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PROYECTO FINAL DE CARRERA GENERADOR DE EVENTOS VISUALES Y SONOROS ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL DE ZARAGOZA  DARÍO TOLOSANA MALLADA DIRECTOR: ALEJANDRO IBARZ GARCÍA CONVOCATORIA: SEPTIEMBRE 2010 Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 2 Contenido 1. Introducción. Marco del proyecto. Alcance. Diagrama de Gantt. Resumen ........................ 9 1.1. Introducción .............................................................................................................. 9 1.2. Marco del proyecto ................................................................................................... 9 1.3. Alcance del proyecto ............................................................................................... 10 1.4. Diagrama de Gantt .................................................................................................. 11 1.5. Resumen ................................................................................................................. 12 2. Estado del arte. Justificación del proyecto. ...................................................................... 13 2.1. Domótica, tecnología de apoyo y control de entorno. .............................................. 13 2.2. Beneficios del control de entorno. ........................................................................... 13 2.3. Sistemas de control de entorno. .............................................................................. 14 2.4. Características de un sistema de control de entorno. ............................................... 15 2.5. Elementos controlables. .......................................................................................... 15 2.6. Medios de control.................................................................................................... 17 2.7. Consideraciones tecnológicas. ................................................................................. 19 2.8. Comunicación Inalámbrica ....................................................................................... 20 2.8.1. ZigBee Vs Bluetooth ......................................................................................... 22 2.8.2. Wireless USB .................................................................................................... 23 2.8.3. Wi-Fi ................................................................................................................ 23 2.8.4. Wibree ............................................................................................................. 24 2.8.5. TinyOS ............................................................................................................. 25 2.8.6. Comparativa Comunicaciones .......................................................................... 26 2.8.7. Modelos de redes ZigBee .................................................................................. 27 2.8.7.1. Topología en estrella .................................................................................... 27 2.8.7.2. Topología en árbol ....................................................................................... 28 Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 3 2.8.7.3. Topología en malla ....................................................................................... 29 2.8.7.4. Árbol de clusters .......................................................................................... 29 2.9. Fuente de alimentación ........................................................................................... 30 2.9.1. Fuentes conmutadas ........................................................................................ 30 2.9.1.1. Convertidor Buck ......................................................................................... 33 2.9.1.2. Flyback y forward (Boost) ............................................................................. 34 2.9.1.3. Push-Pull ...................................................................................................... 36 2.9.1.4. Half-Bridge ................................................................................................... 36 2.9.1.5. Half Bridge ................................................................................................... 37 2.9.2. Fuentes conmutadas Vs Fuentes lineales .......................................................... 38 2.10. Justificación. ........................................................................................................ 40 3. Especificaciones. Diagrama de bloques ............................................................................... 41 3.1. Diagrama de bloques ............................................................................................... 41 3.2. Fuente de alimentación ........................................................................................... 42 3.3. Diodo led ................................................................................................................. 45 3.4. Buzzer ..................................................................................................................... 48 3.5. Altavoz .................................................................................................................... 49 3.6. Microprocesador ..................................................................................................... 50 3.7. Módulos ZigBee ....................................................................................................... 51 3.7.1. Módulo EXTR2.................................................................................................. 51 3.7.2. Módulo XBee ZNet 2.5 RF Module .................................................................... 52 3.7.3. Módulo XBee-PRO ZNet 2.5 RF Module............................................................. 52 3.7.4. Módulo EasyBee ZigBee Transceiver Module .................................................... 53 3.7.5. Módulo ZB-21 ZigBee OEM Module .................................................................. 54 3.7.6. Módulo MICAz Module ..................................................................................... 55 3.7.7. Módulo ATMEL Module .................................................................................... 56 3.7.8. Comparativa Módulos ZigBee........................................................................... 58 Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 4 4. Prototipo ......................................................................................................................... 59 4.1. Pcb Generador de eventos visuales y sonoros .......................................................... 59 4.2. Pcb Generador de eventos visuales y sonoros detallado .......................................... 60 4.3. Pruebas diodo led .................................................................................................... 61 4.4. Pruebas buzzer ........................................................................................................ 62 4.5. Altavoz .................................................................................................................... 63 4.6. Kit de desarrollo 1.................................................................................................... 63 4.7. Kit de desarrollo 2.................................................................................................... 64 5. Montaje en caja .............................................................................................................. 66 6. Firmware......................................................................................................................... 69 6.1. Estructura de los mensajes ...................................................................................... 69 6.1.1. Diodo Led RGB ................................................................................................. 69 6.1.1.1. Blink ............................................................................................................. 69 6.1.1.2. Fade In ......................................................................................................... 71 6.1.1.3. Fade Out ...................................................................................................... 73 6.1.2. Buzzer .............................................................................................................. 76 6.2. Estructura del árbol de programación ...................................................................... 79 7. Manual de usuario .......................................................................................................... 81 8. Conclusiones y posibles mejoras...................................................................................... 84 9. Bibliografía ...................................................................................................................... 85 Anexos .................................................................................................................................... 86 Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 5 Índice de Ilustraciones Ilustración 1. Logotipo Grupo de Investigación Tecnodiscap .................................................... 10 Ilustración 2. Diagrama de Gantt ............................................................................................. 11 Ilustración 3. Posibles tareas ................................................................................................... 14 Ilustración 4. Mando para control de ambiente ....................................................................... 16 Ilustración 5. Elementos para la movilidad .............................................................................. 16 Ilustración 6. Elementos para la comunicación ........................................................................ 16 Ilustración 7. Diferentes tipos de conmutadores ..................................................................... 17 Ilustración 8. Mando a distancia .............................................................................................. 17 Ilustración 9. Mando secuencial .............................................................................................. 18 Ilustración 10. Periférico ......................................................................................................... 18 Ilustración 11. Aspecto de un programa de control de entorno ............................................... 19 Ilustración 12. Diferentes sistemas de sujeción ....................................................................... 20 Ilustración 13.Topología en estrella ......................................................................................... 27 Ilustración 14.Topología en árbol ............................................................................................ 28 Ilustración 15. Topología en malla ........................................................................................... 29 Ilustración 16. Árbol de clusters .............................................................................................. 30 Ilustración 17. Diagrama de bloques ....................................................................................... 31 Ilustración 18. Configuraciones básicas ................................................................................... 31 Ilustración 19. Modo continuo ................................................................................................ 33 Ilustración 20. Modo discontinuo ............................................................................................ 33 Ilustración 21. Boost ............................................................................................................... 35 Ilustración 22. Modos de funcionamiento ............................................................................... 