilizada para enviar datos -0s

y 1s- desde el maestro hacia el esclavo elegido; y la otra (llamada normalmente

MISO) es la utilizada para enviar los datos en sentido contrario: la respuesta de ese

esclavo al maestro. Es fcil ver que, al haber dos lneas para los datos la transmisin

de datos es full dplex (es decir, que la informacin puede ser transportada en

ambos sentidos a la vez).

En las siguientes figuras se muestra el esquema de lneas de comunicacin

existentes entre un maestro y un esclavo y entre un maestro y tres esclavos

respectivamente. Se puede observar que, para el caso de la existencia de varios

esclavos es necesario utilizar una lnea SS diferente por cada una de ellos, ya queesta lnea es la que sirve para activar el esclavo concreto que en cada momento el

maestro desee utilizar (esto no pasa con las lneas de reloj, MOSI y MISO, que

son compartidas por todos los dispositivos). Tcnicamente hablando, el esclavo que


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reciba por su lnea SS un valor de voltaje BAJO ser el que est seleccionado en ese

momento por el maestro, y los que reciban el valor ALTO no lo estarn.

Figura 2.8 Estructura bsica SPI

Como se puede ver en la Figura 2.8, el protocolo SPI respecto el I2C tiene la

desventaja de exigir al microcontrolador dedicar muchos ms pines de E/S a la

comunicacin externa. En cambio, como ventaja podemos destacar que es ms

rpido y consume menos energa que I

2

C.La disposicin de pines del microcontrolador ATmega328P, los pines

correspondientes a las lneas I2C SDA y SCL son los nmeros 27 y 28,

respectivamente, y los pines correspondientes a las lneas SPI SS, MOSI, MISO y

SCK son los nmeros 16, 17, 18 y 19, respectivamente. Si se necesitaran ms lneas

SS (por que haya ms de un dispositivo esclavo conectado en nuestro circuito), se

podra utilizar cualquier otro pin E/S siempre que respete el convenio de poner el

valor de su voltaje de salida a BAJO cuando se desee trabajar con el dispositivo

esclavo asociado y poner a ALTO el resto de los pines SS.


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La placa Arduino UNO R3 dispone de un chip que realiza esta funcin de

traductor del protocolo USB a un protocolo serie ms sencillo (y viceversa). Ese chip

es ATmega16U2 (figura 2.9). El ATmega16U2 es todo un microcontrolador en si

mismo (con su propia CPU, con su propia memoria - tiene por ejemplo 16 Kbytes dememoria flash para su uso interno, de ah su nombre -, etc.) y por tanto podra

realizar muchas ms tareas que no solo la traduccin del protocolo USB. De hecho

es tcnicamente posible desprogramarlo para que haga otras cosas y convertir asi la

placa Arduino en virtualmente cualquier tipo de dispositivo USB conectado a nuestro

computador (un teclado, un ratn, un dispositivo MIDI). No obstante, por defecto el

ATmega16U2 que viene incluido en la placa Arduino viene ya con el firmware pre-

programado para realizar exclusivamente la funcin interprete al ATmega328P y yaest.

Este firmware es software libre por lo que se puede acceder a su cdigo

fuente y tambin est disponible su correspondiente fichero .hex, dentro del

conjunto de ficheros descargados, junto con el entorno de desarrollo oficial de

Arduino (concretamente, dentro de la carpeta firmwaresdentro de hardware).

En modelos de la placa Arduino anteriores al UNO (como el modelo NG,

Diecimila o el Duemilanove) el chip ATmega16U2 no vena: en su lugar apareca un

circuito conversor de USB a serie del fabricante FTDI, concretamente el FT232RL.

Una ventaja de ver sustituido el FT232RL por el ATmega16U2 es el precio. Otra

ventaja es tener la posibilidad (si somos usuarios avanzados, tal como hemos

comentado ya) de reprogramar el ATmega16U2 para que en vez de funcionar como

un simple conversor USB-SERIE pueda disimular ser cualquier otro dispositivo USB,

que, por ejemplo, con el FT232RL no podemos porque est pensado para ser tan

solo una funcin para la que fue construido.

El ATmega16U2 viene acompaado en la placa Arduino por un reloj osciladorde cristal, de uso exclusivo para l, que sirve para mantener la sincronizacin con la

comunicacin USB.


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2.3.6 Las Entradas y Salidas Digitales.

