SecurityBot. Entrega. Pontificia Universidad Católica de Chile. Departamento de Ciencias de la Computación IIC2342 Arquitectura de Computadores

Transcripción

1 Pontificia Universidad Católica de Chile Escuela de Ingeniería Departamento de Ciencias de la Computación IIC2342 Arquitectura de Computadores Entrega 2: SecurityBot Integrantes: - Cristián Alcoholado - Rodrigo Concha - Javier Gunther - Pablo Osorio - Patricia Steffens - Giancarlo Veronesi Profesor: - José Tomás Eterovic Ayudantes: - Germán Larraín - José Luis Honorato

2 Contenido 1. Conexiones y Circuitería Router Linksys WRT54G Webcam IP D-Link Wireless DCS-950G Sensor de proximidad Sensor de Velocidad Auto a control remoto Batería Diseño completo del hardware del sistema embebido Especificaciones del Hardware a utilizar Anexos Código LEDs Índice de Tablas e Ilustraciones Tabla 1 Número de los pines con la función y la descripción... 5 Tabla 2 Número de los pines con la función y la descripción... 6 Tabla 3 Pines del PIC que serán utilizados para controlar el auto Tabla 4 Pines del PIC conectados con el auto radiocontrolado Ilustración 1 Conector y número de los pines... 5 Ilustración 2 Diagrama de conexión... 6 Ilustración 3 Pines que se conectan al router... 7 Ilustración 4 Conexión cámara IP D-Link Wireless DCS-950 G... 8 Ilustración 5 Sensor de proximidad GP2Y0A21Yk... 9 Ilustración 6 Ubicación puerto RAo y VDD del PIC Ilustración 7 Conexiones de Sensor de proximidad a placa Ilustración 8 Rotary encoder 318-ENC130175F-12PS Ilustración 9 Conexión del encoder al PIC Ilustración 10 Conexiones del chip RX6 al PIC Ilustración 11 Diseño del hardware Ilustración 12 Diseño del hardware Ilustración 13 Diagrama del SecurityBot con el hardware que se utilizará

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4 1. Conexiones y Circuitería 1.1 Router Linksys WRT54G Nuestro sistema contempla un conversor bidireccional de protocolo Ethernet-USART (TCP/IP-RS232), que es implementado mediante un router, modificado específicamente para este propósito. El router en cuestión, es de la marca Linksys, modelo WRT54GS v7.2, número de serie CGNE1HA04790, FCC ID número Q87-WRT54GSV72, que corre sobre un procesador Broadcom BCM5354KFBG, a 250 MHz. El router es capaz de funcionar con voltajes que van desde los 4.75 VDC hasta 20 VDC, e independiente de las configuraciones de operación, consume en promedio 2.7 W a 7.5 VDC. Las modificaciones de hardware realizadas consisten en reemplazar el chip de memoria flash original (2MB, EN29LV160A) por uno de mayor capacidad (4MB, AM29LV320MB), reemplazar el chip de memoria RAM original (128 Mb, IS42S16800A) por uno de mayor capacidad (256 Mb, K4S561632C), y realizar las modificaciones asociadas para manejar el aumento en las capacidades. Además, se agregaron las conexiones necesarias para permitir la conexión del router con un dispositivo USART y para implementar el protocolo E-JTAG, de manera de permitir la conexión con el PIC y el acceso a la programación inicial de la nueva memoria Flash, respectivamente. En cuanto a software, se instalo y configuró el firmware OpenWRT versión Kamikaze 8.09, junto a los paquetes de drivers necesarios y al programa Ser2Net, de manera de permitir la conexión Ethernet-USART. Todo el software instalado es de libre distribución, y se rige bajo licencia GNU/Linux. El router se encuentra configurado por defecto con la dirección IP cableada / , y debe ser configurado mediante un computador conectado directamente a él a través de la dirección (protocolo http) o mediante consola serial, para poder acceder como cliente a una red WiFi previamente establecida. En cuanto a las configuraciones necesarias para acceder a los sistemas de interés del router (asumiendo IP del router dentro de la red WiFi), se cuenta con: 1- Puerto USART-USART: Protocolo RS232, 8 bits de datos, sin paridad, 1 bit de stop, sin control de flujo (115200/8N1) 2- Puerto Ethernet-USART: Protocolo TCP/IP, dirección IP , puerto Configuraciones: Mediante consola serial en el puerto usart (115200/8N1), presionando CTRL-Z durante el booteo del router, o mediante la dirección una vez que el sistema se encuentra en marcha y ha finalizado el proceso de booteo. 4

