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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE TECNOLOGÍA DIGITAL

ESPECIALIDAD EN SISTEMAS INMERSOS

“RED INALAMBRICA DE RELEVADORES DE ESTADO

SÓLIDO”

TESINA

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE

ESPECIALISTA EN SISTEMAS INMERSOS

P R E S E N T A:

ING. EDGAR ALFREDO EQUIHUA GONZALEZ BAJO LA DIRECCIÓN DE:

DR. MOISES SANCHEZ ADAME

DICIEMBRE, 2009 TIJUANA, B.C., MÉXICO

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Í N D I C E

Página

RESUMEN.......................................................................................................................... i

ABSTRACT ....................................................................................................................... ii

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... iii

CAPÍTULO 1

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1 Introducción ................................................................................................................... 11

1.1 Descripción del sistema K-M para la inyección de plástico y extrusiones. ................ 11

1.1.1 Problemáticas de costo y calidad del sistema K-M ............................................. 12

1.1.2 Modos de operación del sistema K-M ................................................................. 12

1.1.3 Funciones y especificaciones del sistema K-M ................................................... 13

1.1.4 Desventajas del sistema K-M............................................................................... 14

CAPÍTULO 2

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

2 Introducción ................................................................................................................... 15

2.1 Protocolo IEEE ® 802.15.4 ........................................................................................ 15

2.1.1 Ventajas del protocolo IEEE® 802.15.4 con Freescale ....................................... 16

2.1.2 Beneficios de tecnología 802.15.4 ....................................................................... 16

2.2 Simple Media Access Controller (SMAC) ................................................................. 18

2.3 Fabricantes de Microcontroladores ............................................................................. 18

2.3.1 Plataforma del microcontrolador MC1322X ....................................................... 20

2.4 Equipo de desarrollo 1322XNSK-DBG ...................................................................... 21

CAPÍTULO 3

PROPUESTA DE SOLUCION

3 Introducción ................................................................................................................... 23

3.1 Propuestas de solución ................................................................................................ 23

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3.2 Diseño y desarrollar del dispositivo inalámbrico conmutador de potencia con

rectificadores controlados de silicio .............................................................................. 24

3.2.1 Ventajas de la propuesta para el nuevo sistema K-M .......................................... 25

3.3 Modulo de potencia - Relevador de Estado Solido ..................................................... 25

3.3.1 Circuito de Entrada o de Control ......................................................................... 26

3.3.2 Sistema de Acoplamiento .................................................................................... 26

3.3.3 Circuito de Conmutación o de salida ................................................................... 27

3.3.4 Características generales de los relevadores de estado sólido. ............................ 27

3.3.5 Competidores de relevadores de estado sólido .................................................... 27

3.4 Modulo sensorial ......................................................................................................... 28

3.5 Modulo de control y comunicación inalámbrica ........................................................ 30

3.5.1 Comunicación SPI con el modulo de control ...................................................... 32

3.5.2 IEEE 802.15.4 para el microntrolador MC1322X ............................................... 33

3.5.3 Transceptor de RF de 2.4GHz ............................................................................. 34

3.5.4 MC1322x SMAC (Simple Media Access Controller) ......................................... 35

3.5.4.1 Modulo OTAP (Over the Air Programmer) ...................................................... 36

3.5.4.2 Modulo de Seguridad ........................................................................................ 36

3.5.4.3 Tipos de datos SMAC ....................................................................................... 37

3.5.4.4 Transmisión de un mensaje ............................................................................... 37

3.5.4.5 Recepción de un mensaje .................................................................................. 38

3.5.4.6 Estructura de un paquete de datos de SMAC .................................................... 38

CAPÍTULO 4

RESULTADOS OBTENIDOS

4 Introducción ................................................................................................................... 40

4.1 Diseño del dispositivo inalámbrico. ............................................................................ 40

4.1.1 Características del relevador inalámbrico ............................................................ 41

4.2 Como usar el modulo inalámbrico .............................................................................. 42

4.3 Topología tipo estrella ................................................................................................ 43

4.4 Implementación usando la herramienta BeeKit .......................................................... 43

4.5 Interfaz grafica y monitoreo de parámetros. ............................................................... 48

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4.6 Fotos del relevador de estado sólido y diseño modelado ............................................ 50

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................ 51

BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS ........................................................................... 52

ANEXO A ........................................................................................................................ 53

ANEXO B ........................................................................................................................ 53

ANEXO C ........................................................................................................................ 54

ANEXO D ........................................................................................................................ 55

 

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Lista de figuras

CAPÍTULO 1

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Figura 1.1 Diagrama de un sistema típico de SSR............................................................ 11

Figura 1.2 Diagrama bloques del sistema K-M. ............................................................... 12

CAPÍTULO 2

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

Figura 2.1 Variedad de arquitecturas que el protocolo 802.15.4 ofrece. .......................... 17

Figura 2.2 Características de SMAC (Simple Media Access Controller). ....................... 18

Figura 2.3 Comparación de la familia para aplicaciones inalámbricas MC13 de Freescale.

....................................................................................................................................... 21

Figura 2.4 Herramienta de desarrollo 1322XNSK-DBG. ................................................. 22

CAPÍTULO 3

PROPUESTA DE SOLUCION

Figura 3.1 Diagrama bloques de un sistema inalámbrico de SSR. ................................... 23

Figura 3.2 Diagrama bloques de la solución del problema. ............................................. 24

Figura 3.3 Diagrama bloques de los dispositivos SSR-RDF/FFD. ................................... 25

Figura 3.4 Esquemático de un Relevador de Estado Sólido. ............................................ 26

Figura 3.5 Estructura de un Relevador de Estado Sólido. ................................................ 26

Figura 3.6 Diagrama bloques del modulo sensorial. ......................................................... 28

Figura 3.7 Diagrama bloques de la comunicación del modulo sensorial y modulo de

control. .......................................................................................................................... 29

Figura 3.8 Diagrama eléctrico de los transductores electrónicos y modulo sensorial ...... 29

Figura 3.9 Distribución del software y capas del protocolo. ............................................ 30

Figura 3.10 Diagrama bloques del MC1322X .................................................................. 31

Figura 3.11 Diagrama bloques del modulo de control. ..................................................... 31

Figura 3.12 Sistema de conexiones SPI. ........................................................................... 32

Figura 3.13 CSMA-CA. .................................................................................................... 33

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Figura 3.14 Diagrama bloques del MC1322x y Transceptor. ........................................... 34

Figura 3.15 Diagrama bloques del MC1322x SMAC. ..................................................... 35

Figura 3.16 Formato de Ráfaga de Datos. ........................................................................ 38

CAPÍTULO 4

RESULTADOS OBTENIDOS

Figura 4.1 Diagrama de ensamble del dispositivo inalámbrico. ....................................... 40

Figura 4.2. Relevador de estado sólido inalámbrico. ........................................................ 41

Figura 4.3 Topología tipo estrella. .................................................................................... 43

Figura 4.4 Selección del código base. ............................................................................... 44

Figura 4.6 Selección de tipo de dispositivo ...................................................................... 45

Figura 4.7 Configuración del dispositivo inalámbrico. .................................................... 45

Figura 4.8 Configuración de la comunicación UART ...................................................... 46

Figura 4.9 Inspección de las propiedades. ........................................................................ 46

Figura 4.10 Agregar plantilla al proyecto. ........................................................................ 47

Figura 4.11 Exportar proyecto a IAR EWB ...................................................................... 47

Figura 4.12 Interfaz grafica. .............................................................................................. 48

Figura 4.13 Conexión del coordinador. ............................................................................ 48

Figura 4.14 Conexión de los dispositivos inalámbricos. .................................................. 49

Figura 4.15 Pantalla de monitoreo y control. .................................................................... 49

Figura 4.15 Prototipo del relevador de estado sólido inalámbrico. .................................. 50

Figura 4.16 Diseño modelado del relevador de estado solido inalámbrico. ..................... 50

 

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Lista de tablas

CAPÍTULO 1

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Tabla 1.1 Funciones y especificaciones del sistema K-M. ............................................... 14

CAPÍTULO 2

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

Tabla 2.1 Comparación de estándares inalámbricos. ........................................................ 15

Tabla 2.2 Comparación de las diferentes arquitecturas del protocolo 802.15.4. .............. 17

CAPÍTULO 3

PROPUESTA DE SOLUCION

Tabla 3.1 Bandas de frecuencias y velocidad de datos. ................................................... 33

CAPÍTULO 4

RESULTADOS OBTENIDOS

Tabla 4.1 Estatus del dispositivos inalámbrico ................................................................. 43

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Resumen En el presente trabajo de tesina se propone diseñar y desarrollar un dispositivo inalámbrico conmutador de potencia usando rectificadores controlados de silicio para una red inalámbrica basada en el protocolo de comunicación 802.15.4 SMAC Stack (Simple Media Access Controller, por sus siglas en ingles). Para este proyecto se utilizo una herramienta de desarrollo de Freescale 1322XNSK-DBG para el microcontrolador MC1322X, el cual sirvió para el desarrollo del dispositivo inalámbrico. El objetivo es desarrollar un relevador de estado sólido inalámbrico de grado industrial para la solución a la problemática de los sistema K-M, así también tiene un enfoque a soluciones de comunicación (software y hardware), administración de energía, seguridad, soluciones temporales de control, ahorro de espacio y cableado. El dispositivo inalámbrico puede ser de 2 tipos, dispositivo con funciones reducidas o con funciones completas. Los dispositivos reducidos son comprendidos como sistemas unidireccionales, donde el coordinador se comunica y controla a los dispositivos en una sola dirección. Los dispositivos con funciones completas son sistemas con comunicación bidireccional, capaces de monitorear y adquirir información proveniente de sistemas o ambientes donde se encuentren instalados, tales como temperatura, voltaje y corriente. Dicha información debe ser transmitida al sistema coordinador para su posterior procesamiento. El sistema coordinador monitorea la información adquirida de los dispositivos y es capaz de controlar algunos de sus parámetros de operación, tales como el encendido/apagado, ángulo de fase, entre otros. El sistema coordinador esta conectado a una interfaz grafica con el usuario, donde despliega la información obtenida por los módulos inalámbricos y puede controlar los parámetros de operación de la red completa. Palabras clave: SMAC, 1322XNSK-DBG, MC1322X, relevador de estado sólido inalámbrico, protocolo 802.15.4.