La placa Arduino dispone de 14 pines-hembra de entradas o salidas (segn lo

convenga) digitales, numeradas desde la 0 hasta la 13. Es aqu donde conectaremosnuestros sensores para que la placa pueda recibir datos del entorno, y tambin

donde conectaremos los actuadores para que la placa pueda enviarles las ordenes

pertinentes, adems de poder conectar cualquier otro componente que necesite

comunicarse con la placa de alguna manera, a veces a estos pines-hembra digitales

de propsito general se les llama pines GPIO (de General Purpose Input/Output).

Todos estos pines-hembra digitales funcionan a 5 volts, pueden proveer un

mximo de 40 mA y disponen de una resistencia pull up interna de entre 20 K y

50K que inicialmente esta desconectada (salvo que nosotros indiquemos lo

contrario mediante conexin software).

Hay que tener en cuenta, no obstante, que aun que cada pin individual pueda

proporcionar hasta 40 mA como mximo en realidad, internamente la placa agrupa

los pines digitales de tal forma que tan solo pueda aportar 100 mA a la vez el

conjunto de los pines nmero 0, 1, 2, 3 y 4, y 100 mA ms el resto de los pines (del 5

al 13). Esto quiere decir que como mucho podramos tener 10 pines ofreciendo 20

mA a la vez.

2.3.7 Las entradas analgicas

La placa Arduino dispone de 6 entradas analgicas (en forma de pines-

hembra etiquetados como "A0", "A1"... hasta "A5") que pueden recibir voltajes dentro

de un rango de valores continuos de entre 0 y 5 V. No obstante, la electrnica de la

placa tan solo puede trabajar con valores digitales, por lo que es necesaria una

conversin previa del valor analgico recibido a un valor digital lo ms aproximado

posible. Esta se realiza mediante un circuito conversor analgico/digital incorporado

en la propia placa.


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El circuito conversor es de 6 canales (uno por cada entrada) y cada cana

dispone de 10 bits (los llamados "bits de resolucin") para guardar el valor del voltaje

convertido digitalmente.

En general, la cantidad de bits de resolucin que tiene un determinado

conversor analgico/digital es lo que marca en gran medida el grado de precisin

conseguida en la conversin de seal analgica a digital, ya que cuantos ms bits de

resolucin tenga, ms fiel ser la transformacin. Por ejemplo, en el caso concreto

del conversor incorporado en la placa Arduino, si contamos el nmero de

combinaciones de 0s y 1s que se pueden obtener con 10 posiciones, vemos que hay

un mximo de 2

10

(1024) valores diferentes posibles. Por tanto, la placa Arduinopuede distinguir para el voltaje digital desde el valor 0 hasta el valor 1023. Si el

conversor tuviera por ejemplo 20 bits de resolucin, la variedad de valores digitales

que podra distinguir sera muchsimo ms grande (220= 1048576) y podra afinar la

precisin mucho ms.

Esto es fcil verlo si dividimos el rango analgico de entrada (5 V - 0V = 5 V

entre el nmero mximo posible de valores digitales (1024). Obtendremos que cada

valor digital corresponde a una "ventana" analgica de aproximadamente 5V/1024=5

mV. En otras palabras: todos los valores analgicos dentro de cada rango de 5 mV

(desde 0 a 5 V) se "colapsan" sin distincin en un nico valor digital (desde 0 a

1023). As pues, no podremos distinguir valores analgicos distanciados por menos

de 5 mV.

En muchos de nuestros proyectos ya nos es suficiente este grado de

precisin, pero en otros puede que no. Si el conversor analgico/digital tuviera ms

bits de resolucin, el resultado de la divisin rango_analgico_entrada/nmero_

valores_digitales sera menor, y por tanto la conversin sera ms rigurosa. Pero

como no se pueden aumentar los bits de resolucin del conversor de la placa, si


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queremos ms exactitud se ha de optar por otra solucin: en vez de aumentar el

denominador de la divisin anterior, se puede reducir su numerador (es decir, el

rango analgico de entrada, o ms especficamente, su lmite superior -por defecto

igual a 5 V-, ya que el inferior es 0). Este lmite superior en la documentacin oficialse suele nombrar como "voltaje de referencia".

La manera prctica y concreta de reducir el voltaje de referencia del conversor

analgico/digital de la placa Arduino no la podemos explicar todava porque an nos

faltan los conocimientos necesarios para poder llevar a cabo todo el proceso.

