MEMORIAS SOMI XV TEL-15 SISTEMA DE TRANSMISION DE DATOS ASINCRONOS UTILIZANDO MICROONDAS

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Emilio Gil Méndez
hace 8 años
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1 SISTEMA DE TRANSMISION DE DATOS ASINCRONOS UTILIZANDO MICROONDAS C. Ojeda, J. Valeriano, G. Calva. Centro de Instrumentos-UNAM. Apdo. Postal , Coyoacán, 04510, México, D.F. Tel. (525) Fax (525) RESUMEN En este trabajo presentamos el diseño de un sistema de transmisión y recepción de datos digitales con protocolo asíncrono utilizando microondas a 9.3 GHz. ABSTRACT In this work we present the design of a transmission and reception system of digital information with asincronous protocol using microwaves at 9.3 GHz. 1. INTRODUCCIÓN El objetivo de este trabajo es crear un sistema de transmisión y recepción de datos de una PC a otra PC por puerto paralelo utilizando microondas. En la Fig.1 se muestra un esquema general del sistema. Figura 1. Esquema general del sistema. 2. DESARROLLO Como elemento fundamental en todo sistema de transmisión y recepción, se muestran las antenas emisora y la antena receptora. Éstas son del tipo corneta rectangular, ya que para nuestra aplicación son ideales; tienen un excelente acoplamiento y una muy buena direccionabilidad. Las antenas que utilizamos se muestran en la Fig.2:

com RESUMEN En este trabajo presentamos el diseño de un sistema de transmisión y recepción de datos digitales con protocolo asíncrono utilizando microondas a 9.3 GHz.

2 Figura 2. Antena emisora y la antena receptora de microondas, ambas con forma de corneta rectangular. Estas antenas fueron fabricadas en el Centro de Instrumentos de la UNAM, bajo parámetros y especificaciones de antenas similares de producción comercial. Para nuestros fines, trabajamos la transmisión de datos a una frecuencia de 9.3 GHz de portadora. Cabe mencionar que también podemos utilizar antenas dieléctricas, como la que se muestra en la Fig.3: Figura 3. Antena emisora de microondas con punta dieléctrica. Este tipo de antena presenta una muy buena característica de transmisión, ya que la forma de su lóbulo o patrón de radiación es altamente dirigible; característica vital en sistemas de transmisión por microondas, ya que se

Para nuestros fines, trabajamos la transmisión de datos a una frecuencia de 9.3 GHz de portadora.

3 requiere línea de vista, desde la antena de transmisión hasta la antena de recepción. En la Fig.4 se muestra el patrón de radiación de una antena emisora con punta dieléctrica: Figura 4. Antena emisora con punta de acrílico mostrando su patrón de radiación. El dispositivo encargado de generar las microondas es llamado Klystron. Su principio de funcionamiento es un tanto semejante al de un cañón generador de rayos catódicos. En la Fig.5 se muestra un esquema del interior de un Klystron: Figura 5. Interior de un Klystron.

Antena emisora con punta de acrílico mostrando su patrón de radiación.

4 Debido al funcionamiento del Klystron, necesitamos excitarlo con diversas fuentes de voltaje. Esta misión la realiza un dispositivo electrónico, el cual, posee en su interior, todas las fuentes requeridas para hacer funcionar al Klystron. En la Fig.6 mostramos un esquema de la fuente de voltaje: Figura 6. Fuente de alimentación del emisor de microondas. El Klystron es excitado por 3 fuentes de voltaje: una de alto voltaje de 300 Vdc, una segunda de voltaje variable de 0 a 200 Vdc y finalmente, una de voltaje alterno de 6 V. Para fines de ajuste y prueba, cuenta con dos osciladores, uno que genera una señal senoidal y otra de señal cuadrada. Adicionalmente, este aparato nos permite modular la señal que deseamos transmitir, podemos hacer una corrección de fase, y controlar de voltaje del reflector. Como la escritura y lectura de la información será por el puerto paralelo, debemos hacer la serialización de los datos digitales que serán transmitidos por microondas, para tal tarea utilizamos el circuito MC145026; éste es un circuito que tiene 9 líneas de entrada para datos en forma paralela, posee un oscilador RC que nos permitirá fijar la velocidad de transmisión de los datos que salen en forma serial, los cuales serán enviados a la unidad de alimentación para generar microondas. De esta manera logramos hacer la configuración mostrada en la Fig. 7:

6 mostramos un esquema de la fuente de voltaje: Figura 6. Fuente de alimentación del emisor de microondas.

5 Figura 7. Esquema del sistema emisor. El oscilador del circuito MC se configura considerando el arreglo interno mostrado en la Fig.8: Figura 8. Oscilador interno del MC145026, el cual determina la velocidad a la cual serán transmitidos. Y responde ante las siguientes especificaciones de diseño: Paralelamente diseñamos un programa en Visual Basic 6 con el fin de mostrar el funcionamiento del sistema en su totalidad, el control del puerto paralelo se logró con una herramienta de Visual Basic, llamada Ioocx que tiene un rango de velocidad de lectura y escritura que va desde 55 a [ms], por lo tanto, y procurando aprovechar la máxima velocidad de trabajo, se diseñó el oscilador del MC para que trabajara a una velocidad de 1.71kHz, razón por la cual los valores seleccionados se muestran en la Tabla 1: Tabla 1 Tabla 1. Valores del oscilador.

