CD-1778(2008-11-05-12-01-04).pdf

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA
ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MÓDULO DE
MONITOREO Y CONTROL DEL SUMINISTRO DE ENERGÍA
ELÉCTRICA A UN DATA CENTER A TRAVÉS DE LA
INTERNET.
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN
ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES
WILSON FERNANDO FREIRE SANDOVAL
[email protected]
DIRECTOR: Ing. OSWALDO EFRAÍN BUITRÓN BUITRÓN
[email protected]
Quito, Octubre 2008
DECLARACIÓN
Yo, WILSON FERNANDO FREIRE SANDOVAL, declaro bajo juramento que el
trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada
para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias
bibliográficas que se incluyen en este documento.
A través de la presente declaración cedo los derechos de propiedad intelectual
correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo
establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la
normativa institucional vigente.
WILSON FERNANDO FREIRE SANDOVAL
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por WILSON FERNANDO
FREIRE SANDOVAL, bajo mi supervisión.
________________
Ing. Oswaldo Buitrón
DIRECTOR DE PROYECTO
AGRADECIMIENTOS
Primero a agradezco a Dios que está sobre todas las cosas, pues fue mi soporte
en tiempos de flaqueza, y mi guía en momentos de desconcierto.
A mis padres, Miguel y Lourdes, por su amor incondicional y gran sacrificio,
A quienes debo todo cuanto soy.
Que con su ejemplo constante de trabajo y superación, me permitieron
culminar con éxito mi carrera profesional.
Gracias por su apoyo y paciencia.
Este triunfo les pertenece.
A toda mi familia, por estar siempre pendiente y preocupada por mi,
apoyándome cuando lo necesitaba.
Agradezco a todos mis eternos amigos en especial al Ing. Max López quien me
enseño el verdadero sentido de la amistad y compañeros de sueños e ideales,
quienes me han brindado su amistad y apoyo en todo momento, cuya valiosa
ayuda se ve reflejada en la culminación de esta carrera
Un agradecimiento especial al Ing. Oswaldo Buitrón por su confianza, apoyo
y gran colaboración en la dirección proyecto.
A todos, de corazón, GRACIAS.
Wilson
DEDICATORIA
Con profundo cariño y amor dedico este trabajo a los seres más importantes de
mi vida:
A Dios. A mis padres y hermano. A mi novia Chelita, cuyo respeto, sacrificio
y amor fueron el sustento constante de mi vida, que juntos supimos vencer los
obstáculos que se nos presentaron.
Wilson
CONTENIDO
Página:
RESUMEN .............................................................................................................. I
PRESENTACIÓN................................................................................................... II
CAPÍTULO 1 .......................................................................................................... 1
CAPÍTULO 1. ......................................................................................................... 2
FUNDAMENTO TEÓRICO..................................................................................... 2
1.1 INTRODUCCIÓN. ..........................................................................................2
1.2 DEFINICIÓN DE SISTEMA EMBEBIDO. [1] ...................................................3
1.3 ESTRUCTURA DE UN SISTEMA EMBEBIDO. [1] .........................................4
1.4 COMPONENTES DE UN SISTEMA EMBEBIDO. [1] .....................................5
1.5 SISTEMAS EMBEBIDOS EN DIVERSAS PLATAFORMAS. [2] .....................6
1.5.1 LINUX EN SISTEMAS EMBEBIDOS. [1] ................................................. 7
1.5.2 WINDOWS PARA SISTEMAS EMBEBIDOS. [1] .................................... 8
1.5.3 DOS EN SISTEMAS EMBEBIDOS. [1].................................................... 9
1.5.4 JAVA EN SISTEMAS EMBEBIDOS. [1] .................................................. 9
1.6 COMPONENTES DE RED. .........................................................................11
1.6.1 ESTACIONES DE TRABAJO.............................................................. 11
1.6.2 SERVIDORES...................................................................................... 12
1.6.3 TARJETA DE INTERFAZ DE RED (NIC, NETWORK INTERFACE
CARD)........................................................................................................... 12
1.6.4 MEDIO DE TRANSMISIÓN.................................................................. 13
1.6.5 PROTOCOLO DE COMUNICACIONES. ............................................. 13
1.6.6 SOFTWARE Y SISTEMA OPERATIVO DE RED................................. 13
1.7 ETHERNET. ................................................................................................13
1.8 SISTEMAS EMBEBIDOS EN ETHERNET. [2]..............................................14
1.8.1 DISPOSITIVOS EMBEBIDOS PARA ETHERNET. [1] .......................... 15
1.8.1.1 RabbitCore RCM3750. [1] ............................................................... 16
1.8.1.2 Digi Connect EM. [1] ....................................................................... 16
1.8.1.3 Digi Connect Wi-EM. [1] .................................................................. 17
1.8.1.4 Acme Systems. [1] .......................................................................... 18
1.9 APLICACIONES DE SISTEMAS EMBEBIDOS ETHERNET. [1] ..................19
1.9.1 MÓDULO WEB SERVER..................................................................... 20
1.9.1.1 Descripción del Módulo Web Server.............................................. 20
1.9.1.2 Caracteristicas del Módulo Web Server......................................... 21
1.9.1.3 Configuracion de Pines y Diagrama de Bloques del Módulo Web
Server. ....................................................................................................... 22
1.9.1.4 Aplicaciones del Módulo Web Server. ........................................... 24
BIBLIOGRAFÍA CAPÍTULO 1. ........................................................................... 26
CAPÍTULO 2 ........................................................................................................ 27
CAPÍTULO 2. ....................................................................................................... 28
DISEÑO DEL MÓDULO. ..................................................................................... 28
2.1 CONSIDERACIONES GENERALES DEL MÓDULO. .................................28
2.2 DISEÑO DEL MÓDULO DE CONTROL Y MONITOREO DEL SUMINISTRO
DE ENERGÍA ELÉCTRICA................................................................................30
2.2.1. DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO........................................................... 30
2.2.1.2 Diagrama de bloques..................................................................... 30
2.2.1.3 Sistema Microcontrolador. ............................................................. 31
2.2.1.4 Consideraciones del Sistema Microcontrolador. [1] ........................ 33
2.2.1.4.1 Fuente de Alimentación. ................................................................................................ 33
2.2.1.4.2 Manejo del circuito Reset............................................................................................... 33
2.2.1.4.3 Programación en Sistema.............................................................................................. 34
2.2.1.4.4 Uso adecuado del Oscilador. ......................................................................................... 35
2.2.1.5 Diseño para el Manejo de Datos del Suministro de Energía
Eléctrica..................................................................................................... 35
2.2.1.6 Control de las Salidas de Potencia. ............................................... 38
2.2.1.7 Diseño de Lectura de Datos de Entrada al Microcontrolador. ....... 40
2.2.1.7.1 Dispositivos Utilizados en la Lectura de Datos de Entrada al Microcontrolador............ 41
2.2.1.8 Conexión entre el Microcontrolador y el Web Server..................... 41
2.2.1.8 Control de Nivel de Energía de las Baterías de Respaldo del UPS.
.................................................................................................................. 45
2.2.1.9 Comunicación del Microcontrolador............................................... 46
2.2.1.9.1 Comunicación UART. ................................................................................................... 46
2.2.1.10 Fuente de Alimentación. .............................................................. 48
BIBLIOGRAFÍA CAPÍTULO 2. ........................................................................... 49
CAPÍTULO 3 ........................................................................................................ 50
CAPÍTULO 3 ........................................................................................................ 51
CONSTRUCCION DEL MÓDULO DE MONITOREO Y CONTROL DEL
SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA. ......................................................... 51
3.1 INTRODUCCIÓN. ........................................................................................51
3.2 CIRCUITO DEL PROTOTIPO DISEÑADO..................................................51
3.3 CIRCUITO DEL MÓDULO WEB SERVER. .................................................53
3.4 DISEÑO DE SOFTWARE............................................................................55
3.4.1 PROGRAMA PARA EL SISTEMA MICROCONTROLADO. ................ 55
3.4.2 CONFIGURACIÓN DEL MÓDULO WEB SERVER. ............................ 60
3.4.2.1 Parámetros de Configuración Inicial. ............................................. 61
3.4.2.2 Construcción de la Página Web..................................................... 62
3.4.2.3 Descarga de fichero y Pagina Web. .............................................. 63
3.4.2.4 Análisis de la configuración y correcto funcionamiento mediante la
exploración del módulo Web Server a través de un navegador Web. ....... 65
3.5 INTEGRACIÓN DEL MÓDULO DE MONITOREO Y CONTROL DEL
SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA. .......................................................65
3.5.1 NORMAS NEMA. ................................................................................. 66
De lo discutido anteriormente de considero conveniente para la construcción
del presente proyecto utilizar la caja de sistema estructural que cumple con la
norma “NEMA 1 o 2” para uso de interiores.................................................. 67
3.5.2 ENSAMBLADO DEL PROTOTIPO DEL MÓDULO.............................. 67
CAPÍTULO 4 ........................................................................................................ 70
CAPÍTULO 4 ........................................................................................................ 71
RESULTADOS OBTENIDOS DEL MÓDULO DE MONITOREO Y CONTROL
DEL SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y SUS POSIBLES
APLICACIONES EN OTROS CAMPOS. ............................................................. 71
4.1 PRUEBAS DEL MÓDULO. ..........................................................................71
4.1.1 VERIFICACIÓN DE NIVELES DEL SUMINISTRO DE ENERGÍA
ELÉCTRICA. ................................................................................................. 71
4.1.3 MONITOREO DE NIVEL DE VOLTAJE DE LAS BATERÍAS DEL UPS Y
TEMPERATURA AMBIENTE........................................................................ 73
4.1.2 CONMUTACIÓN AUTOMÁTICA ENTRE FASES DEL SUMINISTRO
ELÉCTRICO.................................................................................................. 73
4.1.3 CONTROL REMOTO DEL SUMINISTRO DE ENERGÍA POR MEDIO
DEL MÓDULO. ............................................................................................. 75
4.2 APLICACIONES DEL MÓDULO EN OTROS CAMPOS..............................77
4.3 COSTO DEL PROYECTO. ..........................................................................78
CAPÍTULO 5 ........................................................................................................ 81
CAPÍTULO 5 ........................................................................................................ 82
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ...................................................... 82
5.1 CONCLUSIONES. .......................................................................................82
5.2 RECOMENDACIONES................................................................................84
BIBLIOGRAFÍA. .................................................................................................. 86
GLOSARIO DE TÉRMINOS. ............................................................................... 88
ANEXOS ............................................................................................................ 100
ANEXO 1............................................................................................................ 101
HOJAS DE DATOS DEL ATMEGA 16. ............................................................. 101
ANEXO 2............................................................................................................ 102
HOJAS DE DATOS DEL WEB SERVER. ......................................................... 102
ANEXO 3............................................................................................................ 103
HOJAS DE DATOS DEL FILTRO LF1S022...................................................... 103
ANEXO 4............................................................................................................ 104
HOJAS DE DATOS DEL CIRCUITO INTEGRADO ULN2803. ......................... 104
ANEXO 5............................................................................................................ 105
HOJAS DE DATOS DEL LATCH 74LS373....................................................... 105
ANEXO 6............................................................................................................ 106
HOJAS DE DATOS DEL INDICADOR LCD...................................................... 106
ANEXO 7............................................................................................................ 107
HOJAS DE DATOS DE LA COMPUERTA LOGICA 74LS00. .......................... 107
ANEXO 8............................................................................................................ 108
CÓDIGO DEL PROGRAMA PRINCIPAL Y SUBRUTINAS DEL PROYECTO. 108
ÍNDICE DE FIGURAS
Página:
Figura 1.1: Componentes de un Sistema Embebido [1]. ......................................... 6
Figura 1.2: Plataformas de Java para Sistemas Embebidos [1]. ........................... 10
Figura 1.3: Componentes de Red. ....................................................................... 11
Figura 1.4: Tarjeta de Red (NIC). ........................................................................ 12
Figura 1.5: Formato de la trama Ethernet [1]......................................................... 14
Figura 1.6: Módulo RabbitCore RCM3750 [2]........................................................ 16
Figura 1.7: Módulo Digi Connect EM [1]. ............................................................... 17
Figura 1.8: Módulo Digi Connect Wi-EM [1]........................................................... 17
Figura 1.9: Módulo Acme Systems [1] ................................................................... 18
Figura 1.10: Aplicaciones de sistemas embebidos en Ethernet [1]. ...................... 19
Figura 1.11: Módulo Web Server [1]. ..................................................................... 20
Figura 1.12: Componentes del Módulo Web Server............................................. 21
Figura 1.13: Diagrama del Módulo Web Server. .................................................. 22
Figura 1.14: Diagrama de bloques del Módulo Web Server. ................................ 24
Figura 2.1: Módulo de control y monitoreo del suministro de energía eléctrica.... 29
Figura 2.2: Diagrama de bloques del módulo de monitoreo del suministro de
energía eléctrica................................................................................................... 30
Figura 2.3: Diagrama de bloques de pines requeridos del microcontrolador. ...... 31
Figura 2.4: Diagrama de pines del ATMega16 [1]. ................................................ 32
Figura 2.5: Circuito Reset recomendado por el fabricante. .................................. 33
Figura 2.6: Programador ISP [1]............................................................................ 34
Figura 2.7: Diagrama del integrado 74LS373....................................................... 35
Figura 2.8: Integrados 74LS373 para Lectura y Escritura de Datos..................... 36
Figura 2.9: Conexión del Indicador LCD. ............................................................. 38
Figura 2.10: Transistores Darlington de un integrado ULN2803. ......................... 39
Figura 2.11: Integrado ULN2803. ......................................................................... 39
Figura 2.12: Control de Relé mediante el integrado ULN2803. ............................ 40
Figura 2.13: Ingreso de datos al microcontrolador. .............................................. 41
Figura 2.14: a) Filtro utilizado en el módulo Web Server. [1] b) Conexión
recomendada por el fabricante. c) Esquemático del adaptador LF1S022........... 43
Figura 2.15: Conexión del Web Server. [1] ............................................................ 44
Figura 2.16: Conexión entre el microcontrolador y el módulo Web Server. ......... 45
Figura 2.17: Medición de batería del UPS............................................................ 46
Figura 2.19: Conexión serial del microcontrolador. .............................................. 47
Figura 3.1: Hardware del Módulo de Control del Suministro de Energía Eléctrica.
............................................................................................................................. 51
Figura 3.2: Esquemático del Hardware del Módulo de Control del Suministro de
Energía Eléctrica. ................................................................................................. 52
Figura 3.3: Placa de Circuito Impreso del Módulo de Control del Suministro de
Energía Eléctrica. ................................................................................................. 53
Figura 3.4: a) Hardware del Módulo Web Server. b) Placa de Circuito del Módulo
Web Server. ......................................................................................................... 54
Figura 3.5: Diseño Funcional del Programa del Microcontrolador........................ 55
Figura 3.6: Diseño Funcional del Programa del Microcontrolador........................ 56
Figura 3.7: Flujograma del Programa del Sistema Microcontrolado..................... 58
Figura 3.8: a), b), c), d), e), f), g), h), i), j), k), Flujogramas de las subrutinas del
Programa.............................................................................................................. 60
Figura 3.9: Creación del fichero de configuración inicial del módulo Web Server.
............................................................................................................................. 62
Figura 3.10: Página Web de Monitoreo del Suministro de Energía Eléctrica. ...... 63
Figura 3.11: Descarga del programa al Web Server. ........................................... 63
Figura 3.12: Memoria utilizada por el Módulo Web Server................................... 64
Figura 3.13: a) Ejecución del comando PING, b) Pruebas de Conectividad con el
Módulo Web Server.............................................................................................. 64
Figura 3.14: Exploración del Módulo Web Server. ............................................... 65
Figura 3.15: Caja Estructural con norma Nema. .................................................. 66
Figura 3.16: a) Vista frontal del Chasis. b) Vista interna del sistema. ................. 68
Figura 3.17: Localización de los Elementos Internos del Prototipo. ..................... 68
Figura 4.1: a)Indicadores de los niveles de Energía Eléctrica, Visualizador LCD,
Enlace de Red, b) Verificación de Niveles de Energía Eléctrica en forma local, c)
Verificación de Niveles de Energía Eléctrica en forma remota............................. 73
Figura 4.2: a) Monitoreo de nivel de Voltaje de las Baterías del UPS y
Temperatura Ambiente......................................................................................... 73
Figura 4.3: a) Conmutación Automática del suministro de energía eléctrica de fase
principal a fase secundaria, b) Conmutación Automática del suministro de energía
eléctrica de fase secundaria a fase principal, c) Ausencia de energía eléctrica de
fase secundaria. ................................................................................................... 75
Figura 4.4: a) Control remoto del suministro de energía eléctrica a equipos de
comunicación, b) Control de acceso para reseteo de tomas eléctricas, c)
Selección de tomas del suministro de energía eléctrica, d) Verificacion del reseteo
de la toma del suministro de energía eléctrica. .................................................... 77
RESUMEN
En este proyecto se tuvo como objetivo diseñar un sistema para controlar el
abastecimiento continuo de energía a equipos de comunicación de un “Data
Center” a través de la INTERNET.
Con este propósito se diseño y construyo un sistema embebido, constituido por el
microcontrolador ATMEGA 16 y un módulo controlador de red Web Server, los
mismos que interactúan entre sí proporcionando así una interfaz Web entre el
usuario el suministro de energía eléctrica. El sistema trabaja simultáneamente con
un UPS, logrando así un abastecimiento ininterrumpido de energía.
El prototipo del módulo de monitoreo y control del suministro de energía eléctrica
se propone como una alternativa de bajo costo a los problemas surgidos por el
abastecimiento de suministro de energía eléctrica, en lugares donde se requeriré
un abastecimiento constante a equipos de comunicaciones, realizando un
monitoreo y control remoto a través de la Internet.
Pruebas realizadas al sistema demostraron que el sistema ofrece una
confiabilidad del 100 %, cuando se lo probó bajo diferentes circunstancias y a
diferentes horas del día.
PRESENTACIÓN
El módulo de monitoreo y control del suministro de energía eléctrica a través de la
internet mediante la implementación de una novedosa tecnología de sistemas
embebidos utilizados como Servidor Web, como dispositivo de control el
microcontrolador ATMEGA 16, los mismos que interactúan entre sí para
proporcionar una interfaz Web entre el usuario el suministro de energía eléctrica.
En el presente proyecto se ha diseñado y construido un prototipo mediante la
implementación de una tecnología innovadora de servidores Web basados
sistemas embebidos proporcionando una interfaz Web al usuario, de fácil acceso
al recurso desde cualquier sitio que cuente con una conexión a la Internet.
Este trabajo de divide en cinco capítulos además de anexos que detallan
características de los elementos utilizados en el desarrollo del presente proyecto.
