PROTOTIPO DE UN SISTEMA DE TELEMETRÍA Y CONTROL PARA SEGURIDAD EN VEHÍCULOS, SOPORTADO EN REDES MÓVILES. Presentado por:

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1 PROTOTIPO DE UN SISTEMA DE TELEMETRÍA Y CONTROL PARA SEGURIDAD EN VEHÍCULOS, SOPORTADO EN REDES MÓVILES Presentado por: ÁLVARO HERNÁN CÁRDENAS VALENCIA ANDRÉS FELIPE ECHEVERRY GIRALDO TRABAJO DE GRADO: Presentado como requisito parcial Para optar al título: INGENIERO DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES UNIVERSIDAD CATÓLICA POPULAR DEL RISARALDA FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS EN INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES PEREIRA 2010

2 PROTOTIPO DE UN SISTEMA DE TELEMETRÍA Y CONTROL PARA SEGURIDAD EN VEHÍCULOS, SOPORTADO EN REDES MÓVILES. Presentado por: ÁLVARO HERNÁN CÁRDENAS VALENCIA ANDRÉS FELIPE ECHEVERRY GIRALDO Dirigido por: ING. JAMES ANDRÉS BARRERA MONCADA UNIVERSIDAD CATÓLICA POPULAR DEL RISARALDA FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS EN INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES PEREIRA 2010

3 DECLARACION DE DERECHOS DEL AUTOR Facultad de ciencias básicas e ingeniería, Universidad Católica Popular de Risaralda. Por la presente dejamos constancia de ser los autores del Trabajo de grado titulado: PROTOTIPO DE UN SISTEMA DE TELEMETRIA Y CONTROL PARA SEGURIDAD EN VEHICULOS, SOPORTADO EN REDES MOVILES. Que presentamos como requisito parcial para optar por el titulo de Ingenieros de Sistemas y Telecomunicaciones. Asesorado por el ingeniero James Andrés Barrera Moncada. Dejamos constancia que el uso de marcos, inclusión de opiniones, citas e imágenes es nuestra responsabilidad, quedando la Universidad Católica Popular de Risaralda exenta de toda obligación al respecto. Autorizamos, en forma gratuita, a la UCPR a utilizar este material para concursos, publicaciones y aplicaciones didácticas dado que constituyen ejercicios académicos de uso interno sin fines comerciales. 28 / 05 / 2010 Álvaro Hernán Cárdenas Valencia Fecha Andrés Felipe Echeverry Giraldo Firma y aclaración

4 AGRADECIMIENTOS Agradecemos a la Universidad Católica Popular del Risaralda y al Programa de Ingeniería de Sistemas y Telecomunicaciones por el préstamo de equipos del laboratorio de Telecomunicaciones que facilitaron el desarrollo de este proyecto. Al los profesores del programa y en especial al director del trabajo de grado JAMES ANDRÉS BARRERA MONCADA por su dedicación y colaboración.

5 DEDICATORIA Este trabajo está dedicado a mi madre LUZ MARINA VALENCIA LOAIZA a mi padre JORGE HUMBERTO CÁRDENAS LOPEZ. Gracias por su apoyo y sacrificio por sacar la familia adelante, por habernos dado la oportunidad de estudiar y de formarnos como personas de bien. (Álvaro Hernán Cárdenas Valencia) Este trabajo está dedicado con mucho cariño a mis padres ANTONIO JOSÉ ECHEVERRI GARCÍA y MARÍA ADÍELA GIRALDO. Gracias por su apoyo y amor incondicional, por brindarme las bases para ser una mejor persona con principios y valores y por todo su esfuerzo para que tenga una mejor calidad de vida. A mis hermanos, Alexander y Luz Fanny, a mis sobrinas María Camila y Mariana y a todas aquellas que siempre me apoyaron y en especial a DIOS por darme la vida. (Andrés Felipe Echeverry G).

6 RESUMEN Se presenta un prototipo de un sistema de telemetría y control de seguridad en vehículos, soportado en redes móviles, en el que se utiliza un módulo de comunicación móvil suministrado por el laboratorio de telecomunicaciones de la Universidad Católica Popular del Risaralda. De allí surge el diseño del módulo para el manejo de control y sensores. Este prototipo principalmente se compone de una parte de telemetría y una parte de control. La parte de telemetría: es instalada en un vehículo, que por medio de un modem de telefonía celular GSM, es el encargado de establecer la comunicación y la trasmisión de la información en un mensaje de texto simple (SMS), este va dirigido al número del propietario suministrándole información actual de los estados del mismo. En cuanto a la parte de control: el usuario utiliza un teléfono celular; llama al número del vehículo, por consiguiente el sistema modem contesta automáticamente y establece la comunicación en la cual el usuario puede controlar la alarma por medio del teclado numérico del teléfono, el bloqueo, encender o apagar el vehículo o el aire acondicionado, solicitar información de la temperatura, nivel de la gasolina o el aceite. Este prototipo también puede ser adaptado en casa, oficinas, fábricas, donde se requiera tener mayor control e información de la seguridad o de medidas de variables físicas. Palabras claves: telemetría, redes móviles, seguridad vehículos, GSM, telefonía celular, telecomunicaciones, control de procesos.

7 ABSTRACT We present a prototype of a telemetry system and safety control in vehicles, supported by mobile networks, which uses a mobile communication module provided by the telecommunications laboratory of the universidad Católica Popular del Risaralda. From there comes the module design for control and sensor management. This prototype mainly consists of a part of telemetry and control part. The telemetry part: it is installed in a vehicle, through a GSM cellular modem, is responsible for establishing communication and transmission of information in a simple text message (SMS), this is directed to the number of Owner will supply current information of the state. As part of control: the user uses a cell phone, called the number of the vehicle, therefore the system modem automatically answers and communicates in which the user can control the alarm through the telephone keypad, the blockade, on or off the vehicle or air conditioning, request information of temperature, level of gasoline or oil. This prototype can also be adapted at home, offices, factories, where they want to have more information on security measures or physical variables. Key words: telemetry, mobile networks, security cars, GSM, cell phone, telecommunications.

8 CONTENIDO Pág. CAPITULO I FORMULACIÓN DEL PROYECTO DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS JUSTIFICACIÓN PLANTEAMIENTO DE HIPÓTESIS IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES Y CATEGORIAS DE ANÁLISIS PRESUPUESTO CRONOGRAMA CAPITULO II MARCO CONTEXTUAL CONTEXTO Económico SOCIAL CULTURAL POLÍTICO ORGANIZACIONAL CAPÍTULO III MARCO TEÓRICO... 30

9 3.1 TELEMETRÍA CONTROL REDES MÓVILES CELULARES Historia de la telefonía Móvil Celular Generaciones de la Telefonía Móvil Celular TMC Tecnologías TMC GSM Funcionamiento de la Telefonía Móvil celular (TMC) TONOS DTMF (Dial Tone Multy Frequency) DECODIFICADOR DE TONOS SENSOR DE TEMPERATURA LM MICROCONTROLADORES PIC16F PIC 16F877A FLOWCODE MULTIPROGRAMADOR DE MCU PICMICRO EB BOARD KEYPAD EB BOARD LCD EB BOARD RS232 EB MODEM SONY ERICSSON GM28/ RS COMANDOS HAYES (COMANDOS AT SMS Servicio SMS Arquitectura de red... 76

10 CAPÍTULO IV MODELO TEORICO CONTROL TELEMETRÍA CAPÍTULO V CONCRECION DEL MODELO IMPLEMENTACIÓN Y MONTAJE CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍAS BIBLIOGRÁFIA GLOSARIO ANEXOS

11 LISTA DE TABLAS Pág. TABLA 1. PRESUPUESTO DE LA TESIS: PROTOTIPO DE UN SISTEMA DE TELEMETRÍA Y CONTROL PARA SEGURIDAD EN VEHÍCULOS, SOPORTADO EN REDES MÓVILES TABLA 2. CRONOGRAMA PARA EL DESARROLLO DEL PROTOTIPO TABLA 3. FRECUENCIAS DEL TECLADO DTMF TABLA 4. DESCRIPCIÓN DE PINES DEL MICROCONTROLADOR PIC16F84A TABLA 5. CONFIGURACIÓN JUMPERS PARA EL CONTROL DE FLUJO TABLA 6. CONFIGURACIÓN GENERAL JUMPERS PARA TX Y RX TABLA 7. CONECTORES DEL RS TABLA 8. PRINCIPALES INSTRUCCIONES HAYES TABLA 9. MODO DE TRABAJO DEL MODEM TABLA 10. DATOS DE LA SALIDA DEL MT TABLA 11. ESTADOS DEL MICROCONTROLADOR PARA LA ETAPA DE CONTROL TABLA 12. CONEXIONES ENTRE LOS DISPOSITIVOS DEL PROTOTIPO

12 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1. TELEMETRÍA POR MEDIO DE LA TELEFONÍA MÓVIL CELULAR FIGURA 2. EJEMPLO DE SISTEMA DE CONTROL ON-OFF FIGURA 3. LAS CELDAS DISEÑADAS COMO HEXÁGONOS FIGURA 4. FRECUENCIAS DEL TECLADO DE UN TELÉFONO MÓVIL FIGURA 5. FRECUENCIAS DEL TECLADO NUMÉRICO (DMTF) FIGURA 6. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL DECODIFICADOR DE TONOS DTMF FIGURA 7. SENSOR DE TEMPERATURA LM FIGURA 8. MICROCONTROLADOR PIC16F84A FIGURA 9. ARQUITECTURA PIC16F84A FIGURA 10. ESQUEMA PIC16F877A FIGURA 11. ARQUITECTURA DEL PIC16F877A FIGURA 12. MULTIPROGRAMADOR DEL MÓDULO DE COMUNICACIONES E-BLOCKS FIGURA 13. TECLADO DEL MÓDULO DE COMUNICACIONES E-BLOCKS: 1.PLUG TIPO DB TECLADO MATRICIAL DE DATOS 3X FIGURA 14. MÓDULO DE GUÍA DE PROGRAMACIÓN LCD FIGURA 15. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL LCD FIGURA 16. LCD DEL MÓDULO DE COMUNICACIONES E-BLOCKS FIGURA 17. RS232 DEL MODULO DE COMUNICACIÓN E-BLOCKS FIGURA 18. BLOQUES PRINCIPAL EN UN SISTEMA INALÁMBRICO FIGURA 19. INTERFAZ ENTRE EL MÓDEM Y LA APLICACIÓN FIGURA 20. GM28, VISTA DESDE EL LADO IZQUIERDO

13 FIGURA 21. GM28, VISTA DESDE EL LADO DERECHO FIGURA 22. TRAMA TÍPICA DE RS FIGURA 23. CONECTORES DB FIGURA 24. TRANSMISIÓN Y RECEPCIÓN DEL RS FIGURA 25. CONFIGURACIÓN HABITUAL DE LOS CABLES FIGURA 26. CENTRO DE SERVICIO SMS FIGURA 27. CENTRO DE SERVICIO SMS FIGURA 28. EL SERVICIO SMS SM MO Y MT FIGURA 29. ARQUITECTURA DE RED FIGURA 30. ARQUITECTURA DE RED EN 4 CAPAS FIGURA 31. CAPA SM-TL FIGURA 32. DIAGRAMA EN BLOQUES DEL PROTOTIPO FIGURA 33. MODEM GSM/GPRS FIGURA 34. DECODIFICADOR DE TONOS MT FIGURA 35. MICROCONTROLADOR PIC16F84 PARA LA PARTE DE CONTROL FIGURA 36. CIRCUITO DE CONTROL DE LAS DIFERENTES CARGAS (L1) FIGURA 37. CIRCUITO PARA LA PARTE CONTROL Y SENSORES FIGURA 38. MICROCONTROLADOR PARA LA TELEMETRÍA FIGURA 39. ENVIÓ DE INFORMACIÓN SMS FIGURA 40. CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA FIGURA 41. ESQUEMA PARA LA PARTE DE TELEMETRÍA. ELEMENTOS FIGURA 42. MULTIPROGRAMADOR PICMICRO EB

14 FIGURA 43. ESQUEMA DEL MULTIPROGRAMADOR PICMICRO EB FIGURA 44. ESQUEMA DEL KEYPAD EB FIGURA 45. ESQUEMA DEL LCD EB FIGURA 46. CIRCUITO PARA EL RS FIGURA 47. PUERTO RJ11 ALIMENTACIÓN. FIGURA 48. CONECTOR DE AUDIO RJ FIGURA 49. DIAGRAMA DE LA ESTRUCTURA GENERAL DEL PROGRAMA FIGURA 50. ELECCIÓN MICROCONTROLADOR FIGURA 51. CONFIGURACIÓN MICROCONTROLADOR FIGURA 52. PARÁMETROS DE CONFIGURACIÓN SOFTWARE PPP FIGURA 53. ICONOS A UTILIZAR FIGURA 54. DISPOSITIVO LCD EB005 EN FLOWCODE FIGURA 55. DISPOSITIVO KEYPAD EB014 EN FLOWCODE FIGURA 56. DISPOSITIVO RS232 EB015 EN FLOWCODE FIGURA 57. PROPIEDADES DEL COMPONENTE RS FIGURA 58. CONEXIÓN DISPLAY LCD EN FLOWCODE FIGURA 59. CONEXIÓN KEYPAD EN FLOWCODE FIGURA 60. MACROS DEL COMPONENTE RS FIGURA 61. MACROS DEL COMPONENTE LCD FIGURA 62. MACROS DEL COMPONENTE KEYPAD FIGURA 63. INICIALIZACIÓN DEL COMANDO DE ATENCIÓN AT FIGURA 64. CONFIGURACIÓN DETALLE MODO FIGURA 65. CONFIGURACIÓN DE PARÁMETROS DE MODO TEXTO

15 FIGURA 66. CONFIGURACIÓN DEL MENSAJE EN MODO TEXTO FIGURA 67. CONFIGURACIÓN DEL NÚMERO CELULAR FIGURA 68. CUERPO DEL MENSAJE DE TEXTO FIGURA 69. DISEÑO COMPLETO DEL PROTOTIPO FIGURA 70. SISTEMA DE CONTROL Y SENSORES FIGURA 71. SISTEMA DE TELEMETRÍA FIGURA 72. IMPLEMENTACIÓN DEL PROTOTIPO COMPLETO FIGURA 73. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA PARA EL VEHÍCULO

16 INTRODUCCIÓN Uno de los campos que ha registrado mayor evolución en los últimos años, han sido los sistemas de telecomunicación, especialmente la telefonía móvil, que día tras día ofrece más servicios a los usuarios. Por ejemplo la telefonía IP, paquetes de datos, redes Wi-Fi, mensajes de texto, mensajes multimedia, bluetooth, reproductores de música y videos, televisión análoga, banca virtual, sistemas de información, entre otros. Según Infonetic Research, los operadores de telefonía móvil se convierten cada vez más en proveedores de servicios multimedia integrados, generando soluciones de voz y datos para empresas, público general y redes en casa. De esta forma, intentan atender la demanda cada vez mayor de los usuarios, que en 2010 llegarán a ser millones en todo el mundo, [1]. Dentro del panorama de las comunicaciones, aparecen los sistemas de transmisión de datos inalámbricos, estos sistemas son particularmente apropiados para aplicaciones de telemetría o de computadoras portátiles, lo cual permite movilidad, con las ventajas de estar conectados a una red [2] El presente trabajo implementó un prototipo de telemetría, control y seguridad para vehículos, utilizando como medio de comunicación las redes móviles, a través de una llamada al número del vehículo podrá obtener controles del mismo tales como: activar o desactivar la alarma, abrir o cerrar los seguros, encender o apagar el vehículo, encender o apagar el aire acondicionado, abrir la bodega o el capo, solicitar información de variables físicas del vehículo como la temperatura, niveles de gasolina o aceite. La información de su estado se envía por mensajes de texto al teléfono móvil del usuario. Este trabajo no solo brinda una excelente oportunidad para contribuir al crecimiento del portafolio de servicios de la telefonía móvil, en el que se puede extender a campos en vía de desarrollo como la seguridad, la telemetría y el control, sino que además contribuye a la economía del País, El sector de las telecomunicaciones en Colombia, como ha sucedido en muchos países del mundo, es un sector que aporta importantes recursos al Producto Interno Bruto Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 16

