Sistema de Telegestión vía SMS Empleando la Plataforma CMDA 1x

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1 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Electrónica Sistema de Telegestión vía SMS Empleando la Plataforma CMDA 1x Por Frank Michael Boller Krausz Realizado con la Asesoría de Prof. Diógenes Marcano PROYECTO DE GRADO Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electrónico Sartenejas, Diciembre 2004

2 Sistema de Telegestión vía SMS Empleando la Plataforma CMDA 1x i PROYECTO DE GRADO presentado por Frank Michael Boller Krausz REALIZADO CON LA ASESORIA DE Prof. Diógenes Marcano Ing. Wilton Passarini RESUMEN Un sistema de telegestión controla y supervisa señales de entrada/salida de equipos que se encuentran en instalaciones distantes a través de distintos medios de comunicación. Hoy en día se están utilizando cada vez más las redes celulares para la comunicación de estos equipos. Debido a que la red celular inalámbrica es una plataforma ya establecida, con una amplia cobertura nacional, y debido a su gran número de usuarios, presenta bajos costos y un servicio que se adapta perfectamente para estas aplicaciones. Se desarrolló un sistema de telemetría basado en la comunicación a través de mensajería de texto, implementando rutinas y protocolos de seguridad para conformar un equipo de alta confiabilidad. En la implementación de este sistema de telegestión se utilizó un PLC como equipo a ser monitoreado y controlado remotamente. En el instante en que ocurre un evento en el lado remoto, el equipo PLC le envía una cadena de caracteres (Un máximo de 130) al equipo de telegestión, el cual arma un mensaje de texto con sus respectivos caracteres de señalización e identificación y procede a enviarlo a la central. Si en un lapso de tiempo predeterminado no recibe un mensaje de confirmación de recepción, el equipo remoto comienza a realizar una rutina de reenvíos hasta que reciba dicha confirmación del Centro de Comando. Esto ocurre de igual manera si el centro de mando envía un comando al lado remoto. Este protocolo de confirmación de recepción de comandos y la rutina de reenvíos que están implementados tanto en el equipo remoto como en el Centro de Comando, proporciona un alto grado de confiabilidad al sistema.

3 ii PALABRAS CLAVES SMS, Telegestión, PLC s, OEM Wavecom Aprobado con mención: Postulado para el premio: Sartenejas,... (mes y año de presentación)...

4 iii Este trabajo se lo dedico a mis hermanos Stefanie y Patrick, a Ana y en especial a mi padre y a mi madre quienes me dieron una vida llena amor, de conocimientos, valores, educación y moral.

5 iv AGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS. A mi tutor académico, el Profesor Diógenes Marcano, por su paciencia y flexibilidad. A Mitsubishi, el Ingeniero Goncalves, quien me ayudó con toda la programación y puesta en marcha del equipo PLC, el Ingeniero García y el Ingeniero Cardinales por su cooperación e ideas en el desarrollo de este proyecto. Un gran reconocimiento a mi tutor industrial Wilton Passarini, quien no solamente me enseñó como movilizarme en un ambiente de trabajo y de negocios, sino también por su aporte a nivel humano, resaltando siempre la importancia del respeto y honestidad tanto en el ambiente de trabajo como a nivel personal. Quiero expresar mi respeto y admiración por el Prof. Guillermo Villegas, por su entrega y mística hacia su labor de docencia, ya que sin sus conocimientos y ayuda incondicional, no se hubiera podido haber llevado a cabo este proyecto de pasantía.

6 INDICE GENERAL v RESUMEN i DEDICATORIA iii AGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS iv CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN El Proyecto Estructura del Informe. 2 CAPITULO 2. MODEM OEM WAVECOM Descripción General Comunicación Interfase con el Hardware Alimentación y Control de Encendido. 5 CAPITULO 3. PLATAFORMA DE COMUNICACIÓN CELULAR PARA 7 SMS Definición Beneficios del SMS Elementos de la Red y su Arquitectura Ejemplo: Un Mensaje de Texto Enviado a un Móvil Ejemplo: Un Mensaje de Texto Enviado por un Móvil. 10 CAPITULO 4. CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES 12 MITSUBISHI Controladores Programables Modelo Fx0s Características del Set de Instrucciones Programación y Comunicación con el Usuario. 13 CAPITULO 5. DISEÑO DEL SISTEMA Descripción del Sistema Desarrollo del Sistema de Telegestión Desarrollo del Lado Remoto Hardware del dispositivo Remoto Hardware del Microcontrolador Firmware del Dispositivo Remoto Descripción de Algunas Rutinas Programación del PLC Desarrollo del Centro de Comando 28

7 vi Base de Datos del Centro de Comando Interfaz Gráfica 29 CAPITULO 6. RESULTADOS OBTENIDOS. 32 CAPITULO 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 34 CAPITULO 8. ACRÓNIMOS. 36 CAPITULO 9. BIBLIOGRAFÍA 37 CAPITULO 10. ANEXOS. 38

8 INDICE GENERAL DE FIGURAS vii Fig Módulo Wavecom CDMA Q Fig Arquitectura de la red para el SMS. 8 Fig Ejemplo de un mensaje de texto enviado a un móvil. 10 Fig Ejemplo de un mensaje de texto enviado por un móvil. 11 Fig PLC MITSUBISHI FXon-24MR-ES. 13 Fig Esquema general del sistema da telegestión. 14 Fig Diagrama de flujo de la metodología utilizada para el 15 desarrollo del sistema. Fig Formato de los SM s 17 Fig Hardware para el OEM. 18 Fig Conexiones y hardware del microcontrolador. 19 Fig Módulo conversor de TTL a RS Fig Esquema de comunicación del equipo remoto 21 Fig Diagrama de flujo de la respuesta del microcontrolador. 23 Fig Ejemplo de rutina de identificación con reenvío. 25 Fig Diagrama de flujo de la rutina de reenvíos. 26 Fig Interfaz gráfica. 31