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Abstract This thesis addresses the design and development of a wireless solid state relay device using silicon controlled rectifiers (SCR) for wireless a network based on the communication protocol 802.15.4 SMAC Stack. To develop this project it is required to use a development tool from Freesacale 1322XNSK-DBG, this microcontroller support all communications protocols and specifications required for the project, helping to develop the wireless devices. The main purpose is to developing an embedded wireless system solid state relay (SSR) to solve the K-M systems problematic, and focused on communications solutions (software & hardware) power management, safety, reliability, temporally control solutions, wiring and space savings. The wireless devices can be two kinds, basics and advanced. The basic devices are unidirectional systems, where the coordinator system control and communicate only in one direction. The advanced systems are bi-directional communication system, capable to acquire information from others systems or environments where these ones are installed, such as temperature, voltage, and current amongst others, and broadcast this information to the coordinator system. The coordinator systems will monitor the information coming from the end nodes and will be capable to control some operating parameters of the nodes, like an ON/OFF, phase angle, set points, amongst others. This master system needs to be connected to a user interface, a computer in this case, where the information obtained from the end nodes systems will be displayed to the user and will be able to take decisions and control all the system. Keyword: SMAC, 1322XNSK-DBG, MC1322X, wireless solid state relay, 802.15.4 protocol.

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INTRODUCCIÓN Los relevadores de estado sólido se han utilizado desde la década de los 70’s, han venido a solucionar problemas como la alta demanda de corriente, el desgaste de los relevadores electromecánicos, tiempos de encendido y apagado, por mencionar algunos. Hoy en día los relevadores de estado sólido son muy utilizados gracias a su sencilla adaptación a los circuitos basados en microprocesadores, como es el caso de la automatización industrial. La propuesta de crear un relevador con control inalámbrico abre nuevos horizontes en el empleo de los mismos, dejando atrás problemas de espacio en equipos industriales, adaptación de fuentes externas, accesando a lugares ásperos y minimiza el consumo de corriente. Los Avances en comunicaciones inalámbricas en los recientes años, han hecho posible el desarrollo de redes de sensores inalámbricas (WSN por sus siglas en ingles Wireless Sensor Network), que consisten en dispositivos electrónicos los cuales recolectan información colaborando uno con otro. Estos dispositivos sensoriales son llamados nodos y se integran de un CPU (unidad central de proceso), memoria (para el almacenamiento de información), batería (fuente de alimentación), sistema de transmisión y recepción (para poder enviar y recibir información), El tamaño de cada red varía con cada aplicación. El uso de las redes de sensores inalámbricas se incrementa día con día y actualmente son ampliamente usadas en el campo de la industria, como por ejemplo en el monitoreo del medio ambiente, monitoreo de procesos, vigilancia, automatización y control. Desde que las WSN reducen la dependencia de clientes de red ya establecido y de una infraestructura basada en cables, las WSN proveen movilidad y flexibilidad a los usuarios, creando una dependencia importante el área de las comunicaciones inalámbricas. Esta tesina hace referencia al uso de tecnología inalámbrica para el desarrollo y diseño de un dispositivo inalámbrico de grado industrial para relevadores de estado sólido, orientada a la administración de energía, seguridad, soluciones temporales de control automático, monitoreo, ahorro de espacio y cableado, el cual motiva el trabajo en esta tesis.

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CAPÍTULO 1

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Introducción Este capítulo describe la operación del actual sistema K-M, el sistema K-M es ampliamente utilizado en la industria relacionada con la inyección de plásticos y extrusiones donde se utilizan maquinas pre-calentadoras de plástico. Conforme transcurren los años, la necesidad de contar con equipos y productos de mayor calidad es cada vez más grande. La poca integridad y homogeneidad de estos sistemas hacen que la maquina sea muy compleja de operar y monitorear, siendo así un sistema susceptible a mucho margen de error. Estos errores se ven directamente reflejados en la operación de la maquina con un impacto indeseable en la calidad del producto final. 1.1 Descripción del sistema K-M para la inyección de plástico y extrusiones. El sistema K-M, como se muestra en la Figura 1.1, se basa en un concepto modular el cual consiste de 1 hasta 8 cargas. Cada una de estas cargas están hechas con un número determinado de resistencias calefactoras conectadas en paralelo, para el caso particular de las maquinas con el sistema K-M, el numero de resistencias es 12. En algunos casos puede haber maquinas con hasta 32 módulos resultando un total de 256 cargas. Algunas cargas son directamente controladas por relevadores de estado sólido (SSR), mientras otras son controladas por una combinación de relevador de estado sólido y un modulo sensorial (Module S). En cada caso un PLC controla todos los SSR y los SSR-Module S de la maquina. Ver figura 1.2

Figura 1.1 Diagrama de un sistema típico de SSR.

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PLC

SSR1 SSR2 Module SModule S

1 …Ix

2 12

ITLoad 2Load 1

IT

…

…ACsupply

Enable

+ V

8IT

PeripheralsCommunication Bus

Communication ModuleCommunication ModuleVAC x IT

ITLoad 8

IT

Figura 1.2 Diagrama bloques del sistema K-M.

1.1.1 Problemáticas de costo y calidad del sistema K-M

Una resistencia calefactora abierta es una condición indeseable en la operación de toda la maquina con un impacto negativo en el costo y calidad del producto. Uno de los parámetros críticos monitoreados por el module S, son las variaciones en la corriente de cada carga (IT) el cual puede representar que una o más resistencias estén abiertas. En realidad, el Module S monitorea la corriente total (IT) que pasa a través del SSR para una carga determinada, donde la corriente total es igual a la corriente que pasa por cada SSR por el número de resistencias de cada carga. Otro parámetro que pudiera tener variaciones indeseables es la potencia eléctrica de entrada. Variaciones en el voltaje AC de la fuente de poder también son monitoreadas por el Module S en caso de que el voltaje AC se vaya por debajo de límite permitido, el producto del voltaje de corriente alterna (VAC) por corriente total (IT) es calculada por el module S y reportada al PLC para tomar una decisión con respecto a la operación de la maquina.

1.1.2 Modos de operación del sistema K-M Los posibles modos de operación de la maquina son: Aprendizaje, Operación Normal y Alarma, que se describen a continuación: Aprendizaje: Este modo de operación requiere un usuario, donde el usuario opera el sistema manualmente a fin de hacer que los module S “aprendan” cuales beberán de ser las condiciones normales de operación. En este modo, el control del PLC es sobrealimentado por el usuario con la información de las condiciones normales de

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operación de la maquina y los puntos de ajuste son almacenados en los Module S para una condición normal de operación. Operación Normal: Después de que las condiciones normales de operación son almacenadas en los Module S, el PLC esta disponible para empezar a operar todas las cargas de la maquina según se necesite. Alarma: Una señal de alarma puede ser generada por el PLC siempre que se presente cualquier de las siguientes condiciones:

1. Fusible abierto. 2. No Voltaje AC. 3. Corriente total esta por debajo/arriba de los límites normales de operación. 4. Potencia = VAC x IT esta por debajo/arriba de los limites de normales de

operación. Una señal de alarma es generada únicamente por el PLC, basada en la información proporcionada por los Module S, esencialmente VAC x IT.

1.1.3 Funciones y especificaciones del sistema K-M Los bloques principales del sistema K-M se describen en la tabla 1.1: PLC Funciones Especificaciones Controla todos los SSR en la maquina. Interactúa con los módulos de comunicación. Genera señal de alarma

Marca Sigmatek. Comunicación basada en el protocolo VARAN Vsupply = 24VDC

Módulos de Comunicación Funciones Especificaciones Interface entre el PLC y los Module S. Comunicación. Administración de potencia a todo el circuito.

Manejo modular para 8 a 256 cargas. Vsupply = 24VDC Comunicación basada en el protocolo VARAN.

Module S Funciones Especificaciones Aplicación complementaria para los SSR. Botón de prueba/aprendizaje (Función local) Encendido temporizado (Función local) Medición de VAC Medición de IT Calculo de Potencia : VAC x IT Reporte de Potencia VAC x IT Habilita al SSR. Module S no es direccionable.

Marca Siemens. Rango de corriente 0.65A a 50A Incrementos de 100W y 300W para VAC x IT 110VAC a 230VAC @ 50/60Hz Vsupply = 24VDC/AC

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Relevador de estado solido Funciones Especificaciones Interruptor de carga ON/OFF. 50A.

48-460VAC 4-32VDC control. Cruce por cero. Montaje de pared. No requiere integrar disipador.

Cargas Funciones Especificaciones Calefactores. 7.5KVA cada una.

Resistiva Cada carga contiene 12 resistencias individuales.

Tabla 1.1 Funciones y especificaciones del sistema K-M. Otras consideraciones

• Fusibles • Conexiones de potencia. • Conectores entre el bus de comunicación y los módulos de comunicación • Conectores entre los módulos de comunicación y los Module S.

1.1.4 Desventajas del sistema K-M Los siguientes puntos son las principales desventajas de sistema K-M:

• Diferentes proveedores para el PLC, Módulos de comunicación, relevadores de estado sólido y Module S.

• Conexión directa de los SSR al PLC, consumiendo puertos de salida en el PLC. • Algunas aplicaciones requieren conectar un alto número de SSR, el cual es

necesario comprar expansiones de puertos para el PLC incrementando el costo y espacio para el sistema de PLC.

