Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas

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1 Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas Sistema X10 Máster Oficial en Sistemas Telemáticos e Informáticos Joaquín Vaquero López Esther de Gracia Corrales Mª Cristina Rodríguez Sánchez Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 1

2 Índice Introducción Historia Tecnología Nivel físico Protocolo Elementos típicos Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 2

3 Introducción " Sistema X10 ü X10 es un sistema modular de domótica para la automatización del hogar. Permite el control y supervisión de aspectos como el confort, la seguridad, las comunicaciones y el ahorro energético tanto local (directamente o con mando a distancia) como remotamente (internet, teléfono móvil). ü Utiliza sensores que miden la condiciones del hogar ü Utiliza actuadores que controlan los electrodomésticos, la iluminación, la climatización, las persianas y toldos, las puertas y ventanas, las cerraduras, el riego, el suministro de agua, de gas y electricidad, etc; y que se comunican entre sí o con una unidad central de control. Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 3

4 Historia " Historia ü Desarrollado por la empresa escocesa Pico Electronics Ltd, entre 1976 y 1978, con la idea de obtener un sistema modular controlado de manera remota ü Cada proyecto tenía asignado un número de experimento. Este era el experimento nº10, o simplificado X10 ü Pico Electronics Ltd comenzó expandirse en el mercado estadounidense a partir de 1979 En la actualidad, X10 es una de las tecnologías más aplicadas al ámbito de la domótica de bajo coste. Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 4

5 " Aspectos generales ü La comunicación entre módulos se basa en la transmisión de señales mediante corrientes portadoras sobre la red eléctrica doméstica (Power Line Carrier ó PLC) ü El principio de la transmisión PLC consiste en superponer una señal de alta frecuencia y niveles bajos de energía a la red eléctrica (baja frecuencia y alta energía) de 230V/50 Hz en Europa o 120V/60Hz en EEUU. ü La señal se transmite a través de la infraestructura eléctrica del hogar de manera que se puede recibir y decodificar la señal moduladora remotamente en cualquier punto de la misma red eléctrica. Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 5

6 " Aspectos generales. Ventajas. ü Facilidad de instalación frente a otros protocolos que necesitan líneas específicas y por tanto, una infraestructura adicional a la existente ü La instalación de los módulos consiste en enchufarlos a una toma de corriente o de sustituir un interruptor convencional por el módulo empotrable ü Flexibilidad dada la gran variedad de módulos disponibles Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 6

7 " Aspectos generales. Inconvenientes. ü La inteligencia del sistema se encuentra en un único dispositivo programado, del que depende el correcto funcionamiento de la instalación. ü Sistema es muy sensible a las perturbaciones que puedan existir en la red eléctrica doméstica ü Riesgo de propagación de las señales X10 por la red eléctrica a una o varias instalaciones vecinas ü Necesidad de transmitir la señal de X10 a todas las fases de la red eléctrica existente en una instalación. ü Gran variedad de módulos disponibles Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 7

8 " Aspectos generales. Sistema típico. ü Controlador o autómata central que recibe información de los sensores y envía señales a unos actuadores. Módulos X10. ü Dispositivos transmisores y receptores. Módulos X10 unidireccionales o bidireccionales ü Filtros para aislar los aparatos que puedan interferir en las comunicaciones entre módulos de X10 ü Filtros para evitar que las señales de X10 se propaguen más allá de la propia instalación eléctrica e interfieran con las colindantes ü Elementos de acoplo entre las distintas fases de la instalación eléctrica sirven para permitir que las señales se trasmitan por todas ellas Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 8

9 " Nivel físico ü Señales moduladas a una frecuencia alejada de la existente en la red y de los ruidos típicos de ésta. Entre 50kHz y 150kHz, típicamente entre 125kHz y 135kHz ü Modualción tipo ASK (Amplitude Shift Keying ), pero superpuesta a la red eléctrica Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 9

10 " Nivel físico ü La presencia de la moduladora de 120kHz sobre la señal portadora en un instante determinado se interpreta como un 1 binario y la ausencia de dicha moduladora en ese instante se interpreta como un 0 binario ü Codificación similar a la Manchester: La codificación eléctrica de una señal binaria de manera que en cada tiempo de bit hay una transición entre dos niveles de señal. La señal de reloj la da la red eléctrica en cada paso por cero Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 10

