capitulos nohe y jorge[1]

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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA

INSTITUTO UNIVERSITARIO EXPERIMENTAL DE TECNOLOGIA

DE LA VICTORIA

DEPARTAMENTO DE INVESTIGACION

DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE TELECONTROL A

TRAVES DE INTERNET.

Trabajo Especial de Grado como requisito para optar

Al Ttulo de Tcnico Superior Universitario en la Especialidad de Electricidad

Mencin Telecomunicaciones instrumentacin y control.

PGE-7160-10

Autores:

Nohemi F. Medina. F.

C.I. 18.640.353

Jorge L. Arrieta V.

C.I: 15:274.199

Tutor: Profesor Pedro Landaeta

La Victoria, 2010


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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA


DE LA VICTORIA


En mi carcter de Tutor Acadmico del Trabajo Especial de Grado titulado

DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE TELECONTROL A

TRAVES DE INTERNET.

Presentado por los bachilleres Nohemi. F. Medina F. , titular de la cedula

de identidad N 18.640.353 y Jorge. L Arrieta V. titular de la cedula de

identidad N 15.274.199. Como requisito para optar al ttulo de Tcnico

Superior Universitario en la especialidad de ELECTRICIDAD, mencinTELECOMUNICACIONES INSTRUMENTACION Y CONTROL .

Respectivamente considero que dicho Trabajo rene los requisitos y mritos

suficientes para ser sometido a la presentacin pblica y evaluacin por

parte del jurado examinador que se designe.

En la Ciudad de La Victoria, 2010.

__________________

Prof. Pedro Landaeta

C. I. No: 7.235.229


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NDICE GENERAL

PPINTRODUCCIN 1

CAPITULO I EL PROBLEMA

1.1 Planteamiento del problema......1.2 Justificacin de la investigacin...1.3 Objetivo de la investigacin.....1.4 Objetivo general.....1.5 Objetivo especifico.1.6 Alcances de la investigacin..

CAPITULO II MARCO TERICO

2.1.1 protocolos de internet TCP/IP......2.1.2 Arquitectura TCP/IP......2.1.3 Nivel de aplicacin....2.1.4 Nivel de transporte....2.1.5 Nivel de internet....2.1.6 Nivel de interfaz de red....2.1.7 Pginas de internet......2.1.8 Servidores web................2.1.9 Tipos de servidores......2.1.9.1 Servidores de aplicaciones....2.1.9.2 Servidores de audio/video.......2.1.9.3 Servidores de fax...2.1.9.4 Servidores FTP...2.1.9.5 Servidores Groupware.2.1.9.6 Servidores de noticia...2.1.9.7 Servidores de correo.2.1.9.8 Servidores de proxy..2.1.9.9 Servidores telnet.2.2.0 Comunicacin Rf a travs de Mdulos Xbee.2.2.1 Patrn de radiacin de la antena Xbee....2.2.2 Tasa de transferencia de datos..2.2.3 Proceso de adquisicin de datos....2.2.4 Modulacin por ancho de pulso...

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CAPTULO III MARCO METODOLGICO

3.1 diseo y modalidad de la investigacin.........

3.1.1 Diseo de la investigacin.3.1.2 Modalidad de la investigacin........3.2 Tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos....3.3 rea de la investigacin.......3.4 Etapas de la investigacin.......

CAPITULO IV SISTEA ACTUAL

4.1 Sistema actual.....

CAPITULO V

5.1 Sistema propuesto....5.2 Diseo de la interfaz grafica..... 5.2.1 Interfaz grafica de programacin labview5.2.2 Descripcin del controlador proporcional integral y diferencial..5.2.3. Comunicacin por internet mediante el servidor labview.5.2.4 Configuracin del servidor para los clientes..5.2.5 Ver y controlar remotamente los paneles frontales......5.3 diseo de la pagina web......5.4 diseo de la tarjeta de adquisicin de datos...5.4.1 descripcin de hardware......

5.4.2 desarrollo del hardware...5.4.3 seleccin del microcontrolador PIC.5.4.4 mirocontrolador18f2550...5.4.5 Seleccin del sensor de temperatura.5.5 Comunicacin Inalmbrica con Xbee5.6 Programacin de la tarjeta de adquisicin.

CAPITULO VI

6.1 Conclusiones......6.1.1 prototipo de adquisicin de datos......5.2.1 hardware..5.2.2 software...5.2.3. General......5.2.4 recomendaciones.....

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INDICE DE FIGURAS

Figura N1 Arquitectura TCP/IP..........Figura N2 Diagrama de bloques de estructura interna del xbee.Figura N3 diagrama de pines del mdulo xbee vista superior.Figura N4 Descripcin de los Pines del xbee..Figura N5 Medidas xbee y xbee pro.....Figura N6Vista lateral del xbee.. Figura N7 Patrn de radiacin antena chip de modulo xbee.Figura N8 Espectro de frecuencia de radiacin..Figura N9 Diagrama de bloques funcional de modulacion del xbee.Figura N10 Cronograma de actividades..

FiguraN11 Proyecto implementado...Figura N12 Etapas del proceso de construccin del proyecto..Figura N13 Cuadro de habilitacin del servidor labview..Figura N14 Cuadro como publicar interfaz labview con servidor webFigura N15 Interfaz de temperatura para un sistema de control a travsDe internet......

Figura N16Recepcin serial de la PV del microcontrolador..Figura N17 Envo serial de la CO del microcontrolador..Figura N18 Identificacin del bit alto y bajo del envo..Figura N19 Visualizacin numrica de las Ganancias delPID.Figura N20 Control manual de alarmas....

Figura N21 Indicador de temperatura...Figura N22 Visualizacin numrica y grafica de temperaturaFigura N23 Pagina web con interfaz labview ..Figura N24 Pgina web con captulos del proyecto...Figura N25 Microcontrolador 18f2550 y distribucin..Figura N26 Sensor de temperatura lm35..Figura N27 Conexiones mnimas requeridas para el xbee.Figura N28 Regulador a 3.3V con el LM 317Figura N29 Diseo de la tarjeta de adquisicin de datos..Figura N30 Diseo del Layado de tarjeta de adquisicin de datosFigura N31 Laboratorio virtual.

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REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA


DE LA VICTORIA


INTRODUCCION

En esencia se trata de TELECONTROL este trmino manejamuchas variables y tendencias pero en si a lo que nos referimos es a el

control de procesos, por ejemplo un control proporcional, integral y derivativo

(PID) con la implementacin de un control a distancia utilizando una pgina

web, para poder manipular diferentes variables presentes en un proceso

controlando el ordenador encargado de monitorear los procesos si es de ser

posible desde lacomodidad de su hogar. En este Sistema de telecontrol se

aplica solo a la manipulacin de la variable a travs una tarjeta de

adquisicin de datos, que estar diseada con un micro controlador (PIC)

circuito integrado programable, el micro controlador PIC fue seleccionado

por su caracterstica de poseer entrada USB y por las prestaciones que

aporta.

En este caso se implementar como variable la temperatura ya que en

ciertos procesos es necesario que dicha tarjeta este sensando regularmente

el estado de dicha variable a una distancia considerable, entonces es viable

que se realice la comunicacin entre la tarjeta y el ordenador por va

inalmbrica puesto que esta comunicacin maneja gran volumen de datos y

es relativamente ms econmica.


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Con el objeto de realizar sistemas autnomatas, generalmente es

necesario contar con sistemas que adquieran datos provenientes de

determinados sensores, los analicen en base a un programa creado para tal

fin y acten en consecuencia. Los PLCs suelen realizar este tipo de tareas

pero el operador no tiene posibilidad de procesar los datos obtenidos a

voluntad. En este caso vamos a implementar un sistema de adquisicin de

datos mediante el empleo del microcontrolador y transmisores de radio

frecuencia.


