Diseño y construcción de una unidad de telefonía inalámbrica
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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Electrónica DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA UNIDAD DE TELEFONÍA INALÁMBRICA UTILIZANDO EL CHIPSET SONYERICSSON GM47 Por BR. LUIS MUÑOZ BR. PASQUALE COIRAZZA Sartenejas, Enero de 2005 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Electrónica DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA UNIDAD DE TELEFONÍA INALÁMBRICA UTILIZANDO EL CHIPSET SONYERICSSON GM47 Por BR. LUIS MUÑOZ BR. PASQUALE COIRAZZA Realizado en la Empresa Microtel Electrónica S.A. con la Asesoría de: ING. JOAO PINTO PROF. MIGUEL DÍAZ PROYECTO DE GRADO Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Electrónico Sartenejas, Enero de 2005 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Electrónica DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA UNIDAD DE TELEFONÍA INALÁMBRICA UTILIZANDO EL CHIPSET SONYERICSSON GM47 Proyecto de Grado presentado por: BR. LUIS MUÑOZ BR. PASQUALE COIRAZZA Realizado con la asesoría de: ING. JOAO PINTO PROF. MIGUEL DÍAZ RESUMEN Mediante la utilización de un radio módem con tecnología GSM/GPRS, se diseñó y construyó una unidad fija de telefonía inalámbrica bajo el nombre de “UFG-08”, para la compañía Microtel Electrónica S.A. El prototipo permite la conexión de un teléfono convencional y un puerto para conexión a Internet a través de la red GPRS brindando las ventajas de la telefonía fija en sitios donde no hay acceso a la red de cable. Tiene la posibilidad de una conexión de datos por CSD/HSCSD a través de la red GSM. Además, proporciona la señal de contestación la cual es útil para los sistemas de telefonía pública inalámbrica. En este informe se detallan los procedimientos, fases, métodos y partes que componen el desarrollo del proyecto en cuanto al diseño y posterior fabricación del equipo. PALABRAS CLAVES GSM, teléfono convencional, Internet, GPRS, CSD/HSCSD, módem, señal de contestación, UFG-08 Aprobado con mención: _______ Postulado para el premio: _______ Sartenejas, Enero de 2005 A mi madre Porque este logro es tuyo también. Te amo. A todos los que están de alguna forma conmigo Porque estemos todos por mucho tiempo Disfrutando A mi madre y a mi hermano por ser fuente de inspiración para mí, por su amor incondicional y su gran apoyo, por acompañarme en todo momento y llevarme por buen camino. Sin ustedes nunca hubiese podido llegar a donde estoy, ni ser lo que soy… Los Amo. Agradecimientos Nuestros más sinceros agradecimientos: A Dios Todopoderoso, guía espiritual que nos ilumina el camino a seguir y nos da fuerzas para superar los momentos difíciles. A nuestros padres y hermanos, por darnos su apoyo incondicional a lo largo de nuestra vida y a nuestras familias. A nuestros profesores, por habernos orientado por el camino del saber. A nuestros compañeros y amigos, por estar junto a nosotros, por apoyarnos tanto en los momentos de alegría como en los de vicisitudes. Al Profesor Miguel Díaz, por su apoyo, colaboración e interés en la realización de este proyecto. Por estar siempre ahí cuando lo necesitamos. Por ser más que un profesor para nosotros. A Microtel Electrónica S.A. por permitirnos desarrollar un proyecto de pasantía tan completo e interesante, además de proveer de las instalaciones y del apoyo necesario para la realización del mismo. Gracias a todos los que laboran allí, ya que nos hicieron sentir cómodos y en un ambiente productivo y de “armoniosa camaradería”. Gracias a las chicas del Departamento de Administración y al personal del Departamento Técnico por acogernos con tanto cariño. En especial, gracias al Departamento de Ingeniería por su invaluable apoyo profesional y ayudarnos con cada duda que tuvimos a lo largo de la realización de la pasantía. Gracias a Alberto Pinto por “todo” el apoyo que nos brindó. A Joao Pinto por exigirnos, ayudarnos y por conducirnos por el mejor camino durante estos meses. Al señor Juan Báez por su sabiduría. A Juan Manuel por brindarnos esos tips que fueron de gran ayuda. En fin, a todos. Gracias. Luis desea agradecer a Adriana por su apoyo incondicional, su amor, cariño y comprensión. Por estar siempre a su lado. Pasquale desea agradecer a su mamá por traerlo enyesado todas las mañanas. A Juan Carlos por lo mismo. A mi familia, con quienes sé podré contar siempre. Gracias a Pancho por ser la fuente de inspiración y descarga. A todos aquellos que de alguna u otra forma nos ayudaron en lo que pudieron. Disculpen que no los mencionemos a todos, pero es que la memoria es una cosa seria. ÍNDICE GENERAL…………………………………………………………………………. .. i ÍNDICE DE FIGURAS………………………………………………………………………..iii ÍNDICE DE TABLAS……………………………………………………………………....... iv ÍNDICE DE ESQUEMÁTICOS……………………………………………………………….. iv LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS………………………………………………. …. ..v CAPÍTULO 1- INTRODUCCIÓN…………………………………………………………..… ..1 CAPÍTULO 2- OBJETIVOS…………………………………………………………………. ..4 CAPÍTULO 3. MARCO TEÓRICO…………………………………………………………... ..5 3.1 - El Teléfono…………………………………………………………………….… ..5 3.1.1. Discado Decádico…………………………………………………………… ..8 3.1.2. Discado DTMF………………………………………………………………...8 3.2- GSM…………………………………………………………………………..….. ..9 3.2.1. GSM: Introducción Técnica……………………………………………...... 10 3.2.2. Introducción al servicio de transmisión de datos (GSM)……………….. 11 3.2.3. High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)……………………………. 15 3.2.4. General Packet Radio Service (GPRS)……………………………….…. 16 3.3- Microtel Electrónica S.A………………………………………………………... 19 CAPÍTULO 4 – MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS, HERRAMIENTAS Y EQUIPOS UTILIZADOS. 22 4.1 –Métodos y Procedimientos……………………………………………………. 22 4.2 – Equipos y Herramientas utilizadas……………………………………….….. 27 CAPÍTULO 5 – DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE DE LA UNIDAD………………………..….. 30 5.1 – Módulo de alimentación…………………………………………………..……30 5.1.1. Conversor DC-DC…………………………………………………….……. 30 5.1.2. Fuente de poder……………………………………………………………. 32 5.2 – Generador de Repique de 25 Hz…………………………………………….. 34 5.3 – Circuito de Choque……………………………………………………….…….35 5.4 – Módulo de Audio……………………………………………………………….. 37 5.4.1. Circuito de Control de Audio………………………………………………. 38 5.4.2. Generador de Tono de Discar………………………………………..…… 40 5.4.3. Detector de Tonos DTMF……………………………………………..…… 41 5.5 – Módulo de Comunicación………………………………………………..….. . 41 (a) Comunicación Módem – Microcontrolador……………………………….. .. 42 (b) Comunicación Módem – PC………………………………………………….. 42 5.6 – Módulo de Tarificación………………………………………………………… 44 5.6.1. Generador de Tono de 16 KHz……………………………………………. 44 5.6.2. Circuito de Inversión de Polaridad………………………………………… 46 5.6.3. Generador de Tono DTMF CC…………………………………………….. 46 5.7 – Módulo de Microcontrolador………………………………………………..... 47 5.8 – Módulo de Módem GSM GM47……………………………………………….49 5.9 – Componentes utilizados………………………………………………………. 51 5.9.1. Módulo GSM Sony Ericsson GM47……………………………………..... 51 5.9.2. Microcontrolador Atmel AT89C51ED2……………………………..……...53 5.9.3. Circuito Integrado de Fuente Conmutada LM3578A……………………. 54 CAPÍTULO 6 – DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE DE LA UNIDAD……………………………. 57 6.1 Llamadas de Voz……………………………………………………………..….. 59 6.1.1 Llamadas entrantes………………………………………………………… 60 6.1.2 Llamadas salientes…………………………………………………………. 61 6.2 Llamadas de Datos……………………………………………………………… 63 6.3 Señales de Tarificación…………………………………………………………. 64 CAPÍTULO 7 – FUNCIONAMIENTO DE LA UNIDAD………………………………………… 66 7.1. Presentación de la Unidad “UFG - 08”…………………………………..….. 66 7.2. Llamadas de Voz…………………………………………………………..…… 68 7.2.1. Llamadas Entrantes…………………………………………………..…… 68 7.2.2. Llamadas Salientes………………………………………………….…….. 68 7.3. Llamadas de Datos…………………………………………………………….. 69 7.3.1. Conexión a Internet (GPRS)………………………………………..…….. 69 Paso 1: Configuración del PC para conexión………………………..……… 70 Paso 2: Conectándose a Internet…………………………………………….. 73 7.3.2. Interconexión de datos utilizando protocolo CSD / HSCSD……..……. 74 7.4 Programación de la unidad por tonos DTMF……………………………........ 77 7.4.1 Programación de señales de tarificación…………………………..…….. 77 CAPÍTULO 8. ANÁLISIS DE COSTOS……………………………………………………… 79 CAPÍTULO 9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………………………… 81 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………………………. 84 ANEXOS………………………………………………………………………………….. 86 Figura 1. Tabla de tonos recomendada por la UIT-T………………………………. . 9 Figura 2. Estructura de la transmisión de datos en GSM………………………….. 12 Figura 3. Estructura de la transmisión de datos en GPRS………………………… 18 Figura 4. Diagrama de bloques general del UFG-08…………………………..…… 23 Figura 5. Chipset SonyEricsson GM47………………………………………………. 51 Figura 6. Estructura de la memoria ROM del Atmel AT89C51ED2………………. 54 Figura 7. Diagrama de bloques del LM3578A………………………………………. 55 Figura 8. Diagrama de flujo de Llamada Entrante………………………………….. 60 Figura 9. Diagrama de flujo de Llamada Saliente…………………………………... 62 Figura 10. Diagrama de flujo de Llamada de Datos……………………………….. 63 Figura 11. Diagrama de flujo de Programación de Señales de Tarificación…….. 65 Figura 12. Vista frontal del UFG-08…………………………………………………... 66 Figura 13. Vista posterior del UFG-08……………………………………………….. 67 Figura 14. Configuración del módem en Windows…………………………………. 70 Figura 15. Selección del módem de una lista……………………………………….. 71 Figura 16. Especificación del módem…………………………………………………71 Figura 17. Selección del puerto de comunicación………………………………….. 72 Figura 18. Puerto de conexión con el UFG-08……………………………………… 75 Figura 19. Configuración de los parámetros de conexión…………………………. 75 Figura 20. Ejemplo de llamada de datos con HSCSD/CSD………………………. 76 Tabla 1. Tonos de Avance de llamadas………………………………………….. … 40 Tabla 2. Distribución de pines en el microcontrolador……………………............. 49 Tabla 3. Pruebas de velocidad de conexión a Internet…………………………….. 74 Tabla 4. Análisis de Costos………………………………………………….…………80 Esquemático 1. Conversor DC-DC…………………………………………………… 31 Esquemático 2. Fuente de Poder…………………………………………………….. 33 Esquemático 3. Generador de Repique de 25 Hz………………………………….. 34 Esquemático 4. Circuito de Choque………………………………………………….. 36 Esquemático 5. Circuito de Control de Audio……………………………………….. 38 Esquemático 6. Generador de Tono de Discar………………………………………40 Esquemático 7. Detector de tonos DTMF…………………………………………….41 Esquemático 8. Módulo de Comunicación…………………………………….......... 43 Esquemático 9. Generador de tono de 16 KHz…………………………………….. 45 Esquemático 10. Circuito de Inversión de Polaridad……………………………….. 46 Esquemático 11. Generador de doble tono DTMF C………………………………. 47 Esquemático 12. Módulo del Microcontrolador……………………………………… 47 Esquemático 13. Módulo del módem GM47…………………………………..…….. 50 AFMS: Audio From Mobile Station (Audio desde la estación móvil) ASCII: American Standard Code for Information Interexchange (Código Estándar Americano para intercambio de información) AT: Attention (Atención) ATMS: Audio To Mobile Station (Audio hacia la estación móvil) Autoreset: Auto reinicio Backbone: Troncal Bit: Unidad lógica Bootloader: Prograna interno para reprogramación bps: Bits por segundo BSC: Base Station Controller (Controlador de Estación Base) BTS: Base Transceiver Station (Estación Radio Base) Bytes: Unidad lógica (8 bits) CAD: Computer Assited Design CANTV: Compañía Anónima Nacional Teléfonos de Venezuela CDMA: Code Division Multiple Access (Acceso Múltiple por división de códigos) Chip: Circuito Integrado Cluster: Grupo de celdas Codec: Codifificador-Decodificador CONNECT: “Conectado” CSD: Circuit Switched Data (Protocolo de Interconexión de datos por Conmutación de Circuitos) CUSD: Unstuctured Supplementary Service Data (Servicio de datos no estructurado) Data: Datos DC: Corriente Directa DCS 1800: Digital Cellular System 1800 MHz (Sistema digital de telefonía móvil automática 1800 MHz) Default: por defecto Dial Up: Conexión a través de un módem de discado DIP: Dual Inline Package DTMF: Dual Tone Multi Frequency DTR: Data Terminal Ready Dual band: Banda dual Duty cycle: Ciclo útil, de trabajo o de rendimiento Enhanced Channel Coding: Código de Canal Enriquecido EPROM: Eraseable Prommable ROM ETSI: European Telecommunications Standards Institute FDMA: Frecuency Division Multiple Access (Acceso Múltiple por división de frecuencias) FEC: Forward Error Correction (Corrección de errores “hacia delante”) FET: Transistor de efecto de campo FLASH Memory: Memoria tipo “Flash” FLIP: Flexible In-system Programming Full rate: “Tasa Completa” GGSN: Gateway GPRS Support Node GIWU: GSM Interworking Unit GM47: Modelo del módem GSM/GPRS de SonyEricsson GNA: Tierra analógica GND: Tierra Digital GPRS: General Packet Radio Service GPS: Global Position System GSM: Global System for Mobile Comunications Half rate: Media tasa Hardware: Parte física del prototipo HEX: Hexadecimal (formato propio de Intel) HSCSD: High Speed Circuit Switched Data Hyperterminal: Aplicación de manejo de puertos In-Circuit Programming: Programación “en sitio” Internet: “La Red” sistema mundial de redes de computadoras IP: Internet Protocol ISDN: Integrated Service Data Network ISP: Internet Service Provider Latches: Tipo de registro LED: Light Emitting diode (diodo emisor de luz) Main: Porción principal de un programa en C MMCX: Micro Miniature Coaxial MODEM: Modulador-Demodulador MS : Mobile Station (Estación Móvil) Non-Transparent Data: Datos No transparente OEM: Original Equipment Manufacturer On / Off: Encendido / Apagado On-line command: Comandos en línea On-line data: Datos en línea Open drain: Tipo de configuración de un transistor con drenador abierto Packet: Paquete PC: Personal computer (Computador Personal) PCMCIA: Personal Computer Memory Card International Association (Asociación de la industria de fabricantes de hardware para computadoras portátiles) PCS 1900: Estándar adoptado por Estados Unidos que explota la misma tecnología del GSM, pero sobre la banda de los 1900 MHz. PCU: Packet Control Unit PDP Context Activation: Activación de contexto PDP PDP: Packect Data Protocol (Protocolo de paquetes de datos) PIN: Terminal de un circuito integrado PPP: Protocolo Punto a Punto Protoboard: Tabla de prueba para los circuitos PSTN: Public Switched Telephone Network Pull Up: Aumento de voltaje de un “1” lógico RAM: Random Access Memory RDSI: Red Digital de Servicios Integrados Reset: Reiniciación RING: Mensaje de aviso de llamada entrante RJ-11: Conector de teléfono RLP: Radio Link Protocol ROM: Read Only memory RS-232: Estándar de comunicación serial RTB: Red Telefónica Básica Service area: Área de Servicio SGSN: Serving GPRS Support Node SIM Card: Tarjeta SIM SIM: Subscriber Identity Module SIMHolder: Sostenedor de tarjetas SIM Slot: Espacio de tiempo SMD: Surface Mount Device SMS: Short Messages Service Software: Programas de computación Standard Channel Coding: Código Estándar de Canal String: Cadena de caracteres Switch: Interruptor Switching: Conmutación TCP/IP: Transfer Control Protocol / Internet Protocol TDMA: Time Division Multiple Access (Acceso Múltiple por división de tiempo) TE: Terminal Equipment Threshold: Umbral Timer: Temporizador TIP y RING: Par trenzado de