35 Ilustración 23. Flyback / Forward ............................................................................................ 35 Ilustración 24. Push-Pull .......................................................................................................... 36 Ilustración 25. Half-Bridge ....................................................................................................... 37 Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 6 Ilustración 26. Con condensador de acoplamiento .................................................................. 37 Ilustración 27. Full-Bridge........................................................................................................ 37 Ilustración 28. Regulador lineal ............................................................................................... 38 Ilustración 29. Regulador conmutado ...................................................................................... 38 Ilustración 30. Estructura de un convertidor conmutado on line ............................................. 39 Ilustración 31. Estructura de un convertidor conmutado off line ............................................. 39 Ilustración 32. Tipos de fuentes conmutadas........................................................................... 40 Ilustración 33. Esquema conexión regulador LM3940 .............................................................. 42 Ilustración 34. Diseño 1 ........................................................................................................... 42 Ilustración 35. Diseño 2 ........................................................................................................... 43 Ilustración 36. Diseño 3 ........................................................................................................... 43 Ilustración 37. Diseño 4 ........................................................................................................... 44 Ilustración 38. Traco TMLM 05105 .......................................................................................... 44 Ilustración 39. Conexión regulador LM3940 ............................................................................ 44 Ilustración 40. Esquema conexiones ........................................................................................ 45 Ilustración 41. Conexiones driver ............................................................................................ 46 Ilustración 42. MZT-03A BLK ................................................................................................... 48 Ilustración 43. K 28 WP ........................................................................................................... 49 Ilustración 44. PIC24FJ16GA002 .............................................................................................. 50 Ilustración 45. Módulo EXTR2 ................................................................................................. 51 Ilustración 46. Transceiver XBee ZNet 2.5 RF Module .............................................................. 52 Ilustración 47. Transceiver XBee-PRO ZNet 2.5 RF Module ...................................................... 53 Ilustración 48. EasyBee ZigBee Transceiver Module................................................................. 53 Ilustración 49. ZB-21 ZigBee OEM Module ............................................................................... 54 Ilustración 50. MICAz Module ................................................................................................. 55 Ilustración 51. ATMEL Module ................................................................................................ 56 Ilustración 52. Cara Top .......................................................................................................... 59 Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 7 Ilustración 53. Cara Bottom ..................................................................................................... 59 Ilustración 54. Cara Top detallado ........................................................................................... 60 Ilustración 55. Cara Bottom detallado ..................................................................................... 60 Ilustración 56. Prueba diodo led laboratorio ........................................................................... 61 Ilustración 57. Esquema prueba diodo led ............................................................................... 61 Ilustración 58. Prueba diodo led en pcb .................................................................................. 62 Ilustración 59. Esquema prueba buzzer ................................................................................... 62 Ilustración 60. Esquema altavoz .............................................................................................. 63 Ilustración 61. Kit desarrollo 1. Cara Top ................................................................................. 63 Ilustración 62. Kit desarrollo 1. Cara Bottom ........................................................................... 64 Ilustración 63. Kit desarrollo 2. Cara Top ................................................................................. 64 Ilustración 64. Kit desarrollo 2. Cara Bottom ........................................................................... 65 Ilustración 65. MPLAB ICD3 ..................................................................................................... 65 Ilustración 66. Caja A9021665 ................................................................................................. 66 Ilustración 72. Caja. Vista lateral ............................................................................................. 66 Ilustración 68. Caja. Vista planta ............................................................................................. 67 Ilustración 69. Caja.................................................................................................................. 67 Ilustración 70. Mezcla de colores ............................................................................................ 75 Ilustración 71. Estructura librerías ........................................................................................... 79 Ilustración 76. Función Blink ................................................................................................... 80 Ilustración 73. Función Fade In ................................................................................................ 80 Ilustración 74. Función Play ..................................................................................................... 80 Ilustración 75. Terminal .......................................................................................................... 81 Ilustración 76. Network Scan ................................................................................................... 81 Ilustración 77. Network Info .................................................................................................... 82 Ilustración 78. Unicast Binary .................................................................................................. 82 Ilustración 79. Envío mensaje .................................................................................................. 83 Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 8 Índice de Tablas Tabla 1. ZigBee Vs Bluetooth ................................................................................................... 22 Tabla 2. Comparativa de comunicaciones inalámbricas ........................................................... 23 Tabla 3. Comparativa de comunicaciones inalámbricas ........................................................... 26 Tabla 4. Circuito Vs Potencia ................................................................................................... 32 Tabla 5. Comparativa leds ....................................................................................................... 45 Tabla 6. Características diodo led ............................................................................................ 46 Tabla 7. Comparativa Drivers .................................................................................................. 46 Tabla 8. Led current Vs Rset .................................................................................................... 47 Tabla 9. Led current 300/350 mA ............................................................................................ 47 Tabla 10. Comparativa Drivers ................................................................................................ 48 Tabla 11. Comparativa altavoces ............................................................................................. 49 Tabla 12. Comparativa Módulos ZigBee................................................................................... 58 Tabla 13. Blink......................................................................................................................... 69 Tabla 14. Ejemplo Blink ........................................................................................................... 70 Tabla 15. Fade In ..................................................................................................................... 71 Tabla 16. Ejemplo Fade In ....................................................................................................... 72 Tabla 17. Fade Out .................................................................................................................. 73 Tabla 18. Ejemplo Fade Out .................................................................................................... 74 Tabla 19. Código / Color LED ................................................................................................... 75 Tabla 20. Buzzer ...................................................................................................................... 76 Tabla 21. Ejemplo buzzer ........................................................................................................ 77 Tabla 22. Nº Octava / Código.................................................................................................. 78 Tabla 23. Nota musical / Código .............................................................................................. 78 Tabla 24. Tiempo / Código ...................................................................................................... 78 Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 9 1. Introducción. Marco del proyecto. Alcance. Diagrama de Gantt. Resumen 1.1. Introducción Cada vez se utiliza con más frecuencia la palabra domótica. Si buscamos su significado en el diccionario, encontraremos la siguiente definición: “Sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación, cableadas o inalámbricas, y cuyo control goza de cierta ubicuidad, desde dentro y fuera del hogar.” Por otra parte, el término “tecnología de apoyo” abarca todo aquel conjunto de tecnologías orientadas a las personas con discapacidad para mejorar su autonomía y calidad de vida. Los sistemas de avisos son una parte de la tecnología de apoyo y de la domótica, destinada a la mejora de las tareas de la vida diaria en el entorno doméstico de las personas con discapacidad. Los sistemas de aviso como tecnología de apoyo sirven de interfaz para suplir las carencias sensoriales que pueda tener un usuario (discapacidades físicas como ceguera o sordera, discapacidades cognitivos de diversa índole). El impacto de los sistemas de aviso gana potencial cuando se integran en plataformas residenciales que ofrecen servicios al usuario. Por ejemplo, un dispositivo de aviso no es útil per se pero conectado a un sistema que gestione la agenda del usuario lo dota de una mayor utilidad. Si esta agenda estuviera a su vez conectada con su centro médico, dispondríamos de un sistema de aviso con una versatilidad superior. 