17 (PIB) y que generalmente ha presentado crecimientos superiores al promedio de la economía nacional [3]. Se plantea entonces como proyecto de grado, esta propuesta PROTOTIPO DE UN SISTEMA DE TELEMETRIA Y CONTROL PARA SEGURIDAD EN VEHICULOS, SOPORTADO EN REDES MOVILES ; la cual esta organizada por capítulos, los cuales se encuentran distribuidos de la siguiente manera: en el capítulo I se describe la formulación del proyecto. En el capítulo II se describe el marco contextual. En el capítulo III se describe la teoría base del proyecto. En el capítulo IV se hace referencia al diseño con base en la teoría. En el capitulo V se describe la implementación con base al diseño y finalmente se encuentran las conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 17

18 CAPITULO I 1. FORMULACIÓN DEL PROYECTO 1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Los sistemas de alarmas comunes no permiten tener un control total del usuario sobre el estado del vehículo, ya que dependen de la emisión de señales audibles en un rango limitado para su alcance. Otros sistemas de alarmas permiten tener el control de activación de la alarma y bloqueos por medio de radio frecuencias, en el que si se llegara a presentar un evento envía información sobre la activación al control de la alarma con un alcance aproximado de 500 metros, siendo muy limitados en el control a grandes distancias y solicitud de información adicional que requiera el usuario. Cabe resaltar que existen alarmas con algunas características similares en cuanto a distancia soportada en redes móviles, pero con las desventajas de ser muy costosas por consiguiente poco accesibles. Este proyecto surgió de la necesidad de diseñar un prototipo de un sistema de seguridad para vehículos con la ventaja adicional de obtener información sobre el estado actual del mismo, por medio del teléfono celular del usuario soportado con la tecnología GSM y recepción de la información a través de un mensaje de texto SMS. Lo cual permitirá el control de otras variables como control del nivel de gasolina, temperatura, entre otros. También da un aporte al medio ambiente en la disminución de la contaminación electrónica situación que se está agravando mundialmente [4], reutilizando antiguos teléfonos celulares que soporten el estándar GSM, adaptándolos electrónicamente para su funcionamiento en el prototipo. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 18

19 1.2 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Diseñar un prototipo de telemetría y control para la seguridad de vehículos, soportado en redes móviles OBJETIVOS ESPECÍFICOS Integrar cada uno de los dispositivos del módulo E-Blocks al sistema de telemetría. Diseñar y programar el circuito electrónico del microcontrolador del modulo de control y sensores. Programar las instrucciones en el microcontrolador del modulo de telemetría que permita sensar y enviar la información al dispositivo celular. Integrar los módulos de telemetría y control para realizar pruebas de funcionamiento. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 19

20 1.3 JUSTIFICACIÓN La importancia de desarrollar el proyecto PROTOTIPO DE UN SISTEMA DE TELEMETRIA Y CONTROL PARA SEGURIDAD EN VEHICULOS, SOPORTADO EN REDES MOVILES ; brinda la oportunidad de generar el diseño de un sistema de alarma para vehículos, donde se utiliza un módulo de comunicaciones suministrado por el laboratorio de telecomunicaciones de la UCPR. Este podrá ser intervenido por los estudiantes de ingeniaría de sistemas y telecomunicaciones ya que a través de nuevas ideas se realizaran mejoras innovadoras; esto contando con la utilización de los equipos con que posee la Universidad. Dicho prototipo da una solución a los sistemas de alarma comunes que se encuentran hoy instalados en los vehículos, ya que le permite al propietario de este tener control de sus actividades por medio de su teléfono celular, brindándole comodidad y alcance en cualquier parte del país donde exista cobertura de telefonía celular. Por esta razón el prototipo le va a permitir a los propietarios de los vehículos estar informados de su estado y ejercer un control del mismo. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 20

21 1.4 PLANTEAMIENTO DE HIPÓTESIS La inseguridad y los robos de vehículos, con sistemas de alarmas que no le permite a los propietarios un control personalizado, plantea la posibilidad de desarrollar, implementar o crear nuevas soluciones utilizando los diferentes tipos de tecnología y medios que están disponibles. Actualmente este valor agregado para la seguridad eficiente solo puede ser adquirido por personas que tienen buena capacidad económica. Es por esta razón que la mayoría de los usuarios de vehículos utilizan alarmas convencionales con un mínimo grado de seguridad en un país en que las cifras de crecimiento de robo vehicular han incrementado [6]. Otro aspecto que tiene gran importancia, es el relacionado con el medio ambiente ya que teniendo en cuenta el avance tecnológico del sistema de telefonía celular y sus dispositivos móviles, ha generado que la contaminación electrónica por dispositivos celulares incremente causando efectos negativos sobre el medio ambiente ya que no se ha creado esa conciencia sobre el impacto que esto puede generar [5] Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 21

22 1.5 IDENTIFICACIÓN DE VARIABLES Y CATEGORIAS DE ANÁLISIS Para este proyecto se identificaron variables electrónicas, de sistemas y telecomunicaciones. Que están clasificadas en las siguientes categorías. ELECTRÓNICAS Voltajes. Corrientes. SISTEMAS Digitales números binarios TELECOMUNICACIONES Telemetría. Control. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 22

23 1.6 PRESUPUESTO Tabla 1. Presupuesto de la tesis: Prototipo de un sistema de telemetría y control para seguridad en vehículos, soportado en redes móviles. Material Cantidad Valor unitario Total Resistencias 20 $ 100 $ Condensadores 10 $ 300 $ Cristales 4 $ $ Microcontroladores Pic16f877a, Pic16f84a 2 $ $ Decodificador de tonos Mt $ $ LCD 16X2 1 $ $ Teclado Matricial 1 $ $ Max232 RS232 1 $ $ Regulador de Voltaje 2 $ $ Sensor de Temperatura Lm35 1 $ $ Fuente de poder 1 $ $ Teléfono Celular 1 $ $ TOTAL $ Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 23

24 1.7 CRONOGRAMA Tabla 2. Cronograma para el desarrollo del prototipo. Actividad Consulta de Bibliografía Requerimientos del sistema Análisis del Prototipo Diseño del prototipo Implementación del prototipo Documentación del Proyecto Entrega y sustentación del trabajo de grado Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun X X X X X X X X X X X X X X X X X Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 24

25 CAPITULO II 2. MARCO CONTEXTUAL 2.1 CONTEXTO Económico Actualmente la telefonía celular se caracteriza por ser uno de los negocios más grandes y rentables del mundo, ya que con los avances de la tecnología, los usuarios cada vez tienen más oportunidades de adquirir nuevos y avanzados servicios en sus teléfonos celulares. Es por eso que este proyecto puede ser un gran aporte al portafolio de servicios que adquieren los usuarios de la telefonía celular ya que por medio de éste, se brinda la oportunidad de adquirir un sistema de seguridad para sus vehículos, con la ventaja de facilitarle información adicional sobre el estado actual del vehículo, todo a través de un mensaje de texto, permitiéndole al usuario tener un mejor control y programar sus actividades de acuerdo a lo que debe hacer después de obtener esta información. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 25

26 2.1.2 SOCIAL Uno de los principales motivos para el desarrollo de este proyecto fue la carencia de opciones que ofrecen las alarmas comunes, que han sido instaladas en la mayoría de los vehículos en Colombia, estas no brindan al usuario la información necesaria del estado de su vehículo y por consiguiente se observa con frecuencia que la alarma se activaba y el propietario tiene que estar cerca de su carro o no podría escuchar el sonido de la alarma. De acuerdo a datos reportados por el Departamento de Investigación Judicial DIJIN, [6], en Colombia han aumentado los robos de vehículos. Es esta una de los aportes en lo social de este proyecto, el cual pretende dar una alternativa de mayor seguridad y monitoreo constante de su vehículo, sin importar el lugar donde se encuentre, permitiéndole actuar de una manera rápida ante cualquier novedad. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 26

27 2.1.3 CULTURAL El significado de la evolución tecnológica entraña cambios tales que exige una reflexión sobre la adecuación o inadecuación de las culturas tecnológicas que se presentan en los diferentes campos de la sociedad resultado de este avance, por ello se puede deducir que el entorno en el que el hombre vive forma parte de su cultura y la tecnología impacta en la forma en que éste se desarrolla. En cuanto al contexto cultural de este proyecto fue dirigido a las nuevas culturas tecnológicas que se están viviendo en nuestro país. Teniendo en cuenta que cada vez es más fácil acceder a los medios tecnológicos que se han desarrollado en el mundo para las comunicaciones, recreación, información, interacción, etc. Hoy en día los teléfonos móviles celulares, ofrecen diferentes servicios para sus clientes, y con el fin de contribuir con estos nuevos servicios se presenta este proyecto para que los usuarios y propietarios de vehículos puedan tener información y control por medio de sus TMC. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 27

28 2.1.4 POLÍTICO Los retos que se plantean para el país en materia de Ciencia, Tecnología e Innovación -CTI-, son diversos y cambiantes, entre ellos se cuentan: la competitividad, la búsqueda de alternativas tecnológicas para la generación de empleo y la respuesta desde el conocimiento a problemas geopolíticos y neo económicos como el aprovechamiento y protección de la biodiversidad. Por esta razón, Colciencias a través del Sistema Nacional de Ciencia y Tecnología - SNCTI-, plantea una política que se construye permanentemente de manera participativa por parte de la comunidad científica, instituciones gubernamentales y la sociedad civil. En Colombia la construcción permanente de la política de Ciencia, Tecnología e Innovación ha tenido como resultados: el apoyo a la consolidación de investigación en universidades, centros y grupos de investigación; la formación de recursos humanos; el apoyo a la innovación: articulación del sistema; y el desarrollo de la información [7]. Por tal razón este proyecto tiene mucho futuro, porque las políticas del país, han permitido el desarrollo de nuevas aplicaciones para la tecnología en este caso en la telefonía móvil celular. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 28

29 2.1.5 ORGANIZACIONAL Las tecnologías y en especial las telecomunicaciones tienen un gran impacto sobre las organizaciones, su funcionamiento y estructuración ante otras organizaciones determinan el comportamiento de las empresas hacia el futuro. La tecnología se convirtió en sinónimo de eficiencia y actualmente se está constituyendo como un factor importante de normatividad apuntando siempre a la calidad, evaluándose continuamente para el mejoramiento a futuro. La tecnología crea incentivos en todas las empresas, para ser cada vez más eficientes y eficaces. La tendencia actual es a automatizar los procesos de tal forma que se facilite el trabajo que se realiza en la organización, la búsqueda de la calidad, el posicionamiento del producto en el mercado, la presencia en el ámbito mundial, esto sin duda alguna requieren de la adopción de las tecnologías por todos los miembros de la organización, sin importar la generación. Ya que, no basta con adquirir la tecnología, también se requiere de la actitud y disposición del personal para lograr incrementar la productividad, alcanzando los objetivos gerenciales de la organización los cueles son la razón de ser y existir de las instituciones. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 29

30 CAPÍTULO III 3. MARCO TEÓRICO 3.1 TELEMETRÍA Es una tecnología que permite la medición remota de magnitudes físicas y el posterior envío de la información hacia el operador del sistema. La palabra telemetría procede de las palabras griegas tele ("lejos") y metrón ("medida"). La telemetría es una de las áreas de la ingeniería que está orientada a la medición de cualquier cantidad física, utilizando interfaces electrónicas que conectadas a través de alguna línea de transmisión ya sea un medio guiado o no guiado permiten enviar la información a un centro de gestión. Gracias a la telemetría, la telegestión es posible en los procesos industriales porque a partir de estos datos transmitidos se puede realizar un procesamiento adecuado para obtener modelos estadísticos de comportamiento del sistema, y según el análisis de toda la información, los procesos van mejorando cada vez más y esto conlleva a un mejoramiento continuo dentro de la compañía que posea un sistema de telemetría y telegestión de distintas variables para cualquier proceso industrial. En el que también se debe ligar con la instrumentación. La instrumentación es un campo de la ingeniería desarrollado para que todos los procesos, automatizados o no, funcionen de acuerdo con parametrizaciones, las cuales se basan en máquinas diseñadas por el hombre; para entender la variación de los distintos fenómenos físicos dentro de un proceso, y de acuerdo con ello tomar la posición preventiva o correctiva dentro de un modelo de gestión [8]. También se puede decir que la Telemetría es una técnica automatizada de las comunicaciones con la ayuda de que las mediciones y recopilación de datos se realizan en lugares remotos y de transmisión para la vigilancia. Esta técnica utiliza comúnmente transmisión inalámbrica, aunque original de los sistemas de transmisión utilizados por cable. Los usos más importantes de telemetría han sido la recopilación de datos del clima, supervisión de plantas de generación de energía y hacer el seguimiento de vuelos espaciales tripulados y no tripulados. Un sistema de telemetría normalmente consiste de un transductor como un dispositivo de entrada, un medio de transmisión en forma de líneas de cable o las Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 30

31 ondas de radio, dispositivos de procesamiento de señales, y dispositivos de grabación o visualización de datos. El transductor convierte una magnitud física como la temperatura, presión o vibraciones en una señal eléctrica correspondiente, que es transmitida a una distancia a efectos de medición y registro. En el que se pueden hacer diferentes desarrollos. El uso la telemetría en el área aeronáutica se remonta a la década de 1930, cuando se utilizó un globo como equipo para recopilar datos sobre las condiciones atmosféricas. Esta forma de telemetría se amplió para su uso en los satélites de observación en la década de La Telemetría en la biomedicina, busca fundamentalmente recopilar datos provenientes de los órganos internos de un paciente a través de los dispositivos que se implantan quirúrgicamente dentro de ese órgano. Otro apasionante campo de aplicación es el de la oceanografía, que implica la recopilación de datos remotamente relacionadas con los aspectos bajo el mar, como la composición química de las rocas submarinas o su comportamiento sísmico [9]. A continuación se muestra un esquema de la telemetría celular, parte fundamental para el desarrollo de este proyecto. Figura 1. Telemetría por medio de la Telefonía Móvil Celular. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 31

32 3.2 CONTROL Los sistemas de control son aquellos dedicados a obtener la salida deseada de un sistema o proceso. En un sistema general se tienen una serie de entradas que provienen del sistema a controlar, llamado planta, y se diseña un sistema para que, a partir de estas entradas, modifique ciertos parámetros en el sistema planta, con lo que las señales anteriores volverán a su estado normal ante cualquier variación. El control por realimentación tiene una larga historia que comenzó con el deseo primordial de los seres humanos de dominar los materiales y las fuerzas de la naturaleza en su provecho. Los primeros ejemplos de dispositivos de control incluyen los sistemas de regulación de relojes y los mecanismos para mantener los molinos de viento orientados en la dirección del viento. Las plantas industriales modernas poseen sofisticados sistemas de control que son cruciales para su operación correcta. Un mejor control es la clave tecnológica para lograr productos de mayor calidad, minimización de desperdicios, protección del medio ambiente mayor rendimiento de la capacidad instalada mayores márgenes de seguridad. La interconexión de sensores y actuadores requieren el uso de sistemas de comunicación. Una planta típica va a tener miles de señales diferentes que deben ser transmitidas a largas distancias. Así, el diseño de sistemas de comunicación y sus protocolos asociados es un aspecto cada vez más importante de la ingeniería de control moderna. En los sistemas de control modernos la interconexión de sensores y actuadores se hace invariablemente a través de una computadora de algún tipo. Por lo tanto, los aspectos computacionales son necesariamente una parte del diseño general. Los sistemas de control actuales usan una gama de dispositivos de cómputo, que incluyen DCS (sistemas de control distribuido), PLC (controladores lógicos programables), PC (computadoras personales), entre otros. La salida del controlador ON-OFF, o de dos posiciones, solo puede cambiar entre dos valores al igual que dos estados de un interruptor. El controlador no tiene la capacidad para producir un valor exacto en la variable controlada para un valor de Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 32

