Sensores inalámbricos de bajo

Transcripción

1 Sensores inalámbricos de bajo consumo. Parte 1. El sistema de telemetría con microcontroladores PIC Autor: Marc Ralita Álvarez Director proyecto: Francesc Sánchez Robert

2 Sensores inalámbricos de bajo consumo - Índice - Introducción Estudio preliminar Especificaciones rfpic12f675 Receptor Descripción del programa Programación PIC Conclusiones Líneas futuras 2

3 Introducción Se desea diseñar un sistema capaz de transmitir datos de forma inalámbrica y con bajo consumo a una frecuencia de 433MHz El sistema a diseñar está compuesto por: sensor, emisor, receptor El sensor puede medir cualquier magnitud Tanto emisor como receptor se han de dotar de inteligencia Microcontrolador 3

4 Estudio preliminar Esquema emisor: Esquema receptor: 4

5 Estudio preliminar Objetivos de diseño Bajo consumo Poco espacio Opciones estudiadas CC1050 (Chipcon) rfpic12f675 (Microchip) 5

6 Estudio preliminar Transmisor CC1050 6

7 Estudio preliminar Microcontrolador rfpic12f675 7

8 Estudio preliminar Consumo Espacio Con el transmisor CC1050 es necesario añadir un microcontrolador con ADC Con rfpic12f675 solo es necesario un chip 8

9 Especificaciones rfpic12f x 14 bytes de memoria FLASH (Programa) 128 x 8 bytes de memoria EEPROM (datos) 64 x 8 bytes de memoria RAM (registros) Reloj interno a 4MHz 6 I/O programables 1 comparador analógico 1 ADC 2 timers de 8 y 16 bits respectivamente Función SLEEP 9

10 Especificaciones rfpic12f675 Transmisor UHF ASK/FSK MHz Potencia de salida de 10dBm a -70dBm Alcance aproximado de 100m Opciones de ahorro de energía: Función SLEEP Desconexión de periféricos Comparador, A/D 10

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12 Receptor El receptor utilizado es el rfrxd0420 de Microchip Envía los datos recibidos a un microcontrolador (16F676) 12

13 Emulador PICkit1 Conexión al PC mediante puerto USB El control de la comunicación USB lo realiza el PIC16C745 Compatible con PIC s de 14 pins 13

14 Descripción del programa El programa emisor debe realizar las siguientes funciones: Convertir la señal analógica del sensor a digital Codificar la señal digital Enviarlo todo mediante el transmisor La información se codifica mediante PWM (Pulse Width Modulation) como forma de protección contra ruido 14

15 Descripción del programa Se utiliza el siguiente protocolo para transmitir la información Trama sincronismo: 16.38ms Pausa: 2.56ms Guarda: 15.3ms 15

16 Descripción del programa La duración de un pulso está definida por el timer del microcontrolador a 512µs para evitar efectos no deseados debido a transitorios de pulsos anteriores 16

17 Descripción del programa Funciones a realizar por el programa receptor: Estar atento a posibles recepciones de datos Decodificar los datos recibidos del receptor Guardarlos en memoria Mostrarlos 17

18 Programación PIC Programación en ensamblador mediante MPLAB Estructura de programación 1º Definición de variables 2º Vector reset y vector interrupción 3º Subrutinas 4º Inicialización de registros 5º Programa principal 18

19 Programación PIC El PIC está organizado en diferentes registros de 8 bits La programación del PIC se basa en ir modificando la configuración de los diferentes registros y realizar diferentes operaciones aritméticas Cada uno de los 8 bits de un registro es modificable, por separado o en conjunto 19

20 Programación PIC Para modificar un registro entero se hace lo siguiente: movlw b movwf GPIO Para modificar un solo bit del registro simplemente hay que hacer un set o un clear a ese bit: bsf GPIO, GPIO1 bcf GPIO, GPIO1 20

21 Programación PIC El transmisor está incorporado en el PIC y por lo tanto se controla desde un solo programa. La activación del transmisor se realiza poniendo a nivel alto el pin 5 del rfpic (RF enable) La transmisión ASK se realiza activando y desactivando el pin 2 del rfpic (0-1) 21

22 Programación PIC Programa emisor: Organizado secuencialmente Obtención de los datos a transmitir ID del transmisor Valor digital del sensor (16 bits) Envío de pulsos de sincronismo Espera tiempo de silencio Codificación y envío de los datos bit a bit Espera tiempo de guarda 22

23 Programación PIC Programa receptor: Organizado como máquina de estados Después de cada orden siempre se vuelve al principio del programa y se ejecutan las siguientes acciones: Actualización temporizadores TAlto-Tbajo (Clock) Decisión de estado siguiente Ejecución del estado 23

24 Programación PIC Estados: INICIO: Está a la espera de recepción válida SILENCIO: Monitoriza silencio DATOS: Recibe datos. Siempre se comprueba que no este más de un tiempo determinado en estado alto o bajo. SALVAR: Guarda los datos recibidos en variables temporales ESPERA: Comprueba que se respeta tiempo de guarda COMPROBACIÓN: Compara el ID del emisor y si es correcto guarda los datos recibidos en EEPROM 24

25 Conclusiones Este microcontrolador puede ser muy útil para aplicaciones como estaciones meteorológicas Útil para aplicaciones en que se dispone de poco espacio Se debe investigar más sobre las opciones de ahorro de energía (modo SLEEP) para sacarle más provecho y aumentar autonomía 25

26 Líneas futuras Comunicación PC Microcontrolador vía USB Desarrollo de entorno visual (Visual C++, etc.) Otros: Desarrollo de una estación meteorológica completa Desarrollo funciones de ahorro de energía Alimentar circuito con una placa solar Aviso de batería baja 26