Determinación de la posición mediante sensores.

27 04 2013

Para que un robot realice su tarea de forma eficiente, rápida e inteligente, es preciso que tenga conocimiento de una serie de parámetros o características internas. Tales características son muy diversas y se intentará controlar unas u otras en función de las necesidades. Por ejemplo, puede ser necesario controlar la temperatura a la que está cierta parte del robot o la presión de sus ruedas. Sin embargo, hay ciertas características que resulta interesante poder controlar para la mayoría de los robots: la posición, la velocidad y la aceleración.

El problema de poder determinar la posición en la que se encuentra el robot en un momento determinado es uno de los más importantes e interesantes en el campo de estudio de la robótica. Actualmente no existe un método infalible y universal para calcular la posición, sino que, por el contrario, existen una serie de métodos basados en diversas técnicas que intentan resolver el problema. En la mayoría de los casos reales, la solución adoptada pasa por el empleo de varios de estos métodos. A continuación vamos a comentar los principales, en que se basan así como su funcionamiento.

  • Encoders Incrementales 

    Los codificadores ópticos o encoders incrementales se utilizan fundamentalmente para el cálculo de la posición angular. Básicamente constan de un disco transparente, el cual tiene una serie de marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre si; de un elemento emisor de luz ( como un diodo LED); y de un elemento fotosensible que actua como receptor. El eje cuya posición angular se va a medir va acoplado al disco. ( Ver figura )

    El funcionamiento es el siguiente: cuando el sistema comienza a funcionar el emisor de luz empieza a emitir; a medida que el eje vaya girando, se producirán una serie de pulsos de luz en el receptor, correspondientes a la luz que atarviesa los huecos entre las marcas. Llevando una cuenta de esos pulsos es posible conocer la posición del eje.
    Sobre este esquema básico es habitual encontar algunas mejoras. Por ejemplo, se suele introducir otra franja de marcas por debajo, desplazada de la anterior, para poder controlar el sentido del giro; además suele ser necesario el empleo de una marca de referencia que nos ayudará a saber si hemos completado una vuelta.
    Realmente los encoders incrementales miden la velocidad de giro, pero podemos extrapolar la posición angular. Como es lógico, la resolución de este tipo de sensores depende directamente del número de marcas que podamos poner físicamente en el disco. 

  • Encoder absoluto 

    La función de este tipo de dispositivos es similar a la de los anteriores, medir la posición angular. Sin embargo en este caso lo que se va a medir no es el incremento de esa posición, sino la posición exacta. La disposición es parecida a la de los encoders incrementales. También se dispone de una fuente de luz, de un disco graduado y de un fotorreceptor. La diferencia estriba en la graduación o codificación del disco. En este caso el disco se divide en un número fijo de sectores (potencia de 2) y se codifica cada uno con un código cíclico (normalmente un código de Gray); este código queda representado en el disco por zonas transparentes y opacas dispuestas radialmente, como se puede apreciar en la figura. No es necesaria ninguna mejora para etectar el sentido del giro, ya que la codificación de los distintos sectores angulares es absoluta.
    La resolución de estos sensores es fija y viene dada por el número de anillos que posea el disco, o lo que es lo mismo, el número de bits del código utilizado. Normalmente se usan códigos de 8 a 19 bits.
    Tanto los encoders absolutos como los incrementales pueden presentar provlemas debido a la gran precisión que es necesaria en el proceso de fabricación. Además son dispositivos especialmente sensibles a golpes y vibraciones.

  • Potenciómetro 

    Los potenciómetros son unos dispositivos capaces de medir la posición angular y pequeños desplazamientos de posición lineal. Según el tipo de posición a medir tendremos dos tipos distintos de dispositivos pero la idea básica es común.
    Constan de una resistencia a través de la cual hay una determinada diferencia de potencial. Además hay un contacto unido a la resistencia pero que se puede deslizar a su alrededor; este elemento es conocido como wiper. El wiper se conecta físicamente al elemento cuyo movimiento vamos a medir. Cuando este elemento se mueva el wiper se ira moviendo por la resistencia y la tensión de salida en él ( en el wiper) irá cambiando. Si medimos está tensión de salida, podremos determinar cuanto se ha desplazado el wiper, y por lo tanto cuanto se ha desplazado el elemento que pretendiamos controlar. 

  • Transformador diferencial de variación lineal (LVDT) 

    Como la mayoría de los dispositivos vistos hasta ahora, este tipo de sensores se basan en fenómenos eléctro-magnéticos. En el LVDT se une al eje cuyo desplazamiento vamos a medir un núcleo ferromagnético. Si situamos este núcleo entre una serie de inductancias, tal y como muestra el esquema, la diferencia de potencial E0 será proporcional al movimiento del núcleo ( y por lo tanto al del eje).
    Este sistema se utiliza ampliamente debido a su gran resolución, alta linealidad y rápida respuesta. Sin embargo, tiene el inconveniente de q ue no permite medir grandes desplazamientos ( por razones obvias).

Todos los sensores de posición que hemos visto hasta ahora suelen ser usados para medir la posición ángular y lineal de uniones de brazos de robot o de efectores finales de los mismos. Quizá la única excepción sean los encoders, que podemos encontra en algunos sistemas móviles.
A continuación, vamos a ver una serie de métodos para determinar la posición que suelen usarse en los sistemas robóticos móviles.

  • Giroscopios 

    Los giroscopios son dispositivos que nos ayudan a medir el ángulo de giro de un objeto. Hay muchos tipos de giroscopio con estructuras muy diversas y complejas, pero todos se basan en el mismo principio, en las propiedades inerciales. Todos hemos realizado alguna vez el experimento de coger una rueda por esu eje de giro con las dos manos y hacerla girar. Cuando la rueda gira en su sentido natural notamos que también intenta girar con relación a otro eje, un eje vertical que iría de nuestros pies a nuestra cabeza. Basándose en este principio, los giroscopios son capaces de medir el ángulo de giro de un objeto. 

  • Inclinómetros 

    Estos sensores sirven para medir la inclinación, el ángulo de un objeto con respecto a un eje horizontal. Están formados por un electrolito ( liquido conductor) situado en un recipiente en el cual hay introducidos dos electrodos de platino enfrentados y ambos con una parte fuera del electrolito. Cuando el sensor se inclina, uno de los electrodos entra más en contacto con el electrolito y el otro menos. Si se miden las corrientes de salida de los electrodos, es posible determinar el ángulo de inclinación. 

  • Sistemas basados en “faros” 

    Estos sistemas están orientados a conocer la posición de un robot móvil en un sistema de coordenadas. El principio básico de funcionamiento, como indica su nombre, es similar al de los faros usados en navegación marítima. La idea consiste en situar una serie de puntos de referencia (cuya posición es conocida) que el robot pueda consultar en cualquier momento ( su posición, la distancia a ellos, etc..) , y así pueda calcular su posición. El tipo de señal que emiten esos puntos de referencia o “faros” puede ser de muchos tipos, como láser, ultrasonidos o radiofrecuencia. Son éstas las que ese suelen emplear en sistemas reales. Existen dos subtipos fundamentales: los sitemas pasivos de medición de fase, y los sistemas activos de trilateración mediante radar. 

