capitulos nohe y jorge[1]
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8/7/2019 capitulos nohe y jorge[1]
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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA
INSTITUTO UNIVERSITARIO EXPERIMENTAL DE TECNOLOGIA
DE LA VICTORIA
DEPARTAMENTO DE INVESTIGACION
DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE TELECONTROL A
TRAVES DE INTERNET.
Trabajo Especial de Grado como requisito para optar
Al Ttulo de Tcnico Superior Universitario en la Especialidad de Electricidad
Mencin Telecomunicaciones instrumentacin y control.
PGE-7160-10
Autores:
Nohemi F. Medina. F.
C.I. 18.640.353
Jorge L. Arrieta V.
C.I: 15:274.199
Tutor: Profesor Pedro Landaeta
La Victoria, 2010
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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA
INSTITUTO UNIVERSITARIO EXPERIMENTAL DE TECNOLOGIA
DE LA VICTORIA
DEPARTAMENTO DE INVESTIGACION
En mi carcter de Tutor Acadmico del Trabajo Especial de Grado titulado
DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE TELECONTROL A
TRAVES DE INTERNET.
Presentado por los bachilleres Nohemi. F. Medina F. , titular de la cedula
de identidad N 18.640.353 y Jorge. L Arrieta V. titular de la cedula de
identidad N 15.274.199. Como requisito para optar al ttulo de Tcnico
Superior Universitario en la especialidad de ELECTRICIDAD, mencinTELECOMUNICACIONES INSTRUMENTACION Y CONTROL .
Respectivamente considero que dicho Trabajo rene los requisitos y mritos
suficientes para ser sometido a la presentacin pblica y evaluacin por
parte del jurado examinador que se designe.
En la Ciudad de La Victoria, 2010.
__________________
Prof. Pedro Landaeta
C. I. No: 7.235.229
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NDICE GENERAL
PPINTRODUCCIN 1
CAPITULO I EL PROBLEMA
1.1 Planteamiento del problema......1.2 Justificacin de la investigacin...1.3 Objetivo de la investigacin.....1.4 Objetivo general.....1.5 Objetivo especifico.1.6 Alcances de la investigacin..
CAPITULO II MARCO TERICO
2.1.1 protocolos de internet TCP/IP......2.1.2 Arquitectura TCP/IP......2.1.3 Nivel de aplicacin....2.1.4 Nivel de transporte....2.1.5 Nivel de internet....2.1.6 Nivel de interfaz de red....2.1.7 Pginas de internet......2.1.8 Servidores web................2.1.9 Tipos de servidores......2.1.9.1 Servidores de aplicaciones....2.1.9.2 Servidores de audio/video.......2.1.9.3 Servidores de fax...2.1.9.4 Servidores FTP...2.1.9.5 Servidores Groupware.2.1.9.6 Servidores de noticia...2.1.9.7 Servidores de correo.2.1.9.8 Servidores de proxy..2.1.9.9 Servidores telnet.2.2.0 Comunicacin Rf a travs de Mdulos Xbee.2.2.1 Patrn de radiacin de la antena Xbee....2.2.2 Tasa de transferencia de datos..2.2.3 Proceso de adquisicin de datos....2.2.4 Modulacin por ancho de pulso...
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CAPTULO III MARCO METODOLGICO
3.1 diseo y modalidad de la investigacin.........
3.1.1 Diseo de la investigacin.3.1.2 Modalidad de la investigacin........3.2 Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos....3.3 rea de la investigacin.......3.4 Etapas de la investigacin.......
CAPITULO IV SISTEA ACTUAL
4.1 Sistema actual.....
CAPITULO V
5.1 Sistema propuesto....5.2 Diseo de la interfaz grafica..... 5.2.1 Interfaz grafica de programacin labview5.2.2 Descripcin del controlador proporcional integral y diferencial..5.2.3. Comunicacin por internet mediante el servidor labview.5.2.4 Configuracin del servidor para los clientes..5.2.5 Ver y controlar remotamente los paneles frontales......5.3 diseo de la pagina web......5.4 diseo de la tarjeta de adquisicin de datos...5.4.1 descripcin de hardware......
5.4.2 desarrollo del hardware...5.4.3 seleccin del microcontrolador PIC.5.4.4 mirocontrolador18f2550...5.4.5 Seleccin del sensor de temperatura.5.5 Comunicacin Inalmbrica con Xbee5.6 Programacin de la tarjeta de adquisicin.
CAPITULO VI
6.1 Conclusiones......6.1.1 prototipo de adquisicin de datos......5.2.1 hardware..5.2.2 software...5.2.3. General......5.2.4 recomendaciones.....
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INDICE DE FIGURAS
Figura N1 Arquitectura TCP/IP..........Figura N2 Diagrama de bloques de estructura interna del xbee.Figura N3 diagrama de pines del mdulo xbee vista superior.Figura N4 Descripcin de los Pines del xbee..Figura N5 Medidas xbee y xbee pro.....Figura N6Vista lateral del xbee.. Figura N7 Patrn de radiacin antena chip de modulo xbee.Figura N8 Espectro de frecuencia de radiacin..Figura N9 Diagrama de bloques funcional de modulacion del xbee.Figura N10 Cronograma de actividades..
FiguraN11 Proyecto implementado...Figura N12 Etapas del proceso de construccin del proyecto..Figura N13 Cuadro de habilitacin del servidor labview..Figura N14 Cuadro como publicar interfaz labview con servidor webFigura N15 Interfaz de temperatura para un sistema de control a travsDe internet......
Figura N16Recepcin serial de la PV del microcontrolador..Figura N17 Envo serial de la CO del microcontrolador..Figura N18 Identificacin del bit alto y bajo del envo..Figura N19 Visualizacin numrica de las Ganancias delPID.Figura N20 Control manual de alarmas....
Figura N21 Indicador de temperatura...Figura N22 Visualizacin numrica y grafica de temperaturaFigura N23 Pagina web con interfaz labview ..Figura N24 Pgina web con captulos del proyecto...Figura N25 Microcontrolador 18f2550 y distribucin..Figura N26 Sensor de temperatura lm35..Figura N27 Conexiones mnimas requeridas para el xbee.Figura N28 Regulador a 3.3V con el LM 317Figura N29 Diseo de la tarjeta de adquisicin de datos..Figura N30 Diseo del Layado de tarjeta de adquisicin de datosFigura N31 Laboratorio virtual.
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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA
INSTITUTO UNIVERSITARIO EXPERIMENTAL DE TECNOLOGIA
DE LA VICTORIA
DEPARTAMENTO DE INVESTIGACION
INTRODUCCION
En esencia se trata de TELECONTROL este trmino manejamuchas variables y tendencias pero en si a lo que nos referimos es a el
control de procesos, por ejemplo un control proporcional, integral y derivativo
(PID) con la implementacin de un control a distancia utilizando una pgina
web, para poder manipular diferentes variables presentes en un proceso
controlando el ordenador encargado de monitorear los procesos si es de ser
posible desde lacomodidad de su hogar. En este Sistema de telecontrol se
aplica solo a la manipulacin de la variable a travs una tarjeta de
adquisicin de datos, que estar diseada con un micro controlador (PIC)
circuito integrado programable, el micro controlador PIC fue seleccionado
por su caracterstica de poseer entrada USB y por las prestaciones que
aporta.
En este caso se implementar como variable la temperatura ya que en
ciertos procesos es necesario que dicha tarjeta este sensando regularmente
el estado de dicha variable a una distancia considerable, entonces es viable
que se realice la comunicacin entre la tarjeta y el ordenador por va
inalmbrica puesto que esta comunicacin maneja gran volumen de datos y
es relativamente ms econmica.
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Con el objeto de realizar sistemas autnomatas, generalmente es
necesario contar con sistemas que adquieran datos provenientes de
determinados sensores, los analicen en base a un programa creado para tal
fin y acten en consecuencia. Los PLCs suelen realizar este tipo de tareas
pero el operador no tiene posibilidad de procesar los datos obtenidos a
voluntad. En este caso vamos a implementar un sistema de adquisicin de
datos mediante el empleo del microcontrolador y transmisores de radio
frecuencia.