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CAPTULO I

1. TTULO DE LA INVESTIGACIN.

DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE

TELECONTROL A TRAVES DE INTERNET.

1.1. Planteamiento del problema

Desde la aparicin del hombre en la tierra hasta nuestros das el ser

humano ha sentido el instinto de innovar, buscar la manera de hacer que las

tareas ms tediosas se puedan realizar de la manera ms cmoda posible

para solventar sus problemas y necesidades, durante su perfeccionamiento

encontr la manera de construir artefactos que mejorara su calidad de vida y

de esta manera conseguir ahorrarse tiempo al lograr realizar una tarea que

por s solo no podra hacer.

En la actualidad son evidentes los adelantos en el ambiente industrial

ya que ahora es posible, no solo hacer que trabajos tediosos sean ms

sencillos sino que adems se realicen desde la comodidad de un ordenador,

es decir, un proceso complejo que antes exiga tiempo, mucha asistencia

humana y esfuerzo lo realiza un dispositivo, en este caso entran los mdulos

especializados como son los microcontroladores, microprocesadores y los

PLCs, entre otros, los cuales contribuyen con el hombre en gran parte de

sus trabajos en la Industria pero el ser humano en su afn de innovar

introdujo la necesidad de monitorear a distancia dichos procesosindustrializados.


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La comunicacin remota desde principio de la era de la informacin

se ha convertido en una parte fundamental de los sistemas en general, ya

sea como medios y tecnologas de informacin o de control de procesos

como se ha expresado en algunos medios de jerarqua. Debido a la

proliferacin de sistemas de comunicaciones de diferentes protocolos y

estndares se debi optar por mecanismos de comunicacin que pudieran

interconectarse sin importar las diferencias de plataforma y prestaciones. Un

gran aporte hacia esta integracin fue el desarrollo de las redes de datos en

sus diferentes tipologas y prestaciones lamentablemente las redes de datos

son entidades independientes que tienen como objetivo satisfacer lasnecesidades del grupo al que pertenecen.

1.2. Justificacin de la Investigacin.

En el campo de desarrollo, en este trabajo de telecontrol teniendo en

cuenta el gran inters que hay actualmente por mejorar y lograr una

movilidad total e interconexin de muchos sistemas en pocos dispositivos; y

ms importante aun eliminar totalmente los cables para realizar una conexinsuperando as las limitaciones de espacio y ahorro de tiempo.

En el desarrollo de este proyecto de grado se proporcionara una

herramienta al instructor y al alumno, que permitir mantener una mejor

visin y entendimiento del funcionamiento de las aplicaciones inalmbricas y

el uso de internet para la comunicacin y acceso de manera remota y las

ventajas que nos brindan en la actualidad mediante la aplicacin de una

interfaz que pueda ser manipulada va internet desde una pagina web.

Permitiendo entender de una manera prctica su diseo y su mejor

aplicacin al momento de manejar procesos.


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Con la implementacin de este proyecto se abre un abanico de

posibilidades para los alumnos del I.U.T.L.V para la realizacin de futuras

investigaciones que integren los protocolos tcp/ip de internet con el uso de

los microcontroladores para el manejo de variables a tiempo real.

1.3 objetivo del estudio:

1.3.1 objetivo general:

DISEAR E IMPLEMENTAR UN SISTEMA DE TELECONTROL A

TRAVES DE INTERNET.

1.3.2 objetivos especficos.

Realizar una revisin de bibliografas relacionadas al diseo de un

sistema de telecontrol.

Disear la interfaz grfica por medio de una pgina web mediante los

protocolos de control de transmisin /Protocolo de internet (tcp/Ip). que

permita la visualizacin del registro de los datos adquiridos en tiempo

real.

Disear una tarjeta de adquisicin de datos para el monitoreo de la

variable de temperatura.

Disear y desarrollar una red inalmbrica entre la tarjeta de

adquisicin de datos y el ordenador para la recoleccin de datosremotos.


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1.4 Alcances de la Investigacin.

A efectos de realizar este proyecto de grado que se basar enimplementar un sistema de telecontrol a travs de Internet, el mismo implica

realizar un plan de documentacin bajo ciertos parmetros especficos

partiendo de un diseo hasta lograr alcanzar la implementacin de este

sistema como tal, para esto se empleara la comunicacin inalmbrica a

travs de la red por medio de una pgina web usando los protocolos tcp/ip

para el enrutamiento de datos suministrados por la variable de proceso por

medio de una tarjeta de adquisicin y registro de los mismos, para su

posterior utilizacin en la manipulacin de los actuadores que me controlan el

proceso asegurando as la realimentacin necesaria para cerrar el lazo de

control.

El desarrollo del siguiente estudio circunscribir en el hecho de justificar

los medios o las bondades de las tecnologas inalmbricas, para el

desempeo de la automatizacin de un proceso industrial por medio de una

herramienta tan poderosa como es el internet.

El aporte de este trabajo de grado es la implementacin que se puede

realizar con diferentes tecnologas aplicadas a campos como el de una

empresa llevando sus aplicaciones de manera ms didctica para el

estudiante de esta institucin.


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CAPITULO II

MARCO TEORICO

2.1.1 Protocolo de control de transmisin/protocolo de internet. (TCP/IP)

TCP/IP es una serie de protocolos que naci de la unificacin de

tecnologas que permitieran promover un ambiente de red homogneo.

TCP/IP es una serie de protocolos extremo a extremo, que opera a

travs de un amplio rango de enlace de comunicaciones, que incluye desde

lneas dedicadas hasta circuitos de paquetes conmutados. Esto permite la

integracin de mltiples plataformas de cmputo, permite que cualquiera

aplicacin transmita datos entre redes locales (LANs) y de redes de rea

extendida (WAN), independiente del tipo de tecnologa utilizada. El manejo

de confirmacin de recepcin de mensajes se hace entre la maquina origen y

la maquina destino, en vez de hacerlo entre las maquinas que conforman la

ruta de transmisin.

2.1.2 Arquitectura tcp/ip.

La arquitectura TCP/IP viene dada por 4 niveles funcionales con sus

respectivos protocolos:

Figura N 1 Arquitectura tcp/ip.

Fuente:http://meryg.wordpress.com/2008/11/02/todo-sobre-redes/ ao 2010.
http://meryg.wordpress.com/2008/11/02/todo-sobre-redes/http://meryg.wordpress.com/2008/11/02/todo-sobre-redes/http://meryg.wordpress.com/2008/11/02/todo-sobre-redes/http://meryg.wordpress.com/2008/11/02/todo-sobre-redes/


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2.1.3 Nivel de Aplicacin:

De este nivel hacen parte los procesos de usuario cooperando conotros en el mismo o en diferente host. Tales como, Telnet, FTP, SMTP,

HTTP, RPC, NFS, XDR, SNMP, DNS, RIP, entre otros.

2.1.4 Nivel de transporte:

Permite la transferencia de datos punto a punto en dos formas UDP y

TCP.

UDP (User Datagram Protocol): Este protocolo maneja la transmisinde paquetes, es no orientado a la conexin, cada paquete se enruta

individualmente y no es confiable ya que no utiliza ningn tipo de

confirmacin, no maneja realimentacin para control de flujo, por tanto los

mensajes puede perderse o duplicarse.

TCP (tranmission control protocol): Este protocolo maneja flujos de

corriente de bytes, es orientado a la conexin por tanto usa la misma ruta

para el envi de todos la informacin y es ms confiable puesto que usa ACK(acuses de recibo), control de flujo y control de errores.