1.2. Marco del proyecto D. Alejandro Ibarz García, perteneciente a “Tecnodiscap”, un grupo de investigación enmarcado dentro del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A), adscrito al Dpto. de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones de la Universidad de Zaragoza, realizó la propuesta para la realización de este proyecto de ingeniería en el presente curso 2010/11. El objetivo del grupo “Tecnodiscap” (http://www.tecnodiscap.unizar.es/) es la mejora de la calidad de vida de las personas con algún tipo de discapacidad, dependencia o necesidades especiales mediante servicios basados en la aplicación de las Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TIC). Una de las líneas de actividad del grupo de investigación son las comunicaciones inalámbricas y las redes de sensores. El grupo “Tecnodiscap” diseña y fabrica dispositivos electrónicos propios, para el desarrollo de aplicaciones y servicios de domótica avanzada, y ambientes inteligentes. En el grupo Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 16 Ilustración 4. Mando para control de ambiente • Elementos para la higiene: Grifos, seca-manos y jaboneras automatizadas, inodoros que realizan la higiene anal y/o vaginal, y sistemas motorizados para el acceso a la bañera, entre otros. • Elementos para la movilidad: Camas automatizadas con diferentes movimientos, grúas fijas, grúas que circulan por raíles y que permiten el acceso a zonas clave como la cama, la ducha y el WC, puertas automatizadas, cerraduras eléctricas, elevadores, muebles automatizados de altura regulable, etc. Ilustración 5. Elementos para la movilidad • Elementos para la comunicación: Teléfonos adaptados, sistemas que permiten atender las llamadas del interfono desde cualquier teléfono (incluidos los inalámbricos y los adaptados) y abrir la puerta a distancia, ayudas para la amplificación del habla, videoconferencia, etc. Ilustración 6. Elementos para la comunicación • Elementos para el entretenimiento: Televisión, equipos de música, DVD, juegos, ayudas para la lectura, radio. • Elementos para el acceso al ordenador: Diferentes sistemas que nos permiten acceder a un abanico de posibilidades de entretenimiento, ocio, trabajo y comunicación. • Elementos para la realización de avisos: Timbres de aviso, equipos que generan una llamada telefónica de emergencia con mensajes de auxilio y sistemas de alarma. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 17 2.6. Medios de control. Para el control de los diferentes elementos anteriormente descritos, podemos encontrar una gran variedad de alternativas que podríamos agrupar, en función de su forma de acceso, de la siguiente manera: • Control predictivo o semiautomático: Este tipo de elementos tiene la capacidad de detectar situaciones, como la presencia de una persona y actuar en consecuencia. Algunos ejemplos de estos sistemas son las puertas que se abren automáticamente o las luces que se encienden cuando detectan el paso de una persona, la cisterna del WC que se vacía cuando éste ha sido usado, los grifos que dejan caer el agua al detectar las manos, las jaboneras o los seca-manos automáticos. • Control individual alternativo: Esta forma de control se realiza mediante el uso de “botones especiales”; cada uno de ellos realiza una acción concreta como el encendido de una luz, la activación de algún enchufe, o la apertura de una puerta. Estos “botones especiales” reciben el nombre de conmutadores. En el mercado podemos encontrar un amplio abanico de conmutadores activados por lengua o mentón, pestañeo, soplido, aspiración, voz, proximidad, botones gigantes, etc. Todos los conmutadores tienen un conector estándar, de forma que cualquier elemento que esté preparado para ser controlado mediante conmutador, podrá ser accionado mediante cualquiera de los conmutadores existentes. Ilustración 7. Diferentes tipos de conmutadores • Control mediante mando directo: Desde un único mando a distancia, cuyos botones son especialmente ergonómicos para las personas con discapacidad, podemos realizar el control de todos los elementos de la vivienda, como televisión, luces, puertas, alarmas, grúas, etc. El uso de estos mandos es mediante pulsación directa. Ilustración 8. Mando a distancia Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 18 • Control mediante mando secuencial: De la misma forma que con el mando directo, integramos el control de los diferentes elementos en un único mando. En este caso, el control no se realiza mediante pulsación directa, sino mediante métodos de barrido o “scanning”. Existen diferentes métodos de barrido, todos ellos utilizan por lo menos un conmutador como los descritos anteriormente. Ilustración 9. Mando secuencial El método más sencillo de barrido se inicia cuando el usuario acciona el conmutador. A partir de ese momento se van destacando secuencialmente, de forma automática, las diferentes opciones de su mando mediante algún tipo de señal luminosa o acústica; cuando está destacada la opción deseada por el usuario, éste vuelve a accionar el conmutador para realizar la acción escogida. Las otras modalidades de barrido son similares a ésta pero optimizan el acceso mediante el uso de bloques de opciones o conmutadores de doble acción. • Control informático: En este caso el control se realiza mediante un software personalizable y un periférico que se conecta al ordenador. El acceso a este sistema ofrece muchas posibilidades de configuración debido a que existen en el mercado multitud de sistemas que nos permiten controlar el ordenador mediante ratones, teclados y joysticks especiales, reconocimiento de voz, acceso por conmutador, etc. Ilustración 10. Periférico Las pantallas de los programas de control de entorno pueden ser muy sencillas, por ejemplo, para discapacitados psíquicos y muy completas para aquellos usuarios que lo necesiten. Los programas se pueden complementar con el uso de dibujos intuitivos, asistentes que nos proporcionen ayuda, voz sintetizada que “dialogue” con el usuario, mensajes de aviso o confirmación, etc. Otra ventaja del uso de los sistemas informáticos es que permite la integración con los elementos de ocio, trabajo y comunicación propios del ordenador. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 19 También es posible realizar el control de entorno mediante una agenda personal o PDA. Ilustración 11. Aspecto de un programa de control de entorno 2.7. Consideraciones tecnológicas. Existen determinados aspectos prácticos que debemos tener en cuenta a la hora de evaluar y conocer un sistema de control de entorno: • Modo de transmisión. Adicionalmente al modo de acceso, que hemos descrito en el apartado anterior, existe otro parámetro que define un medio de control: el modo de transmisión, que determina la forma en que las órdenes “viajarán” del medio de control al elemento controlable. Básicamente podemos diferenciar, en este sentido, entre sistemas cableados y sistemas inalámbricos, siendo estos últimos más recomendables por su sencillez de instalación y movilidad. Dentro de las tecnologías inalámbricas podemos encontrar dos tipos de forma de transmisión: infrarrojos y radiofrecuencia. La diferencia entre estas dos tecnologías es importante, ya que mientras los infrarrojos necesitan tener visibilidad directa entre emisor y receptor, (lo que podría ser un inconveniente para una persona con movilidad reducida), en los sistemas de radiofrecuencia eso no es necesario y podemos saltar obstáculos o dar las órdenes sin necesidad de “apuntar”. Sin embargo, los mandos de control de entorno de infrarrojos pueden presentar una característica adicional especialmente interesante, que es la capacidad de “aprender de otros mandos”, como por ejemplo, el poder memorizar en uno de sus botones una orden del mando de la Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 20 TV y en otro, una orden del mando del aire acondicionado. Este proceso de aprendizaje suele realizarse de una forma sencilla, encarando el mando de control de entorno con el mando que queremos replicar. Como conclusión, podríamos decir que el mando ideal, en cuanto a su forma de transmisión, sería aquel que combinara la transmisión por infrarrojos con la transmisión por radiofrecuencia. • Ergonomía: Deberemos estudiar detalladamente la forma en que será utilizado el sistema para optimizar su uso. Aspectos como la situación de los diferentes elementos, el sistema de sujeción de los mandos y/o conmutadores, la personalización del sistema, el proceso de aprendizaje, etc., deben ser estudiados concienzudamente por un equipo multidisciplinar. Ilustración 12. Diferentes sistemas de sujeción • Instalación: En algunas ocasiones, los sistemas de control de entorno requieren la realización de reformas en el hogar. Es interesante, por lo tanto, que el sistema de elección minimice estas reformas y que la instalación sea realizada por un equipo técnico, con la capacidad de coordinar los diferentes trabajos a desarrollar. • Características técnicas de los equipos: Debemos prestar especial atención a algunos detalles propios de los equipos, tales como la duración de sus baterías (si las tiene), la cobertura de los sistemas inalámbricos, el tipo de conector de los mandos informáticos, los sistemas operativos en los que funciona, etc. 2.8. Comunicación Inalámbrica Para la comunicación inalámbrica se ha optado por comunicación ZigBee después de valorar las diferentes opciones que hay. ZigBee es el nombre de la especificación de un conjunto de protocolos de alto nivel de comunicación inalámbrica para su utilización con radios digitales de bajo consumo. Está basada en el estándar IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas de área personal (wireless personal area network, WPAN). Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 21 Su objetivo son las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y maximización de la vida útil de sus baterías. ZigBee utiliza la banda ISM para usos industriales, científicos y médicos; en concreto, 868 MHz en Europa, 915 en Estados Unidos y 2,4 GHz en todo el mundo. Sin embargo, a la hora de diseñar dispositivos, las empresas optarán prácticamente siempre por la banda de 2,4 GHz, por ser libre en todo el mundo. Los usos de la comunicación ZigBee son muchos, entre ellos: • Puede utilizarse para realizar control industrial. • Albergar sensores embebidos. • Recolectar datos médicos. • Ejercer labores de detección de humo o intrusos o domótica. • La red en su conjunto utilizará una cantidad muy pequeña de energía de forma que cada dispositivo individual pueda tener una autonomía de hasta 5 años antes de necesitar un recambio en su sistema de alimentación. También hay varios tipos de dispositivos móviles según su papel en la red. Se definen tres tipos distintos de dispositivo ZigBee según su papel en la red: • Coordinador ZigBee (ZigBee Coordinator, ZC). El tipo de dispositivo más completo. Debe existir uno por red. Sus funciones son las de encargarse de controlar la red y los caminos que deben seguir los dispositivos para conectarse entre ellos. • Router ZigBee (ZigBee Router, ZR) Interconecta dispositivos separados en la topología de la red, además de ofrecer un nivel de aplicación para la ejecución de código de usuario. • Dispositivo final (ZigBee End Device, ZED) Posee la funcionalidad necesaria para comunicarse con su nodo padre (el coordinador o un router), pero no puede transmitir información destinada a otros dispositivos. De esta forma, este tipo de nodo puede estar dormido la mayor parte del tiempo, aumentando la vida media de sus baterías. Un ZED tiene requerimientos mínimos de memoria y es por tanto significativamente más barato. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 22 2.8.1. ZigBee Vs Bluetooth Como ya hemos podido comprobar, el desarrollo de la tecnología de ZigBee se centra en la sencillez y bajo coste de sus nodos y en el bajo nivel de transmisión de información. Es por ello que su utilización para nuestro proyecto es la más adecuada en comparación con otras redes inalámbricas semejantes de la familia WPAN, como por ejemplo Bluetooth. ZigBee es muy similar al Bluetooth pero con algunas diferencias: • Una red ZigBee puede constar de un máximo de 65535 nodos distribuidos en subredes de 255 nodos, frente a los 8 máximos de una subred (Piconet) Bluetooth. • Menor consumo eléctrico que el de Bluetooth. En términos exactos, ZigBee tiene un consumo de 30mA transmitiendo y de 3uA en reposo, frente a los 40mA transmitiendo y 0.2mA en reposo que tiene el Bluetooth. Este menor consumo se debe a que el sistema ZigBee se queda la mayor parte del tiempo dormido, mientras que en una comunicación Bluetooth esto no se puede dar, y siempre se está transmitiendo y/o recibiendo. En la Tabla 1 podemos ver en términos exactos el consumo de ZigBee y de Bluetooth. En tran sm i s i ó n En re poso Z i gB ee 30mA 3 µ A B l uet oo th 40mA 0.2mA Tabla 1. ZigBee Vs Bluetooth • Existe una versión que integra el sistema de radiofrecuencias característico de Bluetooth junto a una interfaz de transmisión de datos vía infrarrojos desarrollado por IBM mediante un protocolo ADSI y MDSI. • La velocidad ZigBee es menor a la de Bluetooth. ZigBee tiene una velocidad de hasta 250kbps, mientras que en Bluetooth es de hasta 1Mbps. Esta diferencia de valores es lógica si tenemos en cuenta que ZigBee se basa en una transmisión de datos baja, y por lo tanto no nos afecta en gran medida en el momento de transmisión y recepción de datos. Vistas las principales diferencias entre ZigBee y Bluetooth, podemos llegar a la conclusión de que uno es más apropiado que el otro para ciertas aplicaciones. Haciendo referencia a la diferencia de velocidades, Bluetooth se usa para aplicaciones con mayor carga de información para transmitir, como por ejemplo para teléfonos móviles e informática casera; la velocidad de ZigBee se hace insuficiente para estas tareas, desviándolo a usos tales como la domótica, los productos dependientes de la batería, artículos de juguetería y sensores médicos, en los cuales la transferencia de datos es menor. Éste último caso de utilización de ZigBee, los sensores médicos, nos garantiza que ZigBee será un medio idóneo para nuestro proyecto que se basa en la Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 23 transmisión de datos a partir de medidas capturadas por parte de un conjunto de sensores. 2.8.2. Wireless USB Wireless USB es un protocolo de comunicación inalámbrica por radio con gran ancho de banda, que combina la sencillez de uso de USB con la versatilidad de las redes inalámbricas. Utiliza como banda frecuencial la plataforma UWB (Ultra-Wide Band), operando en los rangos de frecuencia de 3.1 a 10.6GHz. Puede lograr tasas de transmisión de hasta 480Mbps en rangos de tres metros y 110Mbps en rangos de diez metros. Gracias a su alta tasa de transferencia, Wireless puede usarse para aplicaciones que requieren un flujo de transferencia elevado. Wireless USB se utiliza en mandos de videoconsola, impresoras, escáneres, transmisión y visualización de vídeos, etc. Haciendo una comparativa de los principales aspectos de Wireless USB, Bluetooth, Wi-Fi y ZigBee, como podemos comprobar en la Tabla 2, el rango de frecuencia en el que trabaja Wireless es superior al de los otros medios de transmisión, al mismo tiempo que su tasa de transferencia es más elevada. Centrándonos en los valores de transferencia y utilizando la lógica, a mayor tasa de transferencia mayor será el consumo, con lo cual no nos beneficia para el tipo de proyecto que queremos llevar a cabo. ZigBee sigue siendo la mejor opción. Z i gB ee B l uet oo th Wireless U S B W i -F i Banda frec. (Hz) 2.4G / 868M / 915M 2.4G 3.1-10.6G 2.4-5G Tasa de transf. ( b ps) 250k 1M 110-480M 11-108M Cobertura (m etr os) 1-75 1-10 3-10 20-100 Tabla 2. Comparativa de comunicaciones inalámbricas 2.8.3. Wi-Fi WiFi, al igual que el resto de medios que estamos analizando, consiste en un sistema de envío de datos sobre redes que utiliza ondas en lugar de cables (wireless). Se basa en el estándar IEEE 802.11, y es por ello que podemos encontrar diversos tipos de WiFi: • Los estándares IEEE 802.11 son fácilmente aceptados debido a que usan la banda frecuencial de 2.4GHz. • La velocidad de transferencia del medio depende del estándar que se haga uso. Puede proporcionarnos una velocidad de 11Mbps (IEEE 802.11b) hasta 108Mbps (IEEE 802.11n), pasando por los 54Mbps del estándar IEEE 802.11g. • En la actualidad ya se utiliza el estándar IEEE 802.11a, conocido como Wi-Fi5 ya que opera en la banda de 5GHz. Dicha banda frecuencial (5GHz) ha sido Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 24 recientemente habilitada. Al no existir otras tecnologías como ZigBee o Bluetooth que hagan uso de ella, nos garantiza un mínimo de interferencias vecinas. Su alcance es algo menor que el de los estándares que trabajan a 2.4GHz. La principal ventaja que nos proporciona WiFi, aparte de las altas velocidades de transferencia, es la capacidad de suministrar cobertura en un gran rango de distancia (capaz de alcanzar los 100 metros). Por otra parte, la desventaja fundamental de estas redes existe en el campo de la seguridad. Existen algunos programas capaces de capturar paquetes enviados y calcular la contraseña de la red, y de esta forma acceder a ella. Al igual que el resto de medios de transmisión wireless, la velocidad de transferencia se ve disminuida al no utilizar cables. Vistos los principales puntos que nos puede aportar la utilización de WiFi (altas velocidades de transmisión y gran cobertura), podemos concluir que este tipo de medio quedaría fuera del tipo de transmisión que queremos llevar a cabo al necesitar una mayor fuente de energía para poder proporcionar dichas tasas de velocidades. 2.8.4. Wibree Wibree resultaría ser una opción a tener en cuenta para su empleo en nuestro proyecto puesto que sus principales características y sus principios básicos son parejos a los ya vistos en ZigBee. Wibree es una nueva tecnología digital de radio interoperable para pequeños dispositivos. Consiste en una tecnología de comunicación inalámbrica que nos ofrece conexión y comunicación entre dispositivos móviles o computadores y otros dispositivos más pequeños. Su diseño está pensado para que funcione con un consumo de energía mínimo. Al igual que en ZigBee, Wibree opera a los 2.4GHz (banda ISM) haciendo posible la comunicación entre dispositivos de pila de botón y dispositivos Bluetooth. Su tasa de transferencia es superior respecto a ZigBee: 250kbps de ZigBee frente a 1Mbps de Wibree. Puesto que en nuestro proyecto la cantidad de información a transmitir será mínima (datos medidos por nuestros sensores), la tasa de transferencia tampoco nos interesa, en primera instancia, que sea muy elevada. Wibree se diseñó para dos modos distintos de implementación: • Wibree de implementación única: Esta implementación está pensada para el funcionamiento de dispositivos que requieren un consumo bajo de energía, pequeños y de bajo costo, como por ejemplo relojes, sensores deportivos, teclados inalámbricos, etc. • Wibree de implementación modo dual (Bluetooth – Wibree): Se diseña para su uso en dispositivos Bluetooth donde Wibree se integra con Bluetooth y Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 25 BluetoothRF, utilizando los dispositivos existentes y dirigidos especialmente a dispositivos como teléfonos móviles y computadoras personales. 2.8.5. TinyOS TinyOS es un sistema operativo open source basado en componentes para redes de sensores inalámbricas. Está diseñado para incorporar nuevas innovaciones rápidamente y para funcionar bajo las importantes restricciones de memoria que se dan en las redes de sensores. Las aplicaciones para TinyOS se escriben en nesC, un dialecto del lenguaje de programación C optimizado para las limitaciones de memoria de las redes de sensores; donde el lenguaje de programación nesC consiste en un conjunto de tareas y procesos que colaboran entre sí. Existen, además, varias herramientas que completan y facilitan su uso, escritas en su mayoría en Java y en Bash. TinyOS proporciona interfaces, módulos y configuraciones específicas, que permiten a los programadores construir programas como una serie de módulos que hacen tareas específicas. Los módulos de TinyOS proporcionan interfaces para los tipos estándar de entradas y salidas de hardware y sensores. A pesar de que TinyOS no sea una tecnología para comunicaciones inalámbricas, se puede tener en cuenta su utilización para posibles configuraciones y programaciones de redes inalámbricas. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 32 El segundo bloque es realmente el alma de la fuente y tendrá configuraciones básicas: Buck, Boost, Buck-Boost. Buck: El circuito interrumpe la alimentación y provee una onda cuadrada de ancho de pulso variable a un simple filtro LC. La tensión aproximada es Vout = Vin*ciclo de trabajo y la regulación se ejecuta mediante la simple variación del ciclo de trabajo. En la mayoría de los casos esta regulación es suficiente y sólo se deberá ajustar levemente la relación de vueltas en el transformador para compensar las pérdidas por acción resistiva, la caída en los diodos y la tensión de saturación de los transistores de conmutación. Boost: El funcionamiento es más complejo. Mientras el Buck almacena la energía en una bobina y éste entrega la energía almacenada más la tensión de alimentación a la carga. Buck-Boost: Los sistemas conocidos como Flyback son una evolución de los sistemas anteriores y la diferencia fundamental es que éste entrada a la carga sólo la energía almacenada en la inductancia. El verdadero sistema Boost sólo puede regular siendo Vout mayor que Vin, mientras que el Flyback puede regular siendo menor o mayor la tensión de salida que la de entrada. En el análisis de los sistemas Boost comenzamos por saber que la energía que se almacena en la inductancia es entregada como una cantidad fija de potencia a la carga: Po = ( L I² fo) / 2 ; I es la corriente de pico en la bobina, fo es la frecuencia de trabajo, L es el valor de la inductancia. Este sistema entrega siempre una cantidad fija de potencia a la carga sin fijarse en la impedancia de la carga, por eso es que el Boost es muy usado en sistemas de flash fotográficos o en sistemas de ignición del automotor para recargar la carga capacitiva, también es usado como un muy buen cargador de baterías. Pero cuando necesitamos alimentar un sistema electrónico con carga resistiva debemos conocer muy bien el valor de resistencia para poder calcular el valor de la tensión de salida: Vo = ( Po.Rl )^½ = I ( ½ L fo Rl )^½, donde Rl es el valor de resistencia del circuito. En este caso la corriente de la bobina es proporcional al tiempo de conectado o al ciclo de trabajo del conmutador y la regulación para cargas fijas se realiza por variación del ciclo de trabajo. Las configuraciones más recomendadas por los fabricantes se diferencian en potencia, modo, precio, utilidad y calidad. Son muy comunes las siguientes configuraciones: Circuito Potencia (W) Convertidores DC (Buck) 5 Flyback 50 Forward (Boost) 100 Half-Bridge 200 Full-Bridge 500 Tabla 4. Circuito Vs Potencia Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 33 2.9.1.1. Convertidor Buck El convertidor Buck (o reductor) es un convertidor de potencia que obtiene a su salida una tensión continua menor que a su entrada. El funcionamiento del conversor Buck es sencillo, consta de un inductor controlado por dos dispositivos semiconductores los cuales alternan la conexión del inductor bien a la fuente de alimentación o bien a la carga. Ilustración 19. Modo continuo El convertidor se dice que está modo continuo si la corriente que pasa a través del inductor (IL) nunca baja a cero durante el ciclo de conmutación. Con el interruptor cerrado la tensión en el inductor es VL =Vi-Vo y la corriente aumenta linealmente. El diodo está en inversa por lo que no fluye corriente por él. Con el interruptor abierto el diodo está conduciendo en directa. La tensión en el inductor es VL=-Vo y la corriente disminuye. La energía almacenada en la bobina se incrementa en estado ON (interruptor cerrado) y se decrementa durante el estado OFF (interruptor abierto). La bobina se usa para transferir energía desde la entrada a la