cables que constituyen la conexión entre el teléfono y la central telefónica TMT: Teléfono de mesa Telcel Transparent Data: Datos Transparentes Tristates: “Tres estados” TTL: Transistor Transistor Logic UART: Universal Asynchronous Receiver-Transmitter UFG: Unidad Fija GSM UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones Update: “Actualización” V.34: Norma de compresión y transmisión de datos. V.42 bis: Norma de corrección de errores y compresión de datos Vocoder: Codificador de Voz VOIP: Voice Over Internet Protocol (Voz sobre protocolo IP) Watchdog: “perro guardián” Windows: Sistema Operativo de Microsoft La telefonía fija en Venezuela ha tenido un desarrollo considerable en los últimos años en cuanto a la prestación de servicios y la instalación de líneas telefónicas, así como de la introducción de nuevos usuarios en la era de las comunicaciones. En aquellos sitios en donde la instalación de cableado telefónico ha sido económicamente no rentable, se ha optado por la introducción de aparatos telefónicos que puedan tener acceso a las redes telefónicas de forma inalámbrica. Con la aparición en el mercado venezolano de equipos como Telcel Fijo o CANTV Listo, los usuarios ahora tienen la posibilidad de comunicarse sin necesidad de tener cables telefónicos en su casa. Digitel TIM, compañía que se especializa en la prestación de servicios basados en tecnología GSM, brinda una solución de comunicación inalámbrica de voz a las zonas rurales cuyas poblaciones no exceden los 5000 habitantes y presentan acceso restringido a los medios de comunicación [1] . Pero el acceso a este servicio está muchas veces limitado a un teléfono móvil celular. Microtel Electrónica S.A. es una empresa especializada en la fabricación de equipos terminales en el área de telecomunicaciones, ha decidido incursionar en el campo del GSM, por lo que se propuso el desarrollo de una unidad inalámbrica fija de diseño propio para poder competir en ese mercado. Basados en este principio y con intención de presentar al mercado venezolano un producto distinto, la empresa ha propuesto el desarrollo del “UFG-08”, una unidad fija inalámbrica basada en tecnología GSM/GPRS donde el producto final no es un teléfono, sino más bien un intermediario entre éste y la red celular GSM. Este concepto tiene la ventaja de permitir que el equipo se conecte a un teléfono convencional, un punto de ventas, una central telefónica, etc. El conjunto de ideas propuestas se sintetizó con el diseño y montaje de un circuito funcional y operativo, contando en todo momento con la experiencia del departamento de ingeniería de la empresa, quien brindó su apoyo así como los equipos y programas necesarios para el diseño. Este capítulo otorga una introducción a las comunicaciones móviles y su enfoque a los productos de telefonía fija inalámbrica, así como también el planteamiento del tema, su justificación y la importancia del mismo. Se da una introducción de la empresa en donde se realizó el proyecto y presenta el panorama general del resto del libro. El capítulo 2 abarca los objetivos perseguidos con el proyecto propuesto. En este sentido, se detallan las especificaciones que debe tener el prototipo. En el siguiente capítulo se desarrolla un poco la teoría necesaria para la comprensión del funcionamiento de un teléfono estándar, la explicación histórica y teórica de la red GSM y su evolución a los servicios de transmisión de datos, finalizando con la descripción de la empresa Microtel Electrónica S.A., quien fue la que propuso el proyecto. El capítulo 4 habla de los métodos y procedimientos utilizados en la elaboración del proyecto, siguiendo con una breve descripción de las distintas fases que se llevaron a cabo para la obtención de la unidad UFG-08. Seguidamente, se pasa a la descripción detallada de la circuitería que se diseñó, separándola en módulos funcionales para su mayor entendimiento. Se presentarán los esquemáticos de cada módulo y una explicación de su funcionamiento. Al final del capítulo se presenta la descripción de los principales componentes. En el capítulo 6 se da una descripción de las distintas partes que componen el programa residente que controla todas las funciones de la unidad. El capítulo 7 presenta formalmente la unidad UFG-08, explicando en forma detallada todas las cualidades que posee y la forma correcta de utilizarla. A modo informativo, se presenta un capítulo con un pequeño análisis de los costos implicados en la elaboración del proyecto. Por último, el capítulo 9, encierra las conclusiones a las que se llegaron con la realización del proyecto, así como las recomendaciones más pertinentes para la mejora de la unidad a futuro. El objetivo principal era el de diseñar y construir una unidad fija de telefonía inalámbrica utilizando un radio módem con tecnología GSM, a la cual se le pudiese conectar un teléfono estándar. Entre las características básicas que debía poseer la unidad, destacan las siguientes: a. Polarización de un teléfono fijo estándar. La unidad proporciona el voltaje necesario (-48 V) para el funcionamiento de un teléfono estándar. b. Simulación de tono de invitación a marcar. Siendo el equipo una aplicación que funciona con la conexión de un teléfono estándar, dicho tono debe ser similar al generado por la red telefónica fija. c. Aceptación de discado por tonos DTMF. d. Envío de señales de tarificación. En este sentido, la unidad debe ser capaz de permitir la conexión de teléfonos tarifarios y de emitir, en el caso de las llamadas salientes, un aviso para que dichos teléfonos comiencen a cobrar las llamadas. Estas señales son: Tono de 16 kHz, Inversión de Polaridad y Doble tono DTMF “C”. e. Generación de señal de repique. La unidad debe ser capaz de hacer timbrar un teléfono estándar en el caso de llamadas entrantes. f. Transmisión de datos a través de la red celular. La unidad será capaz de comportarse como un módem externo de un computador de manera de poder realizar llamadas de datos hacia otro módem (CSD/HSCSD) o para conectarse a Internet (GPRS). g. Programación de la unidad a través de tonos DTMF. Una de las áreas tecnológicas que ha experimentado mayor desarrollo y que más ha contribuido a cambiar la forma de vida del hombre moderno es la telefonía celular. El ser humano por ser eminentemente social siempre ha tenido la necesidad de comunicarse. Como resultado de esta realidad, se han suscitado muchos avances tecnológicos como la escritura, el telégrafo, el teléfono, la radio, la televisión y más recientemente la informática, en la llamada era de la información, que los integra a todos. 3.1- El Teléfono El teléfono es un elemento indispensable en la vida moderna. Esta herramienta enlaza al mundo desde hace más de 100 años, convirtiéndose en uno de los principales canales de comunicación del ser humano, que permite acercar en tiempo y espacio a las diferentes personas sin importar las distancias [2]. Inicialmente los teléfonos eran analógicos. Estos teléfonos tienen las siguientes características: a. La corriente de línea sólo circula al descolgar. b. Las señales transmitidas desde el teléfono a la central y desde la central hasta el teléfono (tonos, dígitos, etc) son analógicas. c. Existe un solo canal de información utilizado para la voz. Posteriormente los teléfonos evolucionaron a lo que se llamó teléfono digital ISDN ó RSDI, cuyas características son: a. La corriente DC de línea circula siempre. b. Las señales transmitidas desde el teléfono a la central y desde la central al teléfono son digitales. c. Los tonos de avance de llamada se generan en el teléfono ya que por la línea se transmiten comandos. d. Existen tres canales de información: uno es utilizado para la voz y los otros dos para datos, incluyendo señalización y comandos. Es de hacer notar que estos teléfonos nunca fueron implementados en Venezuela como un teléfono de consumo masivo, pero sí en algunas empresas privadas. Pero el hombre siempre busca nuevas formas de comunicación y que ésta esté en movimiento. Es por eso que nace la telefonía inalámbrica. Las tecnologías inalámbricas han tenido mucho auge y desarrollo en estos últimos años. Una de las que ha tenido un gran desarrollo ha sido la telefonía celular. Desde sus inicios a finales de los 70 ha revolucionado enormemente las actividades que se realizan diariamente. Los teléfonos celulares se han convertido en una herramienta primordial para la gente común y de negocios; las hace sentir más seguras y las hace más productivas. Antes de la implementación del sistema celular como se conoce actualmente, existieron sistemas de comunicación móvil previos, los cuales intentaron cubrir la necesidad de la comunicación en movimiento. La radio celular corrige muchos de los problemas de los servicios de telefonía móvil de dos direcciones tradicionales y crea un ambiente totalmente nuevo para el servicio telefónico tradicional de líneas alámbricas. A pesar de que la telefonía celular fue concebida estrictamente para la voz, la tecnología celular de hoy es capaz de brindar otro tipo de servicios, como datos, audio y video con algunas limitaciones. Sin embargo, la telefonía inalámbrica está evolucionando hacia aplicaciones que requieren un mayor consumo de ancho de banda. En la actualidad existe una tendencia hacia la conversión de los teléfonos de Protocolo Internet, mejor conocidos como Teléfonos IP. La telefonía IP conjuga dos mundos históricamente separados: la transmisión de voz y la de datos. Se trata de transportar la voz, previamente convertida a datos, entre dos puntos distantes. Esto posibilitaría utilizar las redes de datos para efectuar las llamadas telefónicas, y yendo un poco más allá, desarrollar una única red que se encargue de cursar todo tipo de comunicación, ya sea vocal o de datos. Es evidente que el hecho de tener una red en vez de dos, es beneficioso para cualquier operador que ofrezca ambos servicios, véase como gastos inferiores de mantenimiento, personal calificado en una sola tecnología, etc. Muchas empresas están optando por la telefonía IP, ya que la fusión de la telefonía y la Tecnología de la Información proporcionan un amplio abanico de nuevos servicios para los clientes. Este sistema mejora los procesos, reduce los costes, optimiza el reparto de los recursos, y permite el despliegue de una infraestructura uniforme en toda la organización de una empresa. En nuestro país, uno de los primeros proyectos que se está desarrollando en este sentido, es la implementación de VOIP para los usuarios de Movilnet. Este proyecto nace de la necesidad de la compañía de telefonía celular, de traer minutos desde USA hasta Venezuela a un bajo costo, de manera de poder ofertar este servicio a sus usuarios y ser competitivos frente a las empresas del ramo. En su fase inicial, el proyecto está diseñado para terminar 10.000,00 minutos originados en USA por clientes Movilnet hasta Venezuela. Una vez que la plataforma este 100% operativa se podrá escalar y definir nuevos servicios, a manera de ofrecer una gran gama de soluciones, no solo a Movilnet, sino a las demás empresas de Telecomunicaciones las cuales son clientes potenciales para CANTV [3]. Cabe destacar que en la actualidad las operadoras de larga distancia en el país, utilizan VOIP para el transporte de sus llamadas en una red que solamente maneja paquetes de voz A continuación se presentan los tipos de discados que se utilizan al momento de la realización de una llamada. 3.1.1. Discado Decádico También conocido como discado por pulsos. Son generados por teléfonos de disco y por teléfonos electrónicos con selección “Pulsos”. Es un tipo de marcación que se remonta a los primeros años del aparato telefónico. Se basa en un disco giratorio que interrumpe el circuito eléctrico formando pulsos que son enviados a la central telefónica en forma de interrupciones de la corriente de línea. Cada cifra marcada en el teléfono produce una serie de tantos pulsos de acuerdo a la cifra. Para la cifra “0” se corresponden diez pulsos. 3.1.2. Discado DTMF El discado por tonos duales multifrecuenciales está formado por dos grupos de tonos: 4 Tonos Altos y 4 Tonos Bajos. Cada dígito está representado por la combinación de un tono alto con uno bajo, de acuerdo a la figura siguiente. Figura 1. Tabla de tonos recomendada por la UIT-T Nótese que en un teclado normal no existen las letras A, B, C y D. Éstas pretenden ser usadas en aplicaciones futuras. Estos tonos van hacia la Central Telefónica modulando a la corriente de DC en la línea. 3.2- GSM Originalmente, el acrónimo GSM provenía de Groupe Speciale Mobile que fue creado con el fin de desarrollar un estándar pan-europeo para las comunicaciones celulares. En la actualidad, GSM significa Global System for Mobile Communication, donde se ha querido utilizar el término global a causa de la adopción de este estándar en cada continente del planeta. 3.2.1. GSM: Introducción Técnica A diferencia de lo que sucede en la red telefónica fija, en la que el terminal de cada usuario está conectado a la red mediante un punto de acceso unívoco, en una red radio-móvil, el abonado puede desplazarse por cualquier punto de la misma. Por tanto, los datos relativos al abonado deben ser memorizados en una base de datos que se pueda consultar y actualizar desde cualquier punto de la red. La característica de un sistema radio-móvil puede resumirse en términos de enlaces entre los aparatos radio, los nodos radio-móviles, la base de datos y la red PSTN/ISDN, con el fin de identificar los terminales móviles, para estabilizar, controlar y terminar las conexiones y actualizar los datos de gestión. En todos los sistemas radio-móviles el factor que tiene mayor importancia es el espectro de frecuencia disponible (ancho de banda). De hecho, el número de frecuencias de radio asignado a estos servicios es limitado. Para aprovechar al máximo el ancho de la banda disponible, con el fin de servir a más usuarios a la vez en un mismo sector, el sistema se estructura subdividiendo el área de servicio (Service area) en zonas delimitadas llamadas celdas. Cada celda tiene una Estación Radio Base (BTS) que opera en un conjunto de canales radio, diferentes a los utilizados en las celdas adyacentes, para evitar interferencias. Este tipo de subdivisión permite la reutilización de las mismas frecuencias en celdas no adyacentes. La unión de las celdas, que en su conjunto utilizan todo el espectro radio disponible, se llama cluster. Generalmente se utilizan formas regulares de celdas y por tanto de clusters para cubrir un área de servicio. Teóricamente las celdas se pueden imaginar con forma hexagonal, aunque en realidad su forma es irregular a causa de la no homogénea propagación de la señal de radio, debido principalmente a la presencia de obstáculos. Reduciendo el diámetro de las celdas la capacidad del sistema aumenta, aunque el uso de esta elección supone la disminución de la distancia de reutilización de las frecuencias, es decir de la distancia entre dos celdas co-canal, que conlleva el aumento de la interferencia co-canal. La capacidad del sistema, amén del número de canales disponibles, está ligada a este tipo de interferencia y, por ello, el sistema GSM utiliza técnicas destinadas a minimizarlas. El estándar GSM utiliza la tecnología de acceso por división de frecuencia (FDMA) para canales de radio, combinada con la de acceso a división de tiempo (TDMA): 8 canales de voz (Full rate) o bien 16 (Half rate) "multiplexadas" en un único canal radio, junto a las informaciones de control de error, necesarias para disminuir la interferencia debida al ruido, y a las informaciones de sincronización y señalización [4]. 