    Los sistemas del primer tipo, se basan en la comparación del tiempo de llegada de dos señales emitidas simultaneamente desde dos transmisores conocidos. Conocida la diferencia en tiempo de la llegada de esas dos señales, es posible concluir que el robot se encontará en algún punto de una linea hiperbólica concreta (ver figura). Si repetimos el proceso con más parejas de transmisores, podremos determinar como posición del robot el punto de intersección de todas estas lineas hiperbólicas.
    Este tipo de medición de la posición tiene un error de unos 100 metros, pero un rango de operación de más de 1500 kilometros. Es por esto, que suele ser empleado en sistemas que se van a desplazar distancias muy amplias, y en los que no se necesita una escesiva precisón en la medida de la posición, como barcos.
    Los sistemas basados en “faros” del segundo tipo, los activos de trilateración mediante radar, se basan en unos elementos fijos llamados transponders. El sistema se dedica a medir el tiempo que tarda en ir y en volver una determinada señal enviada; con este tiempo puede calcular la distancia que hay entre él y ese transponder. Si tenemos las distancias a varios de estos transponders seremos capaces de calcular nuestra posición.
    El error cometido en este tipo de sistemas depende del número de transponders; se suelen emplear desde dos hasta dieciseis, y el error puede acotarse a 2 metros. Aunque mejora el tipo anterior, todavía son errores demasiado grandes para las aplicaciones que suelen tener los robots móviles. 

  • Sistema de Posicionamiento Global (GPS) 

    Este sistema para determinar la posición absoluta en un determinado momento fue desarrollado por el Departamento de Defensa estadounidense. El sistema se basa en una constelación de 24 satélites geostacionarios, con una frecuencia de órbita de 12 horas y situados a una altura de 10.900 millas naúticas.
    Para poder usar este sistema de medida se necesita un elemento receptor. Realmente lo que se calcula es la posición de este receptor. El procedimiento es sencillo: el receptor mide el tiempo de vuelo de las señales que le llegan de los distintos satélites y por triángulación es capaz de deducir su posición exacta en términos de longitud, latitud y altitud. 

    A la hora de utilizar este dispositivo de medida es conveniente tener en cuenta cuatro aspectos: 

    – El tiempo de sincronización entre los satélites y los receptores
    – La precisa localización en tiempo real de la posición de los satélites
    – La precisión con la que hay que medir el tiempo de propagación de la señal
    – Una relación señal / ruido adecuada a posibles perturbaciones. 

    Este sistema de medida puede tener una precisión centimetros, pero la posibilidad de ruido y el tiempo que transcurre en todo el proceso, hace que no sea un método adecuado para su uso en robots móviles que se desenvuelvem en entornos más bien reducidos ( sobre todo comparados con el total de la tierra).

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Control de equipos de audio/vídeo. Remoto Technologies Incorporated (RTI).

17 04 2013

 

 

 

Os posteo un artículo de Raul Carretero sobre RTI (Remote Technologies Incorporated) con productos para integrar audio/video. Evidentemente ya no se puede mirar hacia otro lado en la domotización de una vivienda y cerrarse sólo al control integral de la instalación eléctrica y energética.  Echad un vistazo a su web www.raulcarretero.com, con una interfaz gráfica muy agradable.

Remoto Technologies Incorporated (RTI) es una compañía de origen americano que fue fundada en 1992, orientada para el control de equipos de audio/vídeo,que ha ido evolucionando continuamente  impulsada por las nuevas tecnologías hasta convertirse en un sistema de control tipo descentralizado, con una línea completa de soluciones de control para el hogar de hoy. Con la capacidad de controlar un cine en casa, audio multiroom para toda la casa, iluminación, climatización, motores, seguridad, etc.

Introducción a RTI

RTI ofrece una interfaz sencilla y unificada para las demandas actuales de control del hogar. Con una línea completa de controladores de mano y de pared, también con control en tablets y smartphone, así como potentes procesadores del sistema que hace que los productos de RTI se puede integrar en prácticamente cualquier ambiente.

RTI

Esta marca es mundialmente reconocida por ser pionera en el desarrollo de productos asequibles y controles totalmente personalizables. Básicamente a mi punto de vista es una gama más asequible y de más fácil de programar, que compite con las grandes marcas Amx y Crestron. En España por la forma de trabajar de los integradores sería el sustutivo del desparecido Philips Pronto por su manera facil de programación e integración con el estandar KNX.

La gama de productos de RTI no es muy extensa, y la podríamos dividir en cuatro categorías:

 

 1º Mandos a distancia : 

Control Remotos RTI

 

Hay un par de modelos básicos con o sin Display tactil, los que hacen honor a la marca son los que tienen display  que ofrecen  el equilibrio perfecto entre una pantalla táctil personalizable y un conjunto fijo de botones físicos para el control táctil de las funciones más utilizadas. Tienen un diseño industrial muy moderno e impresionante, delgado, ligero y proporciona una mejor ergonomía para el control con una sola mano que cualquier otro control remoto en su clase. Los nuevos modelos ofrecen pantallas OLED con una interfaz de usuario completamente configurable, capaz de mostrar texto personalizado y gráficos con gran detalle.

 

Pueden llegar a ser la pieza central perfecta de cualquier instalación de audio / vídeo, dando al usuario la máxima potencia y de mando intuitivo con la simple pulsación de un botón. Puede utilizarse como un solo controlador o cuando se utiliza con otros dispositivos RTI como los puede ser una parte integral de un sistema de control avanzado, que ofrece características sofisticadas tales como RS-232, IP o relé de control, el poder de detección y transmisión de RF a través paredes o armarios.

 

2º Mandos de Pared:

RTI dispone  mandos de pared con botones físicos básicas, mixtas con display y Display táctil. A modo personal resaltaría los modelos RK3V  y RK10, el primer modelo  de 3’5 pulgadas LCD  + botones físicos  muestra el equilibrio perfecto entre tamaño de pantalla y resolución, con unos botones físicos para accesos rápidos e intuitivos, su display es lo suficientemente pequeño como para caber en cualquier decoración, sin embargo, proporciona la resolución necesaria para la visualización de gráficos personalizados, páginas web y diseños de portada de CD, perfecto para usarlo como control de estancias en una entrada de dormitorio o salas de juntas para tener todo el control reducido en pequeño espacio. El otro modelo RK10 es la pieza cable central para ubicarla en el hall o cocina, como control de toda la vivienda o instalación ya que su 10″2 pulgadas  dan una vista panorámica perfecta, para disfrutar de una interfaz totalmente programable.

RTI_Kx7

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3º Procesadores:

rti procesador

Los procesadores de RTI comparados con los de la competencia son de gama media/alta, potentes para afrontar el control remoto para automatizar el funcionamiento de los sistemas electrónicos, tales como A/V, iluminación, seguridad, climatización, ect. en viviendas y edificios de oficinas. RTI ha sacado la segunda generación XP que son procesadores de control avanzado, el acelerado XP-3/6/8 poseen control de alto engranaje con la potencia de procesamiento y más memoria adicional. Aumentando así con el rendimiento combinado con un tiempo real / sistema operativo multitarea, con capacidad de expansión tremenda y compatibilidad con cualquier controlador RTI o aplicación, hacen que la gama XP es la solución perfecta para afrontar proyectos de gran escala y complejos.

 

4ºDistribución de señal A/V 

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Los sistemas de audio distribuido de RTI son ideal para instalaciones residenciales o comerciales que requieren de música por todas partes – sin romper demasiado el presupuesto. Este compacto de audio sistema de distribución contiene una matriz de conmutación pre-amplificador y un built-in amplificador de potencia.

 

 

 

Integration Designer

El softwate que ha desarrollado RTI para que sus integradores puedan programar sus produtos es Integration Designer es un potente y fácil de usar, el paquete de software basado en Windows. Ofrece una amplia variedad de herramientas poderosas para hacer que el proceso de programación rápida y fácil. *

Integration Designer permite una total flexibilidad en el diseño de la pantalla del controlador. Varias formas predefinidas botón se proporcionan, y un conjunto completo de herramientas de edición se proporciona para crear gráficos personalizados para la pantalla. Códigos de infrarrojos se pueden agregar a cualquier botón con un simple drag-and-drop proceso. El Editor de Macro proporciona una interfaz sencilla para permitir que todos los botones en el sistema para llevar a cabo complejas de varios pasos actos.