salida. Ilustración 20. Modo discontinuo Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 34 Si se asume que el convertidor opera en un estado estable, la energía almacenada en cada componente al final del ciclo de conmutación T es igual a que había al principio del ciclo. Esto significa que la corriente IL es igual en t=0 y en t=T. En algunos casos la cantidad de energía requerida por la carga es tan pequeña que puede ser transferida en un tiempo menor que el periodo de conmutación; en este caso la corriente a través de la bobina cae a cero durante una parte del periodo. La única diferencia con el funcionamiento descrito a ntes es que el inductor está completamente descargado al final del ciclo de conmutación. La energía en el inductor sigue siendo la misma al principio y al final del ciclo .Esto significa que el valor medio de la tensión del inductor (VL) es cero La corriente de salida entregada a la carga (Io) es constante. También se supone que la capacidad del condensador de salida es suficientemente alta para mantener constante el nivel de tensión en sus terminales durante un ciclo de conmutación. Esto implica que la corriente que pasa a través del condensador tiene como valor medio cero, así que la corriente media en la bobina será igual a la corriente de salida: (Ven-Vsal)*ton=Vsal * t1. En donde podemos apreciar la dependencia, en este modo, de la tensión de salida no solo con la d sino que además con la carga y la frecuencia de conmutación. fconnmutación = 1/T. 2.9.1.2. Flyback y forward (Boost) Las principales características de un convertidor Boost son las siguientes: • Rango desde 50 hasta 250 W. • Variación del voltaje de entrada: Vin +10%, -20% • Eficiencia del convertidor: h = 80% • Regulación por variación del ciclo de trabajo: d(max) = 0.4 • Máx. corriente de trabajo en el transistor: Iw = 2 Pout / ( h d(max) Vin(min) 1.41 ) = 5.5 Pout / Vin (FLYBACK) Iw = Pout / ( h d(max) Vin(min) 1.41 ) = 2.25 Pout / Vin (FORWARD) • Máx. tensión de trabajo del transistor: Vw = 2 Vin(max) 1.41 + tensión de protección Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 35 Configuración básica: Ilustración 21. Boost En el regulador flyback se puede variar sutilmente el modo de trabajo, continuo o discontinuo. • Modo Discontinuo: Es el modo Boost estrictamente, donde la energía se vacía completamente del inductor antes de que el transistor vuelva a encenderse. • Modo Continuo: Antes que la bobina se vacié enciende nuevamente el transistor. La ventaja de este modo radica en que el transistor sólo necesita conmutar la mitad de un gran pico de corriente para entregar la misma potencia a la carga. Ilustración 22. Modos de funcionamiento El regulador Forward difiere del Flyback en que agrega un diodo más para ser usado como diodo de libre rodado en el filtro LC y un devanado más en el transformador para lograr el restablecimiento. Gracias a todo esto puede entregar potencia a la carga mientras el transistor está encendido. El ciclo de trabajo no puede superar el 50%. Ilustración 23. Flyback / Forward Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 36 2.9.1.3. Push-Pull Las principales características de un convertidor Push-Pull son las siguientes: • Rango desde 100 hasta 500 vatios. • Variación del voltaje de entrada: Vin +10%, -20% • Eficiencia del convertidor: h = 80% • Regulación por variación del ciclo de trabajo: d(max) = 0.8 • Máx. corriente de trabajo en el transistor: Iw = Pout / ( h d(max) Vin(min) 1.41 ) = 1.4 Pout / Vin (FORWARD) • Máx. tensión de trabajo del transistor: Vw = 2 Vin(max) 1.41 + tensión de protección Configuración básica: Ilustración 24. Push-Pull 2.9.1.4. Half-Bridge Las principales características de un convertidor Half-Bridge son las siguientes: • Rango desde 100 hasta 500 vatios. • Variación del voltaje de entrada: Vin +10%, -20% • Eficiencia del convertidor: h = 80% • Regulación por variación del ciclo de trabajo: d(max) = 0.8 • Máx. corriente de trabajo en el transistor: Iw = 2 Pout / ( h d(max) Vin(min) 1.41 ) = 2.8 Pout / Vin (FORWARD) • Máx. tensión de trabajo del transistor: Vw = Vin(max) 1.41 + tensión de protección Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 37 Configuración básica: Ilustración 25. Half-Bridge Opcionalmente agregando un condensador de acoplamiento: Ilustración 26. Con condensador de acoplamiento 2.9.1.5. Half Bridge Las principales caracteristicas de un convertidor Half-Bridge son las siguientes: • Rango desde 500 hasta 1000 vatios. • Variación del voltaje de entrada: Vin +10%, -20% • Eficiencia del convertidor: h = 80% • Regulación por variación del ciclo de trabajo: d(max) = 0.8 • Máx. corriente de trabajo en el transistor: Iw = Pout / ( h d(max) Vin(min) 1.41 ) = 1.4 Pout / Vin (FORWARD) • Máx. tensión de trabajo del transistor: Vw = Vin(max) 1.41 + tensión de protección Configuración básica: Ilustración 27. Full-Bridge Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 38 2.9.2. Fuentes conmutadas Vs Fuentes lineales Básicamente existen dos formas de realizar una fuente de alimentación regulada. Una de ellas consiste en hacer una fuente que entregue mayor tensión de la requerida a la salida. Entre la fuente y la carga se coloca un dispositivo regulador que no hace otra cosa que disminuir la tensión de la fuente hasta un valor deseado manteniéndolo constante. Para lograr esto, se utilizan transistores que trabajan como resistencias variables. De esta manera, parte de la potencia de la fuente llega a la carga y parte se transforma en calor que se disipa luego en el aire. A estos dispositivos se los denomina reguladores lineales y se caracterizan por generar bastante calor para potencias medianas y altas. Ilustración 28. Regulador lineal Otro tipo de reguladores son capaces de tomar de la fuente sólo la potencia que la carga requiere. De esta manera, prácticamente no hay potencia disipada en forma de calor y por ello su eficiencia es mucho mayor. El principio de funcionamiento de estos reguladores consiste en transformar la tensión continua de la fuente en una serie de pulsos que tienen un ancho determinado. Estos pulsos son luego integrados y transformados nuevamente en una tensión continua. Variando el ancho de los pulsos es posible controlar la tensión de salida. A los reguladores que emplean este principio se los denomina reguladores conmutados. Ilustración 29. Regulador conmutado Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 39 La complejidad circuital de los reguladores conmutados había relegado su uso, hasta no hace mucho tiempo, al campo de las altas potencias o aplicaciones especiales. Sin embargo ahora se cuenta con circuitos integrados que facilitan y reducen los costos de este tipo de reguladores con lo cual su uso se ha extendido enormemente en los últimos años. Hay varios tipos de clasificaciones de las fuentes conmutadas. Se pueden clasificar en convertidores on line y off line. El diagrama característico de convertidor on line es el siguiente: Ilustración 30. Estructura de un convertidor conmutado on line El diagrama de bloques de un convertidor off line es el siguiente: Ilustración 31. Estructura de un convertidor conmutado off line Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 40 También se pueden clasificar teniendo en cuenta si poseen aislamiento galvánico o carecen de él. Ilustración 32. Tipos de fuentes conmutadas 2.10. Justificación. Teniendo en cuenta todas las características anteriormente expuestas acerca de los sistemas de control de entorno, cabe decir que el proyecto realizado reúne los requisitos que todo dispositivo para control de entorno debe tener. Además de todos esos requisitos, es importante señalar que es totalmente personalizable, puede producir cualquiera de las notas de las octavas musicales, por lo que podemos reproducir cualquier sonido o melodía, como concatenación de las mismas durante el tiempo que consideremos. En lo que a señales visuales se refiere, cuenta con un diodo led que puede lucir de varios modos distintos, ya sea con parpadeos o bien haciendo las funciones de “fade in” y “fade out” durante el tiempo que consideremos, con cualquiera de los colores que se detallan en la parte que corresponde al diodo led. En el mercado actual no hay ningún dispositivo similar, no hay nada que ofrezca tanta posibilidad de personalización de las características de la señal de aviso. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 41 3. Especificaciones. Diagrama de bloques 3.1. Diagrama de bloques ALTAVOZ (K 28 WP) LED SML-LX1610RGBW A DRIVER LED (CAT4101) MICROPROCESADOR (PIC24FJ16GA002) BUZZER MZT-O3A BLK ZIGBEE ETRX2 ALTAVOZ (K 28 WP) AMPLIFICADOR AUDIO LM48100Q Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 48 3.4. Buzzer Como señal acústica se han barajado varias opciones, una de ellas el buzzer ABI-004-RC de Alan Butcher Components. Otra de ellas fue el AI-4228-TWT-R de Pui Audio. Se han estudiado varios modelos del fabricante Star Micronics, el buzzer MZT-03A BLK, el MUT-01A y el MUT-03A. Tabla 10. Comparativa Drivers Finalmente, se optó por usar el MZT-03A BLK, dadas sus características similares a los demás y mejorándolos en el tamaño, al ser más pequeño, y en la tensión de entrada dado que puede funcionar a 3.3V como se verificó en las pruebas realizadas de audio. Ilustración 42. MZT-03A BLK Características MZT-03A BLK AI-4228-TWT-R ABI-004-RC MUT-01A MUT-03A Rated Voltage (V) 3.6 3-28 12 1.5 3 Current Consumption (mA) 60 10 15 65 70 Rated Frequency (Hz) 2670 2800 +/- 500 3500 +/- 500 3200 3200 Sound Output at 10cm (dB) 87 99 95 92 93 Weight (g) 0.5 12 15 1 1 Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 49 3.5. Altavoz Además del buzzer, se incluye en la pcb de generador de eventos un altavoz como posible mejora a la calidad de audio proporcionada por el buzzer. Se han barajado varias opciones, una de ellas el altavoz ABS-222-RC del fabricante Pro Signal. También se estudió la posibilidad de utilizar el, K 50 WP, el K 28 WP, el K 50 y el FRS 5, todos ellos del fabricante VISATON. En la siguiente tabla podemos ver las principales características de cada uno de ellos. Tabla 11. Comparativa altavoces Finalmente se optó por elegir el K 28 WP dado su menor tamaño y las demás características similares a los demás. Ilustración 43. K 28 WP Características K 28 WP K 50 FRS 5 FRWS 5 SC K 50 WP ABS-222-RC Rated Power (W) 1 2 5 2 2 1 Impedance (Ω ) 8 / 50 8 8 8 8 8 Frequency response (Hz) 300-20000 250-10000 150-20000 200-20000 180-17000 0-11000 Mean sound pressure level 75 dB (1W/1m) 83 dB (1W/1m) 84 dB (1W/1m) 80 dB (1W/1m) 86 dB (1W/1m) 85 dB(1W/1m) Resonant frequency (Hz) 500 350 270 350 300 550 Cutout diameter (mm) 21 45 46 45 46 36 Net weight (g) 7 50 126 52 48 8.25 Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 50 3.6. Microprocesador Son infinitos los microprocesadores que ofrece el mercado hoy en día, pero se optó por el uso de un micro del fabricante MICROCHIP porque son los que usan en el grupo de investigación Tecnodiscap, y por lo tanto tienen todos los kits de desarrollo y cables necesarios para su programación. Además de lo anterior, se optó por el modelo PIC24FJ16GA002, ya que es un micro con una memoria suficiente para albergar toda la programación y que además cuenta con 5 posibles patillas en las que se pueden utilizar PWM para controlar nuestros dispositivos, 3 para el diodo led, 1 para el buzzer y 1 más adicional en el caso de que se quisiera conectar el altavoz. Ilustración 44. PIC24FJ16GA002 Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 51 3.7. Módulos ZigBee Una vez conocidos los dispositivos que debemos encontrar para poder implementar el proyecto y planteadas las condiciones que deben cumplir éstos, podemos empezar la búsqueda de los módulos compatibles con ZigBee. Para ello se ha realizado una búsqueda y estudio de diferentes dispositivos ZigBee (transceiver y microcontroladores) que proporcionan un listado de fabricantes. Por lo tanto, en este apartado quedan detallados los distintos componentes que han sido analizados para poder encontrar la mejor solución posible. Una vez finalizado el estudio de los distintos módulos se realizará una tabla