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CAPTULO I
1. TTULO DE LA INVESTIGACIN.
DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE
TELECONTROL A TRAVES DE INTERNET.
1.1. Planteamiento del problema
Desde la aparicin del hombre en la tierra hasta nuestros das el ser
humano ha sentido el instinto de innovar, buscar la manera de hacer que las
tareas ms tediosas se puedan realizar de la manera ms cmoda posible
para solventar sus problemas y necesidades, durante su perfeccionamiento
encontr la manera de construir artefactos que mejorara su calidad de vida y
de esta manera conseguir ahorrarse tiempo al lograr realizar una tarea que
por s solo no podra hacer.
En la actualidad son evidentes los adelantos en el ambiente industrial
ya que ahora es posible, no solo hacer que trabajos tediosos sean ms
sencillos sino que adems se realicen desde la comodidad de un ordenador,
es decir, un proceso complejo que antes exiga tiempo, mucha asistencia
humana y esfuerzo lo realiza un dispositivo, en este caso entran los mdulos
especializados como son los microcontroladores, microprocesadores y los
PLCs, entre otros, los cuales contribuyen con el hombre en gran parte de
sus trabajos en la Industria pero el ser humano en su afn de innovar
introdujo la necesidad de monitorear a distancia dichos procesosindustrializados.
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La comunicacin remota desde principio de la era de la informacin
se ha convertido en una parte fundamental de los sistemas en general, ya
sea como medios y tecnologas de informacin o de control de procesos
como se ha expresado en algunos medios de jerarqua. Debido a la
proliferacin de sistemas de comunicaciones de diferentes protocolos y
estndares se debi optar por mecanismos de comunicacin que pudieran
interconectarse sin importar las diferencias de plataforma y prestaciones. Un
gran aporte hacia esta integracin fue el desarrollo de las redes de datos en
sus diferentes tipologas y prestaciones lamentablemente las redes de datos
son entidades independientes que tienen como objetivo satisfacer lasnecesidades del grupo al que pertenecen.
1.2. Justificacin de la Investigacin.
En el campo de desarrollo, en este trabajo de telecontrol teniendo en
cuenta el gran inters que hay actualmente por mejorar y lograr una
movilidad total e interconexin de muchos sistemas en pocos dispositivos; y
ms importante aun eliminar totalmente los cables para realizar una conexinsuperando as las limitaciones de espacio y ahorro de tiempo.
En el desarrollo de este proyecto de grado se proporcionara una
herramienta al instructor y al alumno, que permitir mantener una mejor
visin y entendimiento del funcionamiento de las aplicaciones inalmbricas y
el uso de internet para la comunicacin y acceso de manera remota y las
ventajas que nos brindan en la actualidad mediante la aplicacin de una
interfaz que pueda ser manipulada va internet desde una pagina web.
Permitiendo entender de una manera prctica su diseo y su mejor
aplicacin al momento de manejar procesos.
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Con la implementacin de este proyecto se abre un abanico de
posibilidades para los alumnos del I.U.T.L.V para la realizacin de futuras
investigaciones que integren los protocolos tcp/ip de internet con el uso de
los microcontroladores para el manejo de variables a tiempo real.
1.3 objetivo del estudio:
1.3.1 objetivo general:
DISEAR E IMPLEMENTAR UN SISTEMA DE TELECONTROL A
TRAVES DE INTERNET.
1.3.2 objetivos especficos.
Realizar una revisin de bibliografas relacionadas al diseo de un
sistema de telecontrol.
Disear la interfaz grfica por medio de una pgina web mediante los
protocolos de control de transmisin /Protocolo de internet (tcp/Ip). que
permita la visualizacin del registro de los datos adquiridos en tiempo
real.
Disear una tarjeta de adquisicin de datos para el monitoreo de la
variable de temperatura.
Disear y desarrollar una red inalmbrica entre la tarjeta de
adquisicin de datos y el ordenador para la recoleccin de datosremotos.
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1.4 Alcances de la Investigacin.
A efectos de realizar este proyecto de grado que se basar enimplementar un sistema de telecontrol a travs de Internet, el mismo implica
realizar un plan de documentacin bajo ciertos parmetros especficos
partiendo de un diseo hasta lograr alcanzar la implementacin de este
sistema como tal, para esto se empleara la comunicacin inalmbrica a
travs de la red por medio de una pgina web usando los protocolos tcp/ip
para el enrutamiento de datos suministrados por la variable de proceso por
medio de una tarjeta de adquisicin y registro de los mismos, para su
posterior utilizacin en la manipulacin de los actuadores que me controlan el
proceso asegurando as la realimentacin necesaria para cerrar el lazo de
control.
El desarrollo del siguiente estudio circunscribir en el hecho de justificar
los medios o las bondades de las tecnologas inalmbricas, para el
desempeo de la automatizacin de un proceso industrial por medio de una
herramienta tan poderosa como es el internet.
El aporte de este trabajo de grado es la implementacin que se puede
realizar con diferentes tecnologas aplicadas a campos como el de una
empresa llevando sus aplicaciones de manera ms didctica para el
estudiante de esta institucin.
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CAPITULO II
MARCO TEORICO
2.1.1 Protocolo de control de transmisin/protocolo de internet. (TCP/IP)
TCP/IP es una serie de protocolos que naci de la unificacin de
tecnologas que permitieran promover un ambiente de red homogneo.
TCP/IP es una serie de protocolos extremo a extremo, que opera a
travs de un amplio rango de enlace de comunicaciones, que incluye desde
lneas dedicadas hasta circuitos de paquetes conmutados. Esto permite la
integracin de mltiples plataformas de cmputo, permite que cualquiera
aplicacin transmita datos entre redes locales (LANs) y de redes de rea
extendida (WAN), independiente del tipo de tecnologa utilizada. El manejo
de confirmacin de recepcin de mensajes se hace entre la maquina origen y
la maquina destino, en vez de hacerlo entre las maquinas que conforman la
ruta de transmisin.
2.1.2 Arquitectura tcp/ip.
La arquitectura TCP/IP viene dada por 4 niveles funcionales con sus
respectivos protocolos:
Figura N 1 Arquitectura tcp/ip.
Fuente:http://meryg.wordpress.com/2008/11/02/todo-sobre-redes/ ao 2010.
http://meryg.wordpress.com/2008/11/02/todo-sobre-redes/http://meryg.wordpress.com/2008/11/02/todo-sobre-redes/http://meryg.wordpress.com/2008/11/02/todo-sobre-redes/http://meryg.wordpress.com/2008/11/02/todo-sobre-redes/ -
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2.1.3 Nivel de Aplicacin:
De este nivel hacen parte los procesos de usuario cooperando conotros en el mismo o en diferente host. Tales como, Telnet, FTP, SMTP,
HTTP, RPC, NFS, XDR, SNMP, DNS, RIP, entre otros.
2.1.4 Nivel de transporte:
Permite la transferencia de datos punto a punto en dos formas UDP y
TCP.
UDP (User Datagram Protocol): Este protocolo maneja la transmisinde paquetes, es no orientado a la conexin, cada paquete se enruta
individualmente y no es confiable ya que no utiliza ningn tipo de
confirmacin, no maneja realimentacin para control de flujo, por tanto los
mensajes puede perderse o duplicarse.
TCP (tranmission control protocol): Este protocolo maneja flujos de
corriente de bytes, es orientado a la conexin por tanto usa la misma ruta
para el envi de todos la informacin y es ms confiable puesto que usa ACK(acuses de recibo), control de flujo y control de errores.
