diseÑo de una malla zig-bee para monitoreo por ausencia de...
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DISEÑO DE UNA MALLA ZIG-BEE PARA MONITOREO POR AUSENCIA DE
AUDIO EN LAS CONSOLAS DHD RM 2200 QUE DISPONE LAS EMISORAS DE LA
CADENA RADIAL CARACOL RADIO S.A.
HECTOR ALVARO GARZON BUITRAGO.
Cód. 20111273008
LUCAS MAURICIO FLOR
Cód. 20111273010
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA
INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES
2015
DISEÑO DE UNA MALLA ZIG-BEE PARA MONITOREO POR AUSENCIA DE AUDIO
EN LAS CONSOLAS DHD RM 2200 QUE DISPONE LAS EMISORAS DE LA CADENA
RADIAL CARACOL RADIO S.A.
HECTOR ALVARO GARZON BUITRAGO.
Cod. 20111273008
LUCAS MAURICIO FLOR
Cod. 20111273007
Monografía para optar por al título de
Ingeniero En Telecomunicaciones
Tutor
HOLMAN MONTIEL ARIZA
Ingeniero Electrónico
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA
INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES
2016
Nota de aceptación
________________________________
________________________________
________________________________
Tutor _________________________________
Jurado _________________________________
Jurado _________________________________
_________________________
Ciudad y Fecha (Día, Mes Año)
AGRADECIMIENTOS
Durante este tiempo, buenos y malos momentos ayudaron a fortalecer nuestro carácter, nos brindaron
una perspectiva de la vida mucho más amplia y nos han enseñado a ser más cautelosos pero sin dejar
de ser auténtica. Al finalizar mis estudios de grado en la carrera de ingeniera telecomunicaciones.
Existen un grupo de personas a las que no podemos dejar de reconocer debido a que durante todo este
tiempo estuvieron presentes de una u otra forma en nuestro proceso.
A Dios…..porque a pesar de que muchas veces puse mis intereses por encima de ti nunca me faltaste
y aunque somos tus hijos, en ti confiamos. Siempre nos haz ayudado a seguir adelante y por ti aún no
perdemos la esperanza y reconozco que sin ti no hubiéramos podido sobrevivir estos últimos meses.
Muchas Gracias.
A nuestra familia…...Nuestros padres, ustedes han sido sin duda uno de los principales precursores
de este logro, nunca te desesperaste e hiciste lo imposible para que yo pudiera seguir con mis
estudios, creíste que podía y siempre te preocupaste por lo que estaba haciendo, eso nos mantuvo
firme las veces que pudimos tambalearnos; sé que muchas veces tenemos desacuerdos pero quién no
los tiene, salimos adelante y así será siempre. Nuestras madres, Que también se mantuvieron ahí, su
creatividad y dedicación nos sacaron a camino muchas veces y su incondicional comprensión
siempre se impuso, a pesar de todo siempre me apoyaste; muchas veces no me doy cuenta y paso por
alto tus esfuerzos, pero es que si te agradeciera todo lo que haces por mí no terminaría nunca.
A nuestros hermanos...gracias por estar en los momentos más difíciles de nuestras vidas y sobretodo
porque todavía podemos contar con ustedes, a pesar de que en ocasiones le diéramos prioridad a
nuestro egoísmo. Puede que las cosas entre nosotros hayan cambiado un poco pero siempre van a
poder contar con nosotros.
A nuestros Hijos, que son nuestro orgullo y nuestra gran motivación, libran nuestra mente de todas
las adversidades que nos se presentan, y nos impulsan cada día a superarnos en la carrera de
ofrecerles siempre lo mejor.
Muchas gracias hijos, porque sin su ayuda, no habría logrado desarrollar con éxito, mi proyecto de
grado.
A Caracol Radio S.A...Gracias por permitirme durante todo este tiempo estar en sus instalaciones, su
ayuda fue invaluable. Aunque todos y todas de alguna manera se involucraron en mis proyectos, les
agradezco especialmente a: German Trompa, Luis Hernán y los ingenieros del departamento de
tecnología.
A mi tutor, profesores y profesoras...sus formas de enseñar, todas diferentes y características, me
incentivaron en muchos sentidos a seguir adelante y sin ustedes esto no hubiera sido posible. Por su
comprensión, afecto, simpatía, por todas esas cosas que los caracterizan ser profesores de la
universidad distrital francisco José de caldas y de la facultad tecnológica. Por reflejar sus bondades
sobre mí y permitirme guardar en mi interior lo mejor de ustedes, agradezco justo ahora y por siempre.
Y finalizo expresando mi orgullo por haber llegado hasta aquí por la universidad distrital y por ser
quién soy y ser un egresado de ingeniería; eso es algo que nunca habría sido posible sin ustedes en mi
vida.
Contenido
2. INTRODUCCIÓN. ................................................................................................................................... 11
2.1. ANTECEDENTES. .............................................................................................................................. 11
2.2. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA. ................................................................................................ 11
2.3. OBJETIVOS. ........................................................................................................................................ 12
2.3.1. OBJETIVO GENERAL. ................................................................................................................... 12
2.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ........................................................................................................... 12
2.4. RESUMEN. .......................................................................................................................................... 12
3. MARCO TEORICO .................................................................................................................................. 13
3.1. Consolas De Audio. .............................................................................................................................. 13
3.1.1. Consola Analógica. ....................................................................................................................... 14
Las consolas analógicas, ya casi sustituidas en su totalidad por las digitales, tratan la señal de audio
analógico y tienen la particularidad de que se actúa directamente sobre las señales que entran o salen de la
mesa. Los diferentes audios pasan físicamente por los elementos de control o monitoreado que son
operados por el técnico de audio. .................................................................................................................. 14
3.1.2. Consola Digital. ............................................................................................................................. 15
3.1.3. Partes De Una Consolas. ............................................................................................................... 17
3.1.3.1. Módulo De Canales De Entrada. ............................................................................................... 17
3.1.3.2. Entradas. .................................................................................................................................... 18
3.1.3.3. Alimentación Fantasma (PHANTOM). .................................................................................... 19
3.1.3.4. Inversor De Fase. ...................................................................................................................... 19
3.1.3.5. Amplificador De Ganancia. ...................................................................................................... 19
3.1.3.6. Atenuador (PAD). ..................................................................................................................... 19
3.1.3.7. Inserción. ................................................................................................................................... 19
3.1.3.8. Procesamiento. .......................................................................................................................... 20
3.1.3.9. Indicador De Sobre carga (OVERLOAD). ............................................................................... 20
3.1.3.10. Fader. ........................................................................................................................................ 20
3.1.3.11. Potenciómetro Panorámico (PAN). ........................................................................................... 21
3.1.3.12. Asignación de buses. ................................................................................................................. 21
3.1.3.13. Envíos auxiliares. ...................................................................................................................... 21
3.1.3.14. Mezcladores. ............................................................................................................................. 22
3.1.3.15. Interfaz AES3. ........................................................................................................................... 22
3.1.3.15.1. Especificaciones Hardware. .................................................................................................. 22
3.1.3.15.2. Especificación De Protocolo. ................................................................................................ 22
3.1.3.15.3. Estructura. ............................................................................................................................. 22
3.1.3.15.3.1. La Capa De Datos ............................................................................................................. 23
3.1.3.16. Estudios De Radio O Emisora. ................................................................................................. 24
3.1.3.16.1. Características de un estudio de radio. .................................................................................. 25
3.1.3.16.2. Equipamiento En Las Salas Técnicas. .................................................................................. 26
3.1.3.16.3. Unidades Móviles. ................................................................................................................ 28
3.1.3.16.4. Personal Del Estudio De Radio. ............................................................................................ 29
3.1.4. Producción Radial. ........................................................................................................................ 30
3.1.5. Audiencia Radial En Colombia. .................................................................................................... 31
3.2. EL ESTÁNDAR ZIGBEE. ................................................................................................................... 33
3.2.1. FORMACIÓN DE UNA RED ZIGBEE....................................................................................... 34
3.2.2. Inicializando Un Coordinador Zig bee. ......................................................................................... 35
3.2.3. Adición De Un Router. ................................................................................................................. 36
3.2.4. Adición de un dispositivo final. .................................................................................................... 36
3.3. COMUNICACIONES DE RED ZIGBEE ........................................................................................ 36
3.3.1. Direccionamiento de dispositivo Zig Bee. .................................................................................... 36
3.3.1.1. Dirección de red de 16-bit. ........................................................................................................ 36
3.3.1.2. Direcciones de 64-bit. ............................................................................................................... 37
3.3.2. Direccionamiento de capa de aplicación Zig Bee ......................................................................... 37
3.4. TRANSMISIÓN DE DATOS Y ENRUTAMIENTO. ..................................................................... 37
3.4.1. Transmisiones de Broadcast. ......................................................................................................... 38
3.4.2. Transmisiones de Multicast .......................................................................................................... 38
3.4.3. Transmisiones de Unicast. ............................................................................................................ 38
3.4.4. Descubrimiento de dirección de red. ............................................................................................. 39
3.4.5. Descubrimiento de ruta. ................................................................................................................ 39
3.4.5.1. Algoritmo de enrutamiento AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector) ............................ 39
3.4.6. Reintentos y Reconocimientos. ..................................................................................................... 41
4. DISENO Y DESARROLLO. .................................................................................................................... 42
4.1. ESQUEMA GENERAL DE LA SOLUCIÓN ...................................................................................... 42
4.2. TOPOLOGÍA DE LA DE RED. ........................................................................................................... 43
4.2. MALLA INALÁMBRICA ZIGBEE. ................................................................................................... 44
4.2.1. Dispositivos que componen la malla inalámbrica. ........................................................................ 44
4.2.2. El Coordinador. ............................................................................................................................. 44
4.2.3. Implementación de dispositivos routers x bee .............................................................................. 47
4.2.4. Operación rf de los módulos x-bee 802.15.4 serie 2 ..................................................................... 50
4.2.5. Módulos X bee. ............................................................................................................................. 51
4.2.5.1. Modos de operación .................................................................................................................. 51
4.2.5.1.1. Modo transmisión y recepción: ................................................................................................. 52
4.2.5.1.2. Modo de bajo consumo (sleep mode). ...................................................................................... 52
4.2.5.1.3. Modo de comando. .................................................................................................................... 52
4.2.5.1.4. Modo transparente..................................................................................................................... 52
4.2.5.1.5. Modo api. .................................................................................................................................. 53
4.2.5.1.6. Modo idle. ................................................................................................................................. 53
4.2.5.2. Direccionamiento e interconexión ............................................................................................ 54
4.2.6. Montaje de una red Zig Bee con los módulos X bee Serie 2. ....................................................... 54
4.2.6.1. Inicio de un coordinador X bee Serie 2. .................................................................................... 54
4.2.6.2. Inicio de un router X bee Serie 2. ............................................................................................. 55
4.2.6.3. Inicio de un dispositivo final X bee Serie 2. ............................................................................. 55
4.2.7. X bee API. ..................................................................................................................................... 55
4.2.8. Pruebas para determinar distancias entre nodos ............................................................................ 63
4.2.9. Diagramas de flujo de funcionamiento de programas de router y coordinador. ........................... 67
4.2.10. Consola DHD RM2200D. ............................................................................................................. 68
4.2.11. Transmisión de mensajes. ............................................................................................................. 74
4.2.12. Comandos AT Para SMS .............................................................................................................. 79
4.2.13. Estado de señal celular para prueba. ............................................................................................. 83
4.2.13.1. Software cliente......................................................................................................................... 86
CONCLUSIONES Y RESULTADOS. ............................................................................................................ 88
Bibliografía ....................................................................................................................................................... 89
Índice De Figuras.
Figura 1. Consola Audio. .................................................................................................................................. 13
Figura 2. Consola Musical. ............................................................................................................................... 14
Figura 3. Consola Analógica. ........................................................................................................................... 14
Figura 4. Consola Analógica En Estudio. ........................................................................................................ 15
Figura 5. Consola Digital. ................................................................................................................................. 16
Figura 6. Consola Digital De Radiodifusión. .................................................................................................... 16
Figura 7. Partes Básicas De Una Consola. ........................................................................................................ 17
Figura 8. Partes De Control De Entradas. ......................................................................................................... 17
Figura 9. Control De Entrada Típico De Una Consola. .................................................................................... 18
Figura 10 Fader ................................................................................................................................................. 21
Figura 11 Reparto de niveles en función del control panorámico..................................................................... 21
Figura 12 Bloques de un corriente AES3. ......................................................................................................... 23
Figura 13 Audiencia Nacional según ECAR. ................................................................................................... 33
Figura 14 Capas Zig Bee (Fuente upload.wikimedia.org) ............................................................................... 34
Figura 15 Ejemplo básico de la topología de una red zig bee. .......................................................................... 35
Figura 16 Ejemplo de direccionamiento de capa de aplicación. ....................................................................... 37
Figura 17 Transmisiones de broadcast. ............................................................................................................. 38
Figura 18 Ejemplo de Transmisión a Través de una Red en Malla. ................................................................. 39
Figura 19 Ejemplo de comando de Broadcast Route Request. Cuando R3 intenta descubrir una ruta a R6. .. 40
Figura 20 Ejemplo de comando Route Reply Unicast Cuando R6 Envía un Route Reply a R3: R6 puede
enviar varias respuestas, si se identifica una ruta mejor. .................................................................................. 41
Figura 21 Transmisión de datos unicast. .......................................................................................................... 42
Figura 22 Diagrama general de la solución propuesta. ..................................................................................... 43
Figura 23 Topología de la red montada. ........................................................................................................... 43
Figura 24 Malla Diseñada y Propuesta graficada por el programa XCTU de Di gi. ........................................ 44
Figura 25 Bloques del dispositivo de coordinador ............................................................................................ 45
Figura 26 Software XCTU Para Programar Los Digi Bee Version 6.2.0 ........................................................ 46
Figura 27 Vista de configuración de coordinador. ............................................................................................ 46
Figura 28 Circuito del coordinador. .................................................................................................................. 47
Figura 29 Imagen X-Bee Coordinado ............................................................................................................... 47
Figura 30 Bloques del dispositivo final router. ................................................................................................. 48
Figura 31 Dispositivo Diseño Router X bee. .................................................................................................... 49
Figura 32 Vista de configuración de router. ..................................................................................................... 49
Figura 33 Diagrama de circuito router. ............................................................................................................ 50
Figura 34 Estructura básica de trama de comunicación API. .......................................................................... 56
Figura 35 Estructura de trama de comunicación API. ...................................................................................... 56
Figura 36 Estructura de frame AT .................................................................................................................... 57
Figura 37 trama de respuesta de petición de parámetro AT. ............................................................................ 58
Figura 38 trama de repuesta de confirmación de escritura de parámetro AT. ................................................. 59
Figura 39 Envió y respuestas de comandos frame AT. ..................................................................................... 59
Figura 40 estructura de trama Zig Bee Transmit Request. ................................................................................ 60
Figura 41 Estructura de trama Zig Bee transmit status. .................................................................................... 62
Figura 42 estructura de trama Zig Bee Receive Packet. .................................................................................. 62
Figura 43 programa de replicación de paquetes. ............................................................................................... 62
Figura 44 Piso 8 zona de las emisoras musicales y ovalo. ............................................................................... 65
Figura 45 Potencias medidas en las emisoras musicales. ................................................................................. 66
Figura 46 Potencias medidas en las emisoras en el ovalo ................................................................................. 67
Figura 47 Diagramas de flujo de programas router. ........................................................................................ 67
Figura 48 Aplicación Básica de un RM2200D: Rack DSP vinculado a una mesa de mezclas......................... 68
Figura 49 Estructura general RM2200D. .......................................................................................................... 69
Figura 50 Vista trasera de la consola DHD RM2200D. .................................................................................... 70
Figura 51 Tarjeta GPIO RM220-311 instalada slot 9 de la consolas. .............................................................. 71
Figura 52 Configuración de los puertos por software RM2200D. .................................................................... 71
Figura 53 Configuración de puertos GPO. ........................................................................................................ 72
Figura 54 Esquemático de los puertos GPO. .................................................................................................... 72
Figura 55 Circuito diseñado para conectarse con el microcontrolador. ............................................................ 73
Figura 56 Circuito en funcionamiento cuando el puerto no está activado (0 voltios). ..................................... 73
Figura 57 Circuito en funcionamiento cuando el puerto está activado (5 voltios). ........................................... 74
Figura 58 Modem Quectel Para el Proyecto UC15-A. ..................................................................................... 75
Figura 59 Modem UC 15. ................................................................................................................................ 75
Figura 60 Esquema general del sistema de transmisión para envió del SMS. .................................................. 76
Figura 61 Esquema de transmisión y recepción SMS. ..................................................................................... 77
Figura 62 Esquema completo de la solución propuesta. .................................................................................. 77
Figura 63 Conectando y registrando el modem a la red de telefonía móvil..................................................... 78
Figura 64 Prueba de comandos para mensajes SMS. ........................................................................................ 78
Figura 65. Especificación de cada comando. .................................................................................................... 80
Figura 66 Funcionamiento del comando AT+CMGF. ...................................................................................... 80
Figura 67 Funcionamiento del comando AT+CMGS. ..................................................................................... 81
Figura 68 Configuración general del modem para enviar mensajes SMS. ....................................................... 81
Figura 69 Prueba de llegada del mensaje al terminal celular. ........................................................................... 82
Figura 70 Mensaje de texto. .............................................................................................................................. 82
Figura 71 Intensidades de señal de celular en el laboratorio de ingeniería piso 7. ........................................... 85
Figura 72 Especificaciones técnicas de sensitividad del modem Quectel UC – 15A. ...................................... 85
Figura 73 Pantalla principal programa cliente. ................................................................................................. 86
Índice de Tablas.
Tabla 1 Origen y destino de paquetes enrutados……………………………………………………40
Tabla 2 Tabla de identificadores de estructuras API……………………………………………….57
Tabla 3 Factor (n) para distintos entornos…………………………………………………………..63
Tabla 4 Potencias en dBm…………………………………………………………………………..64
Tabla 5 Potencias en P(mW)………………………………………………………………………..64
2. INTRODUCCIÓN.
2.1. ANTECEDENTES.
La universidad Distrital Francisco José De Caldas y las personas que la conforman son entes activos
de la sociedad y deben dentro de su campo de conocimiento. Promulgar el desarrollo de tecnología
propia que pueda reemplazar a los complejos sistemas que se adquieren en el mercado internacional
que tienen desventajas claras como dificultad en la escalabilidad y flexibilidad.
El presente trabajo se encuentra inspirado en el apoyo para el desarrollo de la telecomunicaciones en
el país, utilizando tecnología zig bee y software para el entorno gráfico con java, con el fin de mejorar
la calidad de los productos de este sector mediante el monitoreo de parámetros externos.
Teniendo un sistema monitoreo con base en las telecomunicaciones haciendo énfasis en mejorar los
tiempos de respuesta a nivel de soporte en el departamento de ingeniería de caracol radio s.a. y así dar
una respuesta óptima cuando ocurre una falla a nivel de audio en las emisoras que pertenecen a la
cadena radial a nivel de la ciudad de Bogotá.
Al mejorar los tiempos de respuesta del departamento de ingeniería, de manera directa se incrementa
la eficiencia de la producción. Ya que se aprovechan de mejor manera los recursos humanos y
monetarios para lograr producir una respuesta eficiente en la forma deseada.
2.2. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA.
En la actualidad los sistemas de monitoreo y telemetría remoto se han convertido en una herramienta
útil en general para todo tipo aplicaciones donde se presente la problemática del costo del envío de
información relevante en cortos períodos de tiempo. Por otro lado, se ha visto gran avance en la cada
vez más utilizada tecnología inalámbrica permitiendo extender redes que cubren grandes áreas sin la
necesidad de una infraestructura previa haciendo uso de un conjunto de nodos distribuidos
geográficamente.
En la industria de las telecomunicaciones en el sector radial el monitoreo o telemetría de la señal audio
de las consolas que compone una emisora y son una necesidad vital en la cadena productiva de las
emisoras. Ya que de estas depende la eficacia y calidad de la producción de las pautas o el llamado
producto al aire y las emisiones en vivo, este monitoreo se hace más riguroso cuando la producción
se masifica haciendo de esta manera indispensable el proceso de monitoreo y medición de dichos
parámetros.