Y responde ante las siguientes especificaciones de diseño: Paralelamente diseñamos un programa en Visual Basic 6 con el fin de mostrar el funcionamiento del sistema en su totalidad, el control del

6 La forma de la interface es como se muestra a continuación: Figura 9. Interface para el sistema transmisor de datos. Para la recepción de datos digitales, se planteó el esquema ilustrado en la Fig.10: Figura 10. Esquema para la recepción de datos por microondas. Como primer elemento tenemos a la antena, la cual recibe de manera directa la señal que se envía desde el emisor, el diodo receptor es capaz de captar y generar una señal de un voltaje que va desde los 0 a los 500 mv, dependiendo de la distancia y la potencia que tenga el emisor; posteriormente, la señal es amplificada por un transistor en configuración de corte y saturación. esto debido a que sólo trabajamos con señales binarias. En la Fig.11 se muestra el diodo receptor de microondas.

Como primer elemento tenemos a la antena, la cual recibe de manera directa la señal que se envía desde el emisor, el diodo receptor es capaz de captar y generar una señal de un voltaje que

7 Figura 11. Diodo receptor de microondas. La señal captada es amplificada por un arreglo activo que trabaja exclusivamente en corte y saturación, de tal manera que logramos niveles digitales de voltaje TTL. Para lograr la paralelización de los datos, utilizamos el circuito MC145028; posee registros de corrimiento interno conectados en anillo, de tal manera que podemos decodificar la dirección a la que corresponda la estación receptora y recibir los datos que de ésta provienen. El MC14528 debe oscilar a la misma frecuencia que su contraparte: el MC Considerando la información proporcionada por el fabricante, utilizamos los valores de los componentes ilustrados en la Tabla 2: Tabla 2 Tabla 2. Valores para el receptor. Para un mejor detalle del arreglo electrónico del decodificador MC145028, recomendamos revisar la referencia [1]. Ahora, los datos se leen por el puerto paralelo de la segunda PC, implementamos un programa en la computadora para hacer la recepción de datos, utilizamos Visual Basic 6, la interface de lectura tiene la apariencia mostrada en la Fig.12:

Para lograr la paralelización de los datos, utilizamos el circuito MC145028; posee registros de corrimiento interno conectados en anillo, de tal manera que podemos decodificar la dirección a la que

8 Figura 12. Interface realizada para la recepción de datos. La lectura del puerto se hace cada 55 [ms], con lo cual se garantiza un muestreo rápido de los datos que se transmiten desde la primera PC a una velocidad del orden de 1 kbaudios. En la Fig.13 mostramos una imagen de una prueba realizada en el laboratorio. Figura 13. Realización de pruebas en el laboratorio. Por software hacemos un tratamiento de la información recibida, de tal manera que eliminamos los paquetes de datos que se repiten consecutivamente. Así, sólo se muestran los datos que cambian. En la Fig.14 se muestran las imágenes de cuatro pruebas realizadas en el laboratorio:

orden de 1 kbaudios. En la Fig.13 mostramos una imagen de una prueba realizada en el laboratorio. Figura 13. Realización de pruebas en el laboratorio.

9 Figura 14. Oscilogramas mostrando el envío y recepción de datos utilizando microondas. Como se aprecia en las figuras anteriores, desde la serialización en el transmisor, y hasta la paralelización en el receptor, vemos la eficiencia del funcionamiento del sistema. Observando un pequeño retraso de algunos microsegundos entre ambas señales debido a la electrónica de cada circuito integrado. 3. CONCLUSIONES Se constató la versatilidad, seguridad y sencillez del diseño propuesto, ya que al no requerir de un gran número de elementos, representa una opción realmente viable para utilizarse en sistemas de transmisión de datos digitales, en donde el espacio y costo de los componentes empleado sea de alta prioridad. Cabe mencionar que su aplicación es ideal para el envío de datos y control electrónico y telemetría de estaciones remotas, tales como invernaderos, sondas electrónicas de monitoreo, etc. Para mejorar aún más la confiabilidad de los datos recibidos, se podría implementar un protocolo de comunicación ya sea por hardware y/o por software.

Observando un pequeño retraso de algunos microsegundos entre ambas señales debido a la electrónica de cada circuito integrado. 3.

10 3. REFERENCIAS [1] MC145026, MC145027, MC Encoder and decoder pairs CMOS. Motorola Semiconductor Technical Data. [2] HX2000 y RX2020. RFM. [3] RS232 Radio link. Electronics World. June, [4] Sistema de transmisión y recepción de señales de video y de control para un robot móvil. Tesis de licenciatura de Ojeda Nava Carlos E. Centro de Instrumentos. UNAM [5] Interfacing the Standard Parallel Port. [6] Craig Peacock s. Interfacing the PC. [7] Peebles, Jr., Peyton Z., Digital Communication Systems. Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, [8] Donald R. Hamilton. Klystrons and microwave triodes. Edit. Dover Publications [9] John D. Kraus. Antennas. Edit. Mc Graw Hill, 2ª Edición

http://www.senet.com.au/~cpeacock [6] Craig Peacock s. Interfacing the PC. [7] Peebles, Jr., Peyton Z., Digital Communication Systems. Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1987.

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