9 1. CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. 1.1 El Proyecto Debido al gran auge que han tenido los equipos de telemetría en estos últimos años en el campo de control y telegestión, se buscó diseñar un equipo de telemetría teniendo como objetivos principales: que tuviera una fácil y rápida implementación y que presentara una alta relación costo/beneficio. El generar una llamada de datos, para enviar y recibir comandos desde un sitio remoto, es una forma eficiente y segura para equipos que necesitan un intercambio continuo de una gran cantidad de datos, pero es una forma poco eficiente para soluciones que requieran un intercambio de muy pocos caracteres. La utilización de mensajería de texto como medio de comunicación para la implementación de equipos de telegestión, demostró ser una forma eficiente y económica para este tipo de soluciones, ya que el tiempo de respuesta de la red celular para el envió y recepción de mensajes de texto, es de aproximadamente 5 segundos en condiciones normales de la red, esto es cuando el tráfico de llamadas no llega al punto de crear el congestionamiento de la radio base. La bidireccionalidad de este equipo de telegestión permite el envío inmediato de alarmas generadas en las instalaciones remotas a una central de control, la cual a su vez puede realizar las acciones correctivas necesarias para solucionar el problema presentado o prevenir mayores daños. Lo más resaltante de este diseño es la utilización de un Modem Wavecom de la serie Q24 CDMA, el cual, debido a sus características de OEM (Original Electronics Manufacturer), nos permitió implementar la interfaz celular directamente a la tarjeta del dispositivo de telemetría, lo que se traduce en menor tamaño, menor costo y mayor versatilidad. Debido a que el Modem utilizado para este proyecto era un equipo no homologado por Movilnet, se realizaron las pruebas necesarias para poder certificar el buen funcionamiento y adaptabilidad del Modem a la red celular.

10 2 Las pruebas que se le realizaron al equipo fueron en gran parte pruebas cualitativas, ya que los únicos parámetros que se midieron cuantitativamente fueron los de niveles de señal y velocidad de transmisión/recepción de datos. Dentro de las pruebas necesarias para la homologación de este equipo, se realizaron las siguientes pruebas cualitativas: se recibieron varias llamadas de voz a distintas horas del día para medir la calidad de voz, mientras que para la mensajería de texto, se enviaron y recibieron mensajes de texto a la hora pico de tráfico y se revisó la integridad del texto así como también la cantidad de caracteres manejados por el equipo, que no debería ser menor de los 150 caracteres. Dentro de las pruebas cuantitativas que se realizaron, se utilizó el Modem para acceder a Internet a través de un PC, y con la ayuda del software AnalogX NetStat Live, se tomó nota de la velocidad real de transmisión/recepción de contenidos en una llamada de datos. 1.2 Estructura del Informe Capítulo 1: Se da una introducción al proyecto y se explica qué es lo que se espera obtener de él. También se explica el por qué de algunas características que presenta el proyecto, como por ejemplo por qué se tomó como comunicación la mensajería de texto. Luego se hace un recorrido general por los distintos capítulos presentes en este informe. Capítulo 2: En este capítulo se exponen claramente todos los puntos acerca del Modem marca Wavecom. Se comienza dando una explicación general del equipo, pasando por el lenguaje de comunicación interfase con el hardware de la aplicación, para terminar con la alimentación y el control de encendido del OEM. Capítulo 3: Se explica el marco teórico del SMS (Short Message Service), así como también se habla del recorrido que toma el mensaje de texto enviado y recepción por un móvil. Aquí nos enfocaremos sólo en la parte de mensajería de texto que es en lo que se basa este proyecto.

11 3 Capítulo 4: Es una breve explicación de las características del equipo PLC utilizado para la comprobación del buen funcionamiento del sistema. Capítulo 5: Se describe detalladamente la metodología utilizada para la realización y desarrollo del proyecto. Capítulo 6: Se explican brevemente los resultados obtenidos. Capítulo7: Se dan recomendaciones para el momento de realizar la implementación y continuación de este proyecto, así como se enumeran las conclusiones obtenidas después de haber finalizado este proyecto de pasantía. Capítulo 8: Se definen todas las abreviaturas utilizadas en la redacción de este informe de pasantía. Capítulo 9: Bibliografía. Capítulo 10: Se anexan los códigos generados para el Firmware, el código del software del Centro de Comandos así como los planos eléctricos del sistema en su totalidad.

12 2. CAPÍTULO 2. MODEM OEM WAVECOM 2.1 Descripción General: La familia de Modems de Wavecom de segunda generación de CDMA Q24x8 contiene dos versiones: el Q2438, el cual trabaja en dos bandas (800/1900 MHz) y el Q2458, que trabaja en banda única (800 MHz). Estos módulos proporcionan una fácil y rápida implementación en el desarrollo de aplicaciones que necesitan una conectividad inalámbrica de alta velocidad en el envío de datos, lo cual los hacen idóneos para equipos de telemetría con aplicaciones TCP/IP, interfaces máquina máquina, así como también proporciona datos de geo -posicionamiento (gpsone) en redes celulares que están equipados para prestar este servicio. Fig.2.1. Módulo Wavecom CDMA Q2438 Algunas de las características más resaltantes de esta familia son [7]: -Tasa de envío y recepción de datos vía inalámbrica de hasta 153kbps - Capacidad localización de posición gpsone - AMPS (Análogo) - SMS - Conector de 60 pines - Interfase Inalámbrica: CDMA2000 (IS-2000) - Dimensiones: 58 x 32.6 x 3.9 mm (Incluyendo protección) - Peso: ~11 gramos - Temperatura de Operación: -30 C ~ +60 C - Banda (CDMA2000) (Band doble) Banda clase 0 (TX: 824 ~ 849 MHz/ RX: 869 ~ 894 MHz) Banda clase 1 (TX: 1850 ~ 1910 MHz/ RX: 1930 ~ 1990 MHz)