2.1.5 Nivel de Internet:
Provee la imagen de red virtual internet, que comprende muchas
redes fsicas. El protocolo IP es el ms importante de este nivel. Ofrece un
servicio de entrega de paquetes sin conexin. Algunos de los protocolos de
este nivel son, IP, ICMP, ARP, RARP.2.1.6 Nivel de Interfaz de red:
Es la interfaz software al hardware de la red. TCP/IP en este nivel no
especifica ningn protocolo. Puede o no proveer confiabilidad y puede estar
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orientado a paquete o a flujo de bytes. Pero puede ser usada en cualquier
tipo de red disponible, lo cual ilustra la flexibilidad del nivel IP. Dentro de las
redes que puede conectarse estn:
IEEE 802.x (Ethernet, Token bus, Token Ring), X.25, SNA, DECnet,
Satelital, Alohanet, entre otros.
En cada uno de los niveles, cada protocolo incorpora a los datos de
usuario, encabezados y marcas de control de protocolo a medida que el
paquete transcurre por cada nivel, estos encabezados y marcas sern
obtenidos y comprendidos por cada uno de los niveles en el destino de lospaquetes.
2.1.7 Pginas de Internet.
Dentro del amplio conglomerado del diseo Web, se pueden
diferenciar tres grandes grupos de sitios Web, los estticos, los dinmicos y
los mixtos.
Un sitio Web esttico es aquel que permite una interaccin mnima
con el visitante, simplemente ofrece informacin y esta informacin es la
misma a no ser que el webmaster actualice los contenidos del sitio web. El
contacto que el visitante mantiene con el responsable del sitio web se limita a
un nmero de telfono publicado, el e-mail, y segn los casos tambin el
formulario.
Un sitio Web dinmico es aquel que permite una interaccin con elvisitante para realizar ciertas funciones y puede ofrecer informacin
cambiante sin necesidad de la actuacin del webmster. Ejemplos es esto
son las bases de datos on-line que permiten, por ejemplo, registrar una
cuenta de correo electrnico o aquellas que ejecutan, al realizar una compra
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on-line, el cargo en la tarjeta de crdito del cliente de manera automtica.
Otro ejemplo, tambin muy comn de sitios Web dinmicos son aquellos que
ofrecen cada da de manera automtica una foto nueva.
2.1.8 Servidores web.
Un servidor es un tipo de software que realiza ciertas tareas en
nombre de los usuarios. El trmino servidor ahora tambin se utiliza para
referirse al ordenador fsico en el cual funciona ese software, una mquina
cuyo propsito es proveer datos de modo que otras mquinas puedan utilizar
esos datos.
Este uso dual puede llevar a confusin. Por ejemplo, en el caso de un
servidor web, este trmino podra referirse a la mquina que almacena y
maneja los sitios web, y en este sentido es utilizada por las compaas que
ofrecen hosting u hospedaje. Alternativamente, el servidor web podra
referirse al software, como el servidor de http de Apache, que funciona en la
mquina y maneja la entrega de los componentes de las pginas web comorespuesta a peticiones de los navegadores de los clientes.
Los archivos para cada sitio de Internet se almacenan y se ejecutan
en el servidor. Hay muchos servidores en Internet y muchos tipos de
servidores, pero comparten la funcin comn de proporcionar el acceso a los
archivos y servicios.
Un servidor suministra informacin a los ordenadores que se conectena l. Cuando los usuarios se conectan a un servidor pueden acceder a
programas, archivos y otra informacin del servidor. En la web, un servidor
web es un ordenador que usa el protocolo http para enviar pginas web al
ordenador de un usuario cuando el usuario las solicita. Los servidores web,
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servidores de correo y servidores de bases de datos son a lo que tiene
acceso la mayora de la gente al usar Internet. Algunos servidores manejan
solamente correo o solamente archivos, mientras que otros hacen ms de un
trabajo, ya que un mismo ordenador puede tener diferentes programas de
servidor funcionando al mismo tiempo.
Los servidores se conectan a la red mediante una interfaz que puede
ser una red verdadera o mediante conexin va lnea telefnica o digital.
2.1.9 Tipos de Servidores.
2.1.9.1 Servidores de Aplicaciones: Designados a veces como un tipo de
middleware (software que conecta dos aplicaciones), los servidores de
aplicaciones ocupan una gran parte del territorio entre los servidores de
bases de datos y el usuario, y a menudo los conectan.
2.1.9.2 Servidores de Audio/Video : Los servidores de Audio/Video aaden
capacidades multimedia a los sitios web permitindoles mostrar contenido
multimedia en forma de flujo continuo (streaming) desde el servidor.
2.1.9.3 Servidores de Fax: Un servidor de fax es una solucin ideal para
organizaciones que tratan de reducir el uso del telfono pero necesitan
enviar documentos por fax.
2.1.9.4 Servidores FTP: (File Transfer Protocol Protocolo de
Transferencia de Archivos): Uno de los servicios ms antiguos de Internet,
permite mover uno o ms archivos.
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2.1.9.5 Servidores Groupware: Un servidor groupware es un software
diseado para permitir colaborar a los usuarios, sin importar la localizacin,
va Internet o va Intranet corporativo y trabajar juntos en una atmsfera
virtual.
2.1.9.6 Servidores de Correo: Casi tan esenciales como los servidores web,
los servidores de correo mueven y almacenan el correo electrnico a travs
de las redes corporativas (va LANs y WANs) y a travs de Internet.
2.1.9.7 Servidores de Noticias: Los servidores de noticias actan como
fuente de distribucin y entrega para los millares de grupos de noticias
pblicos actualmente accesibles a travs de la red de noticias USENET.
2.1.9.8 Servidores Proxy: Los servidores proxy se sitan entre un programa
del cliente (tpicamente un navegador) y un servidor externo (tpicamente otro
servidor web) para filtrar peticiones, mejorar el funcionamiento y compartir
conexiones.
2.1.9.9 Servidores Telnet: Un servidor telnet permite a los usuarios entrar
en un ordenador husped y realizar tareas como si estuviera trabajando
directamente en ese ordenador.
2.2.0 Comunicacin Rf a travs de Mdulos Xbee con tecnologa zigbee:
El zigbee es estndar de comunicaciones creado por Alliance zigbee
la cual est constituida por ms de 100 compaas y cada una ofrece en el
mercado su producto a base de la pila del protocolo zigbee. Los mdulosxbee pueden ser configurados externamente y llevar a cabo acciones de
comando y en especfico de control. Por estas caractersticas en especfico
se dice que estn diseados para trabajar con micro controladores a travs
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de una interfaz con un mximo y un mnimo de recepcin y de transmisin
de datos.
Los mdulos xbee son especficamente pequeos. En cuanto a la
potencia de modelos se asocia un valor de 1 mw lo que permite alcanzar
una distancia de 30 metros y 100 metros (exterior interior) en cuanto al
consumos es muy bajo inferior de 10 A.
Este mdulo ZigBee proporciona conectividad inalmbrica, puede ser
utilizado con cualquier dispositivo con capacidad de comunicacin en serie.
De forma predeterminada, los paquetes de serie se envan en el siguienteformato: 9600 baudios, 8 bits de datos, sin paridad, 1 bit de parada, no
invertida. Es fcil de usar, requiere poca energa y ofrece la entrega confiable
de datos crticos entre los dispositivos. Su pequeo tamao ahorra espacio
valioso.
No es necesaria la configuracin de comunicaciones de RF. El mdulo
XBee posee configuracin por defecto que es compatible con una amplia
gama de aplicaciones. Dentro de las caractersticas avanzadas seencuentran la configuracin del convertidor integrado A/D de 6 canales con
10 bits de resolucin o entradas y salidas digitales.
Son muchas las aplicaciones en las que se ha podido implementar
estos mdulos, gracias a las especificaciones caractersticas y tcnicas es el
caso de automatizacin de casas, sistemas de seguridad, monitorizacin de
sistemas remotos, coleccin de datos de un sensor de sistemas
incorporados.
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El uso del protocolo Zigbee va desde reemplazar un cable por una
comunicacin serial inalmbrico, hasta el desarrollo de configuraciones punto
a punto, multipunto, peer-to-peer (todos los nodos conectados entre s) o
redes complejas de sensores.