2.1.5 Nivel de Internet:

Provee la imagen de red virtual internet, que comprende muchas

redes fsicas. El protocolo IP es el ms importante de este nivel. Ofrece un

servicio de entrega de paquetes sin conexin. Algunos de los protocolos de

este nivel son, IP, ICMP, ARP, RARP.2.1.6 Nivel de Interfaz de red:

Es la interfaz software al hardware de la red. TCP/IP en este nivel no

especifica ningn protocolo. Puede o no proveer confiabilidad y puede estar


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orientado a paquete o a flujo de bytes. Pero puede ser usada en cualquier

tipo de red disponible, lo cual ilustra la flexibilidad del nivel IP. Dentro de las

redes que puede conectarse estn:

IEEE 802.x (Ethernet, Token bus, Token Ring), X.25, SNA, DECnet,

Satelital, Alohanet, entre otros.

En cada uno de los niveles, cada protocolo incorpora a los datos de

usuario, encabezados y marcas de control de protocolo a medida que el

paquete transcurre por cada nivel, estos encabezados y marcas sern

obtenidos y comprendidos por cada uno de los niveles en el destino de lospaquetes.

2.1.7 Pginas de Internet.

Dentro del amplio conglomerado del diseo Web, se pueden

diferenciar tres grandes grupos de sitios Web, los estticos, los dinmicos y

los mixtos.

Un sitio Web esttico es aquel que permite una interaccin mnima

con el visitante, simplemente ofrece informacin y esta informacin es la

misma a no ser que el webmaster actualice los contenidos del sitio web. El

contacto que el visitante mantiene con el responsable del sitio web se limita a

un nmero de telfono publicado, el e-mail, y segn los casos tambin el

formulario.

Un sitio Web dinmico es aquel que permite una interaccin con elvisitante para realizar ciertas funciones y puede ofrecer informacin

cambiante sin necesidad de la actuacin del webmster. Ejemplos es esto

son las bases de datos on-line que permiten, por ejemplo, registrar una

cuenta de correo electrnico o aquellas que ejecutan, al realizar una compra


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on-line, el cargo en la tarjeta de crdito del cliente de manera automtica.

Otro ejemplo, tambin muy comn de sitios Web dinmicos son aquellos que

ofrecen cada da de manera automtica una foto nueva.

2.1.8 Servidores web.

Un servidor es un tipo de software que realiza ciertas tareas en

nombre de los usuarios. El trmino servidor ahora tambin se utiliza para

referirse al ordenador fsico en el cual funciona ese software, una mquina

cuyo propsito es proveer datos de modo que otras mquinas puedan utilizar

esos datos.

Este uso dual puede llevar a confusin. Por ejemplo, en el caso de un

servidor web, este trmino podra referirse a la mquina que almacena y

maneja los sitios web, y en este sentido es utilizada por las compaas que

ofrecen hosting u hospedaje. Alternativamente, el servidor web podra

referirse al software, como el servidor de http de Apache, que funciona en la

mquina y maneja la entrega de los componentes de las pginas web comorespuesta a peticiones de los navegadores de los clientes.

Los archivos para cada sitio de Internet se almacenan y se ejecutan

en el servidor. Hay muchos servidores en Internet y muchos tipos de

servidores, pero comparten la funcin comn de proporcionar el acceso a los

archivos y servicios.

Un servidor suministra informacin a los ordenadores que se conectena l. Cuando los usuarios se conectan a un servidor pueden acceder a

programas, archivos y otra informacin del servidor. En la web, un servidor

web es un ordenador que usa el protocolo http para enviar pginas web al

ordenador de un usuario cuando el usuario las solicita. Los servidores web,


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servidores de correo y servidores de bases de datos son a lo que tiene

acceso la mayora de la gente al usar Internet. Algunos servidores manejan

solamente correo o solamente archivos, mientras que otros hacen ms de un

trabajo, ya que un mismo ordenador puede tener diferentes programas de

servidor funcionando al mismo tiempo.

Los servidores se conectan a la red mediante una interfaz que puede

ser una red verdadera o mediante conexin va lnea telefnica o digital.

2.1.9 Tipos de Servidores.

2.1.9.1 Servidores de Aplicaciones: Designados a veces como un tipo de

middleware (software que conecta dos aplicaciones), los servidores de

aplicaciones ocupan una gran parte del territorio entre los servidores de

bases de datos y el usuario, y a menudo los conectan.

2.1.9.2 Servidores de Audio/Video : Los servidores de Audio/Video aaden

capacidades multimedia a los sitios web permitindoles mostrar contenido

multimedia en forma de flujo continuo (streaming) desde el servidor.

2.1.9.3 Servidores de Fax: Un servidor de fax es una solucin ideal para

organizaciones que tratan de reducir el uso del telfono pero necesitan

enviar documentos por fax.

2.1.9.4 Servidores FTP: (File Transfer Protocol Protocolo de

Transferencia de Archivos): Uno de los servicios ms antiguos de Internet,

permite mover uno o ms archivos.


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2.1.9.5 Servidores Groupware: Un servidor groupware es un software

diseado para permitir colaborar a los usuarios, sin importar la localizacin,

va Internet o va Intranet corporativo y trabajar juntos en una atmsfera

virtual.

2.1.9.6 Servidores de Correo: Casi tan esenciales como los servidores web,

los servidores de correo mueven y almacenan el correo electrnico a travs

de las redes corporativas (va LANs y WANs) y a travs de Internet.

2.1.9.7 Servidores de Noticias: Los servidores de noticias actan como

fuente de distribucin y entrega para los millares de grupos de noticias

pblicos actualmente accesibles a travs de la red de noticias USENET.

2.1.9.8 Servidores Proxy: Los servidores proxy se sitan entre un programa

del cliente (tpicamente un navegador) y un servidor externo (tpicamente otro

servidor web) para filtrar peticiones, mejorar el funcionamiento y compartir

conexiones.

2.1.9.9 Servidores Telnet: Un servidor telnet permite a los usuarios entrar

en un ordenador husped y realizar tareas como si estuviera trabajando

directamente en ese ordenador.

2.2.0 Comunicacin Rf a travs de Mdulos Xbee con tecnologa zigbee:

El zigbee es estndar de comunicaciones creado por Alliance zigbee

la cual est constituida por ms de 100 compaas y cada una ofrece en el

mercado su producto a base de la pila del protocolo zigbee. Los mdulosxbee pueden ser configurados externamente y llevar a cabo acciones de

comando y en especfico de control. Por estas caractersticas en especfico

se dice que estn diseados para trabajar con micro controladores a travs


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de una interfaz con un mximo y un mnimo de recepcin y de transmisin

de datos.

Los mdulos xbee son especficamente pequeos. En cuanto a la

potencia de modelos se asocia un valor de 1 mw lo que permite alcanzar

una distancia de 30 metros y 100 metros (exterior interior) en cuanto al

consumos es muy bajo inferior de 10 A.

Este mdulo ZigBee proporciona conectividad inalmbrica, puede ser

utilizado con cualquier dispositivo con capacidad de comunicacin en serie.

De forma predeterminada, los paquetes de serie se envan en el siguienteformato: 9600 baudios, 8 bits de datos, sin paridad, 1 bit de parada, no

invertida. Es fcil de usar, requiere poca energa y ofrece la entrega confiable

de datos crticos entre los dispositivos. Su pequeo tamao ahorra espacio

valioso.

No es necesaria la configuracin de comunicaciones de RF. El mdulo

XBee posee configuracin por defecto que es compatible con una amplia

gama de aplicaciones. Dentro de las caractersticas avanzadas seencuentran la configuracin del convertidor integrado A/D de 6 canales con

10 bits de resolucin o entradas y salidas digitales.

Son muchas las aplicaciones en las que se ha podido implementar

estos mdulos, gracias a las especificaciones caractersticas y tcnicas es el

caso de automatizacin de casas, sistemas de seguridad, monitorizacin de

sistemas remotos, coleccin de datos de un sensor de sistemas

incorporados.