3.2.2. Introducción al servicio de transmisión de datos (GSM) Si bien en 1992 el servicio comercial GSM empezó exclusivamente con los servicios de voz, éste fue predispuesto desde el principio para responder a la creciente demanda de servicios de transmisión de datos, que permiten la integración de un PC portátil y de un teléfono GSM a través de una tarjeta PCMCIA o, en algunos casos, simplemente a través de un cable serial. Para enviar datos a través de una línea telefónica analógica terrestre PSTN (Public Switched Telephone Network), es necesario utilizar los dispositivos módem (modulator-demodulator), que convierten los datos en señales variables en el tiempo (modulación), capaces de atravesar la red telefónica como si se tratase de una conversación normal; por tanto, la señal variable es reconvertida por otro módem en una señal numérica (demodulación). Considerando que la red GSM es una red totalmente digital, no es necesaria la utilización del módem (que realiza una conversión analógico-digital), sino que se necesita sólo un adaptador especial que adapta el flujo de datos proveniente del PC, al flujo de datos utilizado en el enlace digital entre el teléfono y la red GSM. Si la llamada de datos es directa hacia un ordenador no conectado a la red GSM, es necesario reconvertir la señal digital en analógica en el último tramo de la conexión, entre la red GSM y el ordenador al que se ha llamado. Los adaptadores disponibles en el mercado son fundamentalmente de tres tipos: • PCMCIA • Serial • Serial integrado en el teléfono El tipo de adaptador más utilizado es el PCMCIA, ya sea por sus reducidas dimensiones como porque toma la energía requerida para su funcionamiento directamente del ordenador, sin necesidad de otras fuentes de alimentación externas, necesarias en el caso del adaptador serial. Recientemente se han presentado algunos terminales GSM, que tienen el adaptador integrado en el teléfono y que se conectan con el PC a través del puerto serie con un sencillo cable. En este caso la alimentación del adaptador es la propia batería del teléfono. Figura 2. Estructura de la transmisión de datos en GSM El flujo de datos recibido por la Estación Radio Base puede ser enviado, o bien a uno de los módem presentes en el interior de la propia estación (como indica la figura 2) para efectuar la conexión con otro módem a través de la red analógica conmutada (PSTN), o bien, después de haber sido readaptado, puede ser transmitido directamente en la red digital ISDN (Integrated Service Data Network), si el ordenador remoto está conectado a dicha red; en este último caso la conexión entre el PC conectado al teléfono GSM y el ordenador remoto sería completamente digital. También se tiene una conexión completamente digital en el caso en que incluso el ordenador remoto está conectado a la red GSM. La tarjeta PCMCIA se ve por parte de los usuarios como un módem; de hecho, está en grado de reconocer los principales comandos AT y de convertirlos en los comandos precisos GSM necesarios para instaurar la conexión de datos. Esto hace posible la utilización de todos los software de comunicación utilizados por la red conmutada. La red GSM y las otras redes digitales, que usan la misma tecnología, pero frecuencias distintas (DCS 1800 e PCS 1900), son superiores con respecto a los sistemas de tipo analógico en lo que respecta a la transmisión de datos, gracias a su habilidad para diferenciar las llamadas de datos, de fax y de voz. La activación del servicio de datos prevé que se asignen al usuario dos números telefónicos añadidos, uno destinado a las llamadas de datos y el otro a las llamadas de fax, a través de las cuales el sistema consigue discriminar el tipo de llamada que llega. La única restricción está determinada por la capacidad de la interfaz radio, que no permite con la codificación actual, superar la velocidad de 9,6 kbps, ya sea para la transmisión de datos como para la de fax, aunque la capacidad total es de 22,8 kbps; de hecho, el resto de la capacidad se usa para efectuar la corrección de los errores. Recientemente la codificación de canal ha sido mejorada, reduciendo la cantidad de datos necesarios para la corrección de los errores y permitiendo una velocidad de transmisión de hasta 14,4 kbps utilizando un único time slot (recuadro de emisión). La conexión de datos puede realizarse tanto en modo síncrono como asíncrono, transparente o bien no transparente. Los servicios de datos ofrecidos sobre GSM pueden tener doble naturaleza de transmisión: Transparent Data: La conexión queda establecida extremo a extremo y son las propias aplicaciones que funcionan en cada uno de ellos las que se ocupan de la transferencia, compresión y corrección de los errores que pudiesen existir. La única corrección de errores posible y que ofrece la propia red GSM en su interfaz radio es la corrección "hacia delante", denominada FEC, es decir, sin retransmisiones. La entidad que entra en juego en comunicaciones transparentes, por no existir nivel 2, es simplemente aquella que realiza conversión de los datos síncronos recibidos en el GSM Interworking Unit (GIWU) en datos asíncronos hacia la RTB/RDSI. En el caso de comunicaciones síncronas, simplemente realiza un nuevo entramado y adaptación a una nueva velocidad. Non-Transparent Data: En el modo síncrono no transparente la corrección de errores se realiza directamente en el enlace radio entre el teléfono móvil y la red GSM, por medio del Radio Link Protocol (RLP), que efectúa una retransmisión de datos en caso de errores eventuales. La conexión con el RLP es más eficiente y más fiable que la efectuada con los protocolos tradicionales, porque las dimensiones del paquete de datos transmitido (packet) son optimizadas en función de la señal de radio que, en general en el enlace entre un teléfono móvil y la estación base de radio están en continua variación. Esto significa que si hay errores en el paquete de datos recibido, es necesario retransmitir sólo un pequeño paquete en lugar de otro de grandes dimensiones, como ocurre normalmente con los protocolos usados en una conexión entre módems conectados a través de la red telefónica fija. Considerando que la corrección de los errores se realiza directamente desde la red GSM, el usuario no tiene que preocuparse por utilizar ningún protocolo de corrección de errores para negociar con el módem remoto, porque el RLP asegura que los datos que dejan en la red GSM, hacia otro módem o hacia la red ISDN, están absolutamente exentos de errores. En todo caso, no es posible negociar otro protocolo de corrección en tiempo real superpuesto al RLP; esto anula también la posibilidad de poder negociar la compresión de datos con el módem remoto, porque la compresión y la corrección de errores tienen que ser negociadas conjuntamente. Recientemente se ha introducido en el estándar GSM también la compresión de datos del tipo V.42 bis, que se realiza por separado en el canal radio de la red digital. Así es posible conectarse con cualquier otro módem sin preocuparse por el método de compresión admitido por el mismo; de hecho, la propia red se ocupará de verificar si el módem remoto tiene o no la compresión, adaptando el flujo de datos de forma que se pueda usar siempre la máxima velocidad posible. El actual servicio de datos del GSM está basado en la tecnología de conmutación de circuitos y la conexión al interfaz aéreo usa un único time slots (recuadro de emisión) que permite ofrecer al usuario una velocidad máxima de transferencia de datos de 9,6 kbit/s, ya sea para el servicio de datos como par el de fax, en modo transparente y no transparente. En la fase 2 del GSM el ETSI (European Telecommunications Standards Institute) ha estandarizado dos nuevos servicios de transmisión de datos para las redes GSM que permiten rendimientos más elevados: • High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) • General Packet Radio Service (GPRS) 3.2.3. High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) El HSCSD es una evolución del actual servicio de transmisión de datos por conmutación del circuito y permite obtener velocidades de transmisión superiores a los 9,6 kbit/s a través del uso de múltiples time slots para generar un canal de tráfico a velocidad alta. En particular el flujo de datos está dividido en múltiples sub-canales para ser recombinado después en las secciones receptoras, en las que son multiplexados más sub-canales en un único canal a 64 kbit/s (en el caso en que se usan los 8 time slots). La utilización de 3 time slots junto a la compresión V.42bis y a la codificación de canal a 14,4 kbps permitiría una velocidad máxima de 28,8 kbit/s, sin aumentar la complejidad de la MS, velocidad equivalente a la de un módem V.34 para red fija. Con este método la codificación del canal y la interpolación no se alteran y el servicio HSCSD puede usar la implementación existente del sistema GSM. Sin embargo, cuando se usan más de 3 time slots, la complejidad de la MS aumenta porque se haría necesaria la transmisión y la recepción de datos contemporánea por parte de la propia MS; de hecho, en el sistema GSM actual en el que se usa un sólo time slot, la recepción y la transmisión no ocurren de forma simultánea. El mismo concepto es aplicable también cuando se usan hasta 3 time slots, con la condición de que éstos sean adyacentes. 3.2.4. General Packet Radio Service (GPRS) GPRS, acrónimo de General Packet Radio Service, es considerado como la extensión del servicio GSM con mayor potencial para proporcionar el salto cualitativo de los datos sobre servicios móviles. GPRS supone integrar en el sistema GSM un nuevo concepto de red y con él una nueva arquitectura específicamente diseñada para facilitar el acceso a las redes de paquetes, mayoritariamente orientadas al protocolo IP. El concepto principal que gobierna el comportamiento de GPRS es su orientación a la comunicación de paquetes. La diferencia principal entre una comunicación orientada a circuitos y una orientada a paquetes es la utilización de los recursos de red; mientras en circuitos se ocupa el recurso durante toda la comunicación, en paquetes sólo se requiere cuando existe algo que transmitir o recibir. Si se piensa, por ejemplo, en un acceso a Internet, una conexión de paquetes únicamente usaría los recursos cuando el usuario estuviera bajando una página, no cuando la estuviera consultando. Esto posibilita una mejora en la eficacia de uso de los recursos y permite tarificar no por tiempo de conexión sino por volumen de datos intercambiado. GPRS está basado en la arquitectura GSM incorporando dos nuevos nodos, el SGSN (Serving GPRS Support Node) y el GGSN (Gateway GPRS Support Node), cuyas misiones son complementarias. A nivel general, el SGSN es el que se encargará de toda la gestión de la movilidad, y mantenimiento del enlace lógico entre móvil y red, mientras que el GGSN es el que proporciona acceso a las redes de datos actuales, sobre todo a las basadas en IP. La mejora de velocidad se produce mediante el concurso de unos nuevos esquemas de codificación de canal junto con la posibilidad de multislot para un único usuario. En teoría se podría llegar hasta los 144 kbit/s por usuario (hasta 4 veces más rápida que la ofrecida por la tecnología GSM), aunque por limitaciones de terminales, el grado de ocupación de la red y condiciones de radio se puede considerar un valor práctico entre 18 y 53 Kbps en sentido descendente (red-terminal) y entre 9 y 13 Kbps en sentido ascendente (terminal-red). A partir de la BSC es necesaria la introducción de una nueva red completamente orientada a paquetes. Se trata de una red con dos nuevos nodos, el SGSN y el GGSN, y con un backbone basado en IP. El concepto clave que guía la transmisión en este entorno es el tunneling que se basa en el encapsulado de los datos con introducción de cabeceras de direcciones de destino y origen, en la actualización de tablas de enrutamiento existentes (tanto en el SGSN y el GGSN) y en la asignación de una dirección IP al móvil. Todas estas acciones se realizan mediante un mecanismo iniciado por el móvil, el PDP Context Activation. En este proceso, el móvil envía hacia el SGSN la dirección del punto de salida a la red IP a la que quiere conectarse, el cual es capaz de encontrar con esta dirección la dirección del GGSN hacia el que debe enrutar el paquete. Otro parámetro que envía el móvil es su dirección IP, si la tiene asignada de forma fija, o bien requiere al GGSN que le asigne una forma dinámica (esta dirección puede ser pública o privada). Una vez realizado este proceso ya es posible la comunicación, según refleja la figura 3. GPRS Mobile DTE !"" # $ # Figura 3. Estructura de la transmisión de datos en GPRS En resumen, GPRS define un método óptimo de acceso a redes IP, permitiendo al sistema GSM proporcionar capacidad y velocidades de acceso a Internet e intranets, mejorando adicionalmente la eficacia de la red. El GPRS tiene la ventaja de incrementar la utilización de canales de radio GSM, repartiendo los recursos entre más Mobile Station (MS). Desde el punto de vista del usuario, la principal ventaja es la tarificación, que se basa en la cantidad de datos transmitidos y no en el tiempo de conexión. Así se pueden tener conexiones abiertas por periodos largos de tiempo, aunque en efecto sean utilizadas más que por un pequeño porcentaje del tiempo total de conexión. 3.3- Microtel Electrónica S.A. Microtel Electrónica fue fundada el 25 de Julio de 1977, con capital totalmente Venezolano, el propósito de la empresa fue desde su comienzo el diseño y fabricación de equipos electrónicos en el área de telecomunicaciones, basados en un desarrollo tecnológico propio. Hasta el momento se ha cumplido fielmente este propósito, hasta tal punto que puede considerarse como la empresa líder en productos electrónicos de telecomunicaciones diseñados y fabricados en el país. Como una referencia, a continuación listamos los proyectos y productos más importantes realizados por Microtel en el pasado, lo cual es un testimonio de su capacidad de ingeniería y fabricación: - Sistema de identificación de abonado A para centrales decádicas y de control común. 360.000 líneas realizado para CANTV 1988 –1991. - MICRO 120: Central telefónica Privada digital de 120 puertos. 45.000 líneas instaladas en más de 1.000 equipos. - MICRO 1000: Central telefónica privada Digital (PABX) de 1.000 puertos. 35,000 líneas instaladas en más de 100 sistemas. - MICRO 2000-R: Central telefónica Pública, para uso rural y urbano con capacidad hasta 2.000 abonados. 