Corporacion Universitaria Autonoma del Cauca EJEMPLARIZACION DE COMUNICACIÓN ENTRE DOS MODOULOS XBEE SERIE 2.

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1 EJEMPLARIZACION DE COMUNICACIÓN ENTRE DOS MODOULOS XBEE SERIE 2. RESUMEN Hoy en día son muchos los dispositivos que cumplen la función de comunicarse uno con el otro, siendo útiles y cumpliendo objetivos dentro de un sector especificado. Los módulos xbee han tomado fuerza en el campo de la ingeniería convirtiéndose en un dispositivo de apoyo para la realización de diferentes aplicaciones, es por eso que en este documento se da a conocer su teoría, funcionamiento, y un ejemplo sencillo de aplicación. 1. INTRODUCCION. El mundo de las comunicaciones es una tecnología que día a día avanza y hace parte de nuestro diario vivir, la comunicación inalámbrica es la forma que se encuentra para interactuar con una persona en cualquier parte del mundo, pero este modo de comunicación también ha sido implementado en la industria, robótica, y automatización. La implementación de una red inalámbrica es muy costosa, a los sectores anteriormente mencionados no les favorece ya que aumentaría el costo de las producciones, por este motivo se busca una tecnología que brinde una comunicación inalámbrica de bajo costo, para eso se hace uso de la tecnología o protocolo zigbee. Zigbee se encuentra bajo el protocolo , este estándar define un conjunto de protocolos para la implementación de una red inalámbrica de corta distancia y baja velocidad de datos, la tecnología zigbee arroja ventajas como: flexibilidad de red, bajo consumo de energía y bajo costo. 2. RED ZIGBEE Una red zigbee básicamente está compuesta por tres dispositivos: Coordinador: es el coordinador de la red y es quien inicia la formación de la red y debe haber por lo menos uno por red. Router: este se puede asociar con otro router, es el encargado de enrutar información de paquetes hacia otro router o coordinador, teniendo la posibilidad de recibir y transmitir información.

2 Dispositivo final (end device): es el elemento final de la red zigbee y no realiza tareas de enrutamiento, tiene la facilidad de comunicarse con su nodo padre coordinador o router. 3. MODULOS XBEE Estos dispositivos son los utilizados para realizar una red zigbee ya que funcionan bajo este protocolo. Los módulos xbee tienen dos familias, serie 1 y 2 y unas letras en su referencia como PRO que hace alusión a que internamente tienen un microcontrolador facilitando su configuración siendo utilizado en aplicaciones más complejas, y ZB hace referencia a que se puede utilizar en aplicaciones industriales con PLC, en Colombia el fabricante más popular de módulos xbee es digi international. Los xbee poseen varios tipos de antena como: antena de alambre, chip, rpsma, de acuerdo a esto se obtiene distancia de transmisión y potencia de transmisión. 3.1 PINES XBEE En la figura 1, se observa la distribución de pines, nos ayudara a conocer los módulos y la forma de conexión a un circuito electrónico, esta esquema es estándar tanto para la serie 1 y 2. El voltaje de alimentación del modulo es de 3.3v, para eso se necesita un regulador a 3.3v y que sea compatible con las señales TTL del microcontrolador, mas adelante encontraremos el regulador a utilizar. Figura 1. Distribución de pines xbee Fuente: Comunicaciones inalámbricas. Módulos de radio frecuencia versión oem xbee A continuación en la grafica 2, se presenta la manera de conexión de los módulos xbee con un sistema embebido, más específicamente con un microcontrolador.

3 Figura 2. Conexiones mínimas Fuente: Comunicaciones inalámbricas. Módulos de radio frecuencia versión oem xbee Esta breve explicación de los módulos xbee, brinda una idea de su funcionamiento, conexión y de las diferentes aplicaciones que puede ser utilizado, por eso dejamos de su interés investigativo y autoestudio profundizar más sobre este tema que lo acerca a la realización de proyectos con estos módulos. 4. CONFIGURACION MODULO XBEE Para la configuración de los módulos xbee es necesario descargar el software X-CTU, el cual es libre y lo podemos descargar en la página del fabricante o siguiendo el siguiente link: El X-CTU nos brinda la facilidad de configurar los módulos en los diferentes modos de operación que estos funcionan, para nuestro ejemplo la configuración recomendada y la más apropiada es configurar los módulos en modo transparente. El modo transparente es el más adecuado para reemplazar un cable serial por una comunicación serial inalámbrica, el modo transparente es una comunicación punto a punto y no es necesario ningún tipo de control. El modo transparente funciona de tal manera que la información que ingresa por el pin 3 (DATA IN), es guardado en el buffer de entrada y luego transmitido y todo lo que ingresa como paquete RF, es guardado en el buffer de salida y luego envidado por el pin 2 (DATA OUT). Para la configuración del modulo xbee, es necesario adquirir una tarjeta xbee Explorer, la cual nos permitirá conectar el modulo xbee al PC por USB, en la figura 3, se puede observar físicamente la tarjeta para tener una idea al momento de adquirirla.