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El uso del protocolo Zigbee va desde reemplazar un cable por una

comunicacin serial inalmbrico, hasta el desarrollo de configuraciones punto

a punto, multipunto, peer-to-peer (todos los nodos conectados entre s) o

redes complejas de sensores.

Entre lo ms destacable del mdulo Xbee, est un alcance hasta de

cuando no hay obstculos entre el emisor y receptor (para la potencia de

1mW). El voltaje de alimentacin es pequeo para operar con pilas (de 2.8 a

3.4V). Frecuencia de transmisin de 2.4GHz, en la banda industrial, cientfica

y Medica (ISM, Industrial, Scientific and Medical). Topologas de red

soportadas punto a punto o multipunto.

El mdulo Xbee tiene ocho terminales de entradas o salidas digitales y

siete terminales de entradas analgicas las cuales son configurables, es

decir cada terminal es habilitada de acuerdo a lo que se necesite. Sin

embargo, tres de estas terminales realizan funciones de control de la UART

como es: Solicitud de envo (RTS, Request To Send), libre para envo (CTS,

El mdulo Xbee internamente tiene un convertidor Analgico Digital (ADC), lo

cual permite que directamente se le puedan conectar sensores de tipo

analgico, sin necesidad de usar un micro controlador con o un ADC externo.

Estas caractersticas hacen posible que el Xbee pueda manejar directamente

sensores o que funcione como radio mdem.


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Figura N 2 Diagrama de bloques de estructura interna del

xbee.

Fuente: http://www.olimex.cl/pdf/Wireless/ZigBee/XBee-Guia_Usuario.pdf ao 2010.

Figura N 3 diagrama de pines del mdulo xbee vista superior.



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Figura N4 Descripcin de los Pines del xbee.


Figura N5 Medidas xbee y xbee pro.



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Figura N6 Vista lateral del xbee.


La antena. Es el dispositivo que convierte la seal elctrica del trasmisor en

una onda electromagntica. Se utiliza como la interfaz entre un transmisor y

el espacio libre o el espacio libre y el receptor. Es de tipo pasivo y como la

Frecuencia de operacin es muy grande, permite que sea factible usarantenas de chip o antena de ltigo.

El mdulo Xbee usado transmite a 2.4GHz, lo cual hace posible que

use antenas tipo chip o antenas dipolo, debido a que sus dimensiones son

pequeas. Para el caso de la antena dipolo, la teora dice que debe ser de

de la longitud de onda. Es decir, la longitud del dipolo se calcula con la

ecuacin N 1

Ecuacin N 1


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2.2.1 Patrn de radiacin de la antena del Xbee.

El patrn de radiacin de este tipo de antena de omnidireccional son

cuando la figura trazada es un segmento, denominndose linealmente

polarizada, y cuando la figura trazada es un crculo, denominndose

circularmente polarizada.

Una onda est polarizada circularmente o elpticamente a derechas si

un observador viese a esa onda alejarse, y adems viese girar al campo enel sentido de las agujas de un reloj. Lgicamente, si lo viese girar en sentido

contrario, sera una onda polarizada circularmente o elpticamente a

izquierdas.

Este sistema que irradia energa uniformemente en un plano con una

forma directiva del patrn en un plano perpendicular. Este patrn se describe

a menudo como en forma de anillo para este caso el patrn de radiacin de

la antena del modulo xbee de acuerdo con las caractersticas es la siguiente:


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Figura N7 Patrn de radiacin antena chip de modulo xbee.


Puede utilizarse para realizar control industrial, albergar sensores

empotrados, recolectar datos mdicos, ejercer labores de deteccin de humo

o intrusos o domtica. La red en su conjunto utilizar una cantidad muypequea de energa de forma que cada dispositivo individual pueda tener

una autonoma de hasta 5 aos antes de necesitar un recambio en su

sistema de alimentacin.

2.2.2 Tasa de transferencia de datos

La tasa de transferencia de datos corresponde a la velocidad media

con que los datos son transferidos desde la red al usuario conectado a ste,durante perodos de tiempo determinados, medida en bits por segundo y

presentada en tres parmetros: promedio, mxima, mnima. Estas pueden

ser en medidas en unidades como el (baudio) En cuanto a la transferencia de

informacin dentro de Internet, un baudio es el nmero de veces que se


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modifica el "estado" del medio que transmite en un segundo. El tiempo de

descarga de la informacin se ve afectado directamente por esto la tasa de

bits de datos transferidos en ocasiones puede ser superior a la

correspondiente tasa de baudios.

Existen varios mtodos y programas disponibles para configurar los

Xbee, aunque bsicamente se trata de conectarnos a travs de la terminal

para iniciar modo comando y modificar las propiedades de fbrica.

Los mdulos tienen una configuracin de fabrica con el PAN ID

asignado de 3332, una tasa de transferencia de 9600 baudios con datos de 8

bits.

El transmisor es el que enva los datos al puerto de la antena, para que

stos sean transmitidos al medio. La transmisin se puede realizar en uno de

los canales disponibles, y la seleccin del canal est a cargo del procesador,

de acuerdo a la configuracin realizada en el dispositivo.

Para la transmisin de datos en RF, el estndar define la utilizacinde la tcnica de codificacin de espectro disperso de secuencia directa

Esta tcnica utiliza un patrn de bits redundante (seal de chip) por

cada uno de los bits que componen la trama. La seal de chip es un cdigo

de ruido pseudo-aleatorio (PN, Pseudo-random Noise), que aumenta el

ancho de banda de la transmisin y reduce la densidad de potencia

espectral.

Es decir si la seal original tiene un ancho de banda B, cuando se le

aplica la tcnica de espectro disperso, se genera una seal con un ancho de

banda W, donde W > B. Con esta dispersin la potencia del ancho de banda

B se distribuye en el ancho de banda W.


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Figura N 8 Espectro de frecuencia de radiacin.

Fuente: http://www.olimex ao 2010.

La utilizacin de esta tcnica permite que coexistan distintos

dispositivos dentro del mismo medio, ya que los dems dispositivos solo

escuchan ruido si no tienen la misma secuencia pseudo-aleatoria para

reconstruir la informacin.

Dentro de las especificaciones del protocolo estndar IEEE 802.15.4,

se define el tipo de modulacin a emplear dependiendo de la frecuencia

utilizada. En la frecuencia de 2.4GHz se define una velocidad de transmisin

de 250kbps, y se emplea una tcnica de modulacin M-ario cuasi-ortogonal,

con M=16.

En la siguiente figura se muestra el diagrama a bloques funcional de

la especificacin fsica de 2.4GHz para la modulacin. ste consta de tres

bloques que son: Bit a smbolo, Smbolo a chip y el Modulador O-QPSK.

Figura N9 diagrama de bloques funcional de modulacion del xbee.

Fuente: http://www.olimex ao 2010.


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22

El mdulo Bit a smbolo se encarga de recibir los bytes provenientes

de la unidad de datos de la capa fsica (PPDU), los separa en el nibble alto y

bajo, primero procesa el bajo y despus el alto. Cada nibble representa uno

de los 16 smbolos que se pueden formar (de 0000 a 1111 en binario). El

smbolo es la salida de este bloque.

El mdulo Smbolo a chip, recibe un smbolo y de acuerdo a su valor,

es sustituido por una secuencia PN de chip de 32 bits. Las secuencias de

chip que representan cada smbolo son modulados en la portadora usando

transmisin por desplazamiento de fase cuaternaria de compensacin (O-

QPSK, Offset Quadrature Phase-Shift Keying).

Los modelos XBee y XBee-PRO de la firma MaxStream usan 8

chips/bit, como la velocidad de los datos es de 250Kbps, al final se tiene un

velocidad total de 2 Mchips/s, que son los que finalmente se transmiten a

2.4GHz.