Integration Designer también incluye un potente gestor para hacer una Biblioteca al crear tus propios drivers de integración, que permite que los códigos infrarrojos sean aprendidos, también codigos Rs232 y Ethernet y despues almacenarla para una fácil reutilización en múltiples sistemas.

 

La gran ventaja de este sistema es que puedes empezar con un procesador pequeño y un ipad para controlar un home cinema o sala de juntas, y disfrutar de un diseño e integración profesional totalmente programable y potente a un precio muy razonable.

 

 

 

 





Medidor de Relación de Ondas Estacionarias (ROE) para VHF y UHF

3 04 2013

No siempre es sencillo resumir en pocas palabras la descripción completa, adecuada y abreviada de un instrumento de medición importante. Mucho menos, cuando de radiofrecuencia hablamos. Las razones para tener, siempre disponible, un equipo de asistencia para la correcta manufactura de antenas son muchas y quizás solo una pequeña parte podría incorporarse a este sumario. Lo importante que debes saber es que si tu transmisor de datos de control no posee una adecuada antena, tiene dos caminos que siempre son en un solo sentido. El primero conduce a un pobre y reducido alcance, en el enlace de datos y el segundo desemboca en una destrucción segura, con el tiempo, del equipo transmisor. Por eso, para que siempre tus antenas estén funcionando siempre al 100%, hoy te traemos una nueva herramienta para tu arsenal de instrumentos: un Medidor de ROE para VHF y UHF. (SWR Meter)

Una actividad habitual en el mundo del control electrónico, es la operación de equipos en forma remota, los que son controlados mediante variados sistemas de enlace que, por lo general, utilizan como vehículo de transporte a las ondas de radio. Muy lejos de lo que muchos suponen, la comunicación inalámbrica no se produce por el simple hecho de conectar un trozo de alambre a un transmisor o a un receptor. Las señales emitidas por el transmisor deben ser irradiados al aire mediante antenas eficientes, las que tienen por objeto transformar las señales eléctricas en ondas electromagnéticas. Si este trabajo no se realiza de manera apropiada, la energía que no puede entregarse al aire, retorna hacia el transmisor con el riesgo potencial de destruirlo. La mayoría de los usuarios de los módulos de radio en sistemas embebidos, desconoce por completo la importancia que tiene una correcta instalación de antena en un transmisor, para lograr un buen alcance. Lo mismo en un receptor, para que éste sea capaz de recibir señales desde distancias muy difíciles de lograr. Una buena antena, el último eslabón de una cadena que no podemos dejar suelta.

El ajuste de una antena es el pasaporte a obtener su máximo rendimento - Medidor de ROE, SWR Meter

Un sistema enlazado de radio debe cumplir determinados requisitos que si no cumplimos de manera ordenada y adecuada no alcanza, en muchos casos, para superar distancias de medio metro. Por lo tanto, debemos comprender con qué estamos trabajando para saber qué debemos hacer. Existe un antiguo refrán que dice que si no sabes lo que necesitas, cuando lo tengas delante de ti, no sabrás que lo habrás encontrado y el enlace entre dos equipos de radio habla de eso. Tú sabes lo que es una antena o un cable coaxial, pero cuando los tienes delante, quizás no sepas como asociarlos para lograr la construcción de un sistema de antenas de transmisión o de recepción que funcionen en forma correcta. En ambos casos, las antenas serán iguales. Pueden ser idénticas para ambos trabajos (Tx y Rx) y el elemento activo de ambas se llamará “irradiante”. Este irradiante (o elemento activo), puede estar acompañado de elementos pasivos, o de varios elementos activos “sumados”, para lograr un mejor desempeño y una ganancia en decibeles, pero siempre se llamará  irradiante. Si este elemento no está construido en forma adecuada, o por diversos motivos no funciona correctamente, la energía no podrá “irradiarse” en su totalidad. Parte de la energía que intentamos emitir, no podrá ser enviada al aire y retornará hacia el equipo.

La desadaptación de impedancias en el sistema conectado a la salida de antena de un transmisor puede originar ondas estacionarias - Medidor de ROE, SWR Meter

El mismo fenómeno que sucede con un irradiante no apropiado, que no puede resonar adecuadamente a la frecuencia de transmisión, también puede ocurrir con una línea de transmisión incorrecta o en mal estado. Por ejemplo, un problema habitual que sucede dentro de un cable es la condensación de humedad. Es decir, cuando la humedad se transforma en agua dentro del cable coaxial. Así como tiene una cubierta protectora plástica (o de goma en algunos casos) para preservar los conductores internos e impedir que el agua ingrese al cable, también impide que el agua pueda salir del cable. A este fenómeno lo encontraremos muchas veces en forma de sales en los conectores. Esta humedad, que degrada en forma química al metal interno que forma el cable, provoca un deterioro que perjudica el buen desempeño de éste. ¿Cómo saber que el cable está bueno? ¿Cómo saber que la antena está construida en forma correcta? ¿Cómo sabemos que está resonando a la frecuencia de trabajo y el 100% de la energía se transmite o, en el caso inverso, se recibe y no se “rechaza”, sino que pasa toda por la línea de transmisión (así también se llama en un receptor al cable coaxial) hasta los circuitos amplificadores de señal de entrada en el receptor?

La línea de transmisión y los conectores extremos pueden ocasionar desadaptaciones en el sistema de antena, para ello, debes controlarlos con una carga (o antena) fantasma - Medidor de ROE, SWR Meter

Cuando tenemos energía que no podemos irradiar y la misma “se refleja” (vuelve, regresa) hacia el transmisor, se evidencia físicamente en forma de temperatura elevada (en la mayoría de los casos destructiva) y eléctricamente se manifiesta con una menor entrega de potencia al aire. Por ejemplo, un transmisor de 10Watts (o Vatios) puede irradiar sólo 6W por culpa de una antena en malas condiciones (o una línea de transmisión en mal estado) ¿Y los 4W restantes? ¿Dónde van? ¿Al cielo? Recuerda siempre esta premisa fundamental: toda la energía que no se puede irradiar, vuelve hacia el equipo transmisor y te arriesgas siempre a su destrucción. Por ejemplo, muchos juegan a “inventar” antenas más eficientes para Wi-Fi y Bluetooth, sin embargo, desconocen por completo el riesgo al que exponen estos dispositivos que, previendo ese ataque de “yo soy más inteligente que el japonés que inventó esto” poseen, en la gran mayoría de los casos, protecciones contra inteligentes y el único resultado será un funcionamiento pobre por desadaptación. De todos modos ten cuidado, no siempre estas protecciones están presentes.

Circuito utilizado en el Medidor de ROE para VHF y UHF - Medidor de ROE, SWR Meter

Entonces tenemos siempre, en todo sistema de antena, un porcentaje de energía que se puede irradiar y otro que NO se podrá entregar al aire. Encontrarás, por lo general, dos nombres dedicados a esta energía o potencia entregada: Directa o Incidente mientras que para la potencia que es devuelta hacia el equipo siempre se llamará Reflejada. Por supuesto, en terminología inglesa se resume en Fordward y Reverse. Algunos instrumentos muestran en simultáneo, con instrumentos de dos agujas, la potencia de transmisión (en Watts, o Vatios) y la Relación de Ondas Estacionarias del sistema de antena que, como vimos en la gráfica, comprende todo lo que esté incluido desde la salida deltransmisor hasta el elemento activo o irradiante. Otros, como el nuestro, sólo ofrecen información de la desadaptación del sistema de antena respecto al equipo, que en última instancia es el dato que deseamos saber para prevenir cualquier desperfecto o mal funcionamiento. Además, una antena ajustada en forma correcta en transmisión, resonará sin inconvenientes para brindarnos una recepción óptima en la frecuencia deseada.