En el capítulo 1 se explica los conceptos generales utilizados en el desarrollo del
proyecto, así como el estado de la tecnología y grado de desarrollo de los
sistemas embebidos Web Server y demás aspectos de fundamento teórico
requeridos para el desarrollo del proyecto.
En el capítulo 2 se detallan las consideraciones necesarias para el diseño del
hardware del prototipo del módulo de monitoreo y control Web Server,
proporcionando característica de los diversos componentes utilizados para su
implementación.
En el capítulo 3 se describe los detalles de hardware y software considerados
para la construcción del módulo de monitoreo y control Web Server, además de
una rápida descripción de las herramientas para el desarrollo del software.
En el capítulo 4 se presenta las diversas pruebas realizadas, se analiza los
resultados, sus posibles aplicaciones en otros campos y se complementa con un
breve estudio de costos.
En el capítulo 5 se refiere a las conclusiones a las que se ha llegado en el
desarrollo del presente proyecto, mencionando además las recomendaciones del
caso.
CAPÍTULO 1
CAPÍTULO 1.
FUNDAMENTO TEÓRICO.
1.1 INTRODUCCIÓN.
En los últimos 10 años el mundo de las comunicaciones ha cambiado
drásticamente. A partir del año 1993 con el surgimiento de la World Wide Web o
simplemente la Web una buena parte de la población del mundo tuvo acceso a
una red de datos global que durante mucho tiempo fue de uso exclusivo de
la comunidad académica universitaria y del departamento de defensa de los
Estados Unidos de América. Este acercamiento masivo hacia esta red de redes
conocida como la Internet, trajo consigo muchas ventajas, la más importante de
estas es sin duda la posibilidad de comunicarse sin depender de las distancias. La
Web, permitió a los usuarios de la red acceder de manera simple a una gran
cantidad
de
información. De esta manera la Internet se convirtió en una
herramienta de uso cotidiano tanto en el lugar de trabajo como en los hogares
permitiendo realizar tareas en poco tiempo, las mismas que hace algunos años
demandarían mucho tiempo en realizarlas.
Con la Internet aumentó potencialmente la posibilidad de realizar múltiples
actividades con recursos limitados, por dichas razones el objetivo es usar a la
Internet no sólo como un medio de fácil acceso a información sino para permitir el
control y mantenimiento de dispositivos electrónicos mediante un navegador
teniendo una amplia apreciación en tiempo real desde cualquier parte del mundo,
donde se cuente con una conexión a la Internet.
Actualmente todos los equipos PC o computadoras de propósito general cuentan
con implementación TCP/IP que no es más que un conjunto de protocolos de red
utilizados para realizar la comunicación entre dispositivos conectados a la Internet
y que se ha convertido en un estándar en comunicaciones, sin embargo al tratar
de implementar sistemas de control y mantenimiento de dispositivos electrónicos
en tiempo real no resulto viable ya que esos equipos no fueron diseñados para
realizar esa tarea, por esta razón se desarrollo la implementación de TCP/IP en
los sistemas embebidos.
Los sistemas embebidos se encuentran disponibles comercialmente y al alcance
de cualquier persona. La tendencia de estos días es introducir dicho sistemas
para conectar a una red de computadoras, dispositivos que normalmente efectúan
un monitoreo y diagnóstico de algún tipo de sistema. A menudo este trabajo ha
sido realizado a través de una interfaz serial, pero resulta más ventajoso el
monitoreo a distancia, como
también la posibilidad de efectuar ajustes
automáticos sin necesidad de estar en un sitio determinado. Debido al uso masivo
del acceso a Internet se pensó en la implementación de un interfaz TCP/IP para
controlar estos sistemas embebidos.
El presente proyecto de titulación pretende mejorar el proceso de monitoreo y
control del suministro de energía eléctrica de un “Data Center” a través de la
Internet
mediante la utilización de sistemas embebidos, proporcionando una
interfaz Web entre el usuario y el módulo de control ya que el sistema no necesita
de un PC para conectar el módulo de control a la red Internet, con lo que se
ahorra en costos tanto en Hardware, Software, espacio y energía. Es decir, se
pasa de un sistema basado en PC (PC-BASED) a un sistema basado en
Servidor WEB (WEB SERVER).
1.2 DEFINICIÓN DE SISTEMA EMBEBIDO. [1]
Sistema embebido es una combinación de hardware y software, al cual se le
puede adaptar circuitos para adquisición de datos o para poder realizar actuación.
Esta definición ofrece una diferencia con la descripción de una computadora
personal, que si bien está formada por una combinación de hardware y software
más algunos dispositivos periféricos (discos rígidos por ejemplo); sin embargo, la
computadora personal no fue diseñada para un uso específico sino que es posible
ejecutar múltiples funciones, dependiendo de las necesidades del usuario y
principalmente orienta al procesamiento de información.
El uso de Sistemas embebidos es muy frecuente y su funcionamiento está
condicionado a su arquitectura que básicamente la integra un procesador, que
trabaja sobre la base de un programa.
[1]
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
La combinación de hardware y software, en la actualidad puede ser reemplazada
en muchos casos por un circuito integrado que realice la misma tarea.
Pero una de las ventajas de los sistemas embebidos es su flexibilidad. Ya que a la
hora de realizar alguna modificación resulta mucho más sencillo modificar unas
líneas de código al software del sistema embebido que reemplazar todo el circuito
integrado.
Una aplicación muy difundida de los sistemas embebidos es en los denominados
sistemas de tiempo real, donde ese límite de tiempo es un factor muy importante
para la ejecución de algún proceso.
1.3 ESTRUCTURA DE UN SISTEMA EMBEBIDO. [1]
Generalmente, los sistemas embebidos emplean procesadores muy básicos,
relativamente lentos y memorias pequeñas para minimizar los costos puesto que
una de las principales características de un sistema embebido son el bajo costo y
bajo consumo de potencia. Dado que muchos sistemas embebidos son
concebidos para ser producidos en miles o grandes cantidades de unidades, el
costo por unidad es un aspecto importante a tener en cuenta en la etapa de
diseño.
Un sistema embebido tiene limitaciones de recursos y normalmente deberá hacer
uso de sistemas operativos especiales, denominados de tiempo real (RTOS Real
time operating system o sistema operativo en tiempo real).Los sistemas
embebidos deberán reaccionar a estímulos exteriores, respondiendo con fuertes
restricciones de tiempo en la mayoría de casos, por lo tanto, un sistema se dice
que trabaja en tiempo real si la
información después de la adquisición y
tratamiento es todavía vigente. Es decir, que en el caso de una información que
llega de forma periódica, los tiempos de adquisición y tratamiento deben ser
inferiores al período de actualización de dicha información. Un sistema
embebido puede o no ser de tiempo real dependiendo de los requerimientos
específicos de la aplicación que se quiere implementar.
[1]
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
El software que controla un dispositivo de hardware se conoce como Firmware o
Programación en Firme, que es un bloque de instrucciones de programa para
propósitos específicos, estableciendo la lógica de más bajo nivel que controla los
circuitos electrónicos de un dispositivo de cualquier tipo, convirtiéndose en el
intermediario (interfaz) entre las órdenes externas que recibe el dispositivo y su
electrónica, ya que es el encargado de controlar a ésta última para ejecutar
correctamente dichas órdenes externas. La programación en estos dispositivos se
realiza en lenguaje ensamblador o en lenguaje C, actualmente se han
desarrollado algunas máquinas virtuales y otros compiladores que permiten el
diseño de programas más complejos. Además, se puede encontrar depuradores,
simuladores, bases de datos, GUIs (Interfaz de usuario grafica), entre otras
herramientas para el diseño y programación de este tipo de sistemas.
1.4 COMPONENTES DE UN SISTEMA EMBEBIDO. [1]
Un sistema embebido en principio estaría formando por un microprocesador
o un microcontrolador y un software que tiene que ser almacenado en localidades
de memoria del tipo ROM para luego ser ejecutado sobre el procesador. Todo
sistema embebido necesitara de cierta cantidad de memoria, la cual puede
incluso
encontrarse
dentro
del mismo chip del procesador. Además
normalmente un sistema embebido contará con una serie de salidas y entradas
necesarias para comunicarse con el mundo exterior.
Debido a que las tareas realizadas por los sistemas embebidos son relativamente
sencillas, los procesadores comúnmente usados cuentan con registros de 8 o 16
bits. En su memoria sólo reside el programa destinado para alguna aplicación
determinada. Sus líneas de entrada soportan conexiones de los sensores
requeridos y a sus salidas actuadores que son elementos capaces de producir un
efecto sobre algún proceso determinado y todos los recursos complementarios
disponibles para satisfacer un requerimiento, en la figura 1.1 se muestra los
posibles componentes de un sistema embebido
[2]
.
[1]
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
[2]
http://www.ece.cmu.edu/~koopman/iccd96/iccd96.html#example
Las características señaladas pueden considerarse como comunes a los sistemas
embebidos, pero todo su funcionamiento será totalmente diferente para cada
sistema embebido en particular debido a la inmensa diversidad de aplicaciones
disponibles.
Figura 1.1: Componentes de un Sistema Embebido
[1]
.
1.5 SISTEMAS EMBEBIDOS EN DIVERSAS PLATAFORMAS. [2]
Se conoce como plataforma a una arquitectura
que corresponde a una
combinación de hardware y software (sistemas operativos), usada para ejecutar
distintas aplicaciones. La plataforma más conocida es probablemente Microsoft
Windows en una arquitectura x86; GNU/Linux y Mac OSX que ya de por sí son
multiplataforma.
[1]
http://www.ece.cmu.edu/~koopman/iccd96/iccd96.html#example
[2]
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
1.5.1 LINUX EN SISTEMAS EMBEBIDOS. [1]
Linux está presente como plataforma operativa en varios sistemas embebidos y
definitivamente es el pionero en el área de los sistemas embebidos, ya que en la
actualidad se dispone de miles de dispositivos que funcionan bajo la plataforma
Linux.
El surgimiento de un mayor número de desarrolladores del kernel de Linux derivó
en un crecimiento aún mayor de desarrolladores de aplicaciones y tecnologías para
programas que funcionan bajo Linux. Uno de los avances más recientes ha sido la
adecuación de Linux para el mercado de los dispositivos embebidos.
Comenzó con el soporte del kernel y el compilador para los microprocesadores más
populares de 32 bits: x86, ARM, PowerPC, MIPS y con la continua aparición de
diferentes distribuciones de Linux con soporte para características específicas de
los sistemas embebidos.
Gracias a la disponibilidad del código fuente, a la ausencia del pago de ‘royalties’,
que son pagos por derecho de autor, patentes, etc. y al soporte de los
microcontroladores y microprocesadores, la plataforma Linux está ampliamente
difundido en el mercado de los RTOS (Real time operating system).
Las distribuciones de Linux embebido proporcionan compiladores cruzados (crosscompilers) que son compiladores capaces de crear código ejecutable en otra
plataforma distinta a aquélla en la que él se ejecuta, que junto con la herramienta
‘make’ permiten compilar y mantener una aplicación para un sistema embebido con
la ejecución un simple comando. La ventaja de utilizar Linux como sistema de
desarrollo para crear una aplicación destinada a sistemas embebidos es la
posibilidad de probar las aplicaciones directamente en el host mientras todavía no
está diseñado el hardware. Linux se halla en: PDA’s, computadores de bolsillo,
teléfonos móviles y teléfonos IP, webpads, reproductores de video y audio,
gateways, servidores, firewalls y concentradores wireless, navegadores de
automóvil, videocámaras, robots, relojes de bolsillo.
[1]
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
Por lo expuesto, se puede concluir que el sistema operativo Linux encaja a la
perfección en el mercado de los sistemas embebidos. La avanzada tecnología de
su kernel, la disponibilidad del código fuente, la ausencia del pago de royalties, su
amplio soporte y seguimiento en todo el mundo lo convierten en una elección de
futuro para estos dispositivos.
1.5.2 WINDOWS PARA SISTEMAS EMBEBIDOS. [1]
Microsoft no podía quedarse fuera del mercado de los dispositivos embebidos en
un mundo en el que existen millones de cajeros automáticos, navegadores para
los automóviles, controles de acceso, módulos GPS, electrodomésticos de todo
tipo, computadores de bolsillo, teléfonos móviles, etc. Así que Microsoft redujo a
Windows a su mínima expresión para sistemas embebidos dando como resultado
el sistema operativo Windows CE.
Entre las principales características que Windows CE ofrece se puede señalar:
tecnologías inalámbricas que permiten al dispositivo conectarse a infraestructuras
ya existentes; un kernel mínimo que ocupa unos 400 Kb; amplia gama de
arquitecturas; ejecución en tiempo real; soporte para lenguajes de Internet y XML
(lenguaje de marcas extensible); tecnología de emulación; sencillo entorno de
desarrollo del kernel y de aplicaciones.
Por sus características el sistema operativo Windows CE se usa principalmente
en sistemas embebidos que requieren un interfaz gráfico potente con el usuario
(cajeros automáticos, agendas electrónicas, teléfonos móviles de última
generación entre otros). La gran ventaja que proporciona esta plataforma es la
facilidad para portar aplicaciones ya desarrolladas para PC sobre una API
(Interfaz de Programación de Aplicaciones) de Windows a Embedded Visual C++
y acelerar así la salida al mercado de un dispositivo embebido.
Además, Windows CE ya proporciona muchos servicios y aplicaciones que
pueden usarse sin tener que realizar un esfuerzo de programación: explorador de
Internet, criptografía, protocolos de red, multimedia, visores de imágenes,
servidores de FTP, HTTP y TELNET, etc.
[1]
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
1.5.3 DOS EN SISTEMAS EMBEBIDOS. [1]
El sistema operativo DOS está estrechamente ligado al progresivo desarrollo de los
microprocesadores de arquitectura x86 de Intel. Corresponde a un sistema
operativo que es necesario conocer porque sigue estando en vigor gracias a su
estabilidad.
Además de su reducido tamaño y de los escasos recursos que requiere para
la ejecución de varias aplicaciones añadiendo y quitando características al sistema
operativo, reduciendo así el tamaño final del kernel. Con la capacidad de
detectar el hardware y cargar drivers de dispositivo de forma dinámica, lo que le
permite autoconfigurarse según el entorno.
Al sistema operativo DOS se lo puede encontrar en:
•
Cámaras digitales.
•
Dispositivos de captura de datos.
•
Cajeros automáticos.
•
Dispositivos GPS.
1.5.4 JAVA EN SISTEMAS EMBEBIDOS. [1]
Java fue concebido como parte de un proyecto de investigación que se orientaba al
desarrollo de software avanzado para una amplia variedad de dispositivos de red y
sistemas embebidos. La meta era diseñar una plataforma operativa sencilla, fiable,
portable, distribuida y de tiempo real.
El resultado es un lenguaje que se ha
mostrado ideal para desarrollar aplicaciones de usuario final, seguras, distribuidas y
basadas en red, en un amplio rango de entornos desde los dispositivos de red
embebidos hasta los sistemas de escritorio e Internet. Sun Microsystems Inc.,
creadora y máxima defensora de la tecnología Java, amplía su oferta para el
mercado de desarrollo embebido con el lanzamiento de dos nuevas ediciones de
Java Platform Standard Edition (Java SE). Se trata de una versión "headless"
con un tamaño reducido que emplea menos de 23 Mb de espacio de
almacenamiento, y de una versión para usuarios de PowerPC.
[1]
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
La tecnología Java es cada vez más utilizada en sistemas embebidos avanzados,
debido a sus capacidades inherentes de soporte de red, optimización de
dispositivos y procesamiento de datos. La mayoría de las características de la
plataforma Java SE pueden ser ahora empleadas para el desarrollo embebido,
gracias a la capacidad cada vez mayor del nuevo hardware disponible en el
mercado. La versión "headless" (sin soporte gráfico) de Java SE requiere sólo 23
Mb de espacio de almacenamiento, es ideal para desarrolladores de software
para dispositivos embebidos que quieran aprovechar las sólidas capacidades de
red, procesamiento, y además por el alto el rendimiento que se consigue con la
tecnología Java. Por su parte, la plataforma para PowerPC es una versión
estable de Java SE, diseñada específicamente para el procesador PowerPC, que
actualmente está muy extendido entre desarrolladores de dispositivos embebidos a
gran escala. Es importante señalar que las nuevas versiones de Java SE no
restan valor a la plataforma Java Platform Micro Edition (Java ME). La tecnología
Java ME sigue siendo una plataforma estándar de primera línea para el
desarrollo embebido tradicional en dispositivos con poca memoria y potencia de
procesador (tales como teléfonos móviles, PDAs, procesadores embebidos en
pequeñas
impresoras, copiadoras, etc.).
Paralelamente a las dos nuevas versiones de Java SE, Sun también ha
anunciado un nuevo servicio de ajuste y pruebas para optimizar el rendimiento de
la plataforma Java SE en despliegues embebidos. Las diversas plataformas
basadas en Java y sus aplicaciones se muestran en la figura 1.2.
Figura 1.2: Plataformas de Java para Sistemas Embebidos
[1]
[1]
.
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
1.6 COMPONENTES DE RED.
Una red de computadoras consta tanto de hardware como de software. En el
hardware se incluyen: estaciones de trabajo, servidores, tarjeta de interfaz de red,
cableado y equipo de conectividad. En el software se encuentra el sistema
operativo de red (Network Operating System, NOS). En la figura 1.3 muestra un
ejemplo de los elementos que constituyen una red de computadoras.
Figura 1.3: Componentes de Red.
Todas las redes de computadoras tienen una cosa en común, que son los
componentes físicos que las habilitan en la red para intercambiar datos y además
de un protocolo de comunicación para ver la manera cómo van a compartir la
información a más de la selección de la mejor ruta para llegar al destino final.
Entre los principales componentes de red tenemos:
1.6.1 ESTACIONES DE TRABAJO.
Son el interfaz entre el usuario y la red en sí, en otras palabras, son los
dispositivos que hacen posible el intercambio de datos entre los seres humanos y
las máquinas.
[1]
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
1.6.2 SERVIDORES.
Se denomina Servidores a aquellas computadoras capaces de compartir sus
recursos con otras. Los recursos pueden incluir impresoras, unidades de disco,
CD-ROM, directorios en disco duro e incluso archivos individuales. Los servidores
obtienen el nombre dependiendo del recurso que comparten. Algunos de ellos
son: servidor de discos, servidor de archivos, servidor de archivos distribuido,
servidores de archivos dedicados y no dedicados, servidor de terminales, servidor
de impresoras, servidor de discos compactos, servidor web y servidor de correo.
1.6.3 TARJETA DE INTERFAZ DE RED (NIC, NETWORK INTERFACE CARD).
Una tarjeta de interfaz de red (NIC), o adaptador LAN, provee capacidades de
comunicación en red desde y hacia un PC. En los sistemas computacionales de
escritorio, es una tarjeta de circuito impreso como se muestra en la figura 1.4 que
reside en una ranura en la tarjeta madre del PC y provee una interfaz de conexión
a los medios de red. En los sistemas computacionales portátiles, está
comúnmente integrado en los sistemas o está disponible como una pequeña
tarjeta PCMCIA.