El presente trabajo pretende mostrar una solución práctica al problema cuando falla el audio en una
consola de las emisoras de la cadena radial, en el cual se presupone un sistema de monitoreo remoto
de la señal de audio utilizando las redes inalámbricas. Esta propuesta de diseño es aplicado a la
industria radial que es una rama esencial del sector de las telecomunicaciones y también extensible a
cualquier sistema en donde el monitoreo remoto sea indispensable para los procesos de
funcionamiento de una institución o empresa.
En este caso se nos permitió trabajar en la emisora Caracol Radio S.A diseñando para ellos un sistema
de alarma por falta de audio en las consolas que tiene las emisoras de la cadena radial.
Creando de esta manera una apropiación de la tecnología por este sector productivo, fortaleciendo así
aplicaciones que cumplan con el cometido de suplir la necesidad de obtener información más
confiable, actualizada, con un menor costo y contribuyendo a la creación de nuevos nichos de mercado
para las soluciones de telecomunicaciones en nuestra región y en esta área.
2.3. OBJETIVOS.
2.3.1. OBJETIVO GENERAL.
Diseñar un prototipo de malla inalámbrica zig-bee para la aplicación de monitoreo remoto para las
emisoras de la cadena radial (CARACOL RADIO S.A).Esto aplicado cuando se presenta ausencia
de audio en las consolas de la marca DHD RM 2200, proporcionando de esta manera una
herramienta que por medio software permita al usuario la visualización de la alarma
2.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Diseñar un sistema de transmisión e interconexión en topología malla sobre tecnología Zig-bee que permita el envio de las mediciones de falta de audio de las consolas DHD RM 2200. Implementar un sistema de envio de mensaje celular (SMS) por medio de un modem GSM para avisar al usuario vía celular la falta de audio de en algunas de las emisoras de la cadena radial en la sede de Bogotá. Diseñar una aplicación de software para el monitoreo de las respectivas alarmas generadas por l a
ausencia del audio en la consola en el laboratorio de ingeniería de la cadena radial sede Bogotá
2.4. RESUMEN.
Un estudio realizado por parte del departamento de ingeniería en la cadena radial (CARACOL RADIO
S.A.) en Bogotá y sus emisoras afiliadas de la cadena radial mencionada. Estas tienen instaladas
consolas de audio DHD RM 2200, Donde nos damos cuenta q u e por cada emisora hay una consola
instalada de esta marca. Se presenta fallas de comunicación entre los equipos y la consola causando
una falla de radio difusión por ausencia de audio. Afectando el producto al aire o bien llamado pautas
publicitarias pagadas por clientes a la emisoras de la cadena radial.
Para esto se propone presentar un diseño de un sistema de alarma que le informe al técnico por vía
mensaje celular (SMS) la falla presente en la emisora y en el laboratorio de ingeniería se muestre la
alarma presente en tiempo real por medio de un software aplicado. En el hardware se va desarrollar
un sistema de comunicación entre módulo GSM y el computador personal del laboratorio de
ingeniería. Para tomar el dato de las alarmas en las emisoras se va montar una red de monitoreo con
base a la tecnología Zig-Bee.
Figura 1. Consola Audio.
3. MARCO TEORICO
3.1. Consolas De Audio.
Una consola de audio, es un sistema que provee pre-amplificación y asignación de entradas y salidas
de manera diversa y permite una variedad de mezclas diferentes como también de rutas de señal
especificas y proceso de efectos.
Una ruta básica es: entrada de micrófono ó línea = bus de mezcla = control de nivel maestro =
salida. Generalmente la consola tenemos una variedad de entradas; Cada una de las cuales puede ser
tratada de manera individual.
Normalmente, una consola proveerá ecualización y filtros para cada canal de entrada y posiblemente
para cada salida. En algunos modelos podemos se encuentran procesadores, circuitos de comunicación
(talkback) y sistemas de muteo automatizados. A veces encontramos la posibilidad de efectuar
diversas rutas de señal, de manera de alterar la ruta original ó de integrar equipamiento externo en la
misma.
También es un dispositivo electrónico al cual se conectan diversos elementos emisores de audio, tales
como micrófonos, entradas de línea, samplers, sintetizadores, gira discos de vinilos, reproductores
de cd, reproductores de cintas, etc. Una vez que las señales sonoras entran en la consola estas pueden
ser procesadas y tratadas de diversos modos para dar como resultado de salida una mezcla de audio,
mono, multicanal o estéreo. El procesado habitual de las mesas de mezclas incluye la
variación del nivel sonoro de cada entrada, ecualización, efectos de envío, efectos de
inserción, panorámica (para los canales mono) y balance (para los canales estéreo). Otras
consolas permiten la combinación de varios canales en grupos de mezcla (conocidos como grupos)
para ser tratados como un conjunto, la grabación a disco duro, la mezcla entre 2 o más canales
mediante un cross-fader. Estas se utilizan en diferentes medios, desde estudios de grabación musical, radiofónicos, televisivos
o de montaje cinematográfico, como herramienta imprescindible en la producción y emisión de
audio. También son la herramienta primordial para los DJ y otros músicos de directo.
Figura 2. Consola Musical.
3.1.1. Consola Analógica.
Las consolas analógicas, ya casi sustituidas en su totalidad por las digitales, tratan la señal de
audio analógico y tienen la particularidad de que se actúa directamente sobre las señales que entran o
salen de la mesa. Los diferentes audios pasan físicamente por los elementos de control o monitoreado
que son operados por el técnico de audio.
Por línea general están formadas por un solo equipo, la consola, en el que entran y salen todas las
señales con las que se va a trabajar. Incorpora los diferentes elementos, amplificadores, ecualizadores,
filtros, enrutadores... necesarios para el procesamiento que se requiere y los elementos de control
actúan directamente sobre el audio (en pocas palabras, la señal de audio pasa a través de los faders).
Figura 3. Consola Analógica.
Figura 4. Consola Analógica En Estudio.
3.1.2. Consola Digital.
En la última década el siglo XX empezó a desarrollarse el audio digital. Con el aumento de la
capacidad de procesamiento y la generalización de las instalaciones de esta tecnología se comenzó
a desarrollar las consolas de mezclas digitales. En ellas la consola de control es un mero periférico
que únicamente facilita la interface con el usuario. El procesamiento de las señales se realiza
mediante software por lo que las señales en ningún momento pasan por los elementos de control y no
precisando una estructura fija previa. Los sistemas digitales de mezcla suelen ser dispersos, es decir, constan de varios módulos repartidos
por la instalación. Uno de ellos es el encargado de realizar el procesamiento, es el llamado "DSP"
(Digital Signal Processor) que es el corazón del mezclador. Este módulo es controlado por la
consola, que suele tener una apariencia muy similar a las analógicas, al cual suele estar unido por una
simple comunicación serie o Ethernet. El DSP precisa de diferentes módulos de interface para la
adaptación de las señales de entrada y salida al sistema y un módulo de monitoreado.
Los módulos de interface suelen contener los convertidores analógicos digitales para las señales de
micrófono y línea analógica, así como para los diferentes formatos digitales de audio (el más normal
es el AES/EBU) incluyendo las interfaces MADI. También tienen los convertidores digital
analógico para cuando se precisan salidas analógicas y los diferentes interfaces para los estándares
de audio digital que se utilicen. El módulo de monitoreado está destinado a proporcionar las salidas a los diferentes monitores de
audio precisos.
Los diferentes interfaces, que pueden estar ubicados en lugares remotos y unidos al DSP mediante
MADI o un sistema similar, convergen en el DSP o en un equipo que hace de HUB y pasa
los múltiples canales al procesador (por ejemplo en el caso de las mesa VISTA de Studer esta
comunicación se hace mediante cables de red informática y un protocolo propiedad de Studer llamado
MADI SH que permite la transferencia simultanea de 192 canales de audio). El DSP es controlado a
través de la consola.
Figura 5. Consola Digital.
En algunos estudios de radiodifusión televisión así como en grabaciones estéreo.
La Consola digital es el equipo que permite las siguientes funciones: amplificar, procesar la señal,
controlar el nivel, mezclar las señales obtenidas de fuentes exteriores y encaminar estas señales hacia
los equipos de grabación o su envío a los equipos emisores.
En lo que respecta al número de entradas, este es de 16 aproximadamente, para poder absorber todas
las fuentes que se utilizan. La ecualización se aplica únicamente sobre los micrófonos, las líneas
telefónicas y RDSI dado que el resto de fuentes sonoras como músicas o cuñas publicitarias ya vienen
“tal como deben sonar” con lo que no tiene ningún sentido aplicarles una sobre-ecualización.
La apertura de los micrófonos se realiza mediante interruptor (en el mejor de los casos), de forma que
los faders de los micrófonos se mantienen siempre arriba.
Las posibilidades de envío son muy limitadas, reduciéndose en ocasiones a dos salidas de programa
independiente y ninguna salida auxiliar, con lo que la complejidad de utilización no se presenta por la
capacidad de enrutamiento. La monitorización se realiza a través de la pre-escucha, sin cortar la
audición del programa a través de los monitores principales. La posibilidad de pre-escucha
(PFL, Prefader listening) permite poner a punto señales que han de formar parte del programa
comprobando su calidad y su nivel, esta comprobación se realiza antes del atenuador de canal
permitiendo que éste se mantenga cerrado y la señal de prueba no afecte al programa.
Figura 6. Consola Digital De Radiodifusión.
17
3.1.3. Partes De Una Consolas.
Las consolas la componen las siguientes partes que vamos a ver a continuación.
Figura 7. Partes Básicas De Una Consola.
Figura 8. Partes De Control De Entradas.
3.1.3.1. Módulo De Canales De Entrada.
Las consolas deben adaptarse para permitir la conexión de distintos dispositivos de entrada y de salida.
Así, en sus entradas puede recibir micrófonos de distintos tipos (dinámicos, condensador), equipos
electrónicos, salidas del multipista. En la salida puede insertar o agregar del grabador master, grabador
multipista, equipos auxiliares (procesadores externos).
Es por este motivo que la consola debe dar diferentes y adecuados márgenes de impedancia de entrada
y salida en sus conectores. También deberá permitir un ajuste de niveles respecto a los elementos
externos, ya sea amplificando o atenuando las entradas o regulando los niveles de salida. Las señales
de entrada pueden tener diferentes impedancias a las cuales se tiene que ajustar y diferentes niveles
que tendrá que igualar para poder trabajar con todos igual en el interior de la consola. En las salidas,
18
debe poder ajustar el nivel para que sea el óptimo para el siguiente aparato a donde la señal y con una
impedancia de salida óptima.
La parte más crítica de estas adaptaciones suele aparecer en los módulos o canales de entrada, en
cargados de realizar la toma de micrófonos y equipos electrónicos. Así como de las salidas del
multipista. La figura 9 de abajo muestra un diagrama de bloques de un canal de entrada y el recorrido
que realiza la señal.
Figura 9. Control De Entrada Típico De Una Consola.
3.1.3.2. Entradas.
El módulo de entrada comienza por la entrada para micrófono y otra para línea. Estas entradas pueden
ser balanceadas o no balanceadas (simétricas o asimétricas). En las consolas multicanal de calidad
todas las entradas son simétricas.
La entrada de micrófono (entrada MIC) también recibe el nombre de entrada de bajo nivel por que
recibe señales débiles (unidades de centésima de voltio). La entrada de línea (LINE) recibe el nombre
de entrada de alto nivel (unidades de décima de voltio).
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3.1.3.3. Alimentación Fantasma (PHANTOM).
Cuando las entradas de línea o las de MIC se conectan a dispositivos que necesitan alimentación (por
ejemplo los micrófonos de condensador), la consola debe disponer de unos circuitos que den esta
posibilidad. No todas las consolas incorporan la alimentación phantom, por lo que a veces se
necesitará incorporarlos de forma externa mediante "cajas de inyección".
3.1.3.4. Inversor De Fase.
Se trata de un cambiador de hilos, que permite poner en fase la fuente de señal conectada a este canal
con el resto de las fuentes. Este sistema también es opcional y no lo incorporan todas las consolas.
3.1.3.5. Amplificador De Ganancia.
Este Amplificador es la de aumentar el nivel de tensión que proporcionan los micrófonos hasta
llevarlos al nivel de línea con que trabaja la consola (interiormente). Este nivel suele estar entre los
4dbm y -10dbm.
En general:
dBm = 10·log·(W / Wref)
Ecuación 1.
Siendo W la potencia y Wref la potencia de referencia = 1mW (miliwatio). Ambas potencias medida
sobre 600 ohmios. Así 0 dbm, corresponde a 1mW ó 0,775 voltios; sobre 600Ω.
La estructura del amplificador de ganancia es, por lo general, la de un previo de ganancia fija (por
ejemplo 50 dB) seguido de un amplificador de ganancia variable que no realza, sólo atenúa para
realizar el ajuste final del nivel.
3.1.3.6. Atenuador (PAD).
Cuando se conecta un micrófono de condensador a la entrada de micrófono, dado que la sensibilidad
de estos micrófonos es mayor que la de los dinámicos, puede suceder que aunque la ganancia de
micrófono esté a 0dB, los 50 dB del amplificador de ganancia (que son fijos), sean suficientes para
saturar el resto del canal. Para evitar esta situación, en la entrada de micrófono y delante del
amplificador de ganancia se sitúa un atenuador "pad" de unos -20dB. Algunas consolas admiten
atenuaciones de hasta -40dB. Este pad reducirá la amplificación del previo a 30dB, evitando la
saturación.
En algunas consolas el amplificador de ganancia está constituido por un amplificador-atenuador,
pudiendo dar unos márgenes de amplificación y atenuación grandes, por ejemplo de 60dB de ganancia
a una atenuación infinita (60dB -∞dB).
3.1.3.7. Inserción.
Existen dispositivos de procesado que no pueden ser integrados en la consola multicanal, ya sea por
su tamaño o por su utilización sólo en ocasiones. El caso más común es el de los procesadores, ya
sean de tiempo (efectos de reverberación y otros), de frecuencia (ecualizadores y filtros) o de dinámica
(compresores, expansores, puertas de ruido).
Así, se debe poder tomar señal en cualquier punto de la consola para enviarla al equipo auxiliar y
luego recogerla procesada (return) en cualquier otro punto.
Para poder realizar estos envíos y retornos de señal, suelen existir en los canales de entrada y de grupo
dos conectores jack hembra.
El primero de ellos (send), para enviar señal de la consola a un equipo auxiliar a través de un cable
con un conector jack macho.
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El conector del envio, no corta la progresión de la señal, por lo que esta sigue avanzando por el canal.
El segundo conector (return) devuelve la señal procesada al canal. En este último caso sí se corta la
progresión de la señal que entrase al canal anteriormente y la única que progresa es la que se recibe
del equipo auxiliar. De esta forma el equipo auxiliar queda insertado en el canal.
En muchos casos se desea que en la mezcla aparezcan la señal directa y la procesada (por ejemplo la
señal directa y las señales salientes), por este motivo el envio (send) no corta la progresión de la señal
original hacia la mezcla. Así se puede devolver el retorno procesado a otro canal y así tener ambas
señales en la consola para mezclarlas.
El nivel de envio puede regularse con el mando de amplificador de micro o de línea de la entrada,
pero afecta a todo el recorrido, por eso los procesadores tienen un mando de ganancia-atenuación de
entrada (INPUT GAIN). El nivel de retorno de la señal procesada se regula con el fader de canal. De
este modo se puede llegar ocupar dos canales de entrada de la consola para introducir un
procesamiento. Existe otro procedimiento que es mediante el uso de buses auxiliares del que se hablará
más adelante.
3.1.3.8. Procesamiento.
En los canales de entrada de las mesas de mezclas se suele realizar un procesamiento interno. Los más
comunes son ecualización y filtrado. El módulo de ecualización suele estar compuesto por grupos de
tres a cinco filtros semi-paramétricos y por filtros paso bajo y paso alto para las bandas superior e
inferior.
Los ecualizadores suelen ser de tres a cinco bandas cubriendo todo el espectro de audio. Suelen ser de
2º orden y sus Q´s oscilan entre 1 y 2. Hay que recordar que un ancho de banda de una octava equivale
a un Q = 1.41; de media octava equivale a un Q = 2.87.
También puede aparecer la opción para las bandas superior e inferior de escoger entre filtro shelving
(tipo control de tonos) o tipo semi-paramétrico como las bandas centrales. Los filtros suelen ser de
dos tipos. Paso alto con una frecuencia fija (alrededor de 70Hz) o variable (de 25 a 250Hz) que elimina
ruidos mecánicos, vibraciones, de red... Paso bajo con una frecuencia fija (alrededor de 15 kHz) o
variable (de 3 a 15 kHz) que eliminan ruidos de alta frecuencia.
Los filtros suelen ser tipo Butterworth de segundo orden (12dB de pendiente de atenuación) y su
conexión es optativa. Cuando se realize una pre-mezcla, es decir, una mezcla de varios instrumentos
en una sola pista del multipista, deberá ecualizarse en grabación, ya que después de la pre-mezcla será
imposible ecualizar los instrumentos por separado.
3.1.3.9. Indicador De Sobre carga (OVERLOAD).
Este indicador de sobre carga consiste en un LED, que indica con sus destellos la sobre carga del
módulo de entrada. Aunque el indicador se sitúa físicamente junto al control de ganancia,
electrónicamente puede estar situado en otro punto del canal de entrada, como en este caso, después
del módulo de procesado y antes del fader
3.1.3.10. Fader.
La señal que llega hasta este punto del canal debe llegar controlada en lo posible etapas precedentes,
fundamentalmente por el amplificador de ganancia y por lo tanto no sería necesaria más amplificación.
Con el fin de no saturar etapas posteriores se incluye un atenuador denominado FADER (del inglés)
para limitar la señal que se escapa al control del amplificador de ganancia. El fader es un atenuador
activo que sirve para regular el nivel de salida y dar aislamiento. Sin embargo en bastantes mesas y
para permitir un ajuste más flexible del nivel de salida, el fader tiene una pequeña ganancia entre 10dB
y 12dB. En estos casos habrá que tener en cuenta que con el fader al tope de su recorrido, se estará
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realzando la señal esos 10dB o 12dB. En la posición extrema contraria (abajo) la señal será totalmente
anulada. Así ganancia del fader va de +12dB a -∞dB.
Se llama fader a un potenciómetro deslizante; es una resistencia eléctrica cuyo valor varía en función
de la posición del mando, en un extremo la resistencia es cero y en el otro es máxima.
Figura 10 Fader
3.1.3.11. Potenciómetro Panorámico (PAN).
Este potenciómetro distribuye la señal en dos vías para atacar de forma conveniente a la etapa posterior
de asignación. Con este control se reparte en la proporción deseada la señal a los canales izquierdo y
derecho, bien de la salida principal L y R o de la pareja de buses a la que se vuelque la señal. Este
control se sitúa físicamente encima del fader, por comodidad a la hora de trabajar con el fader.
Figura 11 Reparto de niveles en función del control panorámico.
Como se puede ver en la figura, cuando el control panorámico está en el centro, ambos canales sufren
una atenuación de 3dB. Estas curvas están calculadas para que la suma de la energía de los dos canales
se mantenga constante y así como su sonoridad.
3.1.3.12. Asignación de buses.
Esta asignación a los diferentes buses se realiza mediante un teclado de selección de envíos que
consiste en un conmutador de pares (conmuta a parejas de buses). Mediante este teclado cualquier
canal de entrada se puede poner en contacto con cualquier bus.
3.1.3.13. Envíos auxiliares.
Estos envíos son similares a la asignación de buses, pudiéndose controlar en nivel de envio a cada bus
auxiliar. Los envíos a buses auxiliares pueden hacerse de forma pareada (pensando en señales estéreo),
así con un sólo control rotatorio (knob), se envía señal a dos buses.
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Los envíos a buses auxiliares pueden ser post-fader o pre-fader, siendo el nivel de envio, dependiente
o independiente de la posición del fader de canal.
3.1.3.14. Mezcladores.
Hay una amplísima variedad de diseños, por lo que trataremos de resumirlos en sus tipos más básicos.