• Alambrar demasiados SSR al PLC es costoso y requiere demasiada mano de obra. • No consideran propuestas modulares para crecimiento del sistema.

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CAPÍTULO 2

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

Introducción En el siguiente capítulo describe como se realizó la comparación de diversas tecnologías inalámbricas, protocolos de comunicación, fabricantes y componentes, con el propósito de elegir al más adecuado para el tipo de aplicación que se requiere para el proyecto. Se profundiza en las especificaciones del protocolo de comunicación IEEE® 802.15.4 Simple Media Access Controller (SMAC) Stack, el microcontrolador MC13224V y en la herramienta de desarrollo 1322XNSK-DBG para el microcontrolador MC1322X. Se muestra un marco general de los sistemas de comunicación que existen en el mercado. Y se presenta información recopilada acerca de la tecnología de comunicación inalámbrica IEEE® 802.15.4, definiendo conceptos de su ancho de banda, velocidad de transmisión, formas de modulación y tipos de enlace para el protocolo. Se describe, como funciona, donde se emplea, que otras tecnologías análogas existen en el mercado, se muestran las ventajas y desventajas que posee. 2.1. Protocolo IEEE ® 802.15.4 En la primera etapa del proyecto se hizo una comparación de diversos estándares de tecnologías inalámbricas tales como Wi-Fi, Bluetooth o 802.15.x, tal y como se muestra en la tabla 2.1. Se seleccionó el protocolo IEEE® 802.15.4 ya que fue diseñado esencialmente para proveer soluciones inalámbricas a bajo costo y bajo consumo de potencia. Ahora, se ha convertido en una base sólida para el monitoreo y control optimizado de redes inalámbricas. Incluyendo tecnología ZigBee®, el consorcio industrial RF4CE, WirelessHART™, así como para otras plataformas de red registradas. Aunque puede ser similar a otros estándares, características como menor latencia de encendido y redes tipo árbol, ayudan a diferenciarlo del campo de otras tecnologías IEEE ya existentes.

Especificación(es) IEEE 802.11b Wi-Fi IEEE 802.15.3 Bluetooth IEEE 802.15.4 ZigBee

Duración de la Batería Horas Días Años

Complejidad Muy complejo Complejo Simple

Nodos/Coordinador 32 7 65540

Latencia Enumeración hasta 3 seg. Enumeración hasta 10 seg. Enumeración en 30 ms.

Rango 100 m. 10 m. 70-300 m.

Alcance Posible Roaming No Simple

Tasa de transmisión Datos 11 Mbps 1 Mbps 250Kbps

Efectividad de Desempeño 5-7 Mbps 700 Kbps 100 Kbps

Seguridad Authentication Service Set ID (SSID) 64 bit, 128 bit

128 bit AES y capa de aplicación definida por el

usuario

Aplicación Redes computacionales Transferencia de Archivos Monitoreo y Control

Tabla 2.1 Comparación de estándares inalámbricos.

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2.1.1. Ventajas del protocolo IEEE® 802.15.4 con Freescale Freescale tiene gran experiencia en el desarrollo de sus productos en sistemas inalámbricos y de radio frecuencia, por más de 50 años. Con la experiencia a fondo en esta área, están calificados para ofrecer una plataforma compatible y personalizada del protocolo IEEE® 802.15.4. El enfoque de la plataforma que ofrece Freescale hace más simple el ambiente inalámbrico proporcionando todas las herramientas en un solo paquete de hardware, software, herramientas de desarrollo y diseños de referencia, todo diseñado para facilitar el desarrollo del protocolo y sus beneficios:

• 2.4 GHz: 16 canales, 250 Kbps • 868.3 MHz: 1 canal, 20 Kbps • 902-928 MHz: 10 canales, 40 Kbps • Modulación O-QPSK • Espectro esparcido de secuencia directa (DSSS) • Sensibilidad de -85 dBm @ 1% PER • Potencia de salida de 0 dBm • Rango: 30 m (interiores); 100 m (línea de vista) • AES128 (Advanced Encryption Standard) Codificación y verificación • Arquitecturas SMAC, SynkroRF 802.15.4 MAC, RF4CE, ZigBee • Estructura simple de tramas • Envío confiable de datos • Algoritmo CSMA-CA • Mensaje de Confirmación • Detección de energía e indicador de la calidad de conexión

IEEE 802.15.4 se ha convertido en un cimiento sólido para el medio de redes inalámbricas con baja tasa de transmisión de datos, incluyendo ZigBee, WirelessHART™, SP100.11 y entre otros.

2.1.2. Beneficios de tecnología 802.15.4 Los beneficios que la tecnología 802.15.4 ofrece, como una red inalámbrica simple, un costo efectivo y bajo consumo potencia, van dirigidos a una gran variedad de mercados incluyendo:

• Control de aplicaciones al consumidor. • Administración de energía. • Automatización de edificios comerciales y residenciales. • Control de procesos industriales. • Monitoreo de asistencia médica.

Después de analizar las alternativas de solución se opto por la plataforma de Freescale 802.15.4 ya que soporta un sin número de tecnologías en redes inalámbricas, incluyendo Freescale’s simple MAC (SMAC), SynkroRF 802.15.4 MAC, RF4CE, ZigBee así como otros estándares y redes inalámbricas subsidiadas, ver figura 2.1. Esto le da a los

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desarrolladores la flexibilidad de crear productos optimizados con diferentes características, así como bajo costo, funcionamiento, complejidad, e interoperabilidad. Esta flexibilidad en las arquitecturas de redes son piezas claves en la plataforma de Freescale, todo diseñado para simplificar el desarrollo inalámbrico.

Figura 2.1 Variedad de arquitecturas que el protocolo 802.15.4 ofrece.

En la tabla 2.2 se muestra una comparación de las diferentes arquitecturas que el estándar 802.15.4 puede ofrecer para diferentes alternativas de solución. Las alternativas, van desde soluciones simples a bajo costo con SMAC para conexiones de dispositivos punto a punto hasta soluciones complejas de comunicación con ZigBee para redes tipo árbol de hasta más de 65,000 nodos.

Tabla 2.2 Comparación de las diferentes arquitecturas del protocolo 802.15.4.

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2.2. Simple Media Access Controller (SMAC) Considerando la variedad de arquitecturas que el protocolo 802.15.4 ofrece, Simple Media Access Controller (SMAC) proporciona una solución muy simple para redes inalámbricas a un costo muy efectivo. Basado en el protocolo 802.15.4 PHY, SMAC proporciona y emite órdenes para crear redes simples de un punto a punto o redes tipo estrella. El tamaño reducido de código de 2.5kbytes – 4kbytes, permite el uso de microcontroladores de bajo costo. Además, incluye características como repetidores y programación sobre el aire, esto significa que no es necesario conectarse directamente con el microcontrolador para re-programarlo, todos estos beneficios ayudan a crear un protocolo con amplias características y altamente portátil para aplicaciones a medida con fácil integración de hardware y software. Ver figura 2.2

Figura 2.2 Características de SMAC (Simple Media Access Controller).

Simple Media Access Controller (SMAC) es un simple código de stack basado en ANSI C disponible como código fuente muestra. SMAC puede ser usado para el desarrollo de aplicaciones de RF usando la plataforma MC1322x PiP. SMAC esta incorporado en la herramienta de software “Freescale BeeKit Wirelees Connectivity” generando todos los archivos y estructuras de proyecto, haciendo más sencillo implementar y adaptar aplicaciones asociadas con RF. Para usar cualquiera de las aplicaciones existentes disponibles en SMAC, el usuario debe primero generar el proyecto en BeeKit, y después exportarla IAR EWB CodeWarrior para generar o modificar su aplicación.

2.3. Fabricantes de Microcontroladores En este tema se pretende localizar un fabricante que ofrezca empaquetados de circuitos integrados pequeños, de tecnología moderna como lo es la Tecnología montable en superficie (“surface mount tecnology” SMT), que sean de alta calidad y precio accesible. En el mercado se encuentra una amplia variedad de fabricantes de C.I. con tecnología

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802.15.4, tales como Intel y Freescale, en cuanto a costo y empaquetado no se refleja gran diferencia; pero, en cuanto a complejidad de software Freescale ofrece herramientas gratuitas y software.

• (Chipcon) ZigBee-Compliant Platform • (CompXs) Development Kits for the CX1540 • (Ember Corporation) EmberZNet(TM) ZigBee Compliant Platform (V1.0/2.0) • (Helicomm, Inc.) ZigBee-Compliant Modules and Development Tools • (Airbee Wireless, Inc.) ZigBee-Compliant Platform (using the Airbee-ZNS

ZigBee Protocol Stack) • (Institute for Information Industry) III ZigBee Stack • (Silicon Laboratories) ZigBee-Compliant Platform (Using the Helicomm ZigBee

Protocol Stack) • (Freescale Semiconductor, Inc.) MC13193 2.4 GHz, Low Power Transceiver for

802.15.4 • (Freescale Semiconductor, Inc.) Freescale Semiconductor, Inc. - MC13192 rev2.2 • (Freescale Semiconductor, Inc.) Freescale Semiconductor, Inc. - MC13193

802.15.4 - Fabricantes de Microcontroladores.

Atmel Corporation 8051, AT91, and AVR MicrocontrollersAtmel manufactures three families of microcontrollers: the popular 8051, the AT91 which is an ARM Thumb, and the Atmel AVR 8-bit RISC devices. Flash varieties are available. Wide development tools support is available for the 8051 & AT91; support for the AVR is building.

Ember ZigBee (802.15.4) wireless networking chip manufacturer. Very leading-edge. Also provides real-time network traffic software to enable live data monitoring from the multiple nodes.