2.2.3 Proceso de Adquisicin de Datos:

Para que una tarjeta pueda procesar datos analgicos y presentarlos a

una computadora, necesariamente debe contar con al menos un convertidor

analgico/digital (ADC). Un ADC (Convertidor Analgico - Digital por sus

siglas en ingls) se encarga de convertir un valor analgico de voltaje a su

correspondiente combinacin binaria. Para realizar esta operacin se

requiere un sensor, que es el encargado de leer el estado de una variable

fsica de naturaleza analgica y de representar el valor de dicha variable en

su apropiado valor de voltaje.

En la actualidad existen muchas variables analgicas que podemos

leer de manera directa a travs del sensor adecuado. En otras ocasiones, al

no existir un sensor diseado de manera explcita para determinada variable,


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23

se ocupa un sensor para medir una variable fsica diferente, pero que se

relaciona con la que nos interesa por medio de una relacin matemtica, lo

cual nos da la posibilidad de que para cualquier proceso industrial, exista un

sensor involucrado. El sensor lee la variable fsica y nos entrega una seal

elctrica que est dentro de un rango de valores de voltaje, siendo ste el

que tenemos que hacer llegar al ADC del microcontrolador. Teniendo en

cuenta que el ADC mide variaciones de voltaje, el sensor tiene que

adecuarse con respecto del rango mnimo y mximo (valores estandarizados

de la seal de entrada.) que puede leer la entrada del ADC. Para que el ADC

pueda realizar una conversin del valor analgico, se le tiene que agregar unvoltaje de referencia, porque ste es el que indica precisamente cul es el

rango de operacin de la entrada del ADC. Todos los ADC de los

microcontroladores PIC aceptan, como mximo, un rango de operacin que

llega hasta 5 Volts, por lo que podemos establecer rangos de operacin de

cualquier valor de voltaje, siempre y cuando no rebasemos los 5 volt.

El rango de operacin expresado en volts sea de la magnitud que sea, se

divide en tantas partes como nmero de bits posea el ADC.La cantidad de valores analgicos que el ADC puede digitalizar, est

en funcin del nmero de muestras que puede adquirir. Para ello se

establece, de manera automtica, un perodo estable de tiempo durante el

cual el ADC obtendr las muestras.

El nmero de muestras mnimas que se tienen que tomar se

encuentran de acuerdo con el valor de la frecuencia de operacin de la seal

a digitalizar, y en funcin del Teorema del Muestreo establecido por

Nyquist, la frecuencia de muestreo (nmero de muestras por segundo) se

establece de acuerdo con la siguiente expresin matemtica:


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B = 2F

Donde:

B = Frecuencia de muestreo (nmero de muestras por segundo).

F = Frecuencia de operacin de la seal a digitalizar.

El teorema del muestreo se ocupa, principalmente, del caso en que la

seal a digitalizar posea una frecuencia alta de operacin. Por lo tanto, se

tiene que tomar un buen nmero de muestras y digitalizarlas, como para que

en un proceso posterior se tenga que reproducir la seal original, como es el

caso de un reproductor de CD o un osciloscopio digital. Por ejemplo, si la

seal analgica trabaja a una frecuencia de 1kHz, se le tiene que aplicar una

frecuencia de muestreo de 2kHz, o sea, se deben tomar 2000 muestras por

segundo, y cada una de estas muestras se tiene que digitalizar, para lo que

es necesario poseer, adems del ADC, una memoria de por lo menos 2000

localidades para poder guardar la informacin de las 2000 combinaciones

binarias que arroje la digitalizacin de la seal analgica. Todo este procesose tiene que realizar para garantizar que si se hace el proceso inverso, se

pueda recuperar la seal analgica original.

Para el caso de una aplicacin del tipo industrial, donde se tenga que

digitalizar el valor de una seal analgica, como puede ser, por ejemplo, la

temperatura; el nmero de muestras por segundo B no tiene que ser muy

grande, ya que la temperatura no cambia tan rpido de valor, tenindose

cambios en una caldera que consideraremos como un caso demasiadocritico, del orden de aproximadamente 10 segundos para tener cambios en

rangos de cada 100C. En la medicin de temperatura podemos establecer

perodos de muestreo de cada segundo y por lo tanto el espacio de la

memoria en donde debemos almacenar los valores digitalizados no tiene que


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ser tan grande. Por lo tanto, depender de la naturaleza de la variable fsica

el establecer la cantidad de muestras a tomar y la cantidad de memoria que

necesitemos, as como el proceso para guardar la informacin en el

microcontrolador o serial USB a una PC.

2.2.4 Modulacin por ancho de pulsos:

La modulacin por ancho de pulsosoPWM, siglas del ingls Pulse-

Width Modulation de una seal o fuente de energa es una tcnica en la que

se modifica el ciclo de trabajo de una seal peridica (una sinusoidal o una

cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir informacin a travs de un

canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energa que se

enva a una carga.

El ciclo de trabajo de una seal peridica es el ancho relativo de su

parte positiva en relacin con el perodo. Expresado matemticamente:

D= es el ciclo de trabajo

= es el tiempo en que la funcin es positiva (ancho del pulso)

T= es el perodo de la funcin

La construccin tpica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante

un comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas seconecta a un oscilador de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda

disponible para la seal moduladora. En la salida la frecuencia es

generalmente igual a la de la seal dientes de sierra, y el ciclo de trabajo

est en funcin de la portadora.


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La principal desventaja que presentan los circuitos PWM es la

posibilidad de que haya interferencias generadas por radiofrecuencia. stas

pueden minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y realizando

un filtrado de la fuente de alimentacin.

En la actualidad existen muchos circuitos integrados en los que se

implementa la modulacin PWM, adems de otros muy particulares para

lograr circuitos funcionales que puedan controlar fuentes conmutadas,

controles de motores, controles de elementos termoelctricos, chopper para

sensores en ambientes ruidosos y algunas otras aplicaciones. Se distinguenpor fabricar este tipo de circuitos integrados compaas tales como: Texas

Instruments, National Semiconductor, Maxim, y algunas otras ms.


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CAPTULO III.

MARCO METODOLGICO.

3.1. Diseo y modalidad de investigacin.

3.1.1 Diseo de la investigacin.

La realizacin del presente Trabajo Especial de Grado. Requiere el

desarrollo de un proyecto factible, enmarcado en el diseo previo de una

investigacin de campo.

En este captulo se detallan minuciosamente cada uno de los aspectos

relacionados con la metodologa que se ha seleccionado para desarrollar la

investigacin. En este proyecto de grado se evidencia el cmo de la

investigacin. Que corresponde a una investigacin de campo, orientada a la

resolucin de un problema, que da resultado de la necesidad de censar

variables de temperatura de un sistema mediante una tarjeta de adquisicin

de datos, que su vez se tenga acceso de manera inalmbrica monitoreada

desde la web mediante los protocolos tcp/ip.

3.1.2 Modalidad de investigacin.

El presente trabajo de grado est considerado como un proyecto tipo

factible, donde se establecen los parmetros necesarios para cumplir y

adaptar la propuesta al llamado proyecto especial.

De acuerdo con el manual de la UPEL El Proyecto Factible consisteen la elaboracin de un modelo operativo viable, o una solucin posible a un

problema de tipo prctico, para satisfacer necesidades de una institucin o

grupo social. Es factible ya que origina una investigacin y evaluacin de

una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas,


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requerimientos o necesidades de los estudiantes y profesores, comprende

las siguientes etapas generales: diagnstico, planteamiento y formulacin

terica de la propuesta; procedimiento metodolgico, actividades y recursos

necesarios para su ejecucin; anlisis y conclusiones sobre la viabilidad y

realizacin del proyecto; y en caso de su desarrollo, la ejecucin de la

propuesta y la evaluacin tanto del proceso como de su resultado.