La primera y más simple de las variantes es la de los pequeños mezcladores que se arman. En general
tienen una pequeña cantidad de entradas, con ecualización limitada, una ó dos líneas auxiliares para
efectos o monitoreo; tienden a ser unidades básicas. Para prestaciones sencillas, como por ejemplo
una conferencia, puede ser lo necesario. Algunas veces se los utiliza juntamente con los modelos más
grandes, para armar una especie de "sub-mezcla" ya sea de micrófonos, de línea ó de ambas. La
segunda variante es la de los mezcladores de mesa. Generalmente constan de 6 a 12 canales y su uso
primario es en escuelas, teatros pequeños, etc. Su diferencia fundamental con la primera es la cantidad
de controles que presentan, lo que los hace "modelos en escala" de la línea más importante de
mezcladores. En líneas generales, cuanto mayor sea el mezclador, cuanto más canales tenga, más
crítico es el nivel de respuesta del circuito. Dos o tres micrófonos simultáneos no producen gran
cantidad de ruido, pero en un sistema de 32 ó 40 canales, el ruido y la distorsión resultantes no pueden
ser tolerados. En última instancia, el criterio de selección de equipo debería ser el uso al cual será
destinado. Cuanto mayor y más complejo sea el camino que debe recorrer la señal de audio, más altos
deberían ser los requisitos planteados. Un último consejo en este sentido es no confundir tamaño con
calidad. Ambas cosas pueden ir separadas y debemos considerarlas de esta manera.
3.1.3.15. Interfaz AES3.
La interfaz AES3 también conocida en Europa como AES/EBU(Audio Engineering Society /
European Broadcasting Unión) es una interfaz de comunicación (estandarizada) pensada para
transmitir en tiempo real señales digitales de audio, sin compresión entre dispositivos de audio
preparados para ello (que cumplen los requisitos).
3.1.3.15.1. Especificaciones Hardware.
Requiere el siguiente cableado:
conductores de 110-ohmios con par trenzado y conector XLR.
conductores de 50-ohmios o 75-ohmios de cable coaxial y conector BNC. ivel de señal: 3 a 10V, con codificación BMC y una resolución de 24 bits.
3.1.3.15.2. Especificación De Protocolo.
La interfaz AES3 fue inicialmente diseñada para albergar y transportar datos digitales sin
compresión PCM. Aunque por su morfología puede transportar otros tipos de señales como DAT a
48KHz o formato CD a 44,1KHz. La portadora es entonces capaz de transportar datos a distintas
frecuencias de muestreo, gracias a que recupera la señal de reloj mediante codificación BMC.
3.1.3.15.3. Estructura.
La estructura de más bajo nivel dentro de un corriente de datos AES3 consta de una palabra
de 32bits (0 a 31) llamada sub-frame. Dentro de estas unidades se encapsula una muestra de un
canal digital correspondiente a la señal transportada junto con otros datos de información y control.
A cada uno de los bits que componen ésta palabra se les llama time slots. Los sub-frames se unen
por parejas (canal de audio derecho + canal de audio izquierdo) formando frames. A su vez éstos
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de se agrupan en grupos de 192frames (0 a 191) formando las unidades de más alto nivel conocidas
como audio blocks.
Figura 12 Bloques de un corriente AES3.
3.1.3.15.3.1. La Capa De Datos
El corriente AES3 consta de 3 tipos de información:
- Datos de audio (Audio signal)
- Datos de información de señal transportado (Ancillary data) Datos auxiliares ( Auxiliary data)
Subframes, Cada uno de los sub-frames transporta palabras de datos de audio digital cuyo
tamaño puede variar, con un tamaño máximo de 24 bits.
Slot 0 a 3, Corresponden al preámbulo. El preámbulo permite identificar el sub-frame, recupera la
señal de reloj (mediante método NRZ) y minimiza el componente de continua de la línea transmisora.
Hay 3tipos de preámbulo posibles:
- X (o M): 11100010 si el bit anterior fue “0”; 00011101 si fue “1”. Indica Canal A (no
inicia bloque).
- Y (o W): 11100100 si el bit anterior fue “0”; 00011011 si fue “1”. Indica Canal
B.
- Z (o B): 11101000 si el bit anterior fue “0”; 00010111. Indica Canal A + inicio de bloque de
audio.
Se denominan X, Y, Z en el estándar AES3; y M, W, B en IEC 958 (extensión del AES3).
Slot 4 a 7, Estos bits corresponden a información auxiliar siempre que la resolución del audio
digital sea de 20bits o inferior, en caso contrario corresponden a dicha información. Como
información auxiliar se usan para comunicar los dispositivos conectados.
Slot 8 a 27, Contienen audio digital (en caso de alta resolución de 24 bits, lo son también los bits 4 a
7). En caso de que la información transportada sea menor a 20bits a los menos significativos se le
asigna valor 0.
Slot 28, Bit de validación (Bit V). Éste bit confirma que la información es apropiada para convertirla
a audio analógico aunque el criterio de que debe ser o no ser “apropiado” para convertir puede
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variar según la aplicación. En caso de que tenga valor 1. El equipo no convierte el sub-frame.
Éste bit puede dar pie a nuevas aplicaciones, por ejemplo, los CD-I usan éste bit para poder sustituir
información que suele usarse como información de audio en un sub-frame. Usando el bit V de éste
modo evitan que el retardo en recibir un bit de señalización que indique que la información no es de
audio, tenga que venir codificado a través del bit de estado de canal (slot 30) y pueda llegar a
retardarse hasta 192 muestras dando pie a la reproducción de ruidos.
Slot 29, Bit de usuario (Bit U). En principio éste bit se usa para enviar información fraccionada de lo
que se transporta como la pista o el instante de tiempo. Aunque esto puede variar dependiendo de lo
que nos indiquen los bits 4 a 7 del byte 1 del canal de estado (véase slot 30) En un block de audio
tenemos 192 bits U por canal.
Slot 30, Bit de estado de canal (Bit CS).En cada block de audio tenemos 192 bits o 24 palabras de 8
bits. Estos bytes tienen distintas funciones según el orden de llegada en el block de audio.
3.1.3.16. Estudios De Radio O Emisora.
Las emisoras de radio constituyen, en la actualidad, una de las fuentes de sonido más importantes.
Miles de emisoras repartidas por todo nuestro planeta ofrecen un amplio espectro de programaciones
distintas que incluyen desde música hasta información aprovechando, en este último caso, la
característica principal de la radio: la instantaneidad.
Al margen de los elementos humanos que componen una emisora de radio, de los cuales hablaremos
más adelante, todas las emisoras de radio comparten una base de equipamiento común.
Dos grupos distintos de equipos están presentes en cualquier emisora: la baja frecuencia y la alta
frecuencia. La baja frecuencia es, básicamente, lo que se ha explicado en el capítulo anterior, es decir,
todos los equipos que tienen por función la generación, captación y manejo de la señal que ha de ser
transmitida. Son los que crean la señal moduladora, la información. A la alta frecuencia pertenecen
los equipos transmisores de la señal, los que modulan y transmiten la señal de baja frecuencia en forma
de ondas electromagnéticas que viajan libremente por el espacio. La señal de audio o señal de baja
frecuencia suele ser generada por micrófonos, magnetófonos y giradiscos. Frecuentemente, en la
radiación de acontecimientos en directo, se recurre al empleo de líneas telefónicas y microfónicas. El
uso del teléfono está muy extendido como soporte de comunicación entre la emisora y sus
corresponsales o entre la emisora y sus oyentes. Sobre las líneas microfónicas cabe explicar que son
líneas de comunicación permanente y son independientes de las líneas telefónicas aun cuando utilizan
la vía del teléfono. La ventaja de las líneas microfónicas consiste en que, al ser permanente su
conexión y no pasar por central, no están sujetas a bloqueo por posible saturación de líneas telefónicas.
Además, como la señal no debe circular por líneas de unión entre centralitas, mejoran algo la calidad
respecto a las líneas telefónicas. En cualquier caso, el espectro de frecuencias que es capaz de
transmitir una línea telefónica o microfónica, es demasiado estrecho como para retransmitir música y
su uso queda reservado, exclusivamente, a la voz humana del corresponsal o del locutor.
Una vez la señal de audio o de baja frecuencia sale del mezclador de la sala de control de la emisora
comienzan a actuar los equipos de alta frecuencia. Cuando la potencia a radiar es relativamente baja
o cuando la situación de la emisora es adecuada para la transmisión, los equipos de alta frecuencia
están situados próximos a los equipos productores de la baja frecuencia, pero no siempre es posible
que así ocurra.
En efecto, cuando se trata de radiar potencias elevadas, es aconsejable separar físicamente la alta
frecuencia de los equipos de baja frecuencia al objeto de que no se produzcan interferencias y
realimentaciones que distorsionarían la señal entregada por el mezclador. También, a veces, la
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situación de la emisora no es la idónea para la ubicación de la antena. Los estudios de radio están
situados, por regla general, en el centro de las ciudades. El enclavamiento de la antena en el casco
urbano podría producir interferencias en otras instalaciones próximas o, simplemente, se hace
conveniente, elevadas del terreno que pueden alejar las antenas a cotas más distar algunos kilómetros
del estudio al objeto de conseguir un mayor alcance o cobertura. En todos estos casos debe preverse
algún medio de unión de la señal entre los estudios (baja frecuencia) y el transmisor (alta frecuencia).
Básicamente, pueden utilizarse tres tipos de enlaces: por línea telefónica, mediante cable coaxial o
haciendo uso de un radioenlace. El primero de estos enlaces, el telefónico, es el menos aconsejable
debido a su pobre respuesta en frecuencia que limitaría la calidad sonora. La capacidad de transmisión
de este sistema no sobrepasa los 4 kHz y en las transmisiones de alta fidelidad en FM deben
sobrepasarse los 15 kHz en el ancho de banda transmitido. Por consiguiente, la línea telefónica es un
procedimiento a descartar. El uso de cable coaxial puede ser una buena solución cuando las distancias
de separación sean cortas (máximo 2 km.). El cable coaxial mantiene la calidad de la señal pero tiene
el inconveniente de su elevado precio. Si se incrementa la distancia, esta línea no resulta aconsejable
desde el punto de vista de la rentabilidad económica. Además, puede ser fácil objeto de sabotajes,
averías producidas por cortes, obras, etc.
La solución idónea es, por tanto, el uso de radioenlace o unión inalámbrica entre dos puntos. El haz
de transmisión entre estudios y receptor en la emisora puede hacerse muy estrecho. Puede radiarse en
frecuencias que sean captadas únicamente por el equipo presente en la emisora y con la potencia que
asegure la calidad deseada. Se recurre al empleo de antenas muy directivas que son un seguro contra
las interferencias. Se modula siempre en frecuencia garantizando, así, una elevada calidad en la
transmisión independientemente de que el transmisor principal lo haga en AM o en FM. En el extremo
de la emisora, el receptor extrae la señal de audio que es la misma que existía a la salida del mezclador
y que modulará en amplitud o en frecuencia a la portadora.
3.1.3.16.1. Características de un estudio de radio.
De la misma manera que en el mundo del vídeo se denomina estudio a las instalaciones donde se
realizan programas, aun cuando existen dos lugares bien diferenciados dentro de los mismos (plató y
sala de control), en la radio también es corriente referirse a dos espacios distintos con esa misma
palabra. Estos dos espacios son el locutorio o lugar donde se actúa (locutor, entrevistador, grupos
musicales, radionovelas, etc.) y la sala de control desde donde se controla la grabación del programa.
Hecha esta matización podemos comenzar a considerar las características del estudio de radio. Este
admite configuraciones diversas ligadas a las variaciones de su tamaño. Existen estudios de todo tipo,
desde los de reducidas dimensiones propios de las pequeñas emisoras de ámbito local con uno o dos
locutorios, hasta los grandes estudios capaces de albergar a una orquesta con público espectador. En
todo caso, las emisoras de cierta importancia disponen, para la producción de programas, de varios
locutorios que pueden trabajar simultáneamente. Intentemos una clasificación:
- Estudios muy reducidos que son, más bien, una pequeña sala de control desde la que el locutor
habla, introduce música e incluso puede mantener una conversación con un personaje
entrevistado. Actualmente este tipo de estudios está muy en boga, sobre todo en las radios
locales, comerciales y musicales, donde el propio locutor selecciona y coloca los discos, los
programas grabados, introduce los temas musicales, etc.
- Los estudios de uso general, que suelen disponer de una mesa circular y de varios micrófonos.
Es el tipo de estudio propio para la realización de entrevistas, conversaciones cruzadas,
programas con varios participantes, etc.
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- Los estudios para dramáticos, radionovelas, teatro leído, etcétera. Su construcción permite la
recreación de diferentes ambientes sonoros y suelen contar con equipos para la realización de
efectos sonoros especiales, aun cuando, cada vez más, los efectos sonoros ambientales se
introducen desde la sala de control proveniente de discos o cinta magnética.
- Los estudios musicales de grandes dimensiones aptos para la instalación de un grupo musical,
de una pequeña orquesta, un cantante e incluso de público.
- Los estudios de tipo auditórium, Que se asemejan a un pequeño teatro con escenario y asientos
enclavados. Este tipo de estudios están destinados a las emisiones públicas.
La mayoría de los acondicionamientos especiales que requiere un estudio de vídeo pueden aplicarse,
directamente, a los estudios de radio, hecha la salvedad de que el equipamiento preciso para el registro
de un programa de vídeo (cámaras, iluminación, muebles, personal, etc.) es muy superior a lo
precisado en una emisión radiofónica. De la misma forma, el personal fijo en el plató de vídeo no
admite comparación con el que debe estar presente en el estudio de radio que se limita, por lo general,
al imprescindible en la sala de control.
El estudio de radio ha de disponer de un perfecto aislamiento acústico que impida la recepción de
sonidos procedentes del exterior. Debe estar situado en lugares que no reciban vibraciones producidas
por el paso de vehículos pesados. En ocasiones, se emplean pavimentos flotantes para disminuir al
mínimo las vibraciones y sonidos exteriores.
Las paredes, techo y suelo del estudio han de revestirse con elementos aislantes, moquetas, alfombras,
etc., para eliminar las molestas resonancias y reverberaciones del sonido. La puerta de entrada ha de
ser maciza y debe garantizar un cierre hermético.
Sería difícil cumplir las condiciones expuestas si el estudio dispusiera de ventanas; por tanto, al no
disponer de ellas, tiene que preverse una instalación de aire acondicionado eficaz. No sirven los
sistemas ordinarios. Los aparatos se instalan alejados físicamente del estudio, transportando el aire
por caminos indirectos. De esta forma se evitan los molestos zumbidos que serían captados por los
micrófonos.
Como no se cuenta con iluminación natural, el grado de iluminación debe asegurar una cómoda lectura
a los locutores y presentadores.
El equipamiento técnico preciso en un estudio de radio es muy limitado. En un locutorio de uso general
suele bastar, como elementos de toma, con 3, 4 o 5 micrófonos unidireccionales.
3.1.3.16.2. Equipamiento En Las Salas Técnicas.
Los programas efectuados en el locutorio son complementados con aportaciones sonoras desde la
cabina o sala de control. En ella concurren y desde ella se controlan todas las fuentes sonoras. En la
sala de control se sitúan los técnicos de sonido y el director del programa. Desde allí se controlan las
mezclas sonoras, se reciben las señales procedentes del exterior Los programas efectuados en el
locutorio son complementados con aportaciones sonoras desde la cabina o sala de control. En ella
concurren y desde ella se controlan todas las fuentes sonoras (magnetófonos, giradiscos, reproductores
de cuñas, líneas telefónicas y microfónicas, etc.). En la sala de control se sitúan los técnicos de sonido
y el director del programa. Desde allí se controlan las mezclas sonoras, se reciben las señales
procedentes del exterior o de otros locutorios, se cronometran tiempos, en suma, se efectúa el
programa ya sea en directo o grabado.
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Las emisoras importantes cuentan con diferentes estudios (locutorio y - cabina), seleccionándose la
señal que aparece en antena desde una única sala de control central. Allí se sitúa el responsable del
cumplimiento de la programación de la emisora.
Cuando nos referíamos a la mesa de mezclas decíamos que podía considerarse como el «corazón» de
una emisora de radio. Efectivamente, desde el mezclador se seleccionan las diversas fuentes sonoras,
se regulan los parámetros de las mismas, se añaden algunos efectos especiales tales como efectos de
reverberación y eco y se efectúa la mezcla de sonidos. Desde esta consola pueden mezclarse músicas
diferentes, efectos sonoros con música, música con palabras, voces con voces, ruidos con voces, etc.
El resultado final puede grabarse, enviarse directamente al transmisor o ambas cosas a la vez.
Para efectuar la mezcla de sonidos se procede al control de los mismos mediante los vúmetros que
marcan las subidas y bajadas bruscas del nivel sonoro gracias a su extrema capacidad de reacción a
las variaciones de ganancia. Los vúmetros indican las variaciones de nivel por agujas o por pilotos
luminiscentes.
Las mezclas pueden ser de diversos tipos. Las más simples consisten en la selección de una fuente
sonora que reemplaza progresivamente a otra. Las más complejas superponen simultáneamente
distintas fuentes sonoras.
En radiodifusión es imprescindible la observación de los niveles máximo y mínimo de modulación-
Cuando el nivel es muy bajo pueden crearse dificultades de audición en lugares alejados de la estación
transmisora.
Si, por el contrario, el nivel es excesivamente elevado, pueden aparecer distorsiones en la
reproducción del sonido; puede llegarse, en este caso, a sobrecargar el transmisor hasta el punto de
producir averías. Para no transgredir estos límites, el técnico de sonido se sirve del vúmetro indicador
de los niveles de salida de la mesa de mezclas. Las desviaciones de la aguja o de los pilotos
luminiscentes están adaptadas a las condiciones fisiológicas de estimación comparativa de los niveles
sonoros para el oído humano. El Vúmetro indica, también, la profundidad de la modulación sobre
todo si se le adapta una escala que indique, según su variación, el porcentaje de modulación del
transmisor. El técnico de sonido, actuando sobre los potenciómetros de volumen, consigue la no
transgresión de los niveles de modulación.
Para que el técnico de sonido pueda regular los parámetros de la señal de audio el mezclador dispone
de salidas para auriculares.
Es corriente, también, que se disponga de una salida para alimentar un par de pantallas acústicas
(monitores de control) En la cabina se ubica un micrófono de órdenes (línea de órdenes o de servicio
i que permite la comunicación entre los profesionales de la cabina y los del locutorio. A través de esta
línea puede coordinarse la entrada en el programa de componentes distintos a los que se encuentran
en el estudio, así, por ejemplo, un locutor en el exterior de la emisora. Asimismo, pueden efectuarse
contactos con otras emisoras en el caso de que se pretenda realizar un programa en cadena.
Uno de los componentes grabados más comúnmente usados en radiodifusión es la publicidad. Las
inserciones publicitarias en radio reciben el nombre de cuñas. Normalmente son grabadas en estudios
especializados y las suministran las agencias publicitarias o los anunciantes aunque, en ocasiones, se
graban en la misma emisora. Estas cuñas se reproducen en lectores automáticos o reproductores de
cartuchos (a veces grabadores). Estos lectores se conectan a la mesa como cualquier fuente sonora y
presentan la particularidad de que su funcionamiento comienza tan sólo con el movimiento del mando
de volumen del canal que le corresponde. Al terminar la cuña se rebobina automáticamente quedando
dispuesto para otra lectura. En la actualidad, los lectores automáticos se utilizan en número variable,
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sincronizados unos con otros para dar lugar a combinaciones diferentes en la reproducción de cuñas.
Actúan secuencialmente, facilitando el trabajo del responsable del programa.
En la grabación de dramáticos es frecuente el uso de cartuchos sin fin que mantienen fijo un sonido
(generalmente un efecto sonoro) durante todo el tiempo que se desee. De esta forma se asegura el
sonido de fondo si, por ejemplo, por cualquier motivo, llega a retrasarse una entrada.
En muchas emisiones radiofónicas se introduce sonido telefónico por parte de oyentes que participan
en el programa o se efectúan entrevistas desde el estudio. En estos casos, se hace preciso instalar, en
la mesa de mezclas, adaptadores de la señal telefónica para que esta fuente de señal pueda ser tratada
como cualquier otra. Cuando interesa recibir llamadas telefónicas simultáneamente con objeto de que
los comunicantes puedan hablar entre sí y con el mismo locutor, se debe recurrir a la colaboración de
los servicios telefónicos para eliminar la posibilidad de interferencias de la estación transmisora en
dichos servicios. Hay disponibles, también, dispositivos de retardo que posibilitan al locutor el cono
cimiento de las llamadas con una cierta anterioridad lo que permite cortar a un comunicante difamativo
o abusivo.