11 " Nivel físico ü Es una transmisión asíncrona. La señal de sincronización es el paso por cero de la tensión alterna de red. Detección de paso por cero integrado en los módulos. ü Se puede insertar una señal X10 en el semiciclo positivo o en el negativo de la onda senoidal Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 11

12 " Nivel físico ü Cada bit se representa por él mismo y su complementario en un ciclo de reloj (un ciclo de la tensión de la red eléctrica) ü Ejemplo: el 1 binario se representa por la presencia de un pulso de 120kHz en el primer semiciclo y la ausencia de éste en el semiciclo siguiente (10) ü Ejemplo: el 0 binario ocurre lo contrario, hay una ausencia de pulso en el primer semiciclo y una presencia en la segunda mitad del ciclo (01). ü Condición de complementariedad a uno en medios ciclos alternos, o formato complementario. Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 12

13 " Nivel físico. ü La sincronización de los datos con lo pasos por cero de la tensión de red. El tiempo máximo que un bit está en la red es de 1ms Transmisión Recepción Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 13

14 " Nivel físico. ü Sistemas trifásicos. Señales desfasadas y elementos de acoplamiento Transmisión Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 14

15 " Protocolo ü Código de inicio: es un código fijo que indica el comienzo de una trama de dos ciclos (2 bits formato complementario) ü Código de casa (letras A-P): Primera parte del destinatario de la instrucción. 4 ciclos (4 bits f.c.) ü Código numérico (1-16) /Código de función: Segunda parte de la dirección de destino / tarea a realizar.5 ciclos (5 bits f.c). Código clave. Trama X10 Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 15

16 " Protocolo ü Código de inicio: es un código fijo (1110) que indica el comienzo de una trama de dos ciclos (4 bits sin f.c.). Precedido de 3 ciclos de silencio Código de inicio Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 16

17 " Protocolo ü Código de casa (letras A-P): Primera parte del destinatario de la instrucción. 4 ciclos (4 bits f.c.) ü Asignación de bits al azar para que no fuera previsible la relación letra-código Código de casa Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 17

18 " Protocolo ü Código numérico (1-16) /Código de función: Segunda parte de la dirección de destino / tarea a realizar.5 ciclos (5 bits f.c). Código clave ü Último bit es siempre 0 para el código numérico y 1 para el de función Código clave Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 18

19 " Protocolo ü El bloque de direccionamiento completo (Código de Inicio, Código de Casa y Código de Numérico) se transmite 2 veces, y separado por 3 ciclos de silencio, el bloque de comando o función otras 2 veces Bloque direccionamiento Ciclos de silencio Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 19

20 " Protocolo ü El bloque de direccionamiento completo (Código de Inicio, Código de Casa y Código de Numérico) se transmite 2 veces, y separado por 3 ciclos de silencio, el bloque de comando o función Trama completa Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 20

21 " Protocolo ü La asignación de una dirección a un módulo X10 se hace mecánicamente mediante dos conmutadores giratorios, uno con 16 letras y el otro con 16 números que permiten asignar una de las 256 posibles direcciones Ejemplo de direccionamiento del módulo A2 Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 21

22 " Protocolo ü El tiempo de bit coincide con los 20ms que dura el ciclo de la señal, de forma que la velocidad binaria de 50bps viene impuesta por la frecuencia de la red eléctrica existente en Europa. Tiempo de un bit Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 22

23 Elementos de un sistema X10 " Elementos básicos ü Iluminación empotrable Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 23

24 Elementos de un sistema X10 " Elementos básicos ü Módulo de lámpara ü Módulo de aparato Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 24

25 Elementos de un sistema X10 " Elementos básicos ü Módulo persiana Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 25

26 Elementos de un sistema X10 " Elementos básicos ü Módulo Receptor RF ü Sensores volumétricos, humo, gases, inundaciones Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 26

27 Elementos de un sistema X10 " Elementos básicos ü Programador PC Active Home Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 27

28 Elementos de un sistema X10 " Elementos básicos ü Acoplamiento entre fases. Filtros Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 28

29 Elementos de un sistema X10 " Elementos básicos ü Módulos compatibles. Mando infrarrojo, receptor RF de X10 y transmisor de órdenes vía PLC, electrovávulas, mandos llavero RF, cámaras Domótica y sistemas embebidos para comunicaciones inalámbricas 29

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