13 5 2.2 Comunicación: Ya que estos dispositivos son módulos inalámbricos, el conjunto de comandos AT es el protocolo de comunicación que contiene el modem para interactuar con una aplicación externa. Los comandos AT para CDMA están definidos en el estándar TIA/EIA/IS A medida que se van incrementando las aplicaciones, los comandos AT para CDMA de Wavecom WISMO Quik han sido diseñados para que cubran: 1) Comandos AT IS707.3; 2) GSM cuando sea aplicable; 3) GSM cuando sea aplicable, 4) ITU-T v25 cuando sea aplicable; 5) Conjunto de comandos propiedad de Wavecom; 6) Comandos AT definidos por Qualcomm. El manejo de estos dispositivos se realiza a través de un puerto serial con las siguientes características: Una velocidad de baudios, 8 bits de datos, 1 bit de parada, sin ninguna paridad y sin necesidad de algún tipo de control de flujo de datos. 2.3 Interfaz con el Hardware: El Q24x8 necesita un conector board-to-board de 60 pines Kyocera/AVX numero x del lado de la aplicación 2.4 Alimentación y Control de Encendido: El módulo contiene varios pines para la conexión de la fuente de voltaje los cuales son los encargados de alimentar la memoria y el microprocesador del módulo, así como también los reguladores presentes en el dispositivo. El voltaje requerido para el buen funcionamiento de estos equipos se encuentra en un rango entre los 3.2 voltios a los 4.2 voltios como máximo, y 1 amperio como capacidad mínima de la fuente de alimentación. Normalmente el GND se tiene a través de la protección metálica del módulo que tiene cuatro patas metálicas para este fin. Estas patas tienen que estar bien conectadas y soldadas directamente al PCB de la aplicación para poder proporcionarle al equipo un buen camino de retorno. El Módulo también tiene un pin asignado para este fin. 1 Los Anexos contiene la hoja de especificaciones de este conector

14 6 El módulo contiene un pin de ON/OFF, al cual se le deberá aplicar un voltaje entre los 2.0 voltios y los 2.5 voltios como máximo. Los ingenieros de Wavecom recomendaron que este pin no fuese utilizado como control de encendido y apagado del sistema aún cuando el fin de éste haya sido dicha función. Se recomendó que, al utilizar uno de estos controles en la aplicación, sea colocado directamente en la entrada de la fuente de voltaje o fuente de alimentación del Modem, esto para evitar algunas respuestas no deseadas del equipo, como por ejemplo: El equipo no enciende.

15 3. CAPITULO 3. PLATAFORMA DE COMUNICACIÓN CELULAR PARA SMS [5] 3.1 Definición: SMS o Short Message Service es un servicio que permite la transmisión y recepción de mensajes alfanuméricos entre usuarios de servicios móviles, así como también a sistemas externos como por ejemplo: paging, correo electrónico y sistemas de mensajes hablados. 3.2 Beneficios del SMS: Dentro de los beneficios más palpables del SMS para los usuarios se pueden nombrar los siguientes: - Una alternativa para los servicios de paging alfanuméricos. - Provee al usuario de servicios extras como lo son el envío de e- mails, mensajes de voz, y fax-mail, proporcionando además servicios de recordatorio, como por ejemplo itinerarios de vuelos entre otros. Los beneficios del SMS a los usuarios se pueden resumir en conveniencia, flexibilidad, y una integración absoluta del servicio de mensajería y el acceso a datos e información. Desde esta perspectiva, el beneficio es poder tener al equipo celular como una extensión a la computadora personal. SMS también elimina la necesidad de tener un equipo específico para el envío y recepción de mensajes, ya que todos estos servicios ya vienen integrados en los equipos celulares.

16 3.3 Elementos de la Red y su Arquitectura: 8 HLR VLR MS SME SME SMSC SMCG- IWMSC SS7 MSC BSS SME Fig Arquitectura de la red Para el SMS Short Messaging Entities: El Short messaging entities (Entidad de mensaje corto) o SME, es una entidad que puede recibir o enviar mensajes cortos de texto. El SME puede estar localizado dentro de la red fija, en una estación móvil u otro centro de servicio. Short Message Service Center: El Short message service center (Centro de servicio de mensajes cortos) o SMSC es el responsable por el relevo, almacenamiento y reenvío de los mensajes cortos entre un SME y una estación móvil. SMS-Gateway/Interworking Mobile Switching Center: El SMS gateway (Puerta de salida) MSC o SMS-GMSC es un MSC capaz de recibir mensajes cortos del SMSC, el cual interroga al home location register (registro de localización local) o HLR para obtener información de ruta y entrega del mensaje de texto al MSC en el que se encuentra la estación móvil del destinatario. La red interna del MSC (SMS-IWMSC) es un MSC capaz de recibir un mensaje corto de la red del móvil y colocarlo en el SMSC apropiado. El SMSGMSC/SMS-IWMSC normalmente viene integrado con el SMSC. Home Location Register: El home location register (HLR) es una base de datos utilizada para almacenar y manejar información y perfiles de servicio de los suscriptores. Cuando el SMSC interroga el HLR, éste provee información

17 9 del suscriptor indicado. El HLR también le informa al SMSC que el suscriptor ya se encuentra reconocido y accesible por la red móvil en el caso en el que inicialmente se intenta sin éxito la entrega del mensaje corto a una estación móvil específica. Mobile Switching Center: El Mobile Switching Center (Centro de cambio móvil) o MSC realiza las funciones de cambio del sistema y controla las llamadas de y hacia otros teléfonos y sistemas de datos. Visitor Location Register: El Visitor Location Register (Registro de localización de visitantes) o VLR es una base de datos que contiene información temporal acerca de los suscriptores. Esta información es necesaria para el MSC con el fin de prestarle servicio a los suscritores visitantes, es decir, estaciones móviles adscritas a otros MSC s. The Base Station System: Todas las funciones en el área de las radiofrecuencias se realizan en la BSS o base station system (Sistema de base estación). El BSS consta de un base station controller (Controlador de base estacion) o BSCs y la base transceiver stations (Transmisor/receptor base estación) o BTSs. Su principal responsabilidad es la transmisión de llamadas de voz y el tráfico de datos entre las estaciones móviles. The Mobile Station: La estación móvil (MS) es la terminal inalámbrica capaz de recibir y originar mensajes cortos, así como llamadas de voz. La señalización de la red inalámbrica está basada en el Signaling System No 7 (SS7). El SMS hace uso del MAP o Mobile Application Part (Parte de aplicación móvil), el cual define los métodos y mecanismos de comunicación en las redes inalámbricas y usa el TCAP, que es un servicio que está presente en el SS7. Un servicio de SMS usa las características de señalización del MAP y proporciona la transferencia de mensajes cortos entre entidades similares. 3.4 Ejemplo: Un Mensaje de Texto Enviado a un Móvil 1. El mensaje de texto es enviado del SME al SMSC. 2. Luego que termina todo el proceso interno, el SMSC interroga al HLR y recibe la información de la ruta de enlace para el móvil suscrito.