Por ltimo, decir que estos pines-hembra de entrada analgica tienen tambintoda la funcionalidad de los pines de entrada-salida digitales. Es decir, que si en

algn momento necesitamos ms pines-hembra digitales ms all de los 14 que la

placa Arduino ofrece (del 0 al 13), los 6 pines-hembra analgicos pueden ser usados

como unos pines-hembra digitales ms (numerndose entonces del 14 al 19) sin

ninguna distincin. Enseguida, a manera de resumen en la tabla 2.5 podrn

visualizar las principales caractersticas de nuestro microcontrolador receptor.

Tabla 2.5Caractersticas tcnicas de Arduino.

Parmetro Dato

Voltaje operativo 5 V

Voltaje de entrada recomendado 7-12 V

Voltaje de entrada lmite 6-20 V

Pines de entrada y salida digital 14 (6 proporcionan PWM)

Pines de entrada analgica 6

Intensidad de corriente 40 mA

Memoria Flash 32KB (2KB reservados para el bootloader)

SRAM 2 KB

EEPROM 1 KB

Frecuencia de reloj 16 MHz


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2.3.8 Otros Usos De Los Pines-Hembra De La Placa

Existen determinados pines-hembra de entrada/salida digitales, que adems de su

funcin estndar, tienen otras funciones especializadas. Por ejemplo:

Pin 0 (RX) y pin 1 (TX): permiten que el microcontrolador ATmega328P pueda

recibir directamente datos en serie (por el pin RX) o transmitirlos (por el pin TX) sin

pasar por la conversin USB-Serie que realiza el chip ATmega16U2. Es decir, estos

pines posibilitan la comunicacin sin intermediarios de dispositivos externos con el

receptor/transmisor serie (de tipo TTL-UART) que incorpora el propio ATmega328P.

De todas maneras, estos pines estn internamente conectados (mediante

resistencias de 1 K) al chip ATmega16U2, por lo que los datos disponibles en el

USB tambin lo estarn en estos pines.

Hay que aclarar que en la placa estn incrustados un par de LEDs etiquetados

como RX y TX, pero que, a pesar de su nombre, no se encienden cuando se

reciben o transmiten datos de los pines 0 y 1, sino solamente cuando se reciben o

transmiten datos provenientes de la conexin USB a travs del chip ATmega16U2.

Pines 2 y 3:se pueden usar, con la ayuda de programacin software, para gestionar

interrupciones. No obstante, este tema es relativamente avanzado y no lo

abordaremos en este libro.

Pines 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO) y 13 (SCK): se pueden usar para conectar

algn dispositivo con el que se quiera llevar a cabo comunicaciones mediante el

protocolo SPI. Estudiaremos casos concretos ms adelante.

Pin 13: este pin est conectado directamente a un LED incrustado en la placa

(identificado con la etiqueta "L") de forma que si el valor del voltaje recibido por este

pin es ALTO (HIGH), el LED se encender, y si dicho valor es BAJO (LOW), el LED


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se apagar. Es una manera sencilla, y rpida de detectar seales de entradas

externas sin necesidad de disponer de ningn componente extra.

Tambin existen un par de pines-hembra de entrada analgica que tienen unafuncin extra adems de la habitual:

Pines A4 (SDA) y A5 (SCL):se pueden usar para conectar algn dispositivo con el

que se quiera llevar a cabo comunicaciones mediante el protocolo l2C/TWI. La placa

Arduino ofrece (por una simple cuestin de comodidad y ergonoma) una duplicacin

de estos dos pines-hembra en los dos ltimos pines-hembra tras el pin "AREF", los

cuales estn sin etiquetar porque no hay ms espacio fsico.

Finalmente, a lo largo de la placa existen diferentes pines-hembra no

comentados todava que no funcionan ni como salidas ni como entradas porque

tienen un uso muy especfico y concreto:

Pin AREF:ofrece un voltaje de referencia externo para poder aumentar la precisin

de las entradas analgicas. Estudiaremos su uso prctico en el captulo 6.

Pin RESET: si el voltaje de este pin se establece a valor BAJO (LOW), el

microcontrolador se reiniciar y se pondr en marcha el bootloader. Para realizar

esta misma funcin, la placa Arduino ya dispone de un botn, pero este pin ofrece la

posibilidad de aadir otro botn de reinicio a placas supletorias (es decir, placas que

se conectan encima de la placa Arduino para ampliarla y complementarla), las cuales

por su colocacin puedan ocultar o bloquear el botn de la placa Arduino.