Microchip Technology 8-bit Microcontrollers, Interface ChipsPICmicro® microcontrollers (MCUs); analog/interface products; Serial EEPROMs; microID® RFID tags; KEELOQ® security devices; and the dsPIC® family of Digital Signal Controllers. Very good Development Tools

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Renesas Technology Flash Microcontrollers; Broad-range supplierA joint merger of Hitachi and Mitsubishi product lines, Renesas boasts an impressive array of semiconductor products. A broad-range manufacturer of semiconductors including microcontrollers, discretes, Flash, SRAM. 4-bit thru 32-bit cores.The #1 supplier of microcontrollers worldwide. Good development tool support. The combined microcontroller product portfolio includes the H8, SuperH, M16C, M32R, 7600 series, and much more.

ST Microelectronics Broad range supplier of digital & analog componentsST6 & ST7 8-bit microcontrollers, and the ST9 8/16-bit microcontroller. 2nd sources many Hitachi microcontrollers. µPSD3200 Embedded Flash 8-bit microcontrollers. Also manufacturs a wide variety of analog, telecom, automotive, and communications devices.

2.3.1. Plataforma del microcontrolador MC1322X El enfoque de utilizar la plataforma de Freescale es hacer más fácil el acceso inalámbrico, proporcionando al cliente todo lo necesario: hardware, software, soporte técnico, bajo costo, herramientas de desarrollo y diseños de referencia, todo esto para facilitar el desarrollo del protocolo inalámbrico 802.15.4 y agilizar el tiempo de desarrollo. La oferta de Freescale, es usar el microcontrolador MC1322X Platform in Package™ (PiP), ya que es la 3ra y más nueva generación en microcontroladores para protocolos de comunicación inalámbrica con todo el software/hardware integrado. El MC1322X no requiere de componentes externos para recibir y transmitir información a comparación de las generaciones anteriores ya que cuenta con un modulo de transmisión/recepción de 2.4 GHZ integrado. Por ser de última generación es un microcontrolador diseñado con una arquitectura tipo ARM7TDME de 32 bits, cuenta con 80K en ROM y 96K en SRAM, puertos I/O todo en un solo empaquetado, perfecto para aplicaciones con 802.15.4 SMAC y ZigBee®. Ver figura 2.3.

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Figura 2.3 Comparación de la familia para aplicaciones inalámbricas MC13 de Freescale. La ultimas mejoras de Freescale han revolucionando las dinámicas del mercado para los circuitos inalámbricos de bajo alcance. El MC13224 PiP es un salto espectacular en la tecnología para la reducción de potencia e integración de tecnología, reduciendo el tamaño y el consumo de potencia hasta en un 50%. Un acelerador de hardware reduce la carga en la unidad central de proceso (CPU), permitiendo el funcionamiento de varias operaciones sin interrumpir al microcontrolador. Además, una combinación de memoria ROM, RAM y memoria Flash colocan a este circuito en una solución ideal para redes como SMAC, 802.15.4, ZigBee. El MC13224 PiP integra funcionamiento y simplicidad para proporcionarles a los consumidores con lo último en tecnologías para el desarrollo de sus aplicaciones inalámbricas.

• MC13224-9.5 x 5.5, 99-pin LGA • Plataforma IEEE 802.15.4 completamente personalizable • Sensibilidad de -96dBm hasta -100dBm • Cero componentes externos de RF para simplificar el diseño mientras se reducen

costos. • Aceleración del hardware para las funciones del protocolo 802.15.4 • CPU de 32-bit ARM7TDMI-S de hasta 26 MHz • Temperatura de operación de -40ºC a 105ºC

2.4. Equipo de desarrollo 1322XNSK-DBG Para este proyecto se utilizó una herramienta de desarrollo de Freescale, el equipo 1322XNSK-DBG para el microcontrolador MC1322X, el cual servirá para el desarrollo del dispositivo inalámbrico. Ver figura 2.4

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Figura 2.4 Herramienta de desarrollo 1322XNSK-DBG.

Freescale ofrece un kit muy completo de desarrollo que proporciona a los consumidores con el equipo y software necesario para evaluar y desarrollar sistemas inalámbricos que van desde las simples redes de punto a punto hasta las redes en árbol en ZigBee. El kit de desarrollo está basado en la plataforma de Freescale 802.15.4 y contiene el equipo necesario como tarjetas, cables, baterías, adaptadores de corriente, software y aplicaciones de muestra, proveyendo un camino rápido para desarrollo de redes inalámbricas. Además, los kits de diseño incluyen un kit de herramientas Freescale BeeKit para la conectividad de redes inalámbricas. El BeeKit proporciona un enfoque simple de interfaz grafica de usuario (GUI) para configurar los sistemas de redes inalámbricas, permitiendo concentrarse en el desarrollo óptimo de la aplicación. BeeKit ayuda a los desarrolladores con muy poca experiencia en ambientes de redes a reducir el tiempo de su desarrollo.

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CAPÍTULO 3

PROPUESTA DE SOLUCION

Introducción En este capítulo se presenta la propuesta para solucionar el problema que se tiene con el actual sistema K-M, proponiendo una solución modular simple que consiste en el diseño de un par de dispositivos inalámbricos capaces de integrar todas las funciones del sistema K-M en una sola presentación y de una forma sencilla. Esta solución propone un dispositivo inalámbrico que consta principalmente de 3 módulos, modulo de potencia, modulo sensorial y modulo de control y comunicación. El modulo de control consta de un relevador de estado sólido, se habla acerca de los fundamentos existentes acerca de los relevadores de estado sólido y su funcionamiento. Así también, incluye una solución eficaz al problema del monitoreo del los parámetros del sistema K-M que consta de un modulo sensorial capaz de adaptarse a diferentes tipos de sensores. Y por último se profundiza en cómo se empleo el micotrontrolador MC1322x SMAC para solucionar el problema de comunicación y control, se describe, como funciona, sus características, que funciones tiene como modulo de control, se muestran las ventajas y beneficios que posee. 3.1. Propuestas de solución El sistema K-M puede ser modificado, como se muestra en la figura 3.1, para controlar cada carga a través de una red de sensores inalámbricos basada en el protocolo de comunicación 802.15.4 SMAC Stack. Para este caso pueden ser relevadores de estado sólido inalámbricos bidireccionales el cual puede ser manejado por un coordinador o sistema maestro. Ver figura 3.2

Figura 3.1 Diagrama bloques de un sistema inalámbrico de SSR.

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PLC

SSR-A Module CYModule CY

1 …Ix

2 12

ITLoad 2Load 1

…

…ACsupply

8IT

PeripheralsCommunication Bus

Module I/OModule I/O

ITLoad 8

Module CYModule CY

VAC x ITEnable+ VGroundID

Enable+ VGroundID

IT

Figura 3.2 Diagrama bloques de la solución del problema.

3.2. Diseño y desarrollar del dispositivo inalámbrico conmutador de potencia con

rectificadores controlados de silicio Esta propuesta incluye el desarrollo de 2 dispositivos uno con funciones reducidas y otro con funciones completas:

1. SSR-RFD (Dispositivo con funciones reducidas), enfocado para resolver problemas relacionados con cableado y conectividad entre un SSR y el coordinador. Este modulo es considerado como el bloque de “cerebro y fuerza”, como se muestra en la figura 3.3. El diseño del SSR-RFD debe de incluir provisiones para soportar la comunicación inalámbrica unidireccional entre el SSR y el bus de comunicación del sistema. Así también, debe de contener un modulo de control para realizar todas las funciones que un relevador de estado sólido posee.

2. SSR-FFD (Dispositivo con funciones completas), esta enfocado para resolver

problemas relacionados con cableado, conectividad y monitoreo. Se considera como el bloque de los “Ojos, fuerza y cerebro”, como se muestra en la figura 3.3. El diseño de este dispositivo debe de tener provisiones para comunicación inalámbrica bidireccional, debe de ser completamente modular para monitorear, adquirir e interpretar variaciones de voltaje, corriente y temperatura provenientes del sistema o ambiente donde se encuentren instalados y enviar dicha información al coordinador para su posterior procesamiento. De igual manera que el dispositivo anterior debe de contener un modulo de control para realizar las funciones de un relevador de estado sólido.

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El sistema coordinador monitoreará la información adquirida de los dispositivos SSR-RDF/FFD y será capaz de controlar algunos de sus parámetros de operación, tales como el encendido/apagado, ángulo de fase, control de ráfaga de encendido, entre otros. El coordinador estará conectado a una interfaz con el usuario donde desplegará la información obtenida de los dispositivos y podrá controlar los parámetros de operación del sistema completo.

Figura 3.3 Diagrama bloques de los dispositivos SSR-RDF/FFD.

3.2.1. Ventajas de la propuesta para el nuevo sistema K-M

• El proveedor para lo SSR-RFD, SSR-FFD y sistema de comunicación es el mismo.

• Dispositivos SSR-RDF/FFD simplifica la conexión a través de un protocolo de comunicación inalámbrica, reduciendo a un mínimo el uso de los puertos de salidas en un PLC o sistema.

• Dispositivos SSR-RDF/FFD puede reducir el costo en mano de obra del cableado. • Capacidad para expandirse. • Dependiendo de la aplicación se puede usar solamente Módulos SSR-RDF o FFD. • Diseño apropiado para la industria.

3.3. Modulo de potencia - Relevador de Estado Solido Para poder controlar las cargas del sistema se emplearon relevadores de estado sólido. Un relevador de estado sólido SSR (Solid State Relay), es un circuito electrónico que contiene en su interior un circuito disparado por nivel, acoplado a un interruptor semiconductor, en este caso rectificadores controlados de silicio (SCR), para realizar la conmutación, y permite un aislamiento a través de un opto acoplador, Figura 3.4. Estos dispositivos son circuitos empaquetados rellenos de “epoxy”, silicón utilizado para disipar el calor, que conmutan cargas eléctricas de corriente alterna (24-280Vac), posee capacidades de conmutación para cargas con corrientes muy grandes desde 10 amperes hasta los 50 o 125 amperes con ayuda de un disipador de calor. El voltaje de control puede ser de 3-32Vdc. El relevador de estado sólido es una versión mecánicamente pasiva de su más antigua contraparte el relevador electromecánico, proveyendo esencialmente el mismo

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funcionamiento, pero sin el uso de partes en movimiento. Es un dispositivo totalmente electrónico que depende en lo eléctrico, propiedades ópticas de semiconductores y componentes eléctricos para cumplir con su aislamiento y funciones de conmutación de los relevadores.