11.000 líneas instaladas en 41 sistemas, 28 en Venezuela, 13 en Colombia. - Control electrónico para ascensores. FANAS 1985 – 1995. Cerca de 5.000 controles fabricados en instalados. - Diseño de correlacionadores para telefonía celular. Proyecto realizado para Bell South International, Atlanta, GA 1990 –1992. - Otros productos: Trasladores para abonados remotos, trasladores para interconexión de centrales públicas, Circuitos impresos profesionales, circuitos impresos de consumo. El proyecto de fabricación y diseño más grande que ha realizado Microtel fue para CANTV, en la automatización del discado directo internacional para 250.000 suscriptores, proyecto que duro 10 años y significo para la empresa el impulso más grande de desarrollo y crecimiento que ha tenido. En la actualidad Microtel se ha especializado en equipos terminales de telefonía convencional y celular, teléfonos públicos, teléfonos tarificadores, unidades celulares fijas y otros productos relacionados. Con el propósito de penetrar el mercado de la telefonía celular fija, se fabrican y comercializan para Venezuela y el exterior, los siguientes modelos: a. TMT-01, TMT-02: Teléfono digital fijo CDMA en la banda de los 800 MHz. b. TMT-03: Teléfono digital fijo TDMA en la banda de los 800 MHz. c. TMT-06: Teléfono analógico de bajo costo de tecnología AMPS o NAMPS en la banda de los 800 MHz. Las oficinas administrativas y los laboratorios de Ingeniería y Desarrollo se encuentran ubicados en Caracas, en un área de aproximadamente 600 m2. La Empresa posee los instrumentos de medición y equipos de laboratorio necesarios para realizar el desarrollo de los equipos que produce. Cuenta con avanzados sistemas de desarrollo para microprocesadores y sistemas CAD para el diseño de circuitos impresos. La idea más arraigada en la empresa es la de diseñar la mayor cantidad de partes, piezas y/o equipos que se comercializan, con la intención de mantener independencia tecnológica de otras compañías. Se hace un esfuerzo muy importante en la actualización de los conocimientos y en la adquisición de herramientas y componentes de última generación. La planta de fabricación se encuentra en Santa Teresa del Tuy, la cual cuenta con un área superior a los 4.000 metros cuadrados de construcción con los equipos y maquinarias necesarios para la fabricación de sus productos. Se cuenta con una importante infraestructura de producción, donde se destaca una línea automática de montaje superficial (SMD) para componentes miniatura así como varias líneas de ensamblaje manual convencional. De igual manera, tiene toda la maquinaria para la producción de circuitos impresos que utiliza básicamente para su propio consumo. En la fabricación de sus productos, se aplican los sistemas de prueba y control de calidad más estrictos para asegurar la impecable calidad que caracteriza a los productos Microtel. Como apoyo a sus clientes, Microtel ofrece un amplio inventario de partes y repuestos para garantizar una larga operatividad de sus productos, permitiendo hacer actualizaciones o ampliaciones cuando sea requerido. ! En este capítulo se describirá de manera general los principales métodos y procedimientos seguidos a lo largo de la realización del proyecto, como también se mencionarán las herramientas y equipos empleados durante la elaboración del mismo. 4.1 – Métodos y Procedimientos A modo de desarrollar el proyecto de una forma ordenada y estructurada se procedió a definir los lineamientos del hardware, para lo cual se estructuraron en diagramas de bloques, de manera general, cada uno de los módulos que conformarían nuestro diseño, para así desarrollarlos de forma individual y trabajar luego en su integración final. El diseño de la unidad está basado en los siguientes lineamientos: a) Modularidad: Definición y división de la circuitería y programas en bloques que cumplen una función específica. b) Confiabilidad: El sistema debe responder adecuadamente a un amplio rango de condiciones de trabajo tanto externas como internas. c) Tecnología moderna: Se deben utilizar dispositivos estándar y de avanzada tecnología que garanticen una fácil disponibilidad y costos relativamente bajos. d) Capacidad de Expansión: Facilidad de soportar futuras expansiones. e) Optimización: Se debe elaborar en lo posible la mejor relación entre el número de componentes y el espacio disponible. En la figura 4, se observa la interacción de todos los bloques que componen la unidad. 12V ! " Leyenda: Alimentación Control Datos Audio Figura 4. Diagrama de bloques general del UFG-08 Basados en este diagrama de bloques, tenemos: El módulo de alimentación, que sería el que se encarga de proporcionar el voltaje necesario para el correcto funcionamiento de la unidad: -48 V para la polarización de un teléfono estándar; -180 V para la señal de repique que va hacia el teléfono; 5 V para todos los circuitos TTL; 3,8 V para la alimentación del radio-módem GM47. El generador de repique, que es la parte del circuito cuya función es generar la onda necesaria para hacer repicar un teléfono estándar. Para la polarización del aparato telefónico, así como también para detectar el colgado/descolgado del mismo, se pensó en un circuito que detectara la ocurrencia, por hardware, de dichos eventos. Este circuito sirve además para proteger al teléfono de picos de corriente al momento de generar el repique. A este circuito se le denomina “Circuito de Choque”. El módulo de Audio está conformado por aquellos circuitos que interactúan con las señales de voz y audio, producidas o emitidas antes, durante y al culminar una llamada. Para las diferentes aplicaciones que tendría el equipo es necesario que exista comunicación serial entre los componentes principales que integran la unidad. En este sentido, se pensó en una lógica que separara la comunicación entre dichos dispositivos y evitase así posibles conflictos. El módulo que se encarga de esto, es el que se conoce con el nombre “Módulo de Comunicaciones”. El módulo de tarificación estará constituido por los circuitos que se implementaron para mandar las señales de tarificación. Su utilidad es el cobro o tarificación en el caso de una llamada saliente, cuando un teléfono público o semi-público sea conectado a la unidad. El microcontrolador es donde reside el programa base de la unidad. Es quien controla todos los procesos que envuelven el funcionamiento óptimo del equipo. El lenguaje de programación utilizado fue Lenguaje C, ya que es un lenguaje de más alto nivel que Assembler y es más fácil de estructurar. La empresa sugirió la utilización del microcontrolador Winbond modelo W78E516B, debido a sus características de programación en el circuito (in-circuit programming), fácil manejo y sobre escritura de forma sencilla (serial) lo cual es conveniente al momento de hacer pruebas. El módem GM47 es la parte fundamental del proyecto, es el que hace posible la realización de llamadas tanto de voz como de datos. Este módulo es quien se encarga de comunicarse e interactuar con la red celular. Una vez definidos y funcionando los bloques que conforman el hardware, se procedió con el diseño de los esquemáticos y las artes del circuito impreso, teniendo en cuenta que por lo general esta etapa es de larga duración. Para esto, se utilizó la herramienta de diseño Ranger2 XL, elaborando primero el esquemático de los diferentes circuitos para luego pasar al desarrollo del circuito impreso. Al haber finalizado el diseño, se procede a la impresión de dicho esquemático para revisar y corregir posibles errores. Corregidos los errores y teniendo listo el arte del circuito impreso, se enviaron los archivos “Gerber” a la empresa Sierra Proto Express en California, EEUU, la cual se especializa en la realización de prototipos. Cuando se recibieron los circuitos impresos se procedió de manera inmediata al ensamblaje de la tarjeta, la cual posee componentes DIP y SMD. Una vez montados los componentes, se realizaron todas las pruebas concernientes al hardware con las modificaciones pertinentes. En el desarrollo del software de la unidad se realizaron diagramas de bloques generales de lo que serían las distintas funciones a realizar por el microcontrolador. Ya definidos estos diagramas de bloques, se procedió a la escritura del código para compilarlo y realizar las distintas pruebas en el protoboard. Se realizaron las rutinas básicas para comunicación efectiva entre el microcontrolador y el módem, a una velocidad de 9.600 bps. De igual forma se logró generar con el microcontrolador las ondas cuadradas de 425 Hz (necesaria para el tono de invitación a marcar) y la onda de 16 KHz (usada para tarificación). Para permitirle al usuario de la unidad la facilidad de escoger de manera más sencilla la señal de tarificación a usar, se propuso que las señales pudiesen ser programadas a través del teléfono conectado a la unidad. Esto nos llevo a trabajar con la memoria Flash del microcontrolador, para que la información acerca del tipo de tarificación no se perdiera al apagar la unidad. Se siguieron los pasos necesarios para grabar en la memoria Flash del microcontrolador, pero se encontraron inconvenientes al momento de escribir o leer, dada la disposición de la memoria del mismo, que implicaban un cambio significativo en la tarjeta (Hardware). Esto llevó a la migración a un microcontrolador que permitiese una escritura y lectura más sencilla de su memoria Flash. La elección fue el ATMEL modelo AT89C51ED2, el cual permite hasta 63 Kbytes de Flash ROM, permite también la programación ISP y es intercambiable pin a pin. Se trabajó en la realización de una rutina en el microcontrolador que permitiera leer, escribir y borrar dinámicamente byte a byte en la memoria Flash del mismo. Una característica esencial de la unidad UFG-08 es la de poder realizar llamadas de datos a través de un computador, como son la conexión a Internet por medio de la red GPRS y la transmisión de datos por conmutación de circuitos (CSD/HSCSD). Se realizaron las pruebas pertinentes a la conexión a Internet a través del PC utilizando el módem GM47 como módem externo a través del puerto serial, logrando una velocidad de conexión de aproximadamente 36 Kbps. En este sentido la comunicación serial entre el módem y la PC es realizada a una velocidad de 115.200 bps debido a que con ésta se obtiene una mayor velocidad de conexión. Las pruebas de conexión de datos utilizando CSD/HSCSD fueron las siguientes en ser realizadas. Se llamó a un número de telefonía básica conectado a un módem, el cual a su vez estaba conectado a un computador, y a un número de telefonía celular, donde el terminal se había configurado como módem y se había conectado también a un computador. En ambas pruebas se logró una conexión efectiva a una velocidad de 9.600 bps. El protocolo de comunicación era completamente transparente para el usuario. A partir de este momento se trabajó en la afinación del programa ya existente. En cuanto a la tarjeta, se trabajó en la eliminación de los ruidos existentes en la parte de audio. Igualmente, se trabajó en el diseño en AutoCAD de las tapas de la caja final tomando en cuenta los componentes y conectores que tendría en la parte exterior. Este diseño se envió a la planta en Santa Teresa. Al llegar las tapas, se procedió al ensamblaje final de la unidad y a una prueba completa del funcionamiento de la misma para verificar cualquier posible falla. Una vez que se probó el correcto funcionamiento de la unidad, se diseñó una segunda versión del circuito impreso de la misma, que incluía las mejoras y correcciones realizadas a lo largo de la ejecución del proyecto. Los archivos “Gerber” de dicha versión fueron enviados a EEUU para la realización del nuevo circuito impreso. A partir de ese momento, se procedió a la escritura del libro de pasantía. Cabe destacar que dadas las limitaciones de tiempo presentes al momento en que llegó la nueva tarjeta, no dio tiempo de hacer las pruebas pertinentes para esta versión del libro. 4.2 – Equipos y Herramientas utilizadas Entre los principales equipos y herramientas de trabajo utilizados durante el desarrollo del proyecto, se destacan los siguientes: a – Osciloscopio: Fue uno de los instrumentos más utilizados, sobretodo en la verificación y medición de las distintas señales generadas por el prototipo. b – Generador de Señales: Necesario para probar cada una de los circuitos que conforman la unidad. c – Protoboard: Utilizado para el montaje de los distintos circuitos con el objeto de realizar pruebas con mayor facilidad y definir los distintos componentes a utilizar. d – Fuente de Poder: Necesario para la alimentación de los circuitos durante las pruebas en el protoboard. e – Digit Grabber: Instrumento que sirve como detector de tonos DTMF. Utilizado para hacer pruebas del paso de los tonos DTMF a través de los canales de audio del módulo GM47. f – Sofómetro HP: Equipo capaz de generar señales con parámetros establecidos como frecuencia y amplitud, además de poder medir la potencia entregada, asimismo es capaz de medir los mismos parámetros de una señal entrante al instrumento, de manera que se pueda conocer la atenuación o distorsión causada por algún componente determinado. g – Keil µVision 2: Es un compilador en lenguaje C para los microcontroladores de la familia 8051 de Intel, el cual permite generar el código en lenguaje C para luego compilarlo y transformarlo en archivos .HEX que son los que acepta el microcontrolador. En este programa se pueden generar partes del programa en lenguaje ensamblador que sirven para generar rutinas de bajo nivel concernientes a la programación byte a byte de la memoria flash ROM del microcontrolador. h – FLIP 2.2.4: Es un programa especialmente diseñado para escribir los archivos .HEX generados por el compilador en los microcontroladores 8051 por transmisión serial. Es necesario para esto que el microcontrolador tenga un Bootloader que permita la carga del programa sin necesidad de desconectarlo del circuito en el que se encuentra. i – Ranger2 XL: Es una herramienta CAD especialmente diseñada para la elaboración de los esquemas eléctricos y las artes de los circuitos impresos, la cual es muy usada por la empresa. j – AutoCAD 2004: Herramienta CAD diseñada para la elaboración de productos. Está fue utilizada para el diseño de la tapas de la carcaza del UFG–08. k – Tarjeta de prueba modelo N-2487A: Esta es una tarjeta diseñada por la empresa para la utilización del módem GM47 en teléfonos tarifarios. Fue utilizada tanto para la familiarización con el módem GM47 como para el desarrollo del proyecto. " # Basados en el Diagrama de Bloques general del UFG-08 presentado en el capítulo anterior (Figura 4), se describen detalladamente los distintos circuitos que componen la unidad. 5.1 – Módulo de alimentación La unidad cuenta con una alimentación externa de 12 Vdc con una capacidad máxima de 0,8 Amps. Esta entrada es la que alimenta tanto al conversor DC-DC como a la fuente de poder, los cuales se encargan de la polarización tanto de un teléfono estándar como del resto de los circuitos que componen el equipo. A continuación se explica de manera detallada los bloques que componen el UFG08. 