El propsito del proyecto es realizar sistemas autnomos inteligentes,

para esto es necesario contar con sistemas que adquieran datos

provenientes de determinados sensores, los analicen en base a un programa

creado para tal fin y acten en consecuencia. En este caso vamos a

implementar un sistema de adquisicin de datos. Usando como Variable de

proceso la Temperatura ya que en ciertos procesos es necesario que dicha

tarjeta este censando regularmente el estado de dicha variable a una

distancia considerable, entonces es viable que se realice la comunicacin

entre la tarjeta y el ordenador por va inalmbrica puesto que esta

comunicacin maneja gran volumen de datos y es relativamente mas

econmica, para esto contamos con transmisores de radio Frecuenciaaadidos a la tarjeta (Xbee).

3.2 Tcnicas e Instrumentos de Recoleccin de Datos.

Las tcnicas utilizadas usan una variedad de mtodos a fin de

recopilar los datos sobre una situacin existente, como revisin bibliogrfica,

inspeccin de registros (revisin en el sitio) y observacin directa e indirecta.

Cada uno tiene ventajas y desventajas. La investigacin del presente

proyecto va enfocada en el rea de la ciencia y tecnologa embarcando

temas como es la tecnologa inalmbrica para el desempeo de la

automatizacin de un proceso industrial para crear una comunicacin serial


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inalmbrica entre una computadora y una tarjeta integrada, por medio de una

serie de protocolos tcp/ip.

Se determinaran los parmetros bsicos con los cuales la red se

comportara de manera optima al identificar y ubicar el modulo remoto, as se

proceder al diseo circuital estructural y posteriormente el diseo de la red.

La entrevista, constituye la recoleccin directa entre los investigadores

y el objeto de estudio a travs de individuos que dominan el tema de la

investigacin o tienen conocimientos asociados al mismo. La entrevista se

realiza con el fin de obtener los requerimientos, adems recopilar lainformacin y detalles necesarios para un mejor desenvolvimiento de los

investigadores a la hora de realizar pruebas al sistema.

La observacin directa consiste en la visualizacin de datos producto

del desarrollo del proyecto, es una de las tcnicas ms comunes sugiere y

motiva a la solucin de problemas, ayuda a obtener la informacin real como

se ejecuta cada una de las actividades involucrada en el proyecto a

desarrollar.

3.3 rea de Investigacin.

Esta investigacin se realizar en el Laboratorio de instrumentacin y

control fundacin del Instituto Universitario Experimental de Tecnologa La

Victoria (I.U.E.T.L.V), ubicado en la Avenida Universidad de la ciudad de La

Victoria Estado Aragua, Venezuela.


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3.4 Etapas de la investigacin

1).- Etapa: Exploracin y seleccin de la informacin referida a la evaluacin

de la tarjeta de adquisicin de datos y comunicacin inalmbrica con xbee.

2).- Etapa: Anlisis clasificacin y almacenamiento de los datos relacionados

con el tema haciendo uso con las tcnicas de fichaje y observacin directa

3).- Etapa: Descripcin del marco terico de la investigacin

4).- Etapa: Anlisis del prototipo de mdulos de comunicacin inalmbrica y

el diseo de la interfaz grafica web

5).- Etapa: Implementar las pruebas necesarias.

6).- Etapa: revisin y ajustes al diseo de tarjetas de monitore.

7).- Etapa: Presentacin final.


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Cuadro N 10 Cronograma de Actividades.


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CAPTULO IV.

SISTEMA ACTUAL.

En cuanto al presente Trabajo especial de grado DISEO E

IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE TELECONTROL A TRAVES DE

INTERNET no cuenta con ningn precedente en el instituto, ya que, no existe

un modelo ni una propuesta para la realizacin de un laboratorio virtual en el

Instituto tecnolgico Experimental la Victoria esto sera de gran ayuda no

solo para conocimientos de manejo de variables a nivel de software sino

tambin a crear inquietud hacia las nuevas tecnologas.


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CAPITULO V

5.1 Sistema propuesto

En el presente captulo se desarrollara una descripcin global de las

etapas que han sido mencionadas anteriormente para la propuesta en el

diseo e implementacin de un sistema telecontrol a travs de internet.

Incentivada por esta tendencia, el proyecto describe la construccin de un

prototipo de adquisicin de datos, una serie de caractersticas de que se

implementa en este proyecto est fundado en base a una red inalmbrica.

El prototipo se encuentra dirigido a cubrir un proceso de adquisicin

de datos correspondiente a las variaciones de temperatura, donde los

datos provenientes del prototipo sern procesados mediante un software de

gestin y visualizacin que podrn ser controlados a travs de una pgina

web.

Para cumplir con los requerimientos en cuanto al costo y consumo de

energa fue seleccionada ZigBee como la tecnologa sobre la cual se disea

el prototipo, ya que adems de ser una tecnologa relativamente nueva,

tiene la virtud de requerir componentes sencillos para su implementacin.

Por medio esta tecnologa se pueden adquirir datos que provienen de

un sensor y unificarlo con la PC para luego procesarlos y de esta manera

poder ver el comportamiento o estado del dispositivo o un proceso en

general, el sistema implementado para este proyecto se describe de la

siguiente forma:


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Figura N11 proyecto implementado.

Fuente: El autor ao 2010.

Entre los elementos que conforman el sistema tenemos los circuitos

electrnicos de interfaz para la adquisicin de datos, el software o programa

que capturan, procesan y almacenan los datos en este caso Labview de la

National Instruments

Para el sistema del diseo e implementacin de un sistema telecontrol

a travs de internet, se procedi a dividirse el proceso en etapas que

permitirn mayor claridad y en el desarrollo del trabajo; dichas etapas se

representan en el esquema siguiente:


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Figura N12 Etapas del proceso de construccin del proyecto


5.2 Diseo de la interfaz grafica

5.2.1 Interfaz Grfica de Programacin Labview

Para el diseo de la interfaz por el cual se podrn ver los resultados

obtenidos por el sensor se uso la plataforma grafica Labview (Laboratory

Virtual Instrument Engineering Workbench) es un lenguaje poderoso de

instrumentacin y anlisis para PCs que corre bajo varios sistemas

operativos incluyendo Microsoft Windows. Labview se distingue de lanaturaleza secuencial de los lenguajes tradicionales de programacin y

provee un ambiente de programacin grfico con todas las herramientas

necesarias para la adquisicin, anlisis y presentacin de datos.


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Para adquirir datos y controlar instrumentos, Labview tiene funciones

de RS-232 / 485, VISA (Virtual Instrument Software Architecture), USB y

tambin soporta tarjetas insertables de adquisicin de datos. Existen

libreras de instrumentos que contienen manejadores para cientos de

instrumentos y simplifican las aplicaciones de control de instrumentos. Para

anlisis de datos, la extensa librera de anlisis contiene funciones para

generacin de seales, filtros de procesamiento de seales, ventanas,

estadstica, regresin, lgebra lineal y aritmtica de arreglos.

5.2.2 Descripcin del controlador proporcional, integral y diferencial.

Un controlador PID realizado bajo Labview para el control del

proceso del Lazo de temperatura, contiene integrado dentro de un subVI

(Instrumentacin Virtual que sirve como subrutina), el alma del programa es

este controlador virtual PID, este sistema opera comparando la variable de

entrada contra un punto de control, estableciendo un error entreestos y

tratando de Corregirlo mediante la variable de salida del controlador.

Integrado dentro de un panel principal de control el controlador muestra las

tres constantes que rigen su comportamiento, PID, de la determinacin de

estas constantes depende la eficiencia del controlador.

5.2.3 Comunicacin por internet mediante el servidor labview.

Se utiliz el Servidor Web de Labview para crear documentos HTML,

y subir VIs a una pgina Web.Se puede controlar el navegador para acceder

a los paneles frontales publicados y configurar que VIs son visibles en la

Web.