Figura 3.4 Esquemático de un Relevador de Estado Sólido.

Un Relevador de estado sólido está conformado por tres etapas esenciales, ver figura 3.5.

• Circuito de entrada o de control. • Sistema de acoplamiento. • Circuito de conmutación.

Figura 3.5 Estructura de un Relevador de Estado Sólido.

3.3.1. Circuito de Entrada o de Control Para conseguir la conmutación de la carga es necesario activar cada una de las etapas que le preceden. El circuito de control puede ser alimentado ya sea con voltaje o corriente para polarizar al fotodiodo encargado de activar o desactivar el circuito de conmutación de forma aislada. Dependiendo del tipo de alimentación, el circuito de control puede ser más complejo que una resistencia limitadora de corriente. Cabe señalar que el consumo de corriente es un parámetro importante en el uso de los relevadores de estado sólido.

3.3.2. Sistema de Acoplamiento Generalmente el aislamiento entre la entrada y la salida del relevador de estado sólido se lleva a cabo a través de diversos métodos, como son: opto-acoplada, combinación de transformador-oscilador, efecto Hall o por dispositivos piezoeléctricos. El opto-acoplamiento es realizado comúnmente con foto transistores, foto resistores o foto-SCR, dispositivos que son altamente sensibles a la luz y que incluyen en su interior un diodo emisor de luz (LED) con el propósito de activar al resistor, SCR o transistor según sea el caso. Cualesquier método de acoplamiento deberá asegurar una capacidad de aislamiento en un rango desde 1500Vrms hasta 4000Vrms.

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3.3.3. Circuito de Conmutación o de salida

El circuito de salida contiene los dispositivos semiconductores de potencia, en este caso rectificadores controlados de silicio (SCR), con su correspondiente circuito excitador configurados como puente o paralelo-inverso. Los SCR son efectivos para altas corrientes y picos de voltajes. En el caso de los relevadores de estado sólido, a mayor capacidad de corriente se requiere mayor disipación de calor, por cada ampere se disipa 1 Watt.

3.3.4. Características generales de los relevadores de estado sólido. • Aislamiento entre los terminales de entrada y de salida. • Adaptación sencilla a la fuente de control. • Posibilidad de soportar sobrecargas, tanto en el circuito de entrada como en el de

salida. • Las dos posiciones de trabajo en las terminales de salida de un relevador se

caracterizan por: En estado abierto, alta impedancia. En estado cerrado, baja impedancia.

• Para los relevadores de estado sólido se pueden añadir:

Gran número de conmutaciones y larga vida útil. • Conexión en el paso de tensión por cero, desconexión en el paso de intensidad por

cero.

• Ausencia de ruido mecánico de conmutación.

• Escasa potencia de mando, compatible con TTL y MOS.

• Insensibilidad a las sacudidas y a los golpes.

• Cerrado a las influencias exteriores por un recubrimiento plástico.

3.3.5. Competidores de relevadores de estado sólido Un relevador de estado sólido consiste de dispositivos semiconductores montados sobre un circuito impreso encapsulado en plástico. Sus principales características son: resistentes a altos voltajes y altas corrientes, libre de contactos mecánicos (libre de ruido), excelente aislamiento, y fácil disipación de potencia. He aquí algunos competidores de relevadores de estado sólido. • American Zettler, Inc. {General Purpose/Automotive-HVAC-Power-Telcom} • Amperite {Miniature Solid State Relay-Time Delay Relays} • Celduc Group {Solid State Relays} • Clare {1-Form-A, 1-Form-B, 2-Form-A, 1-Form-C} • Comus International {Solid State Relay - SSR Module Boards} • Continental Industries, Inc. "Cii" {DIN Rail Mount, Solid State Relays}

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• COSMO Electronics Corp. {4-pin SIP/Panel Mount Solid State Relay-SSR MOS output relays}

• Cougar Electronics Corp. {Solid State Relay Manufacturers} • Crouzet {Solid State Relays; EMC-compatible, waterproof, I/O Modules/Mounting

Boards} • CRYDOM {Solid State Relays, DIN Rail Mount, Panel Mount, PCB Mount} • Dionics Inc {Power MOSFET Photovoltaic Relay Manufacturer} • International Rectifier {Photovoltaic Relay, Photovoltaic Isolator} • Magnecraft & Struthers-dunn {Solid State Relays (SSR): 2.5 to 125 Amperes,

Commercial-Military} • Micropac Industries Inc. {Solid State Relay 'SSR' - Solid State Power Controller

'SSPC' Manufacturer} • NTE Electronics Inc. {Solid State Relay Manufacturer, Opto Isolated, Compatible

with TTL Gates, AC and DC Models} • Omron Electronics Inc. {PCB-Low Signal-MOSFET-Solid State Relays} • Phoenix Contact {Rail Mounted Solid State Relay Modules} • Picker Components Corp. {20/30amp PCB Relay} • Power-IO {Solid state relays, SCR thyristors, solid state contactors, IGBT based

relay switching} • Solid State Optronics Inc. {Optically isolated Relays - MOSFET/SCR output} • SSAC Inc. {Time Delay Relay Manufacturer} • Teledyne Relays {Commercial/Military-AC/DC/Bi-Direction Output Solid State

Relays} 3.4. Modulo sensorial Los dispositivos con funciones completas cuentan con un modulo sensorial para monitorear y adquirir información de diferentes características. La información que se desee adquirir va depender directamente del dispositivo transductor-electrónico que se le adapte al modulo sensorial. Ver figura 3.6

Figura 3.6 Diagrama bloques del modulo sensorial.

El modulo sensorial consta de un microcontrolador MC9S08QG8 que se comunica por medio de su modulo SPI (Serial Peripheral Interface) con el modulo de control, ver figura 3.7. El modulo sensorial cuenta con la capacidad de adaptarse e interpretar la información de diferentes dispositivos transductor-electrónicos, estos dispositivos transductores

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pueden variar dependiendo de cada aplicación ya sea adquirir voltaje, corriente o temperatura. Ver figura 3.8. Diagrama eléctrico completo ver anexo C.

Figura 3.7 Diagrama bloques de la comunicación del modulo sensorial y modulo de

control.

Figura 3.8 Diagrama eléctrico de los transductores electrónicos y modulo sensorial

El MC9S08QG8 es un miembro de la familia de microcontroladores de 8-bit HCS08 de bajo costo y alto rendimiento. Todos los microcontroladores en esta familia usan el núcleo HCS08 que está disponible en una gran variedad de empaquetados, espacio en memoria y tipos de memoria. El MC9S08QG8 cuenta con una gran variedad de periféricos como los son ADC, comparadores analógicos, comunicación SCI, SPI, IIC, ideal para la aplicación que deseamos implementar. Su frecuencia de operación es de hasta 20 Mhz y necesita una fuente de 3.3V para operar, además cuenta con 8Kbytes en memoria FLASH y 512 bytes en RAM.

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3.5. Modulo de control y comunicación inalámbrica El modulo de control y comunicación está conformado por la plataforma del microcontrolador MC13224V PiP, este dispositivo de última generación está incorporado por un modulo de bajo consumo de potencia, un transceptor RF de 2.4GHz, un núcleo con una arquitectura ARM7 de 32-bits y un acelerador de hardware para aplicaciones inalámbricas. Una fuente de poder controlada de 3.3Vdc alimenta al microcontrolador y al modulo sensorial. Debido a su bajo consumo de corriente el modulo puede trabajar con una fuentes de alimentación pequeñas, como los son baterías. El MC1322X es un microcontrolador que incorpora una plataforma muy completa para soluciones inalámbricas y de control, ya que está diseñado para proveer una alta y total integración para soluciones inalámbricas. Los recursos del microntrolador MC1322X ofrecen un poder de procesamiento superior en aplicaciones inalámbricas debido su núcleo ARM7TDMI-S de 32-bits que puede operar a más de 26Mhz. Una memoria FLASH de 128 Kbyte es direccionada a una memoria RAM de 96 Kbyte para soportar las capas inferiores de los diferentes protocolos (SMAC, RF4CE, ZigBee) y para el software de aplicación. Además, una memoria ROM de 80 Kbyte está disponible para software de arranque, capas superiores del protocolo IEEE 802.15.4 MAC y para el software de las capas de comunicación, ver figura 3.9. El MC1322X Contiene un set completo de periféricos, un transceptor RF de 2.6GHz y cuenta con la capacidad de acceso directo a memoria (DMA) para transmitir y recibir paquetes de información, complementando así el núcleo de este microcontrolador, ver figura 3.10.

Figura 3.9 Distribución del software y capas del protocolo.

Aplicación Stack SMAC IEEE

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Figura 3.10 Diagrama bloques del MC1322X

El microcontrolador como modulo de control se encarga de hacer comunicación con el modulo sensorial por medio de su interfaz de comunicación SPI (Serial Peripheral Interface) para así poder monitorear e interpretar la información proveniente del modulo sensorial. Así también controla el relevador de estado sólido por medio de sus periféricos de control GPIO. También como modulo de comunicación está encargado de establecer comunicación confiable con el coordinador utilizando el transceptor integrado de RF, esencial para enviar la información adquirida por el modulo sensorial. Además controla otros parámetros del relevador de estado sólido como los son retardos, control de fase y regulador de voltaje, ver figura 3.11.

Figura 3.11 Diagrama bloques del modulo de control.