5.1.1. Conversor DC-DC Este circuito es el encargado de polarizar un teléfono estándar (- 48 V) y a su vez proporciona el voltaje requerido por el generador de repique (~180 V) para su funcionamiento. En el siguiente esquemático se muestra el circuito a explicar: Esquemático 1. Conversor DC-DC Inicialmente se tiene una etapa de protección contra cortocircuito, contra sobre tensión de alimentación y contra sobre corriente para la fuente en caso de que la carga trate de absorber más corriente de la debida. Está conformado por Q11 y Q12. El LMC555 se utiliza como generador de onda cuadrada asimétrico de 0 V a 12 V. Esta configuración está hecha de manera tal que cuando el circuito integrado empiece a oscilar, corta y satura el FET (Q10), el cual maneja al transformador TR3. En el ciclo de saturación del FET se aplica tensión al primario del transformador, el cual tiene una inductancia específica (la misma está definida por el número de vueltas del primario y el entre-hierro de los núcleos), debido a esta inductancia se almacena energía en el primario del transformador. En las transiciones de corte y saturación del FET, la energía almacenada en el primario se transfiere al secundario cargando a los condensadores C28 y C29, debido a la conducción de los diodos D4 y D5, respectivamente. En el siguiente ciclo de saturación del FET (ciclo de ON), los diodos D4 y D5 se polarizan inversamente, pero los condensadores C28 y C29 mantienen su voltaje hasta el próximo ciclo de carga. El capacitor C11 se utiliza para desacople del LMC555 con el resto del circuito. El capacitor C26 sirve para minimizar el pico que se genera en la conmutación del FET. El optoacoplador U14 que se encuentra conectado a la salida de -48 V es utilizado para compensar el voltaje de Threshold del LMC555 haciendo que la potencia a la salida se mantenga, ajustando el duty cycle de la onda generada. 5.1.2. Fuente de poder Esta consiste en una fuente conmutada (fuente switching). Los componentes fueron escogidos de forma tal que la frecuencia de operación está fuera del rango audible y el voltaje de salida fuera de 3,6 V para la alimentación del módulo GM47. Este voltaje es el voltaje típico de alimentación, pudiendo variar entre 3,4 V y 4 V. A continuación se muestra el esquemático del circuito. Esquemático 2. Fuente de Poder El LM3578 opera en modo de conducción continua, esto es, sin dejar que la corriente del inductor se vaya a cero. Este modo de operación tiene una mayor eficiencia que la forma discontinua. El transistor interno convierte el voltaje DC en una onda cuadrada. Esta onda es convertida nuevamente en un voltaje DC gracias a la presencia del filtro pasabajo conformado por L2 y C43. Los condensadores C41 y C42 son utilizados para ajuste de la frecuencia del oscilador. La resistencia R79 sirve para ajustar el voltaje a la salida. La señal proveniente del microcontrolador (P04) se encarga de prender o apagar la fuente. Cuando P04 está en “1”, Q14 se satura y esto apaga la fuente. En el caso contrario, cuando P04 está en “0”, la fuente está activa. En esta etapa también se cuenta con el integrado LM2931 el cual es un regulador con voltaje de salida de 5 V que se encarga de alimentar el resto de los circuitos TTL. Los capacitares C13 y C15 son colocados para mantener estabilidad. 5.2 – Generador de Repique de 25 Hz Este es el circuito que se encarga, como su nombre lo dice, de generar la onda necesaria para hacer repicar un teléfono estándar. Seguidamente se muestra el esquemático del circuito. Esquemático 3. Generador de Repique de 25 Hz El generador de repique está conformado principalmente por dos contadores: un CD4060 y un 74LS290 encargados de generar una onda cuadrada simétrica de 25 Hz. U1 se encarga de dividir la frecuencia de XT3 (4,096 MHz) entre 214 lo que es igual a 250 Hz en el pin 3. Esa frecuencia entra en U3 y éste la divide entre 10, obteniendo así la frecuencia deseada. La onda de 25 Hz es pasada por Q6 y Q7. En el caso de Q6, esta onda hace que este transistor conmute obteniendo en el colector una onda cuadrada de 25 Hz con voltajes entre 0 V y -180 V, dicha señal es la que se manda al teléfono para hacerlo repicar. Con Q7 lo que se hace es negar la señal y mandarla al Circuito de Choque como señal de sincronía (SINCR), cuya función se explicará más adelante. El puerto P02 del microcontrolador sirve para controlar la generación del repique. Cuando P02 está en “0”, se habilita el contador U3 lo que permite la salida de la onda de 25 Hz. En caso contrario, cuando P02 es “1”, este circuito se encuentra inactivo. Cabe destacar que según las especificaciones técnicas del ITU para la señal de repique, la onda no debería ser cuadrada sino más bien sinusoidal de 75 VRMS [6] . La manera más sencilla de generar una onda sinusoidal es colocar a la salida de los contadores (luego de pasar por un filtro) un transformador, pero dado que el área de un transformador es inversamente proporcional a la frecuencia, para una onda de 25 Hz éste resultaba de proporciones mayores a los requerimientos impuestos por la empresa, gracias a esto y debido a que nuestro diseño es una aplicación particular, se optó por la utilización de un transistor (Q6) en forma de switching. 5.3 – Circuito de Choque Este circuito es utilizado para la polarización del aparato telefónico, para detectar el colgado/descolgado del mismo y protegerlo de picos de corriente al momento de generar el repique. En el esquemático 4 se puede observar todo lo referente a este circuito. Esquemático 4. Circuito de Choque Está conformado por dos choques electrónicos complementarios (transistores Q2 y Q3), los cuales presentan alta impedancia a las frecuencias de voz (aproximadamente 20 KΩ) y aproximadamente 600 Ω cada uno para una corriente DC máxima de 35 mA. La etapa conformada por DZ1 y Q1 con sus respectivas resistencias, actúan como limitador de corriente en caso de que LA sea puesta a cero voltios. D1 y R9 cargan a - 48 V a C4, quien sirve como camino de retorno del voltaje de repique y evita la detección de un falso descolgado. El puente de diodos D3 y la resistencias R3 y R6 actúan como protección del circuito contra altas tensiones aplicadas a los hilos LA y/o LB. El Circuito de Choque posee dos relés: el primero RL4, se utiliza para la inversión de polaridad, señal de tarificación de la cual se hablará más adelante; el segundo, RL1 es para introducir la señal de repique (VREP) a los hilos LA y LB del teléfono. Para hacer repicar un teléfono, se utiliza el siguiente procedimiento: normalmente T0 está en 0 V, por lo que la salida Q de U4 (integrado con dos flip-flops tipo D en su interior) vale 0 V. Cuando se desea que el aparato repique, se activa T0 (señal proveniente del microcontrolador con la cadencia del repique). Esto permite que cada vez que llegue un pulso de la señal de sincronía (SINCR), la señal de la entrada D de U4 pase a la salida Q activando el relé de repique (RL1), por lo que la señal de repique es inyectada a través de LB. Para evitar que en el auricular del teléfono se escuche el repique, en el caso que se descuelgue mientras el teléfono está sonando, se utiliza el transistor Q5 (en conjunto con R23, R24, R25, R27, R28 y C10). Este actúa de la siguiente forma: mientras el teléfono no se descuelgue Q5 está cortado lo que implica 5 V en el pin 13 de U4, cuando se descuelga aparece un voltaje menos negativo en su base, por lo que Q5 se satura y aparece un voltaje de aproximadamente 0 V en el pin 13 de U4 (señal que a su vez es recibida por el microcontrolador a través de P33). Cuando llegue un pulso de “SINCR” es desconectado el repique y así se asegura que no quedará repicando la extensión mientras el teléfono este descolgado. 5.4 – Módulo de Audio El módulo de Audio está conformado por aquellos circuitos que interactúan con las señales de voz y audio, producidas o emitidas antes, durante y al culminar una llamada. Este módulo esta compuesto por los circuitos que se explicarán a continuación: 5.4.1. Circuito de Control de Audio Este circuito es el encargado de separar las señales de voz según sean de transmisión o recepción, ya que el módem GM47 entiende y procesa dichas señales de manera separada. El esquemático correspondiente a dicho circuito es mostrado a continuación: Esquemático 5. Circuito de Control de Audio Las señales de voz se acoplan al circuito híbrido a través de los condensadores C1 y C2, los cuales bloquean la componente DC de LA” y LB”. Los dos transformadores híbridos (TR1 y TR2) junto con el resto del circuito conforman una red de balance cuyo funcionamiento es el siguiente: la potencia transmitida por la unidad entra por el primario de TR1 y de allí es repartida entre la red de balanceo y las líneas LA” y LB” en partes iguales (esta condición se cumple debido a que la impedancia de la red de balanceo es igual a la impedancia de las líneas LA” y LB”) de manera de que no pase nada hacia las vías de recepción de la unidad. De forma similar si las impedancias de la parte de transmisión y la parte de recepción de la unidad son iguales, la potencia recibida por los transformadores híbridos desde las líneas es divida en dos, una mitad pasa a la parte de transmisión y la otra hacia lo que es recepción de la unidad que es lo que se busca, ya que la parte de potencia que se va hacia transmisión es disipada por la impedancia de salida del amplificador (U2), lo que impide el paso de señal hacia esta parte del circuito. Las señales que se transmiten al teléfono son: - DISCAR: Esta es la señal o tono de invitación a marcar. - AFMS (Audio From Mobile Station): Audio proveniente del módulo GM47. - SIG CC: Señal de tarificación, correspondiente al envío de dos tonos DTMF “C”. - 16KHZ: Señal de tarificación, correspondiente al envío de un tono de 16KHz. Estás señales pasan por un sumador (U2) y luego son enviadas al circuito de acople híbrido. Las señales que se reciben del teléfono son: - ATMS (Audio To Mobile Station): Audio hacia el modulo GM47. - TODTMF: Señal que va hacia el Detector de Tonos DTMF, correspondientes a los tonos DTMF marcados a través del teléfono. La parte del circuito conformado por U2, R69, R73 y C31 se utiliza para obtener un voltaje de referencia de 2,5 V, necesario para que toda señal que llegue al circuito híbrido no llegue referenciada a tierra y así no perder parte de las señales de audio. La parte del circuito que se encarga de que LA” y LB” no estén referenciadas a la tierra del circuito y el audio esté en forma diferencial hacia el teléfono es la red de balanceo conformada por los transformadores híbridos. 5.4.2. Generador de Tono de Discar Este circuito sirve para simular el tono de invitación a marcar. A este circuito entra una onda cuadrada de 425 Hz generada por el microcontrolador a través del puerto P00. Esta onda es suavizada por el filtro pasabanda y amplificada por U6. En el esquemático 6, se puede observar todo lo referente a este circuito. Esquemático 6. Generador de Tono de Discar Cabe destacar que este circuito también es utilizado para generar el “tono de ocupado”, además que sirve para emitir el tono aceptación al momento de programar la unidad a través de tonos DTMF, de este último se hablará más adelante. Las características de los distintos tonos se pueden ver en la siguiente tabla: Tono Frecuencia (Hz) Interrupción Tono de Invitación a Marcar 425 Continuo Tono de Ocupado 425 Tono de Aceptación 425 0,5 seg de Emisión 0,5 seg de Silencio 0,3 seg de Emisión 0,3 seg de Silencio Tabla 1. Tonos de Avance de llamadas 5.4.3. Detector de Tonos DTMF Este circuito, como su nombre lo dice, es el que se encarga de la detección de los tonos DTMF que entran por el canal de audio al momento de la marcación de un número a través del teléfono. El esquemático 7 presentado a continuación muestra el detector. Esquemático 7. Detector de tonos DTMF A través de T1, el integrado M-8870 (U8) avisa al microcontrolador la detección de un número, quién por su parte habilita por medio de P03 las salidas de Q1 a Q4 que muestran en binario el último tono DTMF recibido. 5.5 – Módulo de Comunicación Para las diferentes aplicaciones que tiene el equipo es necesario que exista comunicación serial entre los componentes principales que integran la unidad. En este sentido, se diseñó una lógica que separara la comunicación entre dichos dispositivos y evitase así posibles conflictos. Existen dos tipos de comunicación: (a) Comunicación Módem – Microcontrolador Es el tipo de comunicación que existe cuando el usuario desea realizar una llamada de voz. Ésta se da entre el módem y el microcontrolador y es la que se encuentra por default en la unidad al encenderla. Cuando se está efectuando una llamada, el número al que se está llamando es primero almacenado en el microcontrolador y luego es enviado al módem (con el comando AT correspondiente para realizar la llamada de voz). La velocidad de comunicación entre ellos se decidió que fuese una velocidad de 115.200 bps. (b) Comunicación Módem – PC Esta comunicación se da cuando la persona desea efectuar una llamada de datos o comunicarse directamente con el módem, a través de la PC, enviándole comandos AT sin pasar por el microcontrolador. Este tipo de comunicación es serial con protocolo RS232. Cuando el usuario desea comunicarse directamente con el módem, éste debe hacer uso de aplicaciones tipo hyperterminal, esto le permite reprogramar el equipo y configurarlo según sean sus necesidades. Por ejemplo, para cambiarle la velocidad de comunicación a una diferente de 115.200 bps. Si lo que requiere hacer es una llamada de datos, la persona podrá conectarse a Internet a través de GPRS o realizar transmisión de datos por conmutación del circuito (CSD/HSCSD). Para la lógica que separa estos dos tipos de comunicación se utilizaron interruptores de tres estados conectados de la forma en que se muestra en el esquemático 8. Esquemático 8. Módulo de Comunicación Esta lógica fue controlada por la señal DTR (Data Terminal Ready), línea de control correspondiente al estándar RS-232, que es una señal que sale de la computadora y se activa cuando se abre el puerto serial de la misma. Cuando DTR = 1 significa que el puerto serial está cerrado, y los dos “tristates” que habilitan la comunicación entre el módem y el microcontrolador están Alta Impedancia, lo que deshabilita esta comunicación. Análogamente ocurre en sentido inverso, cuando DTR = 0, el puerto serial está abierto y los “tristates” que habilitan la comunicación módem – PC están cerrados, es decir, permiten el paso de las señales entre el módem y la PC. Para que los niveles de voltajes (+12, -12) correspondientes al estándar RS-232 no afecten el circuito, se utilizaron dos MAX233 para la transformación de los mismos a niveles TTL (0 V, 5 V). 5.6 – Módulo de Tarificación En este módulo se encuentran los circuitos que se implementaron para mandar las señales de tarificación. Su utilidad es el cobro o tarificación en el caso de una llamada saliente, cuando un teléfono público o semi-público sea conectado a la unidad. El usuario podrá elegir entre 3 tipos de señales de tarificación, según sea su necesidad. La manera de seleccionar el tipo de señal a mandar, es por medio de programación a través de tonos DTMF discados desde el teléfono. A continuación, son explicados los 3 tipos de circuitos destinados a tal fin. 5.6.1. Generador de Tono de 16 KHz A este circuito entra una onda cuadrada de 16 KHz generada por el microcontrolador a través del puerto P01. Esta onda es suavizada por el filtro pasa banda realizado con U15. En el esquemático 9 se puede observar todo lo referente a este circuito. Esquemático 9. Generador de tono de 16 KHz El tono de 16 KHz es utilizado para la tasación de teléfonos monederos de marcación interurbana directa para cobranza. “El momento de inicio de la facturación será determinado por el pulso de 16 KHz enviado desde la Central Local.”