4 Figura 3. Tarjeta USB 5. CONFIGURACION MODO TRANSPARENTE Como ya se menciono anteriormente, este modo es el más adecuado para realizar una comunicación serial inalámbrica entre módulos xbee cada uno con un sistema embebido, a continuación se explicara lo más detalladamente posible los pasos a seguir para llegar a este modo de comunicación: 5.1 PASO 1: después de haber instalado el software, conectamos la tarjeta xbee Explorer al PC, abrimos el software y encontraremos como una venta como la siguiente: Ver Figura 4. Figura 4. Ventana principal

5 Se puede observa que el xbee ha sido detectado en el puerto COM7, observamos los siguientes parámetros: Baud: Flow control: NONE Data bits: 8 Parity: NONE Stop Bits:1 Estos parámetros los vamos a dejar tal cual, cabe aclara que estos se pueden modificar, dependiendo de los requerimientos. Después de lo anterior, damos clic en el botón test/query y nos aparecerá una ventana como la observada en la figura 5, indicando que la comunicación con el modem por el puerto serial USB ha sido satisfactoria, también indicando el modelo de xbee y serial. Para este caso el tipo de modem es XBP24-B, el cual utilizaremos para esta práctica Figura 5. Ventana de comunicación 5.2 Paso 2: Después de realizar correctamente el paso anterior, nos dirigimos a la pestaña modem configuration, donde vamos a dar clic en la pestana read para que el software lea nuestro modulo, observa la figura 6:

6 Figura 6. Ventana de lectura de parámetros Observamos que se ha leído nuestro modulo correctamente, y encontraremos unos parámetros para la configuración del xbee, para nuestra practica configuraremos algunos parámetros para lograr nuestro modulo de configuración. 5.3 Paso 3: En este paso describiremos lo parámetros que hay que tener en cuenta para configurar los módulos en modo transparente, para esto es necesario configurar un modulo como coordinador AT y el otro como Router AT, para llegar al modo transparente hay que tener en cuenta lo siguiente: DH: Dirección de destino alta, es el numero estándar del modulo xbee, por lo general corresponde a 13A200, este número es estándar para todos los módulos xbee y se encuentra en la parte de atrás. Ver figura 7. DL: dirección de destino baja, es el número de serie único del modulo, este lo encontramos en la parte de atrás del xbee. Ver figura 7.

7 Figura 7. Parte trasera modulo xbee SH: número de serie alta, aquí se introduce DH del modulo que se quiere leer. SL: número de serie bajo, aquí se introduce el DL del modulo xbee a leer. ID: es el ID de la red de trabajo, puede ser cualquier numero, para nuestro caso es cero (0) Vamos a la pestana modem configuration y escribimos los siguientes datos tanto para el coordinador como para el router: Cuadro 1. Parámetros a configurar módulos xbee COORDINADOR ROUTER SH 13A200 SH 13A200 SL 409C45FA SL B DH 13A200 DH 13A200 DL B DL 409C45FA PAN ID 0 PAN ID 0 BAUD RATE BAUD RATE En la figura 8, podemos observar, que hay unos cuadros de colores, los cuales nos indican los parámetros anteriores, después de haber configurado los parámetros anteriores, damos clic en el icono write para que se escriba en el xbee la nueva configuración

8 Figura 8. Parámetros configurados 5.3 PASO 4: En esta sección vamos a comprobar que los módulos se están comunicando, para esto vamos a la pestana terminal. Este funciona como el terminal de software. En la figura 9, lado izquierdo, corresponde al terminal del coordinador y lado derecho corresponde al terminal del router. Hemos escrito en el terminal del coordinador el famoso Hola mundo, el texto en azul, nos indica lo que se envía. En el terminal del router el texto está en rojo, indica lo que se está recibiendo, la grafica nos demuestra que el coordinador está enviando información hacia el router el cual lo está recibiendo satisfactoriamente. Figura 9. Comunicación módulos xbee