El microntrolador MC1322X usa el estándar IEEE 802.15.4 Low-Rate Wireless Personal Area Network (WPAN) para describir sus capas de trabajo—la capa física (PHY), y el control de acceso mediano (MAC). Su operación se concentra en la banda libre de 2.4

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GHz en los canales 15, 21, 25, 26 principalmente. El rango de transmisión es de 30 m (interiores) a 100 m (línea de vista).

3.5.1. Comunicación SPI con el modulo de control El MC13224V ofrece un modulo dedicado SPI (Serial Peripheral Interface) para uso externo. El SPI es un puerto serial de entrada/salida de alta velocidad síncrono usado para intercomunicar memorias, dispositivos periféricos, microcontroladores y algunos procesadores. SPI permite una cadena serial de bits programable de 1 a 32 bits de longitud para ser transmitida o recibida simultáneamente hacia otros dispositivos bajo un modo de transferencia llamado “4-wire mode”, donde hay 4 terminales asociadas con el puerto SPI: SPI_SCK, SPI_MOSI, SPI_MISO, SPI_SS. El modulo SPI puede ser programado para operar como maestro o esclavo, así también soporta el modo “3-wire mode”, donde para el dispositivo maestro el MOSI se convierte en MOMI (terminal unidireccional de información), y para el dispositivo esclavo el MISO se convierte en SISO (pin unidireccional de información). En el modo “3-wire mode” solo transfiere información en una sola dirección a la vez. El bit de reloj del SPI es derivado de modulo de reloj de referencia (Típicamente 24MHz). Un pre-escalador divide la frecuencia del reloj de referencia en un rango programable de 12MHz a 93.75KHz La figura 3.12 muestra el modulo SPI del microcontrolador MC13224V y el MC9S08QG8 conectados en un arreglo maestro-esclavo. El dispositivo maestro, en este caso el MC13224V inicializa todos los datos del SPI. Durante una transferencia datos, el dispositivo maestro mueve todos los datos de salida (terminal de salida MOSI) hacia el dispositivo esclavo mientras que simultáneamente mueve datos de entrada (terminal de entrada MISO) del dispositivo esclavo. Una transferencia eficiente, intercambia los datos que estaban en los registros del SPI de los dos sistemas SPI. La señal SPSCK es una señal de reloj de salida del dispositivo maestro y es conectada como una señal de entrada para el dispositivo esclavo, permitiendo la sincronización de ambos dispositivos. El dispositivo esclavo tiene que ser activado por una señal de bajo nivel emitida por el dispositivo maestro.

Figura 3.12 Sistema de conexiones SPI.

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3.5.2. IEEE 802.15.4 para el microntrolador MC1322X IEEE 802.15.4 define dos capas físicas (PHYs) representando tres bandas de frecuencia libre con un total de 27 canales que incluye 16 canales en 2.4 GHz, 10 canales en 902 a 928 MHz, y 1 canal en 868 a 870 MHz. La velocidad máxima para cada banda es de 250 Kbps, 40 Kbps y 20 Kbps, respectivamente. La banda de 2.4 GHz opera en todo el mundo, mientras que las bandas por debajo de 1 GHz operan en Norte-América, Europa, Australia/Nueva Zelanda. El estándar IEEE es deliberado conforme a las regulaciones establecidas en Europa, Japón, Canadá y los Estados Unidos. Tabla 3.1

Tabla 3.1 Bandas de frecuencias y velocidad de datos.

Ambas capas físicas (PHYs) usan Espectro Disperso de Secuencia Directa (DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum). El tipo de modulación en la banda de 2.4 GHz es O-QPSK con una longitud de código de 32 bits y un ancho de banda RF de 2 MHz. En las bandas inferiores a 1 GHz, la modulación BPSK es usada con una longitud de código de 15 y opera en un ancho de banda RF de 600 Khz en Europa y en Norte-América en 1200 kHz. Cuenta con una sensibilidad de -85 dBm a 1% de PER, con una potencia de salida de 0 dBm. El protocolo 802.15.4 cuenta con búsqueda algorítmica donde automáticamente construyen redes de baja velocidad. En general el protocolo minimiza el tiempo de radio en orden para reducir la potencia utilizada por el radio. 802.15.4 usa el algoritmo CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access – Collision Avoidance) para poder transmitir información en los periodos donde no se está ocupando el ancho de banda, de esta forma coexiste con las demás interfaces de comunicación, ver figura 3.13.

Figura 3.13 CSMA-CA.

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3.5.3. Transceptor de RF de 2.4GHz El microntrolador MC1322X cuenta con un transceptor integrado que contiene una capa física (PHY) de 900 MHz y una porción de controlador de acceso mediano. (hardware-MAC). Las funciones restantes de MAC (software-MAC) y la capa de aplicación son ejecutadas por mismo microcontrolador. Todas las funciones PHY son integradas en el microntrolador MC1322X con ningún componente externo requerido para su funcionamiento. Un oscilador (cristal) de bajo costo es usado como una referencia para el PLL y para el reloj de la circuitería digital. Para optimizar el consumo de energía en modo de “sleep” (inactivo) mantiene una base de tiempo precisa, una referencia de reloj de tiempo real puede ser usada. El transceptor integrado es mostrado en la figura 3.14. La parte análoga del receptor convierte la señal deseada desde RF a la banda base digital. La sincronización, decodificación y demodulación son hechas en la porción digital del receptor. La parte digital del transmisor hace la codificación y filtrado de banda base, mientras que la parte análoga del transmisor hace la modulación y conversión a RF.

Figura 3.14 Diagrama bloques del MC1322x y Transceptor.

La opción de la arquitectura del receptor es principalmente un compromiso entre rendimiento, costo total y consumo de poder. Una arquitectura de receptor de conversión directa (DCR o Zero-If) fue elegida debido ya que la frecuencia de imagen y filtrado “If” no es requerida. La arquitectura DCR provee beneficios adicionales de bajo costo, complejidad y consumo de potencia. La arquitectura del transmisor es también de conversión directa. Desde que se uso la modulación en O-QPSK, solo se requiere un puente de banda base. Usa una arquitectura de salida diferencial para minimizar el ruido en modo común.

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3.5.4. MC1322x SMAC (Simple Media Access Controller) Simple Simple Media Access Controller para el microcontrolador MC1322x de Freescale esta basado en código ANSI C y esta disponible como código fuente para el desarrollo de aplicaciones inalámbricas con propiedad intelectual usando la plataforma MC1322x PiP. Algunas de sus características son:

• Solo Lectura – Código: ~5Kb • Solo Lectura – Datos: ~0.5Kb • Solo Escritura – Datos: ~2.5Kb • Transferencia de datos de 10 bytes

Sin funciones de bloqueo • Bajo consumo de potencia, enlace de comunicación RF bidireccional, propiedad

intelectual • Código fuente ANSI C para el núcleo MC1322x • Soporta capa de seguridad AES128 para una transmisión/recepción segura. • Programación sobre el aire OTAP (Over the Air Programmer)

La plataforma MC1322x PiP integra un modem transceptor de RF, MCU, codificación AES (Advanced Encryption Standard) y es totalmente compatible con el estándar IEEE 802.15.4. El MC1322x SMAC usa esta tecnología, integrando funcionalidad para proveer un software simple y de alto rendimiento para conexiones inalámbricas IEEE 802.15.4 PHY.

En la figura 3.15 se muestra el diagrama bloques y la variedad de componentes MC1322x SMAC.

Figura 3.15 Diagrama bloques del MC1322x SMAC.

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3.5.4.1. Modulo OTAP (Over the Air Programmer) El modulo OTAP (Over the Air Programmer) permite al usuario reprogramar el microcontrolador remotamente sin necesidad de una conexión física. Habilitando la opción OTAP y con un programador OTAP, el usuario puede remplazar la actual aplicación por una nueva aplicación cuantas veces y cuando sea necesario. Para poder acceder a esta aplicación se requiere una tarjeta inalámbrica que funcione como programador OTAP y la tarjeta con la aplicación OTAP habilitada que se desea programar. Programación OTAP (Over the Air Programmer) El siguiente resumen describe el funcionamiento de una aplicación OTAP: Programador OTAP:

• Descarga y ejecuta el software para el programador OTAP. • Descarga la aplicación OTAP vía UART al programador. • Cualquier modulo de desarrollo del MC1322x puede ser usado como programador

OTAP.

Tarjeta que se desea programar: • Descargar y ejecutar la aplicación OTAP-enabled a la tarjeta. La actual aplicación

cargada será remplazada por la nueva aplicación usando el programador OTAP. • Cualquier modulo de desarrollo del MC1322x puede ser re-programado por un

programador OTAP.