Figura 1.4: Tarjeta de Red (NIC).
Las principales características de una tarjeta de red son:
Especificaciones mecánicas: Tipos de conectores, numero de pines, tipo de
cables, etc.
Especificaciones eléctricas: Definen los métodos de transmisión de la información
y las señales de control para dicha transferencia.
Método de acceso al medio: Define el tipo de método que se utiliza para acceder
medio de transmisión sobre la cual trabaja la red. Estos métodos están definidos
por las normas 802.x del IEEE.
1.6.4 MEDIO DE TRANSMISIÓN.
Se define como el medio, físico o no, que pueda transportar la información de un
punto a otro de la red.
Las técnicas de transmisión que tenemos son:
• Medios de transmisión guiados.
• Medios de transmisión Inalámbricos.
1.6.5 PROTOCOLO DE COMUNICACIONES.
Un protocolo es una descripción formal de un conjunto de reglas y convenciones
que gobierna el modo en que se comunican los dispositivos de red.
1.6.6 SOFTWARE Y SISTEMA OPERATIVO DE RED.
En toda red de comunicaciones es necesario tener varios tipos de software como
se menciona a continuación:
Sistema operativo de red, que haga en red lo que los sistemas operativos llevan a
cabo en un ordenador individual (Windows NT, Windows 2000, etc.).
Aplicaciones, que el usuario necesita para lleva a cabo su trabajo (procesador de
texto, hoja de cálculo, etc.).
Programas de utilidades de la red, con los que se llevan a cabo procesos
rutinarios como copias, backups, etc.
1.7 ETHERNET.
Muchas de las redes de todo el mundo siguieron uno de los estándares más
populares conocido como Ethernet. Estas redes se caracterizan por su alta
velocidad y flexibilidad en la interconexión de equipos.
Muchos de los elementos de red se han diseñado para ser usados en redes de
computadoras que soporten el estándar Ethernet.
El estándar Ethernet se define en las dos primeras capas del modelo de referencia
OSI (Open Systems interconnection), estas son capa física y capa enlace. Es
decir este estándar define el medio físico y los conectores que se emplean para
conectar los dispositivos a la red y la forma que tiene los mismos para
comunicarse y acceder al medio de comunicaciones.
Ethernet es un estándar muy versátil que puede transferir cualquier clase de
datos, sin la necesidad de requerir una computadora de alta velocidad de
procesamiento, ya que usando un microcontrolador de 8 bits se puede comunicar
con una red Ethernet.
Una de los limitantes de Ethernet es su eficiencia cuando transmite pequeñas
cantidades de datos. Todos los datos en Ethernet viajen en estructuras
denominadas tramas, las mismas que deben tener entre 46 y 1500 bytes de datos
junto con información adicional; una trama Ethernet incluye: preámbulo, campo de
dirección de origen y destino, tipo de campo y control de errores. Como se
muestra en la figura 1.5
Figura 1.5: Formato de la trama Ethernet
[1]
.
1.8 SISTEMAS EMBEBIDOS EN ETHERNET. [2]
Ethernet es la interfaz física de redes locales más popular y se está convirtiendo
en la red universal utilizada a todo nivel en cualquier empresa. Actualmente hay
instalaciones con una amplia infraestructura y recursos necesarios para mantener
operativa una gran red las 24 horas al día, siete días a la semana, todo esto
basado en Ethernet.
La preferencia por Ethernet en las instalaciones de redes locales se debe al bajo
costo de su instalación, mantenimiento y su capacidad de integración con Internet.
La utilidad de Ethernet se está desplazando al nivel más bajo de la red, no sólo
para datos, sino también para control.
[1]
http://www.ingenieroguzman.com.ar/notas/tcpip/encapsulado.html
[2]
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
El ordenador central que controla todo es ya un concepto obsoleto y se está
optando por la idea de que un dispositivo puede controlarse a sí mismo ya que
los actuales microordenadores
embebidos
tienen
una alta capacidad
de
cálculo.
Todo esto apunta a la nueva generación de redes que se basa en la interconexión
de dispositivos embebidos alimentados por la tecnología del chip en el propio
sistema. Ethernet
puede
convertirse
en
la
red
dominante
para
la
interconexión de dispositivos embebidos, como ya lo es en instalaciones de redes
de área local también denominadas LAN.
Para lograr dicha interconexión los sistemas embebidos deben contar además de
todos los componentes fundamentales, con dispositivos capaces de conectarse a
una red Ethernet, es decir debe ser capaz de controlar, administrar y manejar un
interfaz de red.
Se prevé que para el 2010, el 95% de los dispositivos conectados a Internet serán
"dispositivos miniaturizados para acceso a Internet".
Estos dispositivos se presentaran como servidores Web que utilizan TCP/IP y
Ethernet variando sus versiones para cable con RJ45 o WiFi y también se les
conoce como "Embedded Ethernet Server" o "Servidores Embebidos Ethernet" [1].
1.8.1 DISPOSITIVOS EMBEBIDOS PARA ETHERNET. [1]
En la actualidad existes muchos productos que son soluciones completas provistas
por elementos tanto de software como de hardware para comunicaciones de
Ethernet e Internet. Este tipo de dispositivos cuenta con CPU, controladores de
Ethernet y los componentes relacionados. El código del programa incluye soporte
para Ethernet, TCP/IP y otros protocolos de Internet.
A continuación se describe algunos de los dispositivos embebidos para Ethernet
que se encuentran disponibles en el mercado.
[1]
http://perso.wanadoo.es/pictob/resumen_teoria.htm
1.8.1.1 RabbitCore RCM3750. [1]
Los módulos de software
disponibles
permiten
un
desarrollo
rápido
de
interfaces web seguras para sistemas de control embebido. El RCM3750 es
la solución perfecta para sistemas de control embebido basados en Ethernet /
Internet.
Entre sus características se incluye el potente microprocesador Rabbit 3000, el
mismo que funciona a 22.1 MHz, permite conectividad 10/100Base-T, dispone
512K de Flash y 512K de SRAM, 1 MB de Flash serie, 4 puertos serie, 33 E/S
digitales y bajo consumo. La figura 1.6 muestra la apariencia física del módulo.
Figura 1.6: Módulo RabbitCore RCM3750
[2]
.
1.8.1.2 Digi Connect EM. [1]
El Digi Connect EM brinda una verdadera conexión de dispositivos a la red (LAN)
vía web cuya implementación resulta sencilla y económica, y con la potencia
suficiente como para adaptarse a las necesidades de rendimiento futuras.
Proporciona las siguientes características: interfaz de red Ethernet cableada,
10/100Base-T, 1 Interfaz serie TTL de alta velocidad, 2 MB de Memoria Flash, 8
MB de RAM. La figura 1.7 muestra el módulo Digi Connect EM.
[1]
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
Figura 1.7: Módulo Digi Connect EM
[1]
.
1.8.1.3 Digi Connect Wi-EM. [1]
El Digi Connect Wi-EM es un módulo integrado inalámbrico que opera bajo la
norma 802.11b, es seguro y completamente adaptable, que brinda flexibilidad de
integración en una variedad de opciones de conexión. El módulo integrado
inalámbrico Digi Connect Wi-EM tiene pines compatible con el Digi Connect EM, y
posibilita la integración totalmente transparente con 802.11b sin las complejidades
tradicionales de los proyectos de integración de hardware y software.
Entre sus características constan de un interfaz de red Ethernet 802.11b
inalámbrica, 1 Interfaz serie TTL de alta velocidad, 2 MB de Memoria Flash, 8 MB
de RAM y su apariencia se muestra en la figura 1.8.
Figura 1.8: Módulo Digi Connect Wi-EM
[1]
[1]
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
1.8.1.4 Acme Systems. [1]
Este módulo se puede utilizar tanto como módulo para aplicaciones de red o
como maestro de la aplicación, ofreciendo la potencia del sistema operativo Linux
y las capacidades TCP/IP, sus características más importantes son:
Hardware:
•
AXIS ETRAX 100LX RISC CPU a 100MHz y 100MIPS.
•
16MB RAM, 4MB Flash.
•
1 puerto Ethernet 10/100MB.
•
2 puertos USB 1.1.
•
1 puerto serie (TTL 3,3V).
•
Conectores de 80 pines con las señales de la CPU para conectar
dispositivos hardware o para usar el FOX como la unidad de control en un
sistema embebido (salidas +3.3 volt, entradas +3.3volt con una tolerancia
hasta +5 Volt).
•
Alimentación: 5VDC 280 mA.
Software:
•
Kernel linux 2.4 con HTTP, FTP y Telnet preinstalados.
•
Código fuente abierto para lenguaje C disponible para Debian y Red Hat.
La figura 1.9 muestra la apariencia.
Figura 1.9: Módulo Acme Systems
[1]
[1]
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
1.9 APLICACIONES DE SISTEMAS EMBEBIDOS ETHERNET. [1]
Los sistemas embebidos se encuentran en cualquier lugar, son numerosos y de
varias aplicaciones es importante centrarse más en aplicaciones que impliquen
soluciones Ethernet típicas como se muestra en la figura 1.10 que tiene una
estrecha relación con los sistemas embebidos.
Figura 1.10: Aplicaciones de sistemas embebidos en Ethernet
[1]
.
Ejemplos de aplicación de éste tipo de solucion podrían ser sistemas de
videovigilancia conectados a LAN como: VIDEO WEB SERVER ó servidor Web
de video, o también: NET DVR ó camara IP . Estos sistemas, son capaces de
gestionar el protocolo TCP/IP, disponen de una tarjeta de red Ethernet 10 Base-T
o 100 Base-T, y se configuran con una dirección IP privada (libre) específica de
esa red. También son capaces de enviar señales de alarma además de la señal
de video.
Una interesante aplicación consiste en el módulo Web Server, un sistema basado
en Servidor Web.
[1]
http://elserver.forknet-ar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
1.9.1 MÓDULO WEB SERVER.
El módulo Web Server es un sistema embebido insertable (plug-in module) de
reducidas dimensiones que actúa como un servidor web Ethernet diseñado para
proporcionar de forma fácil y económica la conexión de un dispositivo basado en
CPU a Internet. Esto significa que puede conectarse un microcontrolador a
Internet con soló utilizar este circuito para controlar dispositivos, gestionando los
protocolos de comunicación de Internet y además puede comunicase con el
mundo exterior a través de una conexión tipo serie, es decir que permite
interactuar con cualquier dispositivo electrónico a través de una página de
Internet, la figura 1.11 muestra la apariencia del Módulo Web Server.
Figura 1.11: Módulo Web Server
[1]
.
1.9.1.1 Descripción del Módulo Web Server.
El módulo Web Server permite controlar dispositivos serie desde una conexión
TCP/IP. El módulo incluye un completo servidor web con acceso por
contraseña y un puerto serie que es controlado desde la pagina web. Con este
módulo y un conector RJ45 con filtros se puede controlar un dispositivo
desde cualquier parte del mundo por la internet.
[1]
http://www.superrobotica.com/download/S310255/SitePlayer_SP1.pdf
El módulo es uno de los servidores web Ethernet más pequeños del mundo que
incluye un Microcontrolador de 8 bit CMOS avanzado basado en 89C51
(P89C51RD2HBBD), un controlador Ethernet 10baseT (RTL8019AS) como se
muestra en la figura 1.12 ademas 48 Kbytes de memoria flash para albergar las
paginas web, 8 puertos de entrada/salida y un puerto serie para comunicarse con
un dispositivo.
89C51
Micrcontrolador
8019AS
Interfaz
Ethernet
Figura 1.12: Componentes del Módulo Web Server.
Comparando el módulo Web Server con un PC, se puede hacer las siguientes
relaciones:
•
El microcontrolador hace el trabajo que en el PC hacen el conjunto de
placa base con su CPU, memoria RAM y otros dispositivos.
•
El controlador Ethernet RTL8019AS hace las veces de tarjeta de red,
sencillamente este controlador incorpora también muchas tarjetas de red
para PC.
•
La memoria flash como un dispositivo no volatil haría las veces de disco
duro.
1.9.1.2 Caracteristicas del Módulo Web Server.
•
Sistema Real Time para modificar los gráficos de las páginas web.
•
Direccion IP estática o dinámica obtenida a través de server DHCP.
•
La modalidad Stand Alone permite el control de 8 relés, 4 señales PWM de
8 bits, interruptores de entrada, contadores de eventos sin otro procesador
externo.
•
Los datos pueden leerse en la web a través de campos textuales teclas
gráficas y conexiones.
•
Norma Ethernet 10BaseT con corrección automática de la polaridad por
hardware.
•
48KByte de memoria Flash para páginas Web, escribible vía Ethernet.
•
Soporta los protocolos ARP, JCMP, IP, UDP, TCP, DHCP.
•
Puerto serie con Baud Rate comprendido entre 300 y 115200 bits por
segundo, a utilizar como interfaz hacia un procesador.
•
Posibilidad de escribir programas en JAVA C, C++ y Visual Basic para el
monitoreo y control remoto del módulo Web Server.
•
768 Byte de SiteObjectsTM, que pueden asumir formato bit , byte, integer,
long, string y gráficos.
•
Las páginas web pueden realizarse con las herramientas de desarrollo
normalizado para código HTML.
•
Conexion directa al filtro 10BaseT o a la toma RJ45 con filtros internos.
1.9.1.3 Configuracion de Pines y Diagrama de Bloques del Módulo Web Server.
En la figura 1.13 se indica el diagrama de pines del módulo Web Server del
mismo que se detallan las características de los pines en la tabla 1.1; además de
un diagrama de bloques de cada uno de los componentes que constituye el
módulo Web Server mostrados en la figura 1.14.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
LINK +
TPIN +
TPIN TPOUT TPOUT +
GND
RXD
TXD
VCC
89C51
Micrcontrolador
8019AS
Interfaz
Ethernet
IO7
IO6
IO5
IO4
IO3
IO2
IO1
IO0
RST
18
17
16
15
14
13
12
11
10
Figura 1.13: Diagrama del Módulo Web Server.
Número de
Descripción
Denominación
Pines
Bajo
1
Link LED
cuando
RX +
+
RX -
-
TX -
TX +
6
VSS
10BaseT;
típicamente
10BaseT;
típicamente
-
10BaseT;
típicamente
conectado al filtro/ transformador.
Transmisión
5
una
conectado al filtro/ transformador.
Transmisión
4
establecido
conectado al filtro/ transformador.
Recepción
3
ha
conexión; utilizado para manejo de un LED.
Recepción
2
se
+
10BaseT;
típicamente
conectado al filtro/ transformador.
Tierra.
Recepción de datos UART; puede conectar
7
RXD
directamente a TXD de un UART externo.
Transmisión
8
TXD
de
datos
UART;
puede
conectar directamente a RXD de un UART
externo.
9
VCC
Alimentación (+ 5 V.)
10
Reset
Nivel alto para reset; nivel tierra o sin
conexión para funcionamiento normal.
De 11 a 18
Puertos entrada/salida del Hardware.
Tabla 1.1: Pines del Módulo Web Server.
Procesador
SiteObjects
Interfaz
Dispositivo
Serie
UART
Interfaz con
el periférico
UART para
permitir
modificar
objetos.
Web Server
Memoriza las páginas web
y permite actualizar los
datos y gráficos de los
SiteObjects.
Gestiona los procesos de
entrada del browser.
RAM registro SiteObjects
Protocolo
Procesador
Ethernet
Interfaz
Ethernet para
soportar
protocolos
TCP/IP.
FLASH de Págs, Web
Interfaz 10BaseT
Ethernet
Puerto de Hardware
768
Bytes
conteniendo 48 KBytes. Memoriza
8 pines para relés; 4,
datos
para modificar las páginas
web
e
8
salidas
PWM;
páginas web y datos de información
de
entradas, salidas.
entrada.
configuración.
Figura 1.14: Diagrama de bloques del Módulo Web Server.
1.9.1.4 Aplicaciones del Módulo Web Server.
Este módulo puede ser utilizado en muchas áreas como por ejemplo las
siguientes que se las ha considerado como las más importantes.
•
Automatización del hogar (domótica).
•
Control de alarmas.
•
Termostatos.
•
Estaciones meteorológicas.
•
Sistemas de frio/calor.
•
Vigilancia y supervisión remota.
•
Controladores de procesos.
•
Regulación y control industrial.
•
Equipos de medida remota.
•
Equipos de prueba.
•
Equipos de audio y video.
•
Riego automático.
•
Máquinas expendedoras automáticas.
•
Aparatos médicos.
•
Control de maquinaria.
•
Robótica.
•
Teléfonos móviles y PDA´s.
•
Automóviles, GPS, etc.
El módulo Web Server gestiona los niveles más bajos de control y comunicación
que responde a peticiones HTTP y puede enviar mensajes limitados, utliza UDP
(Universal Datagram Protocol) combinado con otro microprocesador para
intercambiar mensajes.
UDP es una manera muy simple de enviar bytes de un dispositivo a otro a través
de la Internet.
Como se discutio anteriormente, en la actualidad existen en el mercado varias
soluciones desarrolladas para aplicaciones de red, suministrando varias
funcionalidades adicionales.
Para el desarrollo del presente proyecto se utilizó el módulo Web Server por ser
una de las soluciones más versatiles en el mercado, logrando una implementación
práctica de tamaño reducido y de bajo costo; ya que el módulo Web Server es
fácilmente
programable,
posee
una
amplia
documentación
y
cumple
satisfactoriamente los requerimientos del proyecto.
Con las caracteristicas del módulo en referencia se iniciará el diseño del sistema
que busca mejorar el proceso de monitoreo y control del suministro de energía
eléctrica, ya que en la actualidad se depende cada vez más de dicha energia, no
sólo en la vida cotidiana doméstica sino en actividades comerciales e industriales.
BIBLIOGRAFÍA CAPÍTULO 1.
• http://elserver.forknetar.org/harpo/uch/seminario/escrito//archivos//seminario-uch.pdf
• http://www.ece.cmu.edu/~koopman/iccd96/iccd96.html#example
•
http://perso.wanadoo.es/pictob/resumen_teoria.htm
• http://213.96.253.223/crr/descargas/cri2.pdf
• http://www.superrobotica.com/download/S310255/SitePlayer_SP1.pdf
• http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_integrado
• http://www.monografias.com/trabajos37/el-microprocesador/elicroprocesador.shtml
• http://www.conozcasuhardware.com/quees/chipset.htm
• http://foro.hispazone.com/showthread.php?t=5134
• http://www.redeweb.com/_txt/articulos/520503.pdf
• http://www.redeweb.com/_txt/articulos/500403.pdf
• http://www.ece.cmu.edu/%7Ekoopman/iccd96/iccd96.html
• http://www.angelfire.com/alt/arashi/elered.htm
CAPÍTULO 2
CAPÍTULO 2.