9 6. PRACTICA Como ejemplo, realizaremos una comunicación serial inalámbrica en modo transparente entre módulos xbee y un sistema embebido. La practica consiste en la lectura del conversor análogo-digital de un microcontrolador, la información leída por el ADC es enviada a otro modulo xbee y este recibe la información, y es visualizada el valor del ADC por medio de unos leds. 6.1 TRANSMISOR La implementación del software para el microcontrolador (transmisor), para eso hacemos una estructura de programación para la transmisión de las señales, como se aprecia en el siguiente diagrama de bloques. Ver Figura 10 Figura 10. Diagrama de bloques transmisor

10 Después de tener lo anterior, se procede a realizar la lógica de programación en lenguaje de programación en c, el cual contiene la programación adecuada para cumplir con el diagrama de bloques anterior. Ver Anexo A Continuando con el transmisor, daremos a conocer los componentes para realizar el transmisor. Cuadro 2. Componentes Transmisor Componentes Electrónicos 1 modulo xbee serie 2 1 placa reguladora de voltaje (5v a 3.3v) para módulos xbee 1 microcontrolador 18f cristal de Mhz 1 diodo 1N pus button 1 resistencia de 10k 1 potenciómetro de 10k 2 condensadores de 22pf 1 protoboard. Los elementos más relevantes del transmisor lo podemos apreciar en la figura 11: Figura 11. Hardware transmisor

11 6.2 RECEPTOR. La implementación del software para el microcontrolador (receptor), hacemos una estructura de programación para la recepción de las señales, como se aprecia en el siguiente diagrama de bloques. Ver Figura 12. Figura 12. Diagrama de bloques receptor De lo anterior, se procede realizar la lógica de programación en lenguaje de programación en c, el cual contiene la programación adecuada para cumplir con el diagrama de bloques anterior. Ver anexo B. Continuando, daremos a conocer los componentes necesarios para elaborar el receptor.

12 Cuadro 3. Componentes Receptor Componentes Electrónicos 1 modulo xbee serie 2 1 placa reguladora de voltaje (5v a 3.3v) para módulos xbee 1 microcontrolador 18f cristal de Mhz 1 diodo 1N pus button 1 resistencia de 10k 8 leds 8 resistencias de 330 ohmios 2 condensadores de 22pf 1 protoboard. Los componentes más relevantes para el receptor, se pueden apreciar en la figura 13 Figura 13. Hardware Receptor 7. En la figura 14, se puede observar el diagrama del circuito tanto del transmisor como del receptor, nos servirá de guía a la hora de de realizar el montaje en una protoboard.

13 Figura 14. Esquema circuito 8. SIMULACION. En la figura 15, se observa la simulación realizada en Isis Proteus, dicha simulación corresponde a la comunicación serial entre el transmisor y receptor, leyendo el valor de ADC y siendo visualizadas en leds, conectados por el puerto b del receptor.

14 Figura 15. Simulación en Isis Para realizar la simulación de la práctica seguimos los siguientes pasos; Abrimos el Isis proteus. Después de tener el programa abierto damos clic en component mode. Damos click pick from libraries. Aquí, buscamos los componentes necesario para realizar la simulación Buscamos: PIC 18F4550, led red, pot-hg. Damos doble clic sobre el microcontrolador y configuramos processor clock frequency= mhz, después damos clic program file y buscamos el archivo con extensión.cof, el cual es arrojado al momento de crear el proyecto en ccs. Por último realizamos las conexiones pertinentes. 9. RESULTADOS. En la figura 16, se puede apreciar la simulación de la comunicación serial en el programa de simulación para circuitos electrónicos Isis. Se observa dos microcontroladores conectados serialmente, un potenciómetro conectado al pic transmisor y ocho leds conectados al pic receptor. Se ha conectado el virtual terminal para observar el envió de información, al observar el virtual terminal podemos darnos cuenta que si se está enviando información entre los dos microcontroladores, dicha información es la lectura del

15 ADC y en el virtual terminal dicha información es observada en hexadecimal o código ASCII. En el puerto d del receptor, se ha conectado 8 leds que representara el valor del ADC en numeró binario, en la grafica se observa que el ADC leído es el número siete. Figura 16. Simulación en Isis y virtual terminal En el siguiente enlace de youtube, se puede observar un video correspondiente a la práctica CONCLUSIONES Las comunicaciones inalámbricas para la realización de diferentes proyectos cumplen un rol muy importante, porque gracias a ella podemos optimizar y mejorar los proyectos sacando la mayor ventaja de este tipo de comunicación. Los dispositivos inalámbricos xbee nos brinda la posibilidad de realizar una comunicación inalámbrica sencilla y de bajo costo. Los modulo xbee, son compatibles con microcontroladores, PLC, FPGA. Esta serie brinda distancias de hasta 3.2 km.