33 referencia dado pues el controlador produce una continua desviación del valor de referencia. La acción del controlador de dos posiciones tiene un simple mecanismo de construcción, por esa razón este tipo de controladores es de los de más amplio uso, y comúnmente utilizados en sistemas de regulación de temperatura. Los controladores mecánicos de dos posiciones normalmente posee algo de histéresis, por el contrario los controladores electrónicos usualmente funcionan sin histéresis. La histéresis está definida como la diferencia entre los tiempos de apagado y encendido del controlador. Para determinar la regulación del controlador, son importantes los parámetros amplitud y período de tiempo de la oscilación. La oscilación depende de muchos factores, el período de tiempo está en función del tiempo muerto del sistema y la posible histéresis del controlador. La histéresis también está directamente influenciada por la amplitud de la oscilación la cual es adicionalmente dependiente de los valores del factor de histéresis Kis y la magnitud del escalón en la variable de entrada. A Continuacion se presenta en la Figura 2. Un sistema de control On-Off, donde las cargas en este caso son unidades de ventiladores. Figura 2. Ejemplo de Sistema de Control On-Off. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 33

34 3.3 REDES MÓVILES CELULARES Historia de la telefonía Móvil Celular. Martin Cooper fue el pionero en esta tecnología, a él se le considera como "el padre de la telefonía celular" al introducir el primer radioteléfono, en 1973, en Estados Unidos, mientras trabajaba para Motorola; pero no fue hasta 1979 cuando aparecieron los primeros sistemas comerciales en Tokio, Japón por la compañía NTT. En 1981, los países nórdicos introdujeron un sistema celular similar a AMPS (Advanced Mobile Phone System). Por otro lado, en Estados Unidos, gracias a que la entidad reguladora de ese país adoptó reglas para la creación de un servicio comercial de telefonía celular, en 1983 se puso en operación el primer sistema comercial en la ciudad de Chicago. Con ese punto de partida, en varios países se diseminó la telefonía celular como una alternativa a la telefonía convencional inalámbrica. La tecnología tuvo gran aceptación, por lo que a los pocos años de implantarse se empezó a saturar el servicio. En ese sentido, hubo la necesidad de desarrollar e implantar otras formas de acceso múltiple al canal y transformar los sistemas analógicos a digitales, con el objeto de darles cabida a más usuarios. Para separar una etapa de la otra, la telefonía celular se ha caracterizado por contar con diferentes generaciones. A continuación, se describe cada una de ellas Generaciones de la Telefonía Móvil Celular TMC Primera generación (1G) La 1G de la telefonía móvil hizo su aparición en 1979 y se caracterizó por ser analógica y estrictamente para voz. La calidad de los enlaces era muy baja, tenían baja velocidad (2400 bauds). En cuanto a la transferencia entre celdas, era muy imprecisa ya que contaban con una baja capacidad (Basadas en FDMA, Frequency Division Multiple Access) y, además, la seguridad no existía. La tecnología predominante de esta generación es AMPS (Advanced Mobile Phone System). Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 34

35 Segunda generación (2G) La 2G arribó hasta 1990 y a diferencia de la primera se caracterizó por ser digital. EL sistema 2G utiliza protocolos de codificación más sofisticados y se emplea en los sistemas de telefonía celular actuales. Las tecnologías predominantes son: GSM (Global System por Mobile Communications); IS-136 (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136) y CDMA (Code Division Multiple Access) y PDC (Personal Digital Communications), éste último utilizado en Japón. Los protocolos empleados en los sistemas 2G soportan velocidades de información más altas por voz, pero limitados en comunicación de datos. Se pueden ofrecer servicios auxiliares, como datos, fax y SMS (Short Message Service). La mayoría de los protocolos de 2G ofrecen diferentes niveles de encripción. En Estados Unidos y otros países se le conoce a 2G como PCS (Personal Communication Services). Generación 2.5 G Muchos de los proveedores de servicios de telecomunicaciones se moverán a las redes 2.5G antes de entrar masivamente a la 3. La tecnología 2.5G es más rápida, y más económica para actualizar a 3G. La generación 2.5G ofrece características extendidas, ya que cuenta con más capacidades adicionales que los sistemas 2G, como: GPRS (General Packet Radio System), HSCSD (High Speed Circuit Switched), EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution), IS-136B e IS-95Bm entre otros. Tercera generación 3G. La 3G se caracteriza por contener a la convergencia de voz y datos con acceso inalámbrico a Internet; en otras palabras, es apta para aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 35

36 Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan altas velocidades de información y están enfocados para aplicaciones más allá de la voz como audio (mp3), video en movimiento, videoconferencia y acceso rápido a Internet, sólo por nombrar algunos. Se espera que las redes 3G empiecen a operar en el 2001 en Japón, por NTT DoCoMo; en Europa y parte de Asia en el 2002, posteriormente en Estados Unidos y otros países. Asimismo, en un futuro próximo los sistemas 3G alcanzarán velocidades de hasta 384 kbps, permitiendo una movilidad total a usuarios, viajando a 120 kilómetros por hora en ambientes exteriores. También alcanzará una velocidad máxima de 2 Mbps, permitiendo una movilidad limitada a usuarios, caminando a menos de 10 kilómetros por hora en ambientes estacionarios de corto alcance o en interiores. En relación a las predicciones sobre la cantidad de usuarios que podría albergar 3G, The Yanlee Gropu anticipa que en el 2004 habrá más de 1,150 millones en el mundo, comparados con los 700 millones que hubo en el Dichas cifras nos anticipan un gran número de capital involucrado en la telefonía inalámbrica, lo que con mayor razón las compañías fabricantes de tecnología, así como los proveedores de servicios de telecomunicaciones estarán dispuestos a invertir su capital en esta nueva aventura llamada 3G. Cuarta generación 4G. La telefonía móvil 4G es una tecnología de telefonía móvil que utilizará el estándar UMTS para transmitir información a velocidades teóricas del orden de 100 Mbps. 3.4 Tecnologías TMC La tecnología FDMA separa el espectro en distintos canales de voz, al separar el ancho de banda en pedazos (frecuencias) uniformes. La tecnología FDMA es mayormente utilizada para la transmisión analógica. Esta tecnología no es recomendada para transmisiones digitales, aun cuando es capaz de llevar información digital. La tecnología TDMA comprime las conversaciones (digitales), y las envía cada una utilizando la señal de radio por un tercio de tiempo solamente. La compresión de la señal de voz es posible debido a que la información digital puede ser Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 36

37 reducida de tamaño por ser información binaria (unos y ceros). Debido a esta compresión, la tecnología TDMA tiene tres veces la capacidad de un sistema analógico que utilice el mismo número de canales. La tecnología CDMA es muy diferente a la tecnología TDMA. La CDMA, después de digitalizar la información, la transmite a través de todo el ancho de banda disponible. Varias llamadas son sobrepuestas en el canal, y cada una tiene un código de secuencia único. Usando la tecnología CDMA, es posible comprimir entre 8 y 10 llamadas digitales para que estas ocupen el mismo espacio que ocuparía una llamada en el sistema analógico. De la evolución de estas generaciones, enunciamos a continuación los tipos de tecnología comúnmente usadas para transmitir información en las redes: Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA, por sus siglas en inglés). Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA, por sus siglas en inglés). Acceso múltiple por división de código (CDMA, por sus siglas en inglés). La diferencia primordial entre estas tecnologías se encuentra en el método de acceso, el cual varía entre: Frecuencia, utilizada en la tecnología FDMA Tiempo, utilizado en la tecnología TDMA Códigos únicos, que se proveen a cada llamada en la tecnología CDMA. La primera parte de los nombres de las tres tecnologías (Acceso múltiple), significa que más de un usuario (múltiple) puede usar (acceder) cada celda. 3.5 GSM La tecnología GSM es un sistema que está en constante evolución. Una de sus grandes fortalezas es la capacidad de roaming internacional que tiene. Esto ofrece a los consumidores tener el mismo número telefónico en más de 159 países. La tecnología satelital GSM ha extendido su servicio ofreciendo cobertura a los territorios que no cuentan con ningún tipo de telefonía o manera de comunicarse. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 37

38 Diferencia técnica de esta tecnología. GSM se diferencia de los sistemas inalámbricos de primera generación porque usa tecnología digital y métodos de ofrecen múltiples accesos de transmisión con división de tiempos. La voz es digitalmente codificada por única vía, lo que emula las características del lenguaje humano. El método de transmisión permite la transmisión de una gran cantidad de datos a buena velocidad. Evolución de la tecnología GSM. Los servicios de alta banda ancha están siendo disponibles a través de tecnologías que pertenecen a la segunda generación. El desarrollo hacia la tercera generación está claramente trazado y trae consigo la posibilidad aplicaciones sofisticadas en multimedia y datos. El estándar GSM continuará evolucionando con sistemas inalámbricos y satelitales que ofrecen más y mejores servicios. Esto incluye alta velocidad, servicios de datos multimedia apoyando paralelamente el uso de servicios integrados con Internet y redes alámbricas. La Tercera Generación. Es el término que se usa para la siguiente generación de sistemas móviles de comunicación. Este nuevo sistema provee mejores servicios a los ya existentes de voz, texto y datos. Los conceptos para los sistemas de tercera generación están siendo desarrollados por grupos globales como el Third Generation partnership Project (3GPP). La visión de la asociación GSM de la tercera generación está basada en los estándares actuales de GSM, pero evoluciona a incluir una interfase de radio adicional mejor adaptado con mayor velocidad y servicios de datos multimedia. Servicios de la tercera generación. Ofrece transmisión de video en línea, acceso con alta velocidad a Internet, multimedia. La principal ventaja de los sistemas de tercera generación es que ofrecen servicios con capacidades que incluyen una mejor capacidad, calidad y mayor velocidad en transmisión de datos de lo que ofrecen otras generaciones. Los sistemas 3G incluyen el uso simultáneo de múltiples servicios y son el puente entre lo inalámbrico y lo fijo. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 38

39 3.5.1 Funcionamiento de la Telefonía Móvil celular (TMC). La gran idea del sistema celular es la división de la ciudad en pequeñas células o celdas. Esta idea permite la re-utilización de frecuencias a través de la ciudad, con lo que miles de personas pueden usar los teléfonos al mismo tiempo. En un sistema típico de telefonía análoga de los Estados Unidos, la compañía recibe alrededor de 800 frecuencias para usar en cada ciudad. La compañía divide la ciudad en celdas. Cada celda generalmente tiene un tamaño de 26 kilómetros cuadrados. Las celdas son normalmente diseñadas como hexágonos (figuras de seis lados), en una gran rejilla de hexágonos. Figura 3. Las celdas diseñadas como hexágonos Cada celda tiene una estación base que consiste de una torre y un pequeño edificio que contiene el equipo de radio. Cada celda en un sistema análogo utiliza un séptimo de los canales de voz disponibles. Eso es, una celda, más las seis celdas que la rodean en un arreglo hexagonal, cada una utilizando un séptimo de los canales disponibles para que cada celda tenga un grupo único de frecuencias y no haya colisiones, como por ejemplo: Un proveedor de servicio celular típicamente recibe 832 radio frecuencias para utilizar en una ciudad. Cada teléfono celular utiliza dos frecuencias por llamada, por lo que típicamente hay 395 canales de voz por portador de señal. (las 42 frecuencias restantes son utilizadas como canales de control). Por lo tanto, cada celda tiene alrededor de 56 canales de voz disponibles. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 39

40 En otras palabras, en cualquier celda, pueden hablar 56 personas en sus teléfonos celulares al mismo tiempo. Con la transmisión digital, el número de canales disponibles aumenta. Por ejemplo el sistema digital TDMA puede acarrear el triple de llamadas en cada celda, alrededor de 168 canales disponibles simultáneamente. Los teléfonos celulares tienen adentro transmisores de bajo poder. Muchos teléfonos celulares tienen dos intensidades de señal: 0.6 watts y 3.0 watts (en comparación, la mayoría de los radios de banda civil transmiten a 4 watts.) La estación central también transmite a bajo poder. Los transmisores de bajo poder tienen dos ventajas: Las transmisiones de la base central y de los teléfonos en la misma celda no salen de ésta. Por lo tanto, cada celda puede re-utilizar las mismas 56 frecuencias a través de la ciudad. El consumo de energía del teléfono celular, que generalmente funciona con baterías, es relativamente bajo. Una baja energía significa baterías más pequeñas, lo cual hace posibles los teléfonos celulares. La tecnología celular requiere un gran número de bases o estaciones en una ciudad de cualquier tamaño. Una ciudad grande puede llegar a tener cientos de torres. Cada ciudad necesita tener una oficina central la cual maneja todas las conexiones telefónicas a teléfonos convencionales, y controla todas las estaciones de la región. 3.6 TONOS DTMF (Dial Tone Multy Frequency) En la telefonía móvil cada número del teclado es enviado por medio de una secuencia de dos tonos simultáneos, cada botón del teclado tiene dos tonos asociados: uno de alta frecuencia y el otro de frecuencia más baja tal como se puede observar en la Figura 4. Por ejemplo al oprimir el 4, se transmite un tono de 1209 Hz y otro de 770 HZ. En la figura 4 se puede observar un diagrama del teclado con la respectiva asignación de frecuencias para cada tecla. Con un circuito decodificador de estos tonos, es posible convertir estas señales analógicas a digitales y realizar procesos de control de cargas eléctricas por medio de lógica secuencial. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 40

41 Figura 4. Frecuencias del teclado de un teléfono móvil. En telefonía, el sistema de marcación por tonos, también llamado sistema multifrecuencial o DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency), consiste en lo siguiente: Cuando el usuario pulsa en el teclado de su teléfono la tecla correspondiente al dígito que quiere marcar, se envían dos tonos, de distinta frecuencia, que la central descodifica a través de filtros especiales, detectando instantáneamente que dígito se marcó. La Marcación por tonos fue posible gracias al desarrollo de circuitos integrados que generan estos tonos desde el equipo Terminal, consumiendo poca corriente de la red y sustituyendo el sistema mecánico de interrupción-conexión (el anticuado disco de marcar). Este sistema supera al de marcación por pulsos por cuanto disminuye la posibilidad de errores de marcación, al no depender de un dispositivo mecánico. Por otra parte es mucho más rápido ya que no hay que esperar tanto tiempo para que la central detecte las interrupciones, según el número marcado. No obstante, las modernas centrales telefónicas de conmutación digital, controladas por ordenador, siguen admitiendo la conexión de terminales telefónicos con ambos tipos de marcación. En la tabla 3 se puede observar las frecuencias altas y bajas de cada tono. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 41

42 Tabla 3. Frecuencias del teclado DTMF Fre A/B 1209 Hz 1336 Hz 1477 Hz 1633 Hz 697 Hz A 770 Hz B 852 Hz C 941 Hz * 0 # D A continuación podemos apreciar las frecuencias del teclado DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency) Atenuación DTMF TONOS (db) Figura 5. Frecuencias del teclado numérico (DMTF) Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 42

43 3.7 DECODIFICADOR DE TONOS El MT8870 es un completo DTMF receptor de la integración de Banda y el filtro ambos son todas las funciones de descodificador digital. La sección de filtro utiliza conmutación de las técnicas de condensador para alta y baja filtros de grupo, el decodificador utiliza contando digitales técnicas para detectar y decodificar los 16 pares de tonos DTMF en un código de 4-bit. Recuento de Exteriores componente es reducirse al mínimo en la prestación de un chip de entrada diferencial amplificador, oscilador de reloj y con el seguro de tres estados de autobús interfaz. A continuación se muestra el diagrama en bloques del MT8870. Figura 6. Diagrama de bloques del decodificador de tonos DTMF. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 43