Entre lo ms destacable del mdulo Xbee, est un alcance hasta de
cuando no hay obstculos entre el emisor y receptor (para la potencia de
1mW). El voltaje de alimentacin es pequeo para operar con pilas (de 2.8 a
3.4V). Frecuencia de transmisin de 2.4GHz, en la banda industrial, cientfica
y Medica (ISM, Industrial, Scientific and Medical). Topologas de red
soportadas punto a punto o multipunto.
El mdulo Xbee tiene ocho terminales de entradas o salidas digitales y
siete terminales de entradas analgicas las cuales son configurables, es
decir cada terminal es habilitada de acuerdo a lo que se necesite. Sin
embargo, tres de estas terminales realizan funciones de control de la UART
como es: Solicitud de envo (RTS, Request To Send), libre para envo (CTS,
El mdulo Xbee internamente tiene un convertidor Analgico Digital (ADC), lo
cual permite que directamente se le puedan conectar sensores de tipo
analgico, sin necesidad de usar un micro controlador con o un ADC externo.
Estas caractersticas hacen posible que el Xbee pueda manejar directamente
sensores o que funcione como radio mdem.
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Figura N 2 Diagrama de bloques de estructura interna del
xbee.
Fuente: http://www.olimex.cl/pdf/Wireless/ZigBee/XBee-Guia_Usuario.pdf ao 2010.
Figura N 3 diagrama de pines del mdulo xbee vista superior.
Fuente: http://www.olimex.cl/pdf/Wireless/ZigBee/XBee-Guia_Usuario.pdf ao 2010.
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Figura N4 Descripcin de los Pines del xbee.
Fuente: http://www.olimex.cl/pdf/Wireless/ZigBee/XBee-Guia_Usuario.pdf ao 2010.
Figura N5 Medidas xbee y xbee pro.
Fuente: http://www.olimex.cl/pdf/Wireless/ZigBee/XBee-Guia_Usuario.pdf ao 2010.
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Figura N6 Vista lateral del xbee.
Fuente: http://www.olimex.cl/pdf/Wireless/ZigBee/XBee-Guia_Usuario.pdf ao 2010.
La antena. Es el dispositivo que convierte la seal elctrica del trasmisor en
una onda electromagntica. Se utiliza como la interfaz entre un transmisor y
el espacio libre o el espacio libre y el receptor. Es de tipo pasivo y como la
Frecuencia de operacin es muy grande, permite que sea factible usarantenas de chip o antena de ltigo.
El mdulo Xbee usado transmite a 2.4GHz, lo cual hace posible que
use antenas tipo chip o antenas dipolo, debido a que sus dimensiones son
pequeas. Para el caso de la antena dipolo, la teora dice que debe ser de
de la longitud de onda. Es decir, la longitud del dipolo se calcula con la
ecuacin N 1
Ecuacin N 1
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2.2.1 Patrn de radiacin de la antena del Xbee.
El patrn de radiacin de este tipo de antena de omnidireccional son
cuando la figura trazada es un segmento, denominndose linealmente
polarizada, y cuando la figura trazada es un crculo, denominndose
circularmente polarizada.
Una onda est polarizada circularmente o elpticamente a derechas si
un observador viese a esa onda alejarse, y adems viese girar al campo enel sentido de las agujas de un reloj. Lgicamente, si lo viese girar en sentido
contrario, sera una onda polarizada circularmente o elpticamente a
izquierdas.
Este sistema que irradia energa uniformemente en un plano con una
forma directiva del patrn en un plano perpendicular. Este patrn se describe
a menudo como en forma de anillo para este caso el patrn de radiacin de
la antena del modulo xbee de acuerdo con las caractersticas es la siguiente:
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Figura N7 Patrn de radiacin antena chip de modulo xbee.
Fuente: http://www.olimex.cl/pdf/Wireless/ZigBee/XBee-Guia_Usuario.pdf ao 2010.
Puede utilizarse para realizar control industrial, albergar sensores
empotrados, recolectar datos mdicos, ejercer labores de deteccin de humo
o intrusos o domtica. La red en su conjunto utilizar una cantidad muypequea de energa de forma que cada dispositivo individual pueda tener
una autonoma de hasta 5 aos antes de necesitar un recambio en su
sistema de alimentacin.
2.2.2 Tasa de transferencia de datos
La tasa de transferencia de datos corresponde a la velocidad media
con que los datos son transferidos desde la red al usuario conectado a ste,durante perodos de tiempo determinados, medida en bits por segundo y
presentada en tres parmetros: promedio, mxima, mnima. Estas pueden
ser en medidas en unidades como el (baudio) En cuanto a la transferencia de
informacin dentro de Internet, un baudio es el nmero de veces que se
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modifica el "estado" del medio que transmite en un segundo. El tiempo de
descarga de la informacin se ve afectado directamente por esto la tasa de
bits de datos transferidos en ocasiones puede ser superior a la
correspondiente tasa de baudios.
Existen varios mtodos y programas disponibles para configurar los
Xbee, aunque bsicamente se trata de conectarnos a travs de la terminal
para iniciar modo comando y modificar las propiedades de fbrica.
Los mdulos tienen una configuracin de fabrica con el PAN ID
asignado de 3332, una tasa de transferencia de 9600 baudios con datos de 8
bits.
El transmisor es el que enva los datos al puerto de la antena, para que
stos sean transmitidos al medio. La transmisin se puede realizar en uno de
los canales disponibles, y la seleccin del canal est a cargo del procesador,
de acuerdo a la configuracin realizada en el dispositivo.
Para la transmisin de datos en RF, el estndar define la utilizacinde la tcnica de codificacin de espectro disperso de secuencia directa
Esta tcnica utiliza un patrn de bits redundante (seal de chip) por
cada uno de los bits que componen la trama. La seal de chip es un cdigo
de ruido pseudo-aleatorio (PN, Pseudo-random Noise), que aumenta el
ancho de banda de la transmisin y reduce la densidad de potencia
espectral.
Es decir si la seal original tiene un ancho de banda B, cuando se le
aplica la tcnica de espectro disperso, se genera una seal con un ancho de
banda W, donde W > B. Con esta dispersin la potencia del ancho de banda
B se distribuye en el ancho de banda W.
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Figura N 8 Espectro de frecuencia de radiacin.
Fuente: http://www.olimex ao 2010.
La utilizacin de esta tcnica permite que coexistan distintos
dispositivos dentro del mismo medio, ya que los dems dispositivos solo
escuchan ruido si no tienen la misma secuencia pseudo-aleatoria para
reconstruir la informacin.
Dentro de las especificaciones del protocolo estndar IEEE 802.15.4,
se define el tipo de modulacin a emplear dependiendo de la frecuencia
utilizada. En la frecuencia de 2.4GHz se define una velocidad de transmisin
de 250kbps, y se emplea una tcnica de modulacin M-ario cuasi-ortogonal,
con M=16.
En la siguiente figura se muestra el diagrama a bloques funcional de
la especificacin fsica de 2.4GHz para la modulacin. ste consta de tres
bloques que son: Bit a smbolo, Smbolo a chip y el Modulador O-QPSK.
Figura N9 diagrama de bloques funcional de modulacion del xbee.
Fuente: http://www.olimex ao 2010.
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El mdulo Bit a smbolo se encarga de recibir los bytes provenientes
de la unidad de datos de la capa fsica (PPDU), los separa en el nibble alto y
bajo, primero procesa el bajo y despus el alto. Cada nibble representa uno
de los 16 smbolos que se pueden formar (de 0000 a 1111 en binario). El
smbolo es la salida de este bloque.
El mdulo Smbolo a chip, recibe un smbolo y de acuerdo a su valor,
es sustituido por una secuencia PN de chip de 32 bits. Las secuencias de
chip que representan cada smbolo son modulados en la portadora usando
transmisin por desplazamiento de fase cuaternaria de compensacin (O-
QPSK, Offset Quadrature Phase-Shift Keying).
Los modelos XBee y XBee-PRO de la firma MaxStream usan 8
chips/bit, como la velocidad de los datos es de 250Kbps, al final se tiene un
velocidad total de 2 Mchips/s, que son los que finalmente se transmiten a
2.4GHz.