[7] Las características que debe cumplir esta señal son las siguientes: a. Frecuencia: 16 KHz ± 3 % b. Tensión: 50mVRMS a 2,4 VRMS c. Duración de la señal de cobro: 150 ± 3 ms d. Distorsión armónica: < 5 % 5.6.2. Circuito de Inversión de Polaridad Este es un circuito sencillo conformado básicamente por un relé (RL4). Su función es invertir las líneas de TIP y RING del teléfono. Este relé se cierra cuando un “1” es enviado a través de P06. Este relé se encuentra en el Circuito de Choque y se muestra a continuación. Esquemático 10. Circuito de Inversión de Polaridad 5.6.3. Generador de Tono DTMF CC Este circuito envía dos “C” en tonos DTMF cuando es habilitado por el microcontrolador a través del puerto P07. En el esquemático 11 se puede observar todo lo referente a este circuito. Esquemático 11. Generador de doble tono DTMF C La ventaja de este tipo de tarificación con respecto a las dos anteriores es que la señal es “en banda”, es decir, va por los canales de voz. Esto hace que la señal llegue donde las señales de 16 KHz e Inversión de Polaridad no llegan. 5.7 – Módulo de Microcontrolador El microcontrolador es donde reside el programa base de la unidad. Es quien controla todos los procesos que envuelven el funcionamiento óptimo del equipo. En el esquemático 12 se muestra el circuito del microcontrolador. Esquemático 12. Módulo del Microcontrolador La presencia de C22 y R54 es para la realización de un autoreset al momento de encender el equipo. Cuando aparece Vcc en el microcontrolador, el programa no empieza a ejecutarse hasta que ocurre un reset (cero en el pin 9 por dos o más ciclos de máquina), este arreglo es quien se encarga de eso. La red resistiva en el puerto P0 es para poder utilizar este puerto como salida ya que el puerto es open drain y necesita pull ups externos en sus pines. El circuito del oscilador se encuentra conformado por XT2, C30 y C33. Este oscilador es el reloj del microcontrolador. La frecuencia del cristal es de 14,7456 MHz. El capacitor C47 se utiliza para estabilidad en el Vcc del microcontrolador en caso de que haya un consumo súbito (jalón) de corriente por alguno de los otros componentes. En general, es una norma de diseño colocar un condensador entre Vcc y Tierra a cada uno de los circuitos integrados utilizados. El LED colocado a la salida de P20 es para indicar que la unidad está encendida. En la siguiente tabla se observa la utilización dada a los diferentes pines del microcontrolador así como la distribución de los mismos. Pin 1 2 3 4 9 10 11 12 13 14 15 18 19 20 21 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Nombre P10 P11 P12 P13 RST RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 XT2 XT1 GND P20 EA P07 P06 P05 P04 P03 P02 P01 P00 VCC Dir Entrada Entrada Entrada Entrada Entrada Entrada Salida Entrada Entrada Salida Entrada ---Salida Entrada Salida Salida Salida Salida Salida Salida Salida Salida -- Descripción Bit menos significativo del Detector de tonos DTMF Bit proveniente del Detector de tonos DTMF Bit proveniente del Detector de tonos DTMF Bit más significativo del Detector de tonos DTMF Reset Recepción Serial Transmisión Serial DTR Señal de descolgado Cadencia del repique Aviso de detección de un número en el Detector DTMF Cristal externo Cristal externo Tierra Digital LED de encendido de la unidad External Access Enable Señal de habilitación de tono DTMF C Señal de Inversión de Polaridad Señal oara encender el módulo GM47 On / Off Fuente switching Señal de aceptación de tono DTMF del Detector Señal que habilita el generador de Repique Señal de 16 KHz Señal de 425 Hz Voltaje de alimentación (5 V) Tabla 2. Distribución de pines en el microcontrolador 5.8 – Módulo de Módem GSM GM47 Este módulo consta de un conector de 60 pines correspondientes al módem como tal y del circuito del SIM Holder. En el esquemático 13 mostrado a continuación se detallan los circuitos empleados. Esquemático 13. Módulo del módem GM47 Las conexiones que van al conector de 60 pines son las correspondientes a lo que es la alimentación (Vcel, GND, GNA) así como la comunicación serial, señales de audio, las conexiones del SIM Holder. Por medio de P05 se controla el encendido y apagado del módulo para lo cual el microcontrolador debe enviar un “0” de duración 2 segundos. El LED colocado a la salida del pin 33 cumple con la función de indicar si existe conexión a la red celular o no. 5.9 - Componentes utilizados A continuación se enumerarán los componentes más importantes utilizados, haciendo énfasis en las características más relevantes, el funcionamiento básico y el papel que cumplen en el prototipo, así como el por qué de la escogencia en particular de cada componente. Cabe destacar que la mayoría de los componentes utilizados en el diseño ya habían sido utilizados por la empresa, por lo tanto, estaban a nuestra disposición sin ningún tipo de restricciones, pues se encontraban en inventario. 5.9.1. Módulo GSM Sony Ericsson GM47 El módulo GSM Sony Ericsson GM47 (ver figura 5) es un módem dual band EGSM 900/1800 que permite las comunicaciones de voz y de datos mediante SMS, CSD, HSCSD o GPRS. Tiene la función añadida de Internet Ready y permite su operación con módulos BLUETOOTH y GPS. Es un terminal clase B, lo que implica que no se pueden utilizar los servicios de GSM y GPRS al mismo tiempo. Se alimenta a 3,6V típicamente con un mínimo consumo, tiene un tamaño de 50x33x6,82 mm3, y peso de 18,5 gr y como interfaces al usuario, incorpora el conector de 60 pines y la conexión de la antena se hace mediante un conector de formato Micro Miniature Coaxial (MMCX) [5]. Figura 5. Chipset SonyEricsson GM47 Este módulo está diseñado para su integración en aplicaciones que precisen de comunicación inalámbrica máquina-máquina u hombre-máquina, particularmente en aquellas situaciones en que deban enviarse datos a través de la red GPRS o que se basen en llamadas vocales vía red GSM. También puede operar de forma autónoma. Normalmente, el módulo se incorpora a sistemas complejos para ocuparse de las tareas relativas a la transmisión/recepción de la información. El GM47 puede relacionarse con el mundo exterior a través de tres conexiones serie (UART1, UART2 y UART3) y 3 salidas analógicas (contactos ADC1, ADC2 y ADC3). Puede incorporarse una SIM Card externa (contactos 15 a 19) de norma 3V ó 5V. Se maneja a través del envío de forma serial de unos comandos llamados “comandos AT”. El módem está en capacidad de reconocerlos y de convertirlos en los comandos precisos GSM necesarios para instaurar la conexión de voz o de datos. Esto hace posible la utilización de todos los software de comunicación utilizados por la red conmutada. El módem GM47 es la parte fundamental del proyecto, es el que hace posible la realización de llamadas tanto de voz como de datos. El módulo es capaz de comunicarse e interactuar con la red celular. Entre las razones que justifica el uso de este radio módem está el hecho de ser un módulo OEM que permite mayor integración, además de tener un precio económico. Otra razón es el soporte por parte de la compañía Sony Ericsson. Además, se contó con un kit de evaluación proporcionado por el fabricante el cual proporciona soporte físico al módem, alimentación y las conexiones necesarias para las primeras fases de pruebas. Adicionalmente, se contaba con una tarjeta de prueba desarrollada por el departamento técnico de Microtel y facilitada para que fuera posible la interacción con el dispositivo a través de una PC y la realización de las pruebas. Se encontró que el módem entrega y recibe el audio tanto de forma digital como analógica lo cual evitó la implementación de codecs externos, ya que la conversión analógica-digital se realiza internamente con lo cual se ahorra espacio y reducción de costos en componentes. También fue facilitada una amplia y completa documentación en formato electrónico y en formato escrito que fueron de gran utilidad para el manejo de la unidad y el desarrollo del proyecto. 5.9.2. Microcontrolador ATMEL AT89C51ED2 Con el propósito de controlar los procesos que envuelven el funcionamiento óptimo de la unidad, se utilizó un microcontrolador marca Atmel modelo AT89C51ED2, el cual junto con el módem GM47, representan los componentes más importantes que contiene la unidad. Este componente es el cerebro del equipo, se encarga de controlar y procesar las instrucciones programadas para el correcto funcionamiento de la unidad, así como interactuar con los diferentes circuitos que la componen. El Atmel AT89C51ED2 es un microcontrolador de alto desempeño basado en la arquitectura de los controladores 8051 de Intel, la cual es altamente popular, sencilla de manejar y utilizada por la empresa en diseños anteriores. Esta versión contiene una memoria Flash EPROM de 64 Kbytes para el código del programa y para el almacenamiento de data. Este bloque puede ser escrito de manera paralela o serial, que es posible gracias a que el chip genera internamente el voltaje de programación a partir de su Vcc, lo cual permite características adicionales, como la programación “en el sitio” (In-Circuit Programming). La estructura de su memoria Flash (ver figura 6) permite su fácil programación, además de admitir la escritura de manera sencilla durante su operación normal de sus primeros 63 Kbytes de memoria. Un Kbyte restante contiene un código que es el que coordina la programación serial del microcontrolador (Bootloader) que puede ser realizada desde una PC sin equipos especiales. Figura 6. Estructura de la memoria ROM del Atmel AT89C51ED2 Este microcontrolador ofrece todas las propiedades de la familia 8051 como lo son: 4 puertos de 8 bits de entrada/salida, puerto serial para conexión RS-232, además de “watchdog” interno el cual permite apagar el microcontrolador y activarlo cada vez que haya una interrupción. El uso de este microcontrolador permitió gran ahorro de componentes y diseño, además de proporcionar las bases de características importantes que luego se desarrollarían en el proyecto. Una característica importante de este microcontrolador es que tiene la capacidad de grabar datos en otros sitios de la memoria de forma permanente desde la aplicación. A esto se le conoce como “Flash memory”. Esta propiedad del microcontrolador fue útil para almacenar los datos configurables en la unidad. 5.9.3. Circuito Integrado de Fuente Conmutada LM3578A El LM3578A es un regulador switching, el cual puede ser configurado para las diferentes conversiones DC-DC, tales como caídas, alzas e inversión de voltajes. Este integrado está constituido por la mayoría de los componentes necesarios para la elaboración de una fuente conmutada (switching) como se observa en la figura 7. Figura 7. Diagrama de bloques del LM3578A Dicho componente puede entregar hasta 750 mA y tiene la salida del colector y el emisor en dos pines del integrado. El oscilador de la fuente es externo, y la manera de establecer la frecuencia del oscilador es a través de un capacitor, dicha frecuencia está típicamente entre 1 KHz y 100 KHz. Entre las características más importantes están: entradas para la realimentación inversora y no inversora; referencias de 1.0 V en las entradas; opera con fuentes de alimentación desde 2 V hasta 40 V; corriente de salida de hasta 750 mA y saturación de menos de 0,9 V; limitador de corriente; protección por sobrecalentamiento. El LM3578A en su configuración de “caída de voltaje” conforma en gran parte lo que es el circuito de la fuente de poder de la unidad. Se utilizó una fuente switching para alimentar el módulo GM47 con un voltaje fijo sin importar el modo de alimentación primario, es decir, fuente externa. Existen varias razones por las cuales se implementó este tipo de fuente y no un regulador lineal. La primera es eficiencia, en un regulador lineal la corriente es directamente proporcional a la caída de voltaje que experimenta, lo que implicaría utilizar reguladores de gran potencia (aumento de costos) además de la necesidad de colocar disipadores de calor. Si por el contrario es utilizada una fuente switching, la eficiencia aumentaría a un 70% y se elimina la necesidad de disipadores. Un inconveniente de este tipo de fuentes es el ruido que producen, razón por la cual hay que ser cauteloso en el diseño de la misma, por ejemplo, una buena práctica es fijar la frecuencia de operación fuera del rango audible. En cuanto a la disponibilidad la empresa ha utilizado este integrado en la mayoría de los últimos diseños, teniendo resultados satisfactorios. $ # En este capítulo se describen detalladamente los módulos del programa residente en el procesador que controla los procesos manejados por la unidad. En la realización del código se tomó en cuenta una programación de tipo modular, lo cual permite compartir funciones o bloques entre diferentes librerías y, además, facilita la estructuración del programa principal a la vez que hace que sea más fácil su depuración y posible corrección a la hora de encontrar fallos. El lenguaje de programación utilizado fue lenguaje C. La estructura del programa consta de un cuerpo principal y de librerías de funciones, tanto ya existentes como creadas para fines específicos. A continuación se enumeran y explican cada una de las librerías utilizadas junto con las funciones principales que las componen: (a) Serial.h Esta librería tiene las funciones necesarias para la comunicación serial entre el microcontrolador y el módem GM47. Las funciones que la constituyen son: - int_serial: Función que recibe el caracter que llegue al puerto serial del microcontrolador para ser leído. - escribir_serial: Función que recibe un string y lo envía por puerto serial. - reconocer: Función para identificar las distintas respuestas del GM47. - limpiar: Función que se utiliza para borrar lo que se encuentra en recibido. - ocupado: Función que se encarga de activar el tono de ocupado hacia el teléfono. (b) timer.h En esta librería se encuentran las funciones que se utilizan para la generación de las distintas señales requeridas para generar el tono de invitación a marcar (425 Hz), el tono de ocupado, la cadencia de repique y el tono de 16 KHz para tarificación. Entre las funciones que componen esta librería se encuentran: - timer0_isr: Esta es la rutina de interrupción que es llamada cada vez que ocurre una interrupción generada por Timer 0. - timer0_initialize: Esta función habilita Timer 0, quien genera un interrupción cada 850 Hz (2 x 425 Hz). - timer0_count: Retorna el contador de ticks de timer0 actual - timer0_delay: Espera a que pasen 850 ticks. - timer1_initialize: Esta función habilita Timer 1, quien genera un interrupción cada 32 KHz (2 x 16 KHz). - timer1_ISR: Esta es la rutina de interrupción que es llamada cada vez que ocurre una interrupción generada por Timer 1. - dilei: Esta función se encarga de generar un tiempo de espera. (c) config.h Librería que contiene las definiciones y llamadas a otras librerías necesarias para el correcto funcionamiento del microcontrolador, entre las cuales se encuentran: - reg51xd2.h Librería con lo registros y principales definiciones del microcontrolador ATMEL AT89C51ED2. - compiler.h Librería que contiene las definiciones necesarias para la escritura – lectura de la memoria Flash. - flash_api.h En esta librería se encuentran las funciones necesarias para escribir y leer un byte en la memoria Flash del microcontrolador. Las funciones con las que cuenta esta librería son: - escribir_flash: Función que escribe un byte en la posición de memoria indicada. - leer_flash: Función que lee el byte contenido en la posición indicada. El cuerpo principal del programa residente en el microcontrolador, constituye el hilo fundamental a partir del cual se generan todos los procesos que se crean en la unidad. Para simplificar la programación y hacer más eficiente el código, el programa principal invoca las librerías cada vez que es necesario. En el programa principal también se configura o se inicializa el temporizador timer 2 para la comunicación satisfactoria entre el módem y el microcontrolador a una velocidad de 115.200 bps. A continuación se presenta una explicación detallada de los distintos módulos que conforman el programa principal: 6.1 Llamadas de Voz Lo primero que verifica el programa residente en el microcontrolador es si hay comunicación entre el computador que este conectado a la unidad y el módem, en caso negativo se puede proceder a realizar llamadas de voz, en caso afirmativo habría que esperar que dicha comunicación finalice. 