44 3.8 SENSOR DE TEMPERATURA LM35 Para sensar la temperatura para este proyecto se utilizo el LM35 de National Semiconductores, específicamente por ser un sensor de alta precisión y por su versatilidad en el diseño. El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC y un rango que abarca desde -55º a +150ºC. El sensor se presenta en diferentes encapsulados pero el más común es el TO-92 de igual forma que un típico transistor con 3 patas, dos de ellas para alimentarlo y la tercera nos entrega un valor de tensión proporcional a la temperatura medida por el dispositivo. Con el LM35 sobre la mesa los pines de frente y las letras del encapsulado hacia arriba tenemos que de izquierda a derecha los pines son: VCC - Vout - GND. La salida es lineal y equivale a 10mV/ºC por lo tanto: +1500mV = 150ºC +250mV = 25ºC -550mV = -55ºC Funcionamiento: Para hacernos un termómetro lo único que necesitamos es un voltímetro bien calibrado y en la escala correcta para que nos muestre el voltaje equivalente a temperatura. El LM35 funciona en el rango de alimentación comprendido entre 4 y 30 voltios. Podemos conectarlo a un conversor Analógico/Digital y tratar la medida digitalmente, almacenarla o procesarla con un µcontrolador o similar. Figura 7. Sensor de temperatura LM35 Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 44

45 3.9 MICROCONTROLADORES Recibe el nombre de controlador el dispositivo que se emplea para el gobierno de uno o varios procesos. Por ejemplo, el controlador que regula el funcionamiento de un horno dispone de un sensor que mide constantemente su temperatura interna y, cuando traspasa los límites prefijados, genera las señales adecuadas que accionan los efectores que intentan llevar el valor de la temperatura dentro del rango estipulado. Aunque el concepto de controlador ha permanecido invariable a través del tiempo, su implementación física ha variado frecuentemente. Hace tres décadas, los controladores se construían exclusivamente con componentes de lógica discreta, posteriormente se emplearon los microprocesadores, que se rodeaban con chips de memoria y E/S sobre una tarjeta de circuito impreso. En la actualidad, todos los elementos del controlador se han podido incluir en un chip, el cual recibe el nombre de microcontrolador. Realmente consiste en un sencillo pero completo computador contenido en el corazón (chip) de un circuito integrado. Un microcontrolador es un circuito integrado de alta escala de integración que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador. Un microcontrolador dispone normalmente de los siguientes componentes: Procesador o UCP (Unidad Central de Proceso). Memoria RAM para Contener los datos. Memoria para el programa tipo ROM/PROM/EPROM. Líneas de E/S para comunicarse con el exterior. Diversos módulos para el control de periféricos (temporizadores, Puertas Serie y Paralelo, CAD: Conversores Analógico/Digital, CDA: Conversores Digital/Analógico, etc.). Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de todo el sistema. Los productos que para su regulación incorporan un microcontrolador disponen de las siguientes ventajas: Aumento de prestaciones: un mayor control sobre un determinado elemento representa una mejora considerable en el mismo. Aumento de la fiabilidad: al reemplazar el microcontrolador por un elevado número de elementos disminuye el riesgo de averías y se precisan menos ajustes. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 45

46 Reducción del tamaño en el producto acabado: La integración del microcontrolador en un chip disminuye el volumen, la mano de obra y los stocks. Mayor flexibilidad: las características de control están programadas por lo que su modificación sólo necesita cambios en el programa de instrucciones. El microcontrolador es en definitiva un circuito integrado que incluye todos los componentes de un computador. Debido a su reducido tamaño es posible montar el controlador en el propio dispositivo al que gobierna. En este caso el controlador recibe el nombre de controlador empotrado (embedded controller) PIC16F84 Características del PIC16F84A En esta parte estudiaremos la estructura del PIC16F84A con el fin de entender mejor su funcionamiento. Empezaremos con una relación de sus principales características: Repertorio de 35 Instrucciones. Todas las instrucciones se ejecutan en un solo ciclo excepto las de salto que necesitan dos. Versiones para bajo consumo (16LF84A), de 4 MHz (PIC16F84A-04) y 20 MHz (PIC16F84A-20). Un ciclo máquina del PIC son 4 ciclos de reloj, por lo cual si tenemos un PIC con un cristal de 4 MHz, se ejecutarán 1 millón de instrucciones por segundo. Memoria de programa Flash de 1 K x 14 bits. Memoria RAM dividida en 2 áreas: 22 registros de propósito específico (SFR) y 68 de propósito general (GPR) como memoria de datos. 15 registros de funciones especiales. Memoria de datos RAM de 68 bytes (68 registros de proposito general). Memoria de datos EEPROM de 64 bytes. Contador de programa de 13 bit (lo que en teoría permitiría direccionar 4 KB de memoria, aunque el 16F84 solo dispone de 1KB de memoria implementada). Pila con 8 niveles de profundidad. Modos de direccionamiento directo, indirecto y relativo. ALU de 8 bits y registro de trabajo W del que normalmente recibe un operando que puede ser cualquier registro, memoria, puerto de Entrada/Salida o el propio código de instrucción. 4 fuentes de interrupciones: Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 46

47 o A través del pin RB0/INT. o Desbordamiento del temporizador TMR0. o Interrupción por cambio de estado de los pins 4:7 del Puerto B. o Completada la escritura de la memoria EEPROM de ciclos de borrado/escritura de la memoria EEPROM. 40 años de retención de la memoria EEPROM. 13 pins de E/S con control individual de dirección. PortA de 5 bits <RA0:RA4>. PortB de 8 bits <RB0:RB7>. Contador/Temporizador TMR0 de 8 bits con divisor programable. Power-on Reset (POR). Power-up Timer (PWRT). Oscillator Start-up Timer (OST). Watchdog Timer (WDT). Protección de código. Modo de bajo consumo SLEEP. Puede operar bajo 4 modos diferentes de oscilador. Programación en serie a través de dos pins. Tecnología de baja potencia y alta velocidad CMOS Flash/EEPROM. Características eléctricas máximas (no deben ser superadas y de mantenerse por un tiempo en algún máximo puede dañarse al PIC) o Temperatura ambiente máxima para funcionamiento de -55 C to +125 C. o Tensión máxima de VDD respecto a VSS de -0,3 a +7,5V. o Tensión de cualquier pin con respecto a VSS (excepto VDD, MCLR, y RA4) de -0,3V a (VDD + 0.3V). o Tensión en MCLR con respecto a VSS -0,3 a +14V. o Tensión en RA4 con respecto a VSS -0,3 a +8,5V. o Disipación de potencia total de 800 mw. o Máxima corriente de salida a VSS 150 ma. o Máxima corriente de salida de VDD 100 ma. o Máxima corriente del puerto "A" como fuente, 50 ma. o Máxima corriente del puerto "A" como sumidero, 80 ma. o Máxima corriente del puerto "B" como fuente, 100 ma. o Máxima corriente del puerto "B" como sumidero, 150 ma. o Máxima corriente que puede suministrar una sóla salida como fuente o sumidero, 25 ma. Rango de alimentación: o o 16LF84A: de 2 a 5,5 V en configuración de oscilador XT, RC y LP. 16F84A: de 4 a 5,5 v en configuración de oscilador XT, RC y LP. de 4,5 a 5.5 v en configuración de oscilador HS. Consumo típico: o 16LF84A: Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 47

48 o o de 1 a 4 ma en configuración de oscilador RC y XT (FOSC=2 MHz, VDD=5,5V). de 15 a 45 μa en configuración de oscilador LP (FOSC=32kHz, VDD=2V, WDT deshabilitado). 16F84A: de 1,8 a 4.5 ma en configuración de oscilador RC y XT (FOSC=4 MHz, VDD=5,5V). de 3 a 10 ma en configuración de oscilador RC y XT durante la programación de la FLASH (FOSC=4MHz, VDD=5,5V). 16F84A-20: de 10 a 20 ma en configuración de oscilador HS (FOSC=20 MHz, VDD=5,5V). Disposición y descripción de pines Disposición de pines: Disposición de los pines para encapsulado DIL 18: Figura 8. Microcontrolador PIC16F84A Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 48

49 Descripción de Pines Tabla 4. Descripción de pines del microcontrolador PIC16F84A Nombre Nº Tipo Descripción OSC1/CLKIN 16 I Entrada del oscilador a cristal/entrada de la fuente de reloj externa OSC2/CLKOUT 15 O Salida del oscilador a cristal. En el modo RC, es una salida con una frecuencia de ¼ OSC1 MCLR 4 I/P Reset/Entrada del voltaje de programación. RA0 17 I/O Puerto A bidireccional, bit 0 RA1 18 I/O Puerto A bidireccional, bit 1 RA2 1 I/O Puerto A bidireccional, bit 2 RA3 2 I/O Puerto A bidireccional, bit 3 RA4/T0CKI 3 I/O También se utiliza para la entra de reloj para el TMR0 RB0/INT 6 I/O Puerto B bidireccional, bit 0 Puede seleccionarse para entrada de interrupción externa RB1 7 I/O Puerto B bidireccional, bit 1 RB2 8 I/O Puerto B bidireccional, bit 2 RB3 9 I/O Puerto B bidireccional, bit 3 RB4 RB5 RB6 RB7 10 I/O 11 I/O 12 I/O 13 I/O Puerto B bidireccional, bit 4 Interrupción por cambio de estado Puerto B bidireccional, bit 5 Interrupción por cambio de estado Puerto B bidireccional, bit 6 Interrupción por cambio de estado Puerto B bidireccional, bit 7 Interrupción por cambio de estado Vss 5 P Tierra de referencia Vdd 14 P Alimentación Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 49

50 Arquitectura interna Las altas prestaciones de los microcontroladores PIC derivan de las características de su arquitectura. Están basados en una arquitectura tipo Harvard que posee buses y espacios de memoria por separado para el programa y los datos, lo que hace que sean más rápidos que los microcontroladores basados en la arquitectura tradicional de Von Neuman. Otra característica es su juego de instrucciones reducido (35 instrucciones) RISC, donde la mayoría se ejecutan en un solo ciclo de reloj excepto las instrucciones de salto que necesitan dos. Posee una ALU (Unidad Aritmético Lógica) de 8 bits capaz de realizar operaciones de desplazamientos, lógicas, sumas y restas. Posee un Registro de Trabajo (W) no direcciona, que usa en operaciones con la ALU. Figura 9. Arquitectura PIC16F84A Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 50

51 Dependiendo de la instrucción ejecutada, la ALU puede afectar a los bits acarreo, Acarreo Digital (DC) y Cero (Z) del Registro de Estado (STATUS). de La pila es de 8 niveles. No existe ninguna bandera que indique que esté llena, por lo que será el programador el que deberá controlar que no se produzca su desbordamiento. Este microcontrolador posee características especiales para reducir componentes externos con lo que se reducen los costos y se disminuyen los consumos. Posee 4 diferentes modos de oscilador, desde el simple circuito oscilador RC con lo que se disminuyen los costos hasta la utilización de un oscilador a cristal. En el modo SLEEP el consumo se reduce significativamente y puede despertarse al microcontrolador utilizando tanto interrupciones internas como externas y señal de reset. Además posee la función Watchdog Timer (Perro Guardian) que protege al micro de cuelgues debido a fallos software que produzcan bucles infinitos PIC 16F877A La Familia del PIC16F877 El microcontrolador PIC16F877 de Microchip pertenece a una gran familia de microcontroladores de 8 bits (bus de datos) que tienen las siguientes características generales que los distinguen de otras familias: Arquitectura Harvard, Tecnología RISC, Tecnología CMOS. Estas características se conjugan para lograr un dispositivo altamente eficiente en el uso de la memoria de datos y programa y por lo tanto en la velocidad de ejecución. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 51

52 Características generales del PIC16F877 La siguiente es una lista de las características que comparte el PIC16F877 con los dispositivos más cercanos de su familia: PIC16F873, PIC16F874, PIC16F876, PIC16F877. CPU RISC Sólo 35 instrucciones que aprender Todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo de reloj, excepto los saltos que requieren dos. Frecuencia de operación de 0 a 20 MHz (DC a 200 nseg de ciclo de instrucción). Hasta 8k x 14 bits de memoria Flash de programa Hasta 368 bytes de memoria de datos (RAM) Hasta 256 bytes de memoria de datos EEPROM Hasta 4 fuentes de interrupción Stack de hardware de 8 niveles Reset de encendido (POR) Timer de encendido (PWRT) Timer de arranque del oscilador (OST) Sistema de vigilancia Watchdog timer. Protección programable de código Modo SEP de bajo consumo de energía Opciones de selección del oscilador Programación y depuración serie In-Circuit (ICSP) a través de dos patitas Lectura/escritura de la CPU a la memoria flash de programa Rango de voltaje de operación de 2.0 a 5.5 volts Alta disipación de corriente de la fuente: 25mA Rangos de temperatura: Comercial, Industrial y Extendido Bajo consumo de potencia: Menos de 0.6mA a 3V, 4 Mhz 20 μa a 3V, 32 Khz menos de 1μA corriente de standby. Periféricos Timer0: Contador/Temporizador de 8 bits con pre-escalador de 8 bits Timer1: Contador/Temporizador de 16 bits con pre-escalador Timer0: Contador/Temporizador de 8 bits con pre-escalador y postescalador de 8 bits y registro de periodo. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 52

53 Dos módulos de Captura, Comparación y PWM Convertidor Analógico/Digital: de 10 bits, hasta 8 canales Puerto Serie Síncrono (SSP) Puerto Serie Universal (USART/SCI). Puerto Paralelo Esclavo (PSP): de 8 bits con líneas de protocolo Diagrama de Bloques del PIC16F877 En la siguiente Figura se muestra a manera de bloques la organización interna del PIC16F877, se muestra también el diagrama de pines, para tener una visión conjunta del interior y exterior del chip. Figura 10. Esquema PIC16F877A Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 53

54 Figura 11. Arquitectura del PIC16F877A Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 54

55 3.10 FLOWCODE Flowcode 4 es una de las herramientas de programación gráfica más avanzada mundialmente en idiomas para los Microcontroladores. La gran ventaja de Flowcode es que permite a aquellos con poca experiencia crear complejos sistemas electrónicos. Beneficios Ahorro de tiempo y dinero: Flowcode facilita el rápido diseño de sistemas electrónicos basados en Microcontroladores. Interfaz fácil de usar: Basta con arrastrar y soltar iconos en pantalla para crear un sistema electrónico sin necesidad de escribir código línea por línea tradicional. Rápido y Flexible: Flowcode tiene subrutinas a nivel de los componentes que significa el desarrollo rápido del sistema. El diagrama de flujo es un método de programación que permite a los usuarios desarrollar habilidades para programas de microcontrolador. Arquitectura abierta: Flowcode Permite ver el código C y ASM para todos los programas creados y personalizarlos. Acceso al diagrama del circuito del sistema, material de apoyo. Completamente compatible: Flowcode cuenta con el apoyo de una amplia gama de materiales y libros para el aprendizaje, desarrollo de los sistemas electrónicos. Características Microcontroladores compatibles: PIC, AVR. Sistemas de comunicación: I2C, SPI, RS232, Bluetooth, Zigbee, IrDA, CAN, LIN, TCP / IP, servidor web, USB, RFID, GPS. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 55

56 Componentes compatibles: LED, interruptores, teclados, pantallas LCD y LCD gráficos color, LCD gráficos monocromáticos, sensores, displays de 7 segmentos, EEPROM, sistemas de comunicaciones. Estrecha integración con E-blocks: Cada sistema comms cuenta con el apoyo de los bloques de E- blocks 3.11 MULTIPROGRAMADOR DE MCU PICMICRO EB006 Descripción El programador de microcontrolador PICmicro se conecta al PC a través del puerto USB y ofrece uno de los programadores de microcontrolador PICmicro más barato y más flexible del mundo. Esta plaqueta puede usarse con las utilidades de programación Assembly, C o Flowcode. La plaqueta programará la mayoría de los dispositivos microcontroladores PICmicro de tecnología flash de 8, 14, 18, 28 y 40 pines usando el software de programación (PPP) y ofrece un acceso limpio a todas las líneas de E/S en los dispositivos de MCU PICmicro relevantes. Prestaciones Compatible con E-blocks Bajo coste Utilizado como programador y como plaqueta de desarrollo Programa una amplia variedad de dispositivos de MCU PICmicro Suite completa de software de programación disponible Funcionamiento en RC o Xtal 5 puertos de E/S Depuración en circuito a través de MPLAB ICD2 Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 56

