Practica Nombre de la práctica: Propagación de señales Competencias a desarrollar: El alumno aplicara estándares de comunicación inalámbrica para la comprensión de la propagación de señales implementando la tecnología NRF24L01. Introducción: Las ondas electromagnéticas son aquellas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse. La señar en forma de ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual. 1 El caso más simple de propagación radioeléctrica se tiene cuando la onda viaja entre el transmisor y el receptor en el espacio libre, entendiéndose por tal a una región cuyas propiedades son isotrópicas, homogéneas y sin pérdidas. En general se clasifica el entorno en cuatro clases: - Zona rural. Sub-urbano. Urbano Urbano denso Se pueden desarrollar modelos específicos para cada tipo de entorno. Sin embargo, existen clasificaciones más objetivas donde intervienen: La densidad de superficie de los edificios. El volumen medio de los edificios. Altura media. Un modelo de propagación es un conjunto de expresiones matemáticas, diagramas y algoritmos usados para representar las características de radio de un ambiente dado. Generalmente los modelos de predicción se pueden clasificar en empíricos o estadísticos, teóricos o determinísticos o una combinación de estos dos (semi - empíricos). Mientras que los modelos empíricos se basan en mediciones, los modelos teóricos se basan en los principios fundamentales de los fenómenos de propagación de ondas de radio. Los modelos de propagación predicen la perdida por trayectoria que una señal de RF pueda tener entre una estación base y un receptor sea móvil o fijo. La ventaja de modelar radio canales teniendo en cuenta las características de la trayectoria entre Transmisor (Tx) y Receptor (Rx), es conocer la viabilidad de los proyectos que se deseen planear en determinados sectores, de esta manera se podrá hacer una estimación acerca de la necesidad, costos y capacidad de los equipos requeridos (especificaciones técnicas). El desempeño de los modelos de propagación se mide por la veracidad de los resultados en comparación con medidas de campo reales. Los modelos seleccionados, son los más usados en la predicción de alcances máximos en redes móviles para ambientes urbanos y frecuencias mayores a los 2000 MHz, los modelos son los siguientes: - Modelo de propagación en el espacio libre: Usado para línea vista en espacios abiertos, sin mucha interferencia. Modelo Okumura: Usado para propagación en ambientes urbano, basado en pruebas empíricas. Modelo Okumura-Hata: Massaharu Hata alteró el modelo de Okumura para ambientes urbanos. Modelo valido para frecuencias de hasta 1500 MHz, por lo cual no será utilizado en este estudio, sólo es mencionado por ser la base del modelo COST 231. 2 - Modelo COST 231: Extensión de frecuencia del modelo Okumura-Hata. Este modelo es uno de los más ocupados para el cálculo de enlaces móviles. Todos los modelos de propagación tienen una alta tolerancia, lo que le resta cierta validez a los resultados entregados por dichos modelos. La forma más efectiva para estimar las distancias de los enlaces es mediante modelos de propagación y luego pruebas en terreno. En resumen, los modelos de propagación son la primera aproximación del resultado real. Correlación con temas y subtemas del programa de estudios vigente: La práctica se encuentra ubicada en la unidad número 3 dentro de los temas: 2.1 Tipos de entornos y 2.2 Características de los modelos de propagación. Medidas de seguridad e higiene: - Solo es necesario tomar precauciones cuando se usan herramientas, es precaución suficiente usarlas para la tarea para la que fueron diseñadas. Material y equipo necesario: - Equipo de cómputo (se necesitarán 2 laptops o computadoras de escritorio) Internet Software IDE Arduino en ambas computadoras 2 módulos Arduino UNO con cable de conexión USB 2 Módulos NRF24L01 con antena incluida - Un potenciómetro de 10KΩ Cables de conexión Jumper macho-macho. 3 Metodología: 1. Realiza las conexiones entre los módulos de Arduino y los módulos NRF24L01 (las conexiones serán las mismas tanto para el emisor con para el receptor, con la única diferencia que en el receptor no se utilizara potenciómetro) guiándote con la siguiente tabla y el diagrama mostrado en la figura: Nota: Como se observa en la imagen el pin 2 del NRF24L01 (VCC) va conectado al pin 3V3 del Arduino, esto porque el módulo funciona con 3.3V. NO conectar a 5V porque podemos quemar al módulo, los pines de datos lo estamos conectando directamente al Arduino a pesar que los niveles lógicos del NRF24L01 son también de 3.3V, esto con el tiempo podría afectar al NRF24L01 por lo que se recomienda usar un adaptador para que trabaje con valores de 5V. NRF24L01 1: GND 2: VCC 3: CE 4: CSN 5: SCK 6: MOSI 7: MISO Arduino uno (emisor) Pin GND Pin 3V3 Pin 9 Pin 10 Pin 13 Pin 11 Pin 12 Arduino uno (receptor) Pin GND Pin 3V3 Pin 9 Pin 10 Pin 13 Pin 11 Pin 12 2. Descarga la última versión librería RF24 (para descargarla ingresa al siguiente enlace: https://github.com/nRF24/RF24 ) e importarla a tu IDE de Arduino, para esto en la barra de menús vas a Sketch>Importar Librería>Add Library, y seleccionas la carpeta o archivo ZIP descargado, después de esto deberás cerrar y volver a abrir el IDE. 4 3. Realiza el siguiente código de programación en el ID de Arduino (dicho código pertenece al módulo emisor), verifica y sube el programa al módulo Arduino UNO utilizando el cable USB. 5 4. Realiza el siguiente código de programación en el ID de Arduino (dicho código pertenece al módulo receptor), verifica y sube el programa al módulo Arduino UNO utilizando el cable USB. 6 5. Para finalizar la práctica abre el monitor serial en ambas computadoras, al abrirlo les deberá mostrar los siguientes resultados: a) Monitor serial del Emisor: b) Monitor serial del Receptor: 7 Sugerencias Didácticas: - Visita el siguiente enlace que servirá como apoyo para comprender mejor la práctica: https://naylampmechatronics.com/blog/16_Tutorial-b%C3%A1sico-NRF24L01-conArduino.html - Visita el siguiente enlace para aprender más acerca de las características técnicas de los módulos Arduino Uno: - https://www.youtube.com/watch?v=J2w-Ig0EzbA Reporte del alumno: Evidencias: Coloca imágenes (perfectamente descritas), graficas, cálculos, etc., que comprueben el desarrollo de la práctica. Resultados: El alumno entenderá la propagación de señales por medio del envio y recepción de datos de forma inalámbrica. Conclusiones: En base a la competencia de la práctica, en la metodología y en los fundamentos teóricos, escribe tus conclusiones haciendo las comparaciones necesarias con referente a cada punto de la metodología. Bibliografía: - Tojeiro, C, G., (2015). Taller de Arduino un enfoque practico para principiantes. México: Alfaomega. - Torrente, A, O., (2016). El mundo Genuino-Arduino, curso practico de formación. México: Alfaomega. - Corona, L., Abarca, G., & Mares, J., (2014). Sensores y actuadores, aplicaciones con Arduino. México: Ed. Patria. - Margolts, M., (2011). Arduino Cookbook: Recipes to Begin, Expand, and Enhance Your Projects. Estados Unidos de América: O’REILLY. 8