Se realizaron los siguientes pasos para publicar y habilitar el servidor

web ToolsOptions y escojer uno de los tems del Servidor Web en la parte

superior del men pull-down para configurar las siguientes opciones:


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Habilitar el Servidor Web.

Controlar el acceso del navegador a los paneles frontales del VI.

Configurar cuales paneles frontales son visibles en la Web.

Se debe habilitar el Servidor Web antes de que se puedan publicar VIs en

la Web. Tambin se puede habilitar el Servidor Web con la Herramienta Web

Publishing. Los VIs deben estar en la memoria antes de publicarlos.

Figura N13 cuadro de habilitacion servidor labview



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Figura N14 cuadro como publicar interfaz labview con servidor web


5.2.4 Configuracin del Servidor para los Clientes

Para la aplicacin del servidor para clientes se debe primero configurar el

servidor antes de que un cliente pueda ver y pueda controlar un panel frontal remoto

mediante un navegador Web. Se usan estas pginas para controlar el acceso al

navegador del servidor y especificar qu paneles frontales son visibles

remotamente. Tambin se pueden usar estas pginas para poner un lmite de

tiempo en cuanto al tiempo que un cliente remoto puede controlar un VI cuando

mltiples clientes estn esperando tambin controlar los VI.


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5.2.5 Ver y controlar remotamente los paneles frontales

Se puede ver y controlar un panel de control de un VI remotamente, o desdede un navegador Web, conectando a LabVIEW el Servidor Web incorporado.

Cuando se abre un panel frontal remotamente desde un cliente, el Servidor Web

enva el panel frontal al cliente, pero el diagrama de bloques y todos los subVIs

permanecen en el servidor de la computadora. Se puede interactuar recprocamente

con el panel frontal de la misma manera como si el VI estuviera operando en el

cliente, excepto el diagrama de bloques que se ejecuta en el servidor.

Figura N15 interfaz de temperatura para sistema de telecontrol a travs de

internet



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Figura N16 Recepcion serial de la PV del microcontrolador.


Figura N17 envo serial del CO al microcontrolador.



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Figura N18 identificacin del bit alto y bajo del envio.


La interfaz grafica se puede explicar mediante las siguientes las imgenes

las cuales estn constituidas principalmente por el manejo y visualizacin de

variables tales como los valores mnimos y mximos establecidos por el PID, elcontrol manual para el manejo de valores de la grafica, el indicador visual y digital

de un termmetro numrico y lo ms importante la visualizacin grafica y digital de

la temperatura variable utilizada para este proyecto

Figura N19 Visualizacin numrica de las Ganancias del PID



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Figura N20 Control manual de alarmas para manejo de valores mximos y

mnimos de la variable como sistema de seguridad.


Figura N21 Indicador de Temperatura (Termometro) e indicador de la PV.

Muestra la temperatura del

Dispositivo final en un termmetro

numrico.



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Figura N22 visualizacin numrica y grafica de temperatura


5.3 Diseo de la pgina web:

Para el proyecto se desarrollo una pgina web bajo la plataforma (

Expression web 3 de la Microsoft ) se trata bsicamente de realizar un documento

con informacin completa acerca del proyecto de grado de telecontrol aplicando la

interfaz grafica en labview con otros documentos como la presentacin yvisualizacin del proceso, y asignarle una presentacin diferente y ms completa


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Estos documentos o pginas web pueden ser creados:

creando archivos de texto en HTML.Figura N23 pagina web con interfaz labview

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo_de_textohttp://es.wikipedia.org/wiki/HTMLhttp://es.wikipedia.org/wiki/HTMLhttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo_de_texto


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Figura N24 pagina web con los capitulos del proyecto.


5.4 Diseo de la tarjeta de adquisicin de datos

5.4.1 Descripcin del hardware

Las aplicaciones especficas de sondeo y monitoreo manejan un flujoperidico y continuo de informacin. En consecuencia, el trfico que se movilizar

en el proyecto es peridico, como es el caso de sistemas de sensores utilizados

para controlar la temperatura relativa (variable aplicada para el presente Proyecto)

en los cuales se necesita medir de forma constante la variable a controlar.


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5.4.2 Desarrollo del hardware.

El hardware tiene las siguientes responsabilidades:

1. Incluir dispositivos para la transmisin y recepcin de datos formando una red

inalmbrica bajo el estndar ZigBee.

2. Permitir la interaccin de los terminales con los transmisores de corriente de dos

hilos que adquieren seales analgicas desde sensores industriales (temperatura).

3. Proporcionar la interfaz necesaria para la programacin del software requerido

por los nodos.

4. Suministrar la energa requerida para el funcionamiento de los distintos mdulos.

5. Permitir la comunicacin entre un computador remoto y la tarjeta de adquisicin

inalmbrica por medio de la web.

5.4.3 Seleccin del microcontrolador PIC

Se denomina microcontrolador a un dispositivo programable capaz derealizar diferentes actividades que requieran del procesamiento de datos digitales y

del control y comunicacin digital de diferentes dispositivos.

Los microcontroladores poseen una memoria interna que almacena dos tipos

de datos; las instrucciones, que corresponden al programa que se ejecuta, y los

registros; es decir, los datos que el usuario maneja, as como registros especiales

para el control de las diferentes funciones del microcontrolador.

La eleccin (arquitectura, marca y modelo) se basa en sus caractersticas de

memoria de programa y de datos adecuados para la aplicacin, velocidad,

disponibilidad de puertos (que sern requeridos por los dispositivos a ser

conectados), perifricos internos incluidos (conversores A/D). Debido a que se


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utilizarn sensores analgicos es necesario que el microcontrolador a seleccionar

posea esta capacidad con lo que el prototipo no aumentar de tamao al adicionar

conversores externos, y facilidad de programacin al momento de realizar el

software para el prototipo.

5.4.4 Microcontrolador 18F2550

Los dispositivos externos como sensor, mdulo RF, entre otros; estn

conectados a travs de diferentes circuiteras a las lneas de entrada/salida del PIC,

la distribucin de los mismos se puede observar en la Figura

Figura N25 Microcontrolador 18F2550 y distribucin


1) salidas digitales

2) cristal oscilador


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3) Salidas Analgicas (PWM)

4) Salidas Discretas

5) Entradas Analgicas

6) Salidas al Xbee (Tx, Rx)

7) Conector Usb

.

Se utiliza un voltaje de referencia positivo correspondiente a VCC y un

voltaje de referencia negativo en GND, necesarios para la conversin.

En el circuito el Microcontrolador PIC 18F2550 tiene sus respectivas

conexiones de polarizacin as como un oscilador externo de 20 MHz.

5.4.5 Seleccin del sensor de temperatura lm35

La serie LM35 se usan para la precisin de la temperatura del circuito

integrado sensores, cuya tensin de salida es linealmente proporcional a la

Celsius (centgrados). Es un sensor de temperatura con una precisincalibrada de 1C y un rango que abarca desde -55 a +150C.

El sensor se presenta en diferentes encapsulados pero el mas comn

es el to-92 de igual forma que un tpico transistor con 3 patas, dos de ellas

para alimentarlo y la tercera nos entrega un valor de tensin proporcional a la

temperatura medida por el dispositivo. La salida es lineal y equivale a

10mV/C por lo tanto:


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+1500mV = 150C

+250mV = 25C

-550mV = -55C

Podemos conectarlo a un conversor Analgico/Digital y tratar la medida

digitalmente, almacenarla o procesarla con un Controlador o similar.

EL circuito integrado que se uso es el LM358 de la marca National

Semiconductor, en su presentacin de ocho terminales con encapsulado

SO8, de montaje superficial. El integrado se alimenta con una sola fuente de

5V.

Figura N26 Sensor de temperatura lm35

Fuente: http://www.datasheetcatalog.net/es/datasheets_pdf/L/M/3/5/LM35.shtml

ao 2010.