57 Diseño Plaqueta Figura 12. Multiprogramador del módulo de comunicaciones E-Blocks. 1. conector de alimentación cualquier polaridad. 2. Conector USB. 3. Botón de reinicio. 4. Puerto de E/S. 5. Puerto A de E/S. 6. Puerto B de E/S. 7. Puerto C de E/S. 8. Puerto D de E/S. 9. Potenciómetro de la velocidad del reloj de RC. 10. Conmutador de velocidad del reloj de RC. 11. Cristal de cuarzo del reloj / Conmutador de RC. 12. Zócalo de ICD Terminales de tornillo de alimentación. 14. Selector de programación USB / ICD Selector de potencia USB/ICD Cristal de cuarzo desmontable. 17. Chip de control USB no lo extraiga. 18. Módulo de enlace de selector de pin de programa de bajo voltaje. 19. Conector de expansión dos apagados. 20. Zócalos para dispositivos PICmicro de pines 8, 14, 18, 28, Indicador LED de programación listo para usar. 22. Indicador LED de potencia Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 57

58 3.12 BOARD KEYPAD EB014 Descripción Un sencillo teclado 4x3 que permite la conexión a sistemas de entrada de datos basados en buses. Características Teclado 4 X 3 para E-blocks. Flowcode macros disponibles Esta placa es compatible con placas de funcionamiento upstream arriba de 3.3V. Diseño Plaqueta Figura 13. Teclado del módulo de comunicaciones E-Blocks: 1.Plug tipo DB Teclado matricial de datos 3x4. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 58

59 3.13 BOARD LCD EB005 Esta pantalla LCD está diseñada para E-blocks que puede ser utilizada como una pantalla flexible para el uso y desarrollo de proyectos. La pantalla es un dispositivo LCD que se conecta a un puerto del Multiprogramador PICmicro vía DB-9. La pantalla LCD requiere los datos en un formato serial en las 5 entradas de datos. Características E-blocks compatibles Compatible con la mayoría de puertos I/O en la escala E-Block (requiere 5 líneas I/O a través DB-9) Compatible con Flowcode Tensión 3,3 compatibles Guía de programación La pantalla LCD es un módulo de 16 caracteres x 2 líneas. Internamente es de 40 caracteres x 2 líneas. La línea 1 va desde H 00 a H 27 y la Línea 2 va desde H 40 a H 67. Figura 14. Módulo de Guía de programación LCD. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 59

60 Figura 15. Diagrama de bloques del LCD. Diseño Plaqueta Figura 16. LCD del módulo de comunicaciones E-Blocks. 1. Conector DB Terminales de potencia. 3. Revisión de conectores. 4. Bloques de selección de conexión. 5. Pantalla LCD. 6.Potenciómetro de contraste. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 60

61 3.14 BOARD RS232 EB015 Descripción Este dispositivo proporciona una interfaz RS232 que puede utilizarse para facilitar la comunicación entre PICmicro microcontrolador y los dispositivos de terceros como los puertos serie del PC, sistemas de comunicaciones móviles, modems, etc. Un conjunto de jumpers de puente están disponibles, lo que permiten que el modulo RS232 pueda establecer la comunciacion de forma fácil para todos los puertos USART del Multiprogramador PICmicro. Características E-blocks compatibles. RS232 de comunicaciones entre procesadores y un PC. RS232 de comunicaciones entre procesadores y un módem. Macros flowcode disponibles. El control de flujo por hardware se puede habilitar como una opción. Diseño Plaqueta Figura 17. RS232 del modulo de comunicación E-Blocks. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 61

62 1.Conector DB-9. 2.Interfaz RS232 para dispositivos terceros. 3.Interfaz para PC. 4.Jumpers de selección de modo de puente RX y TX. 5.Jumpers de selección de modo de puente CTS y RTS. 6.Patch System. 7.Dispositivo MAX Terminales de potencia. Tabla 5. Configuración jumpers para el control de flujo. Jumper Settings Descripción 1 Hardware Flow Control (RX = bit 4, TX = bit 2 No flow 0) control 3 Hardware flow control (Patch) Tabla 6. Configuración general jumpers para TX y RX. Jumper at Jumper at B Jumper at C Jumper at D PIC16F88 A PIC16F627(A) PIC16F7x PIC16C6x Patch PIC16F87 PIC16F628(A) PIC16F7x7 PIC16CC7x System PIC16F648A PIC16F87x PIC16F87xA Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 62

63 3.15 MODEM SONY ERICSSON GM28/29 La banda dual GSM 850/1900 MHz GM28 es un módem GSM/GPRS de serie. El módem es un dispositivo potente y flexible que se puede utilizar en una amplia gama de telemetría y las aplicaciones telemáticas que se basan en el intercambio remoto de datos, voz, SMS o faxes a través de la red celular GSM. Pequeño y ligero, el GM28 tiene conectores estándares y es integrado con un lector de tarjetas SIM, también proporciona una interfaz estándar de comunicación RS232 serie, una interfaz de audio que permite a un teléfono analógico conectado. Un sistema típico de extremo a extremo consta de un microcontrolador en una aplicación externa comunicar, a través del módem GM28, con un terminal remoto o host que utiliza la red GSM. El microcontrolador utiliza un conjunto de comandos AT para controlar el módem, y para establecer el enlace de extremo a extremo las comunicaciones, a través de su interfaz RS232 9-forma consecutiva. GM28 módem serie están destinados a ser utilizados por los fabricantes, integradores de sistemas, desarrolladores de aplicaciones y desarrolladores de una amplia gama de equipos y soluciones de negocio, por lo general en los siguientes ámbitos: Seguridad y alarmas Seguimiento y control Servicios públicos Gestión de Flotas Aspectos destacados Módem serie Doble banda, GSM 850/1900 MHz, GSM / GPRS. Conector de dispositivos flexible-and-play. Datos: GPRS, HSCSD, CSD, SMS. Voz: tasa normal, tasa completa, tasa media. SMS: difusión celular. Fax: Grupo 3, las clases 1 y 2 Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 63

64 RS232 interfaz en serie de 9 vías 5 V - 32 V entrada en corriente DC. Conexión de audio Antena de conexión (macho FME) FCC y PTCRB aprobado GM28 en un Sistema de Comunicación Los principales bloques de un sistema de comunicación inalámbrica mediante la GM28 La MS (Estación móvil) representa el módem GM28 más tarjeta SIM. El módem con exclusión de la tarjeta SIM, es conocido como el ME (equipos móviles). Él TE (equipos terminales) es un microcontrolador (es decir, un ordenador) y es una parte de la solicitud. Figura 18. Bloques principal en un sistema inalámbrico. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 64

65 Información general Figura 19. Interfaz entre el módem y la Aplicación. Las siguientes fotografías muestran el diseño mecánico de la GM28 a lo largo de con las posiciones de los diferentes conectores y los agujeros de montaje. Figura 20. GM28, vista desde el lado izquierdo. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 65

66 Figura 21. GM28, vista desde el lado derecho. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 66

67 3.16 RS232 RS-232 (Recommended Standard 232, también conocido como Electronic Industries Alliance RS-232C) es una interfaz que designa una norma para el intercambio serie de datos binarios entre un DTE (Equipo terminal de datos) y un DCE (Data Communication Equipment, Equipo de Comunicación de datos), aunque existen otras en las que también se utiliza la interfaz RS-232. Se debe especificar que la conexión RS-232-C fue desarrollada para un único propósito, establecida por su título: Conexión entre un Equipo Terminal de Datos y un Equipo de Comunicaciones de Datos empleando Intercambio de Datos binarios en serie. Las características más importantes del estándar son: Velocidad máxima original era 20 kbps, hay aplicaciones que llegan a 116 kbps. Longitud máxima del cable de 15 m (revisión «C»). Tensión en modo común máxima de +25 V. Impedancias de 3 a 7 k. Modo de operación simple. Un emisor y un receptor. Transmisión asíncrona o síncrona (usando líneas extra para el reloj). En una transmisión asíncrona las tramas siguen el esquema básico. Start Datos (de 5 a 8 bits) Paridad Stop (1 o 2 bits) Figura 22. Trama Típica de RS232. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 67

68 Conectores El RS-232 puede utilizar varios tipos de conectores siendo los más usados los de 25 pines, de 68 pines, Modular Jack de 10 pines, RJ45 de 8 pines y los de 9 pines. Los conectores que tienen muchos pines e implementan varios canales secundarios y también tienen otras señales de temporización para transmisiones síncronas. El conector DB-9 es el más habitual, consta de 5 líneas de recepción y 3 de transmisión. Figura 23. Conectores DB-9. Tabla 7. Conectores del RS232 Pin DB25 Pin DB9 Nombre Descripción 8 1 DCD Data Carrier Detect 6 6 DSR Data Set Ready 3 2 RD Receive Data Line 4 7 RTS Request To Send 2 3 TD Transmit Data Line 5 8 CTS Clear To Send 20 4 DTR Data Terminal Ready 22 9 RI Ring Indicator 7 5 GND Common Ground Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 68

69 Figura 24. Transmisión y recepción del RS232. DCD: el DCE la pone a 1 para indicar que está recibiendo una señal portadora. DSR: el DCE la pone a 1 para indicar al DTE que está conectado a la línea. RD: la entrada de datos. Si DCD=0 debe estar en un estado llamado Mark. RTS: el DTE pone a 1 para indicar que puede transmitir datos. El DCE pondrá a 1 la línea CTS para recibir los datos. Al acabar la transmisión RTS pasa a 0 y el DCE pone CTS también a 0. TD: salida de datos (del DTE al DCE). Si no se transmite estará en Mark. DSR, DTR, RTS y CTS deben estar a 1 para transmitir. CTS: el DCE la pone a 1 para indicar que está preparada para recibir datos, Si RTS, DSR y DTR están a 1, CTS también se pone a 1. DTR: el DTE la pone a 1 para indicar que puede recibir o quiere transmitir datos. El DTE pone 0 para finalizar la transmisión. RI: el DCE la pone a 1 cuando está recibiendo una llamada. GND: tensión de referencia. Debe estar aislada de la toma de tierra del Equipo. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 69

70 Figura 25. Configuración habitual de los cables COMANDOS HAYES (COMANDOS AT) Los comandos AT fueron desarrollados en 1977 por Dennis Hayes como un interfaz de comunicación con un MODEM para así poder configurarlo y proporcionarle instrucciones, tales como marcar un número de teléfono. Aunque la finalidad principal de los comandos AT es la comunicación con modems, la telefonía móvil GSM también ha adoptado como estandar este lenguaje para poder comunicarse con sus terminales. De esta forma, todos los teléfonos móviles GSM poseen un juego de comandos AT específico que sirve de interfaz para configurar y proporcionar instrucciones a los terminales, permiten acciones tales como realizar llamadas de datos o de voz, leer y escribir en la Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 70

71 agenda de contactos y enviar mensajes SMS, además de muchas otras opciones de configuración del terminal. Es claro que la implementación de los comandos AT corresponde a los dispositivos GSM y no depende del canal de comunicación a través del cual estos comandos sean enviados, ya sea cable de serie, canal Infrarrojos, Bluetooth, etc. El formato básico necesario para transmitir comandos Hayes a un modem inteligente compatible con Hayes es el siguiente: ATinstrucción [parntnetnn) instrucción [parámetros) El carácter secuencia AT es el código de atención para indicar que a continuación vienen instrucciones Hayes. El butíer de instrucciones permite hasta 40 caracteres sin incluir el código de atención (AT) ni los espacios en blanco. La tabla 8 muestra las principales instrucciones Hayes. Obsérvese que todas las instrucciones van precedidas de la instrucción AT. Existen otras instrucciones que no son siempre compatibles. Se denominan "Extended ATcommand set", utilizadas por el Hayes Smartmodem Tabla 8. Principales instrucciones Hayes Nombre Descripción AT Atención AT/ Lista todas las instrucciones ATA Responder: Ocupa la línea, emite la señal portadora y espera la portadora del otro modem A/ Repite la última instrucción ATBn Selecciona el método de modulación (n = 0 CCITT, n = 1 BELL) ATCn Selecciona la transmisión de portadora (n = 0) o no (n = 1) ATDmn Marcar número de telefono (m = P para pulsos m = T para tonos. n = número de teléfono) ATBn Eco de caracteres hacia la pantalla (n = 1 activado, n = 0 desactivado) ATEFn Conmuta entre half y ful) dúplex (n = 0 half dúplex, n = 1 full dúplex) ATGn Transmisión asincrona (n = 0) o síncrona (n = 1) ATHn Colgar/descolgar el teléfono (n =0 cogar, n = 1 descolgar) Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 71

72 ATI Petición del código de idcntitícación o check sum ATJn Detección automática de velocidad (n = 0 detección automática, n = 1 detección forzada a 2400 bps) ATO Situar el modem on-line ATYn Desconexión manual (n = 0) o automática (n = 1) ATZ Reset del modem +++ Escape: No finaliza la conexión. pero retorna al estado de órdenes Modos de Trabajo El modem siempre esta en uno de los dos modos siguientes: Modo ordenes: EL modem acepta instrucciones que llegan del terminal en forma de isntrucciones Hayes y responde con el mensaje oportuno (OK, ERROR, CONNECT, RING NO CARRIER, NO ANSWER, BUSY). Modo on-line: Despues de la conezión, el modem es transparente y envia los datos a la linea. Para pasar al modo on-line se usa la instrucción AT0, mientras que para pasar al modo de isntrucciones se usa unas +++. La tabla siguiente muestra un ejemplo de llamada automatica. La evolucion temporal es de arriba abajo. La columna de la izquierda indica las instrucciones del terminal (usuario) y la de la derecha las respuestas y acciones del modem. Tras la marcación, el modem indicara alguna de las posibilidades indicadas con puntos. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 72

73 Tabla 9. Modo de trabajo del Modem Terminal/usuario Modem ATH1 Descolgar OK ATDP AT SMS Llamar por pulsos al número indicado Modo on-line. NO CARRIER NO DIALTONE BUSY(línea ocupada) NO MODEM (no detecta modem remoto) NO ANSWER(no detecta tonos) CONNECT Servicio SMS El servicio SMS permite transferir un mensaje de texto entre una estación móvil (MS) y otra entidad (SME) a través de un centro de servicio (SC). El servicio final ofrecido es una comunicación extremo-extremo entre la estación móvil (MS) y la entidad (SME). La entidad puede ser otra estación móvil o puede estar situado en una red fija. En el caso de envío de un mensaje entre dos móviles, ambas partes son estaciones móviles. Cuando se envía un mensaje para solicitar algún tipo de servicio, un extremo es una estación móvil y la otra es un servidor que atiende las peticiones. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 73

74 Figura 26. Centro de servicio SMS 1. En la norma GSM sólo se especifica la parte de comunicaciones entre las estaciones móviles (MS) y el Centro de servicio. La comunicación entre el Centro de Servicio y las entidades fijas, queda fuera del ámbito de esta norma (Figura 27). Figura 27. Centro de servicio SMS 2. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 74

75 El servicio SMS se divide en dos servicios Básicos (Figura 28): 1. SM MT (Short Message Mobile Terminated Point-to-Point). Servicio de entrega de un mensaje desde el SC hasta una MS, obteniéndose un informe sobre lo ocurrido. 2. SM MO (ShortMessageMobile Originated Point-to-Point). Servicio de envío de un mensaje desde una MS hasta un SC, obteniéndose un informe sobre lo ocurrido. Figura 28. El servicio SMS SM MO y MT. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 75

76 Arquitectura de red La estructura básica de la red para el servicio SMS se muestra en la Figura 29. Las entidades involucradas son las siguientes: MS: Estación móvil MSC: Centro de conmutación SMS-GMSC: MSC pasarela para el servicio de mensajes cortos (Servicio SM MT) SMS-IWMSC: MSC de interconexión entre PLMN y el SC (Servicio SM MO) SC: Centro de Servicio HLR, VLR Figura 29. Arquitectura de red. Para la descripción detallada de la arquitectura, se utiliza un modelo de capas, en el que cada capa o nivel proporciona un servicio a la capa superior, y este servicio se implementa mediante el protocolo correspondiente. La arquitectura se divide en 4 capas (Figura 29): Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 76