donde quedarán detalladas todas las especificaciones técnicas de todos los dispositivos y de este modo realizar la selección del módulo más apto para nuestro proyecto 3.7.1. Módulo EXTR2 El módulo ZigBee ETRX2 es un módulo que corresponde a la versión R207 que apareció el 4 de agosto de 2006. Sus principales características son: • Dimensiones: 37,75 x 20,5mm • Basado en el chip EM250 • Opera a 2,4 GHz banda ISM • El módulo incluye el software de comandos AT de Telegesis basado en EmberZNet 2.x • Tensión de alimentación: 2,1 – 3,6 V • Rango de temperatura en los que opera: -40ºC a +85ºC • Tasa de transferencia 250 kbits/s • 16 canales disponibles • Acepta encriptación (AES-128) • Interfície UART con DMA (acceso directo a memoria) Ilustración 45. Módulo EXTR2 Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 52 3.7.2. Módulo XBee ZNet 2.5 RF Module En la familia de módulos XBee podemos encontrar, como veremos más adelante, dos tipos de módulos muy similares: XBee ZNet y XBee-PRO ZNet. En este caso tratamos con el módulo XBee ZNet 2.5, mostrado en la Figura 10. Ilustración 46. Transceiver XBee ZNet 2.5 RF Module El módulo XBee ZNet 2.5 RF satisface las necesidades de bajo coste y bajo consumo exigido en redes de sensores inalámbricas. El módulo diseñado para ZigBee es de fácil uso, requiere niveles mínimos de potencia y proporciona una entrega fiable de datos entre dispositivos. Su pequeño tamaño ayuda a su integración en una PCB. Este módulo, totalmente compatible con ZigBee, opera a una frecuencia de 2.4GHz dentro de la banda ISM. Está diseñado para su uso en US, Canadá, Australia y Europa. No precisa de ninguna configuración para comunicaciones RF. XBee ZNet 2.5 no está configurado para ningún nivel de aplicación específico, esto proporciona que se pueda usar en una amplia gama de sistemas. El fabricante proporciona únicamente el transceiver, por lo tanto se debe encontrar un microcontrolador compatible con este módulo. Las principales especificaciones del módulo XBee ZNet 2.5 RF10 son las siguientes: • Frecuencia: 2.4GHz • Potencia de salida: 2mW (+3dBm) • Consumo Rx: 40mA • Consumo Tx: 40mA • Pila: 2.1 – 3.6V • Temperatura: -40ºC a 85ºC • Distancia: Interior: 40m / Exterior: hasta 120m • Tamaño (cm): 2.43 x 2.76 • Peso: 3gramos • Uso para redes avanzadas y soporte de módulos de bajo consumo. • Conectores RPSMA y U.FL, antena Chip o antena Wired Whip. 3.7.3. Módulo XBee-PRO ZNet 2.5 RF Module Este nuevo módulo proviene del mismo fabricante que el anterior, por lo tanto las aportaciones de uno y otro son muy parejas. XBee-PRO se diferencia por una mayor potencia de salida y por lo tanto mayor cobertura, mayor tamaño de dispositivo y mayor consumo en potencia. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 53 Al igual que en el caso anterior, XBee-PRO es solamente el transceiver, como podemos ver en la Figura 11. Este es uno de los motivos por el que probablemente se puedan descartar los módulos proporcionados por XBee. Ilustración 47. Transceiver XBee-PRO ZNet 2.5 RF Module Las principales especificaciones del módulo XBee-PRO ZNet 2.5 RF11 son las siguientes: • Frecuencia: 2.4GHz • Potencia de salida: 50mW (+17dBm) • Consumo Rx: 45mA • Consumo Tx: 295mA • Pila: 3.0 – 3.4V • Temperatura: -40ºC a 85ºC • Distancia: Interior: 120m / Exterior: hasta 1.6km • Tamaño (cm): 2.43 x 3.29 • Peso: 3gramos • Uso para redes avanzadas y soporte de módulos de bajo consumo. • Conectores RPSMA y U.FL, antena Chip o antena Wired Whip. 3.7.4. Módulo EasyBee ZigBee Transceiver Module EasyBee consiste en un módulo transceiver útil para RF ZigBee dentro del IEEE 802.15.4. Esto permite facilitar el diseño de productos inalámbricos que posean ZigBee/IEEE 802.15.4 sin la necesidad de RF o de diseño de antenas grandes. El módulo EasyBee, que podemos ver en la Figura 12, contiene toda la circuitería pertinente de RF, incluyendo una antena integrada y el regulador, el enchufe de unión o el módulo de montaje superficial. Ilustración 48. EasyBee ZigBee Transceiver Module Contiene un SPI de 4 cables que funcionan de interface con el microcontrolador. La capa PHY incluye una impedancia al igual que la antena integral. Posibilita la opción de una pantalla o de un conector externo de antena. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 54 La capa MAC incluye la generación CRC-16, la evaluación de canal clara, la detección de señal de energía, la seguridad, encriptación y autentificación. EasyBee es un dispositivo totalmente capaz de comunicarse en una red y no precisa de una capa de red ZigBee. Si se precisa ZigBee, podemos encontrar ZigBee Stacks libres. Este módulo es una solución rápida para aplicar ZigBee y IEEE 802.15.4 a las comunicaciones del mercado. Nos encontramos con otro fabricante que nos proporciona únicamente el dispositivo transceiver para hacer la conexión mediante ZigBee, pero en este caso el propio fabricante nos recomienda el uso de un microcontrolador de la casa MICROCHIP. Sería una posible solución en caso de no encontrar ningún módulo que posibilite una solución completa. Las principales especificaciones del módulo EasyBee ZigBee Transceiver Module son las siguientes: • Frecuencia: 2.4GHz • Potencia de salida: 1mW (+0dBm) • Consumo Rx: 20mA • Consumo Tx: 18mA • Pila: 2.1 – 3.6V • Temperatura: -40ºC a 85ºC • Distancia: 120m • Tamaño (cm): 2.6 x 2 • Posibilidad de antena integrada o externa. • Uso para redes ZigBee, sustitución de cables, automatización del hogar, control y conexionado industrial, redes inalámbricas de sensores. 3.7.5. Módulo ZB-21 ZigBee OEM Module Es uno de los mejores módulos con capacidad de utilización de ZigBee. El ZB-21ZigBee OEM Module ha sido diseñado para aportar una mayor flexibilidad en las conexiones. El módulo ZB-21 incluye un procesador OKI ARM7TDMI y funciones RF de ZigBee. El procesador ARM7 está disponible para el desarrollo de conexiones flexibles, esto lo hace un dispositivo controlador inalámbrico. A lo que refiere a la potencia de consumo de este módulo, ha sido cuidadosamente optimizada (23μA en estado dormido). El módulo está listo para ser precargado con programas y posteriormente ser probado de modo que estén listos a instalar sin procedimientos adicionales. Como podemos ver en la Figura 13, el ZB-21 consiste en un montaje superficial sobre una PCB, donde se encuentra el módulo totalmente integrado (microcontrolador + transceiver) listo para ser utilizado en tecnologías sin cables ZigBee. Ilustración 49. ZB-21 ZigBee OEM Module Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 55 Visto lo que nos proporciona AMPEDRF, casa origen del módulo ZB-21, hay que tener muy en cuenta esta opción puesto que nos suministran de forma conjunta e integrada los dispositivos transceiver y microcontrolador. Las principales especificaciones del módulo ZB-21 ZigBee OEM Module13 son las siguientes: • Frecuencia: 2.4GHz • Potencia de salida: 1mW (+0dBm) • Consumo Rx: 25μA • Consumo Tx: 50mA • Pila: 3.3V • Temperatura: -20ºC a 70ºC • Distancia: Interior: 30m / Exterior: 100m • Tamaño (cm): 1.5 x 2.7 • Apto para estándar ZigBee. • Módulo completo de RF. • Antena Integrada. • Interface SPI. 3.7.6. Módulo MICAz Module El fabricante de MICAz, Crossbow, proporciona módulos inalámbricos que satisfacen todo tipo de necesidades de los usuarios para sus aplicaciones o incluso para el diseño de proyectos a gran escala. Crossbow proporciona una gran variedad de kits diseñados para proporcionar las herramientas necesarias para el diseño y desarrollo de redes de sensores inalámbricas. El módulo MICAz que vemos en la Figura 14 hace uso de la banda frecuencial de 2.4GHz y es usado para habilitar redes de sensores inalámbricos de bajo consumo. Ilustración 50. MICAz Module La PCB del módulo MICAz se conoce como MPR2400CA, y está basado en un microcontrolador de Atmel (ATmega1281). ATmega128L consiste en un “micro” de bajo consumo en el cual se puede instalar en su memoria flash el ZigBee Stack usado por el fabricante (MoteWorks). Su único procesador (MPR2400) puede ser configurado para ejecutar nuestra aplicación con sensores, procesar nuestra red o realizar comunicaciones simultáneas. Incluye una expansión de conectores de 51-pin que soporta entradas analógicas, entradas/salidas digitales, I2C, SPI e interface UART. Esta interface es muy útil para poder conectar el módulo a una gran variedad de periféricos. Crossbow ofrece una Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 56 gran variedad de conexiones para sensores vía el estándar de la expansión de conectores 51-pin y de este modo la posibilidad de adquisición de datos muy útiles. MICAz (MPR2400), basado en el estándar 802.15.4, transfiere a una velocidad de 250kbps e incluye un hardware de seguridad (AES-128). Este módulo puede ser una muy buena opción para la implementación de nuestro proyecto, ya que incluye microcontrolador y transceiver y ambos compatibles con ZigBee. El handicap que puede acusar este dispositivo es el dimensionado de su PCB puesto que, como se puede apreciar en su ficha técnica, sobrepasaría los límites deseados. Las principales especificaciones del módulo MICAz Module14 son las siguientes: • Frecuencia: 2.4GHz • Potencia de salida: 1mW (+0dBm) • Consumo Rx: 19.7mA • Consumo Tx: 17.4mA • Pila: 3.3V • Distancia: Interior: 20-30m / Exterior: 75-100m • Tamaño (cm): 3.2 x 5.8 x 0.7 • Apto para estándar ZigBee. • Módulo completo de RF. • Antena Integrada. • Interface SPI. • Expansión de conectores para una gran variedad de sensores. 3.7.7. Módulo ATMEL Module ATMEL es el nombre del fabricante que proporciona dispositivos compatibles con la especificación ZigBee. En este caso se nos detalla, por separado, cual es el transceiver y el microcontrolador utilizados para la implementación del módulo. Como se puede comprobar en la Figura 15, nos encontramos con otra solución completa al integrar en su PCB todos los componentes requeridos y compatibles con ZigBee, por lo tanto debemos de analizar dichos componentes para conocer los beneficios que pueden aportar al proyecto y de este modo llegar a la mejor solución posible. Ilustración 51. ATMEL Module Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 57 AT86RF230: El AT86RF230 es un transceiver que de bajo consumo, como es requerido en ZigBee, y que trabaja en la banda frecuencial de los 2.4GHz. Éste ha sido diseñado especialmente para las aplicaciones de bajo coste de ZigBee/IEEE 802.15.4. Junto al AT86RF230 viene incorporada la antena aunque ésta no está integrada dentro de la tarjeta PCB, como se puede apreciar en la Figura X. Todos los componentes necesarios para RF, exceptuando la antena, vienen implementados en el chip. Por lo tanto, se puede decir que el transceiver AT86RF230 es muy útil para las siguientes aplicaciones: • Redes de sensores inalámbricas. • Control industrial. • Automatización del hogar. • Consumo electrónico. • Periféricos del PC. Este transceiver, como ya se ha comentado al inicio del apartado, puede ser usado juntamente con otro microcontrolador compatible y de la misma casa. Las principales especificaciones del módulo ATMEL Module15 son las siguientes: • Frecuencia: 2.4GHz • Potencia de salida: 4mW (+3dBm) • Consumo Rx: 15.5mA • Consumo Tx: 16.5mA • Pila: 3.6V • Temperatura: -40ºC a 85ºC • Apto para estándar ZigBee. • Módulo completo de RF. • Antena Integrada. • Interface SPI. ATmega1281: ATmega1281 es el microcontrolador utilizado en el módulo ATMEL, compatible con ZigBee y con el transceiver anterior. El ATmega1281 es un microcontrolador CMOS 8-bit de bajo consumo basado en las mejoras AVR de la arquitectura RISC. Este “micro” ha sido muy optimizado en el aspecto de la velocidad de procesamiento, por lo tanto es muy útil en casos de gran transferencia de datos y posterior procesamiento de ellos. Otro aspecto que se ha tenido muy en cuenta a la hora del diseño del microcontrolador es su consumo, cumpliendo de este modo una de las principales premisas del estándar ZigBee. Las principales especificaciones del módulo ATMEL Module16 son las siguientes: • Memoria flash: 128kB Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 64 Ilustración 62. Kit desarrollo 