Pin IOREF:en realidad este pin es una duplicacin regulada del pin "Vin". Su funcin

es indicar a las placas supletorias conectadas a nuestra placa Arduino el voltaje al

que trabajan los pines de entrada/salida de esta, para que las placas supletorias se


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2.3.9 Arduino Mega 2560

Placa basada en el microcontrolador ATmega2560. Como caractersticas ms

destacables diremos que tiene 54 pines de entrada/salida digitales (de los cuales 14

pueden ser usados como salidas analgicas PWM), 16 entradas analgicas y 4

receptores/transmisores serie TTL-UART. Consta de una memoria Flash de 256

Kilobytes (de los cuales 8 estn reservados para el bootloader), una memoria SRAM

de 8 KB y una EEPROM de 4 KB. Su voltaje de trabajo es igual al del modelo UNO:

5V.

En la seccin correspondiente a esta placa dentro de la web oficial de Arduino

podemos descargarnos los ficheros del diseo esquemtico de la placa en PDF, los

ficheros del diseo de la PCB en el formato propio del programa EAGLE y una

imagen ilustrativa del mapeado de los pines del microcontrolador con relacin a los

pines de la placa. Tambin nos podemos descargar la documentacin oficial del

microcontrolador ATmega2560.

La placa Arduino Mega tiene tres puertos adicionales de serie: Serial1en los

pines 19 (RX) y 18 (TX), Serial2en los pines 17 (RX) y 16 (TX), Serial3en los pines

15 (RX) y 14 (TX). Para utilizar estos pines para comunicarse con el ordenador

personal, necesitars un adaptador USB adicional a serie, ya que no estnconectados al adaptador USB-Serie de la placa Arduino Mega.

Figura 2.11 Puertos seriales del Arduino MEGA


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hay que escribir el texto deseado en la caja de texto que aparece en su parte

superior y clicar en el botn "Send" (o pulsar Enter). Aunque, evidentemente, no

servir de nada este envo si la placa no est programada con un sketch que sea

capaz de obtener estos datos y procesarlos. Por otro lado, los datos recibidosprovenientes de la placa sern mostrados en la seccin central del "Serial monitor",

tal como se muestra en la figura 2.12.

Figura 2.12 Monitor Serial

Es importante elegir mediante la caja desplegable de la parte inferior derecha

del "Serial monitor" la misma velocidad de transmisin (en bits/s, tambin llamados

"baudios") que la que se haya especificado en el sketch ejecutado en la placa,

porque si no, los caracteres transferidos no sern reconocidos correctamente y la

comunicacin no tendr sentido.

Tambin es importante recordar que en sistemas MacOSX y Linux la placa

Arduino UNO se auto resetea (es decir, recomienza a ejecutar el sketch desde el


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principio) cada vez que abrimos el "Serial monitor" y conectamos con ella. Esto con

la placa Leonardo no ocurre.

No solo mediante el "Serial monitor" podemos comunicarnos mediante una

conexin serie (a travs de USB) con la placa. Se puede utilizar cualquier otro

programa que permita enviar y recibir datos a travs de conexiones de este tipo.

Estos programas se suelen denominar "terminales serie". En los repositorios de

Ubuntu y Fedora (y de la mayora de distribuciones Linux) podemos encontrar varios,

como "gtkterm", "cutecom", "picocom" o "minicom", entre otros. El "Serial monitor" es

una ventana del IDE que nos permite desde nuestro computador enviar y recibir

datos textuales a la placa Arduino usando el cable USB (ms exactamente, mediante

una conexin serie). Para enviar datos, simplemente hay que escribir el textodeseado en la caja de texto que aparece en su parte superioi y clicar en el botn

"Send" (o pulsar Enter). Aunque, evidentemente, no servir de nada este envo si la

placa no est programada con un sketch que sea capaz de obtener estos datos y

procesarlos. Por otro lado, los datos recibidos provenientes de la placa sern

mostrados en la seccin central del "Serial monitor".

Es importante elegir mediante la caja desplegable de la parte inferior derech;

del "Serial monitor" la misma velocidad de transmisin (en bits/s, tambin llamado:

"baudios") que la que se haya especificado en el sketch ejecutado en la placa,

porque si no, los caracteres transferidos no sern reconocidos correctamente y I;

comunicacin no tendr sentido.