DISEÑO DEL MÓDULO.
En este capítulo se presentan las principales especificaciones técnicas de
los diferentes componentes utilizados para el diseño del módulo de
monitoreo y control Web Server, también se justifica la utilización de los
diferentes componentes que se han utilizado, en la perspectiva de la
solución que se busca.
2.1 CONSIDERACIONES GENERALES DEL MÓDULO.
Para diseñar el prototipo se tomará en cuenta los niveles del voltaje de
alimentación
de
las
entradas
del
suministro
de
energía
eléctrica
proporcionada por la red pública, de manera que el módulo de control y
monitoreo
sense
dichos
niveles
pase
a
ejecutar
la
conmutación
automáticamente entre las fases de acometidas de energía eléctrica y un
generador. Esta conmutación se la debe efectuar
para proporcionar
la
alimentación de energía a un UPS para evitar que la batería de respaldo se
descargue por completo, y de esta manera que se disponga de un
suministro continuo de energía a los equipos de comunicación de un “Data
Center”, como muestra la figura 2.1.
El monitoreo del estado de las fases del suministro eléctrico se lo realiza en
forma remota vía Web en una red de área local; si se tiene asignada una
dirección IP pública al módulo; es decir, el control y monitoreo se lo realiza
por la Internet.
INTERNET
MONITOREO
MONITOREO
Cliente
Cliente
Cliente
RED DE ALIMENTACIÓN
ELÉCTRICA PUBLICA
Cliente
Cliente
Cliente
CONTROL
UPS
GENERADOR
MODULO DE CONTROL
WEB SERVER
SUMINISTRO DE ENERGÍA
DATA CENTER
SERVIDORES
Interruptores del
suministró de
energía
AIRE ACONDICIONADO
BASE DE DATOS
ADMINISTRACIÓN
CONEXIÓN A
INTERNET 2
CONEXIÓN A
INTERNET 1
DISPOSITIVO
DE CONTROL
DE FLUJO
Figura 2.1: Módulo de control y monitoreo del suministro de energía eléctrica.
Cliente
Cliente
2.2 DISEÑO DEL MÓDULO DE CONTROL Y MONITOREO DEL
SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA.
Tomando en cuenta que en la actualidad, la automatización de distintos
tipos
de
dispositivos
es
una
herramienta
muy
importante
para
el
departamento técnico de cualquier empresa, pero estos recursos resultan
demasiado costosos, el presente proyecto constituye un sistema alternativo,
para la solución de los problemas que surgen por el suministro de energía
eléctrica, en lugares donde se requiere un abastecimiento constante.
2.2.1. DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO.
El módulo a ser diseñado pretende monitorear y controlar a través de la
Internet la conmutación automática entre la acometida de la red pública de
alimentación eléctrica y un sistema de respaldo de energía, para su
funcionamiento se contará con la información proveniente de sensores
instalados en la acometida eléctrica principal, secundaria y del generador,
para determinar el estado de las fases de cada uno de ellos.
2.2.1.2 Diagrama de bloques.
Sobre la base de lo expuesto anteriormente, en la figura 2.2, se muestra al
diagrama de bloques de las etapas requeridas por el sistema para su
funcionamiento.
DISPLAY
PC
W EB
SERVER
SISTEMA MICROCONTROLADOR
CONTROL
DE
POTENCIA
SENSO RES
Figura 2.2: Diagrama de bloques del módulo de monitoreo del suministro de energía eléctrica.
2.2.1.3 Sistema Microcontrolador.
Para seleccionar el microcontrolador, se considera una serie de aspectos que
dependerá de la complejidad del producto final, entre estos:
•
Número de pines de I/O e interfaces requeridas.
•
Requerimientos de memoria.
•
Número de interrupciones requeridas.
•
Velocidad de procesamiento requerido.
•
Tipo de comunicación
•
Requerimientos de energía.
•
Características para diseño de placa.
•
Costo.
•
Ambiente de desarrollo.
Además se debe tomar en cuenta los componentes adicionales que se
requiere para definir el tipo de microcontrolador.
En el diseño se tomará en cuenta el número de puertos que se necesitan en
el sistema y que dependerá de la cantidad de sensores, el manejo del
control de potencia, LCD; la comunicación con el módulo Web Server y las
interrupciones, lo cual se puede observar en la figura 2.3.
SENSORES
8
9
CONTROL DE
POTENCIA
7
Com unicación entre el
W eb Server y el
m icrocontrolador
MICROCONTROLADOR
2
COMUNICACIÓN
SERIAL
7
INDICADOR DE
FUNCIONAMIENTO
DISPLAY
Figura 2.3: Diagrama de bloques de pines requeridos del microcontrolador.
Para las líneas de entrada y salida de datos se necesita de 8 pines.
En la comunicación con el Web Server se requiere de 9 líneas:
• Ocho líneas para la transmisión de información entre el microcontrolador y
el Web Server.
• Una línea de transmisión entre el Web Server y el microcontrolador.
Por otra parte, se requiere de 7 líneas que serán utilizadas para el manejo del
LCD. Con la posibilidad de contar con 2 líneas para la comunicación serial.
En resumen tomando en cuenta los distintos requerimientos propuestos, se
necesita al menos 26 pines; por lo que se decidió utilizar el microcontrolador
ATMEGA 16 de ATMEL, el mismo que proporciona el número de líneas
requeridas para el diseño, además de otras características funcionales que se
encuentran detalladas en el Anexo 1, el diagramas de pines de este circuito se
ilustra en la figura 2.4.
[1]
Figura 2.4: Diagrama de pines del ATMega16 .
Para la programación del microcontrolador se utilizará un Compilador de Basic
basado en Windows para la familia de los circuitos AVR de ATMEL.
[1]
Datasheet ATMEGA16
2.2.1.4 Consideraciones del Sistema Microcontrolador. [1]
En la utilización de microcontroladores de la familia AVR se debe tener en cuenta
las recomendaciones proporcionadas por el fabricante para un correcto
funcionamiento del mismo, las mismas que se describen a continuación:
2.2.1.4.1 Fuente de Alimentación.
El fabricante recomienda tener una adecuada fuente de polarización para un
adecuado funcionamiento, protegiendo y previniendo la emisión de ruido no
deseado mediante un correcto acoplamiento entre la fuente de alimentación y el
microcontrolador para evitar picos de corrientes no deseados.
2.2.1.4.2 Manejo del circuito Reset.
El reset tiene como propósito liberar todas las líneas de su estado con excepción
de las líneas del cristal (oscilador), registros de entrada/salida, reiniciar el
contador del programa o entrar en modo de programación del microcontrolador.
El microcontrolador AVR se resetea aplicando un pulso bajo en el pin Reset por
1.5 us, para el caso en que el circuito trabaje con VCC = 5 V.
El fabricante recomienda un circuito para el manejo adecuado de reset, el mismo
que se muestra en la figura 2.5.
Figura 2.5: Circuito Reset recomendado por el fabricante.
[1]
AVR042: AVR Hardware Design Considerations
La resistencia R de pull-up asegura que no se produzcan pulsos bajos erroneos
evitando que se produzcan falsos resets.
El capacitor C protege a la línea del reset del ruido.
El Diodo D protege al microcontrolador de descargas electrostáticas.
2.2.1.4.3 Programación en Sistema.
La programación en sistema (ISP In-System Programming) consiste en un interfaz
que permite la programación del microcontrolador mientras está colocado en la
placa con el fin de actualizar el programa, modificar el mismo ante cualquier tipo
de fallas en el software o nuevas necesidades del sistema.
El ISP se utiliza para la programación de la memoria Flash, memoria EEPROM,
bits de Seguridad y los bits de Fusibles.
En la figura 2.6 muestra un programador ISP compatible con el compilador
BASCOM-AVR utilizado para el desarrollo del proyecto.
Figura 2.6: Programador ISP
[1]
Manual del bascom AVR
[1]
.
2.2.1.4.4 Uso adecuado del Oscilador.
El fabricante recomienda una cuidadosa selección del oscilador ya sea utilizando
el oscilador interno calibrado o para mayor precisión agregando un cristal o un
oscilador cerámico, para un trabajo adecuado del microcontrolador y con una
ubicación física lo más cerca posible del mismo.
Además, se debe tener sumo cuidado en el momento de la programación del
microcontrolador ya que en las herramientas de programación se puede
seleccionar fuentes de oscilación interna o externa con una amplia gama de
frecuencias para la generación de la señal de reloj, en el caso de seleccionar una
fuente externa se debe considerar que el cristal o el oscilador exista en el
mercado. Caso contrario el microcontrolador no trabajará adecuadamente.
2.2.1.5 Diseño para el Manejo de Datos del Suministro de Energía Eléctrica.
En la lectura y escritura de datos entre el microcontrolador con los dispositivos
sensores que entregan los niveles de voltaje del suministro de energía eléctrica y
los mecanismos actuadores de conmutación, se utilizará un puerto completo del
microcontrolador como se muestra en la figura 2.8.
En la entrada y salida de datos se ha utilizará dos latchs de tres estados, de tal
forma que el puerto trabaje en forma bidireccional, el integrado es el 74LS373
cuyas características se detallan en el anexo 5, el mismo que integra biestables
tipo D, cuya tabla de verdad se indica en la figura 2.7.
Figura 2.7: Diagrama del integrado 74LS373.
En el latch de escritura el pin OE se conectará directamente a GND, permitiendo
que el pin LE, sea el único que habilite o deshabilite este integrado. Para el latch
de lectura de los estados de los sensores los pines OE y él LE se opera
dinámicamente con el microcontrolador con la ayuda del integrado 74LS00 cuyas
características se muestran en el anexo 7, el mismo que se compone de
compuertas lógicas tipo AND. La forma de conexión de los latchs se detalla en la
figura 2.8.
MICRO
1
2
3
4
5
6
7
8
14
15
16
17
18
19
20
21
9
12
13
VCC
LATCH1
PB0 (XCK/T0)
PB1 (T1)
PB2 (AIN0/INT2)
PB3 (AIN1/OC0)
PB4 (SS)
PB5 (MOSI)
PB6 (MISO)
PB7 (SCK)
PA0 (ADC0)
PA1 (ADC1)
PA2 (ADC2)
PA3 (ADC3)
PA4 (ADC4)
PA5 (ADC5)
PA6 (ADC6)
PA7 (ADC7)
PD0 (RXD)
PD1 (TXD)
PD2 (INT0)
PD3 (INT1)
PD4 (OC1B)
PD5 (OC1A)
PD6 (ICP)
PD7 (OC2)
PC0 (SCL)
PC1 (SDA)
PC2 (TCK)
PC3 (TMS)
PC4 (TDO)
PC5 (TDI)
PC6 (TOSC1)
PC7 (TOSC2)
RESET
VCC
AVCC
AREF
XTAL2
XTAL1
GND
GND
1
11
40
39
38
37
36
35
34
33
3
4
7
8
13
14
17
18
22
23
24
25
26
27
28
29
10
1
2
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
2
5
6
9
12
15
16
19
GND
LATCH2
31
11
20
2
5
6
9
12
15
16
19
CONTROLA
3
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
20
10
30
32
ATmega16-16PI
CONTROLA
VCC
SN74AHC373N
VCC
1
OE
LE
VCC
OE
LE
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
3
GND
2
1
11
3
4
7
8
13
14
17
18
10
SN74AHC373N
1
CONTROLA
3
2
Figura 2.8: Integrados 74LS373 para Lectura y Escritura de Datos.
Se considero conveniente que con el prototipo también se pueda
visualizar
información importante para el usuario. Las características de LCD se detallan en
el anexo 6. Los pines del LCD (Liquid Crystal Display-Indicador de Cristal Líquido)
para su conexión se muestran en tabla 2.1.
Pin Símbolo
Nivel
Descripción
1
Vss
0V
Tierra
2
Vdd
5,0 V
Alimentación
3
Vo
Variable
Intensidad Caracteres
4
RS
H/L
H: Dato; L: Instrucción
5
R/W
H/L
H: Lectura; L: Escritura
6
E
HL
Salida de habilitación
7
DB0
H/L
Bit 0 bato
8
DB1
H/L
Bit 1bato
9
DB2
H/L
Bit 2bato
10
DB3
H/L
Bit 3bato
11
DB4
H/L
Bit 4bato
12
DB5
H/L
Bit 5bato
13
DB6
H/L
Bit 6bato
14
DB7
H/L
Bit 7bato
15
A
----
Led +
16
K
----
Led -
Tabla 2.1: Pines del Indicador LCD.
El LCD que se ha empleado es de 2 filas, de 16 caracteres por fila, suficientes
para mostrar información desde el microcontrolador tal como:
• Nuevos datos cargados.
• Datos almacenados.
• Estado de las fases.
• Conmutación de fases.
• Niveles DC de las baterías
• Y toda aquella información que pueda ser de interés de los usuarios.
El modo de operación del LCD con el microcontrolador ATMEGA16 es de 4 bits,
aun cuando existe la posibilidad de funcionar con 8 bits, pero esta segunda opción
es la menos adecuada, ya que requiere de un mayor número de pines del circuito.
En la figura 2.9 se observa cómo se conecta el microcontrolador con el LCD.
VCC
LCD_LIGHT
LCD_E
LCD_RW
LCD_RS
LCD_DB[7..0]
Vo
ENABLE
R/W
RESET
2 x 16 Liquid Crystal Display
DB4,DB5,DB6,DB7
MICRO
1
2
3
4
5
6
7
8
1k
14
15
16
17
18
19
20
21
9
12
13
PB0 (XCK/T0)
PB1 (T1)
PB2 (AIN0/INT2)
PB3 (AIN1/OC0)
PB4 (SS)
PB5 (MOSI)
PB6 (MISO)
PB7 (SCK)
PA0 (ADC0)
PA1 (ADC1)
PA2 (ADC2)
PA3 (ADC3)
PA4 (ADC4)
PA5 (ADC5)
PA6 (ADC6)
PA7 (ADC7)
PD0 (RXD)
PD1 (TXD)
PD2 (INT0)
PD3 (INT1)
PD4 (OC1B)
PD5 (OC1A)
PD6 (ICP)
PD7 (OC2)
PC0 (SCL)
PC1 (SDA)
PC2 (TCK)
PC3 (TMS)
PC4 (TDO)
PC5 (TDI)
PC6 (TOSC1)
PC7 (TOSC2)
RESET
VCC
AVCC
AREF
XTAL2
XTAL1
GND
GND
40
39
38
37
36
35
34
33
22
23
24
25
26
27
28
29
10
30
32
31
11
ATmega16-16PI
Figura 2.9: Conexión del Indicador LCD.
2.2.1.6 Control de las Salidas de Potencia.
En esta etapa del diseño se utilizará relés, los mismos que se manejarán para la
conmutación de las fases de alimentación de energía eléctrica, los relés son
dispositivos mecánicos capaces de manejar grandes cargas a partir de pequeñas
tensiones aplicadas a su bobina. Básicamente la bobina contenida en el interior
del relé genera un campo magnético que acciona el interruptor mecánico
encargado de manejar la potencia, y el microcontrolador tiene la función de
"mover" la bobina de acuerdo a las condiciones del sistema y lograr así aislar
mecánicamente la sección de potencia de la de control, por esta razón se
considera prudente utilizar relés y no otras alternativas de conmutación como son
los SCR o Triac.
Para controlar el grupo de relés se escogerá el ULN2803 que es un integrado que
posee una matriz de transistores NPN en configuración Darlington, que
proporcionará la corriente suficiente para manejar las bobinas de los relés, sus
principales características se detallan en el anexo 4. En la figura 2.10 se muestra
el esquema de una de las etapas del circuito integrado referido, el diodo D1
incluido en el circuito integrado protege los transistores de picos de sobre tensión
de tipo inductivas generadas por las bobinas de los relés.
Figura 2.10: Transistores Darlington de un integrado ULN2803.
El integrado ULN2803 es un arreglo de 8 transistores tipo darlington con salidas
invertidas que tienen una cargabilidad de 500 mA. además soporta hasta 50 V. ;
su utilización permite disponer de un aislamiento con el circuito de control, dado el
ruido que produce los relés.
El diagrama del integrado ULN2803 se indica en la figura 2.11.
Figura 2.11: Integrado ULN2803.
Para que el microcontrolador interactúe con los relés se encontró como la
solución más adecuada conectar la salida del latch de escritura de datos que se
menciono anteriormente, a las entradas del circuito integrado ULN2803 como se
indica en la figura 2.12.
VCC
LATCH1
1
11
3
4
7
8
13
14
17
18
10
OE
LE
VCC
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
20
U1
2
5
6
9
12
15
16
19
1
2
3
4
5
6
7
8
9
GND
SN74AHC373N
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
GND
IN8
GND
OUT1
OUT2
OUT3
OUT4
OUT5
OUT6
OUT7
OUT8
COM D
18
17
16
15
14
13
12
11
R
LED1
R1
1K
K1
Relay-SPDT
10
ULN2803A
Figura 2.12: Control de Relé mediante el integrado ULN2803.
En la figura 2.12 se muestra el control de un solo relé, como se puede observarse
se consideró oportuno utilizar un led como indicador para mostrar que fase se
encuentra activa.
2.2.1.7 Diseño de Lectura de Datos de Entrada al Microcontrolador.
Para el proceso de obtención de datos que ingresan al microcontrolador
provenientes de dispositivos que entregan los niveles del suministro de energía
eléctrica, se hace uso del mismo puerto que se utilizó para la escritura de datos,
como se mencionó anteriormente para este efecto el latch de escritura de datos
se configura de tal forma que mantenga los datos a la salida del mismo y el latch
de lectura de datos se configura de manera que los datos que se toma de los
niveles de energía eléctrica ingresen directamente al puerto del microcontrolador.
Los datos que se ingresan al microcontrolador son analizados y si las condiciones
de los niveles de energía eléctrica cambian automáticamente entra en operación
el latch de escritura para que el sistema de conmutación entre en operación
proporcionando una entrada continua de alimentación de energía eléctrica. El
control de la configuración de los latch se realiza mediante el microcontrolador; la
forma de conexión para este propósito se observa en la figura 2.13.