5 Debido a que el router está cubierto bajo leyes de derecho de autor y debido a que el diseño es secreto empresarial, no existen esquemas de las conexiones internas del dispositivo. Además, los datos de conexiones de los componentes internos principales son obtenibles sólo mediante un compromiso de no divulgación, por lo que tampoco se cuenta con datos al respecto. Esquema de conexión: Fuera de la conexión E-JTAG que es necesaria sólo al momento de cambiar el chip de memoria flash, la única conexión interna de interés es el puerto USART creado en el router. Esta es identificable fácilmente, ya que consta de 4 pines distribuidos en una superficie destinada a 5 pines, por lo que posee una forma particular. El puerto USART puede ser conectado directamente a la placa que posee el microprocesador PIC, o mediante un conversor de señales TTL-RS232 (p.ej, MAX232) a un dispositivo serial. En la siguiente fotografía se identifica el conector, y se incluyen los números de los pines necesarios para identificar las conexiones: Ilustración 1 Conector y número de los pines PIN Función Descripción 1 VCC Salida de V 2 TX Pin de transmisión 3 RX Pin de recepción No conectado internamente al NC - sistema 4 GND Tierra, nivel de referencia del voltaje Tabla 1 Número de los pines con la función y la descripción 5

6 Una conexión típica entre el router y el microcontrolador, a través del puerto USART y utilizando una placa previamente construida, se especifica en el siguiente diagrama: Ilustración 2 Diagrama de conexión Notar que en este diagrama, los pines numerados en la placa correspondiente al PIC tienen las siguientes funciones: PIN PIN PIC en Función Descripción 1 32 VCC Salida de V 2 25 TX Pin de transmisión 3 26 RX Pin de recepción 4 - GND Tierra, nivel de referencia del voltaje Jumpers para cambiar la función de los pines 2 SEL - SEL y 3 Tabla 2 Número de los pines con la función y la descripción 6

7 Los pines del pic utilizados por la conexión con el router se marcan en rojo en la siguiente figura: Ilustración 3 Pines que se conectan al router 7

8 1.2 Webcam IP D-Link Wireless DCS-950G Trabajaremos con una cámara IP que tiene como características que graba videos de gran calidad con audio incluido (por lo que no se hará necesario el uso de un micrófono en el SecurityBot ) y los datos obtenidos son comprimidos en una imagen que contiene menos datos para hacer más eficiente la transferencia por internet. Posteriormente, la cámara transmite los datos captados con ayuda del router y pueden ser vistos directamente en un computador. Los videos transmitidos estarán en.avi y conectaremos la cámara IP a la batería del auto de 7,2 volts, ya que necesita solo 5 volts para funcionar. A continuación se presenta un diagrama con la conexión de la Cámara IP D-Link Wireless DCS-950G: Ilustración 4 Conexión cámara IP D-Link Wireless DCS-950 G 8

9 1.3 Sensor de proximidad El sensor de proximidad GP2Y0A21YK será instalado en la parte delantera del auto para poder prevenir colisiones con eventuales obstáculos. El sensor consta de 3 PIN; GND corresponde a la conexión a tierra, Vcc corresponde al suministro de voltaje(5 v) y Vo es el voltaje de output o salida del sensor. Esta señal Vo es la que conectaremos al PIC para poder capturar lo detectado por el sensor. A continuación se muestra un diagrama del sensor de proximidad: Ilustración 5 Sensor de proximidad GP2Y0A21Yk Por el puerto RA0 del PIC entrará la señal del sensor de proximidad. El módulo de conversión análogo-digital consta de 8 entradas que corresponden a las entradas 2 a la 10 del PIC. Como RA0 es una de ellas, podremos convertir la señal análoga entregada por el sensor a digital. Los 10 bits del resultado de la conversión análoga-digital quedan almacenados en los registros ADRESH y ADRESL. Las conexiones de GND y Vcc están especificadas en el punto 2. A continuación se muestra el diagrama del PIC y la ubicación del puerto RA0: 9