Todo lo referente a insonorización del locutorio es directamente aplicable a la sala de control. Cabe
insistir en que no debe haber ningún tipo de comunicación sonora entre ambos recintos. La superficie
acristalada será de doble cristal con cámara de aire y sujeción con masilla que evite absolutamente la
transmisión de vibraciones.
3.1.3.16.3. Unidades Móviles.
Cuando se trata de escenarios habituales de producción de noticias tales como una cámara legislativa,
un estadio de fútbol, una sala de conferencias, etc., suelen emplearse líneas microfónicas que aseguran
la retransmisión con una cierta calidad exenta de interferencias por cuanto este tipo de uniones, si bien
emplean los circuitos telefónicos, no pasan por centralitas. En lugares no habituales pueden usarse las
líneas telefónicas existentes o, si se cuenta con tiempo para ello, puede encargarse a la compañía
telefónica que efectúe el tiraje de líneas suficientes como para cubrir satisfactoriamente el
acontecimiento.
Cuando se requiere una unión de calidad, como una retransmisión musical para una emisión en FM
estereofónica, de nada sirven las uniones telefónicas o microfónicas. Sabido es que este tipo de líneas
se caracterizan por el estrecho margen de frecuencias que son capaces de transportar. En este caso, o
en el supuesto de que surja la necesidad de retransmitir desde un lugar en el que no existen líneas
físicas de conexión con la emisora ni tiempo para instalarlas, ha de recurrirse al empleo de unidades
o equipos móviles.
Las unidades móviles constan, en su forma más sencilla, de un transmisor portátil que emite en bandas
de frecuencias asignadas para ese fin. Estos equipos no emiten en el espectro comercial de
radiodifusión porque podrían interferir a otras emisiones.
Las señales radiadas por el radioenlace son recogidas por un receptor situado en la emisora. A partir
de aquí la señal puede ser transmitida directamente o tratarse como una entrada más en la mesa de
mezclas.
Sucede, con alguna frecuencia, que el acontecimiento a retransmitir hace aconsejable la instalación de
una pequeña emisora con todo el equipamiento y personal correspondiente: técnicos, realizador,
locutores, mesa de mezclas, fuentes de sonido, etc. Entonces, el encargado de la retransmisión ha de
dar respuesta a una serie de cuestiones tales como el suministro de la red eléctrica, la ubicación exacta
de locutores y sala de control (desde una furgoneta o en el mismo escenario del acontecimiento), el
29
equipo técnico necesario, la longitud de los cables, las posibles interferencias eléctricas y las
comunicaciones que serán precisas en el lugar de la transmisión.
Todos los problemas enumerados habrán de ser solucionados para que nada se preste a la
improvisación. Insistimos, especialmente, en la necesidad de que exista comunicación con la emisora
central o sea, líneas de órdenes. En general, esto se soluciona mediante la instalación, por la compañía
telefónica, de líneas telefónicas y microfónicas suficientes. Si esto no es posible los radioenlaces
empleados deberán permitir la posibilidad de un canal de control bidireccional, además del circuito
del programa, desde el lugar de retransmisión hasta la emisora central.
3.1.3.16.4. Personal Del Estudio De Radio.
La radio, como la televisión, es un trabajo de equipo. El programa radiofónico surge de las
aportaciones de las distintas partes que intervienen en su realización. Si uno de los eslabones falla, la
cadena de la producción se resiente. Por otro lado, la diversidad de los trabajos requeridos exige una
profesionalización diferenciada.
Toda producción, especialmente si es dramática, nace de una idea que es puesta en palabras por el
guionista o escritor del programa. El guionista es, junto con el director, la persona encargada de
transmitir en comentarios, diálogos, música y efectos el contenido del programa.
El director (también llamado realizador) es el responsable, en última instancia, del programa acabado.
Muchas veces es el propio guionista y su principal misión es la de hacer partícipe a todo el personal
del estudio de la idea que posee sobre la realización del trabajo. Sin que sea obligatorio que el director
domine todas y cada una de las facetas de la producción, debe poseer, al menos, unas ideas generales
sobre cada una de las funciones del personal del estudio.
Situado en la sala de control, tras el mezclador, se encarga de que se efectúen las mezclas en el
momento oportuno; imparte instrucciones a los técnicos, locutores, actores; cronometra tiempos
(asistido, muchas veces, por ayudantes), etc. El éxito o el fracaso de un programa recae sobre él.. El
responsable de toma de sonido y mezcla es el profesional que manipula la consola de mezcla, controla
los niveles de entrada y de salida, efectos, selecciona fuentes sonoras, coloca discos, cintas
magnetofónicas, cartuchos de cuñas publicitarias, etc. Sigue, para ello, las órdenes del realizador en
la selección de unas u otras fuentes. Se ayuda del guion (si existe) y en algunas ocasiones de un
asistente.
El montador musical o técnico de musicalización se encarga de la selección de cortinas y fondos
musicales que serán incorporados según las necesidades expresivas del programa. El técnico de
efectos sonoros de estudio o sonidista de efectos es el responsable de la realización artesanal de efectos
sonoros ambientales o especiales, o de la selección, en discos y en cintas magnetofónicas, de efectos
sonoros grabados en estudio. El cronometrador es un asistente que se sitúa en la cabina, al lado del
realizador, y que tiene a su cargo el control del cumplimiento, con exactitud, de uno de los elementos
capitales de la producción radiofónica: el tiempo. Faltan algunas de las profesiones radiofónicas como
es el caso de los actuantes locutores, actores, intérpretes, etc. No nos referimos a ellos a pesar de la
responsabilidad que les corresponde dentro del proceso de producción de programas. Una cierta
«injusticia» del hecho audiovisual (en este caso de la radio) es el escaso protagonismo que el público
otorga a quienes hacen posible que los contenidos salgan por antena: los técnicos. Prima,
normalmente, el nombre y la personalidad de quienes ponen la voz y/ o su imagen (en el caso de la
televisión).
Es evidente que todas las emisiones radiofónicas no cuentan con un elemento tan amplio de
profesionales como el aquí descrito.
30
De la misma forma, existen producciones extraordinarias que multiplican las necesidades de
personal. En cualquier caso y dado el auge que experimenta la producción de programas propios de
emisoras de ámbito municipal o comarcal, cada vez más se asiste a la reducción de personal en
muchos de los programas, lo que es posible gracias a la asunción de diversas tareas por una sola
persona.
3.1.4. Producción Radial.
Desde la aparición de la Radio (medio de comunicación) radio en 1924 se advirtió su potencial efecto
en los oyentes. Surgieron los primeros programas patrocinados, menciones a modo de historias o
canciones pegadizas y fue ocupada gran parte por EE.UU en la Guerra fría. Tres décadas después, se
fue abandonando por la aparición de la televisión y actualmente es el segundo medio en el ranking de
audiencia pero el cuarto en cuanto a inversión publicitaria.
Es uno de los sistemas más económicos para promocionar un negocio, dentro del plan de acciones
publicitarias, además, permite llegar a un número significativo de clientes o usuarios potenciales.
La empresa de publicidad, siempre tendrá en cuenta que el sentido a estimular será el auditivo y
permite al radio oyente el uso de su imaginación, mientras se encuentra realizando diversas tareas en
simultáneo.
Es conocido que muchas personas que oyen radio se encuentran realizando labores cotidianas e
incluso trabajando, mientras se acompañan o se entretienen con sus mensajes, lo cual hacen de la radio
un magnifico medio de difusión de mensajes publicitarios.
La publicidad radial en Colombia es una de las más reconocidas en América Latina y una de las
principales empresas en este sentido es Radiofónica Producciones, con sede en Bogotá, y a partir de
2010, en Miami, FL, Estados Unidos.
Debemos tener en cuenta en la producción radial las siguientes características:
• FLEXIBILIDAD DE FORMATOS.
• SEGMENTACIÓN GEOGRÁFICA.
• CREDIBILIDAD.
• COMPAGINACIÓN DE LA ESCUCHA RADIOFÓNICA CON OTRA ACTIVIDAD.
• FUGACIDAD DEL MENSAJE.
• RENTABILIDAD ECONÓMICA Y COMUNICATIVA.
• COSTOS DE PRODUCCIÓN ACCESIBLES.
• EMISIÓN PERSONAL.
• PERSONALIZACIÓN DEL MENSAJE.
- CUÑA PUBLICITARIA, Se define como Cuña Radial al mensaje comercial de corta
duración, que oscila entre los 10 y 30 segundos en el cual el anunciante utiliza diversos
recursos creativos y tecnológicos (jingles o canciones y efectos de sonido) para desarrollar
argumentos que atrapen y mantengan la atención del radio oyente.
- PATROCINIO, Un producto determinado financia un espacio producido por la radioemisora
a cambio que su nombre o producto sea mencionado y de esta forma los radio oyentes asocien
los valores del programa emitido con la marca. Existen diversos formatos de patrocinio:
patrocinio de programa o sección, salida de programa, etc.
- MENCIÓN, El locutor de un espacio radial, producido por una emisora, emite un comercial
de duración variable (entre 1 y 60 segundos) durante el transcurso de su programa.
- RDS (RADIO DATA SYSTEM), Mediante un sistema de radiodifusión donde transmiten
datos a través de la señal de una emisora de radio FM, siendo éstos presentados en la pantalla
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display del aparato receptor. Es el caso de las librerías Gandhi, quienes han realizado el primer
anuncio de radio que se lee.
- MICROESPACIO / MICROPROGRAMA, Formato publicitario de amplia duración (entre
60 y 180 segundos) que se integra como parte de la programación de la radioemisora. Pretende
integrarse en la programación de modo natural. Puede presentarse en forma de narración, de
consultas,... se trata de que aparentemente sea un programa no comercial, con una periodicidad
regular. Es preciso emplear la voz del mismo locutor.
- FLASH O RÁFAGA, Frase corta o slogan que suele durar entre 5 y 10 segundos que suele
remitirnos a una cuña o a una campaña más amplia. Habitualmente lo que se hace a través de
las ráfagas es crear intriga en el oyente y, esa intriga se resuelve a través de una cuña.
- GUÍA COMERCIAL, Consiste en la lectura de un comunicado comercial (un comunicado
es un mensaje publicitario enviado por el anunciante a la emisora para que se lea textualmente;
no tiene aspecto radiofónico, tiene una finalidad de noticia comercial).
- BARTERING / CANJE, Consiste en un espacio radiofónico de contenidos no publicitarios
que es producido por un anunciante, es decir, pagado por él y adaptado a su gusto. Por lo tanto,
durante la emisión del programa sólo aparece publicidad de esa marca para el oyente es
percibido como un programa convencional dentro de la parrilla radiofónica, con la
peculiaridad de que aparece publicidad de una misma marca. El programa no pertenece a la
emisora (como ocurre en el patrocinio), sino que pertenece al anunciante que lo produjo. La
emisora sólo puede aceptarlo o rechazarlo.
- CONCURSO, Son microprogramas donde los premios giran en torno al anunciante del producto.
Es importante tener presente al momento de se inicia una campaña publicitaria a través de la radio, q
las emisoras de mayor audiencia y perfil de público objetivo, que garanticen un mejor sonido y
localización
La pauta publicitaria encaminada a la promoción o divulgación del producto o servicio, se trasmitirá
preferiblemente en el intermedio o dentro de los espacios publicitarios de programas escuchados en
forma masiva por la población a impactar. No hay que dejar de lado que además, la radio como medio
publicitario brinda confianza al usuario o consumidor sobre el origen y la confiabilidad del producto.
3.1.5. Audiencia Radial En Colombia.
Las mediciones de este medio de comunicación como el Estudio Continuo de Audiencia Radial,
conocido como ECAR, son herramientas que utilizan las propias emisoras para saber cómo les va con
sus oyentes. Esta también en una herramienta fundamental, en el campo comercial, para disputarse la
millonaria pauta. (ECAR) del año, que aglutina la medición de los últimos cuatro meses, noviembre
2014 a febrero 2015.
El consumo de radio aumentó un 1,2%, acumulando un total de 27’928.400 oyentes de todas las
emisoras que operan en las 18 ciudades capitales más importantes del país. La penetración de la radio
disminuyó apenas un 0,2% para un total de 79,1%.
En siguiente figura presentamos el Ranking Nacional de Audiencia por Marcas de las primeras 15
emisoras, de lunes a viernes, dado que los formatos hablados tienen la misma parrilla de programación
para los días entre semana y otra diferente para sábados y domingos.
Hay que destacar el primer lugar de la emisora Olímpica Stereo, que acumula 3’437.300 oyentes,
seguido de lejos por la emisora Tropicana Stereo, con 2’127.400 oyentes.
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Una de las ventajas que tiene la radio es precisamente “la segmentación de audiencias”, esto significa
que las emisoras por su formato se diferencian mucho en el tipo y la composición de sus oyentes por
edades, sexos y nivel socioeconómico. Entre las diferencias más relevantes de radio hablada vs. radio
musical se pueden destacar el consumo por niveles socioeconómicos, donde para la radio hablada el
31% de su audiencia pertenece a estratos medios y altos, mientras que para la radio musical es el 17%.
Por edades también hay diferencias marcadas, en la radio hablada el 51% de su audiencias es mayor
de 45 años, mientras que en la musical solamente es el 24%. Algunos analistas relacionan el
crecimiento de la radio hablada en Colombia con el crecimiento de la clase media, porque las personas
que mejoran económicamente comienzan a mostrar interés por saber lo que pasa en su país y el mundo,
dado que de una u otra manera los afectará en su entorno. Todo esto se traduce en que las audiencias
de las emisoras habladas son audiencias muy cualificadas.
La radio en Colombia sigue siendo una industria seria, estructurada, un medio muy importante e
influyente, quizás el de mayor porcentaje de participación en la “torta publicitaria” en el mundo.
También ha contado con suerte, dado que se han ido desarrollando tres circunstancias que han servido
para mantener los niveles de penetración y consumo:
1) Los teléfonos celulares, que le ofrecen al usuario la posibilidad de sintonizar frecuencias en la
banda FM del espectro convirtiéndose éstos en “radiorreceptores”.
2) La posibilidad de escuchar las emisoras vía “streaming” a través de computadores y dispositivos
móviles, incluyendo los teléfonos celulares (cada que se vende un celular, en la mayoría de los casos
se está vendiendo un radiorreceptor).
3) El aumento del tiempo de desplazamiento en vehículo en las ciudades grandes, donde la radio sigue
siendo la reina.
Según ECAR en el 2015 los recientes movimientos en algunos programas de la tarde, como La
Luciérnaga, de Caracol Radio, están comenzando a mostrar cambios en las audiencias.
Como se puede observar en la figura mostrada, La Luciérnaga cedió espacio en la franja de 4:00 p.m.
a 7:00 p.m., de lunes a viernes, perdiendo 114.600 oyentes en promedio, pasando de 893.000 a
778.400 oyentes. Sus competidores aprovecharon esta situación: el programa Voz Pópuli de Blu Radio
ganó 29.100 oyentes, pasando de 196.400 a 225.500 oyentes en esta franja; W Radio ganó 37.500
oyentes en la misma franja, pasando de 144.900 a 186.400 oyentes, y RCN Radio también ganó 13.900
oyentes, pasando de 137.100 a 151.000. La FM cedió terreno en esta franja perdiendo 14.800 oyentes,
pasando de 178.800 a 164.000. Cabe aclarar que los movimientos en Caracol Radio se dieron en la
mitad del trabajo de campo de esta medición, en enero de 2015 y la medición abarca desde noviembre
del año 2014 hasta febrero de 2015. Habrá que ver qué sucederá con una medición completa, por lo
tanto esta “radionovela” continuará.
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Figura 13 Audiencia Nacional según ECAR.
3.2. EL ESTÁNDAR ZIGBEE.
El estándar IEEE 802.15.4 define los protocolos de capa física y MAC de un estándar RF diseñado
para aplicaciones de monitoreo remoto control. Zig Bee es un consorcio industrial con el objetivo de
promover el estándar IEEE 802.15.4 garantizando la interoperabilidad mediante la definición de las
capas superiores de red, y las interfaces de aplicación del estándar. El bajo costo y bajo consumo de
802.15.4 están destinados a permitir el despliegue de una amplia base de redes inalámbricas capaces
de funcionar durante años con baterías normales además, está optimizado para procesamiento de datos
a baja velocidad (hasta 115.2Kb / s), ya sea con o sin soporte de QoS (Zha, 2004).
Las aplicaciones de Zig Bee se comunican a través de las capas PHY y MAC especificadas por el
estándar IEEE 802.15.4. Adicionalmente la especificación Zig Bee construye una capa Network
(NWK) y una capa APL (de aplicación) que funcionan sobre dicho estándar. La capa física
proporciona las funciones básicas de comunicación a través de radiofrecuencia mientras que la capa
de acceso y control al medio provee servicios que permiten una comunicación segura entre
dispositivos próximos a distancias de un solo salto. La capa de red provee funciones de ruteo y es
necesaria para crear diferentes topologías de red (Morrow, 2004).
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Figura 14 Capas Zig Bee (Fuente upload.wikimedia.org)
La capa de aplicación incluye las capas APS (Application Support Sub-Layer), La capa ZDO (Zig bee
Device Object), y una capa de Aplicación Zig bee definida por el usuario o diseñador, donde ZDO se
encarga de todo el control del dispositivo y APS provee los servicios de comunicación entre ZDO y
la capa de aplicación Zig bee definida por el usuario (Yang, 2004).
La NKW de Zig Bee soporta tres topologías estrella, maya y clúster y es responsable de los
mecanismos mediante los cuales se agregan o quitan dispositivos de la red, de aplicar los servicios de
seguridad y de enrutar los paquetes de datos, adicionalmente se encarga del el mantenimiento de las
rutas y del descubrimiento de dispositivos vecinos. Zig bee define tres tipos de dispositivos en lo que
se refiere a sus capacidades de red:
EL COORDINADOR ZIGBEE: El coordinador Zig Bee es el responsable de inicializar la
red y asignar las direcciones de red todo los dispositivos asociados a él.
EL ROUTER ZIGBEE: Es el encargado del mantenimiento de las rutas, hacer el
enrutamiento de masajes y soporta la adición de dispositivos a la red.
EL DISPOSITIVO FINAL: es a aquel que se asocia a un coordinador o un router y es el
generador del tráfico en la red.
3.2.1. FORMACIÓN DE UNA RED ZIGBEE.
Una red de área personal (PAN) Zig Bee se compone básicamente de tres elementos un coordinador,
uno o varios routers y dispositivos finales; esta se crea cuando un coordinador selecciona un canal y
el ID de PAN. Una vez que el coordinador ha iniciado una PAN, los routers y/o los dispositivos
finales pueden unirse a la red.
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Cuando un router o un dispositivo final se une a una PAN, recibe una dirección de red de 16
bits entonces puede transmitir y recibir de datos hacia otros dispositivos de la PAN.
Los routers y el coordinador permiten que otros dispositivos se unan a la PAN, y ayudan en el envío
de datos a través de la red para asegurar que los datos se coloquen correctamente en el
dispositivo destinatario.
Cuando un router o el coordinador le permiten a un dispositivo unirse a la PAN, el dispositivo
final incorporado se convierte en un hijo del dicho coordinador o router.
Los dispositivos finales, puede transmitir o recibir datos, pero no pueden encaminarlos de un nodo a
otro, ni pueden permitir a otros dispositivos unirse a través de ellos a la PAN. Los dispositivos finales
siempre se deben comunicar directamente con su dispositivo padre.
El router o el coordinador son los dispositivos padres y son los encargados de llevar la información
de los dispositivos finales desde su origen hacia su destino. Los dispositivos finales están destinados
a operar con pilas y pueden funcionar en modo de bajo consumo del cual solo despiertan en el
momento de transmitir información.
Figura 15 Ejemplo básico de la topología de una red zig bee.
