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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL
PERÍODO ACADÉMICO: ABRIL/2015 - SEPTIEMBRE/2015
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO
Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial
“Proyecto de Interfaz de PC”
I. PORTADA
Título: Monitoreo de temperatura a través de un sistema embebido mediante protocolo RS-232.
Carrera: Electrónica y Comunicaciones.
Área Académica: Física y Electrónica
Línea de Investigación: Sistemas Electrónicos.
Ciclo Académico: Abril 2015 – Septiembre 2015.
Paralelo: Sexto “A”.
Alumnos participantes: Andaluz Ortiz Wellington Ismael.
Arias Salazar Lisseth Vanesa.
Cunalata Paredes Daniela Yeseenia.
Garzón Benalcazar Silvio Valentín.
Panimbosa Moposita José Luis.
Toaquiza Vinocunga Karina Daniela.
Módulo y Docente: Interfaz de PC. Ing. Collantes Santiago.
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II. INFORME DEL PROYECTO
2.1 Título
Monitoreo de temperatura a través de un sistema embebido mediante protocolo
RS-232.
2.2 Objetivos
Objetivo General:
Ensamblar un circuito que muestre el correcto funcionamiento del monitoreo de
temperatura a través de un sistema embebido el cual será expuesto para mejor
comprensión del observador.
Objetivos Específicos:
Comprender el funcionamiento del protocolo RS-32.
Ensamblar el circuito del monitoreo de temperatura el cual será
previamente simulado en Proteus.
Observar el comportamiento del circuito durante su operación.
Implementar físicamente el circuito mencionado.
2.3 Resumen
La investigación está centrada en la simulación e implementación de un circuito
que nos permita medir o monitorear la temperatura y muestre el valor de la misma
en un display.
Para la realización de este proyecto se hará uso del protocolo Rs-32 el cual nos
permitirá el intercambio de información a través de un puerto serial, además se
utilizara un sistema embebido en el cual la mayoría de los componentes se
encuentran incluidos en la placa base (la tarjeta de vídeo, audio, módem, etc.) y
muchas veces los dispositivos resultantes no tienen el aspecto de lo que se suele
asociar a una computadora.
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2.4 Palabras clave:
Monitoreo de temperatura, RS-232, Sistema Embebido, Control de temperatura.
2.5 Introducción
[1] Un sistema embebido o empotrado es un sistema de computación diseñado
para realizar una o algunas pocas funciones dedicadas, frecuentemente en un
sistema de computación en tiempo real.
Los sistemas embebidos se pueden fabricar por decenas de millares o por
millones de unidades, una de las principales preocupaciones es reducir los costes.
Los sistemas embebidos suelen usar un procesador relativamente pequeño y una
memoria pequeña para ello. Los primeros equipos embebidos que se
desarrollaron fueron elaborados por IBM en los años 1980.
2.6 Materiales y Metodología
Marco teórico
Sistema embebido
[2] Un sistema embebido o empotrado es un sistema de computación diseñado
para realizar una o algunas pocas funciones dedicadas, frecuentemente en un
sistema de computación en tiempo real. Al contrario de lo que ocurre con los
ordenadores de propósito general (como por ejemplo una computadora personal o
PC) que están diseñados para cubrir un amplio rango de necesidades, los
sistemas embebidos se diseñan para cubrir necesidades específicas. En un
sistema embebido la mayoría de los componentes se encuentran incluidos en
la placa base(la tarjeta de vídeo, audio, módem, etc.) y muchas veces los
dispositivos resultantes no tienen el aspecto de lo que se suele asociar a una
computadora. Algunos ejemplos de sistemas embebidos podrían ser dispositivos
como un taxímetro, un sistema de control de acceso, la electrónica que controla
una máquina expendedora o el sistema de control de una fotocopiadora entre
otras múltiples aplicaciones.
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Por lo general los sistemas embebidos se pueden programar directamente en
el lenguaje ensamblador del microcontrolador o microprocesador incorporado
sobre el mismo, o también, utilizando los compiladores específicos, pueden
utilizarse lenguajes como C o C++; en algunos casos, cuando el tiempo de
respuesta de la aplicación no es un factor crítico, también pueden usarse
lenguajes interpretados como JAVA.
Componentes de un sistema embebido
En la parte central se encuentra el microprocesador, microcontrolador, DSP, etc.
Es decir, la CPU o unidad que aporta capacidad de cómputo al sistema, pudiendo
incluir memoria interna o externa, un micro con arquitectura específica según
requisitos.
La comunicación adquiere gran importancia en los sistemas embebidos. Lo normal
es que el sistema pueda comunicarse mediante interfaces estándar de cable o
inalámbricas. Así un SI normalmente incorporará puertos de comunicaciones del
tipo RS-232, RS-485, SPI, I²C, CAN, USB, IP, Wi-Fi, GSM, GPRS, DSRC, etc.