2.2.3 Proceso de Adquisicin de Datos:
Para que una tarjeta pueda procesar datos analgicos y presentarlos a
una computadora, necesariamente debe contar con al menos un convertidor
analgico/digital (ADC). Un ADC (Convertidor Analgico - Digital por sus
siglas en ingls) se encarga de convertir un valor analgico de voltaje a su
correspondiente combinacin binaria. Para realizar esta operacin se
requiere un sensor, que es el encargado de leer el estado de una variable
fsica de naturaleza analgica y de representar el valor de dicha variable en
su apropiado valor de voltaje.
En la actualidad existen muchas variables analgicas que podemos
leer de manera directa a travs del sensor adecuado. En otras ocasiones, al
no existir un sensor diseado de manera explcita para determinada variable,
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se ocupa un sensor para medir una variable fsica diferente, pero que se
relaciona con la que nos interesa por medio de una relacin matemtica, lo
cual nos da la posibilidad de que para cualquier proceso industrial, exista un
sensor involucrado. El sensor lee la variable fsica y nos entrega una seal
elctrica que est dentro de un rango de valores de voltaje, siendo ste el
que tenemos que hacer llegar al ADC del microcontrolador. Teniendo en
cuenta que el ADC mide variaciones de voltaje, el sensor tiene que
adecuarse con respecto del rango mnimo y mximo (valores estandarizados
de la seal de entrada.) que puede leer la entrada del ADC. Para que el ADC
pueda realizar una conversin del valor analgico, se le tiene que agregar unvoltaje de referencia, porque ste es el que indica precisamente cul es el
rango de operacin de la entrada del ADC. Todos los ADC de los
microcontroladores PIC aceptan, como mximo, un rango de operacin que
llega hasta 5 Volts, por lo que podemos establecer rangos de operacin de
cualquier valor de voltaje, siempre y cuando no rebasemos los 5 volt.
El rango de operacin expresado en volts sea de la magnitud que sea, se
divide en tantas partes como nmero de bits posea el ADC.La cantidad de valores analgicos que el ADC puede digitalizar, est
en funcin del nmero de muestras que puede adquirir. Para ello se
establece, de manera automtica, un perodo estable de tiempo durante el
cual el ADC obtendr las muestras.
El nmero de muestras mnimas que se tienen que tomar se
encuentran de acuerdo con el valor de la frecuencia de operacin de la seal
a digitalizar, y en funcin del Teorema del Muestreo establecido por
Nyquist, la frecuencia de muestreo (nmero de muestras por segundo) se
establece de acuerdo con la siguiente expresin matemtica:
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B = 2F
Donde:
B = Frecuencia de muestreo (nmero de muestras por segundo).
F = Frecuencia de operacin de la seal a digitalizar.
El teorema del muestreo se ocupa, principalmente, del caso en que la
seal a digitalizar posea una frecuencia alta de operacin. Por lo tanto, se
tiene que tomar un buen nmero de muestras y digitalizarlas, como para que
en un proceso posterior se tenga que reproducir la seal original, como es el
caso de un reproductor de CD o un osciloscopio digital. Por ejemplo, si la
seal analgica trabaja a una frecuencia de 1kHz, se le tiene que aplicar una
frecuencia de muestreo de 2kHz, o sea, se deben tomar 2000 muestras por
segundo, y cada una de estas muestras se tiene que digitalizar, para lo que
es necesario poseer, adems del ADC, una memoria de por lo menos 2000
localidades para poder guardar la informacin de las 2000 combinaciones
binarias que arroje la digitalizacin de la seal analgica. Todo este procesose tiene que realizar para garantizar que si se hace el proceso inverso, se
pueda recuperar la seal analgica original.
Para el caso de una aplicacin del tipo industrial, donde se tenga que
digitalizar el valor de una seal analgica, como puede ser, por ejemplo, la
temperatura; el nmero de muestras por segundo B no tiene que ser muy
grande, ya que la temperatura no cambia tan rpido de valor, tenindose
cambios en una caldera que consideraremos como un caso demasiadocritico, del orden de aproximadamente 10 segundos para tener cambios en
rangos de cada 100C. En la medicin de temperatura podemos establecer
perodos de muestreo de cada segundo y por lo tanto el espacio de la
memoria en donde debemos almacenar los valores digitalizados no tiene que
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ser tan grande. Por lo tanto, depender de la naturaleza de la variable fsica
el establecer la cantidad de muestras a tomar y la cantidad de memoria que
necesitemos, as como el proceso para guardar la informacin en el
microcontrolador o serial USB a una PC.
2.2.4 Modulacin por ancho de pulsos:
La modulacin por ancho de pulsosoPWM, siglas del ingls Pulse-
Width Modulation de una seal o fuente de energa es una tcnica en la que
se modifica el ciclo de trabajo de una seal peridica (una sinusoidal o una
cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir informacin a travs de un
canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energa que se
enva a una carga.
El ciclo de trabajo de una seal peridica es el ancho relativo de su
parte positiva en relacin con el perodo. Expresado matemticamente:
D= es el ciclo de trabajo
= es el tiempo en que la funcin es positiva (ancho del pulso)
T= es el perodo de la funcin
La construccin tpica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante
un comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas seconecta a un oscilador de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda
disponible para la seal moduladora. En la salida la frecuencia es
generalmente igual a la de la seal dientes de sierra, y el ciclo de trabajo
est en funcin de la portadora.
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La principal desventaja que presentan los circuitos PWM es la
posibilidad de que haya interferencias generadas por radiofrecuencia. stas
pueden minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y realizando
un filtrado de la fuente de alimentacin.
En la actualidad existen muchos circuitos integrados en los que se
implementa la modulacin PWM, adems de otros muy particulares para
lograr circuitos funcionales que puedan controlar fuentes conmutadas,
controles de motores, controles de elementos termoelctricos, chopper para
sensores en ambientes ruidosos y algunas otras aplicaciones. Se distinguenpor fabricar este tipo de circuitos integrados compaas tales como: Texas
Instruments, National Semiconductor, Maxim, y algunas otras ms.
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CAPTULO III.
MARCO METODOLGICO.
3.1. Diseo y modalidad de investigacin.
3.1.1 Diseo de la investigacin.
La realizacin del presente Trabajo Especial de Grado. Requiere el
desarrollo de un proyecto factible, enmarcado en el diseo previo de una
investigacin de campo.
En este captulo se detallan minuciosamente cada uno de los aspectos
relacionados con la metodologa que se ha seleccionado para desarrollar la
investigacin. En este proyecto de grado se evidencia el cmo de la
investigacin. Que corresponde a una investigacin de campo, orientada a la
resolucin de un problema, que da resultado de la necesidad de censar
variables de temperatura de un sistema mediante una tarjeta de adquisicin
de datos, que su vez se tenga acceso de manera inalmbrica monitoreada
desde la web mediante los protocolos tcp/ip.
3.1.2 Modalidad de investigacin.
El presente trabajo de grado est considerado como un proyecto tipo
factible, donde se establecen los parmetros necesarios para cumplir y
adaptar la propuesta al llamado proyecto especial.
De acuerdo con el manual de la UPEL El Proyecto Factible consisteen la elaboracin de un modelo operativo viable, o una solucin posible a un
problema de tipo prctico, para satisfacer necesidades de una institucin o
grupo social. Es factible ya que origina una investigacin y evaluacin de
una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas,
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requerimientos o necesidades de los estudiantes y profesores, comprende
las siguientes etapas generales: diagnstico, planteamiento y formulacin
terica de la propuesta; procedimiento metodolgico, actividades y recursos
necesarios para su ejecucin; anlisis y conclusiones sobre la viabilidad y
realizacin del proyecto; y en caso de su desarrollo, la ejecucin de la
propuesta y la evaluacin tanto del proceso como de su resultado.