MICRO
1
2
3
4
5
6
7
8
14
15
16
17
18
19
20
21
9
12
13
PB0 (XCK/T0)
PB1 (T1)
PB2 (AIN0/INT2)
PB3 (AIN1/OC0)
PB4 (SS)
PB5 (MOSI)
PB6 (MISO)
PB7 (SCK)
PA0 (ADC0)
PA1 (ADC1)
PA2 (ADC2)
PA3 (ADC3)
PA4 (ADC4)
PA5 (ADC5)
PA6 (ADC6)
PA7 (ADC7)
PD0 (RXD)
PD1 (TXD)
PD2 (INT0)
PD3 (INT1)
PD4 (OC1B)
PD5 (OC1A)
PD6 (ICP)
PD7 (OC2)
PC0 (SCL)
PC1 (SDA)
PC2 (TCK)
PC3 (TMS)
PC4 (TDO)
PC5 (TDI)
PC6 (TOSC1)
PC7 (TOSC2)
RESET
VCC
AVCC
AREF
XTAL2
XTAL1
GND
GND
40
39
38
37
36
35
34
33
22
23
24
25
26
27
28
29
10
30
32
31
11
VCC
LATCH2
20
2
5
6
9
12
15
16
19
ATmega16-16PI
VCC
OE
LE
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
GND
SN74AHC373N
1
11
U2
3
4
7
8
13
14
17
18
18
17
16
15
14
13
12
11
10
10
SENSORES
OUT1
OUT2
OUT3
OUT4
OUT5
OUT6
OUT7
OUT8
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
IN8
COM D
GND
1
2
3
4
5
6
7
8
1
3
5
7
9
11
13
15
9
2
4
6
8
10
12
14
16
Header 8X2
ULN2803A
DS?
R?
Res1
1K
LED1
Figura 2.13: Ingreso de datos al microcontrolador.
En la figura 2.13 se muestra la lectura de una sola fase, como se puede
observarse se pensó apto utilizar un led como indicador para mostrar el estado de
la fase analizada.
2.2.1.7.1 Dispositivos Utilizados en la Lectura de Datos de Entrada al Microcontrolador.
Los dispositivos utilizados para el monitoreo de las fases del suministro eléctrico,
son cargadores de teléfonos celulares que nos proporcionan niveles de voltaje a
la salida entre 0 - 5 voltios DC. que son niveles lógicos manejables para el
microcontrolador.
De esta manera se obtiene un control adecuado de la presencia o ausencia de
energía eléctrica monitoreada por el sistema.
2.2.1.8 Conexión entre el Microcontrolador y el Web Server.
Un
sistema
microcontrolado
que
desempeñe
una
función
específica
complementado con un módulo Web Server es capaz de ser monitoreado y
controlado a distancia para administrar el correcto desempeño del sistema
microcontrolado; el monitoreo y control se realiza mediante páginas web (en
lenguaje HTML) almacenadas en el modulo Web Server, la cual se visualiza
desde cualquier PC utilizando un buscador como Internet Explorer, Netscape, etc.
El módulo Web Server funciona con base en protocolos Web y paquetes Ethernet.
Las comunicaciones entre el Web Server y el microcontrolador se realizan a
través de objetos enviados por medio de un puerto sin necesidad de ningún
código TCP/IP o de red.
Para que la conexión pueda realizarse se requiere conocer las características de
transmisión entre el microcontrolador y sistema embebido que proporcionará la
interfaz Web entre el usuario con el sistema de control operando a través de un
buscador normal desde un PC de la misma red de área local (LAN) o desde un
PC en cualquier parte del mundo a través de la Internet.
EL Web Server recibe los datos de información recopilada del microcontrolador a
través del puerto de comunicación, que se almacenan en los directorios de
memoria; para lograr este propósito el módulo Web Server contiene un sistema de
objetos llamado SiteObjects que permite cambios de imágenes gráficas, texto,
música, enlaces, casillas de control; contenidas en una página Web basándose en
datos procedentes directamente del microcontrolador sin necesidad de comandos
CGI (Common Gateway Interface (Interfaz Común de Pasarela)) o programación
Java, manteniendo así actualizada la pagina Web que se utiliza como interfaz.
Cuando el Web Server solicite las páginas Web, sustituirá el valor del objeto de
cada SiteObject que se encuentre y proporciona la información a su navegador
Web a través del puerto Ethernet.
Una vez que la conexión TCP se establece, el navegador y el servidor pueden
intercambiar datos. El protocolo utilizado para acceder a la Web se denomina
HTTP. El servidor responde simplemente por el contenido del archivo requerido.
Si el archivo no existe, el servidor devuelve a la página de inicio. Cuando el
archivo se transmite en su totalidad, el servidor cierra la conexión TCP.
Con base en la información presentada en el capitulo anterior se procede a
realizar el diseño del prototipo de un servidor Web basado en microcontroladores.
El módulo Web Server como se señaló anteriormente está provisto del controlador
de red RTL8019AS que tiene incluido un software básico para el manejo a
algunos
protocolos
TCP/IP
que
conjuntamente
con
el
microcontrolador
P89C51RD2HBBD que almacena el software para el funcionamiento del servidor
Web que es el encargado del procesamiento de los datos que llegan desde la red
o de otro microcontrolador, permitiendo que puedan responder a peticiones
realizadas por el cliente o por el sistema microcontrolado e interactuar con los
mismos.
El módulo Web Server hace uso de un adaptador LF1S022, cuyos detalles se
muestran en el anexo 3, el mismo que proporciona la interfaz de un conector
RJ45 normal y corriente, que ya tiene la impedancia y los filtros necesarios como
para ser conectado directamente al módulo Web Server sin tener que utilizar
ningún componente adicional para la conexión a la red, las características del
adaptador LF1S022 se muestran en la figura 2.14
a)
b)
c)
Figura 2.14: a) Filtro utilizado en el módulo Web Server.
[1]
b) Conexión recomendada por el
fabricante. c) Esquemático del adaptador LF1S022.
[1]
http://www.superrobotica.com/download/S310255/SitePlayer_SP1.pdf
El fabricante recomienda una forma de conexión entre el adaptador LF1S022 y el
módulo Web Server que se detallan en el anexo 2, se muestra en la figura 2.15
con las conexiones y componentes en forma detallada.
Figura 2.15: Conexión del Web Server.
[1]
Como se discutió anteriormente para la comunicación entre el Web Server y el
microcontrolador se requiere de 9 líneas, 8 líneas de transmisión y una línea
utilizada como recepción que a su vez es una interrupción serial que indica si el
Web Server tiene datos para transmitir al microcontrolador.
En el caso que el microcontrolador tenga algún dato para transmitir se utiliza 8
líneas para la transmisión actualizando las variables de la página web (en
lenguaje HTML) guardada en el módulo Web Server, los datos transmitidos por el
microcontrolador se verán reflejados en una interfaz Web.
La forma de conexión entre el módulo Web Server y el microcontrolador se
especifican en la figura 2.16.
[1]
http://www.ponsphere.org/projects/siteplayerbasic/siteplayer%20carrier%20board.pdf
MICRO
1
2
3
4
5
6
7
8
MODULO WEB SERVER
IO0
1
IO1
2
IO2
3
IO3
4
IO4
5
IO5
6
IO6
7
IO7
8
TX
9
10
GND
11
VCC1
12
Header 12H
14
15
TXRX 16
IO7 17
IO6 18
IO5 19
IO4 20
IO3 21
9
12
13
PB0 (XCK/T0)
PB1 (T1)
PB2 (AIN0/INT2)
PB3 (AIN1/OC0)
PB4 (SS)
PB5 (MOSI)
PB6 (MISO)
PB7 (SCK)
PA0 (ADC0)
PA1 (ADC1)
PA2 (ADC2)
PA3 (ADC3)
PA4 (ADC4)
PA5 (ADC5)
PA6 (ADC6)
PA7 (ADC7)
PD0 (RXD)
PD1 (TXD)
PD2 (INT0)
PD3 (INT1)
PD4 (OC1B)
PD5 (OC1A)
PD6 (ICP)
PD7 (OC2)
PC0 (SCL)
PC1 (SDA)
PC2 (TCK)
PC3 (TMS)
PC4 (TDO)
PC5 (TDI)
PC6 (TOSC1)
PC7 (TOSC2)
RESET
VCC
AVCC
AREF
XTAL2
XTAL1
GND
GND
40
39
38
37
36
35
34
33
22 IO2
23 IO1
24 IO0
25
26
27
28
29
10
30
32
31
11
ATmega16-16PI
Figura 2.16: Conexión entre el microcontrolador y el módulo Web Server.
2.2.1.8 Control de Nivel de Energía de las Baterías de Respaldo del UPS.
Un UPS (Uninterruptible Power Supply - Sistema de alimentación ininterrumpida)
es una fuente de suministro eléctrico que posee una batería con el fin de seguir
proporcionando energía a equipos en el caso de interrupción eléctrica. En el
control adecuado del abastecimiento de energía eléctrica se consideró tener un
adecuado monitoreo del nivele de en energía de la batería de respaldo del UPS.
En el diseño se hace uso de un convertidor análogo/digital integrado en el
microcontrolador junto con un divisor de voltaje que proporciona la entrada
analógica a ser analizada como se observa en la figura 2.17.
DCIN36V
D2
R14
Res1
1K
JPDCIN
BATTIN
1
3
5
1N4001
DCIN36V
DCIN24V
DCIN12V
2
4
6
DCIN24V
R15
Res1
1K
Header 3X2
MICRO
ENABLE
1
2
RS
3
OE
LE
4
DB4 5
DB5 6
DB6 7
DB7 8
TXC 14
RXC 15
TXWS16
IO7 17
IO6 18
IO5 19
IO4 20
IO3 21
RESET 9
12
13
DCIN12V
PB0 (XCK/T0)
PB1 (T1)
PB2 (AIN0/INT2)
PB3 (AIN1/OC0)
PB4 (SS)
PB5 (MOSI)
PB6 (MISO)
PB7 (SCK)
PA0 (ADC0)
PA1 (ADC1)
PA2 (ADC2)
PA3 (ADC3)
PA4 (ADC4)
PA5 (ADC5)
PA6 (ADC6)
PA7 (ADC7)
PD0 (RXD)
PD1 (TXD)
PD2 (INT0)
PD3 (INT1)
PD4 (OC1B)
PD5 (OC1A)
PD6 (ICP)
PD7 (OC2)
PC0 (SCL)
PC1 (SDA)
PC2 (TCK)
PC3 (TMS)
PC4 (TDO)
PC5 (TDI)
PC6 (TOSC1)
PC7 (TOSC2)
RESET
VCC
AVCC
AREF
XTAL2
XTAL1
GND
GND
40
39
38
37
36
35
34
33
22
23
24
25
26
27
28
29
BATT
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
BATT
R16
Res1
1K
RV1
1K
IO2
IO1
IO0
Q8
Q7
Q6
VCC
TOSC1 0.1uf
C25
TOSC2
DZ3
DZ 4.7 V
GND
R?
Res1
1K
R68
1K
10 VCC
30
32
31 GND 0.1uF
11 GND
C27
ATmega16-16PI
Figura 2.17: Medición de batería del UPS.
En la figura 2.17 se observan diferentes entradas del divisor de voltaje ya que
dependiendo del UPS se puede tener baterías de respaldo de diferentes valores.
El diodo zener cumple la función de protección para la entrada al convertidor
análogo/digital interno del ATMEGA 16 cuya configuración se realiza por software.
2.2.1.9 Comunicación del Microcontrolador.
El microcontrolador tiene varias opciones para comunicación con el propósito de
intercambiar información con otros dispositivos similares o con un computador,
permitiendo
tener
acceso
loca
a
la
información
suministrada
por
el
microcontrolador.
2.2.1.9.1 Comunicación UART.
UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter - Transmisor-Receptor
Asíncrono Universal). Se
desarrollo para transmitir y recibir datos seriales
simultáneamente en forma de caracteres estándar de 8 bits, realizando las
conversiones paralelo/serial apropiadas, analizando los bits de inicio, parada y
paridad usados para mantener los datos seriales sincronizados como es muestra
en la figura 2.18. Los bytes se envían como un dato paralelo de 8 bits a la UART,
se convierten en una cadena de bits serial de formato estándar para transmisión
por un transmisor dentro de la UART. Similarmente, una cadena de bits serial que
llega se detecta por un receptor dentro de la UART y se convierte a paralelo. Los
bytes resultantes aparecen como un dato paralelo de 8 bits que se puede leer de
la UART.
Figura 2.18: Estructura de un carácter.
Para establecer una posible conexión entre un PC con el microcontrolador
mediante el puerto serie se utilizan las señales TXD, RXD y GND. El PC utiliza la
interfaz de norma RS232, que entre otros aspectos señala que los niveles de
tensión están comprendidos entre +15 y -15 voltios. Los microcontroladores
normalmente trabajan con niveles TTL (0-5v); por tanto es necesario un circuito
de interfaz que adapte dichos niveles. Uno de estos circuitos que tiene una amplia
utilización es el MAX232 el mismo que conectado al microcontrolador se muestra
en la figura 2.19.
MICRO
1
2
3
4
5
6
7
8
VCC
C4
Cap2
100pF
RX
C5
Cap2
100pF
TX
2
16
14
7
13
8
6
C3
Cap2
100pF
VDD
VCC
T1OUT
T2OUT
C1+
C1C2+
C2T1IN
T2IN
R1IN
R2IN
R1OUT
R2OUT
VEE
GND
1
3
4
5
C1
Cap2
100pF
11
10
RX_EXT
12
9
TX_EXT
15
C2
Cap2
100pF
RX
TX
14
15
16
17
18
19
20
21
PB0 (XCK/T0)
PB1 (T1)
PB2 (AIN0/INT2)
PB3 (AIN1/OC0)
PB4 (SS)
PB5 (MOSI)
PB6 (MISO)
PB7 (SCK)
PA0 (ADC0)
PA1 (ADC1)
PA2 (ADC2)
PA3 (ADC3)
PA4 (ADC4)
PA5 (ADC5)
PA6 (ADC6)
PA7 (ADC7)
PD0 (RXD)
PD1 (TXD)
PD2 (INT0)
PD3 (INT1)
PD4 (OC1B)
PD5 (OC1A)
PD6 (ICP)
PD7 (OC2)
PC0 (SCL)
PC1 (SDA)
PC2 (TCK)
PC3 (TMS)
PC4 (TDO)
PC5 (TDI)
PC6 (TOSC1)
PC7 (TOSC2)
MAX232CPE
9
12
13
RESET
VCC
AVCC
AREF
XTAL2
XTAL1
GND
GND
ATmega16-16PI
Figura 2.19: Conexión serial del microcontrolador.
40
39
38
37
36
35
34
33
22
23
24
25
26
27
28
29
10
30
32
31
11
2.2.1.10 Fuente de Alimentación.
Una de las etapas que se requiere en cualquier diseño electrónico es la fuente de
poder que alimenta a los circuitos electrónicos, tomando en cuenta que los
mismos son sensibles a sobretensiones, cambios bruscos o ruido provenientes de
la tensione de alimentación. Esto ha hecho imprescindible el empleo de fuentes
de alimentación que garanticen la estabilidad de la tensión que ingresa al equipo.
Para el desarrollo del módulo de control se decidió utilizar la fuente de poder
conmutada de un PC, que proporciona voltajes DC más precisos y establecer que
a su vez mejoran la protección del módulo.
No se utilizó fuentes de alimentación lineales ya que regulan el voltaje o la
corriente de la salida disipando el exceso de energía como calor, lo cual es
ineficaz. Una fuente conmutada toma de la alimentación solamente la energía
requerida por la carga. Una fuente conmutada, se apagan y se encienden los
transistores completamente. Así, idealmente y en comparación, las fuentes
conmutadas son 100% eficientes. El único calor generado se da por las
características no ideales de los componentes.
Las fuentes conmutadas pueden producir voltajes de salida que son más bajos
que el voltaje de entrada, más altos que el voltaje e incluso inversos al voltaje de
entrada, haciéndolas versátiles y mejor adaptables a voltajes de entrada
variables. Mientras que las fuentes de alimentación lineal regulan la salida usando
un voltaje más alto en las etapas previas y luego disipando energía como calor
como se mencionó anteriormente, y así obtener un voltaje más bajo y regulado.
BIBLIOGRAFÍA CAPÍTULO 2.
• http://www.logicelectronic.com/productos/DSPS/EMBEBIDOS.htm
• http://www.monografias.com/trabajos12/microco/microco.shtml
• http://www.angelfire.com/electronic2/jhueso/Interrupciones.PDF
• http://www.ucontrol.com.ar/wiki/index.php?title=El_microcontrolador
• http://www.ponsphere.org/projects/siteplayerbasic/siteplayer%20carrier%20
board.pdf
• http://serverdie.alc.upv.es/asignaturas/LSED/200203/Micros/downloads/trab
ajo.pdf
• http://www.edicionsupc.es/ftppublic/pdfmostra/EE03803M.pdf
• http://ael.110mb.com/informatica/Int8051.pdf
• http://www.superrobotica.com/download/S310255/SitePlayer_SP1.pdf
• http://electronred.iespana.es/circuitosintegra.htm
• http://www.dinastiasoft.com.ar/Tecnologia/Encapsulados.htm
• http://www.bipom.com/spanish/bascomavr.shtm
• http://akimpech.izt.uam.mx/Web_jr/ami44.htm
• http://www.textoscientificos.com/redes/comunicaciones/modos
• http://www.el.uma.es/marin/Practica4_UART.pdf
• http://www.i-micro.com/pdf/articulos/spi.pdf
• Datasheet ATMEGA16
• Manual del Bascom AVR
CAPÍTULO 3
CAPÍTULO 3
CONSTRUCCION DEL MÓDULO DE MONITOREO Y
CONTROL DEL SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA.
3.1 INTRODUCCIÓN.
En el presente capitulo de describirán los aspectos que se tomaron en cuenta
para la construcción del prototipo diseñado en el capitulo anterior y el desarrollo
del programa del microcontrolador. Además de la configuración del módulo Web
server.
3.2 CIRCUITO DEL PROTOTIPO DISEÑADO.
En la figura 3.1, se muestra el circuito implementado para el módulo de control del
suministro de energía eléctrica; el mismo que considera todos los elementos para
el control, que fueron determinados con el diseño efectuado y que se presentan
en la figura 3.2, tanto el circuito esquemático y PCB (Printed Circuit Board; placa
de circuito impreso) se realizaron en el programa PROTEL XP 2004. El esquema
de la placa se muestra en la figura 3.3. Al respecto, el diseño en detalle de cada
una de las etapas se presentó en el capítulo 2 de este trabajo.
Figura 3.1: Hardware del Módulo de Control del Suministro de Energía Eléctrica.