3.5.4.2. Modulo de Seguridad El modulo de seguridad es un software que permite la codificación y descodificación de mensajes a través de su API (Application Programming Interface). El modulo administrador de seguridad del MC1322x SMAC permite la implementación de un mecanismo de seguridad inalámbrico, dicho modulo define todas las funciones requeridas para codificar y decodificar los mensajes que son enviados o recibidos por el MC1322X SMAC. El proceso de codificación es ejecutado por el modulo ASM el cual implementa un algoritmo AES (Advanced Encryption Standard). AES puede llevar acabo CTR, CBC y CCM, CCM es una combinación de CTR y CBC. Para mas detalles de la implementación de seguridad consultar el estándar IEEE 802.15.4-2003. Para habilitar las funciones de seguridad, el modulo de seguridad primero debe ser inicializado, después se tiene que fijar una llave y un contador. Posteriormente los mensajes ya pueden ser codificados/descodificados. El modulo de seguridad API (Application Programming Interface) sigue el siguiente código: FuncReturn_t CipherEngineInit(void) FuncReturn_t CipherConfigure(cipher_mode_t u8CipherMode, cipher_key_t * pCipherKey, ctr_value_t * pCtrValue) FuncReturn_t CipherMsg (uint32_t * pu32CipherBuffer, uint8_t u8BufferLength)

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FuncReturn_t DecipherMsg (uint32_t *pu32DecipherBuffer, uint8_t u8BufferLength) FuncReturn_t CipherMsgU8(uint8_t *pu8CipherBuffer, uint8_t u8BufferLength) FuncReturn_t DecipherMsgU8(uint8_t *pu8CipherBuffer, uint8_t u8BufferLength)

3.5.4.3. Tipos de datos SMAC La siguiente lista muestra los tipos fundamentales de datos y los nombres usados en SMAC: UINT8 Unsigned 8 bit definition UINT16 Unsigned 16 bit definition UINT32 Unsigned 32 bit definition INT8 Signed 8 bit definition INT16 Signed 16 bit definition INT32 Signed 32 bit definition Estos tipos de datos son usados en los proyectos SMAC, así también en proyectos de aplicación y pueden ser encontrados en el archivo pud_def.h

3.5.4.4. Transmisión de un mensaje La siguiente estructura define la variable que es transmitida por SMAC. Esta estructura está localizada en el archivo pud_def.h y se define de la siguiente manera: typedef struct { UINT8 u8DataLength; UINT8 *pu8Data; } tTxPacket; Donde: u8DataLength Número de bytes a transmitir * pu8Data Apuntador del buffer de datos a transmitir Este tipo de datos es usado en aplicaciones de la siguiente manera:

1. La aplicación declara la variable tTxPacket gsTxPacket

2. La aplicación crea un buffer de datos de la información a enviar: UINT8 gau8TxDataBuffer[20];

3. La aplicación carga el numero de bytes a transmitir dentro de u8DataLength en la estructura tTxPacket: gsTxPacket.u8DataLength = 0;

4. La aplicación carga la dirección del buffer de datos a transmitir dentro del campo de datos del la estructura: gsTxPacketstructure: gsTxPacket.pu8Data = &gau8TxDataBuffer[0];

Para mayor información acerca de cómo hacer la transmisión y recepción de información ver anexo A.

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3.5.4.5. Recepción de un mensaje Esta siguiente estructura define la variable que es recibida por SMAC y se encuentra localizada en el archivo pud_def.h, se define de la siguiente manera: typedef struct { UINT8 u8MaxDataLength; UINT8 u8DataLength; UINT8 *pu8Data; UINT8 u8Status;

} tRxPacket; Donde: u8MaxDataLength Este campo especifica el tamaño máximo de paquete de

datos aceptado, si el paquete recibido es mayor que u8MaxDataLength, el paquete es desechado.

u8DataLength Este campo contiene la longitud en bytes del paquete recibido.

*pu8Data Este apuntador especifica a SMAC donde la aplicación debe de copiar la información recibida.

u8Status Este campo tiene dos posibilidades: (SUCCESS y TIMEOUT). Este campo permite a la aplicación determinar si el paquete fue recibido o se paso de tiempo. Ver Anexo B.

3.5.4.6. Estructura de un paquete de datos de SMAC

En la figura 3.16 se muestra como está conformada una trama de datos transmitida o recibida por SMAC.

Figura 3.16 Formato de Ráfaga de Datos.

• Enumeración de la secuencia de los datos para asegurarse de que todos los

paquetes estén seguidos. • La unidad de datos MAC o MPDU, está dentro de la unidad de paquete de datos

PHY o PPDU que también es llamada unidad de servicio PHY, PSDU. • PSDU tiene una longitud máxima de 127 bytes, 2 bytes para la secuencia de

control (Frame Check Sequence).

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• PPDU incluye 4 bytes de secuencia de introducción (preamble), 1 byte de inicio de trama (Start of Frame Delimeter) y 1 byte de longitud de la trama (Frame Length)

• MPDU incluye 2 bytes de control (Frame Control) y 1 byte de secuencia numérica (Data Sequence Number)

• De 4 a 20 bytes son usados para direccionar la información, que pueden incluir información de origen y destino.

• Proporciona capacidad de la carga útil de hasta 104 bytes de datos. • La estructura robusta del marco mejora a recepción en condiciones difíciles. • La secuencia del cheque del capítulo (FCS) se asegura de que los paquetes

recibidos estén sin error.

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CAPÍTULO 4

RESULTADOS OBTENIDOS

Introducción A continuación se presenta el diseño preliminar del dispositivo inalámbrico, así como sus características, diagrama de ensamble, diagrama eléctrico, diseño modelado y fotografías. También se presenta algunas pruebas preliminares de comunicación que se obtuvieron exitosamente y se muestra un prototipo de la interfaz con el usuario donde despliega la información obtenida por el dispositivo inalámbrico. Así también, se da una breve introducción a la herramienta de desarrollo BeeKit que utilizo para el desarrollo de la comunicación inalámbrica. 4.1. Diseño del dispositivo inalámbrico. Básicamente cada uno de los módulos, fuente de poder, modulo sensoria y control, están montados sobre una tarjeta de circuito impreso, como se puede apreciar en la figura 4.1. Diagrama completo ver anexo D. Todos los módulos están interconectados entre sí e interactúan entre ellos para llevar a cabo todas las funciones que el dispositivo requiere.

Figura 4.1 Diagrama de ensamble del dispositivo inalámbrico.

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La fuente de poder alimenta a todos los módulos con una fuente regulada de 3.3V, el sistema completo consume de 20mA (En modo de espera) a 50mA (En modo encendido). El sistema puede ser alimentado por una batería de 3.3V o con una fuente externa. En figura 4.2 se muestra la configuración del relevador de estado sólido:

Figura 4.2. Relevador de estado sólido inalámbrico.

4.1.1. Características del relevador inalámbrico

• El dispositivo inalámbrico combina la eficiencia de un relevador de estado sólido con un la tecnología inalámbrica 802.15.4 SMAC, para controlar y monitorear múltiples relevadores con un solo coordinador.

• Voltaje de alimentación 3-32VDC o con una bacteria de 3VDC. • 16 canales seleccionables con una máxima tasa de transmisión de 250Kbps

sobre el aire en la banda de 2.4GHz ISM. • Rango: 30 m (interiores); 100 m (línea de vista). • Capacidad de hasta 255 dispositivos inalámbricos con un solo coordinador. • Temperatura de operación de -40ºC a 85ºC. • Puede conmutar cargas desde 10 a 125 amperes con ayuda de un disipador. • Puede ser montado sobre cualquier panel. • Puede ser adaptado a cualquier relevador de estado sólido que admita de 3 a

5VDC de control. • LED indicador de estado.

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4.2. Como usar el modulo inalámbrico Esta sección describe las características del dispositivo inalámbrico y que se necesita para su funcionamiento. Componentes:

1. (1) USB Stick coordinator 1322x-USB o (1) Network Coordinator Board 1322x-NCB.

2. (1) Relevador de estado sólido inalámbrico (Mínimo 1 Dispositivo inalámbrico). 3. (2) Baterías alcalinas AAA, (1) Batería CR2032 o Fuente de alimentación. 4. (1) Sistema operativo central (Computadora, Laptop, Etc), Con al menos una

entrada USB. 5. Software de aplicación para el monitoreo de la red.

Configuración del coordinador: La siguiente sección describe como configurar el coordinador con la computadora.

1. Encienda sistema operativo central (Computadora, Laptop, Etc) 2. Conecte el USB Stick coordinator 1322x-USB o un Network Coordinator Board

1322x-NCB dentro un algún puerto USB de la computadora. 3. Encienda el dispositivo coordinador y presionar el botón 1. 4. Esperar que la computadora reconozca el nuevo dispositivo. En caso de algún

error, instalar driver del dispositivo inalámbrico. “C:\Program Files\Freescale\Drivers directory”

5. Configurar puerto serial COMx: a. Baud Rate: 57600 bps. b. Data bits: 8 c. Parity: None d. Stop bits: 1 e. Flow control: None

6. Ejecute el programa de aplicación para monitoreo de la red. 7. Encender dispositivo(s) inalámbrico(s). 8. Sincronizar dispositivo(s) inalámbrico(s) con el coordinador presionando el botón

1 en el dispositivo.

Nota: Si se tiene problemas con la sincronización el dispositivo inalámbrico vea la sección de consejos y depuración.

Consejos y depuración: Consejos y recomendaciones en caso de que no se pueda lograr sincronizar el dispositivo inalámbrico.

En caso de que el dispositivo inalámbrico se apague y el coordinador esté activado, la aplicación sufrirá una des-sincronización. En este caso debe de encender de nuevo el dispositivo inalámbrico y presionar el botón 1 para restablecer la conexión.

En caso de desconectar/desactivar el coordinador de la computadora y el dispositivo inalámbrico este encendido y activado, se debe de apagar el

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dispositivo inalámbrico, conectar el coordinador nuevamente y volver a sincronizar ambos dispositivos.

En la tabla 4.1 se muestra el estatus del LED para los diferentes modos de operación.

Estatus del Coordinador Estatus de LED del dispositivo inalámbrico Buscando dispositivo inalámbrico El LED D1 parpadea rápidamente

Sincronización completa Todos los LED’s en apagado Carga encendida LED D1 en encendido Carga apagada LED D1 en apagado

Listo para usar Todos los LED’s en apagado Transmitiendo/Recibiendo Información LED D1 y D3 parpadean respectivamente

Tabla 4.1 Estatus del dispositivos inalámbrico

4.3. Topología tipo estrella El tipo de red que se requiere para la aplicación es estrella, donde la comunicación se establece entre dispositivos y un solo controlador central llamado coordinador PAN. Típicamente cada dispositivo tiene asociada a una aplicación, así también el coordinador tiene asociada una aplicación en específico y es usado para inicializar o terminar la comunicación de cada dispositivo o de toda la red. El coordinador es el controlador principal y todos los dispositivos que operan a su alrededor son controlados por el coordinador, cada coordinador puede albergar hasta 255 dispositivos que contienen una dirección única de 64 bits. Ver figura 4.3

Figura 4.3 Topología tipo estrella.