16 Los módulos xbee, necesitan de una parte lógica, la cual es proporcionada por el microcontrolador 18F4550 para cumplir con el requerimiento de la práctica. El software X-CTU, es un software libre y de manejo sencillo, el cual nos permite configurar los módulos xbee, permitiendo hacer pruebas de comunicación entre módulos xbee y modulo xbee y un sistema embebido. La simulación de los módulos xbee, se puede realizar en el programa de simulación proteos, por medio del puerto serial. Por el método de prueba y erro, se pudo observar que la comunicación funciono mejor a una velocidad de baudios con un oscilador de Mhz.

17 ANEXOS ANEXO A. En esta sección encontraremos las líneas de código para transmitir la información, en el código podemos encontrar comentarios los cuales explican las líneas más relevantes para nosotros, así tendremos más claridad del programa. A.I Código en lenguaje C transmisor. #include <18F4550.h> #device adc=8 //PIC utilizado // ADC de 8 bits #fuses XT,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,PUT,NODEBUG,NOBROWNOUT,NOCPD,NOWRT fuses //Configuramos los #use delay(clock= mhz) //Oscilador a Mhz #use RS232 (baud=57600, bits=8, parity=n, xmit=pin_c6, rcv=pin_c7) // Configuracion de la norma RS232 #byte PORTD=0X83 // Dirección de puertos #byte TRISD=0X95 #byte PORTB = 0x81 #use fast_io(b) void main() { int valor=0; // declaración de la variable valor, es a la cual le vamos a asignar el valor del ADC setup_adc_ports(all_analog ); setup_adc(adc_off); setup_adc(adc_clock_internal); setup_psp(psp_disabled); setup_spi(spi_ss_disabled); enable_interrupts(int_rda); Enable_Interrupts(GLOBAL); // Interrupciones Generales Activadas. setup_timer_0(rtcc_internal RTCC_DIV_1);

18 setup_comparator(nc_nc_nc_nc); setup_timer_1(t1_disabled); setup_timer_2(t2_div_by_16, 62, 1); // 500 Hz <<??? setup_comparator(nc_nc_nc_nc); setup_vref(false); Enable_Interrupts(Int_Ext); // Activar Interrupción Externa. enable_interrupts(int_rda); Set_Tris_A(0b ); for(;;) { set_adc_channel(0); //Seleccionar el canal valor=read_adc() ; //Lectura canal analógico putc(valor); //Esta función envía la cadena de texto contenida dentro de los paréntesis al pin que hayamos configurado en el parámetro XMIT de la directiva #use RS232, delay_ms(500); //retardo } } ANEXO B En esta sección encontraremos las líneas de código para la recepción de la información, en el código podemos encontrar comentarios los cuales explican las líneas más relevantes para nosotros, así tendremos más claridad del programa. B.I Código en lenguaje C Receptor. #include <18F4550.h> //PIC utilizado #fuses XT,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NOPUT,NODEBUG,NOBROWNOUT,NOCPD,NOWRT los fuses //Configuramos #use delay(clock= mhz) //Oscilador Mhz #use RS232 (baud=57600, bits=8, parity=n, xmit=pin_c6, rcv=pin_c7) // Configuracion de la norma RS232 int16 valor; #int_rda void RDA_isr(void) //Guardará el string recibido // esta interrupción se activa cada vez que se recibe un dato // aquí recibimos el dato del ADC { valor=getc(); // Esta función espera el dato, y cuando lo recibe devuelve su valor

19 } void main() { setup_adc_ports(all_analog ); setup_adc(adc_off); setup_adc(adc_clock_internal); setup_timer_0(rtcc_internal RTCC_DIV_1); setup_timer_1(t1_disabled); setup_timer_2(t2_div_by_16, 62, 1); // 500 Hz <<??? enable_interrupts(int_rda); Enable_Interrupts(GLOBAL); // Interrupciones Generales Activadas. Setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); for(;;) { output_d(valor); //Enviamos el valor de ADC al puerto delay_ms(500); //Retardo } }

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