10 Ilustración 6 Ubicación puerto RAo y VDD del PIC Las conexiones del sensor de proximidad al voltaje de alimentación(vcc), a tierra(gnd) y a RA0 del PIC se muestran en el diagrama a continuación de la placa: Ilustración 7 Conexiones de Sensor de proximidad a placa 10

11 1.4 Sensor de Velocidad Para medir la velocidad a la que se mueve el SecurityBot, utilizaremos el tiempo transcurrido con ayuda del timer del PIC y además utilizaremos un encoder conectado físicamente a la rueda del auto y eléctricamente al PIC. El encoder tiene 5 patas, las que tienen salida digital y las conectaremos a: RC0, RC1, RC2, RC3 y RC4. Estas salidas nos entregan en código gray en qué dirección se ha movido la rueda y cuánto. Ilustración 8 Rotary encoder 318-ENC130175F-12PS 11

12 Ilustración 9 Conexión del encoder al PIC 12

13 1.5 Auto a control remoto Con el fin de facilitar el diseño del proyecto y abaratar costos, se decidió reemplazar la construcción de un vehículo pequeño sobre el cuál montar los sistemas, por la utilización de un vehículo radiocontrolado ya existente. En particular, el vehículo radiocontrolado es de la marca RadioShack, modelo Enforcer (número de catálogo RadioShack ), que requiere de una batería recargable de alimentación de 7.2 VDC, 1700 mah para funcionar (número de catálogo RadioShack ). La potencia consumida por el pequeño auto radiocontrolado depende de las acciones realizadas, donde se tiene aproximadamente 0 (cero) W en reposo, 12.8 W a velocidad estable, y picks de 19.5 W al momento de acelerar. Debido a que el auto a control remoto está cubierto bajo leyes de derecho de autor y debido a que el diseño es secreto empresarial, no existen esquemas de las conexiones internas del dispositivo. Sin embargo, el chip receptor (que es quien controla los movimientos del vehículo) pertenece a la línea de chips ATS306R TX6/RX6 (Transmisor/Receptor) de la marca Realtek, para los cuales hay acceso gratuito al diagrama de conexiones. El chip RX6 entrega 3 VDC a los pines correspondientes a las funciones Adelante, Atrás, Derecha e Izquierda del circuito del auto, y el resto de la lógica para controlar el auto es independiente del chip mismo. Así, es posible eliminar el chip RX6 del sistema y conectar las funciones del auto directamente las salidas del PIC, luego de hacerlas pasar por resistencias que disminuyan el voltaje. En el siguiente dibujo, se muestran las conexiones del chip RX6, donde las salidas marcadas en rojo son las que manejan las funciones del auto, serán reemplazadas por conexiones a nuestro PIC. 13

14 Ilustración 10 Conexiones del chip RX6 al PIC En la siguiente tabla, se muestran los pines correspondientes al pic que serán utilizados para controlar el auto: PIN PIC en Función Descripción 36 DER Señal para doblar a la derecha 35 IZQ Señal para doblar a la izquierda 34 ATR Señal para retroceder 33 ADE Señal para avanzar - GND Tierra, nivel de referencia del voltaje Tabla 3 Pines del PIC que serán utilizados para controlar el auto 14

15 Los pines del pic utilizados por la conexión con el pequeño auto radiocontrolado se marcan en rojo en la siguiente figura: Tabla 4 Pines del PIC conectados con el auto radiocontrolado 15

16 1.6 Batería En vista de que todos los dispositivos de nuestro proyecto funcionan perfectamente bien al suministrarles 7.2 VDC o al conectarlos a los 5 VDC regulados en la placa que contiene el PIC, se utilizará la batería incluida con el pequeño auto radiocontrolado (7.2 VDC, 1700mAh) para suministrar la energìa necesaria a todo el proyecto. De esta manera, se evita tener que crear distintos voltajes para los distintos dispositivos, simplificando el diseño general del sistema. 16