VCC
LED36
JPVCCIN
VCC12V
VCC
LED
VCC3.3V
GND
JPAVR ISP
GND
DB6
VCC
Header 4H
1
3
5
7
RESET
DB5
DB7
2
4
6
8
Header 4X2
JPWS
VCC
IO0
IO1
IO2
IO3
IO4
IO5
IO6
IO7
TXWS
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
RESET
R86
TXC 14
RXC 15
TXWS16
IO7 17
IO6 18
IO5 19
IO4 20
IO3 21
D11
1N4148
R85
47K
RESET 9
1K
12
13
C30
1uF
S1
GND
VCC12V
PA0 (ADC0)
PA1 (ADC1)
PA2 (ADC2)
PA3 (ADC3)
PA4 (ADC4)
PA5 (ADC5)
PA6 (ADC6)
PA7 (ADC7)
PD0 (RXD)
PD1 (TXD)
PD2 (INT0)
PD3 (INT1)
PD4 (OC1B)
PD5 (OC1A)
PD6 (ICP)
PD7 (OC2)
PC0 (SCL)
PC1 (SDA)
PC2 (TCK)
PC3 (TMS)
PC4 (TDO)
PC5 (TDI)
PC6 (TOSC1)
PC7 (TOSC2)
VCC
AVCC
AREF
RESET
XTAL2
XTAL1
GND
GND
22
23
24
25
26
27
28
29
JPLCD1
LCDON R84
Q1
2N3906
BATT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
1K
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Y1
TOSC1
1
2 TOSC2
C3 XTAL
IO2
33pF
IO1
IO0
Q8
Q7
Q6
VCC
TOSC1 0.1uf
C25
TOSC2
R83
15
BACKL
C4
33pF
R85
1
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
DB4
DB5
DB6
DB7
BACKL
GND
Header 16
DB4,DB5,DB6,DB7
U1
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
2
5
6
9
12
15
16
19
1
2
3
4
5
6
7
8
GND
9
GND
VCC
SN74AHC373N
RV5
5K
C27
31 GND 0.1uF
11 GND
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
10
R68
1K
10 VCC
30
32
3
4
7
8
13
14
17
18
O1OD1
Vo
ENABLE
R/W
RESET
2 x 16 Liquid Crystal Display
20 VCC
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
IN8
OUT1
OUT2
OUT3
OUT4
OUT5
OUT6
OUT7
OUT8
GND
COM D
18
17
16
15
14
13
12
11
O1OD1
O2OD1
O3OD1
O4OD1
O5OD1
O6OD1
O7OD1
LCDON
10 VCC12V
RP1
VCC12V
1
RP11
2
RP21
3
RP31
4
RP41
5
RP51
6
RP61
7
RP71
8
RP81
9
10
ULN2823A
RP11
O2OD1
RP21
Header 10
O3OD1
RP31
O4OD1
RP41
PT5K
LED4
O5OD1
ATmega16-16PI
LED5
RP51
O6OD1
LED6
RP61
O7OD1
LED7
RP71
GND
VCC
4
LE1
5
3 LE1
6 LE2
VCC 13
DCIN24V
U6C
VCC 10
R15
Res1
1K
BATTIN
1N4001
DCIN12V
JPU8
R16
Res1
1K
BATT
JPIN
RV1
1K
DZ3
DZ 4.7 V
GND
BATTIN
GND
ADJ
TEMP
GND
GAS
GND
1
2
3
4
5
6
7
8
2
4
6
8
10
12
14
16
OE
JPDCIN
1
3
5
7
9
11
13
15
1
3
5
Header 3X2
U2
1
IN1
2
IN2
3
IN3
4
IN4
5
IN5
6
IN6
7
IN7
8
IN8
Header 8X2
9
GND
OUT1
OUT2
OUT3
OUT4
OUT5
OUT6
OUT7
OUT8
74AC00SC
COM D
O1OD1
74AC00SC
O1U8
O2U8
O3U8
O4U8
O5U8
O6U8
O7U8
O8U8
O1U8 3
O2U8 4
O3U8 7
O4U8 8
13
O5U8
14
O6U8
17
O7U8
18
O8U8
10
10
ULN2823A
OE
LE
VCC
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
GND
SN74AHC373N
Header 8H
RP1ID1
O2U8
RP5ID1
O6U8
LED20
O5U8
LED24
RP2ID1
O3U8
RP6ID1
O7U8
LED21
LED25
RP3ID1
O4U8
RP7ID1
O8U8
LED22
LED26
O5OD1
2
5
6
9
12
15
16
19
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
RP4ID1
Relay-SPDT
K2
20 VCC
RP3
VCC
1
RP1ID1
2
RP2ID1
3
RP3ID1
4
RP4ID1
5
RP5ID1
6
RP6ID1
7
RP7ID1
8
RP8ID1
9
LED
10
K7
O7OD1
Header 10
1
2
Header 2
JPK5
Header 2
VCC12V
O1OD1
VCC12V
Header 2
O5OD1
Relay-SPDT
JPK4
VCC12V
1
2
O2OD1
JPK6
VCC12V
O6OD1
Relay-SPDT
JPK3
1
2
O3OD1
Header 2
JPK7
1
2
Header 2
VCC12V
O6OD1
Relay-SPDT
K6
O4OD1
Relay-SPDT
JPK2
JPK1
Relay-SPDT
K4
O2OD1
1
2
O1U8
O3OD1
Relay-SPDT
LATCH2
18
17
16
15
14
13
12
11
K5
9
OEID1
1
LE211
FASEP
FASEB
FASEG
RP25
RP35
RP45
RP55
RP65
8
12
DCIN36V
DCIN24V
DCIN12V
2
4
6
K3
U6D
11 OEID1
D2
K1
74AC00SC
VCC12V
74AC00SC
LED10
VCC12V
R14
Res1
1K
LED9
1
2
VCC12V
2
DCIN36V
LED8
VCC12V
1
LE
U6B
VCC12V
VCC
U6A
VCC12V
Header 12H
VCC12V
1
2
3
4
PB0 (XCK/T0)
PB1 (T1)
PB2 (AIN0/INT2)
PB3 (AIN1/OC0)
PB4 (SS)
PB5 (MOSI)
PB6 (MISO)
PB7 (SCK)
40
39
38
37
36
35
34
33
LCD_LIGHT
LCD_E
LCD_RW
LCD_RS
LCD_DB[7..0]
PT5K
ENABLE
GND
RS
GND
DB4,DB5,DB6,DB7
VCC
PT5K
RS
LATCH1
GND
ENABLE GND1
OE
VCC
LE111
LE
MICRO
ENABLE
1
RS
2
OE
3
4
LE
DB4 5
DB5 6
DB6 7
DB7 8
VCC12V
O7OD1
Header 2
LED23
RP8ID1
LED27
Figura 3.2: Esquemático del Hardware del Módulo de Control del Suministro de Energía Eléctrica.
1
2
Header 2
VCC12V
O4OD1
Figura 3.3: Placa de Circuito Impreso del Módulo de Control del Suministro de Energía Eléctrica.
3.3 CIRCUITO DEL MÓDULO WEB SERVER.
El módulo de control complementado con un módulo Web Server es capaz de ser
monitoreado y controlado a distancia, en el caso de esta aplicación, para
administrar el correcto desempeño del sistema eléctrico; el monitoreo y control se
realiza mediante páginas web (en lenguaje HTML) almacenadas en el módulo
Web Server que se encarga de la interfaz gráfica con el usuario y del
procesamiento de datos con la red.
El módulo Web Server con sus elementos adicionales, que proporciona la
conexión de red, fueros adquiridos con la debida autorización del Distribuidor, y
fue configurado a las necesidades del presente proyecto.
En la figura 3.4 se muestra tanto la placa de circuito impreso del módulo Web
Server, como el ensamblado del mismo.
a)
b)
Figura 3.4: a) Hardware del Módulo Web Server. b) Placa de Circuito del Módulo Web Server.
3.4 DISEÑO DE SOFTWARE.
Para el desarrollo del software requerido para el presente proyecto, se utilizó un
lenguaje de programación adecuado para la familia de microcontroladores AVR
de ATMEL como el BASCOM-AVR además del software propietario del módulo
Web Server que permite realizar su configuración.
En el diagrama que se presenta en la figura 3.5 se muestra los elementos de
hardware y software que son requeridos y que definen tanto la programación del
microcontrolador como la configuración del módulo Web Server para poder
configurar el sistema para la aplicación propuesta.
Figura 3.5: Diseño Funcional del Programa del Microcontrolador.
3.4.1 PROGRAMA PARA EL SISTEMA MICROCONTROLADO.
En el desarrollo del software para el microcontrolador se utilizó un lenguaje de
programación simple, eficaz y de bajo costo, así como por su facilidad de
utilización, y que corresponde al compilador BASIC BASCOM-AVR basado en
Windows para la familia de microcontroladores AVR de ATMEL, cuyas
características son:
• BASIC estructurado con etiquetas.
• Programación estructurada con IF-THEN-ELSE-END IF, DO-LOOP,
WHILE-WEND, SELECT - CASE.
• Variables y etiquetas que pueden ser de hasta 32 caracteres.
• Variables tipo: Bit, Byte, Integer, Word, Long, Single y String.
• Los programas compilados trabajan con todos los microcontroladores AVR
que tienen memoria interna.
• Las directivas son sumamente compatibles con Visual Basic / QBASIC de
Microsoft.
• Comandos especiales para pantallas LCD, circuitos I2C y circuitos 1 WIRE,
teclados de PC, teclados matriciales, recepción RC5 , software para UART
y SPI.
• Soporte para variables locales, funciones de usuario y librerías.
• Emulador de terminal integrado.
• Programador ISP integrado (nota de aplicación AVR910.ASM).
El diseño del programa toma en consideración la comunicación que tiene que
realizarse entre el microcontrolador y el módulo Web Server, así como el control
de los elementos de potencia mediante un juego de relés, lo indicado se ilustran
en la figura 3.6.
Figura 3.6: Diseño Funcional del Programa del Microcontrolador.
Para la lectura y escritura de datos que realiza el microcontrolador con los
dispositivos sensores, elementos actuadores de conmutación y el módulo Web
Server, se requiere realizar una serie de pasos para cumplir con los procesos,
entre los más importantes se destacan los siguientes:
a) El sistema microcontrolado realiza un continuo chequeo de datos de los
niveles de energía eléctrica proporcionados por la red pública, los mismos que
son enviados al módulo Web Server, actualizando la pagina HTML
almacenada en el mismo.
b) Una vez analizados los niveles de energía eléctrica en el sistema
microcontrolado, si las condiciones establecidas así lo determinan, se envían
las órdenes para ejecutar las debidas acciones de conmutación en forma
automática entre las fases de la acometida de energía eléctrica para
proporcionar alimentación de energía a un UPS.
c) Los datos analizados por el microcontrolador son enviados y se almacenan
dentro de la memoria del módulo Web Server, estos datos son reflejados a la
página web (en lenguaje HTML) y mostrada al usuario para un monitoreo
remoto del suministro de energía.
El diagrama de flujo del programa principal del sistema microcontrolado , que
detalla las consideraciones que se tomaron en cuenta para el adecuado
funcionamiento del sistema microcontrolado, se ilustran en la figura 3.7 y el
diagrama de flujo de subrutinas requeridas en la figura 3.8.
Cabe destacar que el listado del código tanto del programa principal, como de las
subrutinas, antes señaladas, se presentan en al anexo 8.
Figura 3.7: Flujograma del Programa del Sistema Microcontrolado.
a)
b)
c)
d)
f)
e)
g)
h)
i)
j)
k)
Figura 3.8: a), b), c), d), e), f), g), h), i), j), k), Flujogramas de las subrutinas del Programa.
3.4.2 CONFIGURACIÓN DEL MÓDULO WEB SERVER.
El módulo Web Server constituye la base para poder establecer la interfaz gráfica
entre el usuario y el módulo de control de abastecimiento de energía eléctrica.
Para el desarrollo de la configuración del módulo Web Server se deben definir una
serie de parámetros, los mismos que han sido determinados como se indica a
continuación:
1. Creación del fichero de definición en un editor de texto que determinará los
parámetros de configuración inicial del módulo Web Server tales como:
nombre de dispositivo, password, dirección IP, etc. Además de las
variables comunes que van a utilizar tanto el módulo Web Server, como el
sistema microcontrolado.
2. Construcción de una página Web utilizando un editor HTML, la misma que
constituye la interfaz gráfica entre el usuario y el sistema.
3. Descargar el fichero y página Web a través del programa SiteLinker.
4. Análisis de la configuración y determinación del correcto funcionamiento
mediante la exploración del módulo Web Server a través de un navegador
Web.
3.4.2.1 Parámetros de Configuración Inicial.
Entre los parámetros iniciales más importantes, que se requieren para el trabajo
con el módulo Web Server a fin de que el mismo sea adecuadamente
configurado, se pueden establecer los siguientes:
• La asignación de una dirección IP que permita reconocer al módulo Web
Server dentro de la red en la que va a operar y que no utiliza ningún otro
dispositivo de red. La misma que puede ser asignada estática o
dinámicamente por medio de un DHCP.
Una vez que se han asignado la dirección IP, que en este caso se utilizará
una dirección privada clase C que es la 192.168.1.250, se encuentra
habilitado el módulo Web Server, para que sea accesible mediante un
navegador Web.
• Alternativamente al módulo Web Server se le puede asignar un nombre,
para que sea reconocido dentro de la red.
• Configuración de un password, si fuese necesario, como un medio de
seguridad, para que determinados usuarios puedan acceder al recurso.
• Definición de objetos, que no son más que etiquetas que se utilizan para
comunicar al microcontrolador con el módulo Web Server; los nombres de
los objetos definidos deben ser igual a los asignados en la página Web.
La creación del fichero de configuración inicial se la puede realizar en un editor de
texto, como un bloc de notas, como se muestra en la figura 3.9.
Figura 3.9: Creación del fichero de configuración inicial del módulo Web Server.
3.4.2.2 Construcción de la Página Web.
La página Web constituye la interfaz gráfica, entre el usuario y el sistema, en la
misma se muestran los parámetros del sistema microprocesado que se van a
controlar y a monitorear a través del módulo Web Server por medio de la Internet
de una manera remota.
Para la creación de la página Web necesaria para el proyecto se puede hacer uso
de cualquier herramienta que utilice lenguaje de programación HTML para su
elaboración. En el desarrollo de presente proyecto se ha empleando el paquete
Macromedia Dreamweaver 8, por la facilidad que brinda tanto para el diseño
como para la programación y por constituir en una de las herramientas muy
conocidas.
En la elaboración de la página Web se debe tomar en cuenta que el tamaño de la
misma no puede exceder los 48Kbytes, ya que es la cantidad de memoria flash
con la que cuenta del módulo Web Server.
En la figura 3.10 se muestra la página Web para el monitoreo del suministro de
energía eléctrica que ha sido desarrollado y que permite contar con la interfaz
hombre-máquina para la aplicación propuesta con el presente proyecto..
Figura 3.10: Página Web de Monitoreo del Suministro de Energía Eléctrica.
3.4.2.3 Descarga de fichero y Pagina Web.
Una vez configurados los parámetros descritos anteriormente se debe generar un
fichero de definiciones .sdp, que posterior a la compilación da cómo resultado un
archivo binario .spb. Una vez obtenidos estos archivos se ejecuta la descargar al
módulo Web Server cuyos resultados se muestran en la figura 3.11.
Figura 3.11: Descarga del programa al Web Server.
Una vez descargado el programa, el módulo Web Server indica la cantidad de
memoria utilizada por dicho programa como se ilustra en la figura 3.12.
Figura 3.12: Memoria utilizada por el Módulo Web Server.
Realizada la descarga, a continuación se puede verificar la conectividad mediante
un computador en la misma red, utilizando el comando ping -t 192.168.1.250 en
la ventana “Ejecutar” del Sistema Operativo Windows como se muestra en la
figura 3.13.
a)
b)
Figura 3.13: a) Ejecución del comando PING, b) Pruebas de Conectividad con el Módulo Web
Server.
3.4.2.4 Análisis de la configuración y correcto funcionamiento mediante la
exploración del módulo Web Server a través de un navegador Web.
Terminada la descarga del programa se puede acceder al módulo Web Server por
medio de cualquier navegador Web y verificar el contenido del mismo, en cuanto
corresponde a información como se muestra en la figura 3.14.
Figura 3.14: Exploración del Módulo Web Server.
3.5 INTEGRACIÓN DEL MÓDULO DE MONITOREO Y CONTROL
DEL SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA.
Este subcapítulo tiene como finalidad ilustrar como se realizó la conexión de todos
los elementos que conforman el módulo de control y monitoreo, el ensamblado de
los mismos en un chasis adecuado y tomando en cuenta que se trata de un
prototipo.
Se considero adecuado realizar el ensamblado del módulo en una caja de sistema
estructural mostrada en la figura 3.15 que cumpla las normas “NEMA”, dicha caja
fue usada para alojar los componentes eléctricos y/o electrónicos y protegerlos
contra contactos accidentales, hermeticidad al aceite o al polvo, y es usada
además para aquí realizar todas las conexiones de cables..
Figura 3.15: Caja Estructural con norma Nema.
3.5.1 NORMAS NEMA.
La
Asociación
Norteamericana
de
Manufacturas
Eléctricas
(NEMA)
Es la asociación de comercio más grande en los Estados Unidos, que representa
los intereses de los fabricantes de la industria eléctrica, y cuyo objetivo es
establecer una estandarización en el sector eléctrico. Sus miembros son
compañías fabricantes de productos eléctricos utilizados en las áreas de
transmisión, generación, distribución, control e incluso del consumo mismo de la
energía eléctrica, que fabricar productos líderes, de calidad mundial y
confiabilidad.
Una norma de la NEMA define un producto, proceso o procedimiento con
referencia a las siguientes características:
• Nomenclatura.
• Composición.
• Construcción.
• Dimensiones.
• Tolerancias.
• Seguridad.
• Características operacionales.
• Performance.
• Alcances.
• Prueba.
• Servicio para el cual es diseñado.
Las normas técnicas actualizadas benefician al usuario, como así también al
fabricante, mejoran la seguridad, reducen los costos en la fabricación del
producto, y eliminan malentendidos entre fabricantes y clientes, asistiendo al
comprador en la selección y obtención de un producto para cada necesidad en
particular.
De lo discutido anteriormente de considero conveniente para la construcción del
presente proyecto utilizar la caja de sistema estructural que cumple con la norma
“NEMA 1 o 2” para uso de interiores.
3.5.2 ENSAMBLADO DEL PROTOTIPO DEL MÓDULO
En la figura 3.16 a), se muestra una vista frontal del chasis donde se puede
visualizar los ventiladores que proporcionan un constante fluyo de aire como
refrigeración para toda la circuitería interna evitando daños por el calor que emiten
sus elementos; el visualizador LCD, interruptor de luz piloto y fusible que son
algunos de los elementos utilizados en la construcción del prototipo del sistema.
Mientras que en la figura 3.16 b) se puede observar todos los elementos internos
que conforman el prototipo.
a)
b)
Figura 3.16: a) Vista frontal del Chasis. b) Vista interna del sistema.
El chasis contiene una fuente de PC como se mencionó en el capítulo anterior,
relés, la placa de control automático donde se encuentra el microcontolador
ATMEGA 16, los sensores de los niveles de energía eléctrica, además del circuito
impreso del módulo Web Server. En la figura 3.17 se encuentran localizados cada
uno de estos elementos.
Figura 3.17: Localización de los Elementos Internos del Prototipo.