Tambin es importante recordar que en sistemas MacOSX y Linux la plac;

Arduino UNO se auto resetea (es decir, recomienza a ejecutar el sketch desde e

principio) cada vez que abrimos el "Serial monitor" y conectamos con ella. Esto con I;

placa Leonardo no ocurre.

No solo mediante el "Serial monitor" podemos comunicarnos mediante un;

conexin serie (a travs de USB) con la placa. Se puede utilizar cualquier otrc


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programa que permita enviar y recibir datos a travs de conexiones de este tipo

Estos programas se suelen denominar "terminales serie". En los repositorios de

Ubuntu y Fedora (y de la mayora de distribuciones Linux) podemos encontrar varios

como "gtkterm", "cutecom", "picocom" o "minicom", entre otros.

2.5 Xbee Shields

Adems de las placas Arduino propiamente dichas, tambin existen los llamados

shields (en ingls significa escudo) no es ms que una placa de circuito impreso

que se coloca en la parte superior de la placa de Arduino y se conecta a ella

mediante el acoplamiento de sus pines sin necesidad de ningn cable. Su funcin esactuar como placas supletorias, ampliando las capacidades y complementando la

funcionalidad de la placa Arduino base de una forma ms compacta y estable.

Dependiendo el modelo, incluso se pueden apilar varios shields uno encima

de otro. Esto depender de si el shield inferior ofrece pines-hembra para poder

acoplarlos a los pines sobresalientes del dorso del shield superior.

Normalmente, los shields comparten las lneas GND, 5 volts (0 3.3 Volts)

RESET o AREF con la placa de Arduino, y adems suelen monopolizar el uso de

algunos pines de entrada/salida para su propia comunicacin con ella, por lo que

estos quedan inutilizados para cualquier otro uso. Por ejemplo, si se acoplan varios

shields uno sobre otroy todos se comunican mediante SPI con la placa Arduino,

todos ellos podrn utilizar sin problemas los pines comunes correspondientes a las

lneas MISO, MOSI y SCLK, pero cada una de ellos deber usan un pin diferente

como la lnea CS.

Por otro lado, hay que tener en cuenta los requerimientos de alimentacin

elctrica que necesitan los shields. Ya sabemos que una placa Arduino recibealrededor de 500 mA (ya sea mediante conexin USB o mediante conexin Jack

externa), por lo que la corriente que queda para el funcionamiento de un posible

shield es pequea. Ejemplos de shields que consumen mucho (de hasta 300 mA)

son los que tienen pantallas LCD o los que proporcionan conectividad Wi-Fi.


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Tambin hay que tener en cuenta si un shield determinado necesita una tensin de

3.3 V.

Existen literalmente centenares de shields construidos por la comunidad

compatibles con la placa UNO que le aportan un plus de versatilidad, enseguida sehablara un poco sobre uno de ellos que se utiliz en la elaboracin de este proyecto.

2.5.1 Arduino Wireless SD Shield

Este shield est pensado para permitir a una placa Arduino UNO poderse comunicar

inalmbricamente mediante el uso de un mdulo Xbee o similar. Esto permite

establecer un enlace con otro dispositivo Xbee a una distancia de hasta unos 100metros en interior y de hasta unos 300 metros en exterior con lnea de visin directa.

Igual que ocurre con el resto de shields oficiales, una vez conectado este

shield sobre la placa UNO gracias a la ristra de pines que encaja perfectamente

arriba y abajo, para nuestros circuitos utilizaremos a partir de entonces las entradas y

salidas ofrecidas por los pines-hembra de este shield. Estas entradas y salidas tienen

exactamente la misma disposicin y funcionalidad que las de la placa UNO e, incluso

si fuese necesario, se podra conectar sin problemas un segundo shield en la parte

superior de este shield.

Este shields dispone de un conmutador etiquetado como Serial Select que

sirve para determinar cmo se comunicara el mdulo Xbee con la placa Arduino

sobre la que se encuentra. Si el conmutador est colocado en la posicin Micro, los

datos recibidos por el mdulo Xbee llegaran sin intermediarios al microcontrolador

(seal RX) y los datos enviados desde el microcontrolador (seal TX) serna

transmitidos tanto hacia el modulo como hacia el posible conmutador que estconectado va USB. No obstante, en esa posicin el ATmega328P no podr ser

programado a travs del USB.