El subsistema de presentación tipo suele ser una pantalla gráfica, táctil, LCD,
alfanumérico, etc.
Se denominan actuadores a los posibles elementos electrónicos que el sistema se
encarga de controlar. Puede ser un motor eléctrico, un conmutador tipo relé etc. El
más habitual puede ser una salida de señal PWM para control de la velocidad
en motores de corriente continua.
El módulo de E/S analógicas y digitales suele emplearse
para digitalizar señales analógicas procedentes de sensores, activar diodos LED,
reconocer el estado abierto cerrado de un conmutador o pulsador, etc.
El módulo de reloj es el encargado de generar las diferentes señales de reloj a
partir de un único oscilador principal. El tipo de oscilador es importante por varios
aspectos: por la frecuencia necesaria, por la estabilidad necesaria y por el
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consumo de corriente requerido. El oscilador con mejores características en
cuanto a estabilidad y coste son los basados en resonador de cristal de cuarzo,
mientras que los que requieren menor consumo son los RC. Mediante
sistemas PLL se obtienen otras frecuencias con la misma estabilidad que el
oscilador patrón.
El módulo de energía (power) se encarga de generar las diferentes tensiones y
corrientes necesarias para alimentar los diferentes circuitos del SE. Usualmente se
trabaja con un rango de posibles tensiones de entrada que mediante conversores
ac/dc o dc/dc se obtienen las diferentes tensiones necesarias para alimentar los
diversos componentes activos del circuito.
Además de los conversores ac/dc y dc/dc, otros módulos típicos, filtros, circuitos
integrados supervisores de alimentación, etc.
El consumo de energía puede ser determinante en el desarrollo de algunos
sistemas embebidos que necesariamente se alimentan con baterías, con lo que el
tiempo de uso del SE suele ser la duración de la carga de las baterías.
RS-232
[3] (Recommended Standard 232), en español: “Estándar Recomendado 232”,
también conocido como EIA/TIA RS-232C, es una interfaz que designa
una norma para el intercambio de una serie de datos binarios entre un DTE (Data
Terminal Equipment, “Equipo Terminal de Datos”) y un DCE (Data Communication
Equipment, Equipo de Comunicación de Datos), aunque existen otras en las que
también se utiliza la interfaz RS-232. Una definición equivalente publicada por
laUIT se denomina V.24.
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Fig1.Puerto serial.
En particular, existen ocasiones en que interesa conectar otro tipo de
equipamientos, como pueden ser computadores. Evidentemente, en el caso de
interconexión entre los mismos, se requerirá la conexión de un DTE con otro DTE.
Para ello se utiliza una conexión entre los dos DTE sin usar módem, por ello se
llama módem nulo (null modem).
El RS-232 consiste en un conector tipo DB-25 (de 25 pines), aunque es normal
encontrar la versión de 9 pines (DE-9, o popularmente mal denominados DB-9),
más barato e incluso más extendido para cierto tipo de periféricos (como el ratón
serie de la PC).
Conexiones (desde la perspectiva del DTE)
En la siguiente tabla se muestran las señales RS-232 más comunes según los
pines asignados:
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Señal DB-
25
DE-9 (DB-9,
TIA-574) EIA/TIA 561 Host
RJ-
50 MMJ
Common
Ground G 7 5 4 4,5 6 3,4
Transmitted
Data TD 2 3 6 3 8 2
Received Data RD 3 2 5 6 9 5
Data Terminal
Ready DTR 20 4 3 2 7 1
Data Set Ready DSR 6 6 1 7 5 6
Request To
Send RTS 4 7 8 1 4 -
Clear To Send CTS 5 8 7 8 3 -
Carrier Detect DCD 8 1 2 7 10 -
Ring Indicator RI 22 9 1 - 2 -
REGULADOR 78XX
78xx es la denominación de una popular familia de reguladores de
tensión positiva. Es un componente común en muchas fuentes de alimentación.
Tienen tres terminales (voltaje de entrada, masa y voltaje de salida) y
especificaciones similares que sólo difieren en la tensión de salida suministrada o
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en la intensidad. La intensidad máxima depende del código intercalado tras los
dos primeros dígitos.
OSCILADOR XTAL
Un oscilador de cristal es aquel oscilador que incluye en su realimentación un
resonador piezoeléctrico.
El oscilador de cristal se caracteriza por su estabilidad de frecuencia y pureza de
fase, dada por el resonador.
La frecuencia es estable frente a variaciones de la tensión de alimentación. La
dependencia con la temperatura depende del resonador, pero un valor típico para
cristales de cuarzo es de 0' 005% del valor a 25 °C, en el margen de 0 a 70 °C.