18 10 3. El SMSC envía el mensaje de texto al MSC 4. El MSC toma la información del suscrito del VLR. En este punto también se incluyen procesos de identificación del usuario. 5. El MSC transfiere el mensaje de texto al MS 6. El MSC retorna al SMSC el resultado de la operación de reenvío del mensaje 7. Si es pedido por el SME, el SMSC retorna el reporte del estatus de la entrega del mensaje de texto. Fig Ejemplo de un Mensaje de Texto enviado a un móvil [5]. 3.5 Ejemplo: Mensaje de Texto Enviado por un Móvil 1. EL MS transfiere el mensaje de texto al MSC. 2. El MSC interroga el VLR para verificar que la transferencia del mensaje no viole alguna restricción impuesta. 3. El MSC envía el mensaje al SMSC 4. El SMSC entrega el mensaje de texto al SME. 5. El SMSC le confirma al MSC el envío exitoso del mensaje. 6. El MSC le retorna al MS el resultado del envío del mensaje de texto.

19 Fig Ejemplo de un Mensaje de Texto enviado de un móvil [5]. 11

20 4. CAPÍTULO 4. CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES MITSUBISHI DE LA FAMILIA FX [1] 4.1 Controladores lógicos programables modelos FX0S La Línea de controladores lógico-programables FX0S es la más pequeña dentro de la familia FX. La fuente de alimentación, el CPU y los componentes de I/O de los FX0S están integrados en una unidad compacta. Dentro de las características más resaltantes de estos equipos, tenemos: - Amplio rango de tensiones de alimentación. Como en toda la línea de controladores FX, el FX0S posee una fuente de alimentación de amplio rango, de manera que se puede usar en cualquier lugar del mundo. - Memoria de Backup libre de mantenimiento. Con el uso de una memoria interna tipo EEPROM, todas las aplicaciones del programa y datos que se deban retener se guardarán en una memoria no volátil y libre de mantenimiento, del tipo EEPROM. - Fuente de alimentación de corriente continua interna. Todos los FX0S alimentados con corriente alterna y con entradas de corriente continua, están equipados con una fuente de 24 Vcc a 200 ma para alimentar los sensores de entrada o terminales de operación. - Facilidades para el usuario. Los FX0S disponen de una llave Run/Stop incluida que permite una fácil operación. También incluye un potenciómetro de fácil acceso para poder cambiar el valor de las constantes de un temporizador, contador o registro de datos simplemente con el uso un destornillador. 4.2 Características del set de instrucciones El FX0S tiene un poderoso grupo de 20 instrucciones básicas y 35 instrucciones de aplicación. Las Instrucciones de aplicación ayudan al usuario con funciones definidas previamente, para así disminuir el tiempo de programación. Los programas realizados para los FX0S pueden ser usados en

21 13 todos los controladores de la línea FX (con mínimas modificaciones, de ser necesario). 4.3 Programación y Comunicación con el usuario: La programación se hace muy sencilla a través de los programadores de mano o por medio de una computadora con un software tipo Melsec-Medoc; con ambos sistemas se puede programar y monitorear el funcionamiento del programa en ejecución. Estos controladores ofrecen también la conexión a pantallas de texto y/o gráficas para que el usuario pueda acceder a los datos del programa, cambiar constantes de temporizadores y/o contadores, textos de alarma y comportamiento de la máquina. Fig PLC Mitsubishi FXon-24MR-ES [1].

22 5. CAPÍTULO 5. DISEÑO DEL SISTEMA. 5.1 Descripción del sistema. En la fig. 5.1 se pueden observar más claramente los elementos presentes en este sistema de telegestión. Centro de Control remoto Equipo a ser controlado CDMA Dispositivo de Control (PLC) Equipo Remoto Modem Fig Esquema general del sistema de telegestión El sistema de telegestión se puede dividir en 4 bloques principales, los cuales son: El centro de control remoto, la red celular CDMA, el equipo remoto de telemetría, y el PLC conectado a un equipo el cual será monitoreado y controlado remotamente. La central de control remoto está constituida por una computadora personal y un Modem conectado al puerto serial de dicha computadora (se puede colocar un Modem adicional para redundancia), mientras que el equipo remoto está formado por un Modem inalámbrico, encargado de la comunicación vía mensajería de texto, y una interfaz encargada de la traducción y envío, al PLC, de los textos recibidos así como también de la lógica de reenvíos y de confirmación de recepción de mensajes de texto.

23 Desarrollo del Sistema de Telegestión: Para simplificar el desarrollo y puesta en marcha de este sistema de telegestión se decidió dividir el proyecto en 5 partes en total, de las cuales tres etapas pertenecen al equipo remoto y las otras dos al Centro de Comando. En el siguiente diagrama se puede observar más claramente la metodología utilizada para el diseño y desarrollo del sistema de telegestión. Diseño del sistema de Telemetría. Diseño del equipo remoto. Diseño del Centro de Control. Familiarización del OEM, así como el hardware necesario Desarrollo del Firmware Programa ción del PLC y pruebas Programación del Software Programación de la interfaz gráfica. Fig Diagrama de flujo de la metodología utilizada para el desarrollo del sistema Desarrollo del Lado Remoto. El dispositivo remoto de control está formado por un Modem CDMA marca Wavecom, y una interfaz constituida por un microcontrolador el cual está encargado tanto del manejo del Modem como de la comunicación de comandos y cadenas de caracteres del y hacia el PLC. El microcontrolador también se encarga de la seguridad, verificación, reenvíos y autentificación de confirmaciones, entre otros. En las etapas del desarrollo del equipo remoto se comenzó por la familiarización del equipo OEM Wavecom, así como del desarrollo de la electrónica necesaria para poder realizar la comunicación vía mensajería de texto. En esta etapa se realizaron todas las pruebas necesarias para la