5.5 Comunicacin inalmbrica con xbee

5.5.1 Transceiver RF (xbee)

El transceptor (transceiver) de radiofrecuencia tiene como tarea

principal la transmisin y recepcin de datos que son suministrados por el


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microcontrolador. Para el prototipo a implementarse se utilizarn los

mdulos XBee; que son mdulos de radio frecuencia que trabajan en la

banda de 2.4 GHz.

Son utilizados en automatizacin de casas, sistemas de seguridad,

monitoreo de sistemas remoto.

Los mdulos tienen un alcance en interiores de hasta 100 metros, y

en exteriores el alcance es de hasta 1500 metros.

Para el diseo de la comunicacin inalmbrica con el xbee se

muestran las conexiones mnimas que necesita el mdulo Xbee para poder

ser utilizado.

Figura N27 Conexiones mnimas requeridas para el Xbee.

Fuente: http://www.olimex.cl/pdf/Wireless/ZigBee/XBee-Guia_Usuario.pdf ao

2010.

El mdulo requiere una alimentacin desde 2.8 a 3.4 V, la conexina tierra y las lneas de transmisin de datos por medio del UART (TXD y

RXD) para comunicarse con un microcontrolador, o directamente a un puerto

serial utilizando algn conversor adecuado para los niveles de voltaje.


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5.5.2 Para la proteccin del xbee se utilizo un lm317:

Este regulador de tensin que consta de 3 terminales y con un rangode tensiones de salida desde los 1.25 hasta 37 voltios.

Para lograr esta variacin de tensin slo se necesita de 2resistencias externas (una de ellas es una resistencia variable).

Entre sus principales caractersticas se encuentra la limitacin decorriente y la proteccin trmica contra sobrecargas.

La tensin entre la patilla ADJ y OUT es siempre de 1.25 voltios(tensin establecida internamente por el regulador) y en consecuencia la

corriente que circula por la resistencia R1 es: IR1 = V / R1 = 1.25/R1

Esta misma corriente es la que circula por la resistencia R2. Entoncesla tensin en R2: VR2 = IR1 x R2. Si se sustituye IR1 en la ltima frmula seobtiene la siguiente ecuacin: VR2 = 1.25 x R2 / R1.

Figura N28 Regulador a 3.3V con el LM 317.

http://www.unicrom.com/Tut_resistenciavariable.asphttp://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://www.unicrom.com/Tut_corriente_electrica.asphttp://www.unicrom.com/Tut_resistenciavariable.asp


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Figura N29 Diseo de la tarjeta de adquisicin de datos



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Figura N30 Diseo del Layado de tarjeta de adquisicin de datos



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5.6 Programacin de la tarjeta de adquisicin.

#include

#device adc=10

#use delay(clock=20000000)

#fuses

HSPLL,USBDIV,CPUDIV1,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG,VREGEN

#use rs232(baud=9600,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8)

int16 pv1,conv,prom,co1;

int8 i,co1_l,co1_h,recibe;

int1 enviar;

#int_RDA

RDA_isr()

{

if (kbhit())

switch(getc())

{


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case 187:

co1_l=getc();

co1_h=getc();

enviar=1;

break;

}

}

void main()

{

setup_adc_ports(AN0_TO_AN1);

setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL);

enable_interrupts(INT_RDA);

setup_ccp1(CCP_PWM);

setup_ccp2(CCP_PWM);

enable_interrupts(GLOBAL);

while(TRUE)

{

if (enviar==1)


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{

putc(make8(pv1,0));

putc(make8(pv1,1));

enviar=0;

}

co1=co1_h*256+co1_l;

set_pwm1_duty(co1);

prom=0;

set_adc_channel(0);

delay_ms(20);

for(i=1;i


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Captulo VI

6.1 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1.1 Prototipo de adquisicin de datos

Se corrobor la factibilidad de la implementacin de prototipo para la

adquisicin de datos de temperatura, variable utilizada en el campo industrial. Los

resultados obtenidos en el prototipo tienen una mayor eficiencia debido a que

pueden ser ledos en cualquier momento utilizando la aplicacin para el PC

mediante una interfaz sin necesidad de estar en el lugar donde se desea medir

valores provenientes de sensores ubicados en distintos lugares. De esto se puede

concluir que el prototipo construido facilita la observacin de los datos adquiridos

sin requerir de cableado que puede complicarse en un ambiente industrial.

6.2 Hardware

Una vez construido el prototipo se concluye que para un proceso como el

telecontrol manejo y control de una variable de manera remota requiere de

dispositivos muy sencillos, un microcontrolador y un transceiver RF cuyas

dimensiones, potencia y costos muy reducidos son un factor a favor.

6.3 Software

El programa creado entre ellas est, interfaz labview y pagina web es

muy intuitivo y de fcil uso. El desarrollo de una esta aplicacin es muy importanteya que es la interfaz que permite al usuario realizar las diferentes tareas, por lo que

debe ser completamente entendible por la persona que lo maneja, de esta forma se

podrn interpretar los resultados obtenidos.


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El correcto direccionamiento que se les d a cada uno de los dispositivospertenecientes a la Red ZigBee, evitar la prdida de datos, pues si stos

transmiten en el momento requerido y reciben de la misma forma, no existir una

posible colisin en el entorno RF que influya en una prdida de informacin. De

esto se concluye que fue de gran utilidad utilizar un protocolo de comunicacin que

facilita el intercambio de informacin entre los nodos de una red, verificando

adems que la informacin recibida sea la correcta.

Como se puede observar la aplicacin para el PC muestra el resultado de

la variable lo que hace al prototipo efectivo al momento de solicitar los valores de

temperatura.

6.4 General

Durante el proyecto se alcanzaron los diferentes objetivos planteados,

exponiendo las prestaciones de un sistema De telecontrol a travs de internet y

demostrando la factibilidad de un prototipo inalmbrico de adquisicin de datos. Se

espera que el prototipo presentado sea mejorado de forma continua y llegue a ser

utilizado en un verdadero campo industrial. Igualmente, se pretende que el

presente trabajo. Sirva de base para crear proyectos ms ambiciosos que utilicen la

tecnologa

Tales como: Figura: N:31 Laboratorio virtual


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Uno de los beneficios tangibles que se puede obtener de este proyecto,es el hecho de que el manejo de un proceso de forma inalmbrica mejora la

calidad de comunicacin entre dispositivos tomando en cuenta las distancias entre

ellos, adems de las ventajas que proporciona en el ambiente industrial ya facilita en

gran forma el trabajo de los usuarios al momento de consultar un proceso.

El prototipo diseado trabaja bien en condiciones reales y con distancias

que permitan la correcta comunicacin entre los dispositivos, un factor decisivo

para la comunicacin es la existencia de muchas barreras tales como un elevado

nmero de paredes, o que stas sean muy gruesas y de materiales difciles de

penetrar (por ejemplo concreto) entre los mdulos, los mismos no se comunicarn

correctamente aunque se tenga una distancia menor a 100 metros (condiciones

extremas).

6.5 Recomendaciones

Se debe determinar si las fuentes de poder que se vayan a utilizar en un

circuito sern capaces de soportar la carga a las que van a ser sometidas, pues en

algunas oportunidades este aspecto podra no cumplirse, lo que ocasionara un

funcionamiento deficiente de los elementos que formen parte del diseo as como

del circuito propiamente dicho, debido a voltajes de polarizacin inadecuados.

Se recomienda probar el funcionamiento de cada una de las partes que conforman

el prototipo construido, para as evitar tener resultados no deseados al momento de

utilizar el prototipo en su totalidad.

En la figura N 30 Se muestra un laboratorio Virtual que en un futuro podra ser

implementado haciendo las modificaciones correspondientes (las areas de color

amarillo) y llevarlas a aplicaciones ms didcticas

capitulos nohe y jorge[1]

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