17 2. Diseño completo del hardware del sistema embebido En el siguiente diagrama se presenta el diseño del hardware separado en dos diagramas para mayor simplicidad. En el primero están la cámara Ip, el Router, el encoder y el sensor de proximidad y en el segundo se encuentra la conexión al auto. Ilustración 11 Diseño del hardware 1 17

18 Ilustración 12 Diseño del hardware 2 18

19 Diagrama del Hardware a utilizar En el siguiente diagrama se muestra un diagrama con el hardware que se utilizará en la construcción del SecurityBot. Este diagrama contiene la Cámara IP, el router, la batería, el encoder y el sensor de proximidad. El PIC no fue puesto en el diagrama para no darle mayor complejidad. Ilustración 13 Diagrama del SecurityBot con el hardware que se utilizará. 19

20 3. Anexos 4.1 Código LEDs ; Ayudantía 2, José Luis Honorato list p=16f877a ; Tipo dispositivo include <P16F877A.inc> ; Para que reconozca los registros ORG H'00' GOTO PARTIDA ; Ubicación de partida ORG H'04' GOTO INT ; Ubicación de interrupciones ; Variables a almacenar, registros ; de propósito general en el banco 0 LED EQU H'20' ; Led de uso actual POT1 EQU H'21' ; Vin POT2 EQU H'22' ; LED LEVEL EQU H'23' ; Nivel de primer corte (85) CONT EQU H'24' ; Contador de overflows del timer DIST EQU H'26' ; Valor del Vin aceptable, entre 0 y 127 LEVE2 EQU H'27' ; Nivel de segundo corte (42) PARTIDA BCF STATUS,RP1 BSF STATUS,RP0 ; Me cambio al banco 1 ;Configuración de Puertos (Output = 0, Input = 1) MOVLW B' '; RD0, RD1, RD2 como outputs para leds MOVWF TRISB ; Usamos el Puerto B en cambio del D MOVLW H'FF' ; Todos los canales de A como input MOVWF TRISA 20

21 MOVLW H'FF' ; Todos los canales de C como input (Vamos a usar RC2 para el switch) MOVWF TRISC BCF STATUS,RP0 BCF STATUS,RP1 ; Vuelvo al Banco 0 CLRF CONT CLRF LED CLRF LEVEL CLRF POT1 CLRF POT2 CLRF DIST CLRF LEVE2 ;INTERRUPCIONES MOVLW B' ' MOVWF INTCON ; Interrupciones Globales y Periféricas BCF STATUS,RP1 BSF STATUS,RP0 ; BANCO 1 MOVLW B' ' MOVWF PIE1 ; Activo la interrupcion Timer1 Overflow ; Aqui se puede usar la interr. del USART, etc. BCF STATUS,RP0 BCF STATUS,RP1 ; BANCO 0 ;CONFIGURACION TIMER 1 CLRF TMR1L CLRF TMR1H ; Borro registros TMR1 MOVLW B' ' ; Uso de clock interno, prescaler 1:4, Timer1 OFF MOVWF T1CON ;CONFIGURACION ADC BCF STATUS,RP1 21

22 BSF STATUS,RP0 ;BANCO 1 MOVLW B' ' ; Justificado Izquierdo FOSC/2 Todos análogos MOVWF ADCON1 BCF STATUS,RP0 BCF STATUS,RP1 ;BANCO 0 MOVLW B' ' ;FOSC/8, CH0 por ahora, ADC=OFF MOVWF ADCON0 ; Asignamos los valores de los niveles de corte MOVLW D'85' MOVWF LEVEL MOVLW D'42' MOVWF LEVE2 LOOP ; Leo los valores de los potenciometros CALL LEER_CH0 CALL UBICAR ; Veo en que lado de "level" estoy CALL LEER_CH1 BTFSC PORTC,2 ; Si RC2 esta en 1, parpadea CALL BLINK BTFSS PORTC,2 ; Si RC2 esta en 0, lo prendo CALL LED_ON GOTO LOOP ; Vuelvo a hacer lo anterior UBICAR BCF STATUS,C ; Me aseguro de bajar el flag MOVF DIST,0 ; Vin formateado SUBWF LEVE2,0 ; Primero le restamos 42. Si es menor que 0, entonces prendemos el LED_LOW BTFSS STATUS,C ; Según el resultado, activo el led correspondiente CALL HIGH_MID ; Si al restarle 42, es mayor que 0, entonces distinguimos cual de los otros 2 leds se prenderá, mediante la funcion HIGH_MID 22