El propsito del proyecto es realizar sistemas autnomos inteligentes,
para esto es necesario contar con sistemas que adquieran datos
provenientes de determinados sensores, los analicen en base a un programa
creado para tal fin y acten en consecuencia. En este caso vamos a
implementar un sistema de adquisicin de datos. Usando como Variable de
proceso la Temperatura ya que en ciertos procesos es necesario que dicha
tarjeta este censando regularmente el estado de dicha variable a una
distancia considerable, entonces es viable que se realice la comunicacin
entre la tarjeta y el ordenador por va inalmbrica puesto que esta
comunicacin maneja gran volumen de datos y es relativamente mas
econmica, para esto contamos con transmisores de radio Frecuenciaaadidos a la tarjeta (Xbee).
3.2 Tcnicas e Instrumentos de Recoleccin de Datos.
Las tcnicas utilizadas usan una variedad de mtodos a fin de
recopilar los datos sobre una situacin existente, como revisin bibliogrfica,
inspeccin de registros (revisin en el sitio) y observacin directa e indirecta.
Cada uno tiene ventajas y desventajas. La investigacin del presente
proyecto va enfocada en el rea de la ciencia y tecnologa embarcando
temas como es la tecnologa inalmbrica para el desempeo de la
automatizacin de un proceso industrial para crear una comunicacin serial
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inalmbrica entre una computadora y una tarjeta integrada, por medio de una
serie de protocolos tcp/ip.
Se determinaran los parmetros bsicos con los cuales la red se
comportara de manera optima al identificar y ubicar el modulo remoto, as se
proceder al diseo circuital estructural y posteriormente el diseo de la red.
La entrevista, constituye la recoleccin directa entre los investigadores
y el objeto de estudio a travs de individuos que dominan el tema de la
investigacin o tienen conocimientos asociados al mismo. La entrevista se
realiza con el fin de obtener los requerimientos, adems recopilar lainformacin y detalles necesarios para un mejor desenvolvimiento de los
investigadores a la hora de realizar pruebas al sistema.
La observacin directa consiste en la visualizacin de datos producto
del desarrollo del proyecto, es una de las tcnicas ms comunes sugiere y
motiva a la solucin de problemas, ayuda a obtener la informacin real como
se ejecuta cada una de las actividades involucrada en el proyecto a
desarrollar.
3.3 rea de Investigacin.
Esta investigacin se realizar en el Laboratorio de instrumentacin y
control fundacin del Instituto Universitario Experimental de Tecnologa La
Victoria (I.U.E.T.L.V), ubicado en la Avenida Universidad de la ciudad de La
Victoria Estado Aragua, Venezuela.
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3.4 Etapas de la investigacin
1).- Etapa: Exploracin y seleccin de la informacin referida a la evaluacin
de la tarjeta de adquisicin de datos y comunicacin inalmbrica con xbee.
2).- Etapa: Anlisis clasificacin y almacenamiento de los datos relacionados
con el tema haciendo uso con las tcnicas de fichaje y observacin directa
3).- Etapa: Descripcin del marco terico de la investigacin
4).- Etapa: Anlisis del prototipo de mdulos de comunicacin inalmbrica y
el diseo de la interfaz grafica web
5).- Etapa: Implementar las pruebas necesarias.
6).- Etapa: revisin y ajustes al diseo de tarjetas de monitore.
7).- Etapa: Presentacin final.
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Cuadro N 10 Cronograma de Actividades.
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CAPTULO IV.
SISTEMA ACTUAL.
En cuanto al presente Trabajo especial de grado DISEO E
IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE TELECONTROL A TRAVES DE
INTERNET no cuenta con ningn precedente en el instituto, ya que, no existe
un modelo ni una propuesta para la realizacin de un laboratorio virtual en el
Instituto tecnolgico Experimental la Victoria esto sera de gran ayuda no
solo para conocimientos de manejo de variables a nivel de software sino
tambin a crear inquietud hacia las nuevas tecnologas.
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CAPITULO V
5.1 Sistema propuesto
En el presente captulo se desarrollara una descripcin global de las
etapas que han sido mencionadas anteriormente para la propuesta en el
diseo e implementacin de un sistema telecontrol a travs de internet.
Incentivada por esta tendencia, el proyecto describe la construccin de un
prototipo de adquisicin de datos, una serie de caractersticas de que se
implementa en este proyecto est fundado en base a una red inalmbrica.
El prototipo se encuentra dirigido a cubrir un proceso de adquisicin
de datos correspondiente a las variaciones de temperatura, donde los
datos provenientes del prototipo sern procesados mediante un software de
gestin y visualizacin que podrn ser controlados a travs de una pgina
web.
Para cumplir con los requerimientos en cuanto al costo y consumo de
energa fue seleccionada ZigBee como la tecnologa sobre la cual se disea
el prototipo, ya que adems de ser una tecnologa relativamente nueva,
tiene la virtud de requerir componentes sencillos para su implementacin.
Por medio esta tecnologa se pueden adquirir datos que provienen de
un sensor y unificarlo con la PC para luego procesarlos y de esta manera
poder ver el comportamiento o estado del dispositivo o un proceso en
general, el sistema implementado para este proyecto se describe de la
siguiente forma:
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Figura N11 proyecto implementado.
Fuente: El autor ao 2010.
Entre los elementos que conforman el sistema tenemos los circuitos
electrnicos de interfaz para la adquisicin de datos, el software o programa
que capturan, procesan y almacenan los datos en este caso Labview de la
National Instruments
Para el sistema del diseo e implementacin de un sistema telecontrol
a travs de internet, se procedi a dividirse el proceso en etapas que
permitirn mayor claridad y en el desarrollo del trabajo; dichas etapas se
representan en el esquema siguiente:
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Figura N12 Etapas del proceso de construccin del proyecto
Fuente: El autor ao 2010.
5.2 Diseo de la interfaz grafica
5.2.1 Interfaz Grfica de Programacin Labview
Para el diseo de la interfaz por el cual se podrn ver los resultados
obtenidos por el sensor se uso la plataforma grafica Labview (Laboratory
Virtual Instrument Engineering Workbench) es un lenguaje poderoso de
instrumentacin y anlisis para PCs que corre bajo varios sistemas
operativos incluyendo Microsoft Windows. Labview se distingue de lanaturaleza secuencial de los lenguajes tradicionales de programacin y
provee un ambiente de programacin grfico con todas las herramientas
necesarias para la adquisicin, anlisis y presentacin de datos.
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Para adquirir datos y controlar instrumentos, Labview tiene funciones
de RS-232 / 485, VISA (Virtual Instrument Software Architecture), USB y
tambin soporta tarjetas insertables de adquisicin de datos. Existen
libreras de instrumentos que contienen manejadores para cientos de
instrumentos y simplifican las aplicaciones de control de instrumentos. Para
anlisis de datos, la extensa librera de anlisis contiene funciones para
generacin de seales, filtros de procesamiento de seales, ventanas,
estadstica, regresin, lgebra lineal y aritmtica de arreglos.
5.2.2 Descripcin del controlador proporcional, integral y diferencial.
Un controlador PID realizado bajo Labview para el control del
proceso del Lazo de temperatura, contiene integrado dentro de un subVI
(Instrumentacin Virtual que sirve como subrutina), el alma del programa es
este controlador virtual PID, este sistema opera comparando la variable de
entrada contra un punto de control, estableciendo un error entreestos y
tratando de Corregirlo mediante la variable de salida del controlador.
Integrado dentro de un panel principal de control el controlador muestra las
tres constantes que rigen su comportamiento, PID, de la determinacin de
estas constantes depende la eficiencia del controlador.
5.2.3 Comunicacin por internet mediante el servidor labview.
Se utiliz el Servidor Web de Labview para crear documentos HTML,
y subir VIs a una pgina Web.Se puede controlar el navegador para acceder
a los paneles frontales publicados y configurar que VIs son visibles en la
Web.
Se realizaron los siguientes pasos para publicar y habilitar el servidor
web ToolsOptions y escojer uno de los tems del Servidor Web en la parte
superior del men pull-down para configurar las siguientes opciones:
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Habilitar el Servidor Web.