Si el conmutador est colocado en la posicin USB, el mdulo Xbee se

comunicara directamente con el chip ATmega16U2 (suponiendo que estamos


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usando la placa UNO) ignorando completamente la presencia del microcontrolador

ATmega328P. En esta posicin, el mdulo Xbee ser capaz de comunicarse

directamente con un conmutador conectado va USB para poder ser configurado y

utilizado con total independencia del resto de elementos de la placa Arduino. Noobstante, para que el modo USB pueda funcionar correctamente, hay que tener la

precaucin de programar previamente el microcontrolador ATmega328P con un

cdigo Arduino con sus funciones setup() y loop.

Figura 2.13 Arduino Wireless SD Shield

El shield mostrado en la figura 2.13 tambin incorpora un zcalo para colocar

una tarjeta microSD, la cual se podr utilizar mediante la librera de programacin

SD, que viene por defecto en el leguaje Arduino. Para poder comunicarse con esta

tarjeta, la placa Arduino UNO utiliza el protocolo SPI, empleando para ello como

pines SS el nmero 4, adems de los pines 11,12 y 13. Esto quiere decir que estos

cuatro pines del shield no se podrn utilizar para otra cosa y por lo tanto, disponemosde 4 entradas/salidas digitales menos.


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2.5.2 Caractersticas de las tarjetas SD

Secure Digital (SD) es un formato de tarjeta de memoria no voltil diseada para ser

usada en dispositivos porttiles (telfonos mviles, cmaras digitales, computadoresporttiles, etc.) cuya especificacin es mantenida por la SD Card Association

(https://www.sdcard.org), entidad que engloba muchos fabricantes de hardware.

El estndar SD incluye 4 "familias", las cuales son las siguientes (por orden

cronolgico de aparicin): las tarjetas originales (SDSC -Standard capacity-); las

tarjetas de alta capacidad (SDHC -High capacity- que permiten almacenar hasta 32

Gbytes); las tarjetas de capacidad extendida (SDXC -Extended capacity- que

permiten almacenar hasta 2048 GBytes); y las tarjetas que combinan

almacenamiento de datos con funciones de entrada/salida (SDIO).

Los dispositivos que alojan las tarjetas SD siempre son compatibles "hacia

atrs" (es decir: si el dispositivo es compatible con SCXC, tambin lo ser con SCHC

y SDSC, por ejemplo). No obstante, cada una de estas familias redefine sus

conexiones internas, por lo que una tarjeta SCXC (por ejemplo) no puede ser

utilizada dentro de dispositivos que no sean explcitamente compatibles con esa

familia en concreto.

Desgraciadamente, las tarjetas SDXC se comercializan pre-formateadas con

el sistema de ficheros privativo y patentado exFAT de Microsoft, por lo que algunos

dispositivos es posible que no sean capaces de leer su contenido. En estos casos,

para que estas tarjetas sean reconocidas, se deben formatear con otro sistema de

ficheros, generalmente FAT32. De hecho, la mayora de tarjetas SD de las otras

familias se suelen adquirir en cualquier tienda local de electrnica ya formateadas en

el sistema FAT32. El FAT32 es el sistema de ficheros ms extendido en tarjetas SD

debido a que la gran mayora de aparatos electrnicos que utilizan este tipo detarjetas (cmaras, mviles, etc.) son capaces de reconocer este formato sin

problemas.


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algunas tarjetas SDHC y en casi todas las SDXC-, permite velocidades tericas de

hasta aproximadamente 100 MBytes/s en su versin "I" y de hasta aproximadamente

300 MBytes/s y en su versin "II", siempre y cuando el dispositivo donde se aloje la

tarjeta en cuestin sea capaz de gestionar estas velocidades tambin.

Como la mayora de los formatos de tarjeta de memoria, el SD est cubierto

por numerosas patentes y marcas registradas, y solo se puede licenciar a travs de

la SD Card Association. Para solucionar este problema, un mtodo comn es utilizar

el modo SPI/MMC (que las tarjetas SD implementan siempre) para emular el

comportamiento de las antiguas tarjetas MultiMediaCard. Concretamente, en este

modo algunos de los pines de la tarjeta son usados como las lneas MOSI, MISO,

SCK y SS del protocolo SPI (adems de usar otros pines para conexiones aalimentacin, tierra o nada). De esta forma se puede utilizar una conexin que,

aunque ms lenta, es compatible con los puertos SPI de muchos microcontroladores.