24 16 homologación de este equipo. Las pruebas realizadas al Modem fueron las siguientes: Llamada de voz: Se generaron una serie de llamadas, tanto a otros celulares como a teléfonos fijos CANTV, en distintos momentos del día, y se midió cualitativamente la nitidez así como también la cantidad de ruido y distorsión de la voz en los dos extremos de la llamada. Estos mismos procedimientos se realizaron en sentido inverso, es decir, se generaron llamadas desde celulares y teléfonos fijos CANTV hacia el Modem Wavecom y se tomaron las mediciones cualitativas antes descritas. Mensajería de texto: Primero se midió y se cuantificó el máximo de caracteres que puede enviar y recibir el Modem en un mensaje de texto el cual debía ser de unos 150 caracteres. Las otras pruebas realizadas en este renglón fueron el envío y recepción efectivos de mensajes de texto a cualquier hora del día. Para verificar este aspecto, se enviaron desde y hacia el Modem Wavecom una serie de mensajes de texto por varios días a diferentes horas del día. Estas últimas mediciones fueron realizadas de manera cualitativa. Llamada de datos: Se conectó el Modem a la computadora y se navegó en Internet todo el día por varios días verificando la velocidad real de descarga, para ello se utilizó el programa gratuito AnalogX NetStat Live. Luego de realizar estas pruebas y comprobar el buen funcionamiento, en las distintas áreas de aplicación del Modem, se realizó la programación de la interfaz encargada de la traducción de los mensajes de textos enviados por el Centro de Comando al equipo remoto, que posteriormente, dicho mensaje es enviado al PLC. La interfaz también se encarga del ensamblado del mensaje de texto cuando se desea enviar un mensaje desde el equipo remoto (Cadena de caracteres generado por el PLC) al Centro de Comando. Es importante resaltar que cuando se hace mención a la traducción de un mensaje de texto recibido, se refiere a que se elimina del texto el número del encabezado introducido por la red celular, como también los caracteres de identificación del mensaje y los caracteres de señalización introducidos por el Centro de Comando. En la siguiente figura se muestran las estructuras

25 17 generales de los mensajes de texto utilizadas para la comunicación y verificación entre el equipo remoto y Centro de Comando. Fig, 5.3 Formato de los SM s La tercera etapa consistió en la programación del puerto serial del PLC para la recepción de la cadena de caracteres generada por la traducción del mensaje de texto recibido, así como también la programación de la cadena de caracteres a ser enviada por el PLC al recibir una interrupción en una o varias entradas. También se realizaron las pruebas para evaluar el funcionamiento del lado remoto, las cuales consistían en generar interrupciones y verificar que

26 18 dicha cadena de caracteres haya sido recibida, almacenada y que se haya enviado la confirmación respectiva por el Centro de Comando Hardware del Dispositivo Remoto. La electrónica necesaria para la puesta en marcha del OEM se muestra en la siguiente figura. Fig Hardware para el OEM Un punto importante a tomar en cuenta es que, aún cuando la fuente de voltaje del OEM es de 4.2 voltios, las entradas y salidas del equipo trabajan con 2.2 voltios.

27 19 El pin de RESET (14) se encuentra manejado por un transistor en configuración colector abierto ya que éste posee internamente un pull-up. El pin LED1 (52), también está siendo manejado con un transistor en configuración colector abierto, pero en este caso es debido a la baja capacidad de manejo de corriente del OEM. El puerto de comunicación serial del OEM, que trabaja con 2.2 voltios, está conectado al microcontrolador a través de un cambiador de nivel, ya que éste maneja voltajes TTL (0-5V). Se utilizó un 7407 para realizar la tarea de cambiar los niveles de voltajes en la comunicación OEM - Microcontrolador, junto con un par de pull ups Hardware del Microcontrolador. En la siguiente figura se muestran las conexiones y la electrónica necesarias para el microcontrolador. Fig Conexiones y Hardware del Microcontrolador.

28 20 La electrónica necesaria para el microcontrolador HC08 es muy sencilla; básicamente se requiere montar el módulo del reloj, y conectar los pines de comunicación al OEM a través del cambiador de nivel. La última conexión requerida para el funcionamiento del equipo remoto, es conectar los pines de comunicación del microcontrolador al PLC a través de un módulo conversor de TTL a RS-232, el cual se muestra a continuación. Fig Módulo conversor de TTL a RS Firmware del Dispositivo Remoto. Para este dispositivo se necesitaron dos puertos de comunicación serial, uno para la comunicación con el OEM y el otro para el envío y recepción de cadenas de caracteres al PLC. Ya que el Microcontrolador HC08 contiene sólo un módulo de comunicación, se realizó lo que se denomina un puerto serial virtual, el cual consiste en utilizar el módulo de interrupciones de tiempo, que se encuentra en el microcontrolador, y tomar los pines que maneja como una línea de transmisión Tx y el otro como línea de recepción Rx. El puerto serial virtual puede trabajar con velocidades desde los 2400 hasta los baudios, lo que obligó a utilizar este puerto para la comunicación con el PLC el cual trabaja a 9600 baudios, mientras que para

29 21 manejar el OEM se utilizó el módulo de comunicación del microcontrolador, el cual puede manejar una velocidad de símbolos por segundo que es la velocidad con la cual se comunica el OEM. Fig Esquema de comunicación Del equipo remoto Cuando el OEM recibe un mensaje de texto, el microcontrolador lo lee, lo guarda en su memoria y lo revisa para saber cual es la acción que debe tomar el microcontrolador. Los cuatro posibles casos de recepción son: 1. Un comando que se le tiene que enviar al PLC 2. Una confirmación de recepción de un envío realizado por el lado remoto 3. Un Pulling. 4. Ninguna de las anteriores. A continuación se describen las acciones tomadas por el microcontrolador en cada caso. Si el texto es un comando: El microcontrolador elimina el encabezado introducido por la red de Movilnet, el cual indica el número desde donde fue enviado el mensaje, así como la señalización del mensaje colocado por la central de comando. El microcontrolador también elimina la identificación del mensaje de texto que se encuentra al final del texto, mandando de esta forma el texto exactamente igual al que se envió desde el Centro de Comando al