Controlar el acceso del navegador a los paneles frontales del VI.
Configurar cuales paneles frontales son visibles en la Web.
Se debe habilitar el Servidor Web antes de que se puedan publicar VIs en
la Web. Tambin se puede habilitar el Servidor Web con la Herramienta Web
Publishing. Los VIs deben estar en la memoria antes de publicarlos.
Figura N13 cuadro de habilitacion servidor labview
Fuente: El autor ao 2010.
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Figura N14 cuadro como publicar interfaz labview con servidor web
Fuente: El autor ao 2010.
5.2.4 Configuracin del Servidor para los Clientes
Para la aplicacin del servidor para clientes se debe primero configurar el
servidor antes de que un cliente pueda ver y pueda controlar un panel frontal remoto
mediante un navegador Web. Se usan estas pginas para controlar el acceso al
navegador del servidor y especificar qu paneles frontales son visibles
remotamente. Tambin se pueden usar estas pginas para poner un lmite de
tiempo en cuanto al tiempo que un cliente remoto puede controlar un VI cuando
mltiples clientes estn esperando tambin controlar los VI.
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5.2.5 Ver y controlar remotamente los paneles frontales
Se puede ver y controlar un panel de control de un VI remotamente, o desdede un navegador Web, conectando a LabVIEW el Servidor Web incorporado.
Cuando se abre un panel frontal remotamente desde un cliente, el Servidor Web
enva el panel frontal al cliente, pero el diagrama de bloques y todos los subVIs
permanecen en el servidor de la computadora. Se puede interactuar recprocamente
con el panel frontal de la misma manera como si el VI estuviera operando en el
cliente, excepto el diagrama de bloques que se ejecuta en el servidor.
Figura N15 interfaz de temperatura para sistema de telecontrol a travs de
internet
Fuente: El autor ao 2010.
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Figura N16 Recepcion serial de la PV del microcontrolador.
Fuente: El autor ao 2010.
Figura N17 envo serial del CO al microcontrolador.
Fuente: El autor ao 2010.
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Figura N18 identificacin del bit alto y bajo del envio.
Fuente: El autor ao 2010.
La interfaz grafica se puede explicar mediante las siguientes las imgenes
las cuales estn constituidas principalmente por el manejo y visualizacin de
variables tales como los valores mnimos y mximos establecidos por el PID, elcontrol manual para el manejo de valores de la grafica, el indicador visual y digital
de un termmetro numrico y lo ms importante la visualizacin grafica y digital de
la temperatura variable utilizada para este proyecto
Figura N19 Visualizacin numrica de las Ganancias del PID
Fuente: El autor ao 2010.
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Figura N20 Control manual de alarmas para manejo de valores mximos y
mnimos de la variable como sistema de seguridad.
Fuente: El autor ao 2010.
Figura N21 Indicador de Temperatura (Termometro) e indicador de la PV.
Muestra la temperatura del
Dispositivo final en un termmetro
numrico.
Fuente: El autor ao 2010.
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Figura N22 visualizacin numrica y grafica de temperatura
Fuente: El autor ao 2010.
5.3 Diseo de la pgina web:
Para el proyecto se desarrollo una pgina web bajo la plataforma (
Expression web 3 de la Microsoft ) se trata bsicamente de realizar un documento
con informacin completa acerca del proyecto de grado de telecontrol aplicando la
interfaz grafica en labview con otros documentos como la presentacin yvisualizacin del proceso, y asignarle una presentacin diferente y ms completa
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Estos documentos o pginas web pueden ser creados:
creando archivos de texto en HTML.Figura N23 pagina web con interfaz labview
Fuente: El autor ao 2010.
http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo_de_textohttp://es.wikipedia.org/wiki/HTMLhttp://es.wikipedia.org/wiki/HTMLhttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo_de_texto -
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Figura N24 pagina web con los capitulos del proyecto.
Fuente: El autor ao 2010.
5.4 Diseo de la tarjeta de adquisicin de datos
5.4.1 Descripcin del hardware
Las aplicaciones especficas de sondeo y monitoreo manejan un flujoperidico y continuo de informacin. En consecuencia, el trfico que se movilizar
en el proyecto es peridico, como es el caso de sistemas de sensores utilizados
para controlar la temperatura relativa (variable aplicada para el presente Proyecto)
en los cuales se necesita medir de forma constante la variable a controlar.
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5.4.2 Desarrollo del hardware.
El hardware tiene las siguientes responsabilidades:
1. Incluir dispositivos para la transmisin y recepcin de datos formando una red
inalmbrica bajo el estndar ZigBee.
2. Permitir la interaccin de los terminales con los transmisores de corriente de dos
hilos que adquieren seales analgicas desde sensores industriales (temperatura).
3. Proporcionar la interfaz necesaria para la programacin del software requerido
por los nodos.
4. Suministrar la energa requerida para el funcionamiento de los distintos mdulos.
5. Permitir la comunicacin entre un computador remoto y la tarjeta de adquisicin
inalmbrica por medio de la web.
5.4.3 Seleccin del microcontrolador PIC
Se denomina microcontrolador a un dispositivo programable capaz derealizar diferentes actividades que requieran del procesamiento de datos digitales y
del control y comunicacin digital de diferentes dispositivos.
Los microcontroladores poseen una memoria interna que almacena dos tipos
de datos; las instrucciones, que corresponden al programa que se ejecuta, y los
registros; es decir, los datos que el usuario maneja, as como registros especiales
para el control de las diferentes funciones del microcontrolador.
La eleccin (arquitectura, marca y modelo) se basa en sus caractersticas de
memoria de programa y de datos adecuados para la aplicacin, velocidad,
disponibilidad de puertos (que sern requeridos por los dispositivos a ser
conectados), perifricos internos incluidos (conversores A/D). Debido a que se
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utilizarn sensores analgicos es necesario que el microcontrolador a seleccionar
posea esta capacidad con lo que el prototipo no aumentar de tamao al adicionar
conversores externos, y facilidad de programacin al momento de realizar el
software para el prototipo.
5.4.4 Microcontrolador 18F2550
Los dispositivos externos como sensor, mdulo RF, entre otros; estn
conectados a travs de diferentes circuiteras a las lneas de entrada/salida del PIC,
la distribucin de los mismos se puede observar en la Figura
Figura N25 Microcontrolador 18F2550 y distribucin
Fuente: El autor ao 2010.
1) salidas digitales
2) cristal oscilador
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3) Salidas Analgicas (PWM)
4) Salidas Discretas
5) Entradas Analgicas
6) Salidas al Xbee (Tx, Rx)
7) Conector Usb
.
Se utiliza un voltaje de referencia positivo correspondiente a VCC y un
voltaje de referencia negativo en GND, necesarios para la conversin.
En el circuito el Microcontrolador PIC 18F2550 tiene sus respectivas
conexiones de polarizacin as como un oscilador externo de 20 MHz.
5.4.5 Seleccin del sensor de temperatura lm35
La serie LM35 se usan para la precisin de la temperatura del circuito
integrado sensores, cuya tensin de salida es linealmente proporcional a la
Celsius (centgrados). Es un sensor de temperatura con una precisincalibrada de 1C y un rango que abarca desde -55 a +150C.
El sensor se presenta en diferentes encapsulados pero el mas comn
es el to-92 de igual forma que un tpico transistor con 3 patas, dos de ellas
para alimentarlo y la tercera nos entrega un valor de tensin proporcional a la
temperatura medida por el dispositivo. La salida es lineal y equivale a
10mV/C por lo tanto:
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+1500mV = 150C
+250mV = 25C
-550mV = -55C
Podemos conectarlo a un conversor Analgico/Digital y tratar la medida
digitalmente, almacenarla o procesarla con un Controlador o similar.
EL circuito integrado que se uso es el LM358 de la marca National
Semiconductor, en su presentacin de ocho terminales con encapsulado
SO8, de montaje superficial. El integrado se alimenta con una sola fuente de
5V.