Estos osciladores admiten un pequeño ajuste de frecuencia, con un condensador
en serie con el resonador, que aproxima la frecuencia de este, de la resonancia
serie a la paralela. Este ajuste se puede utilizar en los VCO para modular su
salida.
El cristal de cuarzo:
Amplifica: El sonido en micrófonos, bocinas y otras formas de audio y video.
Transmite: Todo el espectrum de la luz en lentes ópticos y prismas.
Diagnóstica: Médicamente en microscopios y equipo de ultrasonido.
Enfoca: La energía en la tecnología del rayo láser utilizado para medir la distancia
de los planetas, quemar a través de un muro de acero, para efectuar micro
cirugías delicadas.
Comunica: Las ondas de frecuencia en todos los rayos y estaciones transmisoras
de T.V.
Sincroniza: Con precisión el impulso del tiempo en los relojes a través de
sus patrones vibratorios.
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LM35
El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC. Su
rango de medición abarca desde -55°C hasta 150°C. La salida es lineal y cada
grado centígrado equivale a 10mV, por lo tanto:
150ºC = 1500mV
-55ºC = -550mV
Sus características más relevantes son:
Está calibrado directamente en grados Celsius.
La tensión de salida es proporcional a la temperatura.
Tiene una precisión garantizada de 0.5°C a 25°C.
Baja impedancia de salida.
Baja corriente de alimentación (60uA).
Bajo coste.
Destacables
El LM35 no requiere de circuitos adicionales para calibrarlo externamente. La baja
impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración hace posible que
este integrado sea instalado fácilmente en un circuito de control. Debido a su baja
corriente de alimentación se produce un efecto de auto calentamiento muy
reducido. Se encuentra en diferentes tipos de encapsulado, el más común es
el TO-92, utilizada por transistores de baja potencia. También este sensor si es
conectado a uno pero se obtiene una ganancia general y de salida.
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PIC16F877A
El PIC16F877 es un microcontrolador con memoria de programa tipo FLASH, lo
que representa gran facilidad en el desarrollo de prototipos y en su aprendizaje ya
que no se requiere borrarlo con luz ultravioleta como las versiones EPROM, sino
que permite reprogramarlo nuevamente sin ser borrado con anterioridad. El
PIC16F877 es un microcontrolador de Microchip Technology fabricado en
tecnología CMOS, su consumo de potencia es muy bajo y además es
completamente estático, esto quiere decir que el reloj puede detenerse y los datos
de la memoria no se pierden. El encapsulado más común para este
microcontrolador es el DIP (Dual In-line Pin) de 40 pines, propio para usarlo en
experimentación. La referencia completa es PIC16F877-04 para el dispositivo que
utiliza cristal oscilador de hasta 4 MHz, PIC16F877-20 para el dispositivo que
utiliza cristal oscilador de hasta 20 MHz o PIC16F877A-I para el dispositivo tipo
industrial que puede trabajar hasta a 20 MHz. Sin embargo, hay otros tipos de
encapsulado que se pueden utilizar según el diseño y la aplicación que se quiere
realizar. Por ejemplo, el encapsulado tipo surface mount (montaje superficial) tiene
un reducido tamaño y bajo costo, que lo hace propio para producciones en serie o
para utilizarlo en lugares de espacio muy reducido.
Fig2. PIC16F877A
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Materiales:
1 baquelita 10x4cm
1 PIC16F877A
2 resistores 220ohm
2 resistores 4,7Kohm
1 resistor 20Kohm
1 sócalo 40 pines
1 conector para placa DB9
1 regulador LM7805
1 capacitor 0,1uF
2 capacitores 22pF
1 XTAL (oscilador) 4MHz
1 led 3mm
1 sensor de temperatura LM35
2.7 Procedimiento
1. Finalizada la revisión realizamos las respectivas pruebas correspondientes
previa presentación.
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2.8 Conclusiones
Se concluye que gracias a la implementación del circuito se ha logrado
comprender el funcionamiento del protocolo RS-32 y las distintas funciones
que se le puede dar al puerto serial.
Se necesita verificar que todos los elementos estén funcionamiento
correctamente previa utilización ya que no podría funcionar el circuito como
se requiere.
Usar software de implementación es de mucha ayuda previo ensamble del
circuito en este laboratorio se usó el software Proteus.
Un sistema embebido es un sistema de computación diseñado para realizar
varias funciones, frecuentemente utilizado en un sistema de computación
en tiempo real.
2.9 Referencias bibliográficas:
[1] Comunicaciones Digitales, Andy Bateman, Pearson Education Limited, 1999,
Primera Edición.
[2] Redes de transmisión de datos y proceso distribuido, Uyless D.Black, Prentice
– Hall Company Reston, 1987, Primera Edición.
[3] Automatismos industriales, Juan Carlos Martín – María Pilar García, Pearson
Education Limited, 2005, Sexta Edición.
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Anexos:
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