1. Cara Bottom 4.7. Kit de desarrollo 2 Una vez acabada la programación en el kit de desarrollo 1, se hizo una migración de código a este kit de desarrollo 2, ya que en esta placa se encontraba un micro que contaba con 5 PWM y que además disponía de un amplificador de audio necesario para el correcto funcionamiento del altavoz. Ilustración 63. Kit desarrollo 2. Cara Top Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 65 Ilustración 64. Kit desarrollo 2. Cara Bottom Para la programación de este kit de desarrollo 2 se ha utilizado el dispositivo MPLAB ICD3 con los cables que podemos ver en la figura. Además se cambio de entorno de programación, pasándose a utilizar el MPLAB. Ilustración 65. MPLAB ICD3 Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 66 5. Montaje en caja Tanto la pcb de generador de eventos como la de control hay que alojarlas en una caja para dispositivos electrónicos. Se ha optado por elegir el modelo A9021665 de OKW que se ve en la ilustración 66. Ilustración 66. Caja A9021665 Para la correcta sujeción de las dos pcb a la caja, se utilizarían tornillos que pasarían por unos agujeros previamente realizados en las distintas placas. Ilustración 67. Caja. Vista lateral Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 67 Los tornillos irían en el lugar que se especifica a continuación. Ilustración 68. Caja. Vista planta Tal como se ve en la Ilustración 69 una placa estaría colocada encima de la otra con suficiente espacio de separación entre las dos para que no choquen los componentes de ambas. Ilustración 69. Caja La PCB de generador de eventos estaría sujeta por dos tornillos solamente mientras la de control por 4, además se realizarían unas aperturas en la caja tanto para la antena del módulo ZigBee como para el diodo led. En este último caso se PCB Generador de eventos PCB Control Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 68 colocaría un difuminador para que la potencia de la luz del diodo no fuera molesta. Para el caso del buzzer se realizaría un taladrado formando una rejilla en la caja para así dejar salir el sonido y que pueda escucharse con claridad a una cierta distancia. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 69 6. Firmware 6.1. Estructura de los mensajes 6.1.1. Diodo Led RGB 6.1.1.1. Blink Dentro de la parte de programación relativa al diodo led tenemos tres tipos de mensajes distintos. El primero de ellos se utiliza para que el diodo led parpadee con unas determinadas características. Tal y como vemos en la imagen este mensaje tiene 9 campos distintos. Tabla 13. Blink El primer campo o “HEADER”, es el encabezamiento de cada mensaje que se manda. Se ha adoptado por convenio usar “AA”. El segundo campo o “LENGTH”, indica la longitud del mensaje que se deberá de enviar. EL tercer campo o “DEVICE”, nos indica el dispositivo sobre el cual vamos a actuar dependiendo que contenga. El cuarto campo o “COMMAND”, indica la función que va a tener el mensaje. En este caso la función será la de parpadeo. Los campos quinto, sexto, séptimo y octavo o “PARAMETERS 1, 2, 3 y 4” sirven para indicar las características del parpadeo que va a tener lugar en el diodo led. Con el primero elegimos el color que aparecerá en el led, con el segundo elegimos la frecuencia de parpadeo, con el tercero el tiempo que estará parpadeando y con el cuarto el duty con el que parpadeará. En el último campo o “CRC” aparecerá la suma en hexadecimal de todos los demás campos. Se usa como suma de verificación para detectar la alteración de datos durante su transmisión o almacenamiento. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 70 En la siguiente imagen podemos ver un ejemplo de un mensaje que se podría dar en el diodo led: Tabla 14. Ejemplo Blink El primer campo o “HEADER”, es el encabezamiento de cada mensaje que se manda. Se ha adoptado por convenio usar “AA”. El segundo campo o “LENGTH” en este caso es “09” como podemos corroborar al enumerar el número de campos. En el campo “DEVICE”, el número “01” se ha asignado al led. El campo “COMMAND”, en este caso “02”, indica la función de parpadeo. El parámetro 1 indica el color con el que va a lucir el led, en este caso el “07” corresponde al color azul. El parámetro 2, en este caso “01”, corresponde a 1Hz de frecuencia. El parámetro 3, “05” en este caso, es el tiempo que estará luciendo el led y corresponde a 5 segundos. El parámetro 4, cuyo valor es “08”, indica un duty del 80%. El “CRC” en este caso es “CB” corresponde a la suma en hexadecimal de todos los demás campos. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 71 6.1.1.2. Fade In El segundo tipo de mensaje se utiliza para que el led haga un fade in en un tiempo determinado. Se parte del led apagado hasta acabar progresivamente iluminando con total intensidad. En la imagen podemos observar que este mensaje tiene 7 campos distintos. Tabla 15. Fade In El primer campo o “HEADER”, es el encabezamiento de cada mensaje que se manda. Se ha adoptado por convenio usar “AA. El segundo campo o “LENGTH”, indica la longitud del mensaje que se deberá de enviar. EL tercer campo o “DEVICE”, nos indica el dispositivo sobre el cual vamos a actuar dependiendo que contenga. El cuarto campo o “COMMAND”, indica la función que va a tener el mensaje. En este caso la función será la de fade in. Los campos quinto y sexto o “PARAMETERS 1 y 2” sirven para indicar las características del fade in que va a tener lugar en el led. Con el primero elegimos el color que aparecerá en el led y con el segundo el tiempo en el que se hará el fade in. En el último campo o “CRC” aparecerá la suma en hexadecimal de todos los demás campos. Se usa como suma de verificación para detectar la alteración de datos durante su transmisión o almacenamiento. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 72 En la siguiente imagen podemos ver un ejemplo de un mensaje que se podría dar en el diodo led: Tabla 16. Ejemplo Fade In El primer campo o “HEADER”, es el encabezamiento de cada mensaje que se manda. Se ha adoptado por convenio usar “AA”. El segundo campo o “LENGTH” en este caso es “07” como podemos corroborar al enumerar el número de campos. En el campo “DEVICE”, el número “01” se ha asignado al led. El campo “COMMAND”, en este caso “03”, indica la función de fade in. El parámetro 1 indica el color con el que va a lucir el led, en este caso el “05” corresponde al color rojo. El parámetro 2, “04” en este caso, es el tiempo que estará luciendo el led y corresponde a 4 segundos. El “CRC” en este caso es “BE” corresponde a la suma en hexadecimal de todos los demás campos. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 73 6.1.1.3. Fade Out El tercer tipo de mensaje se utiliza para que el led haga un fade out en un tiempo determinado. Se parte del led apagado hasta acabar progresivamente iluminando con total intensidad. En la imagen podemos observar que este mensaje tiene 7 campos distintos. Tabla 17. Fade Out El primer campo o “HEADER”, es el encabezamiento de cada mensaje que se manda. Se ha adoptado por convenio usar “AA. El segundo campo o “LENGTH”, indica la longitud del mensaje que se deberá de enviar. EL tercer campo o “DEVICE”, nos indica el dispositivo sobre el cual vamos a actuar dependiendo que contenga. El cuarto campo o “COMMAND”, indica la función que va a tener el mensaje. En este caso la función será la de fade out. Los campos quinto y sexto o “PARAMETERS 1 y 2” sirven para indicar las características del fade out que va a tener lugar en el led. Con el primero elegimos el color que aparecerá en el led y con el segundo el tiempo en el que se hará el fade out. En el último campo o “CRC” aparecerá la suma en hexadecimal de todos los demás campos. Se usa como suma de verificación para detectar la alteración de datos durante su transmisión o almacenamiento. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 80 Ilustración 72. Función Blink El color, la frecuencia, el tiempo y el duty son parámetros que le llegaran por mensaje. La estructura de las funciones de “fade in” y “fade out” es prácticamente similar. La función de” fade in” para el led tiene la estructura siguiente: Ilustración 73. Función Fade In Los parámetros color y tiempo le llegaran por mensaje. En la librería de BUZZER está programada la función de “Play”, además de todas las notas en todas las octavas musicales para que puedan ser reproducidas cualquiera de ellas. La función de “Play” para el buzzer tiene la siguiente estructura: Ilustración 74. Función Play Los parámetros de octava, nota y tiempo le llegaran por mensaje. En la librería de zbAtlibrary30x está la programación relativa al ZigBee que nos permite enviar los mensajes. Cuando se realizó la migración fueran importadas todas las librerías, excepto la del micro que se sustituyo por la del micro del kit de desarrollo 2, y la librería principal que se tuvo que adaptar. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 81 7. Manual de usuario Para utilizar nuestro generador de eventos visuales y sonoros, lo primero que tenemos que hacer es abrir la interface “Tecnodiscap Terminal”, elegir las características que se ven en la figura y pulsar en “CONNECT”. Ilustración 75. Terminal Luego pulsamos en “Network Scan”. Ilustración 76. Network Scan Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 82 Al pulsar en “Network Scan” vemos en el cuadro de mensajes de la derecha que detecta una red creada por el coordinador. A continuación pulsamos en “Network Info” y vemos que detecta además del coordinador un esclavo. Ilustración 77. Network Info Ilustración 78. Unicast Binary Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 83 En la ilustración 78 se ve como en primer lugar tenemos que pulsar en “Unicast Binary” para mandar un mensaje. Una vez que hemos pulsado en “Unicast BINARY”, escribimos en “Hexa Data” un mensaje que tiene la secuencia de la estructura explicada anteriormente en el apartado de “Estructura de los mensajes”. Una vez escrito ahí pulsamos en “Send command” y vemos como aparece en el cuadro de mensajes inferior de la derecha la verificación de que el mensaje ha llegado del coordinador al esclavo. Ilustración 79. Envío mensaje Tras efectuar estos pasos veremos como el dispositivo sobre el que hemos actuado, responde realizando la función relativa al código enviado. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 84 8. Conclusiones y posibles mejoras Como conclusión una vez acabado el proyecto cabe decir que la principal razón por la que elegí el proyecto era para aprender o profundizar en algunos aspectos como pueden ser el diseño de pcb, la programación de microprocesadores y aprender sobre comunicaciones inalámbricas. Todas esas expectativas han quedado cumplidas con creces. He tenido que realizar varios diseños de pcbs y no ha sido fácil porque llegar a un diseño óptimo con las dimensiones de la placa lo más pequeñas posible siempre es complicado. Surgieron algunos problemas a la hora de routear pero finalmente se consiguieron solventar. En lo referente a la programación de microprocesadores se puede decir que ha sido un hándicap bastante importante, ya que a lo largo de la carrera, solo había aprendido la programación en ensamblador y algunas nociones del lenguaje de programación conocido como C al cursar la asignatura de microprocesadores e instrumentación electrónica. La programación del microprocesador del proyecto ha sido realizada en C++ por lo que he tenido que aprender la mayor parte del lenguaje, a manejar los entornos de programación y los kits de desarrollo para poder programarlos. En cuanto a comunicaciones, primero tuve que investigar acerca del tipo de tecnología inalámbrica que sería más adecuado utilizar y posteriormente he tenido que aprender a programar los módulos ZigBee y a manejar la interface de usuario para así mandar los mensajes convenientemente. En definitiva, tengo que decir que el proyecto ha cumplido las expectativas en cuanto a aprendizaje con las que lo comencé. Como posibles mejoras que se pueden aplicar al proyecto realizado cabe la posibilidad de conectar una memoria EPROM donde irían almacenadas melodías para su posterior reproducción en el altavoz. Además también sería posible ampliar la gama de colores con los que hacer efectos luminosos, ampliando la parte de programación relativa al diodo led. Otra posible mejora sería la creación de un software propio para el envio de mensajes con una interface más intuitiva en lugar de utilizar el software de Tecnodiscap. Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 85 9. Bibliografía  Torres Portero, Manuel y Miguel A., Diseño e ingeniería electrónica asistida con PROTEL DXP, Ra-Ma, Zaragoza, 2004  Tecnodiscap, Tutorial ALTIUM DESIGNER para diseño de PCBs, 2010  Barneda Faudot, Iván, ZigBee aplicado a la transmisión de datos de sensores biomédicos, Proyecto final de carrera, Universidad autónoma de Barcelona, 2008  http://www.powerint.com/  http://www.microchip.com/  http://www.microchip.com/en_US/family/mplabx/index.html  http://www.mikroe.com/eng/products/view/25/lv-18fj-development-system/  http://www.ccsinfo.com/  http://es.farnell.com/  http://www.tracopower.com/  http://www.telegesis.com/  http://www.bj-adaptaciones.com/  http://latecladeescape.com/recetas-algoritmicas/frecuencia-de-las-notas- musicales.html  http://www.okw.com Generador de eventos visuales y sonoros - Memoria 86 Anexos  Planos “PCB Generador de eventos visuales y sonoros”  Planos “PCB Control con fuente TRACO”  Planos “PCB Control con fuente diseñada”  Datasheet Buzzer MZT-03A BLK  Datasheet Diodo led SML-LX1610RGBW/A  Datasheet Altavoz K 28 WP  Datasheet Módulo ZigBee EXTR2  Datasheet Driver led CAT4101  Datasheet Fuente TRACO TLM 05105 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 GENERADOR EVENTOS VISUALES Y SONOROS 1 2010/2011 Schematic Print 539849 V- - V+ + altavoz LEAD - -LEAD + + buzzer DRIVER LED EN/PWM 1 VIN 2 GND 3 RSET 4 LED 5 RED DRIVER LED EN/PWM 1 VIN 2 GND 3 RSET 4 LED 5 GREEN G1 R2 B3 A 4 LED VCC 5 1.5K RG 1.7K RR 1.5K RB GND GND GND VCC 5 VCC 5 VCC 5 1 2 3 Pins Drivers 1 2 3 Pins alimentaciones VCC 3.3 VCC 5 GND DRIVER LED EN/PWM 1 VIN 2 GND 3 RSET 4 LED 5 BLUE 1 2 Pins Audio VCC 3.3 GND 1 Pins Mosfet CON1 2 1 3 Mosfet Canal N BSS123 2.2 Rajuste Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 GENERADOR EVENTOS VISUALES Y SONOROS 2 2010/2011 Top Layer 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 GENERADOR EVENTOS VISUALES Y SONOROS 3 2010/2011 Top Silkscreen Overlay 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE TRACO 3 2010/2011 Top Layer 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE TRACO 4 2010/2011 Bottom Layer 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE TRACO 5 2010/2011 Top Silkscreen Overlay 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE TRACO 6 2010/2011 Bottom Silkscreen Overlay 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE TRACO 7 2010/2011 Top Solder Mask Print 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE TRACO 8 2010/2011 Bottom Solder Mask Print 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE TRACO 9 2010/2011 Drill Drawing 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE TRACO 10 2010/2011 PCB 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE TRACO 11 2010/2011 Bill of materials 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE DISEÑADA 1 2010/2011 Schematic Print 1 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE DISEÑADA 8 2010/2011 Bottom Solder Mask Print 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE DISEÑADA 9 2010/2011 Drill Drawing 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE DISEÑADA 10 2010/2011 PCB 539849 Dibujado Comprobado Escala: Fecha Nombre Firma: ZARAGOZA Plano n.º N.º Alumno: Curso: ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TÉCNICA INDUSTRIAL Darío Tolosana Mallada 1/09/11 1:1 CONTROL CON FUENTE DISEÑADA 11 2010/2011 Bill of materials 539849 Rated power Maximum power Impedance Frequency response (–10 dB) Mean sound pressure level Resonant frequency Voice coil diameter Cutout diameter Net weight Technical Data 1 Watt 2 Watt 8 7 / 50 7 300 – 20000 Hz 75 dB (1 W/1 m) 500 Hz 10 mm Ø 21 mm Ø 0,007 kg Nennbelastbarkeit Musikbelastbarkeit Impedanz Übertragungsbereich (–10 dB) Mittlerer Schalldruckpegel Resonanzfrequenz Schwingspulendurchmesser Schallwandöffnung Gewicht Technische Daten 1 Watt 2 Watt 8 7 / 50 7 300 – 20000 Hz 75 dB (1 W/1 m) 500 Hz 10 mm Ø 21 mm Ø 0,007 kg Full-Range driver K 28 WP 8 7 50 7 VISATON GmbH & Co. KG • Ohligser Straße 29-31 • D-42781 Haan • Tel.: 0 21 29 / 5 52 - 0 • Fax: 0 21 29 / 5 52 -10 • e-mail: [email protected]om 04/2007 8 7 50 7 Abstrahlcharakteristik / Radiation pattern 1000 Hz Abstrahlcharakteristik / Radiation pattern 5000 Hz Abstrahlcharakteristik / Radiation pattern 8000 Hz Telegesis (UK) Limited 84 Station Road, Marlow, Bucks, SL7 1NX, United Kingdom Telephone +44 (0)1628 894348 | [email protected] | www.telegesis.com Product and Company names and logos referenced may either be trademarks or registered trademarks of their respective companies. All information is correct at time of issue. Telegesis reserves the right to make modifications and/or improvements without prior notification. Telegesis does not convey any license under its patent rights or assume any responsibility for the use of the described product. © 2005 Telegesis MODULE FEATURES Small form factor, SMT module 37.75 x 20.5mm. Optional board-to-board or board-to-cable connector. 3 antenna options: Integrated ceramic antenna, Hirose U.FL coaxial connector or single port 50 pad. XAP16b microcontroller with non-intrusive debug interface (SIF). 128k flash and 5kbytes of SRAM. UART interface with DMA, optional software support for hardware I2C and SPI. Wide supply voltage range (2.1 to 3.6V). Module ships with standard Telegesis AT-style software interface based on the EmberZnet 2.xx meshing stack. Can act as an End Device, Router or Coordinator. 12 general-purpose I/O lines and 2 analogue inputs (all 17 GPIOs of the SN250 are accessible). Supports 4 different power modes for extended battery life. Current consumption below 1uA in deep sleep mode with self wakeup. Firmware upgrades via RS232 or over the air (password protected). Hardware supported encryption (AES-128). Tested for CE and FCC compliance (with integrated antenna), FCC modular approval. Operating temperature range: -40°C to +85°C. Future Options: On board, low power voltage regulator, DC/DC regulator and watch crystal. RADIO FEATURES Based on the Ember Corporation EM250 single chip ZigBee / IEEE802.15.4 solution. 2.4GHz ISM Band. 250kbit/s over the air data rate – NB Actual usable data throughput with ZigBee is 20kbps. 16 channels (802.15.4 Channel 11 to 26). +3dBm output power (+5dBm in boost mode). High sensitivity of -98dBm typ. at 1% packet error rate. Hardware acceleration for IEEE 802.15.4 compliant transmissions. ETRX2 – (ZigBee Technology) Wireless Mesh Networking Module The Telegesis ETRX2 module is a low power, 2.4GHz ISM band transceiver, based upon the Ember Corporation EM250 single chip ZigBee / IEEE802.15.4 solution and EmberZNet 2.xx meshing technology. Designed for integration into any device without the need for RF expertise the ETRX2 enables you to add powerful wireless networking capability to your products and bring them quickly to market. The comprehensive Telegesis AT command line interface allows for quick integration without complex software engineering. SUGGESTED APPLICATIONS AMR – Automatic Meter Reading. Wireless Alarms and Security. Home/Building Automation. Wireless Sensor Networks. M2M Industrial Controls. Future ZigBee systems. PC Peripherals. IEEE 802.15.4 Systems. Item Tracking. DEVELOPMENT KITS Two complementary development kits consisting of two or three modules and a single development board with USB connectivity and I/O breakouts. AT-style software interface command dictionary can be modified for high volume customers. Custom software development available upon request. EXAMPLE AT-STYLE COMMANDS AT+BCAST Sends a Broadcast AT+UCAST:<address> Sends a Unicast AT+EN Establish PAN network Unlike many other module command layers the Telegesis AT- Style command set fully mirrors the functionality of the EmberZNet mesh networking stack. With the ETRX2 module there is therefore no requirement for any embedded firmware expertise when engineering your mesh networking solution. The ETRX2 is available in Power Amplified form – see ETRX2-PA for range & specification details. © Semiconductor Components Industries, LLC, 2010 February, 2010 ï Rev. 4 1Publication Order Number: CAT4101/D CAT4101 1 A Constant-Current LED Driver with PWM Dimming Description The CAT4101 is a constantïcurrent sink driving a string of highïbrightness LEDs up to 1 A with very low dropout of 0.5 V at full load. It requires no inductor, provides a low noise operation and minimizes the number of components. The LED current is set by an external resistor connected to the RSET pin. The LED pin is compatible with high voltage up to 25 V, allowing the driving of long strings of LEDs. The device ensures an accurate and regulated current in the LEDs independent of supply and LED forward voltage variation. The PWM/EN input allows the device shutdown and the LED brightness adjustment by using an external pulse width modulation (PWM) signal. The driver features a thermal shutdown protection that becomes active whenever the die temperature exceeds 150°C. The device is available in a highïpower, 5ïlead TOï263 package offering excellent thermal dissipation characteristics. Features •Accurate 1 A Current Sink •Up to 25 V Operation on LED Pin •Low Dropout 500 mV at 1 A •LED Current Set by External Resistor •High Resolution PWM Dimming via EN/PWM •“Zero” Current Shutdown Mode •Thermal Shutdown Protection •TOï263 5ïlead Package •These Devices are PbïFree, Halogen Free/BFR Free and are RoHS Compliant Applications •High Power LED up to 1 A •Architectural and General Lighting •Automotive Lighting Figure 1. Typical Application Circuit VIN CAT4101 VCC LEDs 549 W 3 V to 25 V VIN 5 V EN/PWM RSET LED GND ON OFF 1 A http://onsemi.com TOï263 TV SUFFIX CASE 221AE PIN CONNECTIONS MARKING DIAGRAM CAT4101TV = Specific Device Code 3 = Lead Finish (MatteïTin) L = Assembly Location Code Y = Production Year (Last Digit) M = Production Month (1ï9, A, B, C) XXXX = Last Four Digits of Assembly Lot Number A = Production Revision (Fixed as “A”) (Top View) Device Package Shipping ORDERING INFORMATION CAT4101TVïT75 (Note 1) TOï263 (PbïFree) 750/ Tape & Reel 1. Lead Finish MatteïTin CAT4101TV 3LYMXXXXA 1 EN/PWM VIN GND RSET LED TAB http://www.tracopower.com Page 1 of 6 AC/DC Power Modules TML Series, 5 to 30 Watt The TML series are compact AC/DC power supplies in a fully encapsulated plastic case. They feature versions with screw terminals for easy installation or with solder pins for direct PCB mounting. International safety approvals qualify this product for worldwide markets. The TML series AC/DC modules offer an interesting solution for many space critical applications in commercial and industrial electronic equipment. Features U Encapsulated power Supplies U PCB mount or chassis mount with screw terminals U Single, dual and triple output models U Universal input 85–264 VAC, 47–440 Hz U EMI meets EN 55022, class B and FCC, level B U Low ripple and noise U Short circuit and overload protection U 3-year product warranty Order Code Output Power max. Output 1 Output 2 Output 3 TML 05105 5 VDC/1000 mA TML 05112 12 VDC/416 mA TML 05115 15 VDC/333 mA TML 05124 5 Watt 24 VDC/200 mA TML 05205 5 VDC/500 mA –5 VDC/500 mA TML 05212 12 VDC/200 mA –12 VDC/200 mA TML 05215 15 VDC/160 mA –15 VDC/160 mA TML 10105 5 VDC/2000 mA TML 10112 12 VDC/833 mA TML 10115 15 VDC/666 mA TML 10124 10 Watt 24 VDC/416 mA TML 10205 5 VDC/800 mA –5 VDC/800 mA TML 10212 12 VDC/380 mA –12 VDC/380 mA TML 10215 15 VDC/300 mA –15 VDC/300 mA Models UL 60950-1LVD Product not recommended for new design in! See new series: U TMLM Series, 4 to 20 Watt highest power density, PCB mount. www.tracopower.com/products/tmlm.pdf U TML Series, 20 to 40 Watt Increased power density, replaces TML 15 and TML 30 models. PCB and chassis mount versions www.tracopower.com/products/tml.pdf