La dirección de red del coordinador del PAN es siempre 0. Cuando un router se une a
una PAN, también puede permitir a más routers y otros dispositivos finales unirse a él. Al
unirse establece una relación padre/ hijo entre dos nodos. El nodo que permite la unión es el padre, y
el nodo que se incorpora a este es el niño. La relación padre / hijo no es necesaria para el
enrutamiento de datos.
3.2.2. Inicializando Un Coordinador Zig bee.
Cuando un primer coordinador aparece, realiza una exploración de energía en múltiples
canales (frecuencias) con el objeto de seleccionar un canal libre para iniciar la PAN. Después
de quitar los canales con altos niveles de energía detectada, el coordinado remite un comando de
solicitud faro 802.15.4 hecha en los canales restantes de bajo nivel de energía.
Los routers cercanos o coordinadores que ya se han unido una PAN responden a la trama de
solicitud faro con una transmisión pequeño faro que indica el identificador de PAN (PAN ID) bajo el
que están operando en el momento, con esto se determina si le es o no permitido unirse bajo este ID.
El coordinador intenta entonces iniciar con un ID PAN sin usar en alguno de los canales de bajo los
que envió la solicitud de faro. Después de iniciar, el coordinador podrá permitir a otros dispositivos
unirse a su PAN.
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3.2.3. Adición De Un Router.
Cuando un router aparece, primero debe localizar y unirse a una PAN Zig Bee. Para ello, emite un
comando de solicitud faro 802.15.4 en los múltiples canales para localizar las redes PAN cercanas.
Los routers cercanos y los coordinadores que ya se han unido a una PAN responder a la trama de
solicitud faro con una transmisión pequeño faro , lo que indica el canal y el ID del PAN con el que
están operando en en el momento. El router escucha en cada canal las tramas de pequeño faro. Si una
de estas tramas contiene un ID de PAN valido el router envía una petición de adición a el nodo que
respondió la trama de solicitud de faro con ID valido. Si el router logra unirse, A continuación,
recibirá una combinación de confirmación desde el dispositivo padre, lo que indica la unión se ha
realizado correctamente. Una vez que el router se une a la PAN, puede comunicarse con otros nodos
de la misma y permitir que dispositivos nuevos se unan a él en el caso de tratarse de otro router.
3.2.4. Adición de un dispositivo final.
Cuando un dispositivo final aparece, debe localizar y unirse a un PAN. Los dispositivos finales siguen
el mismo proceso de un router al unirse a una PAN. Una vez que el dispositivo final tiene éxito en
esta operación, puede comunicarse con otros dispositivos en la PAN. Sin embargo, dado que los
dispositivos finales no se pueden enrutar lo datos, siempre debe comunicarse directamente con
sus padres y permitir a los padres encaminar los datos en su nombre.
3.3. COMUNICACIONES DE RED ZIGBEE
Zig Bee soporta direccionamiento de dispositivo y direccionamiento de capa de aplicación El
direccionamiento de dispositivo especifica la dirección del destino del dispositivo al cual será enviado
el paquete. El direccionamiento de capa de aplicación específica la dirección de destino de un
recipiente particular de aplicación, como lo puede ser un Zig Bee end point junto con un campo de
tipo de mensaje llamado Cluster ID.
3.3.1. Direccionamiento de dispositivo Zig Bee.
El protocolo 802.15.4 en que se basa Zig Bee especifica dos tipos de direcciones:
• Dirección de red de 16-bit
• Dirección de red de 64-bit
3.3.1.1. Dirección de red de 16-bit.
Una dirección de red de 16 bits se asigna a un nodo cuando el nodo se une a una red. La dirección
de red es única para cada nodo de la red. Sin embargo, las direcciones de red no
son estáticas - se puede cambiar. Los siguientes dos condiciones harán que un nodo reciba una nueva
dirección de red:
1. Si un dispositivo final no se puede comunicar con su padre puede necesitar salir de la red y
volver a unirse para encontrar un nuevo padre.
2. Si existe algún cambio de tipo de dispositivo de router a dispositivo final, o viceversa,
el dispositivo dejará la red y volverá a unirse como el nuevo tipo de dispositivo.
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Zig Bee requiere que los datos sean enviados a una dirección de 16 bits de destino, esto solo es posible
si la dirección se ha descubierto previamente por medio de un procedimiento de descubrimiento de
direcciones de red.
3.3.1.2. Direcciones de 64-bit.
Cada nodo contiene una dirección única de 64 bits. La dirección de 64 bits identifica un nodo y es
permanente.
3.3.2. Direccionamiento de capa de aplicación Zig Bee
Las capas de aplicaciones Zig Bee definen los and point y los identificadores de grupo (cluster IDs)
que se utilizan para hacer frente a los servicios individuales o aplicaciones en un dispositivo. Un end
point es una tarea o aplicación que se ejecuta en un dispositivo de Zig Bee, similar a un puerto TCP.
Cada dispositivo Zig Bee puede soportar uno o más end points. Un cluster ID define una función
particular o acción en un dispositivo. El cluster ID en el hogar por ejemplo puede controlar un perfil
de iluminación, se pueden incluir acciones tales como "Turn Light On", "Turn Light Off", "Dim
Light", etc.
Suponga que tiene un simple radiocontrol de intensidad de luces (dimmer) y uno o más interruptores
para las mimas, el dimmer y los interruptores pueden ser asignados a diferentes end points, entonces
para enviar un mensaje de control del dimmer es necesario enviar un mensaje a su respectivo end
point, el contenido de este mensaje será el Cluster ID el que a su vez puede ser una instrucción como
"Turn Light On", "Turn Light Off", "Dim Light".
Figura 16 Ejemplo de direccionamiento de capa de aplicación.
3.4. TRANSMISIÓN DE DATOS Y ENRUTAMIENTO.
Todos los paquetes de datos son direccionados usando los campos de dirección de dispositivo y de
direccionamiento de capa de aplicación. Los datos pueden ser enviados en transmisiones de broadcast,
multicast, o unicast.
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3.4.1. Transmisiones de Broadcast.
Las transmisiones de broadcast con protocolo Zig Bee son destinadas a ser propagadas en toda la red
de tal manera que todos los nodos reciben la transmisión. Para lograr esto, todos los dispositivos que
reciben una transmisión de Broadcast retransmitirán el paquete de 3 veces.
Figura 17 Transmisiones de broadcast.
Cada nodo que hace una emisión de broadcast también creara una entrada en una tabla local de
transmisiones de broadcast. Esta entrada se utiliza para realizar un seguimiento de cada paquete de
difusión recibido para asegurarse de que los paquetes no son transmitidos sin cesar. Cada entrada de
la tabla persiste durante 8 segundos y tiene un total máximo de 8 entradas. Para una transmisión de
broadcast la pila Zig Bee debe reservar espacio en búfer para obtener una copia del paquete de datos.
Esta copia es usada para retransmitir el paquete según sea necesario. Los broadcast largos requerirán
más espacio en el buffer, dado que las transmisiones de broadcast se retransmiten por cada dispositivo
de la red estas deben ser usadas con moderación para evitar la saturación de la misma.
3.4.2. Transmisiones de Multicast
Transmisiones de Multicast operan de forma parecida a las transmisiones de broadcast. Los paquetes
de datos se difunden en toda la red de una manera similar. Sin embargo, sólo los dispositivos que
forman parte del grupo de multidifusión recibirán los paquetes de datos.
3.4.3. Transmisiones de Unicast.
Las transmisiones de unicast Zig Bee están siempre dirigidas dispositivos de destino con direcciones
de 16 bits. Sin embargo, sólo las direcciones de 64 bits son permanentes, las direcciones de 16
bits pueden cambiar. Por lo tanto, los dispositivos Zig Bee emplean descubrimiento de direcciones de
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red para identificar la dirección actual de 16 bits que corresponde a una dirección conocida de 64 bits,
y el descubrimiento de ruta para establecer una ruta.
3.4.4. Descubrimiento de dirección de red.
Las transmisiones de datos siempre se envían a la dirección de red de 16 bits del dispositivo de
destino. Sin embargo, desde la dirección de 64 bits que es única para cada uno de estos
y se conoce por lo general, los elementos Zig Bee descubren dirección de red que se le asignara un
dispositivo en particular, cuando este se une a la PAN antes de que se inicie una transmisión de datos.
Para ello, inicia se envía una transmisión de broadcast de descubrimiento de red, este paquete contiene
la dirección de 64-bit que el dispositivo iniciador necesita para enviar los datos. Los dispositivos que
reciben esta transmisión de broadcast verifican si esta coincide con la suya propia, si esto pasa dicho
dispositivo envía un paquete de respuesta de vuelta al iniciador, asignando la dirección de red del
dispositivo con la dirección de 64-bit encontrada. Cuando esta respuesta es recibida por el iniciador
este puede transmitir datos.
3.4.5. Descubrimiento de ruta.
Zig Bee utiliza malla de enrutamiento para establecer una ruta entre el dispositivo de origen y el
destino. La malla de enrutamiento permite que los diferentes paquetes de datos se encaminen desde
el origen al destino a través de múltiples nodos (saltos). Routers y coordinadores pueden participar en
el establecimiento de rutas entre los dispositivos origen y destino usando un proceso llamado
descubrimiento de ruta. El proceso de descubrimiento de la ruta se basa en el algoritmo de
enrutamiento AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector).
Figura 18 Ejemplo de Transmisión a Través de una Red en Malla.
3.4.5.1. Algoritmo de enrutamiento AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector)
El enrutamiento sobre AODV se logra usando tablas en cada nodo en las que se almacena la
información del siguiente salto (nodo intermedio entre el destino y el origen de los paquetes de datos)
para un nodo de destino. Si el siguiente salto no se conoce, debe llevarse a cabo un procedimiento de
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descubrimiento de ruta para encontrar poder encaminar los datos, debido a que el número de rutas que
un enrutador puede almacenar es limitado, el procedimiento de descubrimiento de ruta se hace más
intensivo en redes de grandes.
Nodo
Dirección de
Destino
Dirección de Siguiente
Salto
R3 Router 6 Coordinator
C Router 6 Router 5
R5 Router 6 Router 6
Tabla 2 Origen y destino de paquetes enrutados.
Cuando un nodo fuente debe descubrir una ruta a un nodo destino, este envía un comando de broadcast
route request. Este comando contiene la dirección de la red de la fuente, la dirección de la red de
destino y un campo de costo de camino (que corresponde a la métrica usada para medir la calidad de
la ruta). Por tratarse de una transmisión de broadcast el comando route request se propaga por toda la
red, entonces cada nodo envía un re-broadcast actualizando el campo de costo de ruta y creando una
entrada temporal en una tabla de descubrimiento de ruta.
Figura 19 Ejemplo de comando de Broadcast Route Request. Cuando R3 intenta descubrir una ruta
a R6.
Cuando el nodo de destino recibe el comando de route request, este compara el campo de costo de
ruta con el de paquetes de la misma clase recibidos previamente; si este costo de ruta es inferior que
el de cualquier otro paquete recibido antes, el nodo de destino envía un paquete de route reply al nodo
que origino el paquete de route request. Los nodos intermedios reciben y devuelven el paquete de
route reply hasta llegar al nodo de destino es decir hasta llegar al nodo originador del paquete route
request.
41
Primera Replica Enrutada.
Segunda Replica Enrutada.
Figura 20 Ejemplo de comando Route Reply Unicast Cuando R6 Envía un Route Reply a R3: R6
puede enviar varias respuestas, si se identifica una ruta mejor.
3.4.6. Reintentos y Reconocimientos.
Zig Bee incluye paquetes de reconocimiento para la capas físicas y de aplicación, Cuando un dato es
transmitido a un dispositivo remoto este pasa por múltiples saltos antes de llegar a su destino, estos
son transmitidos sucesivamente por la red de un nodo a su vecino, e medida que esto sucede en
dirección contraria al sentido de transmisión de los datos los nodos receptores envían paquetes de
ACK estos indican que en envió de datos termino satisfactoriamente, Si el paquete de ACK no es
recibido por el transmisor este reintentara él envió por 4 veces, a este ACK se le llama reconocimiento
de capa MAC, además el dispositivo que origino la transmisión espera recibir un ACK del dispositivo
de destino el cual al igual que los ACK de capa MAC viajan en dirección contraria a los paquetes de
datos pero por todo el recorrido de la transmisión es decir desde el destino a la fuente atreves de todos
los saltos en la maya si el dispositivo originador de los datos no recibe este ACK reintentara él envió
dos veces hasta que el ACK sea recibido: este ACK es llamado reconocimiento de capa APS
(MaxStream, Inc., 2007).
42
Transmisión de Datos
ACK de RED: desde el destino hasta la fuente
MAC ACK
Figura 21 Transmisión de datos unicast.
4. DISEÑO Y DESARROLLO.
4.1. ESQUEMA GENERAL DE LA SOLUCIÓN
A continuación se muestran diagrama general de la solución provista a la empresa radial caracol radio
la cual un diseño de un sistema monitoreo de alarma por falta de audio en las emisoras de la cadena
radial. Este sistema consta de tres partes:
- Primero, un sistema sensor con módulo zig bee en configurado forma router que es el
encargado de recibir el dato de la consola de DHD 2200 suministrado por el puerto GPO/GPI
(Este primer esquema se diseñara para cada emisora que compone la cadena radial que en total
son 7). Estos datos en el módulo zig bee se empaquetara para enviarla a través de la red malla
zig bee que está en configurada forma api.
- Segundo, estos datos son recibidos por en un módulo zig bee configurado en forma
coordinador que está conectado a un computador y a la vez que existe una aplicación
desarrollada en Java la cual permite la visualización la información contenida de los módulos
zig bee está se visualiza gráficamente permitiendo la verificación de las alarmas de falta de
audio por emisora condescendiendo presentación de estos datos en forma visual en íconos.
- Por último, la tercera parte consta de la extensión de la red montada mediante una la cual a
través de un concentrador conectado a un módem GSM permite el envío de datos a través de
un mensaje SMS hacia el cliente.
43
Figura 22 Diagrama general de la solución propuesta.
4.2. TOPOLOGÍA DE LA DE RED.
Figura 23 Topología de la red montada.
En el programa x-ctu en su última versión nos permite revisar la malla diseñada en forma gráfica
como la muestra figura.
44
Figura 24 Malla Diseñada y Propuesta graficada por el programa XCTU de Di gi.
4.2. MALLA INALÁMBRICA ZIGBEE.
4.2.1. Dispositivos que componen la malla inalámbrica.
La malla inalámbrica se compone de dos tipos de dispositivos uno de ellos se trata del coordinador el
cual se encarga de definir los parámetros iníciales de la red y el segundo tipo de dispositivo se trata
de los routers los cuales son los encargados de recoger los datos y de a su vez en el caso de routers
llevar la información hasta el coordinador.
4.2.2. El Coordinador.
Para la formación de una red zig bee como se mencionó antes es necesario siempre un dispositivo
coordinador el cual cumple la función de ser el iniciador de la red, en este caso además de ser el
iniciador de la red también tiene funciones de Gateway. Es decir que este elemento en la red será el
que reciba todos los mensajes producidos por las mediciones en la red y los trasmitirá a través de
internet al servidor de almacenamiento de datos a continuación se muestra un diagrama de bloques y
una fotografía de este dispositivo de red.
45
Figura 25 Bloques del dispositivo de coordinador
Como se ha mencionado en la documentación previa para el proyecto se implementaron en el diseño
los dispositivos de Zig-Bee de la marca digi X-bee S2 con capacidades completas para el soporte del
protocolo IEEE 802.15.4; estos dispositivos vienen reprogramados para funcionar con una interfaz de
comandos AT estándar lo cual genera inconvenientes en cuanto a que con esta interface no es posible
explotar las capacidades de red de los dispositivos inalámbricos como la capacidad de formar mallas,
para solventar este problema fue necesario inicialmente reprogramar los dispositivos con el firmware
adecuado para cada funcionalidad.
Esto se consigue mediante el programa X-CTU, el cual posee una colección de firmwares para
dispositivos Zig-Bee; para el coordinador como se ve en la siguiente figura el dispositivo se debe
programar con el firmware correspondiente a XB24-ZB ZIGBEE COORDINATOR API versión 23
A7; después de programado, el propio software X-CTU es capaz de leer la configuración del mismo
así como editarla para el caso de los campos de configuración de escritura. Es posible también
evidenciar en los detalles de configuración que el PAN ID corresponde al 2, el canal de operación es
el 0x0D y la dirección tal como aparece en el diagrama de topología 13A20040BBE58C.
46
Figura 26 Software XCTU Para Programar Los Digi Bee Version 6.2.0
Figura 27 Vista de configuración de coordinador.
En la siguiente figura se muestra un diagrama de circuito del hardware que soporta el coordinador
mediante este hardware se hace le enlace entre el modem y la malla inalámbrica.
47
Figura 28 Circuito del coordinador.
En la siguiente figura 29 vemos el dispositivo coordinador para implementación.
Figura 29 Imagen X-Bee Coordinador.
4.2.3. Implementación de dispositivos routers x bee
El siguiente paso en la medición y transmisión de los datos ambientales de las granjas es disponer
de los dispositivos que van a realizar dicha función, para ello fue necesario diseñar un circuito
electrónico que cumpliera con las especificaciones requeridas para el proyecto, básicamente las
funciones de este dispositivo consisten en tener la capacidad de tomar mediciones de temperatura y
humedad relativa en la granja, y por medio de un transmisor X-bee ser capaz de integrarse a una malla
zig-bee y transmitir los datos a un dispositivo coordinador que los enviara a un servidor de destino el
diagrama de este dispositivo podría describirse como sigue:
48
Figura 30 Bloques del dispositivo final router.
Los dispositivos finales fueron ensamblados en váquelas de montaje superficial y alimentados por
medio de dos baterías AA con tamaño aproximado de 4cm por 3.5cm en modo de transmisión
consumen aproximadamente 70mA luego del cual entra en modo idle estado en el que consume una
corriente aproximada de 800uA el modo de transmisión tiene una duración aproximada de 30ms cada
10 minutos es decir hace un muestreo cada 10 minutos esto garantiza una mayor duración de la batería:
en el caso de los dispositivos de medición que funcionen como enrutadores es necesario que siempre
se encuentren activos es decir no pueden pasar a modo idle, en pruebas de campo se estableció que
con los módulos X bee se tenía un alcance máximo de 40 mts para la transmisión efectiva de los datos,
en la figura 30 se muestran los dispositivos finales x bee diseñados para cada emisora.
Las características de transmisión son:
Alcance: 40 metros
Potencia de transmisión: 2mW
Sensitividad de Rx: -96Db
Rata máxima de Tx: 250Kbps
49
Figura 31 Dispositivo Diseño Router X bee.
Al igual que el coordinador los dispositivos Router/End Device deben ser reprogramados por medio
del software X-CTU, en este caso la versión del firmware como se ve en la figura 30 es la XB24-ZB
ZIG-BEE ROUTER API versión 1302; con esta versión al igual que con el coordinador se obtienen
funcionalidades completas en cuanto al manejo del protocolo Zig Bee.
Figura 32 Vista de configuración de router.
50
Como se puede evidenciar en la figura 31 para este Router el PAN ID corresponde al 2 este parámetro
como se especificó en la documentación debe ser igual a la del coordinador. Ya que con esto se define
la red a la que se conectan los dispositivos, también se puede notar que la dirección del dispositivo
corresponde a la 13A20040BBE3F5 parámetro importante en el momento de intercambio de datos.
En la siguiente Figura se muestra un diagrama de circuito del hardware que soporta al router / end
device; además de dispositivo de comunicaciones necesario para transmisión de datos, en el mismo
circuito para la adquisición de datos.
Figura 33 Diagrama de circuito router.
4.2.4. Operación rf de los módulos x-bee 802.15.4 serie 2
La transmisión Zig-bee se lleva a cabo por medio de la banda libre de 2,4 GHz, utilizado una única
frecuencia: pudiendo escoger entre 16 posibles canales distanciados por 5MHz que parten desde la
frecuencia base de 2405 GHz y que llegara hasta los 2480 GHz. El alcance de la transmisión depende
de varios factores entre ellos se encuentra la potencia de la transmisión, el tipo de antena utilizada, y
la topología de red, es posible lograr 100mts en exteriores y 30mts en interiores con una velocidad de
transmisión de 256Kbps según datos de manual.