Materiales empleados en la construcción del Medidor de ROE - Medidor de ROE, SWR Meter

Para construir un instrumento de esta naturaleza, existen múltiples técnicas que no vamos a enumerar ni a describir ahora, sino que vamos a desarrollar un montaje que encontramos en la web como una simple imagen, sin mayores datos adicionales. A partir de allí, logramos construir el instrumento que funciona de manera muy simple: Por la vía central del PCB circula la energía emitida por el transmisor y a sus lados (a una distancia apropiada, sumado a una longitud apropiada), se encuentran dos vías que se encargarán de conducir energía en sentidos opuestos. Observando las imágenes y la polarización de los diodos de detección, comprenderás que en un sentido tendremos la detección de la energía que circula en un sentido (equipo – antena) y con el otro circuito adyacente a la vía principal obtendremos el resultado de la señal que retorna hacia nuestro transmisor. Cuanto más elevada sea esta indicación, mayor cantidad de Ondas Estacionarias (que no se han irradiado) tendrá nuestro sistema de antena. Te reiteramos el concepto: comprende al sistema de antena como la sumatoria de todos los elementos que componen tu instalación a partir del conector de antena de tu transmisor hasta el irradiante.

PCB utilizado en el Medidor de ROE descripto en este artículo - Medidor de ROE, SWR Meter

Sin alterar las medidas que presenta el diagrama original, podrás construir, al igual que hicimos nosotros, un instrumento capaz de trabajar tanto en VHF como en UHF. Este beneficio es muy valioso en estos días en que, la utilización de las bandas de 315Mhz y de 433,92Mhz, son muy utilizadas para comunicar equipos basados en microcontroladores. El PCB, tal como expresa la imagen, debe ser construido en material FR4 (fibra epoxi) de doble faz, es decir, que en ambas caras debe tener cobre. Una de las caras mantendrá el cobre en su totalidad y para lograr esto deberás cubrirlo antes de colocar la placa en el ácido para construir este PCB. Luego, conectarás las vías indicadas con la cara que quedó sin retirar el cobre en los puntos indicados con una T invertida en el gráfico. No en cualquier lado o en todos los lados que tú quieras. Sólo en los lugares indicados en el gráfico.

Dibujo original del PCB (con instrucciones) de PA0NHC - Medidor de ROE, SWR Meter

Por último, sujetas el PCB construido con las soldaduras en el conductor central y en la periferia de la placa con pequeños terminales formados como soportes para una buena soldadura. Las imágenes son muy ilustrativas en lo que al montaje respecta. Intenta replicar el mismo de la manera más fiel que te sea posible para obtener buenos resultados, de lo contrario, una construcción de baja calidad no ofrecerá mediciones confiables. Además, no dejes de respetar las medidas indicadas para el PCB de 78 X 44 milímetros. Nosotros decidimos quitar todas las leyendas del gráfico original, sin embargo, te dejamos la imagen tal como la encontramos en la web. Si la observas demasiado grande, utiliza cualquier programa gráfico y llévala a las medidas indicadas. No poseemos un PDF para brindarte. Sólo la misma imagen que nosotros encontramos de PA0NHC.

Detalles frontales y traseros del armado del instrumento - Medidor de ROE, SWR Meter Vista en detalle del PCB armado - Medidor de ROE, SWR Meter Otra vista del PCB armado con sus lazos de detección - Medidor de ROE, SWR Meter 

PCB armado con sus lazos de detección

La resistencia que inicia cada vía de detección debe ser de 50 Ohms y se puede formar con dos resistencias de 100 Ohms en paralelo o con tres de 150 Ohms en paralelo. En nuestro caso, con dos de 100 Ohms resolvimos la construcción. Utilizamos el mismo diodo que indica la imagen: un BAT85 y colocamos entre los capacitores (o condensadores) a GND una VK200, pero esto no es excluyente. Es decir, allí puedes colocar cualquier inductancia para RF de 10uH, no es obligatorio el uso de una VK200. Queremos aclarar este punto de manera enfática porque muchos, no sólo no conocen la VK200 sino que además, les resulta complicado obtenerla, comprarla o quitarla de algún viejo equipo “canibalizado”. Por último los capacitores son cerámicos comunes y todo el conjunto se conecta a los comandos y el indicador del panel frontal. Es importante que coloques “cuentas de ferrite” en el cable de conexión del instrumento (cable rojo) para liberar esta conexión de residuos de RF que puedan mostrar indicaciones donde no las hay (cuando la Relación de Ondas Estacionarias es 1:1). El resto es lo siempre: conexiones cortas, prolijas, cuidadosas y un montaje robusto para todo el instrumento.

Todos los conductores internos deben ser tan cortos como sea posible y se deben ubicar cercanos a las paredes del gabinete - Medidor de ROE, SWR Meter

La operación es muy sencilla e intuitiva. Con este instrumento puedes hacer realizar el control de muchas cosas en forma individual, antes de hacer una medición general o total. Por ejemplo, es una sana costumbre medir la correcta adaptación de impedancias entre la salida del transmisor y la línea de transmisión (el cable coaxial). El método será utilizar un pequeño trozo de cable coaxial para enlazar el transmisor con el Medidor de ROE y a este instrumento conectarle la línea de transmisión con una “carga fantasma” (Dummy Load) en el extremo. ¿Qué es una carga fantasma? Un sistema resistivo puro que se coloca para emular (durante la medición) a la antena. El sistema entenderá que allí hay una antena perfecta, que tiene una componente resistiva pura (no reactiva) y que tendrá la impedancia correcta, que en comunicaciones está estandarizada en 50 Ohms.

La “carga fantasma” además de utilizarse en la construcción y calibración de transmisores, también se usa para controlar un efectivo funcionamiento de la línea de transmisión incluyendo los conectores colocados en sus extremos. Una carga fantasma se construye fácilmente con resistencias de carbón depositado (no de alambre bobinado) y se puede armar con una combinación múltiple, por ejemplo, con 20 resistencias de 1K – 1W (todas en paralelo) obtendrás una carga fantasma de 50 Ohms – 20 Watts (o Vatios). Como mencionamos antes, el agua condensada o los rayos pueden ser letales para un cable coaxial y la degradación de esta línea de transmisión provocará una alteración en su impedancia característica que inducirá una desadaptación al sistema. Si no tienes este cuidado, antes de controlar un sistema de antenas, creerás que es tu irradiante el que quedó mal ajustado, o que se daño al elevarlo en la torre, o que la cercanía de la torre y otras antenas le afectan, cuando la realidad es que tu antena está correcta y lo que introduce la desadaptación es la línea de transmisión.

En el caso de UHF, las cargas fantasmas son más complejas de construir y ensamblar. Además, las resistencias tradicionales no son tan confiables como en la región de VHF. Aquí, la opción más sencilla es con una pequeña varilla de un cuarto de onda (16,5 – 17 centímetros). Luego de estos ensayos, la antena y su diseño te llevarán por el camino del ajuste apropiado. Hasta este punto, te habrás asegurado que la adaptación de impedancias es correcta entre tu transmisor y la línea de transmisión en su conjunto (incluidos los conectores) y que todo el sistema estará óptimo para colocar la antena, ajustada en tierra, en un lugar tan despejado como sea posible. Es decir, no puedes ajustar una antena, por pequeña que sea, dentro de tu habitación. Siempre busca lugares abiertos y despejados. Las técnicas de ajuste de antenas, como es lógico, varían de un modelo a otro y la práctica te ayudará a encontrar las maneras más adecuadas de realizar los ajustes. Tu objetivo será siempre alcanzar una adaptación de impedancias óptima en todo el conjunto Transmisor – Línea de Transmisión – Antena. Debes tener en cuenta que esta misma antena puede ser utilizada en recepción, por lo tanto, si sólo deseas una antena para un receptor, deberás ajustarla (o calibrarla) del modo descripto.