77 SM-AL (Short Message Aplication Layer): Nivel de aplicación. SM-TL (Short Message Transfer Layer): Nivel de transferencia. Servicio de transferencia de un mensaje corto entre una MS y un SC (en ambos sentidos) y obtención de los correspondientes informes sobre el resultado de la transmisión. Este servicio hace abstracción de los detalles internos de la red, permitiendo que el nivel de aplicación pueda intercambiar mensajes. SM-RL (Short Message Relay Layer): Nivel de repetición. Proporciona un servicio al nivel de transferencia que le permite enviar TPDU (Transfer Protocol Data Units) a su entidad gemela. SM-LL (Short Message Lower Layers): Niveles inferiores. Figura 30. Arquitectura de red en 4 capas. Para la descripción detallada de la arquitectura, se utiliza un modelo de capas, en el que cada capa o nivel proporciona un servicio a la capa superior, y este servicio se implementa mediante el protocolo correspondiente. La arquitectura se divide en 4 capas(figura 30): Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 77

78 SM-AL (Short Message Aplication Layer): Nivel de aplicación. SM-TL (Short Message Transfer Layer): Nivel de transferencia. Servicio de transferencia de un mensaje corto entre una MS y un SC (en ambos sentidos) y obtención de los correspondientes informes sobre el resultado de la transmisión. Este servicio hace abstracción de los detalles internos de la red, permitiendo que el nivel de aplicación pueda intercambiar mensajes. SM-RL (Short Message Relay Layer): Nivel de repetición. Proporciona un servicio al nivel de transferencia que le permite enviar TPDU (Transfer Protocol Data Units) a su entidad gemela. SM-LL (Short Message Lower Layers): Niveles inferiores Nivel SM-TL y protocolo SM-TP Cada capa proporciona los servicios a la capa superior utilizando un protocolo. Se definen los protocolos SM-TP y SM-RP, que se corresponden con las capas SM- RL y SM-TL. El nivel de interés de este trabajo es el SM-TL, que es el que se usará para enviar y recibir SMS. El servicio proporcionado por la capa SM-TL permite al nivel de aplicación enviar mensajes a su entidad gemela, recibir mensajes de ella así como obtener informes sobre el estado de transmisiones anteriores. Se utilizan las siguientes 6 PDUs (Figura 31): SMS-DELIVER: Transmitir un mensaje desde el SC al MS SMS-DELIVER-REPORT: Error en la entrega (si lo ha habido) SMS-SUBMIT: Trasmitir un mensaje corto desde el MS al SC SMS-SUBMIT-REPORT: Error en la transmisión (Si lo ha habido) SMS-STATUS-REPORT: Transmitir un informe de estado desde el SC al MS SMS-COMMAND: Transmitir un comando desde el MS al SC. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 78

79 Figura 31. Capa SM-TL. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 79

80 CAPÍTULO IV 4 MODELO TEORICO En esta capitulo se presenta el diseño del prototipo el cual se divide en dos etapas, la de telemetría y control. En la Figura 32 se presenta el diagrama en bloques del prototipo. Alarma del Vehículo Sensor de Temp LM35 On / Off Cargas del Vehículo Puerto E Puerto B µ Controlador Pic16f877a Telemetría Puerto A µ Controlador Pic16f84 Control Puerto A Puerto D Puerto B Puerto C DISPLAY LCD Decodificador de tonos Mt8870 TECLADO RS232 MODEM GSM/GPRS Telemetría Teléfono Móvil Celular Control Figura 32. Diagrama en bloques del prototipo. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 80

81 4.1 CONTROL El sistema de control es manejado a través de un Microcontrolador Pic16f84 que es el encargado de realizar las activaciones o desactivaciones de las cargas del vehículo como por ejemplo, activar o desactivar la alarma, el bloqueo, el aire acondicionado o solicitar información de la temperatura del vehículo o de otros sensores como nivel de gasolina o aceite que se podrían adaptar al sistema. La parte de transmisión y recepción de la información se hace a través de un modem GSM/GPRS Sony Ericsson que hace parte del modulo de comunicaciones E-Blocks. El usuario comienza realizando una llamada telefónica al número celular del modem, el cual está configurado para contestar automáticamente, cuando el modem establece la comunicación el usuario por medio del teclado envía los diferentes numero que corresponden a los tonos DTMF para controlar las cargas o solicitar información. Para controlar las cargas el modem se conectado por la salida del auricular RJ9 al decodificador tonos MT8870. Como se aprecie en la Figura 33. Out. Auricular RJ9 Antena Sony Ericsson MODEM GSM/GPRS DTMF INPUT Decodificador de tonos MT8870 In. Serial Teléfono Móvil Celular Figura 33. Modem GSM/GPRS Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 81

82 El decodificador MT8870 detecta los tonos DTMF que es el encargado de detectar estas frecuencias y convertirlas en un número digital. A continuación en la Figura 34. Se muestra la configuración del decodificador de tonos. Modem Puerto A µc Pic16f84a Figura 34. Decodificador de Tonos MT8870 Este circuito, además de decodificar las clásicas teclas del cero al nueve, asterisco y numeral, puede identificar las teclas A, B, C y D que usualmente no están presentes en la mayoría de los teléfonos comerciales, pero que la especificación DTMF las incluye. El circuito está preparado para ser alimentado con 5v, presentes en cualquier circuito TTL o microcontrolador. La resistencia de 100 Ω limita la corriente y el diodo zener hace las veces de limitador de tensión, bajándola a 3.6v que es lo que el chip requiere para funcionar correctamente. Los capacitores cercanos a esos componentes cumplen con la función de filtrar el ruido en la tensión de alimentación. La señal proveniente de la línea telefónica es aislada por medio de dos resistencias de 100 KΩ y un capacitor de 100 nf, el cual acopla la señal de audio. Para el apropiado funcionamiento el circuito integrado se requiere una base de tiempos, generada por el cristal de cuarzo con un valor de MHz. Una vez recibido el tono, decodificado y validado como correcto, su valor binario es puesto en los terminales Q 0, Q 1, Q 2 y Q 3. El circuito integrado internamente contiene filtros contra ruido, RF y armónicos; además, incluye controles automáticos de ganancia y nivel de señal para adecuar cualquier tipo de condición de trabajo. Es por ello que la cantidad de componentes externos es mínima. A continuación se muestra la tabla de los datos de salida. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 82

83 Tabla 10. Datos de la salida del MT8870 Tecla Q1 Q2 Q3 Q * # A B C D Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 83

84 La salida del decodificador de tonos MT8870 va al puerto A del Microcontrolador Pic16f84 que está configurado como entrada para poder determinar que se hace en la salida en el puerto B. Decodificador de tonos MT8870 Out Q0Q1Q2Q3 Cargas del Vehículo Figura 35. Microcontrolador PIC16F84 Para la parte de control. El microcontrolador PIC16F84A es el encargado de realizar el control de la cargas del sistema. Todo el puerto A se configura para que reciba información de 4 bits, del 0000 al 1111, y según la secuencia de bits que le entrega el decodificador de tonos al µc determina que salida del Puerto B se activa o se desactiva. Este microcontrolador está configurado para activar o desactivar seis (6) cargas diferentes, que pueden ser utilizadas para encender o apagar el automóvil, el aire acondicionado, abrir y cerrar el bloqueo central, activar o desactivar la alarma o para solicitar información de las variables físicas del vehículo que se presenta en el punto 4.2 telemetría. En la tabla 11 se presenta el funcionamiento del Microcontrolador Pic16f84a encargado de la parte de control. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 84

85 Tabla 11. Estados del Microcontrolador para la etapa de Control. Entradas Puerto A Si Puerto A = 1 Se activa la carga 0 Si Puerto A = 2 Se Desactiva la carga 0 Si Puerto A = 3 Se activa la carga 1 Si Puerto A = 4 Se Desactiva la carga 1 Si Puerto A = 5 Se activa la carga 2 Si Puerto A = 6 Se Desactiva la carga 2 Si Puerto A = 7 Se activa la carga 3 Si Puerto A = 8 Se Desactiva la carga 3 Si Puerto A = 9 Se activa la carga 4 Si Puerto A = 0 Se Desactiva la carga 4 Si Puerto A = * Se activa la carga 5 Si Puerto A = # Se Desactiva la carga 5 Salidas Puerto B Puerto B0 = On 5v Puerto B0 = Off 0v Puerto B1 = On 5v Puerto B1 = Off 0v Puerto B2 = On 5v Puerto B2 = Off 0v Puerto B3 = On 5v Puerto B3 = Off 0v Puerto B4 = On 5v Puerto B4 = Off 0v Puerto B5 = On 5v Puerto B5 = Off 0v Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 85

86 Para la activación de cada carga eléctrica se presenta el diagrama completo del circuito implementado. El acople de potencias se logró mediante transistores BJT y relés de 5v. 12v Batería µc Pic16f84a Out Puerto B Figura 36. Circuito de Control de las Diferentes Cargas (L1). El circuito de la Figura 36 es el encargado de recibir la salida del µc Pic16f84a del puerto B, en la que entrega un voltaje 0v si esta desactivada y 5v si esta activa. El transistor NPN BJT 2n3904 está configurado como switche, y por medio de un relé que se conectaría con la batería del carro, permite activar o desactivar cualquier carga del vehículo. El sistema está alimentado por un adaptador de 12V DC, y para regular y proteger el sistema se conecta un regulador de voltaje a 5V LM7405. Los sensores de temperatura LM35 que se utilizan para la toma de medidas físicas del vehículo están conectados con el sistema de control y utilizan la salida del pin 1 y 2 del puerto serial y los pines 3, 4, 5, 6, para la salida del decodificador de tonos MT8870. Como se puede apreciar en la Figura 37. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 86

87 VOUT VOUT GND PROTOTIPO DE UN SISTEMA DE TELEMETRIA Y CONTROL µ J2 ENTRADA RJ11 J CONN-D9M 5v J1 voltaje OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT RA0 RA1 RA2 RA3 RA4/T0CKI MCLR C1 10u J RB0/INT RB1 RB2 RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 4 U PIC16F84A MT8870 U J4 J5 VI VO C2 10u D1 LED Salida para el control PIC16F84A Puerto B R1 C3 100n 330 R3 100k R2 100k X1 X2 CRYSTAL Entrada RJ4 Alimentación C6 22pF U3 LM35 U4 LM35 R4 300k C4 100n R5 330R C5 CRYSTAL 22pF Sensores de Temperatura LM35 Conexión con el µc PIC16F877A Puerto A Figura 37. Circuito para la parte Control y Sensores. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 87

88 4.2 TELEMETRÍA La etapa telemetría, que es un conjunto de procedimientos para medir magnitudes físicas y químicas desde una posición distante al lugar donde se producen los fenómenos cuando existen limitaciones de acceso. Donde el usuario va a recibir información del estado del vehículo puede ser de dos maneras. Por solicitud del propietario del vehículo o automáticamente cuando sucede un evento importante como por ejemplo que la alarma se active. Por solicitud del Usuario. El usuario establece una llamada al número del modem del sistema ubicado en el vehículo y conectado con la alarma. Como se puede apreciar en la Figura 33. La salida del decodificador de tonos Q0Q1Q2Q3 va conectada a la entrada del puerto A (RA2, RA3, RA4, RA5) del microcontrolador 16f877a encargado del envió de la información. Los sensores de temperatura también van a él puerta A (RA0, RA1). Decodificador de tonos MT8870 Out Q0Q1Q2Q3 Pantalla LCD Sensor de Temperatura LM35 Alarma Teclado RS2323 Figura 38. Microcontrolador para la telemetría. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 88

89 El microcontrolador pic16f877a se encarga de enviar un mensaje de texto con la información solicitada, como la temperatura o niveles de gasolina, aceite, etc. Dependiendo del sensor que se encuentre instalado en el automóvil. Al número del teléfono celular del usuario por medio de comandos AT. A través del puerto C que va la MAX232 encardo de la comunicación serial RS232 del modulo de E- Blocks. El RS232 se encarga de la comunicación serial que le envía los comandos AT al modem a través del puerto serial para poder enviar la información en un mensaje de texto. Alarma LM35 Puerto E Puerto A µc PIC16F877A Puerto C Out Q0Q1Q2Q3 Decodificador de tonos MT8870 In Out. Auricular RJ9 Sony Ericsson MODEM GSM/GPRS In. Serial In Max232 RS232 Out Antena Teléfono Móvil Celular Figura 39. Envió de Información SMS. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 89

90 La alarma que tenga instalada el vehículo se adecua para que se conecte con el sistema por medio del Puerto E, para que detecte cuando se activa la alarma para que el Pic16f877a envíe el mensaje de texto al usuario informándole de lo sucedido. El sistema también puede enviar un mensaje de texto cuando el usuario realiza una activación o desactivación de alguna carga. Para la configuración del sistema como el ingreso del teléfono móvil donde se quiere que se envíe la información, se usa un teclado matricial que va conectado al puerto D y una pantalla de LCD que va conectado al Puerto B del microcontrolador Pic16f877a. Estos dos dispositivos hacen parte del modulo de comunicaciones de E-Blocks. Puerto E Puerto A µc Pic16f877a Puerto B Pantalla LCD Puerto D Puerto C TECLADO Figura 40. Configuración del Sistema. El sistema propuesto permite él envió de información sobre el estado del vehículo desde el emisor móvil ubicado en el interior del vehículo a través de mensajes de texto SMS al usuario cuando este lo solicite, este está soportado en las redes celulares GSM (Estándar actual soportado en el país por los operadores móviles). Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 90

91 Las redes celulares soportadas en el estándar GSM permiten la trasferencia de datos en pocos segundos desde un terminal a otro. La cobertura juega un papel importante ya que abarca grandes áreas lo que posibilita la transferencia de información por medio del servicio de mensajería SMS. Los datos son enviados en un formato de texto simple por el equipo emisor principal del prototipo vehicular. El mensaje de texto SMS cuenta con 160 caracteres que es el tope máximo permitido, lo suficiente para enviar los datos solicitados. A continuación se hace la descripción del funcionamiento del sistema y la programación del microcontrolador PIC 16F877A para el envió de la información automáticamente: Prototipo Vehicular: El prototipo soportado en la parte vehicular se ha desarrollado en el hardware Eblocks mobile comms system elaborado por la empresa Matrix Multimedia. Entre los equipos disponibles de la solución E-block se tomaron cinco principales dispositivos hardware que se pueden apreciar en la (Figura 41) que permitieron la construcción del prototipo vehicular, y por otra parte se utilizó el software Flowcode que permitió la programación de la aplicación principal instalada en el microcontrolador 16F877A suministrado en esta solución. Se escoge trabajar con microcontroladores PIC de la familia PIC16XXX por las grandes ventajas para el desarrollo como alto desempeño, gran eficiencia, bajo consumo de potencia, alta velocidad, ya que es un excelente factor costo beneficio. Estos Microcontroladores tienen sistema de almacenamiento tipo flash que cuentan con una mejor tecnología en los procesos de escritura y borrado, permitiendo el cambio en la lógica de operación ya que el software que se utiliza para la programación no tiene opción de simulación directamente en el hardware solo de tipo visual interactiva, de tal forma que las pruebas se realizaran con el microcontrolador ya programado y puesto en marcha en el hardware. La programación requiere que el PIC disponga de memoria suficiente para almacenar las instrucciones programadas en Flowcode, este micro cuenta con memoria de 8K x 14 palabras además de poder trabajar en Cristal de Cuarzo XTAL a 20Mhz para lograr alta velocidad. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 91

92 Figura 41. Esquema para la parte de telemetría. Elementos. 1.Multiprogramador de MCU PICmicro EB Board Keypad EB Board LCD EB Board RS232 EB Modem Sony Ericsson GM28 Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 92

93 En la siguiente tabla se resume el esquema de conexiones con sus respectivas configuraciones a considerar entre los dispositivos. Tabla 12. Conexiones entre los dispositivos del prototipo. EB006 Multiprogramador PICmicro Opciones Ajuste Fuente de alimentación USB PICmicro 16F8877A SW1 (Fast/Slow) No aplica SW2 (RC/Xtal) Xtal Frecuencia Xtal MHz Puerto A Control y Sensores Puerto B Board LCD EB005 Puerto C Board RS232 EB015 Puerto D Board Keypad EB014 Puerto E Alarma EB005 Board LCD Opciones Ajuste Ajuste Jumpers Default EB014 Board RS232 Opciones Ajuste Ajuste Jumpers C,1 Interfaz RS232-3er Dispositivo Sony Ericsson GM28/29 Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 93