23 BTFSC STATUS,C CALL LED_LOW RETURN HIGH_MID original ; Realizamos el mismo procedimiento anterior. Le restamos 85 al valor MOVF DIST,0 SUBWF LEVEL,0 BTFSS STATUS,C ; CALL LED_HIGH ; Si la resta nos da menor que 0, prendemos LED_MID, en otro caso prendemos LED_HIGH BTFSC STATUS,C CALL LED_MID RETURN LED_HIGH ; RD2 MOVLW B' ' MOVWF LED BCF STATUS,C RETURN LED_MID ; RD1 MOVLW B' ' MOVWF LED BCF STATUS,C RETURN LED_LOW ; RD0 MOVLW B' ' MOVWF LED BSF STATUS,C RETURN LED_ON 23

24 BLINK MOVLW B' ' ; Uso de clock interno, prescaler 1:4, Timer1 OFF MOVWF T1CON MOVF LED,0 MOVWF PORTB RETURN MOVLW B' ' ; Uso de clock interno, prescaler 1:1 (tercer y cuarto bit), Timer1 ON MOVWF T1CON MOVF CONT,0 ; CONT en W XORWF POT2,0 estado del LED ; Comparo CONT con POT2, si son iguales (Z=1), cambio el BTFSC STATUS,Z CALL CAMBIA_LED BCF STATUS,Z RETURN INT BCF INTCON,GIE ;APAGO INTERRUPCIONES BTFSC PIR1,TMR1IF ; Si la interrupcion es por TMR1 overflow, voy al método CALL CONTAR ; Aqui se pueden agregar otras interrupciones CONTAR BSF INTCON,GIE ;REACTIVO INTERRUPCIONES RETURN BCF PIR1,TMR1IF ; Bajo el flag de la interrupción MOVLW H'EE' MOVWF TMR1H MOVLW H'00' MOVWF TMR1L ; El tiempo de parpadeo dependerá del valor de TMR1H + TMR1L 24

25 INCF CONT,1 ; Incremento el contador RETURN CAMBIA_LED BCF STATUS,Z CLRF CONT ;Hacemos un and entre las posibilidades de los leds y el puerto B, porque los otros pines nos pueden dar resultados indeseados MOVLW B' ' ANDWF PORTB,0 BTFSC STATUS,Z CALL PRENDE_LED BTFSS STATUS,Z CALL APAGA_LED RETURN PRENDE_LED MOVF LED,0 MOVWF PORTB BSF STATUS,Z RETURN APAGA_LED BCF PORTB,0 BCF PORTB,1 BCF PORTB,2 ; Apagamos el 3er LED BCF STATUS,Z RETURN LEER_CH0 ; Revisa en que lado estoy MOVLW B' ' ; Me cambio a CH0 MOVWF ADCON0 25

26 ;BCF ADCON0,CHS0 BSF ADCON0,GO ; Le digo GO PAUSA0 BTFSC ADCON0,GO ; Si está en Clear, movemos el dato GOTO PAUSA0 MOVF ADRESH,0 MOVWF POT1 26

27 ;MOVLW H'00' ;MOVWF ADRESH BCF STATUS,C BCF STATUS,DC BCF STATUS,Z RRF POT1,1 ; Maximo 127 BCF STATUS,C MOVF POT1,0 MOVWF DIST RETURN LEER_CH1 ; Blink MOVLW B' ' ; Me cambio a CH1 MOVWF ADCON0 27

28 ;BSF ADCON0,CHS0 BSF ADCON0,GO ; Le digo GO PAUSA1 BTFSC ADCON0,GO ; Si está en Clear, movemos el dato GOTO PAUSA1 MOVF ADRESH,0 MOVWF POT2 ;MOVLW H'00' ;MOVWF ADRESH RETURN END 28

29 Flujo Sistema General Función UBICAR 29