Un nuevo y útil instrumento para ajustar antenas de VHF y UHF - Medidor de ROE, SWR Meter

Fuente: http://www.neoteo.com.  (Mario Sacco)

 

 

 





KNX es socio colaborador de WorldSkills Leipzig 2013

21 03 2013

WorldSkills es una competición mundial para jóvenes estudiantes de Formación Profesional. Una vez más será KNX socio colaborador de dicha competición que en 2013 se celebrará en la ciudad alemana de Leipzig. La Asociación KNX internacional que agrupa a las empresas líderes en muchos ámbitos del sector de la automatización de viviendas y edificios proporcionará, como Skill Presenter, los materiales necesarios para que la disciplina de la competición Instalaciones Eléctricas se pueda llevar a cabo. Por segunda vez, el estándar mundial para el control de viviendas y edificios será la base de la competición.

“Los jóvenes de hoy se adaptan rápidamente: estamos obligados a ofrecer a los jóvenes la posibilidad a acceder a la ingeniería eléctrica y al estándar mundial KNX. Esperamos que todos los participantes disfruten de la competición y les deseamos un gran aprovechamiento con KNX”, dijo Stephan Bauer, Presidente de la KNX Association, durante el evento anterior.

KNX es el estándar mundial para el control de viviendas y edificios. En 1990, nueve empresas líderes de la industria de la ingeniería eléctrica y el control de edificios fundaron la KNX Association. Hasta hoy, más de 300 empresas de 34 países de todo el mundo se unieron al estándar abierto, ofreciendo actualmente más de 7.000 familias de productos certificados. KNX está aprobado como estándar internacional ISO/IEC 14543-3 y es sinónimo de una tecnología que ha demostrado en innumerables proyectos en los 5 continentes su fiabilidad.

En lo que al control de la gestión de edificios se refiere, KNX regula equipos de iluminación, persianas, contraventanas, toldos, sistemas de seguridad, sistemas de gestión de la energía, calefacción, ventilación y aire acondicionado, visualización y control de sistemas, interfaces para servicios y otros sistemas, control remoto, medición, control de audio/video, electrodomésticos y muchas aplicaciones más.

“Fijar los más altos estándares es lo que tienen KNX y la competición WorldSkills en común”, dice Hubert Romer, Director Ejecutivo del Comité Organizador. “Estamos mirando al futuro gracias a una estrecha colaboración con un socio tan fuerte”.

Bajo el patrocinio de la Canciller  Federal de Alemania, Angela Merkel, WorldSkills Leipzig 2013 se llevará a cabo en la feria de exposiciones de Leipzig, entre los días 2 al 7 de julio. En la competición, más de 1000 participantes de hasta 22 años de edad provenientes de todo el mundo competirán por el título mundial en las 46 disciplinas.

Encuentre más información en: www.worldskillsleipzig2013.com.

WorldSkills Leipzig 2013 está financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación, el Ministerio de Economía, Tecnología y Transporte del Estado de Sajonia y el Fondo Social Europeo, así como del patrocinio de numerosas empresas.





V Congreso KNX. Barcelona

12 03 2013

La Asociación KNX España ya está planificando el “V Congreso KNX” que se celebrará los días 26 y 27 de junio 2013 en Barcelona bajo el lema “KNX: de los Smart Buildings a las Smart Cities”.

En sus 23 años de presencia en todos los mercados mundiales ha demostrado el estándar KNX su liderazgo en el control y la automatización de viviendas y edificios, con innumerables proyectos funcionando a plena satisfacción de los usuarios en los cinco continentes, desde pequeñas instalaciones domésticas hasta grandes proyectos como por ejemplo aeropuertos o estadios deportivos.

Pero KNX va más allá: un edificio o una vivienda no es un elemento aislado que meramente consume energía. En una ciudad inteligente todos los edificios deben comunicarse entre sí, y deben ser capaces de usar la energía disponible de forma eficiente, provenga de generación propia (placas solares, estaciones térmicas, etc.) o de la red pública. Deben saber distinguir entre energía de fuentes renovables y fuentes fósiles, dando prioridad siempre a la primera, y todo ello en función de las tarifas eléctricas vigentes en cada momento.

KNX ofrece ya hoy en día soluciones para la medición inteligente (Smart Metering), las redes inteligentes (Smart Grid), la integración del vehículo eléctrico en una gestión inteligente de la energía, y por ende para las ciudades inteligentes del futuro (Smart Cities).

KNX España, en su 20 aniversario, quiere mostrar en el “V Congreso KNX” a todos los profesionales del sector que las Smart Cities son una realidad.

Fechas:
26/06/2013 – 27/06/2013
Lugar:  Barcelona




Li-Fi, uso de LEDs de iluminación para transmitir datos

31 01 2013

La luz es la parte del espectro electromagnético que podemos ver, un conjunto de longitudes de onda que conocemos como espectro visible y cuyas frecuencias están muy por encima de las ondas de radio, por ejemplo (el espectro visible se encuentra en la banda de los 384 THz). En el ámbito de las comunicaciones, solemos trabajar con ondas electromagnéticas (ya sea en la banda de radio o en las microondas) que propagamos a través de un soporte físico o a través del aire o, en su defecto, usando infraestructuras como los cables de fibra óptica (o incluso comunicaciones con haces láser sin usar fibras). Si bien el abanico de opciones tecnológicas es bastante amplio y cada vez podemos transmitir mayores volúmenes de información (de manera eficiente), son muchos los centros de investigación que trabajan en la definición de nuevas tecnologías de comunicación y, entre todas ellas, en Reino Unido se está investigando en el uso de los LEDs convencionales como posibles fuentes de transmisión de información: el Li-Fi.

LED - Li-Fi

Si bien es cierto que los LEDs se llevan utilizando desde hace bastante tiempo en comunicaciones, por ejemplo, en infrarrojos e, incluso, para alimentar comunicaciones basadas en fibras ópticas; la Universidad de Strathclyde, en Reino Unido, se ha propuesto convertir el parpadeo constante de las luces basadas en LED en una tecnología de comunicación que sea capaz de transmitir datos usando el espectro de luz visible.

Aunque la aproximación que describe Li-Fi es bastante particular, en el fondo, las comunicaciones basadas en señales visuales es algo que, por ejemplo, se usa en los barcos para transmitir mensajes aunque, en este caso, estamos hablando de comunicaciones de datos con altas tasas de transmisión.

Esta universidad ha creado un centro de investigación, denominado Intelligent Lighting Centre, junto a otras entidades que forman el Li-Fi Consortium para investigar el desarrollo de LEDs de pequeño tamaño que, además de alumbrar, sirvan para transmitir datos y, para ello, contarán con la nada despreciable cifra de 7,28 millones de dólares para trabajar en esta materia.

¿Y por qué los LEDs? Los LEDs, como tales, no son una tecnología nueva; sin embargo, en los últimos años sí que se ha extendido el uso de esta tecnología y la tenemos presente en múltiples dispositivos o, incluso, los utilizamos para alumbrar nuestros hogares (gracias a su bajo consumo y gran durabilidad). Aunque no nos demos cuenta, los LEDs parpadean un millar de veces cada segundo y, claro está, este parpadeo es imperceptible para el ojo humano pero las conmutaciones podrían controlarse y utilizarse para transmitir datos hacia receptores ópticos que podrían demodular estas señales de “unos y ceros” y, así, aprovechar esta señal para transportar datos.