94 Descripción de dispositivos utilizados. Multiprogramador PICmicro EB006. Figura 42. Multiprogramador PICmicro EB006 Detalles del Circuito Este es el dispositivo principal en que se conectan todos los módulos del E-blocks al microcontrolador PIC 16F877A. La solución del multiprogramador consta de dos partes: La tarjeta de circuitos que permite la conexión diversos microcontroladores, y la ejecución del programa que en el mismo utilizando la aplicación PPP para la compilación en el microcontrolador. El Sistema de alimentación la plaqueta se pone en funcionamiento normalmente con una alimentación DC de 13.5 Voltios, esto permite un funcionamiento total que incluye la programación. La plaqueta puede ponerse en funcionamiento en modo de bajo voltaje únicamente a través del cable USB suministrado. Se configura Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 94

95 posicionando los jumpers de conexión en la etiqueta PSU. Si se usa una fuente USB, coloque jumpers en el lado derecho del sistema. Los jumpers siempre deben estar orientados de tal modo que los 3 enlaces en el módulo de conectores jumpers estén siempre en posición horizontal. El LED 22 indica que se está suministrando corriente a la plaqueta desde el sistema de alimentación externo o el cable USB. El posicionamiento de SW1 ajusta la frecuencia en modo rápido o lento, para este caso se posiciona en rápido y El SW2 se ajusta el modo de frecuencia RC o XTAL lo cual se selecciona este último que por defecto está provista en un cristal de MHz. Figura 43. Esquema del Multiprogramador PICmicro EB006 Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 95

96 Board Keypad EB014 Detalles del Circuito Este dispositivo sirve para introducir datos al sistema por medio de un teclado numérico la configuración del número celular del usuario, conectado en el puerto D de la placa principal del Multiprogramador EB006 a través de la interfaz DB-9. Figura 44. Esquema del Keypad EB014. Board LCD EB005 Detalles del Circuito Este dispositivo conectado en el puerto B permite visualizar en pantalla diferentes tipos de mensajes a mostrar, las líneas de datos se alimentan el conector DB-9 cercano del bloque del jumper de 6 vías, el bloque de jumper DEFAULT hace conexiones entre los bits del DB-9 y la pantalla. El contraste en el dispositivo es controlado por el potenciómetro RV1 ubicado en el extremo derecho de la pantalla. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 96

97 Figura 45. Esquema del LCD EB005. Board RS232 EB015 Este dispositivo conectado en el puerto C permite establecer la comunicación serial entre el microcontrolador PIC 16F877A y el modem GSM, apoyándose del microcontrolador MAX232 que establece esta comunicación. El jumper de ajuste A, B y C se utilizan para la selección del pin adecuado para RX y TX ajustado en C y la configuración de los jumpers 1, 2 y 3 se usan para fijar los ajustes correctos para el CTS y RTS ajustado en 1. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 97

98 Figura 46. Circuito para el RS232. Modem Sony Ericsson GM28/29 El módem a través del conector RJ11 de 6 vías que permite la alimentación de energía del modem. El conector RJ9 de 4 vías (conector auricular) permite la conexión por medio del pin 2 BEARN que está conectado a tierra GND y el pin 3 BEARP que va a la entrada del decodificador de tonos DTMF, parte de control anteriormente mencionada. En el lector de tarjetas SIM se introduce el chip con en que se identifica el un número principal del celular del dispositivo, y en el puerto serial de 9 pines DB-9 se conecta al puerto de conexión del dispositivo RS232. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 98

99 Figura 47. Puerto RJ11 alimentación. Figura 48. Conector de audio RJ9 Estructura General Del Programa SMS "Short Message Service" los mensajes de texto ha sido una parte integral de la norma GSM, ya que se concibió primero. Un conjunto de comandos AT se han incluido en las normas GSM para permitir que los mensajes a enviar, recibir, almacenar, etc. Formato del mensaje SMS Para configuración del módem es recomendable antes de intentar transmitir o recibir mensajes. El comando AT+CMGF establece el formato de los mensajes de texto y la mayoría de las respuestas del módem. Los mensajes de texto pueden ser entregados en formato comprimido PDU (Unidad de Datos de Protocolo). Este formato es eficiente (7 bits por carácter), pero puede ser difícil de descifrar en un texto legible. El formato de texto utiliza un estándar, el código ASCII de 8-bits para cada carácter de mensaje, los cuales pueden ser transferidos directamente a variables de cadena. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 99

100 El comando AT necesario para configurar esta opción es el mensaje de comando formato: AT+CMGF = 1 Enviar un mensaje SMS Para enviar un mensaje en el modo de texto SMS, todo el control y los datos de la información pasa a través del puerto serie en forma de comandos AT, respuestas y mensajes. El comando AT para enviar un mensaje de texto es: AT + CMGS = <"número"> El módem responde mediante la transmisión de un "mensaje de <CR> <LF> cuando se está listo (el espacio después del carácter > y la ausencia de un carácter o <CR> <LF> como la terminación), esto indicaría la posición inicial del texto si el sistema se controla desde una pantalla de terminal y el teclado. El texto del mensaje puede ser transmitido al módem después de recibir el carácter '>', y toda la secuencia termina con el carácter <CTRL-Z> - valor 26: un valor histórico final del archivo (End of File). Esta es la secuencia completa: Transmitir AT + CMGS = <"número"> <CR> Espere para <CR> <LF>> <espacio> Transmitir <Mensajes> Transmitir <CTRL-Z> Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 100

101 Figura 49. Diagrama de la estructura general del programa. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 101

102 Código básico de configuración y envió de mensajes SMS. AT OK AT+CMGF=1 OK AT+CSDH=1 OK AT+CSMP=17,167,0,0 OK AT+CMGS= > HOLA MUNDO <CR> <CR><LF>><Space> +CMGS: 15 OK Creación del programa Flowcode Flowcode es una herramienta de programación flexible por medio de diagramas de flujo en la cual se crea el escenario con los componentes necesarios para la programación del microcontrolador. Esta herramienta dispone de componentes, microcontroladores, funciones, etc., con flowcode es posible generar el archivo principal que funcionara en el microcontrolador (.hex) además de generar en código C todo lo realizado en diagramas de flujo. Configuración microcontrolador. Cuando se inicia Flowcode es importante tener en cuenta la elección del microcontrolador PIC que se va a utilizar. Se selecciona el PIC 16F877A que es el elemento principal que permitirá la integración de todos los dispositivos anteriormente mencionados. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 102

103 Figura 50. Elección microcontrolador. Flowcode permite detectar el microcontrolador instalado a la palca al conectar mediante el puerto USB el Multiprogramador de MCU PICmicro EB006 al PC, es importante que el software detecte el chip con el cual se está trabajando y configurarle los parámetros de configuración adecuados. Figura 51. Configuración microcontrolador Un reloj de cristal se utiliza con una frecuencia de MHz lo que permite establecer la velocidad de transmisión requerida de 9600 para ser fácilmente generados. Dentro de la puesta en marcha del software - PPP -, tiene que Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 103

104 especificar el modo de oscilación del HS. Todas las otras características en la palabra de configuración deben ser Disable o OFF. Figura 52. Parámetros de configuración software PPP. Adición de dispositivos Los dispositivos se encuentran en la barra de Componentes de Flowcode, los iconos de los componentes a utilizar se muestran en la figura en donde se agregara al panel principal del programa (Figura 53). En inputs se encuentra el Keypad, Outputs se encuentra el display LCD y en Comms se encuentra el dispositivo RS232. Flowcode no cuenta con el dispositivo GM28 o cualquier tipo de modem para completar la simulación. Figura 53. Iconos a utilizar. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 104

105 Figura 54. Dispositivo LCD EB005 en Flowcode. Figura 56. Dispositivo RS232 EB015 en Flowcode. Figura 55. Dispositivo Keypad EB014 en Flowcode. Configuración de conexiones. El componente Flowcode RS232 incluye una sección de propiedades que permite la comunicación de la velocidad de transmisión y control de flujo a configurar siendo este el componente más importante al ser el que establezca la comunicación con el modem GSM. Los ajustes se ilustra a continuación se debe utilizar como predeterminados, teniendo en cuenta la tabla de conexiones en donde se detalla la configuración del puerto donde estará conectado el componente. Para la configuración de los dispositivos LCD y Keypad se editan las propiedades de conexión del dispositivo, en estas opciones es importante especificar el puerto y los bits en que trabajara el dispositivo según la configuración que se estableció en la tabla de conexiones mencionadas anteriormente. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 105

106 Figura 57. Propiedades del componente RS232. Figura 59. Conexión Keypad en Flowcode. Macros Figura 58. Conexión Display LCD en Flowcode. Macro RS232 Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 106

107 Cada componente cuenta con macros específicas que permiten una interacción con el dispositivo según la necesidad del evento a utilizar, estas instrucciones están escritas en código C permitiendo ser más flexibles. El componente Flowcode RS232 se debe cargar en el programa con el fin de obtener acceso a las funciones RS232. Para el desarrollo del prototipo han sido utilizadas las funciones SendRS232Char y ReceiveRS232Char estas funciones permiten la transmisión de caracteres desde el puerto RS232 al modem y recibir las respuestas enviadas por el modem después de ser envidas instrucciones de tipo AT. Figura 60. Macros del componente RS232. Parámetros: SendRS232Char: En el parámetro nchar(int) se introduce los comandos o caracteres ASCII a enviar al modem, pueden ser de tipo cadena dentro de comillas dobles ( ) o caracteres necesarios como comillas, saltos de línea, etc., según tabla ASCII. ReceiveRS232Char: Se espera una variable de tipo entero (INT). Macro Display LCD Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 107

108 Las funciones necesarias para interactuar con el Display LCD deben permitir imprimir en pantalla, borrar pantalla, inicializar pantalla, posicionamiento del cursor en pantalla, las funciones utilizadas en el dispositivo LCD son Iniciar, Borrar, ImprimirASCII, ImprimirNumero, ImprimirCadena, Cursor. Figura 61. Macros del componente LCD. Parámetros: ImprimirASCII: Imprime caracteres de tipo ASCII especificándose en el parámetro Caracter(BYTE) de 0 a 255. ImprimirNumero: Imprime números positivos del 0 al y Positivos - negativos: del al en el parámetro Numero(INT). ImprimirCadena: Imprime cadenas de texto especificados con comillas dobles en el parámetro Cadena(Secuencia). Cursor: Se especifica la posición X y Y en la pantalla LCD donde se ubicara el texto si es necesario en el parámetro (BYTE), y(byte). Macro KeyPad El KeyPad es el dispositivo con funcionamiento más sencillo, la forma de interactuar es capturando las teclas presionadas en él, para este existen dos Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 108

109 macros que permiten captúralas como números o ASCII eso depende de la configuración del teclado en flowcode. La macro utilizada GetKeypadNumber que permite capturar los números digitados. Figura 62. Macros del componente Keypad. Parámetros: GetKeypadNumber: Se espera una variable tipo entero (BYTE). Diagramas de flujo Principalmente la programación en flowcode se fundamente en dos macros que permitirán el envió de mensajes de texto SMS, las macros son: INIT_GSM y SEND_SMS. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 109

110 INIT_GSM Esta macro incluida en la programación del microcontrolador fue construida para configurar los parámetros de inicialización del modem que permitirán el envió del mensaje de la forma correcta, al no configurar adecuadamente estos parámetros es posible que los mensajes de texto no se envíen adecuadamente o no lleguen al destino. Se inicializa con el comando AT, este comando se utiliza para determinar la presencia del móvil, en caso de que el móvil sea compatible con comandos AT, devuelve un código OK como resultado final. Para esto utiliza la macro SendRS232Char disponible del dispositivo RS232 para enviar cualquier comando al modem. Los comandos se confirman con ENTER carácter ASCII numero 13 <CR>. Comprueba la comunicación entre el móvil y la aplicación Figura 63. Inicialización del comando de atención AT. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 110

111 El comando AT+CSMP establece los parámetros del modo texto. Se utiliza por defecto los parámetros at+csmp=17,167,0,0 con el que se define el tipo de mensaje, que con los valores indicados serán mensajes tipo SMS-SUBMIT, un periodo de validez de 24 horas máximas de retención del mensaje en el servidor Centro de Servicio SC antes de hacerlo llegar al destino, envío del mensaje como texto ASCII y sin conversión a cadena binaria. Por otra parte utilizamos el comando at+csdh=1 que controla el detallado del encabezado de la información de los resultados en modo texto. Configuraciones por defecto. Figura 64. Configuración detalle modo. Figura 65. Configuración de parámetros de modo texto. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 111

112 El comando AT+CMGF (Formato de los mensajes) se utiliza para seleccionar el modo de funcionamiento de la red GSM del módem o teléfono móvil para esto se necesita un valor. El valor del parámetro puede ser 0 o 1. Los valores 0 y 1 se refieren a modo de SMS PDU y el modo de texto SMS, respectivamente. Para este caso utilizamos at+cmgf=1 ya que él envió de información en formato texto simple es la más conveniente. AT+CMGF=1 configuración en modo texto Figura 66. Configuración del mensaje en modo Texto. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 112

113 SEND_SMS El objetivo principal de esta macro es configurar el número del destinatario y el cuerpo de los mensajes de texto SMS en donde se enviara las principales variables solicitadas por el usuario o que se envian de manera automática. El comando at+cmgs=<número Celular> configura la dirección o numero celular a donde va dirigido el mensaje de texto. Configuración del número celular. Figura 67. Configuración del número Celular. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 113

114 Seguido a esto el modem dará una respuesta con el carácter > en el que indicara que está listo para recibir el mensaje que será enviado, al ser introducido el texto se confirmara con el carácter 26 <CTRL+Z> para enviar el mensaje. Mensaje de texto Figura 68. Cuerpo del mensaje de texto. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 114

115 CAPÍTULO V 5 CONCRECION DEL MODELO En este capítulo se puede apreciar la implementación del diseño del capitulo anterior. Para la implementación se utilizo un módulo de comunicaciones E-Blocks de la compañía Matrix Multimedia. Que hace parte de los equipos del laboratorio de Telecomunicaciones de la Universidad Católica Popular del Risaralda. Sistema de Control y Sensores Alarma del vehículo Sistema de Telemetría LCD RS232 Teclado Teléfono Móvil Celular Modem SonyEricsson Figura 69. Diseño completo del Prototipo. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 115

116 5.1 IMPLEMENTACIÓN Y MONTAJE. Para la implementación y montaje del prototipo de telemetría y control para seguridad en vehículos soportado en redes móviles, fueron necesarios los siguientes equipos. Se utilizo el modulo de comunicaciones E-Blocks del laboratorio de telecomunicaciones de la universidad católica popular del Risaralda la cual se compone de los siguientes módulos. Pic Micro USB Programer LCD Teclado RS232 Modem SonyEriccson PIC16F877A Para el diseño del circuito de Control y Sensores se necesitaros los siguientes componentes. Micro Controlador PIC16F84A Decodificador de tonos MT8870 Regulador de Voltaje 5v LM7805 Sensor de Temperatura LM35 Transistor BJT 2N3904 Resistencias, 100K-300k k Condensadores de 100nf-22pf-10µf Cristales 3.57 MHZ, 4 MHZ Switches Puerto Serial Puerto RJ9 Leds Adaptador de Corriente Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 116