Otros modos de transferencia soportados por las tarjetas SD son el llamado modo

"un-bit" (propietario) y el modo "cuatro-bit" (que soporta transferencias paralelas de

cuatro bits, tambin propietario), los cuales utilizan los pines de la tarjeta de otra

forma.

Figura 2.15 Configuracin de las memorias SD y MicroSD


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2.6 LCD grfico de 128x64

La mayora de los LCDs grficos usan un controlador como el KS0108 (o

compatible). Cada controlador tiene una memoria de 512 bytes interna y por lo tanto

permite controlar un display de 64x64 pxeles. El truco que usan los diplays ms

grandes es usar un controlador por cada fraccin de la pantalla, es decir, un display

de 128x64 tiene 2 controladores, un display de 196x64 tiene 3 controladores, y uno

de 128x128 tiene 4 controladores. En la figura 2.16 podemos ver el diagrama a

bloques correspondiente asi como tambin la imagen fsica del mismo en la figura

2.18.

Figura 2.16Diagrama a bloques del LCD 128X64

Figura 2.17LCD grafico 128X64


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Cada controlador es independiente, es decir, no transmiten informacin entre

ellos. Para elegir a qu controlador hablarle, se usan dos lneas de control, llamadas

CS1 y CS2 (CS = Chip Select). Bsicamente acta como una "direccin" de 2 bits,

que elige a cul de los 4 controladores posibles se desea hablar. El controlador notiene generador interno de fuentes, por lo que si se desea escribir un texto, ser

necesario almacenar los pxeles de cada carcter en un microcontrolador o memoria

externa. En la tabla 2.6 se hace la descripcin de cada uno de los pines de nuestro

GLCD 128X64

Tabla 2.6 Descripcin de Pines

Pin No. Symbol Level Description

1 Vdd 5.0 V Supply voltage for logic and LCD (+)

2 Vss 0 V Ground

3 V0 - Operating voltage for LCD (variable)

4 ~ 11 DB0 ~ DB7 H/L Data bit 0~7

12 CS1 L Chip select signal for IC1

13 CS2 L Chip select signal for IC2

14 /RES L Reset signal

15 R/W H/L H: read (MUP< module),L: write (MPU >module)

16 D/I H/L H: data, L: instruction code

17 E H, H L Chip enable signal

18 VEE - Operating voltage for LCD (variable)

19 A 4.2 V Backlight power supply

20 K 0 V Backlight power supply

La mayora de los LCDs poseen internamente un generador de tensin negativa,

necesario para manejar los segmentos propiamente dichos. Para controlar el

contraste, es necesario usar un preset de 20 K, conectado entre VEE y VDD (en los

extremos) y la pata del medio a V0. Las patas A y K estn conectadas a un LED

interno, deberan ser conectadas a 5V y 0V correspondientemente, con una

resistencia de 100-200 en serie para asegurarse de que el LED est protegido. El

siguiente diagrama de la figura 2.18 muestra como alimentar el LCD y controlar el

contraste del mismo.


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Figura 2.18Configuracin para Alimentar el GLCD 128X64

2.7 Sensor De Corriente. Descripcin

El sensor de corriente es un dispositivo capaz de detectar la presencia de corriente

elctrica (una lnea de alimentacin para el caso del sistema de control en estudio).

Una vez detectada dicha corriente, el sensor transforma la medida de corriente enuna tensin; la cual es proporcional y representativa de la primera. Luego, este

sensor enva esta seal representativa a su salida, la cual se emplear para enviar la

seal a la unidad de procesamiento, para su respectivo anlisis.

Para poder seleccionar el componente adecuado se emplearn cuadros

comparativos entre los posibles componentes que se pueden emplear. Los posibles

componentes que se pueden emplear se muestran en la tabla 3.

Tabla 2.7 Comparativa entre diferentes sensores de corriente.