Una vez finalizado el ensamblaje del módulo se procederá a las descargas de los
programas, tanto en el microcontrolador como en el módulo Web Server y a la
verificación de su correcto funcionamiento cuyas pruebas y resultados se
presentaran en el siguiente capítulo de este trabajo.
CAPÍTULO 4
CAPÍTULO 4
RESULTADOS
MONITOREO
OBTENIDOS
Y
CONTROL
DEL
DEL
MÓDULO
SUMINISTRO
DE
DE
ENERGÍA ELÉCTRICA Y SUS POSIBLES APLICACIONES
EN OTROS CAMPOS.
En este capítulo se detallan las diversas pruebas realizadas del módulo y el
sistema en su conjunto y se analiza los resultados obtenidos, su posible
aplicación en otros campos y un breve estudio de costos.
4.1 PRUEBAS DEL MÓDULO.
Las pruebas realizadas al módulo tiene como propósito determinar el
funcionamiento por lo más óptimo por las que debería estar caracterizadas por: la
verificación de los niveles del voltaje de alimentación de las entradas del
suministro de energía eléctrica proporcionada por la red pública, tiempo de
conmutación entre las entradas del suministro de energía y la energía de respaldo
en caso de algún tipo de falla, control de los niveles de voltaje de las baterías de
respaldo del UPS. Dichas características se deben constatar por el acceso local al
módulo de control mediante el visualizador LCD y remotamente con una conexión
de red a través del browser.
4.1.1 VERIFICACIÓN DE NIVELES DEL SUMINISTRO DE ENERGÍA
ELÉCTRICA.
Una vez colocados todos los sensores a la red pública del suministro de energía,
la correspondiente alimentación tanto para del módulo de control y una adecuada
conexión a red de comunicaciones, se procede a la verificación de los de niveles
de energía suministrados por la red eléctrica pública por medio de indicadores
colocados en el módulo y en el browser como se muestra en la figura 4.1.
a)
b)
c)
Figura 4.1: a)Indicadores de los niveles de Energía Eléctrica, Visualizador LCD, Enlace de Red, b)
Verificación de Niveles de Energía Eléctrica en forma local, c) Verificación de Niveles de Energía
Eléctrica en forma remota.
4.1.3 MONITOREO DE NIVEL DE VOLTAJE DE LAS BATERÍAS DEL UPS Y
TEMPERATURA AMBIENTE.
El módulo proporciona la información correspondiente al monitoreo de las baterías
de respaldo y de la temperatura ambiente, en la figura 4.2 se muestra lo expuesto
anteriormente.
Figura 4.2: a) Monitoreo de nivel de Voltaje de las Baterías del UPS y Temperatura Ambiente.
El monitoreo de la temperatura ambiente se realiza localmente y es mostrada en
el visualizador LCD. Para la medición adecuada de la temperatura ambiente se
hace uso del convertidor análogo/digital integrado en el microcontrolador, al
mismo que se aplica la señal proveniente de un termistor, que es un dispositivo
que varía su resistencia en función de la temperatura.
La calibración de la medición de la temperatura se la realiza mediante el
programa del microcontrolador y se considera valores aproximados comparados
con un termómetro digital.
4.1.2 CONMUTACIÓN AUTOMÁTICA ENTRE FASES DEL SUMINISTRO
ELÉCTRICO.
Las pruebas que se indican a continuación, en esta sección, se relacionan a la
conmutación automática entre las fases del suministro de energía eléctrica en el
caso de posibles fallos en la alimentación de una de ellas, con el propósito de
obtener una constante alimentación al UPS.
A continuación se muestra en la figura 4.3 la conmutación automática entre las
fases frente a la ausencia de energía eléctrica de una de las mismas, que como
se puede apreciar, en la indicación mediante el display, el sistema responde
adecuadamente; es decir, la respuesta fue la esperada.
a)
b)
c)
Figura 4.3: a) Conmutación Automática del suministro de energía eléctrica de fase principal a fase
secundaria, b) Conmutación Automática del suministro de energía eléctrica de fase secundaria a
fase principal, c) Ausencia de energía eléctrica de fase secundaria.
4.1.3 CONTROL REMOTO DEL SUMINISTRO DE ENERGÍA POR MEDIO DEL
MÓDULO.
El módulo controlar ciertas salidas de energía en forma remota, con la finalidad de
conectar equipos de comunicación como switch que se reinicien mediante la
ausencia de energía al presentar algún tipo de inconveniente, ya que estos
equipos pueden presentar problemas de congestionamiento de red, limitando su
rendimiento.
En la figura 4.4 se muestra el control remoto del suministro de energía eléctrica a
por medio la interfaz Web, primero para poder ingresar al sistema se cuenta con
un medio de seguridad que corresponde a una clave o password, accediendo a
una área de control de resteó de tomas eléctricas
a)
b)
c)
d)
Figura 4.4: a) Control remoto del suministro de energía eléctrica a equipos de comunicación, b)
Control de acceso para reseteo de tomas eléctricas, c) Selección de tomas del suministro de
energía eléctrica, d) Verificacion del reseteo de la toma del suministro de energía eléctrica.
4.2 APLICACIONES DEL MÓDULO EN OTROS CAMPOS.
El presente proyecto da una amplia gama de alternativas en el campo de la
“Domótica”, es decir, control de las variables ambientales, consumo energético,
electrodomésticos, extendiendo a la seguridad (intrusos, robo, incendio, escapes
de gas o agua) y a la conectividad residencial entre viviendas de un mismo
complejo o de éstas con el exterior dando lugar al “Hogar Inteligente” también
denominado “Hogar Digital”.
Dichas aplicaciones se las realiza mediante el control remoto de hasta 16 puntos,
permitiendo modificar el estado de los mismos a distancia y casi en tiempo real,
así por ejemplo:
• Control de un Sistema de Aire Acondicionado.
• Control de Alarmas.
• Control de Termostatos.
• Estaciones meteorológicas.
• Regulación y control industrial.
• Equipos de medida remota.
El módulo de control de monitoreo y control a través de la internet se adapta a las
necesidades del usuario dependiendo de qué tipo de variables quiera controlar.
4.3 COSTO DEL PROYECTO.
En esta sección se especifican los costos de la totalidad del proyecto, los mismos
que son mostrados en la tabla 4.1, se debe tener en cuenta que algunos
elementos que forman parte del proyecto fueron importados y los precios
expuestos si incluyen los impuestos.
Por otro lado, en la tabla referida sólo constan los costos de los componentes,
como se señaló, ya que no se ha considerado los costos de personal requeridos
para el presente desarrollo; así como tampoco están considerados otros costos
como uso del computador, programas y suministros de oficina.
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MÓDULO DE MONITOREO Y CONTROL DEL
SUMINISTRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA A UN DATA CENTER A TRAVÉS DE LA
INTERNET.
DETALLE
CANTIDAD
PRECIO UNITARIO
TOTAL
($)
($)
0,03
0,39
Elementos Electrónicos
Resistencia
13
Banco de Resistencias
2
1
2
Resistencias de Presión
5
0,75
3,75
Capacitor Electrolíticos
5
0,1
0,5
Capacitores Ceramicos
9
0,06
0,54
Oscilador de Cristal
1
0,48
0,48
Diodo Led
17
0,06
1,02
Diodo Zener
3
0,1
0,3
Diodo Rectificador
3
0,05
0,15
Transistor
1
0,1
0,1
Relé Simple
3
3
9
Relé Doble
2
8
16
Microcontrolador ATMEGA 16
1
7
7
Indicador de Cristal Líquido (LCD)
1
12
12
74LS373
2
0,6
1,2
ULN2803
2
0,55
1,1
74LS00
1
0,35
0,35
1
40
40
1
40
40
Conector de 40 Pines
1
1,96
1,96
Conector de 10 Pines
2
0,4
0,8
Conector de 9 Pines
2
0,4
0,8
Circuitos Integrados
Placa de Circuito Impreso
Circuito Impreso F2 (Módulo de
Control)
Circuito Impreso F2 (Módulo de Red)
Conectores
Conector de 7 pines
1
0,35
0,35
Módulo Web Server
1
80
80
Adaptador LF1S022
1
50
50
Caja Metálica tipo Nema
1
40
40
Fuente de Polarización
1
10
10
Varios
1
20
20
TOTAL
$ 339,79
Elementos Electrónicos Importados
Elementos Adicionales
Tabla 4.1: Presupuesto del Módulo de Monitoreo y Control del Suministro de Energía Eléctrica a
un Data center a través de la Internet.
CAPÍTULO 5
CAPÍTULO 5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
En este capítulo se presentan las conclusiones que se ha obtenido una vez
culminado el presente proyecto de titulación, además se mencionan algunas
recomendaciones.
5.1 CONCLUSIONES.
• La automatización de distintos tipos de dispositivos es una herramienta
muy importante para el departamento técnico de cualquier empresa, el
presente proyecto constituye un prototipo de un sistema alternativo, para
dar solución de los problemas que surgen por el abastecimiento de energía
eléctrica, en lugares donde se requiere un suministro de energía constante.
• El módulo de control y monitoreo del suministro de energía eléctrica a
través de la Internet proporciona una interfaz Web entre el usuario y el
suministro de energía eléctrica permitiendo que el usuario disponga en
forma remota de información que le permita tomar decisiones para un
apropiado manejo del abastecimiento de energía eléctrica.
• Las ventajas que ofrecen los servidores Web basados en sistemas
embebidos por su flexibilidad para ajustarse a las necesidades del usuario,
facilita su acceso al recurso desde cualquier sitio que cuente con una
conexión a la Internet.
• En la actualidad los computadores utilizan procesadores de 32 y 64 bits, en
cambio los sistemas embebidos funcionan en base a procesadores de 8 o
16 bits, debido a que las tareas realizadas por los sistemas embebidos son
relativamente sencillas frente a los primeros; por lo que en su memoria sólo
reside el programa destinado para alguna aplicación determinada.
• En la mayoría de casos se entiende por servidor a grandes computadores
con grandes capacidades de almacenamiento y amplias funcionalidades,
por tanto con costos elevados, mientras que un servidor con sistema
embebido tiene la capacidad de almacenar pequeñas páginas Web o
archivos con capacidad limitada lo que sería una desventaja, sin embargo
en muchos casos es suficiente para administrar uno o varios dispositivos
conectados en la red, con un bajo presupuesto.
• El proyecto cuenta fundamentalmente con un módulo servidor de red
embebido que está preparado para establecer una conexión remota con un
cliente mediante un página Web, para recibir datos a través de dicha
conexión, con la capacidad de interpretar dichos datos recibidos e
interactuar directamente con el sistema embebido que es el encargado de
controlar el suministro de energía eléctrica, de esta manera se tiene un
monitoreo y control remoto prácticamente en tiempo real.
• La construcción de la pagina Web ha sido elaborada para cumplir con los
requerimientos de las variables del sistema microcontrolado, en este
sentido se debe tener en cuenta el tamaño de la pagina Web por la limitada
memoria con la que cuenta el sistema embebido.
• El módulo de monitoreo y control del suministro de energía eléctrica no
necesita de un PC para conectarse a la red, con lo que se ahorra en costos
tanto en Hardware, Software, espacio y energía.
• Con el diseño de este prototipo se pretende ofrecer una herramienta para
automatizar el suministro de energía eléctrica mediante la transmisión de
datos gestionados mediante los protocolos de comunicación de la Internet
que es una manera alternativa de comunicación mediante una interfaz
Web, de bajo costo en relación a otro tipo de transmisión de datos.
• La fuente de alimentación utilizada por el módulo es la misma que se utiliza
en PC’s; para garantizar niveles de energía estables y a su vez proteger de
daños en la tarjetas que conforman el módulo, alternativamente que se
consideró, por los bajos costos que tienen en la actualidad estos
dispositivos.
• Se opto por utilizar relés externos para el control del suministro de energía
eléctrico por la corriente que soportan y por la facilidad de cambio en el
caso de que sufran algún tipo de daño.
• En la construcción del prototipo se considero prudente utilizar una caja de
sistema estructural que cumple con la norma “NEMA 1 o 2” para uso de
interiores, en la misma que se realizó la conexion de todos los elementos
que conforman el módulo de control y monitoreo.
• Una vez realizas las respectivas pruebas se concluye el funcionamiento
óptimo del módulo de monitoreo y control del suministro de energía
eléctrica, mediante la verificación de los niveles del voltaje de alimentación
de las entradas del suministro de energía eléctrica proporcionada por la red
pública, un adecuado tiempo de conmutación entre las entradas del
suministro de energía y la energía de respaldo en caso de algún tipo de
falla, control de los niveles de voltaje de las baterías de respaldo del UPS,
verificadas mediante el visualizador LCD y remotamente con una conexión
de red a través del browser.
• En pruebas realizadas del módulo de monitoreo y control del suministro de
energía eléctrica conectada a una interfaz inalámbrica como un Access
Point, existe un mayor retardo en la verificación de los niveles de energía a
monitorear, esto se debe a que para acceder al módulo se maneja
diferentes tipos de velocidades entre el PC, el Access Point y el módulo
teniendo una mayor tiempo en el procesamiento de la información.
5.2 RECOMENDACIONES.
• Se recomienda profundizar el estudio de sistemas embebidos por las
múltiples aplicaciones en la que pueden ser empleados como por ejemplo
en la recolección de datos de temperatura donde las condiciones climáticas
no sean muy estables, realizando un control de dispositivos conectados al
hardware del sistema embebido para mantener una temperatura estable
dependiendo de los datos obtenidos.
• Se recomienda extender el desarrollo de posibles aplicaciones de sistemas
embebidos
utilizando
soluciones
inalámbricas
como
medio
de
comunicación, ya que sería una buena alternativa de control por el hecho
de la movilidad.
• En los sistemas embebidos conectados a redes de comunicación se podría
mejorar el factor seguridad, para evitar que usuarios no autorizados tengan
acceso al recurso.
• En la construcción de páginas Web se podría mejorar tanto la presentación
como funcionalidad de la misma con la utilización de otro tipo de
herramientas de desarrollo para su construcción o con la adquisición de
módulos Web Server con una mayor capacidad de memoria para ampliar
su funcionalidad.
• Para usuarios sin nada de experiencia en manejo de equipos electrónicos
vía remota, se recomienda una interfaz Web lo más simple posible para
evitar manejo inadecuado del módulo y otras posibles complicaciones a
futuro.
• Para la construcción de prototipos similares se recomienda un ensamblado
en chasis más reducidos para optimizar espacios en su implementación.
• En el diseño de este prototipo a más de la interfaz vía Web del se puede
implementar otro tipo de comunicación como por ejemplo SMS (servicio de
mensajes cortos - Short Message Service), que es un servicio disponible
en los teléfonos móviles que permite el envío de mensajes cortos con la
información
necesaria
del
estado
del
suministro
eléctrico,
o
la
implementación de un dispositivo GPS (Sistema de Posicionamiento
Global) para tener una control a nivel global.
BIBLIOGRAFÍA.
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• http://www.superrobotica.com/download/S310255/SitePlayer_SP1.pdf
• http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_integrado
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• http://www.angelfire.com/electronic2/jhueso/Interrupciones.PDF
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• http://electronred.iespana.es/circuitosintegra.htm
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• http://www.bipom.com/spanish/bascomavr.shtm
• http://akimpech.izt.uam.mx/Web_jr/ami44.htm
• http://www.textoscientificos.com/redes/comunicaciones/modos
• http://www.el.uma.es/marin/Practica4_UART.pdf
• http://www.i-micro.com/pdf/articulos/spi.pdf
• Datasheet ATMEGA16
• Manual del compilador Bascom AVR
• Manual del programa PROTEL XP 2004
• Tesis de la ING. Nuria Rivadeneira, julio de 2004
GLOSARIO DE TÉRMINOS.
802.11b: Es un estándar de protocolo de comunicaciones del IEEE que define el
uso de los dos niveles inferiores de la arquitectura OSI (capas física y de enlace
de datos), especificando sus normas de funcionamiento en una red de área loca
inalámbrica.
802.X: La norma 802 fue desarrollada por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y
Electrónicos (IEEE) y versa sobre la arquitectura de redes de datos LAN (Local
Area Network). Esta norma establece un estándar de tecnología en el mercado
mundial garantizando que los productos compatibles con la norma 802 sean
compatibles entre sí.
80C51: Es un microcontrolador (µC) desarrollado por Intel en 1980 para uso en
productos embebidos. Es un microcontrolador muy popular.
Los núcleos 8051 se usan en más de 100 microcontroladores de más de 20
fabricantes independientes como Atmel, Dallas Semiconductor, Philips, Winbond,
entre otros.
API: (Application Programming Interface - Interfaz de Programación de
Aplicaciones) Es el conjunto de funciones y procedimientos que ofrece ciertas
librerías para ser utilizado como interfaz de comunicación entre componentes de
software.
ARP: (Address Resolution Protocol - Protocolo de Resolución de Direcciones) ,es
un protocolo de nivel de red responsable de encontrar la dirección hardware
(Ethernet MAC) que corresponde a una determinada dirección IP.
ASIC: (Circuito Integrado para Aplicaciones Específicas) Son circuitos integrados
hechos a la medida para un uso en particular, en vez de ser concebido para
propósitos de uso general.
AVR: Los AVR son una familia de microcontroladores RISC de Atmel. La
arquitectura de los AVR fue concebida por dos estudiantes en el Norwegian
Institute of Technology, y posteriormente refinada y desarrollada en Atmel
Norway, la empresa subsidiaria de Atmel, fundada por los dos arquitectos del
chip.
BACKUP: Hacer una copia de seguridad o copia de respaldo tal forma que estas
copias adicionales puedan restaurar un sistema después de una pérdida de
información.
BASE-T: Es una propuesta de estandarización de la IEEE para tráfico de
comunicaciones sobre redes Ethernet hasta 10 Mb por segundo utilizando cable
de par trenzado.
BIT: El bit es la unidad mínima de almacenamiento empleada en informática, en
cualquier dispositivo digital, o en la teoría de la información. Con él, podemos
representar dos valores cuales quiera, como verdadero o falso, abierto o cerrado,
blanco o negro, norte o sur, masculino o femenino, amarillo o azul, etc. Basta con
asignar uno de esos valores al estado de "apagado" (0), y el otro al estado de
"encendido" (1).
BYTE: Un byte es la unidad fundamental de datos en los ordenadores
personales, un byte son ocho bits contiguos. El byte es también la unidad de
medida básica para memoria, almacenando el equivalente a un carácter.
CD-ROM: (Inglés Compact Disc - Read Only Memory "Disco Compacto de
Memoria de Sólo Lectura"), es un disco compacto óptico utilizado para almacenar
información no volátil, el mismo medio utilizado por los CD de audio, puede ser
leído por un ordenador lector de CD-ROM. Un CD-ROM es un disco de plástico
plano con información digital codificada en una espiral desde el centro hasta el
borde exterior.