Li-Fi podría ser una alternativa que permitiría descongestionar el espectro radioeléctrico que, en el caso de la banda de microondas, está bastante saturado y, si llega a buen puerto, quizás podría revolucionar el sector de las comunicaciones ópticas.

Fuente: http://alt1040.com.   JJ Velasco





Zigbee: protocolo de comunicaciones inalámbricas basado en el estándar 802.15.4

22 08 2012

ZigBee es un protocolo de comunicaciones inalámbricas basado en el estándar 802.15.4, está pensado para comunicaciones a baja velocidad entre dos o varios dispositivos, se pueden formar redes con miles de dispositivos comunicandose entre sí, por lo que es ideal para muchas aplicaciones.

ZigBee es desarrollado por la ZigBee Alliance, formada por cientos de compañias que quieren solventar la necesidad de un estándar para comunicaciones a baja velocidad, con un bajo coste de implementación y donde los dispositivos que forman parte de una red pueden requerir un bajo consumo, llegando a estar funcionando durante años con un par de pilas.

Se basa en el estándar de comunicaciones 802.15.4 que define el hardware y software de las capas physical (Phy) y media access control (MAC). Cada capa es responsable de una serie de funciones necesarias para la comunicación, ZigBee añade capas sobre las dos capas anteriores del 802.15.4, una capa no sabe nada sobre la capa que está por encima de ella y cada capa que añadimos añade una serie de funciones a la base de las inferiores.

Cualquier dispositivo de un fabricante que soporte este estándar de comunicaciones y pase la certificación correspondiente, podrá comunicarse con otro dispositivo de otro fabricante distinto. Un dispositivo ZigBee estaría formado por una radio según el estándar 802.15.4 conectada a un microcontrolador con la pila (stack) de ZigBee, donde se implementan las capas por encima de las del 802.15.4. Esta pila está diseñada para poder ser implementada en microcontroladores de 8 bits.

Características de las redes/dispositivos ZigBee serían las siguientes:

  • Velocidad de transmisión entre 25-250 kbps.
  • Protocolo asíncrono, half duplex y estandarizado, permitiendo a productos de distintos fabricantes trabajar juntos.
  • Se pueden formar redes que contengan desde dos dispositivos hasta cientos de ellos.
  • Los dispositivos de estas redes pueden funcionar en un modo de bajo consumo, lo que supone años de duración de sus baterías.
  • Opera en la frecuencia de 2.4 GHz (16 canales) y también en las frecuencias de 868 MHz y 915 MHz.
  • Es un protocolo fiable, la red se organiza y se repara de forma automática y se rutean los paquetes de manera dinámica.
  • Es un protocolo seguro ya que se puede implementar encriptación y autentificación.

Se puede decir que ZigBee ocupa el vacío que hay por debajo de Bluetooth, para comunicaciones de datos que no requieren altas velocidades.

Una comparativa con Wifi y Bluetooth:

Los campos de aplicación de ZigBee son muchos, todos en los que se requiera transmitir comandos o recoger lectura de sensores, etc.. y no interese o no sea práctico usar cables.

Campos de aplicación pueden ser:

  • Agricultura: redes de sensores de bajo consumo en el campo para medir y recoger distintos parámetros.
  • Domótica, automatización de edificios y hogares, control industrial.
  • Atención sanitaria: recoger información de sensores en los pacientes, un ejemplo puede ser la ropa inteligente.
  • Control remoto de electrónica de consumo, como el mando de la televisión, luces, etc.

Podemos encontrar más sobre los distintos campos de aplicación de esta tecnología y sus estandares aquí.

La Alianza ZigBee también define unos llamados perfiles de aplicación, que especifican como los dispositivos ZigBee deben funcionar/comunicarse dentro de un determinado campo/mercado. Por ejemplo el perfil de domótica describiría como un sensor de temperatura debe mandar sus lecturas a un termostato, y como éste controlaría por ejemplo un radiador. De esta forma se pueden integrar dispositivos de distintos fabricantes para unas tareas determinadas.

En las redes ZigBee encontramos tres tipos de dispositivos:

  • Coordinator: en toda red sea de doscientos o de dos dispositivos, debe haber un coordinador, sólo puede haber uno por red y entre sus tareas están las de formar y gestionar la red.
  • Router: son dispositivos de la red que tienen la capacidad de enviar, recibir y enrutar información. Pueden actuar como mensajeros entre dispositivos que están muy alejados para establecer una comunicación directamente, los dispositivos ZigBee no están pensados para comunicaciones de largas distancias, sino para trabajar en redes de sensores y cubrir esas largas distancias pasando la información entre los distintos nodos.
  • End device: estos serían los dispositivos de bajo consumo. El coordinador y los routers deben estar siempre encendidos ya que pueden actuar como mensajeros entre otros dispositivos, por lo que lo normal puede ser conectarlos a la red eléctrica. Los end devices pueden enviar y recibir información pero no pueden actuar como mensajeros entre otros dos dispositivos de la red, lo normal es que el end device esté en un modo de bajo consumo y se despierte cuando quiere enviar o recibir información, alargando la duración de sus baterías durante mucho tiempo. Como los end device pueden estar dormidos en un modo de bajo consumo, necesitan estar asociados a un coordinador o a un router, que guarden los mensajes que han sido enviados para ellos mientras estaban dormidos y se los hagan llegar cuando despierten.

En una red ZigBee debe haber un coordinador (sólo uno) y todos los routers y end devices que queramos, la red más sencilla sería un coordinador más un router o end device.

Muchos son los fabricantes de dispositivos electrónicos que nos ofrecen radios y módulos ZigBee. La combianción de una radio 802.15.4 y un microcontrolador que implemente el stack ZigBee es lo que se llama un módulo ZigBee. En ese mismo microcontrolador suele quedar memoria suficiente para implementar una pequeña aplicación/programa, pero para ello necesitaremos herramientas sofware y hardware del fabricante que nos permitan hacer y descargar los programas en ese microcontrolador del módulo, herramientas que probablemente no sean nada baratas.

Para comenzar lo más sencillo suele ser comprar un módulo ZigBee, y en lugar de utilizar el microcontrolador del propio módulo para que corra nuestro programa de aplicación, utilizar otro microcontrolador externo donde programar nuestra aplicación y usar el módulo ZigBee sólo para que realice la comunicación, el microcontrolador externo se comunica con el interno para enviar y recibir datos a través del módulo.

Antes de empezar con los módulos y tras la breve introducción de la idea que me he hecho de ZigBee después de leer (espero no haberme equivocado mucho..), enlazo bibliografía sobre el tema:

Espero poder ir desarrollando proyectos de electrónica con ZigBee en este blog, para ir aprendiendo sobre el tema, ya que las aplicaciones son muchas y puede ser algo muy útil y entretenido.

Para empezar con ZigBee me he decidido por comprar unos módulos de Digi: XBee Series 2, no confundir con la Serie 1 que son módulos 802.15.4 pero no implementan ZigBee ni permiten montar redes de varios dispositivos.

En la foto se pueden ver varios módulos ZigBee de Digi International, podemos comprarlos de dos tipos: los módulos normales S2 y los módulos PRO S2B. La diferencia es que los módulos PRO tienen mayor alcance, mayor consumo y cuestan más dinero, también los S2B traen un segundo microcontrolador interno (además del que implementa el stack de ZigBee). Se ve como los módulos pueden llevar varios tipos de antena, para empezar a probar lo mejor es cogerse los módulos S2 con la antena de cable como se ve en la imagen de debajo.