Figura N26 Sensor de temperatura lm35
Fuente: http://www.datasheetcatalog.net/es/datasheets_pdf/L/M/3/5/LM35.shtml
ao 2010.
5.5 Comunicacin inalmbrica con xbee
5.5.1 Transceiver RF (xbee)
El transceptor (transceiver) de radiofrecuencia tiene como tarea
principal la transmisin y recepcin de datos que son suministrados por el
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microcontrolador. Para el prototipo a implementarse se utilizarn los
mdulos XBee; que son mdulos de radio frecuencia que trabajan en la
banda de 2.4 GHz.
Son utilizados en automatizacin de casas, sistemas de seguridad,
monitoreo de sistemas remoto.
Los mdulos tienen un alcance en interiores de hasta 100 metros, y
en exteriores el alcance es de hasta 1500 metros.
Para el diseo de la comunicacin inalmbrica con el xbee se
muestran las conexiones mnimas que necesita el mdulo Xbee para poder
ser utilizado.
Figura N27 Conexiones mnimas requeridas para el Xbee.
Fuente: http://www.olimex.cl/pdf/Wireless/ZigBee/XBee-Guia_Usuario.pdf ao
2010.
El mdulo requiere una alimentacin desde 2.8 a 3.4 V, la conexina tierra y las lneas de transmisin de datos por medio del UART (TXD y
RXD) para comunicarse con un microcontrolador, o directamente a un puerto
serial utilizando algn conversor adecuado para los niveles de voltaje.
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5.5.2 Para la proteccin del xbee se utilizo un lm317:
Este regulador de tensin que consta de 3 terminales y con un rangode tensiones de salida desde los 1.25 hasta 37 voltios.
Para lograr esta variacin de tensin slo se necesita de 2resistencias externas (una de ellas es una resistencia variable).
Entre sus principales caractersticas se encuentra la limitacin decorriente y la proteccin trmica contra sobrecargas.
La tensin entre la patilla ADJ y OUT es siempre de 1.25 voltios(tensin establecida internamente por el regulador) y en consecuencia la
corriente que circula por la resistencia R1 es: IR1 = V / R1 = 1.25/R1
Esta misma corriente es la que circula por la resistencia R2. Entoncesla tensin en R2: VR2 = IR1 x R2. Si se sustituye IR1 en la ltima frmula seobtiene la siguiente ecuacin: VR2 = 1.25 x R2 / R1.
Figura N28 Regulador a 3.3V con el LM 317.
Fuente: El autor ao 2010.
http://www.unicrom.com/Tut_resistenciavariable.asphttp://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://www.unicrom.com/Tut_resistenciavariable.asp -
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Figura N29 Diseo de la tarjeta de adquisicin de datos
Fuente: El autor ao 2010.
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Figura N30 Diseo del Layado de tarjeta de adquisicin de datos
Fuente: El autor ao 2010.
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5.6 Programacin de la tarjeta de adquisicin.
#include
#device adc=10
#use delay(clock=20000000)
#fuses
HSPLL,USBDIV,CPUDIV1,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG,VREGEN
#use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8)
int16 pv1,conv,prom,co1;
int8 i,co1_l,co1_h,recibe;
int1 enviar;
#int_RDA
RDA_isr()
{
if (kbhit())
switch(getc())
{
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case 187:
co1_l=getc();
co1_h=getc();
enviar=1;
break;
}
}
void main()
{
setup_adc_ports(AN0_TO_AN1);
setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);
enable_interrupts(INT_RDA);
setup_ccp1(CCP_PWM);
setup_ccp2(CCP_PWM);
enable_interrupts(GLOBAL);
while(TRUE)
{
if (enviar==1)
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{
putc(make8(pv1,0));
putc(make8(pv1,1));
enviar=0;
}
co1=co1_h*256+co1_l;
set_pwm1_duty(co1);
prom=0;
set_adc_channel(0);
delay_ms(20);
for(i=1;i
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Captulo VI
6.1 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1.1 Prototipo de adquisicin de datos
Se corrobor la factibilidad de la implementacin de prototipo para la
adquisicin de datos de temperatura, variable utilizada en el campo industrial. Los
resultados obtenidos en el prototipo tienen una mayor eficiencia debido a que
pueden ser ledos en cualquier momento utilizando la aplicacin para el PC
mediante una interfaz sin necesidad de estar en el lugar donde se desea medir
valores provenientes de sensores ubicados en distintos lugares. De esto se puede
concluir que el prototipo construido facilita la observacin de los datos adquiridos
sin requerir de cableado que puede complicarse en un ambiente industrial.
6.2 Hardware
Una vez construido el prototipo se concluye que para un proceso como el
telecontrol manejo y control de una variable de manera remota requiere de
dispositivos muy sencillos, un microcontrolador y un transceiver RF cuyas
dimensiones, potencia y costos muy reducidos son un factor a favor.
6.3 Software
El programa creado entre ellas est, interfaz labview y pagina web es
muy intuitivo y de fcil uso. El desarrollo de una esta aplicacin es muy importanteya que es la interfaz que permite al usuario realizar las diferentes tareas, por lo que
debe ser completamente entendible por la persona que lo maneja, de esta forma se
podrn interpretar los resultados obtenidos.
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El correcto direccionamiento que se les d a cada uno de los dispositivospertenecientes a la Red ZigBee, evitar la prdida de datos, pues si stos
transmiten en el momento requerido y reciben de la misma forma, no existir una
posible colisin en el entorno RF que influya en una prdida de informacin. De
esto se concluye que fue de gran utilidad utilizar un protocolo de comunicacin que
facilita el intercambio de informacin entre los nodos de una red, verificando
adems que la informacin recibida sea la correcta.
Como se puede observar la aplicacin para el PC muestra el resultado de
la variable lo que hace al prototipo efectivo al momento de solicitar los valores de
temperatura.
6.4 General
Durante el proyecto se alcanzaron los diferentes objetivos planteados,
exponiendo las prestaciones de un sistema De telecontrol a travs de internet y
demostrando la factibilidad de un prototipo inalmbrico de adquisicin de datos. Se
espera que el prototipo presentado sea mejorado de forma continua y llegue a ser
utilizado en un verdadero campo industrial. Igualmente, se pretende que el
presente trabajo. Sirva de base para crear proyectos ms ambiciosos que utilicen la
tecnologa
Tales como: Figura: N:31 Laboratorio virtual
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Fuente: El autor ao 2010.
Uno de los beneficios tangibles que se puede obtener de este proyecto,es el hecho de que el manejo de un proceso de forma inalmbrica mejora la
calidad de comunicacin entre dispositivos tomando en cuenta las distancias entre
ellos, adems de las ventajas que proporciona en el ambiente industrial ya facilita en
gran forma el trabajo de los usuarios al momento de consultar un proceso.
El prototipo diseado trabaja bien en condiciones reales y con distancias
que permitan la correcta comunicacin entre los dispositivos, un factor decisivo
para la comunicacin es la existencia de muchas barreras tales como un elevado
nmero de paredes, o que stas sean muy gruesas y de materiales difciles de
penetrar (por ejemplo concreto) entre los mdulos, los mismos no se comunicarn
correctamente aunque se tenga una distancia menor a 100 metros (condiciones
extremas).
6.5 Recomendaciones
Se debe determinar si las fuentes de poder que se vayan a utilizar en un
circuito sern capaces de soportar la carga a las que van a ser sometidas, pues en
algunas oportunidades este aspecto podra no cumplirse, lo que ocasionara un
funcionamiento deficiente de los elementos que formen parte del diseo as como
del circuito propiamente dicho, debido a voltajes de polarizacin inadecuados.
Se recomienda probar el funcionamiento de cada una de las partes que conforman
el prototipo construido, para as evitar tener resultados no deseados al momento de
utilizar el prototipo en su totalidad.
En la figura N 30 Se muestra un laboratorio Virtual que en un futuro podra ser
implementado haciendo las modificaciones correspondientes (las areas de color
amarillo) y llevarlas a aplicaciones ms didcticas