CGI: Interfaz de entrada común (Common Gateway Interface), es una importante
tecnología de la World Wide Web que permite a un cliente (explorador web)
solicitar datos de un programa ejecutado en un servidor web. CGI especifica un
estándar para transferir datos entre el cliente y el programa. Es un mecanismo de
comunicación entre el servidor web y una aplicación externa cuyo resultado final
de la ejecución son objetos MIME. Las aplicaciones que se ejecutan en el servidor
reciben el nombre de CGIs.
CMOS:
(Complementary
Metal
Oxide
Semiconductor
-
Semiconductor
Complementario de Óxido Metálico), es una de las familias lógicas empleadas en
la fabricación de circuitos integrados (chips). Su principal característica consiste
en la utilización conjunta de transistores de tipo pMOS y tipo nMOS configurados
de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energía es únicamente el
debido a las corrientes parásitas.
CONVERSOR ANALOGO/DIGITAL: Un conversor analógico-digital (CAD), es un
dispositivo electrónico capaz de convertir un voltaje determinado en un valor
binario, en otras palabras, este se encarga de transformar señales análogas a
digitales.
CPU: (Central Processing Unit - Unidad Central de Procesamiento), es el
componente de una computadora digital que interpreta las instrucciones y procesa
los datos contenidos en los programas de computadora.
RISC: (Reduced Instruction Set Computer - Computadora con Conjunto de
Instrucciones Reducido), es un tipo de microprocesador con instrucciones de
tamaño fijo y presentado en un reducido número de formatos.
DC: (Corriente Directa) ,es el flujo continuo de electrones a través de un
conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente
alterna AC en la corriente continua las cargas eléctricas circulan siempre en la
misma dirección.
DEBIAN: es un sistema operativo (S.O.), utiliza el núcleo Linux, pero la mayor
parte de las herramientas básicas vienen del Proyecto GNU; de ahí el nombre
GNU/Linux.
DHCP: (Dynamic Host Configuration Protocol – Protocolo de Configuración
Dinamica de Host), es un protocolo de red que permite a los nodos de una red IP
obtener sus parámetros de configuración automáticamente. Se trata de un
protocolo de tipo cliente/servidor en el que generalmente un servidor posee una
lista de direcciones IP dinámicas y las va asignando a los clientes conforme éstas
van estando libres, sabiendo en todo momento quién ha estado en posesión de
esa IP, cuánto tiempo la ha tenido y a quién se la ha asignado después.
DOMÓTICA: Se entiende por domótica al conjunto de sistemas capaces de
automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad,
bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes
interiores y exteriores de comunicación, cableadas o inalámbricas, y cuyo control
puede ser, dentro y fuera del hogar.
DOS: (Disk Operating System – Sistema Operativo de disco). Fue creado
originalmente para computadoras de la familia IBM PC, que utilizaban los
procesadores Intel 8086/8088 de 16 bits, siendo el primer sistema operativo
popular para esta plataforma. Tenía una interfaz de línea de órdenes vía su
intérprete de órdenes, command.com.
ETHERNET: Ethernet es el nombre de una tecnología de redes de computadoras
de área local (LANs) basada en tramas de datos. Ethernet define las
características de cableado y señalización de nivel físico y los formatos de trama
del nivel de enlace de datos del modelo OSI. Ethernet se refiere a las redes de
área local y dispositivos bajo el estándar IEEE 802.3 que define el protocolo
CSMA/CD, aunque actualmente se llama Ethernet a todas las redes cableadas
que usen el formato de trama descrito más abajo, aunque no tenga CSMA/CD
como método de acceso al medio.
FIREWALLS: Es un elemento de hardware o software utilizado en una red de
computadoras para controlar las comunicaciones, permitiéndolas o prohibiéndolas
según las políticas de red que haya definido la organización responsable de la
red.
FPGA: (Field Programmable Gate Array), es un dispositivo semiconductor que
contiene bloques de lógica cuya interconexión y funcionalidad se puede
programar. La lógica programable puede reproducir desde funciones tan sencillas
como las llevadas a cabo por una puerta lógica o un sistema combinacional hasta
complejos sistemas en un chip.
FTP: (File Transfer Protocol), es un protocolo de transferencia de archivos entre
sistemas conectados a una red TCP basado en la arquitectura cliente-servidor, de
manera que desde un equipo cliente nos podemos conectar a un servidor para
descargar archivos desde él o para enviarle nuestros propios archivos
independientemente del sistema operativo utilizado en cada equipo.
GATEWAYS: (Puerta de Enlace), es un dispositivo que permite interconectar
redes con protocolos y arquitecturas diferentes a todos los niveles de
comunicación. Su propósito es traducir la información del protocolo utilizado en
una red al protocolo usado en la red de destino.
GPS: (Global Positioning System - Sistema de Posicionamiento Global), es un
Sistema Global de Navegación por Satélite que permite determinar en todo el
mundo la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave, con una
precisión hasta de centímetros.
GUI: (Graphical User Interface), es un tipo de interfaz de usuario que utiliza un
conjunto de imágenes y objetos gráficos para representar la información y
acciones disponibles en la interfaz. Habitualmente las acciones se realizan
mediante manipulación directa para facilitar la interacción del usuario con la
computadora.
HARDWARE: Se refiere a todos los componentes físicos, en el caso de una
computadora personal serían los discos, unidades de disco, monitor, teclado, la
placa base, el microprocesador, étc.
HEADLESS: Se refiere a los programas de ordenador que utilizan el texto de
entrada / salida para interactuar con los usuarios, en lugar de utilizar gráficos o de
interfaces gráficas de usuario (GUIs).
HTML: (HyperText Markup Language - Lenguaje de Etiquetas de Hipertexto), es
el lenguaje predominante para la construcción de páginas web. Es usado para
describir la estructura y el contenido en forma de texto, así como para
complementar el texto con objetos tales como imágenes. HTML se escribe en
forma de "etiquetas", rodeadas por corchetes angulares (<,>).
HTTP: (HyperText Transfer Protocol - Protocolo de Transferencia de HiperTexto),
es el protocolo usado en cada transacción de la Web (WWW). HTTP define la
sintaxis que utilizan los elementos software de la arquitectura web (clientes,
servidores, proxies) para comunicarse. Es un protocolo orientado a transacciones
y sigue el esquema petición-respuesta entre un cliente y un servidor.
IEEE: Corresponde a las siglas de The Institute of Electrical and Electronics
Engineers, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, una asociación
técnico-profesional mundial dedicada a la estandarización, entre otras cosas. Es
la mayor asociación internacional sin fines de lucro formada por profesionales de
las nuevas tecnologías, como ingenieros eléctricos, ingenieros en electrónica,
científicos de la computación, ingenieros en informática e ingenieros en
telecomunicación.
INTERNET: Es un método de interconexión descentralizada de redes de
computadoras implementado en un conjunto de protocolos denominado TCP/IP y
garantiza que redes físicas heterogéneas funcionen como una red lógica única, de
alcance mundial.
INTERRUPCION: Es una señal recibida por el procesador indicando que debe
"interrumpir" el curso de ejecución actual y pasar a ejecutar un código específico.
IP: Las siglas "IP" pueden referirse a:
• Dirección IP, el número que identifica a cada dispositivo dentro de una red
con protocolo IP.
• Protocolo IP, (Internet Protocol) es un protocolo no orientado a conexión
usado tanto por el origen como por el destino para la comunicación de
datos a través de una red de paquetes conmutados.
ISP: (In-System Programming), consiste en un interfaz que permite la
programación del microcontrolador mientras está colocado en la placa con el fin
de actualizar el programa, modificar el mismo ante cualquier tipo de fallas en el
software o nuevas necesidades del sistema.
JAVA: Es un lenguaje de programación orientado a objetos desarrollado por Sun
Microsystems a principios de los años 90. El lenguaje en sí mismo toma mucha de
su sintaxis de C y C++, pero tiene un modelo de objetos más simple y elimina
herramientas de bajo nivel, que suelen inducir a muchos errores, como la
manipulación directa de punteros o memoria.
JAVA EE: (Java
Platform,
Enterprise
Edition),
es
una
plataforma
de
programación, basándose ampliamente en componentes de software modulares
ejecutándose sobre un servidor de aplicaciones.
JAVA ME: (Java Platform, Micro Edition - Java, edición Micro), es una colección
de aplicaciones de Java para el desarrollo de software para dispositivos de
recursos limitados, como PDA, teléfonos móviles, etc.
JAVA SE: (Java Platform, Standard Edition - Java SE), es una colección de
aplicaciones de Java además de algunas de las cuales son útiles para programas
que se ejecutan en servidores sobre workstations.
KB: kilobyte es una unidad de almacenamiento de información cuyo símbolo es el
kB (a veces se utiliza KB), y puede equivalerse a 210 bytes o a 103 bytes.
Kb: Un kilobit puede equivalerse a 1024 bits.
KERNEL: Es la parte esencial de un sistema operativo que provee los servicios
más básicos del sistema. Se encarga de gestionar los recursos como el acceso
seguro al hardware de la computadora.
LAN: (Local Area Network - Red de Área Local), es la interconexión de varios
ordenadores y periféricos. Su extensión está limitada físicamente a un edificio o a
un entorno de hasta 100 metros. Su aplicación más extendida es la interconexión
de ordenadores personales y estaciones de trabajo en oficinas, fábricas, etc., para
compartir recursos e intercambiar datos y aplicaciones. En definitiva, permite que
dos o más máquinas se comuniquen.
LATCH: Un latch es un circuito electrónico usado para almacenar información en
sistemas lógicos asíncronos. Un latch puede almacenar un bit de información.
LCD: (Liquid crystal display - Pantalla de Cristal Líquido), es una pantalla delgada
y plana formada por un número de píxeles en color o monocromos colocados
delante de una fuente de luz o reflectora.
LED: (Light-Emitting Diode - Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo
semiconductor (diodo) que emite luz cuando se polariza de forma directa la unión
p-n del mismo y circula por él una corriente eléctrica.
LENGUAJE C: Es un lenguaje de programación creado en 1972 por Ken
Thompson y Dennis M. Ritchie en los Laboratorios Bell como evolución del
anterior lenguaje B, es un lenguaje orientado a la implementación de Sistemas
Operativos, concretamente Unix.
LENGUAJE ENSAMBLADOR: El lenguaje ensamblador es un tipo de lenguaje
de bajo nivel utilizado para escribir programas informáticos, y constituye la
representación más directa del código máquina específico para cada arquitectura
de computadoras legible por un programador.
EEPROM: (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory - ROM
programable y borrable eléctricamente) es un tipo de memoria ROM que puede
ser programado, borrado y reprogramado eléctricamente, a diferencia de la
EPROM que ha de borrarse mediante rayos ultravioletas. Aunque una EEPROM
puede ser leída un número ilimitado de veces, sólo puede ser borrada y
reprogramada entre 100.000 y 1.000.000 de veces.
MEMORIA FLASH: Es una forma desarrollada de la memoria EEPROM que
permite que múltiples posiciones de memoria sean escritas o borradas en una
misma operación de programación mediante impulsos eléctricos, frente a las
anteriores que sólo permite escribir o borrar una única celda cada vez. Por ello,
flash permite funcionar a velocidades muy superiores cuando los sistemas
emplean lectura y escritura en diferentes puntos de esta memoria al mismo
tiempo.
MEMORIA RAM: (Random Access Memory – Memoria de Acceso Ramdomico),
es un tipo de memoria temporal que pierde sus datos cuando se queda sin
energía (por ejemplo, al apagar la computadora), por lo cual es una memoria
volátil.
MEMORIA ROM: (Read-Only Memory - Memoria de Sólo Lectura), es una
memoria de semiconductor destinada a ser leída y no destructible, es decir, que
no se puede escribir sobre ella y que conserva intacta la información almacenada,
incluso en el caso de que se interrumpa la corriente (memoria no volátil). La ROM
suele almacenar la configuración del sistema o el programa de arranque de la
computadora.
MEMORIA SRAM: (Static Random Access Memory - Memoria Estática de
Acceso Aleatorio), un tipo de memoria RAM.
NETSCAPE: Es un navegador web y el primer resultado comercial de la compañía
Netscape Communications, fue el primer navegador comercial.
NIC: (Network Interface Card - Tarjeta de Interfaz de Red). Una tarjeta de red
permite la comunicación entre diferentes aparatos conectados entre sí y también
permite compartir recursos entre dos o más equipos.
TTL: (Transistor-Transistor Logic - Lógica Transistor a Transistor), es una
tecnología de construcción de circuitos electrónicos digitales. En los componentes
fabricados con tecnología TTL los elementos de entrada y salida del dispositivo
son transistores bipolares.
TTL: Tiempo de Vida o Time To Live (TTL), es un concepto usado en redes de
computadores para indicar por cuántos nodos pueden pasar un paquete antes de
ser descartado por la red o devuelto a su origen.
NOS: Es un sistema operativo que incluye programas para comunicarse con otras
computadoras a través de una red y compartir recursos.
OSI: (Open Systems Interconnection - Interconexión de Sistemas Abiertos).
Norma universal para protocolos de comunicación.
PBX: o PABX (Private Branch Exchange, Private Automatic Branch Exchange
para PABX), se refiere al dispositivo que actúa como un ramificación de la red
primaria pública de teléfono, por lo que los usuarios no se comunican al exterior
mediante líneas telefónicas convencionales, sino que al estar el PBX directamente
conectado a la RTC (red telefónica pública.
PC: (Personal Computer - ordenador personal), es una microcomputadora,
diseñada en principio para ser usada por una sola persona a la vez, y que es
compatible.
PCMCIA: (Personal Computer Memory Card International Association), es un
dispositivo normalmente utilizado en computadoras portátiles para expandir las
capacidades de éste. Se usan para ampliar capacidades en cuanto a: memoria de
ordenador, disco duro, tarjeta de red, puerto paralelo, puerto serial, módem,
puerto USB, etc.
PDA: (Personal Digital Assistant - Asistente Digital Personal), es un computador
de mano originalmente diseñado como agenda electrónica (calendario, lista de
contactos, bloc de notas y recordatorios) con un sistema de reconocimiento de
escritura.
PWM: (Pulse-Width Modulation - Modulación por ancho de pulsos), la modulación
por ancho de pulsos es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de
una señal periódica (por ejemplo sinusoidal u cuadrada).
RESET: Se conoce como reset a la puesta en condiciones iníciales de un sistema.
Este puede ser mecánico, electrónico o de otro tipo.
RJ45: El RJ45 es una interfaz física comúnmente usada para conectar redes de
cableado estructurado, (categorías 4, 5, 5e y 6). RJ es un acrónimo inglés de
Registered Jack que a su vez es parte del Código Federal de Regulaciones de
Estados Unidos. Posee ocho "pines" o conexiones eléctricas, que normalmente se
usan como extremos de cables de par trenzado.
RTOS: Real time operating system o sistema operativo en tiempo real.
SCR: (Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio), es un
dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn con la
disposición pnpn. Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y
Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de
puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es único),
conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.
TCP/IP: (Tranfer Control Protocol / Internetworking Protocol – Protocolo de control
de transferencia /protocolo Internet), es el protocolo básico de Internet, a partir del
cual se construyen todos los demás servicios. Define como se dividen los
mensajes, como se dirigen al receptor, y una vez que han llegado, como se
reconstruyen.
TELNET: (TELecommunication NETwork), es el nombre de un protocolo de que
sirve para acceder mediante una red a otra máquina, para manejarla como si
estuviéramos sentados delante de ella.
TERMISTOR: Es un semiconductor que varía el valor de su resistencia eléctrica
en función de la temperatura, su nombre proviene de Thermally sensitive resistor
(Resistor sensible a la temperatura). Existen dos clases de termistores: NTC y
PTC.
TRIAC: TRIAC o Triodo, es un dispositivo semiconductor, de la familia de los
transistores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es
unidireccional y el TRIAC es bidireccional. El TRIAC es un interruptor capaz de
conmutar la corriente alterna.
UART: (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter - Transmisor-Receptor
Asíncrono Universal), este controla los puertos y dispositivos serie. Se encuentra
integrado en la placa base o en la tarjeta adaptadora del dispositivo. Existe un
chip UART en cada puerto serie. Los ordenadores modernos utilizan el chip UART
16550, que soporta velocidades de transmisión de hasta 115,2 Kbps (Kilobits por
segundo).
UDP: (User Datagram Protocol), es un protocolo del nivel de transporte basado en
el intercambio de datagramas. Permite el envío de datagramas a través de la red
sin que se haya establecido previamente una conexión, ya que el propio
datagrama incorpora suficiente información de direccionamiento en su cabecera.
UPS: (Uninterruptible Power Supply - Sistema de alimentación ininterrumpida). Un
UPS es una fuente de suministro eléctrico que posee una batería con el fin de
seguir dando energía a un dispositivo en el caso de interrupción eléctrica.
USB: (Universal Serial Bus - Bus Universal en Serie), es un puerto que sirve para
conectar periféricos a una computadora. El estándar incluye la transmisión de
energía eléctrica al dispositivo conectado. Algunos dispositivos requieren una
potencia mínima, así que se pueden conectar varios sin necesitar fuentes de
alimentación extra.
WEB SERVER: Básicamente, un servidor web sirve contenido estático a un
navegador, carga un archivo y lo sirve a través de la red al navegador de un
usuario. Este intercambio es mediado por el navegador y el servidor que hablan el
uno con el otro mediante HTTP.
WWW: (World Wide Web o la "Web" - Red Global Mundial), es un sistema de
documentos de hipertexto enlazados y accesibles a través de Internet. Con un
navegador Web, un usuario visualiza páginas web que pueden contener texto,
imágenes, vídeos u otros contenidos multimedia, y navega a través de ellas
usando hiperenlaces.
La Web fue creada alrededor de 1990 por el inglés Tim Berners-Lee y el belga
Robert Cailliau mientras trabajaban en el CERN en Ginebra, Suiza. Desde
entonces, Berners-Lee ha jugado un papel activo guiando el desarrollo de
estándares Web (como los lenguajes de marcado con los que se crean las
páginas Web).
ANEXOS
ANEXO 1
HOJAS DE DATOS DEL ATMEGA 16.
ANEXO 2
HOJAS DE DATOS DEL WEB SERVER.
ANEXO 3
HOJAS DE DATOS DEL FILTRO LF1S022.
ANEXO 4
HOJAS DE DATOS DEL CIRCUITO INTEGRADO ULN2803.
ANEXO 5
HOJAS DE DATOS DEL LATCH 74LS373.
ANEXO 6
HOJAS DE DATOS DEL INDICADOR LCD.
ANEXO 7
HOJAS DE DATOS DE LA COMPUERTA LOGICA 74LS00.
ANEXO 8
CÓDIGO DEL PROGRAMA PRINCIPAL Y SUBRUTINAS
DEL PROYECTO.