Estos módulos tienen una serie de patillas para ser soldados a un circuito impreso, la separación de estas patillas no es de paso estándar (2.54 mm) de protoboard, por lo que no los podrémos pinchar directamente en una protoboard o soldar en una placa de topos, necesitaremos un adaptador. La separación entre las patas es de 2 mm.

El módulo está  diseñado a partir de un chip de Ember con una radio y un microcontrolador, el microcontrolador interno saca al exterior sus pines a través de las patillas del módulo, en su datasheet se puede encontrar la descripción detallada de cada una de ellas.

El microcontrolador interno del módulo se comunica con el exterior mediante una UART, esta UART la podemos utilizar para cambiar el firmware del módulo a través de un bootloader que lleva ya grabado, o para conectar el microcontrolador interno con la UART de un microcontrolador externo para que éste envie y reciba datos a través del módulo XBee.

Como se puede ver en la imagen una primera forma de utilizar estos módulos es usando un microcontrolador externo que se comunique con el módulo XBee a través de su puerto serie. El módulo XBee funciona a 3.3V, por lo que si nuestro microcontrolador externo funciona a 5V nos tocará hacer una adaptación de niveles entre las líneas de comunicación del microcontrolador externo y del módulo XBee.

Si miramos el datasheet vemos como muchos de los pines del módulos XBee se pueden configurar como entradas o salidas digitales, o como entradas analógicas. Lo que nos permite utilizar el módulo para leer directamente un sensor o activar algún dispositivo sin la necesidad de tener que añadir un microcontrolador externo al proyecto, lo que reduce el consumo y el coste. Por ejemplo podemos usar el módulo para leer un sensor de temperatura y mandar la información, alimentando todo con dos pilas y sin hardware adicional. Según vaya avanzando espero ir poniendo por aquí estas cosas, ya que el tema de ZigBee es amplio, de momento el objetivo de la entrada de este post es establecer una comunicación entre dos módulos XBee para probarlos.

Para poder integrar los módulos en nuestros proyectos sin necesidad de hacer un pcb necesitamos hardware adicional:

XBee Explorer USB.

Esta placa nos va a permitir comunicar el pc con el módulo XBee, es un chip FTDI que hace de puente entre el USB del PC y la UART del microcontrolador. Esta placa hay que comprarla ya que se va a utilizar para actualizar, descargar firmware y configurar los módulos XBee que vayamos a utilizar en nuestros proyectos. También la vamos a utilizar para dotar a nuestro PC de conexión ZigBee y conectarlo a la red de dispositivos para enviar y recibir datos, conectamos un módulo a la placa conectada al puerto USB del PC. Para cambiar el firmware y configurar los módulos utilizamos el X-CTU, un programa de Digi que explico más abajo.

Breakout board.

Si queremos pinchar el módulos XBee en una placa de prototipos para hacer pruebas debemos comprar un placa que adapte el paso de los pines del módulo al paso de los pines de la protoboard. Además de los conectores correspondientes que debemos soldar a la placa adaptadora y un intercambiador de niveles de tensión si el microcontrolador externo va a funcionar a 5V. Enlazo los componentes necesarios:

XBee Explorer Regulated.

Si disponemos de una placa como vinciDuino podemos pinchar directamente el módulo XBee a nuestra placa con el microcontrolador externo, esta placa tiene un regulador de tensión de 3.3V para alimentar el módulo XBee, y un diodo para hacer una adaptación de niveles. Para conectar la placa a vinciDuino necesitaremos comprar el conector que se ve en la parte inferior de la imagen: conector. Los leds que se ven en la placa (la XBee Explorer USB también los tiene, nos indica cuando el módulo recibe o envia datos (DIN y DOUT) y la intensidad de la señal en el último paquete recibido (RSSI).

Los módulos XBee se pueden encontrar también en Sparkfun:

Las características de estos módulos según su datasheet son:

  • Alcance en interiores: 40 m.
  • Alcance en exteriores: 120 m.
  • Potencia de transmisión: 2 mW.
  • Sensibilidad del receptor: -96 dBm
  • Consumo de corriente en transmisión: 40 mA @ 3.3V
  • Consumo de corriente en recepción: 40 mA @ 3.3V
  • Consumo de corriente durmiendo: < 1uA

Una vez que tenemos nuestros módulos y el hardware adicional listo lo siguiente es probarlos:

Para poder utilizar los módulos lo primero es configurarlos, para ello tenemos que bajar el X-CTU de la página de Digi, con el podemos cambiar el firmware de los módulos XBee, también lo podemos usar como terminal serie para mandar y recibir datos por el módulo desde el PC.

Bajamos e instalamos el programa, diciendo que si a las actualizaciones si nos preguntan. Conectamos la placa XBee Explorer USB con uno de los módulos XBee al puerto USB y abrimos el programa X-CTU.

Dejamos todos los parámetros de la comunicación serie como vienen por defecto, seleccionamos el puerto donde está conectado el módulo al PC (en mi caso aparece sólo uno) y le damos a Test/Query para probar el módulo. Si todo está bien nos devolverá algo como esto:

Un cuadro de diálogo donde podemos ver el tipo de módulo que hemos pinchado en la XBee Explorer USB, la versión del programa interno del microcontrolador que lleva grabada y su número de serie. Este número de serie de los módulos es único, es decir no hay dos módulos ZigBee con el mismo número de serie igual.

En la parte de debajo podemos ver el número de cada módulo, los primeros 32 bits 0013A200 se corresponde con un número asignado para el fabricante, todos los módulos XBee tendrán el mismo, y los 32 bits siguientes 40813E2A son individuales para cada módulo, no habrá dos módulos con estos números iguales. Ya que este número se puede usar para identificar a un módulo dentro de la red y comunicarse con él.

Vamos a hacer el ejemplo más simple, coger estos dos módulos XBee y configurar uno como Coordinator y otro como Router para establecer una comunicación entre ellos. Los módulos llevan un microcontrolador que corre un programa, dependiendo de que tipo de dispositivo vaya a ser el módulo (coordinator, router o end device) y de su modo de comunicación por su puerto serie con el mundo exterior, hay que grabar un programa u otro en él mediante el X-CTU.

Para ello nos vamos a la pestaña de Module Configuration:

Y le damos al botón Read para leer el firmware (programa del microcontrolador) que lleva grabado el módulo:

Nos aparecen una serie de parámetros de configuración y unas listas desplegables, donde podemos seleccionar distintos programas para grabar en los módulos en función del tipo de dispositivo que queremos que sean en la red. Con las 3 listas desplegables Modem XBee, Function Set y Version seleccionamos el porgrama a descargar en el módulo.

Modem XBee se refiere al tipo de módulo que hemos comprado, en nuestro caso seleccionamos XB24-ZB para los módulos de la serie dos, si tuviesemos pinchado un módulo PRO tendríamos que seleccionar (o nos saldría) XBP24-ZB. En la siguiente lista Function Set tenemos varias opciones:

Podemos ver como podemos decidir si grabar un programa para que el módulo funcione como un coordinator, router o end device, y dentro de cada una de estás 3 opciones podemos elegir otras más , como que lea un sensor, o active una de sus salidas. La decisión más importante es decidir si vamos a configurar los módulos como AT o como API.