Con protocolo Zig-bee se pueden configurar redes punto a punto multipunto o peer to peer (P2P),
estas últimas son aquellas en que no se diferencian servidores de clientes sino que todos los nodos
tienen comportamientos de servidor y cliente a la vez, esta configuración de red otorga un mejor
aprovechamiento del ancho de banda de todos los componentes al mejorar la velocidad de transmisión
y conectividad sin tener que centralizar la información en servidores que son los que administran el
ancho de banda para la realización de un servicio, transmisión o una aplicación
La red Zig bee es conformada por tres entes importantes, un coordinador, uno o varios routers, y uno
o más dispositivos finales.
51
El coordinador es un dispositivo dentro de la red que tiene como principal función formar la red,
dentro de esta se crean otras sub tareas como la de escoger el canal de transmisión, crear el ID
(identificador de red) de toda la red, para lo cual cuenta con una cadena de 16 bits por lo que puede
otorgar hasta 65535 direcciones distintas, es decir que puede crear una red de hasta 65535 dispositivos.
Una vez formada la red el coordinador, puede ser origen y destino de información, puede transmitir,
y enrutar paquetes comportándose entonces como router
Los routers son dispositivos que se unen a la red Zig bee y después de recibir su ID por parte del
coordinador cumplen la misión de mantener la información en la red y determinar cuál de todas las
rutas es la mejor para su transmisión entre los distintos nodos tiene también la capacidad de crear
información y retransmitir la información que proviene de los otro routers, de los dispositivos finales
o de coordinador.
Los dispositivos finales son los más sencillos componentes de la red zig bee al no tener la capacidad
de retransmitir ni enrutar paquetes, por lo que se pueden alimentar con baterías debido al bajo consumo
de energía nunca se podrán comunicar directamente, es decir sin routers o coordinador intermedios
entre dos dispositivos finales.
4.2.5. Módulos X bee.
Existe variedad de dispositivos X bee que son los utilizados en la creación de las redes Zig bee
X-bee serie 1
X-bee serie 2
X-bee pro
La diferencia entre X bee serie 1 y X bee serie 2 radica en la capacidad de crear redes mesh que posee
el X bee serie 2, y en la mayor potencia de transmisión de las series pro.
Las redes tipo Mesh son aquellas que pueden transmitir y retransmitir entre dispositivos así estos no
sean los destinatarios de la información proporcionando a la red un mayor alcance al utilizar entre
dos o más puntos que estén fuera de alcance, a uno o más dispositivos como puente que permite llegar
al dispositivo lejano. Estos puentes o routers deben elegir la ruta por donde viaja la información
realizando saltos entre uno y otro X bee, esta acción generara retardos de la talla que por cada cinco
saltos existe un retardo de 150 milisegundos. Lo mejor de mesh es que puede regenerar la red
automáticamente sin intervención humana inmediatamente cuando algún nodo falle.
4.2.5.1. Modos de operación
Los módulos X-bee se deben alimentar con voltajes entre 2,8 y 3,4 V y es posible utilizarlos de
distintas formas según sea la configuración, se pueden utilizar en 5 modos:
52
4.2.5.1.1. Modo transmisión y recepción:
Este modo de operación entra en funcionamiento cuando el modulo recibe a través de la antena algún
paquete RF, o cuando se envía señal al buffer de salida para la transmisión
La transmisión de paquetes puede ser de dos tipos, directa o indirecta, en el modo directo, la
información es enviada inmediatamente a la dirección de destino, y en el modo indirecto la
información es retenida en un buffer de almacenamiento y solo es enviada cuando el destino lo solicita
Para monitorear las fallas en la transmisión de la información es necesario enviarla de forma Unicast
que es de punto a punto de esta manera se asegura una respuesta del módulo receptor, es decir se
genera un acuse de recibo ACK, de no recibirlo se incrementara en uno el registro de fallas: es posible
también enviar la información de modo Broadcast, con este modo se transmite la información desde
un nodo a todos los nodos de la red pero no se puede verificar la falla de la comunicación.
4.2.5.1.2. Modo de bajo consumo (sleep mode).
Los módulos según la configuración interna realizada son capaces de apagarse y prenderse por sí solos
realizando chequeos en un periodo de tiempo determinado, lo que llevara a un ahorro importante de
energía.
Durante el proceso de configuración del módulo es necesario indicar como se va a controlar el Sleep
Mode, Esto funciona de dos maneras diferentes la primera consiste en establecer el tiempo en ms que
debe permanecer despierto el modulo y el tiempo en ms que debe permanecer dormido. También es
posible que no despierte cada cierto tiempo si no analizado el estado de uno de los pines del módulo
y según sea el resultado se despierte o se siga en estado Sleep, es posible también mantener el modulo
en estado de hibernación, sostenido por el nivel que mantenga uno de los pines, en hibernación es
cuando más potencia se ahorra, ya que no se transmite, recibe o se asocia, así que cualquier
información que llegue sea para transmisión o para recepción será desechada.
4.2.5.1.3. Modo de comando.
Como su nombre lo indica en el modo de comando del módulo permite la configuración, ajuste, o
modificación de sus parámetros mediante comandos AT. A partir de la conexión con el hyper-terminal
de Windows, de algún micro-controlador que maneje UART y que contenga los comandos necesarios
o atreves del programa X-CTU.
En modo de comando es posible entre otras cosas modificar la dirección de origen del módulo, el
valor asignado a un comando, modificar la dirección de destino, guardar la configuración en la
memoria no volátil del módulo.
4.2.5.1.4. Modo transparente.
Este modo esta hecho especialmente para la comunicación punto a punto donde no se necesita ningún
tipo de control, toda la información que se recibe vuelve y se transmite, así que lo que el primer
módulo tiene en el pin TXD en el segundo módulo se verá en el pin RXD
53
Esta es el modo de uso más sencillo ya que no necesita mayor configuración y se puede utilizar para
reemplazar una comunicación serial con cable
Dentro de la escasa configuración en este modo, es posible decidir si la información se envía tan
pronto como llegue, o si se sostiene dentro del buffer de entrada hasta cierto tiempo después de no
recibir ningún dato en el pin RXD, tiempo tras el cual se conforma el paquete RF y se transmite,
también es posible controlar la transmisión para que se lleve a cabo siempre que el buffer de entrada
se llena es decir cada 100 (cien) bytes de información.
4.2.5.1.5. Modo api.
En este modo que es el más complejo, los módulos permiten el uso de frames que en su estructura
contienen grandes beneficios para la manipulación en la transmisión y en la configuración del
dispositivo. Extendiendo la capacidad del nivel del cliente para que este pueda interactuar con las
capacidades de red del módulo, es posible también confirmar la transmisión de los datos.
Entonces cuando el modulo esta en este modo la información se compacta en frames a los que se
adicionan operaciones y eventos en otros frames que pueden definir operaciones y eventos dentro del
módulo.
Un frame de transmisión está compuesto por el frame de la información, y un frame de comandos que
reemplaza a la información AT de comandos
Un frame de recepción está formado por, el frame de información, el comando de respuesta, y las
notificaciones de los eventos, donde se envía el OK de los comandos enviados e instalados dentro del
módulo receptor.
Así es que en el modo API no es necesario utilizar el modo de comandos para realizar cambios o
consultas, este modo lo realiza automáticamente ya que provee alternativas para la configuración del
módulo, y al momento del cliente enviar la información, esta se contiene dentro de un frame cuya
cabecera tiene información importante para el modulo.
Entre las opciones que permite realizar la API tenemos:
Transmitir información a distintos módulos
Recibir información de éxito o falla en la transmisión RF
Identificar la dirección de origen de los paquetes recibidos
Recibir información acerca de la potencia de transmisión y recepción de los módulos vecinos
Identificar el modulo más cercano
Consultar y o cambiar la dirección del módulo, o de los módulos vecinos
4.2.5.1.6. Modo idle.
Se considera que el módulo se encuentra en este modo cuando no está en ningún otro, es decir ni
transmite, ni recibe, ni está en modo de comandos ni ahorrando energía, etc. (Oyarce, 2010).
54
4.2.5.2. Direccionamiento e interconexión
Para los módulos X bee es posible la configuración de la dirección en 64 bit y en 16 bit, teniendo
como principal diferencia la cantidad de nodos que puede manejar la red, cuando la dirección es de
64 bits es posible tener más nodos interconectados y por ende más equipos funcionando.
En el direccionamiento de 16 bit se pueden dar direcciones arbitrarias siempre y cuando sean menores
a 0xFFFE porque esta dirección, al igual que 0xFFFF son las que habilitan el direccionamiento a 64
bit por lo que no pueden ser utilizadas en 16 bit.
Por medio de comandos AT es posible dar la dirección del módulo, y la dirección del módulo de
destino.
Para el direccionamiento de 64 bit no es posible modificar o definir la dirección de origen del módulo,
ya que esta corresponde a un número serial que viene grabada de fábrica en dos variables de 32 bit
cada una. Por lo que al transmitir, para dar la dirección de destino, también es necesario utilizar 2
variables de 32bit una con los bit menos significativos y otra con los más significativos. Cabe anotar
que todas las variables se trabajan en formato hexadecimal.
4.2.6. Montaje de una red Zig Bee con los módulos X bee Serie 2.
Para crear una red Zig Bee, un coordinador debe iniciarse en un canal y con un ID de PAN. Una vez
que el coordinador ha comenzado, routers y dispositivos finales pueden conectarse a la red. Los
Routers y Coordinadores pueden soportar hasta 8 hijos. La formación de redes se basa en los
comandos SC (exploración de canales), ID (PAN ID), SD (duración del análisis), y NJ (Tiempo de
Unión a un nodo). Las configuraciones de SC e ID deben ser escritas usando el comando WR de esta
manera quedan escritos de forma no volátil.
4.2.6.1. Inicio de un coordinador X bee Serie 2.
Con el fin de iniciar una red, un coordinador debe seleccionar un canal de operación no utilizado y
con su identificación de PAN. Para ello, el coordinador realiza una exploración de la energía en todos
los canales especificados por el parámetro SC (exploración de canales). El tiempo de exploración en
cada canal se determina por el parámetro SD (duración del análisis). Una vez que se completa el
análisis de energía, el coordinador envía una solicitud de beacom en cada uno de los canales SC, y
queda a la escucha de cualquier beacom de respuesta. La información de la exploración de energía y
el beacom scan (lectura activa) se utiliza para seleccionar un canal libre y un ID PAN. Si el parámetro
ID (PAN ID) establece en 0xFFFF, el coordinador seleccionará una PAN ID de forma aleatoria. De
lo contrario, el coordinador se iniciará con el PAN ID especificado por el parámetro ID.
Después de que el coordinador ha iniciado una red, permitirá que los nodos se unan a ella por un
tiempo, en función del parámetro NJ (tiempo de unión de Nodo). Si la función LED de asociación
está habilitada (comando D5 (configuración DIO5)), el pin Indicación de asociamiento (pin 15)
cambiará su estado una vez por segundo después de que el coordinador inicie. En este punto, el canal
de operación y el PAN ID se pueden leer usando los comandos CH (Canal de funcionamiento) e ID
(ID PAN). La dirección de 16 bits del coordinador es siempre 0. Si se habilita la API (parámetro AP>
0): Se envía un frame de estado de modem API con el comando "coordinador iniciado" a la UART.
55
EL comando IA (Indicador de Asociación) se puede utilizar en cualquier momento durante el
funcionamiento del coordinador para determinar el estado de la operación de inicio del mismo.
4.2.6.2. Inicio de un router X bee Serie 2.
Antes de que un router pueda funcionar en una red Zig Bee, debe localizar un coordinador u otro
router ya unido a una PAN, e intentar unirse a este. Para ello, envía una trama de beacom request en
cada uno de los canales SC y queda a la escucha de beacom frames. La duración de exploración en
cada canal se determina por el parámetro SD. El router para unirse evaluará los beacom frames
buscando un coordinador o router al cual le sea permitido unirse con in PAN ID valido. Si el ID del
router es 0xFFFF, este intentara unirse a un dispositivo en cualquier ID PAN. De lo contrario, el router
sólo intentará unirse con un dispositivo que opere en la identificación de PAN especificada por el
parámetro ID. Si es encontrado un router/coordinador valido, el router se intenta unirse a ese nodo. Si
la unión se realiza correctamente, el router se ha iniciado con éxito. Después de que el router se ha
iniciado, permitirá a más nodos a unirse por el tiempo especificado en el parámetro NJ (Tiempo de
unión de nodo). Si la función de LED de asociación esta activada está habilitada, el pin indicación de
asociación (pin 15) cambiará su estado dos veces por segundo después de que el router se ha unido.
En este punto, el canal de operación y el PAN ID se pueden leer usando comando CH (Canal de
funcionamiento) e ID (ID PAN). La dirección de la red de 16 bits puede ser consultada con el comando
MY (Dirección de 16 bits). Si se habilita la API (parámetro AP> 0): se envía a la UART un frame
API de estado de modem "Jonied". Si el comando JN está habilitado, el router enviara un paquete de
identificación al nodo al coordinador. El comando IA (Indicación de Asociación) puede ser utilizado
en cualquier momento durante la rutina de unión del router para conocer el estado de la operación de
inicio.
4.2.6.3. Inicio de un dispositivo final X bee Serie 2.
La unión de un dispositivo final a una PAN es similar al procedimiento de unión de un router, sin
embargo, el dispositivo final no puede permitir a otros dispositivos unirse a él. Si la función LED
asociación está habilitado, el pin de indicación de asociación (pin 15) cambiará su estado dos veces
por segundo después de que el dispositivo final se ha unido. En este punto, el canal de operación y el
PAN ID se pueden consultar usando los comandos CH (Canal de funcionamiento) e ID (ID PAN). La
dirección de la red de 16 bits del dispositivo final puede ser leída con el comando MY. Si se habilita
la API (parámetro AP> 0): se envía a la UART un frame API de estado de modem "Jonied". Si el
comando JN está habilitado, el router enviara un paquete de identificación al nodo al coordinador. El
comando IA (Indicación de Asociación) puede ser utilizado en cualquier momento durante la rutina
de unión del router para conocer el estado de la operación de inicio (MaxStream, Inc., 2007).
4.2.7. X bee API.
La API (Application Programming Interface) es una interfaz disponible para la comunicación con los
módulos X bee esta interfaz proporciona un completo control de la red y de los dispositivos Zig Bee
conectados a ella mediante una serie de estructuras binarias definidas para las diferentes
funcionalidades.
La estructura básica de una trama de comunicación se puede ver en la siguiente figura.
56
Figura 34 Estructura básica de trama de comunicación API.
Esta estructura básica se utiliza en todas las operación de comunicación y configuración de los
dispositivos Zig Bee, funciona de la misma forma en coordinadores routers.
Estas estructuras se encuentran programadas en el firmware de los microcontroladores y básicamente
se utilizan dos de cuatro estructuras de comandos disponibles y se analizan todas las respuestas.
De forma más detallada una estructura api se compone como se especifica en la figura 34.
Figura 35 Estructura de trama de comunicación API.
Y contiene los siguientes campos:
- Start delimiter: Valor constante que indica el inicio de una trama.
- Length: Espacio de dos bytes que indican la cantidad de bytes existentes desde el campo
“API Identifier“ hasta el Checksum.
- Frame Data: estructura que contiene el tipo de API Frame con su contenido de datos.
- API Identifier: byte que identifica el tipo de API Frames estos identificadores se relacionan
en la siguiente tabla.
Nombre API Frame. Valor
Modem Status 0x8A
Advanced Modem Status 0x8C
AT Command 0x08
AT Command - Queue
Parameter Value
0x09
AT Command Response 0x88
Remote Command Request 0x17
Remote Command
Response
0x97
ZigBee Transmit
Request
0x10
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Explicit Addressing
ZigBee Command
Frame
0x11
ZigBee Transmit
Status
0x8B
ZigBee Receive
Packet (AO=0)
0x90
ZigBee Explicit Rx
Indicator (AO=1)
0x91
XBee Sensor Read
Indicator (AO=0)
0x94
Node Identification
Indicator (AO=0)
0x95
Tabla 1 Tabla de identificadores de estructuras API.
- Identifier specific data: Contenido de datos especifico de la estructura Api.
- Checksum: suma de verificación la cual se calcula por todo el contenido de la trama después
de los dos bytes de len sin contar el campo de Checksum ejemplo:
Para una trama pura 0x7E 0x00 0x02 0x23 0x11 0xCB el contenido de datos corresponde a los
bytes 0x23 0x11 el Checksum corresponde al byte 0xCB el cual se calcula sobre el contenido de
datos de la siguiente manera:
0xFF - (0x23 + 0x11) = (0xFF - 0x34) = 0xCB
En el micro-controlador se programaron dos estructuras de tramas de comando; La primera
corresponde a la estructura de comando AT la cual se compone como indica la figura 36.
Figura 36 Estructura de frame AT
El identificador propio de esta estructura como se ve en la figura corresponde al 0x08 y sirve para leer
y manipular las opciones de configuración del módulo X-Bee.
La función que ejecuta en el micro-controlador la estructura de frame AT está escrita como se muestra
en el siguiente recuadro.
58
Las respuestas procedentes de este comando son las precedidas por los identificadores API 0x88 y
0x09 que corresponden a las siguientes estructuras.
Figura 37 trama de respuesta de petición de parámetro AT.
void xbee_api_at_cmd(char* cmd, char* arg, int arg_len){ char paquete[20]; int i = 0,j = 0; int checksum = 0; paquete[i++]=0x7E; //Delimitador de inicio paquete[i++]=0x00; //lenH paquete[i++]=0x00; //leL paquete[i++]=0x08; // AT Command API frame typ checksum = checksum + paquete[i-1]; paquete[i++]=0x01; // Frame ID (set to non-zero value) checksum = checksum + paquete[i-1]; paquete[i++]=cmd[0]; checksum = checksum + paquete[i-1]; paquete[i++]=cmd[1]; checksum = checksum + paquete[i-1]; j=0; while(j<arg_len){ paquete[i++]=arg[j++]; checksum = checksum + paquete[i-1]; } //calcula el tamanio del apquete paquete[2]=i-3; //leL //calcula cheksum paquete[i++]= 0xFF - checksum; for(j=0;j<i;j++){ fputc(paquete[j],xbee); delay_ms(5); } }
59
Figura 38 trama de repuesta de confirmación de escritura de parámetro AT.
Ejemplo: Si se quiere consultar la dirección física del módulo coordinador esto se realizaría por medio
de los comandos SH para la dirección alta y SL para la dirección baja como se puede ver en la
información desplegada por el X-CTU en la figura 3.9; esta información se obtiene a través de la
trama frame AT de la siguiente forma.
Figura 39 Envió y respuestas de comandos frame AT.
Para consultar el contenido de SH se envía la cadena API 0x7E 0x00 0x04 0x08 0x01 0x53 0x48
0x5B esta corresponde a un frame AT sin argumentos donde
0x7E -> delimitador de inicio.
0x00 0x04 -> Longitud de la trama después de estos dos bytes.
0x08 -> Identificador de estructura Frame AT.
0x01 -> Frame ID el cual es un numero elegido aleatoriamente necesario para identificar el
contexto del comando.
0x53 0x48 -> Comando AT correspondiente a los caracteres ASCII S (0x53) y H (0x48).
60
0x5B -> Checksum sobre los bytes 0x08 0x01 0x53 0x48
La respuesta a este comando como se ve en la figura XXX es 0x7E 0x00 0x09 0x88 0x01 0x53 0x48
0x00 0x00 0x13 0xA2 0x00 0x26 en donde:
0x7E -> delimitador de inicio.
0x00 0x04 -> Longitud de la trama después de estos dos bytes.
0x08 -> Identificador de estructura Frame AT.
0x01 -> Frame ID el cual es un numero elegido aleatoriamente necesario para identificar el
contexto del comando.
0x53 0x48 -> Comando AT correspondiente a los caracteres ASCII S (0x53) y H (0x48).
0x00 0x00 0x13 0xA2 0x00 -> Argumento de la respuesta, con la parte alta de la dirección
física del módulo.
0x5B -> Checksum sobre los bytes 0x88 0x01 0x53 0x48 0x00 0x00 0x13 0xA2 0x00
De manera similar sucede con el comando SL en donde se envía la cadena API 0x7E 0x00 0x04 0x08
0x01 0x53 0x4C 0x57 y se recibe como respuesta 0x7E 0x00 0x09 0x88 0x01 0x53 0x4C 0x00 0x40
0x6B 0xFD 0x65 0xCA como se evidencia la parte baja de la dirección física del coordinador es 0x00
0x40 0x6B 0xFD 0x65.