6.1.1 Llamadas entrantes En líneas generales, lo que sucede cada vez que se recibe una llamada de voz es: el módem entrega serialmente la palabra “RING” al microcontrolador. Éste la identifica y habilita a través de P02 el contador 74LS290 (U3 en el Circuito Generador de Repique); al mismo tiempo, envía a través de T0 la cadencia de repique (onda cuadrada de 1 seg. en alto y 3 seg. en bajo). Estos hacen que el teléfono conectado a la unidad repique hasta que se contesta la llamada. Cuando es contestada la llamada, las señales P02 y T0 vuelven a su estado inicial y se le envía al módulo el comando AT de contestación de llamada (ATA). Un diagrama de flujo de la llamada entrante se muestra en la figura 8. #$ # #% & % #$ & ' ( & ! % ) & ! ( ! & , % * + - & ) , *#$ Figura 8. Diagrama de flujo de Llamada Entrante '- 6.1.2 Llamadas salientes Para el caso de querer realizar una llamada, sucede lo siguiente: al levantar el auricular, el microcontrolador envía la señal de invitación a llamar. Al marcar una tecla, el microcontrolador la guarda y activa un temporizador de 5 seg. durante los cuales se espera que sea marcado otro número. Si ningún número es detectado, se realiza la llamada. Para esto, el microcontrolador manda el comando AT correspondiente (ATD<Número>;). Una vez finalizada la llamada y colgado el auricular, se envía al módem el comando ATH, correspondiente a la culminación de la llamada. Cabe destacar que cuando la persona a donde se llamó contesta, se recibe un aviso de contestación que es procesado por el microcontrolador para mandar la señal de tarificación, en el caso de que teléfonos tarifarios estén conectados a la unida UFG-08. En el diagrama de flujo mostrado en la figura 9 se puede observar con detalle el proceso explicado. #$ # #% #. & ! % ) & ! $0 # & 1 3 2 % ! & & % * & ./ $ 0 & ! % & 3 4 " . ! & % * + & %+ Figura 9. Diagrama de flujo de Llamada Saliente 6.2 Llamadas de Datos Al igual que para los casos anteriores el programa principal verifica primero si se está realizando una llamada de voz, si no es así se puede proceder a la utilización de la unidad para llamadas de este tipo. En el caso de llamadas de datos el microprocesador lo que se encarga es de mandar las señales correspondientes, para el envío del tono de ocupado en caso de que se levante el auricular del teléfono conectado a la unidad, para que el usuario tenga conocimiento de que no puede realizar llamadas de voz en ese momento. De lo que es la conexión a Internet como tal y la interconexión de datos utilizando protocolo CSD/HDCSD, se encarga el usuario hablando directamente con el módem GM47 a través del computador. El diagrama de flujo de algoritmo usado para llamadas de datos es el que se muestra a continuación, en la figura 10. #$ # #% & 5 %$ % & *#$ & % ! ) & *#$ ./ % % & ) Figura 10. Diagrama de flujo de Llamada de Datos & 6.3 Señales de Tarificación Una de las características con las que cuenta el UFG-08, es que el usuario puede escoger entre tres tipos de señales de tarificación, en caso de que a la unidad sean conectados equipos de tarificación, como teléfonos públicos o semipúblicos. Para ello el usuario tiene la posibilidad de elegir el tipo de señal de tarificación programando la misma a través del discado DTMF del teléfono conectado. La manera en la que actúa el microcontrolador en este caso es la siguiente: Al igual que en el caso de las llamadas salientes, al levantar el auricular, el microcontrolador envía la señal de invitación a llamar. Al marcar una tecla, el microcontrolador la guarda y activa el temporizador de 5 segundos durante los cuales se espera que se marque otra tecla. Al finalizar el discado éste revisa si la secuencia marcada corresponde a la clave asignada para “programación por teléfono”, si es así verifica a cual señal de tarificación corresponde la orden dada. Dado que el tipo de señal de tarificación debe permanecer en la memoria del microcontrolador, lo que se hace es que se graba dicha información en un byte de memoria ROM Flash del mismo, para asegurar que ésta no se pierde una vez apagada la unidad. Para que el usuario pueda saber que su orden fue ejecutada con éxito, la unidad manda un tono de 425 Hz por un tiempo de 0,30 seg seguido por 0,30 seg de silencio, en un lapso de 2 seg a través del auricular del teléfono. Una vez finalizado los 2 seg el microcontrolador envía la señal de invitación a llamar. El diagrama de flujo correspondiente a este punto se puede ver a continuación: #$ # #% #. & ! % ) & ! ) 5 ) $0 # & & 1 3 2 % ! % * & 6 " ) $ ) 78 ' 23 4 " ) 9:' 1 8 ) #. ! 5 8 ) ;8 % ( ) * #. *#$ Figura 11. Diagrama de flujo de Programación de Señales de Tarificación ' ()* En este capítulo se hará una descripción detallada del funcionamiento de la unidad así como también sus diferentes formas de operación. 7.1. Presentación de la Unidad “UFG-08” En esta sección se presenta la unidad resaltando sus partes más importantes. En la Figura 12 se puede observar una vista frontal de la unidad. Indicador de Señal LED de Encendido Figura 12. Vista frontal del UFG-08 En esta vista se puede observar la presencia de dos LEDs, el LED de encendido, de color verde, y el LED de vida (Indicador de señal), de color rojo. En la Figura 13 se puede observar una vista posterior de la unidad. Conector de Antena Alimentación Puerto Serial Conector de Teléfono Figura 13. Vista posterior del UFG-08 En esta vista se pueden encontrar un conector RJ-11 hembra, para conexión con el teléfono, y un conector serial DB9 macho, para realizar conexión con la PC. En ella también se presenta un conector tipo Micro Miniature Coaxial (MMCX) para la antena, y el conector para la alimentación. 7.2. Llamadas de Voz Con ayuda de la unidad el usuario podrá efectuar llamadas de voz de manera fácil y sencilla, para lo cual sólo basta con conectar un teléfono estándar y proceder de la misma manera que como lo haría con un teléfono convencional. Cabe destacar que si la PC se encuentra conectada a la red, es decir, se está efectuando una llamada de datos, las llamadas de voz no podrán ser procesadas por la unidad. Esto es debido a que el GM47 es un terminal clase B, lo que implica que no se pueden utilizar los servicios de GSM y GPRS al mismo tiempo. 7.2.1 Llamadas Entrantes Cuando se recibe una llamada el usuario debe escuchar la señal de repique en el teléfono. Al levantar el auricular se iniciará la conversación. Para finalizar la llamada sólo bastara colgar el auricular. 7.2.2 Llamadas Salientes Si se desea realizar una llamada de voz, el usuario debe proceder de la siguiente manera: descuelga el auricular del teléfono, al escuchar el tono de invitación a llamar, marca el número de forma normal. Por cada tecla que se marque se activará un temporizador de 5 segundos, después de los cuales se iniciará la llamada. Después de terminar la conversación, se cuelga el auricular y la llamada se da por terminada. Si al momento de levantar el auricular se escucha un tono de ocupado, es debido a tres posibles situaciones: a) No está conectado a la red móvil. Esto significa que la unidad no está recibiendo la señal desde la red GSM. La forma de solucionarlo puede ser cambiando la unidad de sitio hacia uno más despejado (sin tanto obstáculos o cerca de una ventana) o puede tratar de apagar y prender nuevamente la unidad. b) No tiene colocado la tarjeta SIM en el SIM Holder. Siempre que no sea detectada una tarjeta SIM por parte de la unidad, no podrán realizarse llamadas y se escuchará el tono de ocupado. c) Se está realizando una llamada de datos. Al momento de realizar llamadas de datos, las llamadas de voz no podrán realizarse. De esta forma, siempre que se levante el auricular se obtendrá el tono de ocupado. 7.3. Llamadas de Datos Por medio de la unidad se pueden efectuar llamadas de datos, conexiones a otros módems o a Internet, para lo cual es necesaria la conexión de un PC a la unidad. En este caso el UFG-08 cumple la función de módem externo. Al momento de realizar una llamada de datos, es necesario que esté conectada una computadora a la unidad a través de un cable serial. 7.3.1 Conexión a Internet (GPRS). Una de las características más resaltantes que posee la unidad es la posibilidad de conexión de un computador a un proveedor de servicios de Internet por medio de la misma utilizando el protocolo GPRS (conexión a Internet con protocolo TCP/IP) de la red GSM. Esta conexión le permite al usuario navegar a través de Internet a una velocidad teórica de 115,2 kbit/s, pero por limitaciones de hardware y condiciones de radio se puede considerar una velocidad promedio efectiva de 36 Kbps, velocidad competitiva con respecto a la conseguida a través de una línea telefónica convencional (Dial Up). La principal ventaja que posee la conexión a través de GPRS, es la tarificación, que se basa en la cantidad de datos transmitidos y no en el tiempo de conexión. Así se pueden tener conexiones abiertas por periodos largos de tiempo, aunque en efecto sean utilizadas más que por un pequeño porcentaje del tiempo total de conexión. Para que el usuario pueda tener acceso a Internet es necesario configurar la unidad como módem externo. Para esto se deben seguir los dos pasos descritos a continuación: Paso 1: Configuración del PC para conexión Para conectarse a Internet por medio de la unidad se debe configurar primero el computador para que la detecte como módem externo. El ejemplo que sigue a continuación es realizado bajo ambiente Windows. Los pasos son los siguientes: a) Ir a Inicio Configuración Panel de Control Opciones de Teléfono y Módem. b) Seleccionar el tab de Módems Agregar. Ver figura 14. Figura 14. Configuración del módem en Windows c) Seleccionar el Check Mark de “No detectar el módem. Lo seleccionaré de una lista.” Siguiente, como se muestra a continuación en la figura 15. Figura 15. Selección del módem de una lista d) A continuación, seleccionar “Módem estándar de 33600 bps” figura 16. Figura 16. Especificación del módem Siguiente. Ver e) A continuación seleccionar el puerto en el que está conectada la unidad, como se muestra en la figura 17. Figura 17. Selección del puerto de comunicación f) Luego de que Windows haya instalado el módem correctamente, hacer click en Finalizar. g) Una vez más ir a Inicio Teléfono y Módem tab Módems tab Opciones avanzadas flujo: “Ninguna” teléfonos”. Configuración Panel de Control Módem estándar de 33600 bps Opciones de Propiedades Cambiar las preferencias predeterminadas Control de Aceptar hasta salir de las ventanas de “Opciones de módems y Paso 2: Conectándose a Internet Una vez configurado la unidad como módem externo, se selecciona el mismo desde la computadora para así poder conectarse a Internet. Se procede de la siguiente manera: a) Inicio de Red Todos los Programas Crear una conexión nueva Accesorios Conexiones Siguiente. b) Seleccionar “Conectarse a Intenet” “Establecer mi conexión manualmente” módem de acceso telefónico” Comunicaciones Siguiente. A continuación se selecciona Siguiente; seleccionar “Conectarse usando un Siguiente. c) Seleccionar el Check Mark “Módem estándar de 33600 bps” Colocar el nombre de ISP de su preferencia d) Escribir *99# “gprsweb.digitel.ve” Escritorio” Siguiente. Siguiente. Siguiente. Llenar la casilla de nombre de usuario como Siguiente. Seleccionar el Check Mark de “Acceso directo en el Finalizar. e) Posteriormente, abrir el acceso directo Propiedades Configurar. En Características de Hardware deshabilitar la opción “Habilitar control de flujo por hardware” Aceptar Aceptar. En este momento ya se tiene la capacidad de realizar conexiones a Internet a través de la unidad. Para verificar la velocidad de conexión a internet con el protocolo GPRS alcanzada por la unidad UFG-08, se realizaron pruebas para medir dicha velocidad entrando a las páginas de CANTV [8] y McAfee realizados se muestran en la siguiente tabla: [9] , los resultados arrojados por los tests CANTV McAfee Velocidad (Kbps) 33,000 37,000 41,000 28,000 40,000 37,000 Promedio CANTV 36,000 Velocidad (Kbps) 38,320 28,640 38,480 24,960 40,240 38,960 Promedio McAfee 34,933 Tabla 3. Pruebas de velocidad de conexión a Internet 7.3.2 Interconexión de datos utilizando protocolo CSD / HSCSD Otra importante característica con la que cuenta el UFG-08 es su capacidad de conexión al servicio de transmisión de datos por conmutación del circuito utilizando el protocolo CSD/HDCSD el cual permite obtener una velocidad de transmisión de 9,6 kbit/s. Un requisito esencial para poder disfrutar de este servicio es el poseer un SIM de datos, ya que normalmente los SIMs no son habilitados para este tipo de comunicación. Este servicio es prestado en nuestro país por Digitel Tim sólo a nivel corporativo y el fin que se le dará al mismo depende exclusivamente de la empresa que solicita dicho servicio. Para realizar una conexión de datos con este tipo de servicios, se debe proceder de la siguiente manera: a) Ir a Inicio Programas Accesorios Comunicaciones HyperTerminal. b) Seleccionar el puerto en el que se encuentra conectada la unidad, tal como se muestra en la figura 18. Figura 18. Puerto de conexión con el UFG-08 c) Configurar los parámetros del puerto: Bits por segundo en 115.200, bits de datos en 8; paridad en Ninguna; bits de parada en 1 y Control de flujo en Ninguno, tal como se ve en la figura 19. Figura 19. Configuración de los parámetros de conexión d) Para comprobar la conexión con la unidad, se teclea “ATE1” <Enter>, se debe recibir “OK”, luego “AT” <Enter> y se debe recibir “OK”. e) Realizar la llamada de datos a el número de destino, esto es, escribir “ATD<Número><Enter>”. Una vez que la llamada ha sido contestada, se debe ver en la pantalla “CONNECT 9600”. A partir de este momento empieza la comunicación entre ambos módems. f) Del lado del destinatario, se debe recibir al momento de la llamada un “RING” que deberá contestarse con el comando “ATA<Enter>”. g) Para finalizar la llamada se debe teclear tres veces y en forma seguida el ASCII correspondiente a la secuencia de escape para pasar del modo de on-line data al modo on-line command. Dicho caracter es el ASCII correspondiente al número 43 (el signo +). Luego de esto, se debe escribir ATH, con lo que queda finalizada la llamada. Un ejemplo del uso de este servicio se puede ver en la figura 20 mostrada a continuación: Figura 20. Ejemplo de llamada de datos con HSCSD/CSD Cabe destacar que quien llama esta representado por la sesión con nombre “UFG-08”, quien contesta es el usuario con la sesión de nombre “Prueba”. 