Con la opción de AT o API decidimos como nos vamos a comunicar con el puerto serie (la UART) del microcontrolador interno del módulo:

  • Si seleccionamos la opción de AT lo que el módulo reciba por el pin DIN de su UART, lo manda por la comunicación inalámbrica, es decir si le escribimos 10100000 el módulo transmitiría 10100000, así de simple. Y de igual forma lo que el módulo recibe se lo transmite al microcontrolador como le llega por el pin DOUT. Si mandamos a DIN del módulo los caracteres +++, el módulo entra en modo comandos, y nos permite configurar distintas opciones del módulo a través de su puerto serie.
  • Si seleccionamos API la comunicación con el módulo es más compleja, ya no entra y sale lo que mandamos al módulo por el puerto serie, sino que nos comunicamos con el módulo XBee mediante frames, es decir los datos tienen que ir estrucutrados según un orden establecido, con bytes de start, de longitud, de tipo de datos, de checksum, etc… Con esta opción de comunicación con el módulo tenemos muchas más posibilidades de comunicación que de la otra forma, podemos mandar comandos a otros módulos para configurarlos de manera remota, saber quien es el remitente del mensaje, saber si los paquetes han llegado, etc..

Para probar los módulos lo más simple, configurar un módulo XBee como Coordinator AT y el otro como Router AT, lo primero es apuntar la dirección de 64 bits única de los módulos, el módulo con dirección 0013A2004081372A va a ser el coordinator, y el módulo con dirección 0013A200407E6FCF va a ser el router.

Primero configuramos el coordinator, pinchamos el módulo en la placa XBee Explorer USB conectada al pc y nos vamos a la pestaña anterior de Function Set y seleccionamos ZigBee Coordinator AT, en modem XB24-ZB y en versión la última. Con esto decimos a X-CTU que vamos a grabar un programa en el módulo para que éste funcione como coordinator en modo AT, lo siguien es seleccionar los parámetros de la comunicación.

Lo primero es establecer el PAN ID, el número de identificación de nuestra red, todos los módulos que se comuniquen dentro de una red deben de tener el mismo número, establecemos como PAN ID por ejemplo el número 555.

Lo siguiente es establecer la Destination Address High y Low, es decir el número de 64 bits de nuestro router que hemos anotado antes.

Estableciendo estas direcciones le decimos a nuestro coordinator a que módulo de la red le va a mandar la información que reciba por su puerto serie, entrando en comandos AT con +++ podemos cambiar la dirección de destino y enviar información a otro módulo distinto al inicial. Una vez que hemos puesto las direcciones le damos a Write para que se descargue el programa correspondiente en el módulo XBee.

Ahora desconectamos la placa del puerto USB, cerramos el programa y pinchamos el módulos que va a funcionar como router y abrimos el programa para configurarlo, igual que antes nos vamos a la pestaña de modem configuration, seleccionamos el modo de funcionamiento y metemos el PAN ID y la dirección de 64 bits del coordinator, una vez hecho le damos a write.

Ya tenemos los módulos listos para ser usados, quitamos el router de la placa USB, cerramos el programa. Pinchamos el módulo del coordinator en la placa USB y lo conectamos al PC y abrimos en programa y nos vamos a terminal dejando todas las opciones de la configuración serie por defecto como están.

Ahora tenemos un módulo XBee conectado al PC y emitiendo y recibiendo datos, los carácteres que tecleemos aparecen en azul en el terminal, y son los que estamos enviando a la dirección de destino que hemos configurado en el coordinator, si tecleamos +++ podemos ver como entramos en modo de comandos, y si entramos y tecleamos  por ejemplo atid el módulo nos devuelve la ID de la red que hemos configurado. Todos los parámetros que hemos configurado en el X-CTU anteriormente (PAN ID y las direcciones de destino) se pueden configurar a través del terminal serie, del modo comandos se sale de manera automática después de un tiempo (10 s por defecto) sin teclear nada.

En un lado de la comunicación tenemos un coordinador conectado a un terminal serie de un pc, desde donde podemos enviar y recibir datos. Podríamos conectar el router a otro terminal serie del PC y comunicar ambos terminales mediante ZigBee, pero sólo tengo una XBee Explorer USB (abusan bastante del precio por esta placa). Por lo que usando una de las otras placas para los módulos vamos a conectar el router a un microcontrolador, como se ve en la imagen.

Hay que conectar el pin RX de la UART del microcontrolador con el pin DOUT del módulo XBee, y el pin TX de la UART del microcontrolador con el pin DIN de l módulo XBee, la placa donde pinchamos la XBee ya lleva un regulador para dar 3.3V al módulo y un diodo para adaptar el nivel de tensión de los 5V del microcontrolador a los 3.3V del módulo en la línea DIN.

Los parámetros de la UART del microcontrolador los debemos configurar como los que hemos dejado por defecto en el módulo: 9600, 8, 1…

Una vez que configuramos la UART del microcontrolador, lo que escribamos en el terminal del PC le llega al microcontrolador, y los caracteres que mandemos por la UART del microcontrolador aparecerán en el terminal del PC. Los caracteres que escribimos en el terminal aparecen en azul y los que recibimos en rojo.

Para realizar la prueba grabamos un programita sencillo en el microcontrolador, que encienda el led L de la placa de vinciDuino cuanto pulsemo ‘e’ en el pc y lo apague cuando pulsemos la letra ‘a’, cada vez que lo encienda o lo apague el microcontrolador le mandará al pc “LED1″ o “LED0″. Adjunto el video de del funcionamiento donde se pueden ver también los leds indicadores de las placas  y el código de la prueba al final.

Las aplicaciones de ZigBee son muchas y el tema de las redes de objetos inteligentes conectados bastante interesante, espero poder ir desarrollando proyectos de estos temas en el blog según voy aprendiendo sobre este estándar.

Código de la prueba en vinciDuino.

#include <avr/io.h>
#define F_CPU 16000000UL
#include <util/delay.h>

#define BAUD 9600
#define MYUBRR ((F_CPU/(BAUD*16UL))-1)

#define LEDRX PORTB0
#define LEDTX PORTD5	
#define LEDL PORTC7

void inicializar_micro(void);
void USART_Transmit( unsigned char data );
unsigned char USART_Receive( void );

int main(void)
{
	unsigned char dato = 0;

	inicializar_micro();

	PORTD |= (1<<LEDTX);
	PORTB |= (1<<LEDRX);
	PORTC &= ~(1<<LEDL);

    while(1)
    {
		dato = USART_Receive();

		if(dato == 'e')
		{
			PORTC |= (1<<LEDL);
			USART_Transmit(' ');
			USART_Transmit('L');
			USART_Transmit('1');
			USART_Transmit(13); 		
		}

		if(dato == 'a')
		{
			PORTC &= ~(1<<LEDL);
			USART_Transmit(' '); 
			USART_Transmit('L'); 
			USART_Transmit('0');
			USART_Transmit(13);    
		}   
    }
}

void inicializar_micro(void)
{
       //Configurar entradas y salidas.	
       DDRB = 0x01; //0000 0001
       PORTB = 0x00;
       DDRD = 0x20; //0010 0000
       PORTD = 0x00;
       DDRC = 0x80; //1000 0000
       PORTC = 0x00;

       //Habilitar el regulador interno de 3.3 V.
       UHWCON |= (1<<UVREGE); 

       //Inicializar usart.
       UBRR1H = (MYUBRR>>8);
       UBRR1L = MYUBRR;
       // Enable receiver and transmitter 
       UCSR1B = (1<<RXEN1)|(1<<TXEN1);
       // Set frame format: 8data, 1stop bit 
       UCSR1C = (3<<UCSZ10)|(1<<UCSZ11);

}

void USART_Transmit( unsigned char data )
{
    /* Wait for empty transmit buffer */
    while ( !( UCSR1A & (1<<UDRE1)) );
    /* Put data into buffer, sends the data */
    UDR1 = data;
}

unsigned char USART_Receive( void )
{
    /* Wait for data to be received */
    while ( !(UCSR1A & (1<<RXC1)) );
    /* Get and return received data from buffer */
    return UDR1;
}






Fuente: http://webdelcire.com/wordpress/









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