La segunda estructura programa en los microcontroladores corresponde al Zig Bee Transmit Request
la cual se utiliza para él envió de datos entre dispositivos conectados en la malla la composición de
esta trama se ve en la figura 3.40.
Figura 40 estructura de trama Zig Bee Transmit Request.
61
La función que controla esta estructura está expuesta en el recuadro siguiente.
Para esta función son necesarios como argumentos la dirección de del receptor de los datos, el buffer
de datos como tal y la longitud de mismo; la respuesta a este comando corresponde al Zig Bee
Transmit Status con un identificador API 0x8B correspondiente a la figura del lado del lado de
transmisor.
void xbee_api_at_data(char* addr, char* data, int data_len){ char paquete[30]; int i = 0,j = 0; int checksum = 0; paquete[i++]=0x7E; //Delimitador de inicio paquete[i++]=0x00; //lenH paquete[i++]=0x00; //leL paquete[i++]=0x10; // ZigBee Transmit Request. checksum = checksum + paquete[i-1]; paquete[i++]=0x01; // Frame ID (set to non-zero value) checksum = checksum + paquete[i-1]; for(j=0;j<8;j++){ // direccion de destino paquete[i++]=addr[j]; checksum = checksum + paquete[i-1]; } paquete[i++]=0xFF; // 16-bit Destination Network Address checksum = checksum + paquete[i-1]; paquete[i++]=0xFE; checksum = checksum + paquete[i-1]; paquete[i++]=0x00; // Broadcast Radius (byte 16) checksum = checksum + paquete[i-1]; paquete[i++]=0x00; // Options (byte 17) checksum = checksum + paquete[i-1]; for(j=0;j<data_len;j++){ // RF Data: Bytes (s) 18-n paquete[i++]=data[j]; checksum = checksum + paquete[i-1]; } //calcula el tamanio del apquete paquete[2]=i-3; //leL //calcula cheksum paquete[i++]= 0xFF - checksum; for(j=0;j<i;j++){ fputc(paquete[j],xbee); delay_ms(5); } }
62
Figura 41 Estructura de trama Zig Bee transmit status.
Del lado del receptor el paquete llega a través de una estructura de trama de Zig Bee Receive Packet
especificada en la figura 42 con un identificador de trama API 0x90.
Figura 42 estructura de trama Zig Bee Receive Packet.
Estas tramas se pueden evidenciar mediante un programa que envié datos a un receptor y esté
receptor repliqué el paquete regreso al transmisor.
Figura 43 programa de replicación de paquetes.
63
Como se puede ver en la figura 43. se envía una trama API Zig Bee Transmit Request con un contenido
de datos “ABC” a la dirección 0013A200406BFDC6 mediante la trama 0x7E 0x00 0x11 0x10 0x01
0x00 0x13 0xA2 0x00 0x40 0x6B 0xFD 0xC6 0xFF 0xFE 0x00 0x00 0x41 0x42 0x43 0x08 al enviar
esto inicialmente se recibe una respuesta 0x7E 0x00 0x07 0x8B 0x01 0x82 0xC8 0x00 0x00 0x29
ZigBee transmit status indicando por el byte resaltado que la transmision se completo correctamente;
posteriomente tenemos de retorno la tama API Zig Bee Receive Packet 0x7E 0x00 0x0F 0x90 0x00
0x13 0xA2 0x00 0x40 0x6B 0xFD 0xC6 0x82 0xC8 0x01 0x41 0x42 0x43 0x3B procedente de del
receptor de la informacion como se puede ver el contenido de datos es el mismo enviado, es decir se
se recibio correctamente la replica de los datos.
4.2.8. Pruebas para determinar distancias entre nodos
En un espacio real la señal es afectada debido a la presencia de interferencia de otras señales o por
materiales que se pueden interponer en su camino.
𝑃𝑑 = 𝑃0 − 10 𝑛 log10(𝑓) − 10 𝑛 log10(𝑑) + 30𝑛 − 32.44
Ecuación 2.
Teniendo en cuenta la siguiente tabla se puede ver que hay factores de n determinados para diversos
entornos (Farahani, 2008).
Entorno
2.0 Aire Libre
1.6 hasta 1.8 Dentro de un edificio, visión directa
1.8 Supermercado
1.8 Fabrica
2.09 Sala de conferencias
2.2 Tienda
2 hasta 3 Dentro de una fabrica sin visión directa
2.8 Dentro de residencia
2.7 hasta 4.3 Dentro de edificio sin visión directa.
Tabla 2 Factor (n) para distintos entornos.
Según el cuadro anterior se escoge el valor de n como 3 (Dentro de una fábrica sin visión directa) ya
que este es el valor que más se ajusta al entorno en el cual trabajaran los radios.
La potencia de transmisión con la opción de bost mode activa es de 2mW (+3dBm) y la sensibilidad
de recepción es de -96dBm
𝑑 = 10 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
𝑃𝑑 = 3𝑑𝐵𝑚 − 10 ∗ 4 ∗ log10(2400𝑀𝐻𝑧) − 10 ∗ 4 ∗ log10(10) + 30 ∗ 4 − 32.44 = −84.64𝑑𝐵𝑚
𝑃𝑚𝑊 → 𝑥𝑑𝐵𝑚 = 10 log10 𝑃(𝑚𝑊) → 𝑃(𝑚𝑊) = 10𝑥
10
64
𝑃(𝑚𝑊) = 10−84.64
10 = 3.42𝑥10−9𝑚𝑊
Con esto se obtiene una potencia de señal a 10 metros de -84.64 dBm teniendo en cuenta que la
sensibilidad del receptor como se mencionó antes es de -96 dBm teóricamente el receptor debería
funcionar perfectamente a esa distancia.
A continuación se presenta una taba de las potencias de recepción teóricas, haciendo un barrido cada
5mts desde 0 metros hasta los 40 metros ya que la máxima separación entre cada uno de los nodos
Zig-Bee no superaran esta distancia en el sitio de instalación.
Tabla 4 Potencias en dBm.
Tabla 5 Potencias en P(mW)
Teóricamente en el rango de distancias la sensitividad de los radios es suficiente para formar mallas
con nodos separados hasta 20 metros de distancia.
El rango límite de transmisión teóricamente alcanzada por estos módulos en las condiciones dadas se
obtiene despejando d de la fórmula utilizada anteriormente;
𝑃𝑑 − 3𝑑𝐵𝑚 + 10 ∗ 4 ∗ log10(2400𝑀𝐻𝑧) − 30 ∗ 4 + 32.44 − 96𝑑𝐵𝑚 = −10 ∗ 4 ∗ log10(𝑑)
Distancia(mts) pd (dBm)
0.1 -4.648449668
1 -44.64844967
5 -72.60724984
10 -84.64844967
15 -91.69210003
20 -96.6896495
25 -100.56605
30 -103.7332999
35 -106.4111714
40 -108.7308493
Distancia(mts) P(mW)
0.1 3.429E-01
1 3.429E-05
5 5.486E-08
10 3.429E-09
15 6.773E-10
20 2.143E-10
25 8.778E-11
30 4.233E-11
35 2.285E-11
40 1.339E-11
65
𝑃𝑑 − 3𝑑𝐵𝑚 + 10 ∗ 4 ∗ log10(2400𝑀𝐻𝑧) − 30 ∗ 4 + 32.44 − 96𝑑𝐵𝑚
−10 ∗ 4= log10(𝑑)
log10(𝑑) = 1.838
𝑑 = 101.838 = 28.93 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠
En el caso de que esta distancia llegara a superarse es necesario colocar routers intermedios entre
estos nodos para completar la malla inalámbrica en este segmento.
Figura 44 Piso 8 zona de las emisoras musicales y ovalo.
Como mostramos en la figura 44 es el esquema del piso 8 de caracol radio donde se encuentra ubicadas las emisoras. En las siguientes zonas se encuentra según el grafico las emisoras.
- En la zona 6 y 10 se encuentran las emisoras Tropicana, Oxigeno, Radioactiva, W radio musical y la
vallenata.
- En la zona 8 llamado en caracol radio el ovalo se encuentra las emisoras Caracol Radio (La Básica de
caracol), W radio y los 40 principales.
En la siguiente figura veremos la organización de las emisoras en la zonas 6 y 10 donde la potencia de cada
señal de cada x-bee según los cálculos teóricos realizados y medidos.
66
Figura 45 Potencias medidas en las emisoras musicales.
Como vemos en la figura anterior se muestra como las potencias medidas para los X-BEE en la zona de las
emisoras musicales y podemos observar que se encuentra en los rangos de sensitividad de señal de los x –
bee que es de -96 dBm.
En la siguiente figura siguiente vemos las emisoras en la zonas 8 y 10 donde la potencia de cada señal de
cada x-bee según los cálculos teóricos realizados y medidos.
Como vemos en la figura siguiente se muestra como las potencias medidas para los X-BEE en la zona de las
emisoras musicales y podemos observar que se encuentra en los rangos de sensitividad de señal de los x –
bee que es de -96 dBm.
67
Figura 46 Potencias medidas en las emisoras en el ovalo
4.2.9. Diagramas de flujo de funcionamiento de programas de router y coordinador.
Los siguientes diagramas de flujo describen el funcionamiento de los programas escritos en los
microcontroladores del router.
Figura 47 Diagramas de flujo de programas router.
68
4.2.10. Consola DHD RM2200D.
El RM2200D es un sistema digital flexible y compacto de difusión de mezcla para aplicaciones
pequeñas y de gama media. Está diseñado desde cero para ser una herramienta confiable para el uso
diario en los estudios Air On, unidades móviles y pre suites de producción.
Una consola RM2200D consta de dos partes principales, que están acoplados a través de una
conexión estándar llamado bus CAN (ver grafica). Estas piezas son:
- El DSP. Esta unidad de rack 3U incluye todos los módulos de entrada y salida, Se procesa el
audio, el motor de control y la fuente de alimentación.
- La Consola Mezclas. Esta es la interfaz de usuario de la batidora con todos faders, perillas de
control, botones y pantallas.
Figura 48 Aplicación Básica de un RM2200D: Rack DSP vinculado a una mesa de mezclas.
Puede ordenar las partes que componen la consola de la RM2200D dependiendo de su aplicación.
Cuando se instala y configura totalmente, el sistema consta de:
- Un módulo de control maestro de mezclas.
- Por lo menos uno y hasta cuatro módulos de faders de consola de mezclas, cada uno con cuatro
faders. Esto le da un máximo de 16 faders físicos.
- Un rack de consolas DSP puede contener hasta 64 entradas y 64 salidas, tanto analógicas como
digitales según la configuración.
- Dos buses estéreo principales, dos buses Auxiliar estéreo.
- Procesamiento de entrada de ocho canales de fader. Para cada canal, lo que incluye de tres
bandas de ecualizador, compresor / expansor, bajos variable y filtros de paso alto.
- Entrada y salidas GPIO e instalaciones de intercomunicación en función de los módulos
seleccionados.
El RM2200D utiliza un sistema de software operación en tiempo real que se ejecuta en especial micro
controladores dedicados. El sistema desarrollado no es basado en un PC dentro de la RM2200D y
funciona completamente sin ningún PC.
69
La consola se puede conectar un PC al DSP utilizando una conexión en serie o el protocolo TCP / IP
sobre Ethernet. Este PC se ejecuta el software RM2200D, una aplicación estándar de Windows. Utiliza
este software tanto para configurar el RM2200D y para mostrar su estado durante el funcionamiento
normal.
La siguiente imagen muestra la estructura general de un sistema RM2200D. El DSP contiene el audio
y el control, todos los módulos de control están contenidos en la mesa de mezclas.
Figura 49 Estructura general RM2200D.
El audio de la RM2200D, se ejecuta por un DSP de alto rendimiento (SHARC de Analog Devices).
Este DSP está conectado a todas las entradas y salidas del audio de la RM2200D. Todo el
procesamiento de audio se hace aquí; el hardware proporciona suficiente rendimiento para manejar
todas las señales de audio simultáneamente.
El control del audio recibe sus órdenes desde la mesa de control, siempre que sea un fader se mueve
o se presiona una tecla en la mesa de mezclas. Dependiendo de la configuración real, el motor de
audio cambia la forma en que procesa las señales de audio.
Dsp, es el control que se e encarga de toda la comunicación entre los módulos de control en la mesa
de mezclas, el motor de audio y los dispositivos externos. La mayoría del tiempo que reacciona a los
eventos procedentes de la mesa de mezclas. Por ejemplo, si se mueve un fader de la mesa de mezclas,
este evento se transmite en el bus CAN al DSP. A su vez, el control cambia el nivel de la señal de
audio que está actualmente asignado al fader acaba de moverse. El DSP, envía la información a nivel
de los medidores de nivel de la mesa de mezclas y controla las diferentes Leds y la pantalla de cristal
líquido en el Módulo de Control Maestro de la mesa de mezclas. Si ejecuta el software RM2200D en
un PC conectado al DSP, el control también se comunica con este software. Este transmite la
70
información de nivel y el estado del PC y reacciona a los cambios de configuración realizados en el
software.
Las Conexiones externas utilizando GPIOs donde nos centramos en el proyecto, El control
comunica a sistemas externos utilizando entradas de uso general (GPI) y salidas de propósito general
(GPO). GPI y GPO se utilizan para conectar dispositivos externos al RM2200D. Son contactos
eléctricos que están disponibles en las salidas RJ 45 en determinados módulos. Sin embargo, las
especificaciones técnicas tanto para entradas y salidas difieren de módulo a módulo. Ejemplos para el
uso de GPI y GPO son:
- Fader iniciar contactos de reproductores de CD, platinas DAT o máquinas de cinta a la RM2200D.
- Señalización de luz para On-Air, llamadas telefónicas entrantes u otros eventos externos.
- Integración de sistemas de intercomunicación externos.
- Conexión de híbridos telefónicos.
Como estamos mencionando el sistema de alarma por falta de audio en la consola RM2200D. Se tomara de
unas tarjetas GPI/GPO, estas vienen configuradas según el tipo de tarjeta y numero de slot que se insertan
en le rack dsp y se configuran por medio de software desde un computador portátil llamado software de
consola DHD.
Figura 50 Vista trasera de la consola DHD RM2200D.
El Módulo GPIO RM220-311, Este módulo le permite añadir más puertos GPIO a su sistema
RM2200D. Esto es necesario si su configuración necesita más GPIOs que los que hay disponibles en
los módulos de audio. Además, los puertos de este módulo se pueden manejar cargas más robustas y
módulos adicionales de audio; El módulo proporciona:
- 4 entradas de propósito general, aislados con opto-acoplador, resistencia pull-up conmutable.
- 12 salidas de propósito general, aislamiento, relés electromecánicos, máx. 1A actual, máx.
30V de tensión.
71
Figura 51 Tarjeta GPIO RM220-311 instalada slot 9 de la consolas.
Para poder configurar y utilizar unos de los puertos GPO que contiene la tarjeta mostrada en la figura 48 se
debe utilizar el software mostrado en la figura 49. Para habilitar la corriente y voltaje de salida para nuestro
propósito en el proyecto.
Figura 52 Configuración de los puertos por software RM2200D.
72
Figura 53 Configuración de puertos GPO.
Como nos muestra el esquemático en la figura 51 los puertos GPO de la tarjeta en su parte internan generan
5v que estos a su vez saturan el transistor interno de la misma, generando una tierra (GND) en la salida física
del puerto GPO como se muestra en el esquemático, acabe de aclarar que se aplica para todos los puertos
GPO.
Figura 54 Esquemático de los puertos GPO.
73
Cuando algunos de los puertos se encuentran activados la corriente máxima (Imax) de trabajo en el puerto es
de 200mA. Tomando esta base diseñamos un circuito de acoplamiento con la tarjeta RM220 -311 instalada
en el slot 9 del rack DSP de la consola para evitar daños en el puerto GPO el el puerto a trabajar autorizado
por compañía caracol radio es el GPO2.
Figura 55 Circuito diseñado para conectarse con el microcontrolador.
En las siguientes figuras veremos el funcionamiento del circuito simulado por medio del software proteus
Figura 56 Circuito en funcionamiento cuando el puerto no está activado (0 voltios).
74
Figura 57 Circuito en funcionamiento cuando el puerto está activado (5 voltios).
4.2.11. Transmisión de mensajes.
Una parte crucial en la consecución del proyecto, es la transferencia de los datos capturados por la
malla de sensores al técnico de turno y al departamento de ingeniería, para esto fue necesario tener en
cuenta los medios de acceso disponibles del departamento de ingeniería, a consecuencia de que se
encuentran dando soluciones en las diferentes áreas ubicadas en el edificio de caracol de radio; los
medios de comunicación más común es el celular , También la forma más óptima de conectar la
malla de sensores al técnico cuando no está en el laboratorio o está fuera del edificio de la cadena
radial. La conexión más óptima es mediante el uso de enlaces satelitales o conexión GSM/GPRS,
teniendo en cuenta que el costo promedio de una conexión satelital oscila en $200.000 (Ser, 2006) y
que el costo promedio de un plan de datos GSM/GPRS ilimitado está oscilando en alrededor de $70.000
(Movistar, 2015), se decidió por esta última opción ya que la cadena radial tiene un convenio con
movistar; que además del costo ofrece facilidad de instalación y más movilidad con respecto al cambio
de sitio del sistema, es decir en el caso de que la empresa decida modificar las emisoras en la cual se
colocaran los sensores será menos traumática la desinstalación y reinstalación del sistema de
monitoreo.
El modem utilizado en la aplicación, se trata de un UC15 de la familia QUECTEL® con el módulo
M10 EVB-KIT también de QUECTEL®, El modem UC15 QUECTEL es un tipo de plataforma de
red UMTS/HSPA periférica cuatribanda aprobada que permite la integración sencilla mediante una
conexión serie y usb. El módulo M10 EVB-KIT, Es un kit de desarrollo y evaluación para desarrollar
aplicaciones con los modem de las misma marca a nivel de electrónica y telecomunicaciones donde
su diseño flexible permite a los desarrolladores de telecomunicaciones dirigirse a distintos mercados
y geografías con un único diseño (Quectel, 2014). Entre sus características generales están: (Zhang,
2013)
75
Figura 58 Modem Quectel Para el Proyecto UC15-A.
Figura 59 Modem UC 15.
Plataforma IP independiente, económica y compacta.
Funcionamiento en cobertura UMTS / HSDPA y GPRS / EDGE GSM
Funciones de voz y datos UMTS / HSDPA y GPRS / EDGE GSM completas
Conectividad USB o serie simple
Registro automático al iniciar
Software de gestión
El modem UC15 Quectel tiene la capacidad de hacer una llamada de datos de maneras:
1. Como comunicación punto a punto por medio de CSD (Circuit Switch Data).
2. Utilizando GRPS/GSM y UMTS/HSPA (Depende de la red prestador de servicios).
76
La llamada CSD, permite la conexión directa entre dos módulos, donde todo lo que se escriba en uno,
se envía al otro y viceversa. La desventaja es que se necesita tiempo para conectarse y los datos se
envían mientras se esté conectado. El cargo por servicio se realiza por tiempo de conexión.
En una llamada GPRS, la conexión se realiza a través de Internet, y el cargo por servicio es por tráfico
realizado, por lo que se puede estar todo el tiempo conectado, ahorrándose el tiempo en que necesita
conectarse en cada sección, ya que sólo se conecta una vez y permanece así, y no como en una llamada
CSD, donde la conexión debe realizarse cada vez que se mandan datos. La conexión por GPRS,
permite la comunicación con cualquier página web o servidor de forma inalámbrica utilizando la red
GSM de telefonía celular.
La interfaz del modem UC 15 QUECTEL, se trata de una interfaz serie de comandos AT estándar
mediante la cual se proveen todos los comandos de configuración, y envío de datos, los comandos AT
son instrucciones codificadas que conforman el lenguaje de comunicación entre un usuario y un
terminal módem y son de carácter genérico en su mayoría, ya que un mismo comando funciona en
modelos de distintas marcas, haciendo que un programa basado en comandos AT sea inmensamente
robusto y compatible con la mayor parte de los dispositivos disponibles en el mercado. La gran parte
de los módems disponibles reconocen los comandos AT más utilizados. Por lo mismo, la tecnología
GSM ha adaptado el uso de estos comandos, teniendo comandos específicos que pueden ser
encontrados en documentación especializada sobre el módulo M10EVB-KIT y el modem UC15.