117 Para la implementación del control del sistema se realiza de la siguiente manera: La alimentación llega a un regulador de voltaje de 5v LM7805, para proteger el circuito y garantizar un voltaje estable. La salida del Modem del auricular, se conecta al puerto RJ9 del circuito que va a la entra del decodificador de tonos MT8870 que es el encargado de decodificar los tonos DTMF del teclado del TMC. A la salida del decodificador de tonos Q0Q1Q2Q3 que entrega el número en binario del 0000 al Que va a la entrada del Puerto A (RA2, RA3, RA4, RA5) del Microcontrolador Pic16f877a para el control y solicitud de la información. Las salidas del Puerto B (RB0, RB1, RB2, RB3, RB4, RB5), del microcontrolador pic16f84a, que son las encargadas de activar o desactivar las seis diferentes cargas del vehículo. Los sensores de temperatura que se utilizaron para este sistema son dos sensores de temperatura LM35 que se alimenta con 5v dc, y a su salida que varía en mili voltios según los cambios de temperatura, que puede ser la del motor o interior del vehículo. También se le pueden adaptar sensores de nivel o movimiento. Las salidas del LM35 van conectadas con el puerto A (RA0, RA1) del microcontrolador Pic16f877a que estas configuradas para entradas análogas. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 117

118 Figura 70. Sistema de Control y Sensores. Para la implementación de la telemetría se hace de la siguiente manera: Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 118

119 Se utilizan los módulos de comunicación de E-Blocks del laboratorio de telecomunicaciones de la Universidad Católica Popular del Risaralda. La parte central donde se conectan todos los módulos es en la plaqueta Multiprogramador Pic. En donde se alimenta el sistema por medio de un adaptador de 12 VDC o por USB, se encuentra el Microcontrolador PIC16f877a encargada de la telemetría del sistema. Todas las conexiones de los módulos se hacen por medio de los puertos seriales. Donde el microcontrolador Pic16f877a está configurado de la siguiente manera. El puerto A para entrada del sistema de Control y Sensores. El puerto B para entrada de la pantalla LCD. El puerto C para salida de los comandos At a través del Max232 que se conecta al puerto serial del modem. El puerto D para la entrada del teclado matricial. El puerto E para la adaptación de la entrada de la alarma del vehículo. Figura 71. Sistema de Telemetría. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 119

120 A continuación se muestra la implementación de la telemetría y el control de todo el prototipo. Figura 72. Implementación del Prototipo Completo. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 120

121 Para la adecuación del prototipo en el vehículo se hace de la siguiente manera. Se conecta la salida de la alarma del vehículo al puerto E del Microcontrolador PIC16F877A. Para activar y desactivar el bloqueo central, la alarma o para encender o apagar el vehículo o el aire acondicionado. Se debe hacer una conexión electrónica desde la salida del puerto B del Microcontrolador Pic16f84a. Según unas especificaciones del sistema electrónico del vehículo, el cual no se hace en este proyecto por ser un prototipo. Alarma Sensores Bloque Central Alarma Aire Acondicionado Encendido del Motor Apertura del Baúl. Figura 73. Implementación del Sistema para el Vehículo. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 121

122 CONCLUSIONES Los objetivos propuestos fueron alcanzados mediante la concepción de un prototipo de telemetría y control para seguridad de vehículos soportado en redes móvil. Se logró diseñar un prototipo de un sistema de seguridad para vehículos con la ventaja adicional de obtener información sobre el estado actual del mismo a través de un mensaje de texto - SMS recibido en el teléfono celular del propietario, soportado con tecnología GSM. El modem Sony Ericsson GM28 es una gran solución a aplicaciones móviles de telemetría por el gran soporte de comandos AT de alto nivel, estándares GSM/GPRS y diseño de hardware adecuadas para cualquier implementación de tipo M2M. Se logró establecer la comunicación inalámbrica para la trasmisión y recepción de datos sobre la infraestructura red GSM existente actualmente soportada en Colombia por medio de mensajes de texto SMS a un bajo coste de implementación. La comunicación inalámbrica celular es flexible en su cobertura, ya que el uso de esta red permite comunicarse en puntos geográficamente distantes sin ningún tipo de inconveniente, transmitiendo información con un grado de confiabilidad mayor por la alta disponibilidad que brinda la red GSM, satisfaciendo los requerimientos planteados en el proyecto. El prototipo obtenido establece las bases de diseño para obtener un producto final competitivo dentro del mercado relacionado con los sistemas de seguridad vehicular y monitoreo de otras variables. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 122

123 Se integraron las dos aéreas fundamentales de la ingeniería de sistemas y telecomunicaciones, en la parte de programación y en la utilización de las redes de telefonía móvil celular. Al realizar la integración del sistema se detecto que por un mismo puerto del microcontrolador Pic16f887a no se debe configurar para datos análogos y digitales porque esto genera conflictos. Para la entrada del decodificador de tonos no se consiguió la resistencia de 71,5KΩ y se coloco una de 68KΩ que era la más aproximada a ese valor. Esto genera problemas de sincronización y un retardo en la decodificación de los tonos con frecuencias bajas, del número 1 al 6. En la configuración del microcontrolador pic16f84a en la parte de control donde se determino el puerto A como entrada de 4bits y el puerto A se puede configurar para 5Bits, por eso es importante configurar el Puerto A5 en 0. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 123

124 RECOMENDACIONES Para el desarrollo del aplicativo en flowcode es recomendable utilizar la última versión de Flowcode preferiblemente versión 4.0 ya que han sido agregadas muchas funciones nuevas, componentes y corrección de errores de la actual versión 2.0 disponible en el módulo comms. Se recomienda trabajar con un módulo para el compilado de microcontroladores diferente al PICmicro USB Multiprogrammer preferiblemente el PicKit2, ya que presenta muchos problemas de compatibilidad con sistemas operativos como Windows Vista y Windows 7. Para un correcto funcionamiento de la placa PICmicro USB Multiprogrammer con flowcode para compilar el programa al microcontrolador se recomienda trabajar en modo de alimentación directa DC ICD2 ya que en el modo USB puede presentar errores debido a esto. Para aplicaciones futuras se puede implementar el modo de transmisión de datos por medio del servicio de datos GPRS soportado por el modem y las actuales redes celulares en Colombia. Para el desarrollo del prototipo de comunicación se puede adaptar electrónicamente cualquier dispositivo móvil celular antiguo que no esté en uso, que soporte el estándar GSM para una solución económica y reutilizable. Es importante tener en cuenta la configuración de la SIM card ya que el programa que se compilo en el chip está preparado para recibir SIM cards sin bloqueo PIN. Este prototipo permite ser adaptado a cualquier tipo de ambiente M2M con otros dispositivos pudiendo prestar más servicios de información, para el caso vehicular se puede complementar con un módulo GPS para entregar coordenadas de posición que no se incluyeron en este prototipo. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 124

125 REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍAS [1] Tendencias Científicas. Tendencia 21[en línea]. España [consulta Junio 2010]. Disponible en: [2] Moya, Santiago. Manejando la casa por celular. En: El Tiempo. Bogotá (Enero 15 de 2006). Disponible en: [3] Asociación Colombina de Ingenieros. Perspectivas para las Telecomunicaciones en Colombia. Disponible en: %20en%20Telecomunicaciones% pdf [4] La basura electrónica amenaza su medio ambiente. En: Vanguardia.com. (Febrero 10 de 2009). Disponible en: [6] Se robaron vehículos en los dos primeros meses del año en Colombia. En: Revista Motor. El Tiempo (Marzo Disponible en: PLANTILLA_NOTA_INTERIOR html [7] Ministerio de Educación Nacional. La ciencia y la tecnología, una política prioritaria para Colombia. En línea]. Colombia [Consulta Junio de 2010]. Disponible en: [8] Quintero, H., L.F. Telemetría y telegestión en procesos industriales mediante canales inalámbricos Wi Fi utilizando instrumentación virtual y dispositivos PDA. Desarrollo de Grandes Aplicaciones de Red. III Jornadas, JDARE Alicante, España, mayo 22-23, Disponible en: Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 125

126 [9] R C Net. Telemetría [En línea]. [Consultado Junio de 2010]. Disponible en: [10] Modem Sony Ericsson GM29 [11] Datasheet Microcontrolador Pic16f84a [12] DataSheet Mircrocontrolador Pic16f877a [13] DataSheet Sensor de Temperatura LM35 [14] Datasheet Decodificador de tonos MT8870 [15] DataSheet Regulador de Voltage LM7805 Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 126

127 BIBLIOGRÁFIA Álvaro Hernán Cárdenas Valencia, Activación de Cargas Eléctricas por medio de la Telefonía celular, Universidad del Quindío, Trabajo de Grado, Armenia MICROCONTROLADORES PIC de ANGULO, JOSE MARIA ISBN: Nº Edición:1ª Año de edición:2007 MCGRAW-HILL MICROCONTROLADORES PIC 2ª PARTE: PIC 16F87X: DISEÑO PRACTICO DE A PLICACIONES de VV.AA. y ANGULO USATEGUI, JOSE MARIA ET AL.ISBN: Nº Edición:1ª Año de edición:2006 Trasmisión por Radio. José María Hernando Rábanos. Ed. Centro de estudios ramón areces, S.A. Segunda edición. 4. Technical realization of the Short Message Service (SMS) Pointo-to-Point. GSM Version ETSI. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 127

128 GLOSARIO 3GSM Third-generation Services for GSM (Servicios de tercera generación para GSM) ADC ASCII Analog-to-Digital Converter (Convertidor Analógico Digital) American Standard Code for Information Interchange (Código Estadounidense estandarizado para el Intercambio de Información) AUC AVL BS BSC BSS BTS CDMA Authentication Center (Centro de Autenticación) Automatic Vehicle Location (Localización Automática Vehicular) Base Station (Estación base) Base Station Controller (Controlador de Estaciones Base) Base Station Subsystem (Sub-sistema de Estaciones Base) Base Trasceiver Station (Estación Base) Code Division Multiple Access (Acceso Múltiple por División de Código) CDPD DNS DTMF EDGE Cellular Digital Packet Data (Paquetes de Datos Celular Digital) Domain Name System (Sistema de Nombre de Dominio) Dial Tone Multy Frequency (Tono Dial Multi Frecuencia) Enhanced Data for a Global Enviroment (Datos Mejorados para un Ambiente Global) GGSN Gateway GPRS Support Node (Puerta de Enlace del Nodo de Soporte GPRS) Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 128

129 GMSC Gateway Mobile Service Switching Center (El centro de conmutación móvil de entrada) GPRS General Packet Radio Service (Servicio General de Paquetes por Radio) GSM Global System for Mobile Communications (Sistema Global de Comunicaciones Móviles) GSMA HLR GSM Association (Asociación GSM) Home Location Register (Registro de Localización de usuarios Locales) HSCSD High Speed Circuit Switched Data (Datos Conmutados por Circuitos de Alta Velocidad) HSPA HTTP High Speed Packet Access (Acceso a Paquetes de Alta Velocidad) Hypertext Transfer Protocol (Protocolo de Transferencia de Hípertexto) ICMP Internet Control Message Protocol (Protocolo de Mensajes de Control de Internet) IGMP Internet Group Management Control (Control de Manejo del Grupo de Internet) IP ISDN Internet Protocol (Protocolo de Internet) Integrated Services Digital Network (Red Digital de Servicios digitales) LAN Local Area Network (Red de Area Local) Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 129

130 M2M MoU MS MSC Machine-to-Machine (Máquina a Máquina) Memorándum of Understandig (Recordatorio de Entendimiento) Mobile Station (Estación Móvil) Mobile services Switching Center (Centro de Conmutación y servicios Móviles) PLMN PSTN Public Land Mobile Network (Red Móvil Publica Terrestre) Public Switched Telephone Network (Red de Telefonía Publica Conmutada) RF RSS SC RTC SCI SGSN SIM SMS SMTP Radio Frequency (Radio frecuencia) Radio SubSystem Service Center (servicio central) Real-Time Counter (Contador en tiempo real) Serial Communications Interface (Interfaz Serial de Comunicaciones) Serving GPRS Support Node (Servidor del Nodo de Soporte GPRS) Subscriber Identity Module (Modulo de Identidad de Usuario) Short Message Service (Servicio de Mensajes Cortos) Simple Mail Transfer Protocol (Protocolo de Transferencia de Correos Simple) SPI TDMA Serial Peripheral Interface (Interfaz Serial de Periféricos) Time Division Multiple Access (Acceso Múltiple por División de Tiempo) Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 130

131 UMTS Universal Mobile Telephone System (Sistema de Telefonía Móvil Universal) VLR Visitor Location Register (Registro de Localización de usuarios Visitantes) W-CDMA Wideband Code Division Multiple Access (Múltiple Acceso por División de Código de Banda Ancha). Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 131

132 ANEXOS Esquema para el quemado en baquéela de la etapa de control. Figura 1. Esquema del Circuito de control Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 132

133 GUIA DE LABORATORIO Instalación del módulo Multiprogramador de MCU PICmicro. 1. Extraer el archivo EB-006_driver.zip 2. Abrir la carpeta extraída y ejecutar el archivo Matrix_USB_Board_Driver_install.exe 3. Se ejecutara el asistente de instalación y a continuación dar clic en siguiente Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 133

134 Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 134

135 En caso de que salga cualquier aviso de que si está seguro de instalar el dispositivo dar clic en alguna opción de que está de acuerdo. 4. Una vez finalizado la instalación mostrara una pantalla de que el dispositivo esta lista para su uso y dar clic en el botón finalizar. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 135

136 A continuación se conecta el cable USB del dispositivo E-blocks USB Multiprogrammer al PC y se mostrara un aviso en el que el dispositivo se está instalando. 5. En panel de control buscar SISTEMA y ubicar la opción de administrador de dispositivos en cual se cerciora de que ha sido instalado correctamente. Una vez configurado el dispositivo E-blocks USB Multiprogrammer, procedemos a instalar el software necesario para utilizarlo, (1-MPLAB, 2-Flowcode) en la instalación del flowcode instala una versión del Matrix PPP 3.5. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 136

137 Se selecciona el archivo PPPv3.9.exe de la carpeta de instalación y se instala, este automáticamente actualizará a la versión anterior. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 137

138 Por defecto esta deshabilitada la opción del driver (Parallel Port), dar clic derecho sobre él y seleccionar la opción de instalarlo en el disco local. Nos mostrara una pantalla en la cual se da clic en el botón INSTALL para continuar el proceso de instalación del driver, una vez finalizado este paso estará listo para la utilización del dispositivo. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 138

139 CONFIGURACIÓN EN FLOWCODE 1. Se inicializa Flowcode for PICmicros en el que se muestra una pantalla de selección donde se escoge crear un nuevo diagrama de flujo. A continuación se selecciona el PIC 16F877A elegido en la solución. 2. En la pantalla de inicio del software se selecciona en el menú principal Chip/Configurar, donde mostrara una pantalla de configuración del PCI en el software. 3. Se verifica el chip PIC 16F877A y se selecciona en la opción del Oscilador del XTAL tal como fue configurado en el módulo hardware para no tener inconvenientes en la programación; en la opción Watching Timmer se selecciona OFF. El software ofrece la opción con el botón Autodetect de detectar de manera automática el PIC en la placa, es muy útil en el caso de no saberlo. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 139

140 4. En el botón Switch To Expert Config Screen se verifica que el modo del oscilador este en HS y las demás opciones deshabilitadas. 5. Una vez configurado lo anterior, en la barra de componentes del software se adicionan al panel del proyecto los componentes necesarios utilizados en el hardware (Board Keypad EB014, Board LCD EB005, Board RS232 EB015) que se encuentran distribuidos de la siguiente manera como se muestra en la figura: Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 140

141 Inputs: KeyPad, Outputs: LCDDisplay, Comms: RS Las siguientes figuras muestran la representación de los módulos hardware en flowcode. Se debe verificar en el panel de propiedades la conexión de los puertos correspondientes a los componentes. 7. Adicionar las macros INIT_GMS y SEND_SMS, necesarias para el envío de Texto SMS en menú principal, Macro, Importar. 8. En la barra de Iconos se disponen de los elementos principales para la creación de los diagramas de flujo en flowcode. El icono Macro utiliza las macros agregadas anteriormente y el icono Macro de Componente utiliza los módulos hardware agregados con todas las macros disponibles en cada uno. 9. Agregar le icono Calculo para crear una matriz con la variable MESSAGE del cuerpo del mensaje de texto. 10. Agregar le icono Calculo para crear una matriz con la variable PHONE_NO para el numero celular donde se enviara el mensaje SMS. Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 141

142 MANUAL DE USUARIO Álvaro Hernán Cárdenas V, Andrés Felipe Echeverry G. Página 142

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