30 22 PLC. Por ello nos referimos al sistema como un sistema transparente para el PLC, ya que lo que se mande desde el Centro de Comando lo recibirá exactamente igual el PLC, teniendo como restricción un máximo de 130 caracteres numéricos y que los caracteres sean del alfabeto romano, es decir, que no contenga caracteres especiales. Si el texto es una confirmación: El microcontrolador se sale de la rutina de reenvío y activa nuevamente la recepción de comandos y de pullings, ya que estas opciones son desactivadas al momento de enviar un comando al Centro de Comandos hasta que se reciba la confirmación de recepción de dicho mensaje. Si el texto en un Pulling: Este comando esta incluido para verificar el buen funcionamiento del sistema ya que cuando el microcontrolador recibe esta señal, éste le envía una cadena de caracteres específicos al centro de mando, y de esta forma verifica que el sistema de telemetría funciona correctamente. Si el texto no es ninguna de estas tres opciones, el mensaje será desechado. Para poder manejar cierto nivel de seguridad en los equipos remotos, el microcontrolador contiene en su memoria dos números de teléfonos pertenecientes a los Modems de la central de comando, los cuales son comparados con los datos del mensaje, enviados por la red celular, y que contiene el número de origen del mensaje, desechando así el texto recibido si la cadena de números no coincide con los que el microcontrolador tiene en su memoria. Esto permite que ningún otro número de teléfono tenga acceso al equipo remoto aparte de los números telefónicos de los Modems del Centro de Comando. En el siguiente diagrama de flujo se muestran las acciones que toma el microcontrolador cuando el OEM recibe un mensaje de texto.

31 23 Recepción de un SMS Envío comando AT para leer el SMS recibido Desecho mensaje No El Número de teléfono del remitente es válido? Si El SMS es un Comando? Si Elimina la identificación y el encabezado No Envía el texto al PLC Termino rutina de reenvíos Si El SMS es una Confirmación? No Envía confirmación de recepción al Centro de Comando Desecho mensaje No El SMS es un Pulling? Si Envío confirmación del Pulling al Centro de Comando Fig Diagrama de flujo de la Respuesta del microcontrolador.

32 Descripción de algunas de las rutinas más importantes: 1. Rutina de Identificación: Esta rutina se encarga de mantener una secuencia lógica de las identificaciones de los SM s enviados. Ya que existe la posibilidad de que el mensaje de texto enviado por el lado remoto haya llegado efectivamente al centro de control, y el centro de control haya enviado el mensaje de confirmación pero éste nunca haya llegado al lado remoto, la rutina de reenvíos vuelve a enviar al Centro de Comando el mismo mensaje enviado anteriormente con el mismo número de identificación, pero esta vez el Centro de Comando, al ver que tiene el mismo número de identificación, no lo toma en cuenta como mensaje nuevo sino que le envía nuevamente un mensaje de confirmación de recepción de dicho mensaje. Esta rutina se cumple hasta que el lado remoto reciba efectivamente la confirmación del mensaje recibido. La confirmación de recepción de un comando también contiene el número de identificación del mensaje de texto enviado por el lado remoto, esto para evitar que se reciba una confirmación desfasada y se tome como confirmación del último mensaje enviado por el lado remoto. A continuación se muestra un ejemplo de la secuencia normal realizada por esta rutina, la cual también se encuentra en el centro de control.

33 25 Lado Remoto Centro de Comando Envío de mensaje (ID = 4) Lapso de tiempo entre reenvíos Envío de confirmación (ID = 4) X Reenvío del mensaje (ID = 4) Reenvío de confirmación (ID = 4) Procesamiento del mensaje (BD) Fin de rutina Fig Ejemplo de rutina de identificación con reenvío. 2. Rutina de Reenvíos: Si el equipo remoto no recibe confirmación de recepción del texto enviado por éste, esta rutina se encarga de realizar reenvíos del mismo mensaje hasta recibir dicha confirmación. Debido a una falta y/o poca adaptabilidad de un protocolo o de unas reglas que definan este tipo de secuencias se decidió colocar los parámetros de acuerdo a mi criterio, es decir, la rutina de reenvío consiste en lo siguiente: Se reenvían tres mensajes en intervalos de 1min. cada uno; luego se realizan la misma cantidad de reenvíos y con el mismo intervalo de tiempo que el anterior, pero esta vez a un número alterno. Si hasta ese momento todavía no se ha recibido ninguna confirmación de recepción, se esperan 10min. y se comienzan nuevamente los ciclos antes descritos. Todos los parámetros de tiempos y de cantidad de envíos fueron fijados de acuerdo a mis criterios tomando en cuenta las necesidades del tipo de aplicación así como los tiempos de la red de envío y recepción de mensajes de texto, colocando un tiempo de

34 26 guarda en caso de que la red celular esté algo congestionada, lo que generaría retardos en el intercambio de mensajes de texto. A continuación se muestra el diagrama de flujo de esta rutina. Envío Mensaje Recibí confirmación? Si Termino rutina No No Ha pasado 1 minuto? Si Reinicio Cuenta de reenvíos Reenvío Mensaje No Recibí confirmación? Si No Se reenvió 3 veces al primer número? No Han pasado 10 minutos? Si Si Reenvío al segundo número No Si Se reenvió 3 veces al segundo número? Fig Diagrama de Flujo de la Rutina de reenvíos.