4.4. Implementación usando la herramienta BeeKit En esta sección se describirá paso a paso como utilizar la herramienta BeeKit, con la cual se genera el código necesario para una aplicación inalámbrica SMAC.

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Paso 1: Seleccionar el código base. El código base es el núcleo del microcontrolador que se pretende utilizar, por tal motivo se debe de seleccionar el código base acorde al nuestro microcontrolador. Para el caso de la aplicación del dispositivo inalámbrico con el MC1322x SMAC se debe de seleccionar un AMR7. Como se muestra la figura 4.4

Figura 4.4 Selección del código base.

Paso 2: Seleccionar la platilla Las plantillas contienen el código muestra de algunas aplicaciones inalámbricas ya establecidas, es preciso seleccionar la plantilla “Wireless UART” ya que nuestra aplicación se trata de una red inalámbrica. Como se muestra en la figura 4.5

Figura 4.5 Selección de la plantilla.

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Paso 3: Seleccionar el tipo de dispositivo. En esta sección se debe de seleccionar el tipo de dispositivo inalámbrico que se desea programar, ya sea coordinador o nodo. Tal y como se muestra en la figura 4.6

Figura 4.6 Selección de tipo de dispositivo

Paso 5: Configuración del dispositivo. Una vez seleccionado el tipo de dispositivo que se desea programar, se deben de configurar los parámetros para el tipo de aplicación requerida, en esta pantalla se configura los puertos GPIO, frecuencia del cristal, potencia de transmisión, etc. Tal y como se muestra en la figura 4.7

Figura 4.7 Configuración del dispositivo inalámbrico.

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Paso 6: Configurar comunicación UART Es necesario configurar que tipo de configuración UART se necesita ya que es la forma en que se estable la conexión entre el coordinador y la computadora. Tal y como se muestra en la figura 4.8

Figura 4.8 Configuración de la comunicación UART

Paso 7: Inspección y edición de las propiedades En esta sección se puede modificar los parámetros que se establecieron anteriormente, cabe desatacar que es importante revisar que las configuraciones de nuestro dispositivo sean las correctas para evitar futuros problemas de conexión. Ver figura 4.9

Figura 4.9 Inspección de las propiedades.

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Paso 8: Agregar la plantilla al proyecto Se debe de agregar la plantilla al nuevo proyecto, esta contienen todas las configuraciones que se realización con anterioridad. Ver figura 4.10

Figura 4.10 Agregar plantilla al proyecto.

Paso 9: Exportar el proyecto a IAR EWB Una vez agregada la plantilla al proyecto, se debe de exportar el proyecto a IAR EWB, ambiente de trabajo de Freescale donde debes desarrollar tu aplicación. Cuando exportar tu proyecto, BeeKit genera todas las librerías y código fuente necesarios para establecer tu aplicación inalámbrica de una forma sencilla y rápida. Ver figura 4.11

Figura 4.11 Exportar proyecto a IAR EWB

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4.5. Interfaz grafica y monitoreo de parámetros. La interfaz grafica fue desarrollada en ambiente LabView 2009 bajo la dirección de Freescale. El ambiente grafico muestra una manera amigable de presentar y monitorear la información, así también despliega información a detalle del funcionamiento de la red en la sección “Applicacion Log”. Ver figura 4.12

Figura 4.12 Interfaz grafica.

Una vez conectado el coordinador a la computadora por medio de USB, el programa es ejecutado, el interfaz detectara una conexión serial inactiva, es necesario presionar el botón 1 para activar el coordinar y empezar a monitorear. Ver figura 4.13

Figura 4.13 Conexión del coordinador.

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De la misma forma cada uno de los dispositivos inalámbricos que el coordinador detecte se mostrara en la pantalla, junto su dirección (ID) y número de dispositivo. Ver figura 4.14

Figura 4.14 Conexión de los dispositivos inalámbricos.

La información monitoreada por los dispositivos inalámbricos se despliega en la columna izquierda, dando información al instante de los parámetros obtenidos. Desde la pantalla se puede controlar algunos de sus parámetros como el encendido y pagado de la carga con solo dar un click en el icono “On/Off”. Ver figura 4.15

Figura 4.15 Pantalla de monitoreo y control.

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4.6. Fotos del relevador de estado sólido y diseño modelado En la figura 4.15 se muestra fotografías del prototipo del relevador de estado sólido inalámbrico. Y en la figura 4.16 se muestra el diseño modelado.

Figura 4.15 Prototipo del relevador de estado sólido inalámbrico.

Figura 4.16 Diseño modelado del relevador de estado sólido inalámbrico.

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Para el mundo de las comunicaciones inalámbricas existe un sin número de herramientas para el desarrollo de redes de sensores inalámbricas (WSN). Más sin embargo la implementación del protocolo IEEE 802.15.4 SMAC Stack (Simple Media Access Controller) es una de las sencillas que existe en el mercado, quizá la más sencilla que hay. Para la implementación de esta herramienta de igual forma existen diversos fabricantes y diferentes formas de implementación que hacen aun más fácil el acceso a la información que existe para esta herramienta. Debido a los requerimientos del proyecto la implementación de 802.15.4 SMAC facilitó a gran medida el desarrollo de dicho proyecto a pesar del corto tiempo de desarrollo. Se logró desarrollar un dispositivo capaz de solucionar los problemas de un cliente potencial, y más aun, se desarrolló una aplicación con tecnología de última generación, dando una solución atractiva y eficaz a problemas de la misma índole. Así también, se implementó la capacidad de formar redes tipo estrella de hasta 255 dispositivos inalámbricos interactuando con el usuario. Y cada uno de estos dispositivos son capases de monitorear y adquirir información de parámetros donde se encuentran instalados. Este sistema contribuye al desarrollo de nuevas y eficientes aplicaciones de control con relevadores de estado sólido, como lo es la automatización industrial y del hogar. La realización de un relevador de estado sólido inalámbrico beneficia directamente al área de control, ya que el concepto de comunicar sistemas a través de RF permite al diseñador optimizar sus aplicaciones y operar vía inalámbrica sistemas limitados por la distancia o por el medio. La implementación de este producto es relativamente fácil, en la actualidad, las empresas fabricantes ofrecen asesoría personalizada y una extensa gama productos para la implementación exitosa de esta tecnología. Recordemos que para implementar una red inalámbrica es fundamental un análisis de tecnologías acorde a la aplicación que se desea implementar. El tiempo de desarrollo y el costo de la aplicación son factores primordiales en el desarrollo de un dispositivo inalámbrico que se deben de tomar en cuenta a hora de tomar una decisión.

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BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS Bishop, Anthony. 1986. Solid-State Relay Handbook. Crydom Company, USA. Empresa. 2009. Sensing and Communications for the Power Stage of Plastic Injection-Extrusion Machines, Rev 2. Custom Sensors & Technologies, USA. Freescale Semiconductor, Inc. 2009. MC1322x Simple Media Access Controller (SMAC) Reference Manual, Rev. 1.4 Freescale Semiconductor, Inc. USA. Freescale Semiconductor, Inc. 2009. MC9S08QG8 Data Sheet, Rev. 5. Freescale Semiconductor, Inc. USA. Freescale Semiconductor, Inc. 2009. MC13224V, Rev. 1.2. Freescale Semiconductor, Inc. USA. Freescale Semiconductor, Inc. 2008. Simple Media Access Controller (SMAC) User’s Guide, Rev. 1.5. Freescale Semiconductor, Inc. USA. Freescale Semiconductor, Inc. 2009. BeeKit Wireless Connectivity Toolkit User’s Guide, Rev. 1.9. Freescale Semiconductor, Inc. USA. Freescale Semiconductor, Inc. 2008. 802.15.4 Media Access Controller (MAC) MyStarNetworkApp User’s Guide, Rev. 1.4. Freescale Semiconductor, Inc. USA www.freescale.com/zigbee www.freescale.com/802154 http://www.freescale.com/webapp/sps/site/overview.jsp?code=PROTOCOL_SMAC&fsrch=1 http://www.freescale.com/webapp/sps/site/overview.jsp?code=784_LPBBSMAC&fsrch=1

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ANEXOS A. Ejemplo del código para transmitir y recibir información (Aplicación genérica)

void a_simple_rx_callback_fn (void) { ... } ... message_t a_TX_msg; message_t a_RX_msg; ... uint8_t dataTX[smac_pdu_size(TX SIZE)]; uint8_t dataRX[smac_pdu_size(RX SIZE)]; ... uint8_t main() {

/* Initiate the TX message */ MSG_INIT(a_TX_msg, &dataTX, NULL); a_TX_msg.u8BufSize = TX_SIZE; /* Initiate the RX message */ MSG_INIT(a_RX_msg, &dataRX, a_simple_rx_callback_fn); a_RX_msg.u8BufSize = RX_SIZE; ... /* Initiate Radio transceiver */ MLMERadioInit(); ... for(;;) {

/* Process messages in the queue */ process_radio_msg(); ... /* Put in the queue a message to be transmitted */ if([Need to transmit a message]){ MCPSDataRequest(&a_TX_msg); } ... if([Need to receive a message]){ /* Put in the queue an RX message to put the transceiver in reception */ MLMERXEnableRequest(&a_RX_msg, TIME_OUT); } ...

} }

B. MCPSDataIndication

void MCPSDataIndication(tRxPacket *gsRxPacket) {

if (gsRxPacket->u8Status == SUCCESS) {

/* Packet received */ SCITransmitStr(&gsRxPacket->pu8Data[0]); gi8AppStatus = TRANSMIT_ACK;

} if (gsRxPacket->u8Status == TIMEOUT)

{ /* Received TIMEOUT */ gi8AppStatus = TIMEOUT_STATE;

} }

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C. Diagrama eléctrico del dispositivo completo.

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D. Diagrama de ensamble del dispositivo completo.