Tipo de sensor Shunt decorriente

Transformadorde corriente

Bobina deRogowski

Sensor deEfecto Hall

Consumo de potencia Alto Bajo Bajo BajoVariacin de la salida

con respecto a laTemperatura

Medio Bajo Muy bajo Medio

Linealidad dentro delrango de medicin

Muybuena

Buena Buena Buena

Costo Muy bajo Medio Bajo Bajo

Problema de error dedesplazamiento Si No No Si

Problema desaturacine histresis

No No No Si

Aislamiento elctrico No Si No SiCapacidad de

medicin de altascorrientes

Muy mala Buena Buena Buena


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Con la informacin del cuadro se podra concluir que la opcin que se elegira sera

la del sensor bobina de Rogowski. Sin embargo, no se encontr una fuente que

proporcionara informacin completa y pertinente acerca de las caractersticas que

podra poseer un dispositivo de este tipo (por ejemplo, una hoja tcnica de uno quese venda en el mercado), ya que, en todos los documentos encontrados, la propia

persona realizaba la construccin de esta bobina. Por esta razn, se descart esta

tecnologa.

Otra posible tecnologa a emplear era el transformador de corriente. Sin

embargo, la desventaja que presenta es que podra introducir ruido al sistema. Por

otro lado, los sensores de efecto Hall resultan ser tambin muy buenos para

emplearse en este tipo de mediciones, ya que en el mercado se pueden encontrarsensores de este tipo que poseen internamente elementos que minimizan las

desventajas que comnmente presentan (las que se mostraron en la tabla). Un

ejemplo de ello es el sensorACS712 de Allegro MicroSystems.

Este sensor, como se mencion, contiene elementos que minimizan las

desventajas que poseera uno tpico de este tipo, y a un bajo precio. Por ello, se

concluye que esta tecnologa sera mejor que la del transformador de corriente, ya

que posee un bajo precio, no introduce ruido y minimiza sus desventajas. En

consecuencia, se escogi para el diseo del sistema a este sensor, el cual ser

descrito a continuacin.

2.7.1 Caractersticas Del Sensor De Corriente ACS712

Enseguida se muestran algunas de las principales caractersticas de nuestro sensor

de corriente:

Provee de una econmica y precisa solucin para realizar mediciones de

corriente elctrica alterna, ya que presenta un bajo costo.

Su presentacin es un circuito integrado, el cual ocupa un espacio bien

reducido.


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No requiere de una resistencia externa para realizar la medicin, simplemente

se coloca la lnea de paso de la corriente por los pines indicados.

Presenta un rango de medicin ptima de hasta 30 amperios alternos, el cual

es un rango suficiente para el lmite de consumo que tiene el sistema decontrol.

Presenta una sensibilidad de 185mV/A, por lo que se tiene un valor de voltaje

de salida menor a 1 voltio continuo en el peor caso (cuando se consume mil

vatios). Gracias a ello, esta salida se podra conectar directamente a la

entrada del siguiente elemento del sistema (la unidad de procesamiento), ya

que se tiene una seal adecuada (un voltaje entre cero y cinco voltios).

Posee en uno de sus pines la posibilidad de implementar un filtro pasabajos,con la finalidad de eliminar el ruido, pero sin provocar una indeseable

atenuacin en su salida, la cual se producira si se implementara dicho filtro en

el pin de salida directamente.

Presenta una etapa para minimizar el error de desplazamiento indeseado y

una etapa que se llama tcnica de estabilizacin por interruptores, las cuales

logran producir un preciso y proporcional voltaje de salida.

El diagrama de bloques de la figura 2.19 de este sensor se muestra a continuacin:

Figura 2.19 Diagrama de bloques funcional del sensor de corriente ACS712.


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III. DESARROLLO

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CAPTULO III

DESARROLLO


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III. DESARROLLO

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CAPITULO III. DESARROLLO

En este captulo se detalla el procedimiento que sirvi para poder implementar este

proyecto, mostrando los aspectos fundamentales as como las pruebas llevadas acabo que fueron base de la experimentacin y objeto de mejora para la innovacin

de este sistema inalmbrico.

Inicialmente se pens en un sistema completamente autnomo capaz de

monitorear inalmbricamente el consumo elctrico de cualquier dispositivo

electrnico conectado a la red domstica, capaz de almacenar informacin y poderla

proyectar de manera fcil y sencilla. As como poder observar estos datos de manera

remota y local. Enseguida plasmare el procedimiento que nos llev a crear unsistema tal como se plante y se requiri.

3.1 Diseo de la lgica de programacin del PIC16F877A

La implementacin de un microcontrolador como lo es el PIC16F877A fue pensado

para crear un sistema de transmisin sencillo, econmico y verstil. Este tipo de

microcontroladores tiene caractersticas que fundamentalmente se basan en un

convertidor

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Sistema de Monitoreo Inalambrico de Consumo Electrico Con Microcontrolador

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