35 27 3. Rutina de Seguridad: Esta rutina se encarga de revisar el número de teléfono del remitente, comparándolo con los dos números guardados en la memoria que corresponden a los dos Modems del Centro de Comando. El número telefónico se compara en dos oportunidades distintas para asegurarse que ningún ente externo esté intentando introducirse en el sistema. El primer punto de comparación es en los datos de identificación del mensaje enviados por la red, mientras que el otro es en el encabezado del mensaje de texto, el cual contiene el número del remitente entre paréntesis. Si los dos son distintos a los números guardados en la memoria, el texto será desechado. 4. Rutina de Reseteo: La rutina de reseteo fue implementada como seguridad para evitar que el OEM, por cualquier razón se quede trancado. El OEM tiene una señal de salida que sirve perfectamente para monitoreo del equipo. Esta salida pertenece al estado de la señal del OEM, el cual es intermitente en el momento en que el módulo esta registrado en la red. La rutina consiste en monitorear el estado de la señal del OEM, de esta forma, si transcurre un determinado tiempo en el que la señal se mantiene en un estado fijo, el microcontrolador le envía una señal de reseteo por hardware al Modem. El tiempo de monitoreo colocado en la implementación fue de 4 min., pero debido a que esta señal puede mantener un estado fijo por esa cantidad de tiempo en condiciones especiales sin que el OEM se encuentre trancado, se decidió que antes de mandar la señal de reseteo, se envíe el comando AT y se proceda a esperar la respuesta OK del módulo. Si esto ocurre, el microcontrolador reiniciará el tiempo de monitoreo sin realizar acción alguna, de lo contrario realizará el reseteo del Modem Programación del PLC Para la programación del PLC, se obtuvo el apoyo y soporte de MITSHUBISHI ELECTRIC Venezuela de parte del Ing. Jimmy Goncalves. Se realizó la programación de 5 entradas, las cuales al recibir una interrupción, generaría una cadena de caracteres que serían enviados por el

36 28 puerto serial al dispositivo de telemetría. También se programaron 5 salidas las cuales serían activadas y desactivadas con la recepción de comandos a través del equipo de telemetría. El Ing. Goncalves realizó toda la programación necesaria para la configuración y activación del puerto serial del PLC, así como también la programación de las entradas/salidas con sus respectivas cadenas de caracteres y condiciones Desarrollo del Centro de Comando. Como primer paso en el desarrollo del Centro de Comando, se realizó la programación del Software encargado del manejo de los equipos remotos para luego realizar la interfaz gráfica y realizar las pruebas del sistema en su totalidad. Tanto el Software como la interfaz gráfica fueron realizados en el entorno gráfico de programación de Visual Basic 6.0. Dentro de las características y tareas que realiza el Centro de Comando tenemos las siguientes: 1. Guardar en la base de datos todos los comandos enviados, así como los mensajes recibidos de los equipos remotos. 2. Mandar las confirmaciones de los mensajes recibidos de los equipos remotos. 3. Realizar rutinas de reenvíos de comandos hasta recibir confirmación de recepción del equipo remoto. 4. Contiene una base de datos con todos los números de teléfono y datos de los equipos remotos. 5. Verifica que los mensajes recibidos, correspondan a algún equipo presente en la BD. El Centro de Comando contiene las mismas rutinas que el microcontrolador del lado remoto, con la excepción de que todos los envíos y reenvíos de comandos y pullings, así como los envíos de las confirmaciones, se manejan a través de una base de datos, ya que hay que esperar un período de 7 segundos entre envíos de mensajes de texto que es un parámetro

37 29 establecido por la red celular. Por lo tanto, los mensajes que se encuentran en la base de datos, se envían con lapsos de 7 segundos entre envíos Base de Datos del Centro de Comando. El Centro de Comando posee las siguientes tablas: - Acceso: El cual contiene toda la información de acceso de los usuarios a la Central de Control. - Comandos: Es un listado de todos los comandos programados en los PLC pertenecientes al sistema de telegestión con una breve descripción de su funcionamiento. También posee la información de teléfonos y textos a ser enviados a un personal en particular en caso de que se reciban o se envíen comandos específicos. - Equipos: Esta tabla contiene toda la información acerca de los equipos a ser controlados o monitoreados remotamente. Entre la información que aparece en dicha tabla, tenemos: Identificación del equipo, número de teléfono asignado, una breve descripción y localización del equipo, nombres asignados, la marca, el modelo, el estado de las entradas y salidas, y lleva la secuencia de las identificaciones de los SM enviados y recibidos. - Pulling: Esta tabla tiene todos los pullings configurados por el usuario. - Registro: Lleva un registro de todos los comandos enviados y mensajes recibidos de los distintos equipos. -Registro temporal: Esta tabla contiene todos los mensajes pendientes por envío, bien sea comandos, pullings, o confirmaciones de recepción Interfaz Gráfica. La interfaz gráfica posee 6 aspectos o tareas principales, las cuales son: 1. Envío de mensaje: En esta tarea se puede elegir un equipo de la base de datos al cual se le desea enviar un mensaje. Este también es seleccionado de la base de datos, que contiene todos los comandos programados en los PLC. Además se tiene que seleccionar el grado de prioridad del envío deseado.

38 30 2. Broadcast: Se selecciona más de un equipo a ser enviado el mismo comando. El broadcast tiene una prioridad fija de 2, siendo 1 la prioridad más alta. 3. Pulling: Para esta tarea existen distintas opciones, se puede realizar una lista de distintas configuraciones tanto de cantidad de equipos a ser enviado el pulling, como el día, la hora, o la fecha en que se desea realizar estas pruebas, es decir, se pueden programar pullings a la medida del usuario. 4. Equipos: Aquí se muestran los distintos equipos PLC conectados al sistema de telegestión, así como los estados de los puertos de entrada y salida. 5. Opciones Comandos: El propietario del sistema tiene la opción de configurar el reenvío de un mensaje de texto a cualquier número que lo desee al recibir o enviar un comando específico, proporcionándole información indispensable al encargado o responsable del buen funcionamiento de los equipos. 6. Registros: Se muestran todos los registros del sistema, los cuales son: Comandos enviados, Mensajes recibidos, Broadcast, Pullings, Mensajes pendientes de reenvíos, Mensajes no enviados, Comandos y Equipos configurados en el sistema. La interfaz gráfica posee 7 indicadores de envíos y recepciones para que el usuario esté todo el tiempo al tanto de lo que está sucediendo con los equipos y envíos. También posee una barra de estado en la parte inferior que proporciona mensajes escritos de los eventos más recientes.