Dependiendo del módem usado, es la implementación que se le da a los comandos y no depende del
medio de comunicación, que puede ser serial, usb, infrarrojo o Bluetooth (Zhang, 2013).
La clave de la arquitectura en esta parte del sistema consiste en una en encontrar el medio óptimo de
hacer la traducción de la información de los datos provenientes de la malla X bee y transferirlos de
manera eficiente a través de la red celular.
Figura 60 Esquema general del sistema de transmisión para envió del SMS.
La interfaz de comandos at provee una forma eficiente y sencilla de conectar el coordinador X bee y
el módem, pero la conexión a Internet o la red móvil es un poco más complicada, para cumplir con
este objetivo el módem ofrece dos funcionalidades implementadas el firmware; una de ellas se trata
de un programa propio llamado QNavigator Versión 1.0 el cual está diseñado para soportar
dispositivos de la misma marca. El programa QNavigator esta soportado por una serie de comandos
asociados a la interfaz serie necesarios para la configuración del dispositivo, una vez el dispositivo
esté configurado y conectado, el software acepta los datos pasados sobre las líneas seriales y los
77
empaqueta para la entrega sobre la red teniendo como ventaja una entrega de los datos de forma
transparente en ambos segmentos de la red.
Figura 61 Esquema de transmisión y recepción SMS.
La única desventaja asociada a este modo de conexión es necesario incluir dentro un programa los
comandos AT necesarios para enviar la información de las alarmas por de medio de SMS cuando
llegue la información de la malla zig bee.
Figura 62 Esquema completo de la solución propuesta.
78
Ahora en la siguientes figuras mostramos el funcionamiento software QNAVIGATOR conectado al modem
Quectel UC15 con el módulo de desarrollo kit M10EVB al computador de modo serial.
Figura 63 Conectando y registrando el modem a la red de telefonía móvil.
Figura 64 Prueba de comandos para mensajes SMS.
79
4.2.12. Comandos AT Para SMS
Los programadores pueden acceder la información de control de las funciones del módem en tiempo
real. Una amplia gama de información está disponible a través de los comandos AT incluye la gestión
de módem y funciones de estado. Este entorno sería mejor utilizado en una aplicación de software a
medida o personalizada donde se considere obligatorio él envió de datos en tiempo real. Un buen
ejemplo de la necesidad de los comandos AT en una aplicación de monitoreo en tiempo real que
incluye una ventana de estado que informe sobre la ejecución e indique cuando la condición de la
comienza a degradarse alguna señal de un sensor.
Los comandos AT son instrucciones codificadas que conforman un lenguaje de comunicación entre
un usuario y un terminal modem. En un principio, el juego de comandos AT fue desarrollado en 1977
por Dennis Hayes como un interfaz de comunicación con un modem para así poder configurarlo y
proporcionarle instrucciones, tales como marcar un número de teléfono. Más adelante, con el avance
del baudio, fueron las compañías Microcomm y US Robotics las que siguieron desarrollando y
expandiendo el juego de comandos hasta universalizarlo. Los comandos AT se denominan así por la
abreviatura de attention.
Aunque la finalidad principal de los comandos AT es la comunicación con módems, la telefonía móvil
GSM también ha adoptado como estándar este lenguaje para poder comunicarse con sus terminales.
De esta forma, todos los teléfonos móviles GSM poseen un juego de comandos AT específico que
sirve de interfaz para configurar y proporcionar instrucciones a los terminales. Este juego de
instrucciones puede encontrarse en la documentación técnica de los terminales GSM y permite
acciones tales como realizar llamadas de datos o de voz, leer y escribir en la agenda de contactos y
enviar mensajes SMS, además de muchas otras opciones de configuración del terminal. Queda claro
que la implementación de los comandos AT corre a cuenta del dispositivo GSM y no depende del
canal de comunicación a través del cual estos comandos sean enviados, ya sea cable de serie, canal
Infrarrojos, Bluetooth, etc.
En el proyecto nos vamos a centrar en los comandos AT de mensaje de texto SMS estos parámetros
están configurados de manera adecuada en el modem. El modem que estamos utilizando el Quectel
UC 15 A contiene los siguientes parámetros de comandos AT para mensajes SMS según la página del
fabricante. Estos son: (Quectel, 2014).
- AT+CSMS= Select Message Service - AT+CMGF= Message Format - AT+CSCA =Service Center Address - AT+CPMS= Preferred Message Storage - AT+CMGD =Delete Message - AT+CMGL= List Messages - AT+CMGR =Read Message - AT+CMGS =Send Message - AT+CMMS =More Messages to Send - AT+CMGW= Write Message to Memory - AT+CMSS= Send Message From Storage - AT+CNMA =New Message Acknowledgement to UE/TE - AT+CNMI =SMS Event Reporting Configuration - AT+CSCB =Select Cell Broadcast Message Types - AT+CSDH =Show SMS Text Mode Parameters - AT+CSMP =Set SMS Text Mode Parameters - AT+QCMGS =Send Concatenated Messages
- AT+QCMGR =Read Concatenated Messages De estos comandos entregados por el fabricante nos vamos a centrar en los siguientes que vamos a
utilizar para enviar mensajes de texto. (Quectel, 2014).
80
- AT+CMGF= Message Format
- AT+CMGS =Send Message
Figura 65. Especificación de cada comando.
AT + CMGF, especifica el tipo de formato de entrada y salida de los mensajes SMS. <mode> indica
el formato de mensajes utilizados para enviar, lista, leer y escribir los comandos y códigos de resultado
no solicitados resultantes de recibido mensajes.
Mode puede ser el modo PDU (TP unidades de datos usado) o el modo de texto (encabezados y el
cuerpo de la mensajes dados como parámetros separados). El modo de texto utiliza el valor del
parámetro <chset> especifica comando + CSCS para informar al conjunto de caracteres que se
utilizará en el cuerpo del mensaje en la interfaz de TA-TE. (Quectel, 2014).
Figura 66 Funcionamiento del comando AT+CMGF.
81
AT+ CMGS, Comando de escritura envía un mensaje corto de TE a la red (SMS-Después de invocar
el comando de escritura, esperar a que el símbolo sea recibido ">" y luego empezar a escribir el
mensaje. A continuación, introduzca <CTRL-Z> para indicar el final de la PDU y comenzar a enviar
el mensaje. El envío puede ser cancelado por dar <ESC>. La cancelación es reconocida con "OK",
aunque no se enviará el mensaje. La referencia de mensaje <mr> se devuelve a la TE en la entrega de
mensajes con éxito. El valor puede ser utilizado para identificar el mensaje en código de resultado de
informe de estado de entrega no solicitada. (Quectel, 2014).
Figura 67 Funcionamiento del comando AT+CMGS.
A continuación se muestra una imagen de la captura de la pantalla de información de configuración
del modem Quectel UC 15 A para realizar llamadas y enviar mensajes de texto.
Figura 68 Configuración general del modem para enviar mensajes SMS.
82
En las siguientes figuras se muestran el funcionamiento de envio del mensaje que llegaron los mensajes
enviados al destinatario.
Figura 69 Prueba de llegada del mensaje al terminal celular.
Figura 70 Mensaje de texto.
83
4.2.13. Estado de señal celular para prueba.
Para determinar el estado de la señal en caracol radio inicialmente se realizó un desarrollo teórico
atreves del modelo de Okumura - Hata con esto se pretende obtener una aproximación inicial de la
intensidad de recepción en el sitio.
Del modelo de Okumura-Hata se tiene que las pérdidas son iguales a (Molisch, 2011):
𝑃𝐿 = 𝐴 + 𝐵 ∗ log10(𝐷) + 𝐶
Ecuación 3.
Donde los factores asociados a esta ecuación son:
𝐴 = 69.55 + 26.16 ∗ log10(𝑓𝑐) − 13.82 ∗ log10(ℎ𝑏) − 𝑎(ℎ𝑚)
Ecuación 4.
𝐵 = 44.9 − 6.55 ∗ log10(ℎ𝑏)
Ecuación 5.
𝐶 = −4.78 ∗ {log10(𝑓𝑐)}2 + 18.33 ∗ log10(𝑓𝑐) − 40.98)
Ecuación 6.
𝑎(ℎ𝑚) = {1.1 ∗ log10(𝑓𝑐) − 0.7}ℎ𝑚 − 1.56 ∗ log10(𝑓𝑐) − 0.8
Ecuación 7.
Los factores iníciales para el cálculo son:
Distancia de la radio base a la aprox:
𝐷 = 2𝑘𝑚
Altura del móvil promedio:
ℎ𝑚 = 18𝑚 (Esta se toma por que el modem va estar en un 7 piso)
Alturas de la BTS:
ℎ𝑏 = 35𝑚
Frecuencia central de Movistar o Telefónica Colombia es:
𝐹𝑐 = 850𝑀ℎ𝑧
Potencia de transmisión estándar para una BTS
𝑃𝑡𝑥 = 46.02𝑑𝐵𝑚
Se calcula el factor de la función 𝑎(ℎ𝑚)
𝑎(ℎ𝑚) = {1.1 ∗ log10(850𝑀ℎ𝑧) − 0.7} ∗ 18𝑚 − {1.56 ∗ log10(850𝑀ℎ𝑧) − 0.8}
84
𝑎(ℎ𝑚) = {3.2223 − 0.7} ∗ 18𝑚 − {4.56 − 0.8}
𝑎(ℎ𝑚) = 45.40014 − 3.7898
𝑎(ℎ𝑚) = 41.61034
Se calculan cada uno de los factores asociados:
𝐴 = 69.55 + 26.16 ∗ log10(850𝑀ℎ𝑧) − 13.82 ∗ log10(35𝑚) − 41.6103
𝐴 = 146.1835 − 21.33 − 41.6103
𝐴 = 83.2462
𝐵 = 44.9 − 6.55 ∗ log10(35𝑚)
𝐵 = 44.9 − 10.1136
𝐵 = 44.9 − 10.1136
𝐵 = 34.78
𝐶 = −4.78 ∗ {log10(850𝑀ℎ𝑧)}2 + 18.33 ∗ log10(850𝑀ℎ𝑧) − 40.98)
𝐶 = (−4.78 ∗ 8.5814) + (18.33 ∗ 2.9) − 40.98)
𝐶 = −41.019 + 53.69 − 40.98
𝐶 = −28.309
Y se hallan las perdidas:
𝑃𝐿 = 𝐴 + 𝐵 ∗ log10(𝐷) + 𝐶
𝑃𝐿 = 83.2462 + 34.78 ∗ log10(2𝐾𝑚) − 28.309
𝑃𝐿 = 83.2462 + 10.47 − 28.309
𝑃𝐿 = 65.402𝑑𝐵
Con esto la potencia de recepción calculada en para el laboratorio donde está el módulo Quectel es:
𝑃𝑟𝑥 = 𝑃𝑡𝑥 − 𝑃𝐿
𝑃𝑟𝑥 = 46.02𝑑𝐵𝑚 − 65.402𝑑𝐵
𝑃𝑟𝑥 = −19.382𝑑𝐵𝑚
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En las pruebas de potencia para las emisoras de la cadena radial ubicada en la ciudad de Bogotá para
instalar el sistema se realizaron mediciones con el objeto de determinar en qué punto del laboratorio
y oficinas del 7 piso se tenía una mejor recepción de señal del operador MOVISTAR. En la siguiente
figura se ilustra un mapa aproximado de las instalaciones con las mediciones de intensidad de señal
realizadas.
Figura 71 Intensidades de señal de celular en el laboratorio de ingeniería piso 7.
Como se puede notar en el diagrama la mayor intensidad de señal se encuentra cerca de entrada del
laboratorio de ingeniería, médiate esto se determinó que este sería el sitio en donde se colocaría el
coordinador de la malla X-bee también se puede notar que la intensidad de señal en el punto de mayor
intensidad es similar a la calculada teóricamente; ya que el modem Quectel posee una sensitividad
mínima de -110 dbm en la banda UMTS según la hoja técnica del fabricante.
Figura 72 Especificaciones técnicas de sensitividad del modem Quectel UC – 15A.
86
4.2.13.1. Software cliente.
Para la visualización de la información enviada por la malla X-Bee se diseñó un software cliente del
cual cumple con la funcionalidad de conectarse a cada uno de los X-Bee y visualizar la información
contenida en ella.
Figura 73 Pantalla principal programa cliente.
El software presenta mediante una interfaz gráfica inicial los iconos de cada una de las emisoras de
ubicadas en caracol radio sede Bogotá; mediante la utilización de imágenes se visualiza cada logo de
la emisora y muestra el estado actual de la lectura desde la consola de cada emisora donde puede ser
un estado normal sin advertencia alguna o en un estado de alarma en el caso de que suceda.
Cada logo de emisora se compone de un button de color según la emisora donde se puede acceder a
una ventana donde se muestra la alarma y el tipo de id del sensor que está en la emisora para una
eventual identificación.
También esta contiene encima del logo de la emisora un led que muestra el estado de alarma en color
verde si no hay alarma o color rojo si hay presente la alarma desde la emisora por falta de audio
87
Figura 70. Alarma de una emisora.
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CONCLUSIONES Y RESULTADOS.
Mediante el diseño de este software y hardware prototipo en las emisoras de caracol radio en la sede
de Bogotá se tuvo un logro inicial y es que la universidad mediante sus proyectos genere soluciones
útiles a problemas particulares de las empresas de este sector de las telecomunicaciones. Con el
sistema de monitoreo de alarma se consiguió una mejora en los tiempos de respuesta de atención del
departamento de ingeniería. Esta propuesta de diseño será utilizada para hacer el proceso de monitoreo
de falta de audio de las emisoras de la cadena radial cual se lleva a cabo mediante el uso de una red
X-bee tipo malla: los cuales tienen una característica fuerte de en cuanto a que las lecturas se realizan
en tiempo real, ahora no solo el proceso de tomas de lecturas de las consolas es en tiempo real si no
que se pueden consultar en cualquier momento desde el laboratorio de ingeniería y también en donde
se encuentre el técnico de turno y tenga una señal de celular para que llegue el mensaje de texto donde
se informa de la falla de audio.
El departamento de ingeniería en las primeras pruebas realizadas en las oficinas en la sede Bogotá
salieron satisfactoriamente cumpliendo los tiempos de respuesta del departamento. Con las mejoras
en estos tiempos de respuesta caracol radio están evaluando la propuesta de una implementación como
primera parte en la sede de la ciudad de Bogotá se nos pidió que los dispositivos finales se les
implementara un actuador sonoro en el laboratorio y una LCD 4X20 para visualizar datos de consulta
en la emisora, esto también es una ventaja ya que utilizados este tipo de interfaces y es posible
adaptarlas en la emisora.
También propuso caracol radio, Ya que el sistema de alarma de audio es viable de pasar del diseño a
la implementación y un posible desarrollo de más de estos dispositivos para implementarlos en
emisoras afiliadas a caracol radio en las diferentes ciudades y un desarrollo paralelo para la
transmisión de alarmas para las plantas eléctricas. En cuanto a costos un dispositivo tiene un precio
aproximado de $200mil Pesos, si es producido en cantidad este costo tiende a bajar; es decir tenemos
una mejora asociada al sistema convencional por un precio cómodo, en cuanto a costos de
implementación se tiene el costo asociado a la adquisición del modem Quectel, la instalación del
mismo y el costo fijo del plan de datos: con respecto a esto se mostraron asertivos en la compañía
radial. En cuanto al costo del plan de datos este depende exclusivamente de la cantidad de información
que envíen los sensores si se ajustan de manera adecuada los tiempos de transmisión se puede comprar
un plan de datos económico aunque un plan de datos ilimitado igual es económico.
Se demostró como cosa adicional que las redes de malla Zig-bee son útiles para este tipo de
implementaciones ya que con poca potencia de transmisión es posible cubrir extensiones
relativamente grandes, estas oficinas tienen una cantidad aceptable de metros cuadrados. Gracias a la
red en malla es posible utilizar sensores cercanos para transmitir la información al destino que en este
caso se trataba del coordinador Zig-bee conectado al modem con la ventaja de no excederse en
potencias de transmisión en este caso los transmisores tenían un alcance efectivo de 30 metros y
logramos transmitir información a un coordinador lejano a una distancia mayor al alcance de
transmisión.
Los resultados obtenidos mediante estas alarmas son importantes para la compañía caracol radio ya
que de ellos depende la producción radial la solución propuesta en esta monografía es un elemento
útil para caracol radio extensible a cualquier sistema de alarma con este producto se obtienen
resultados con la mejoría de tener un sistema de alarmas en tiempo real y mensajes de texto.
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Bibliografía
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ANEXOS
Especificaciones técnicas del modem Quectel UC-15A
91
92
Especificaciones del modem gsm
93
94
Comandos AT más utilizados.
Estos son los comandos más comunes en la mayoría de los módems y los que más se usan.
ACCION REALIZADA POR EL MODEM
ATA o 1) Se pone en modo respuesta y espera una señal portadora del modem remoto. o 2) Espera S7 segundos y colgará si no se detecta portadora.
ATDnúmero o 1) Descuelga y llama al número de teléfono solicitado. o 2) Espera un tono de llamada antes de marcar.
2.1)Si no se detecta ese tono en S6 segundos, el modem devuelve código de resultado "no dial tone"
2.2)si se detecta el tono el modem espera S7 segundos 2.2.1.Si no establece conexión el modem vuelve al estado de
comandos 2.2.2. Si se establece conexión el modem entra en el estado on-line.
ATE o Eco o Nota Profesor: Los comandos introducidos en el modem vuelven por eco al PC (por
defecto). ATH
o Descuelga el teléfono o Nota Profesor: Normalmente se utilizan:
1)un segundo silencio 2)+++ 3)ATH
ATI o Revisa la ROM del modem (Checksum)
ATL o Programa el volumen del altavoz
ATM o Programa conexión/desconexión del altavoz
ATO o Vuelve a estado on-line desde el estado de comandos. o Nota Profesor: permite retomar una conexión ya en marcha
ATQ o Programa los códigos de resultado a ON/OFF
ATS o Visualiza/cambia contenidos de los registros S
ATV o Envía códigos de resultado en palabras o números
ATW o Envía "códigos del progreso de la negociación" progreso en control de errores y de
las negociaciones de compresión entre los módems. ATX
o Programa códigos de resultado ATZ
o Reset
95
AT&C o Programa detección de portadora
AT&D o Programa control de DTR
AT&K o Programa control de flujo
AT&W o Almacena perfil configuración del usuario
AT&Y o Especifica que perfil de configuración usuario de los almacenados se va a utiliza
o Comandos generales
a) AT+CGMI: Identificación del fabricante b) AT+CGSN: Obtener número de serie c) AT+CIMI: Obtener el IMSI. d) AT+CPAS: Leer estado del modem - Comandos del servicio de red a) AT+CSQ: Obtener calidad de la señal b) AT+COPS: Selección de un operador c) AT+CREG: Registrarse en una red d) AT+WOPN: Leer nombre del operador - Comandos de seguridad: a) AT+CPIN: Introducir el PIN b) AT+CPINC: Obtener el número de reintentos que quedan c) AT+CPWD: Cambiar password - Comandos para la agenda de teléfonos a) AT+CPBR: Leer todas las entradas b) AT+CPBF: Encontrar una entrada c) AT+CPBW: Almacenar una entrada d) AT+CPBS: Buscar una entrada
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- Comandos para SMS a) AT+CPMS: Seleccionar lugar de almacenamiento de los SMS b) AT+CMGF: Seleccionar formato de los mensajes SMS c) AT+CMGR: Leer un mensaje SMS almacenado d) AT+CMGL: Listar los mensajes almacenados e) AT+CMGS: Enviar mensaje SMS f ) AT+CMGW: Almacenar mensaje en memoria g) AT+CMSS: Enviar mensaje almacenado h) AT+CSCA: Establecer el Centro de mensajes a usar i) AT+ WMSC: Modificar el estado de un mensaje.
Comandos AT para el X-bee.
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