7.4 Programación de la unidad por tonos DTMF La unidad “UFG-08” posee la capacidad de ser programada utilizando tonos DTMF, es decir, a través del teclado del aparato telefónico que esté conectado a la unidad. Para programar la unidad a través de tonos DTMF el usuario debe proceder de la siguiente manera: (a) El usuario debe levantar el auricular del teléfono y esperar a que escuche el tono de invitación a llamar. (b) El usuario deberá discar la secuencia correspondiente a la orden que desea se ejecute en la unidad. Los dos primeros dígitos de dicha secuencia son los que permiten al usuario tener acceso a la programación de la unidad y estos son: “*” y “#”. Los demás números discados corresponden a la acción que se quiera ejecutar. 7.4.1 Programación de Señales de Tarificación Las señales de tarificación son aquellas señales que necesitan los teléfonos tarifarios para realizar su labor de cobro. Estas señales son emitidas por la unidad cada vez que la persona a donde se llamó contesta la llamada. En la unidad UFG-08 el usuario tendrá la posibilidad de escoger entre tres tipos de señales de tarificación distintas, las cuales son: Tono de 16 KHz, Inversión de Polaridad y Doble tono DTMF C. Para programar el tipo de señal de tarificación que se desee, se debe proceder de la siguiente manera: (a) Levantar el auricular. (b) Discar “*” y luego “#”. (c) Dependiendo de la señal de tarificación que desee se debe: - Para el Tono de 16 KHz discar el número: “1”. - Para Inversión de Polaridad discar el número: “2”. - Para el Doble tono DTMF C discar el número: “3”. - Si lo que se desea es no mandar ninguna señal de tarificación se debe discar el número: “0”. (d) Para que el usuario pueda saber que su orden fue ejecutada con éxito, la unidad manda un “tono de aceptación” por un tiempo de dos segundos antes de enviar el tono de invitación a llamar. * Al momento de analizar costos debe de tomarse en cuenta que existe diferencia entre el costo de un prototipo y el costo de un equipo en producción. En términos generales los prototipos tienen un costo elevado debido a los procesos de diseño y debido a que los componentes usados para su realización se adquieren en pequeñas cantidades. La cantidad de dinero invertida en la realización de la unidad UFG-08 se puede descomponer básicamente de la siguiente manera: El costo unitario del radio módem GM47, además del precio de la licencia incluyendo el kit de evaluación; el costo del microcontrolador Atmel AT89C51ED2 y el costo del circuito impreso, de los cuales se mandaron a hacer 5 muestras, además del costo del envío a Venezuela. Los componentes discretos como resistencias, condensadores, diodos, etc., no se tomaron en cuenta al momento del análisis de costos debido a que la empresa los había adquirido en grandes cantidades y su influencia no es significativa. En la tabla 4, se puede observar la lista de los componentes antes mencionados, además de otros componentes discretos usados en la fabricación de la unidad: Componente Módem GM47 Microprocesador AT89C51ED2 Circuito Impreso Fuente externa Carcaza Antena celular con conector SMA SIMHolder Cable MMCX a SMA MAX233 74HC125 (Tres estados) LM358 OPAMP LM662 OPAMP LM3578 regulador switching LM2931 regulador 5V LMC555 74LS290 contador de 4 bits CD4060 contador binario M-8870 detector DTMF TP5088 generador DTMF Transformador Híbrido M-21631 Transformador de fuente M-22490 Valor Unitario ($) Cantidad 89 1 10 1 40 5 4 1 15 1 14 1 2,5 1 6 1 1 2 0,25 1 0,15 2 0,15 1 1 1 0,3 1 1 1 0,2 1 0,2 1 0,7 1 1,9 1 1,5 2 1,5 1 Total ($) Total ($) 89 10 200 4 15 14 2,5 6 2 0,5 0,3 0,15 1 0,3 1 0,2 0,2 0,7 1,9 3 1,5 353,25 Tabla 4. Análisis de Costos Si la unidad UFG-08 saliese a producción los costos se verían drásticamente reducidos dependiendo de la cantidad de unidades, por ejemplo, un circuito impreso podría bajar a 3 $ la unidad si es fabricado en Taiwán, que es lo que normalmente hace la empresa. Otra manera de reducir costos es colocando un microcontrolador que sea compatible pin a pin pero de menor capacidad de memoria y con menos atributos (como In-Circuit Programming) pero que cumpliese con los requisitos básicos para el correcto funcionamiento de la unidad. Los costos de la carcaza también disminuyen al diseñar un molde propio. + El proyecto presentado a lo largo de este libro persigue el objetivo de dar a conocer el proceso que conlleva la fabricación de un prototipo de unidad celular para el mercado, siguiendo patrones propios de diseño. A lo largo de este trabajo se ha tratado de describir el proceso de diseño y montaje del circuito eléctrico de la unidad UFG-08, así como también se ha explicado brevemente los componentes del programa diseñado para el funcionamiento de la misma. Se puede observar que la fabricación de este prototipo es de gran importancia para la empresa Microtel Electrónica S.A. ya que con él se incursiona en el campo de la tecnología GSM, desarrollando una unidad para competir en ese mercado. Con la creación de este prototipo, la empresa amplía su cartera de productos ya que el UFG-08 representa la primera unidad fija inalámbrica GSM que permite la conexión de teléfonos convencionales, además de la conexión a Internet y la transmisión de datos. El hecho de que sea inalámbrica y con tecnología GSM representa una gran ventaja pues permite llegar a zonas rurales que presentan acceso limitado a los medios de comunicación. Otro de los beneficios que presenta la unidad UFG-08 es su posibilidad de conectar un teléfono cualquiera, inclusive un teléfono público o semipúblico. Una de las características más innovadoras fue el diseño y construcción del Generador de Repique ya que siempre se estila el uso de grandes y pesados transformadores, los cuales abarcan mucho espacio y son costosos. En nuestro caso, el transformador fue sustituido por un transistor, lo que reduce tanto tamaño como precio. Cabe destacar que con un transistor la onda que se obtiene, para el repique, es cuadrada y no sinusoidal, lo que lleva a estar fuera de la norma del ITU para la señal de repique. Sin embargo, debido a que nuestro diseño es una aplicación particular que no necesita el aval del ITU, la implementación de dicha solución fue bien vista por la empresa. Otro gran cambio que fue necesario durante el desarrollo del proyecto fue la migración hacia el microcontrolador AT89C51ED2, el cual presenta la unión tanto de memoria RAM como ROM integradas en un solo chip, lo que no sólo elimina costos debido a que evita el uso de memorias externas y sus respectivos componentes adicionales (capturadores y latches). A la vez permite un diseño más simplificado, traducido en la reducción de la cantidad de fallas posible. En cuanto al desarrollo de nuevas versiones de la unidad UFG-08 se puede pensar en mejoras y recomendaciones derivadas de la experiencia en la elaboración de este equipo, como puede ser la adición a la misma de una batería recargable en caso de un fallo de energía o que se busque la posibilidad de desplazamiento con la misma hacia zonas donde no haya electricidad. La inclusión de una memoria de voz (por ejemplo, un chip ISD2575 que tiene una capacidad de grabar hasta 75 segundos de audio o una de mayor duración) puede ser de utilidad para realizar funciones de contestadora de voz interna o funciones complementarias a la programación de la unidad. Otra mejora que se puede realizar es la expansión del menú de programación de la unidad, con añadidura de funciones como el bloqueo de la unidad, una agenda telefónica, entre otras. Una mejora considerable para el UFG-08 sería el uso de un radio módem clase A, característica interesante pues permite la utilización de los servicios GSM y GPRS a la vez. Una posibilidad para una aplicación futura podría ser el agregar lo que se conoce como programación “In Circuit”, lo que permite cargar una nueva versión del software al microcontrolador sin necesidad de un quemador externo. Esto contribuiría a una más fácil depuración, actualización y reparación de los equipos. Además, otro aspecto interesante que permitiría el In Circuit Programming sería la reprogramación remota del software que se encuentra en el microcontrolador. La idea es que se pueda realizar un update o actualización del programa desde Internet o a través de una llamada de datos, por ejemplo, evitando así la necesidad de llevar la unidad a un centro de reparación. La empresa todavía tiene en mente el diseño y fabricación de otras unidades prototipo que utilicen tecnología GSM para presentarlas y recibir una respuesta de parte del mercado tanto venezolano como extranjero, para así encaminar los futuros diseños. [1] Portal de Digitel TIM, Soluciones Personales, Telefonía Básica. Disponible en: http://www.digiteltim.com.ve [2] Grupo ICE, Documentos de Consulta, Funcionamiento del Teléfono. Disponible en: http://www.grupoice.com/esp/cencon/docs/energ/doc_pdf_ener.htm [3] Luna, Margaret. “Voz sobre IP Inalámbricas”. Revista Electrónica de la UCV, Caracas Diciembre de 2000, Número 8. Disponible en: http://neutron.ing.ucv.ve/revistae/No8/ [4] Portal GSMBOX, Introducción Técnica a la Red GSM. Disponible en: http://es.gsmbox.com/gsm/dati/gprs/proto.gsmbox [5] Sony Ericsson Mobile Technologies, “GM47/GM48 Technical Description”, Sony Ericsson Mobile Technologies, Tercera Edición, Junio 2002. [6] CANTV. “Especificaciones Técnicas para Teléfonos Públicos”. Junio 1996. pp. 17. [7] CANTV. “Especificaciones Técnicas para Teléfonos Semipúblicos Autotarificables”. Julio 1999. pp. 8, 41. [8] Portal de CANTV, Servicios de ABA, Compara tu conexión. Disponible en: http://www.cantv.net/asistentes/aba/test_conexion/inicio.asp [9] Portal de McAfee, Internet Connection Speedometer. Disponible en: http://us.mcafee.com/root/speedometer/default.asp [10] Sony Ericsson Mobile Technologies, “GM47 Integrator Manual”. Sony Ericsson Mobile Technologies, Tercera Edición, Enero 2003. [11] Atmel Corporation, “Atmel AT89C51ED2, AT89C51RD2 Datasheet”. 2003 , Especificaciones Técnicas del UFG-08 Construido en tecnología GSM – 900 Mhz Conector RJ-11 para teléfono estándar. Conector DB9. Tono de Discar. LED de Encendido. LED de Vida (Indicador de Señal). Fuente de energía DC (12V @ 400mA) Acepta de discado DTMF. Programación por medio de tonos DTMF. Envío de señal de contestación (tono de 16kHz, Inv. polaridad, tonos DTMF C). Conexión a Internet GPRS. Capacidad de Interconexión de datos utilizando protocolo CSD/HSCSD. Antena removible con conector SMA. Construido en plástico ABS de alta resistencia. Soporta comandos CUSD Diagrama del Circuito Impreso Artes del Circuito Impreso Listado de Componentes Design : N-2490v1 Part C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32 C33 C34 C35 C36 C37 C38 C39 C40 C41 C42 C43 C44 C45 C46 C47 C48 C49 C50 C51 TR1 TR2 Type Outline CAVE1,2.2UF/50V CAVE1 CAVE1,2.2UF/50V CAVE1 CAVE1,10UF/63V CAVE1 100UF,100UF/63V 100UF CAP01,0.1UF 1206 CAP0805,27PF 0805 CAPP01,.1UF/250V CAPP01 CAPP01,.1UF/250V CAPP01 CAP0805,27PF 0805 CAPP01,.1UF/250V CAPP01 CAVE1,10UF CAVE1 CAP01,0.1UF 1206 CAP01,2.2UF 1206 CAP01,0.1UF 1206 CAP.E,100UF CE100 CAP01,0.01UF 1206 CAP01,0.01UF 1206 CAP01,0.1UF 1206 CAP01,2.2UF 1206 CAP01,2.2UF 1206 CAP01,0.1UF 1206 CAVE1,10UF CAVE1 CAP01,0.1UF 1206 CAP0805,2200PF 0805 CAP0805,2200PF 0805 CAPP01,.01UF/250V CAPP01 CAP01,0.1UF 1206 2.2UF/PO,2.2UF/250V 2.2UF/250V 100UF,100UF/63V 100UF CAP0805,27PF 0805 CAP01,2.2UF 1206 CAP0805,2200PF 0805 CAP0805,27PF 0805 CAVE1,10UF CAVE1 CAP01,0.1UF 1206 2.2UF/PO,2.2UF/250V 2.2UF/250V CAP01,0.1UF 1206 CAP01,0.1UF 1206 CTANT,100UF CAVE1 CAP01,0.1UF 1206 CAP0805,27PF 0805 CAP01,680PF 1206 CAP.E,470UF CE100 CAP01,0.1UF 1206 CAP01,0.1UF 1206 CAP01,0.1UF 1206 CAP01,0.1UF 1206 CAP01,0.1UF 1206 CAP01,0.1UF 1206 CAP01,2.2UF 1206 CAP01,0.1UF 1206 HIBRIDO,M-21631 HIBRIDO HIBRIDO,M-21631 HIBRIDO Code ------------------------------------------------------ X 7.6000 7.8500 1.7000 8.6500 2.9000 2.7250 9.3500 9.5000 2.6250 8.3000 5.8000 3.8500 1.3000 6.4250 1.7500 6.7250 6.7250 3.3000 5.7000 5.5000 2.1000 2.9500 2.6500 4.7500 6.1500 7.6500 2.9000 5.5000 5.8000 3.4500 5.9500 4.8250 4.0250 6.8750 1.8750 4.2500 4.2000 9.2750 8.1250 5.2500 7.4375 7.6250 6.8750 7.3500 5.0500 8.1000 1.8000 5.9000 9.4750 2.1000 9.4750 7.3000 6.5000 Y 2.7500 2.7500 5.2500 5.4000 5.2000 5.5750 4.8000 3.7500 5.5750 4.8000 4.5000 5.2000 3.6000 2.7000 3.6500 2.8750 2.9750 1.5500 2.8000 2.8000 2.6750 3.7000 1.1750 3.2000 4.1500 5.5750 3.1000 5.2500 5.2500 3.7000 3.5000 3.0250 3.7000 1.6000 3.4000 5.2000 3.1000 5.4500 1.7500 3.5000 1.4250 1.4250 1.9500 2.7000 3.5000 3.5500 4.2000 1.4500 1.8500 2.5500 2.4000 3.5000 3.5000 Rot 270.00 270.00 270.00 0.00 270.00 270.00 0.00 180.00 270.00 0.00 270.00 270.00 90.00 270.00 270.00 0.00 0.00 0.00 270.00 270.00 180.00 180.00 0.00 180.00 0.00 90.00 270.00 90.00 270.00 90.00 270.00 270.00 90.00 90.00 180.00 270.00 270.00 270.00 270.00 90.00 0.00 0.00 270.00 90.00 90.00 270.00 270.00 180.00 270.00 180.00 270.00 0.00 0.00 TR3 L2 U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 U10 U11 U12 U13 U14 U15 U17 U18 r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 r8 r9 r10 r11 r12 r13 r14 r15 r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 r32 r33 r34 r35 r36 r37 TR-FUENT,M-22490 BOBINA,47mH CD4060,CD4060 LM358,LM358 74LS290,74LS290 7474,74HC74 LM340-5,LM2931-5V LM358,LM358 W78E516B,W78E516B M-8870,M-8870 MAX233,MAX233 74125,74LS125 SIMHOLD MAX233,MAX233 LM555,LM555 4N37,4N37 LM358,LM358 TP5088,TP5088 LM3578,LM3578A R0.25W,10K R0.25W,10K R0.25W,10 R0.25W,4.7K R0.25W,200K R0.25W,10 R0.25W,1K R0.25W,620 R0.25W,47K R0.25W,51K R0.25W,100K R0.25W,820 R0.25W,1K R0.25W,10K R0.25W,620 R0.25W,20K R0.25W,20K R0.25W,10K R0.25W,100K R0.25W,100K R1W,560 R1W,560 R0.25W,22K R0.25W,33K R0.25W,220K R1W,8.2K/1W R0.25W,20K R0.25W,2K R0.25W,22M R0.25W,33K R0.25W,5.1K R0.25W,10 R0.25W,1K R0.25W,10K R0.25W,51K R0.25W,2.7K R0.25W,10K TRSWIT BOBINA1 DIL16 DIL8 DIL14 DIL14 TO92-1 DIL8 DIL40 DIL18 DIL20 DIL14 SIMHOLD DIL20 DIL8 DIL6 DIL8 DIL16 DIL8 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 RESA16 RESA16 1206 1206 1206 RESA16 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 --------------------------------------------------------- 7.3000 7.3500 1.9000 5.4000 3.1000 8.2500 1.4750 6.9000 2.0000 2.3500 8.4500 5.7500 2.6000 8.4500 6.1000 5.3000 4.6000 3.3500 7.3750 4.0000 6.4750 9.2500 7.1250 6.6250 9.2500 3.6250 7.3250 8.7250 2.1000 5.4500 6.4250 9.4500 9.3000 6.5000 9.6000 9.6000 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