39 Fig Interfaz del Centro de Comando 31

40 6. CAPITULO 6. RESULTADOS OBTENIDOS. Inicialmente se intentó realizar la comunicación entre el equipo remoto y el Centro de Comando a través de una llamada de datos, y debido a que el Modem Wavecom no posee el stack TCP/IP, se invirtieron tres semanas en el establecimiento de la conexión PPP y la conformación del Stack TCP/IP a través del microcontrolador, logrando realizar solamente la conexión PPP, más no se logró armar el Stack TPC/IP. Debido a que el tiempo necesario para terminar de conformar el Stack excedía el cronograma de trabajo, se decidió tomar otro camino para la comunicación que no fuera vía llamada de datos, fue así como se decidió realizar este sistema de telegestión vía mensajería de texto. El sistema de telegestión vía mensajería de texto mostró ser muy eficiente, no costoso, y altamente versátil en la implementación debido a las dimensiones del mismo. El desempeño mostrado por el equipo remoto demuestra que es lo más conveniente en todos los aspectos para cierto tipo de aplicaciones como por ejemplo: Botones de emergencia, monitoreo de equipos remotos, entre otros. Este tipo de equipos de telemetría que utilizan mensajería de texto presentan algunos retardos si la red celular se encuentra congestionada, lo cual se traduce en mayor tiempo en la entrega de los mensajes de texto y por lo tanto un número mayor de reenvíos a causa de las distintas rutinas encargadas de la confirmación de recepción. Para medir el desempeño de este equipo de telegestión, se realizaron pruebas durante 5 días consecutivos e ininterrumpidos. Durante esos días se mantuvo el equipo realizando pullings cada 5 minutos y se tomó un día para enviar comandos desde el punto remoto al Centro de Comando. Las pruebas mostraron un problema en el equipo remoto, el cual fue tratado de localizar en conjunto con los ingenieros de Wavecom USA. Este problema consistía en que el Modem se trancaba sin motivo aparente, y sin

41 33 mostrar algún tipo de patrón, lo que me llevó a realizar e implantar una rutina de monitoreo del estado del Modem. Esta rutina reinicia el Modem vía hardware si pasan 4 minutos en el que el Modem no muestra señales de que está activo. Es importante destacar que los comandos enviados desde el Centro de Comando al dispositivo remoto, deban ser una cadena de caracteres, los cuales estén definidos dentro de la tabla ASCII, y que además no posean caracteres especiales, es decir, la cadena de caracteres que conforman el comando a ser enviado deberá ser conformado de números y letras del alfabeto romano, ya que son los caracteres que puede manejar la red celular de Movilnet. Se presentaron algunos problemas en la fabricación del PCB, ya que el conector AVX de 60 pines, necesario para la conexión del OEM al desarrollo, era de dimensiones muy pequeñas pero, gracias a la ayuda del Profesor Guillermo Villegas, se lograron realizar las soldaduras necesarias para poder colocar el conector en el PCB. Como resultado final obtuvimos lo siguiente: Envío de comandos vía texto desde una central a un sitio remoto, siendo el envío totalmente transparente para el lado remoto. Envío de mensaje vía texto desde el lado remoto a una central. La terminal remota es totalmente autónoma, es decir, el lado remoto le envía a la central un mensaje en el momento que lo requiera sin necesidad de que la central le esté preguntando constantemente por algún cambio. Un Software capaz de ser adaptado a distintas aplicaciones Un sistema de telegestión con alto nivel de seguridad y confiabilidad gracias a sus rutinas de confirmaciones de recepción y sus dos niveles de seguridad.

42 7. CAPITULO 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Es factible generar el protocolo TCP/IP a través de un microcontrolador. Lo concluido es que, la recepción de paquetes y posteriormente su ensamblado, es lo que causa mayores complicaciones, por la simple razón de que se tendría que disponer de una gran cantidad de memoria RAM para ello. Es viable armar solo el stack para el envío de datos a través de TCP/IP, ya que a diferencia de la recepción, no necesita tener disponible una gran cantidad de memoria RAM. La recepción de mensajes a través de este protocolo requiere un almacenamiento de los paquetes recibidos, ya que la llegada de éstos no presenta orden alguno. Esto origina la necesidad de guardar y ordenar todos los paquetes para luego ser ensamblados y traducidos y así tener el texto enviado a través de este protocolo. La cantidad de equipos de telemetría a ser manejados por una central es un aspecto importante para tomar en cuenta a la hora de realizar una implementación, ya que los tiempos de espera entre envíos de textos es de aproximadamente 7 seg., lo que produce un congestionamiento del sistema de telegestión si se implementan gran cantidad de equipos para una sola central. Para ello es recomendable la utilización de un Short Code y un programa que maneje el protocolo SMPP, para así manejar grandes cantidades de mensajería de texto de forma instantánea. El diseño de un equipo de telegestión utilizando la mensajería de texto como medio de comunicación, presenta grandes ventajas en el aspecto costo/beneficio comparado con sus homólogos que utilizan una conexión o llamada de datos. La implementación de mensajería de texto es una forma rápida, eficiente y económica para la adquisición y envío de datos para el monitoreo y manejo de cualquier familia de controladores PLC. El equipo remoto puede ser utilizado para manejar o para monitorear cualquier tipo de aparatos eléctricos o electrónicos. La única condición que deben cumplir éstos, es manejar una comunicación serial con un bit de parada, es decir, luego de enviar una cadena de caracteres, el aparato deberá mandar un carácter específico para avisar que terminó de enviar la cadena. Para este proyecto y para manejar el PLC se utilizó el carácter en sexagesimal 0x0A.

43 35 En caso de que la aplicación sea una aplicación crítica, como por ejemplo un botón de emergencia, se puede incluir en la rutina de monitoreo una subrutina que en caso de que se accione la emergencia y el Modem está trancado en ese preciso instante, el microcontrolador no espere 4 minutos para realizar el reinicio del Modem vía hardware, sino que lo reinicie inmediatamente y se envíe el mensaje de emergencia.