Sistema de Visualización de Mensajes Inalambrico
DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
¿Se podría diseñar e implementar un sistema o fuente
electrónica de información capaz de facilitar la comunicación entre diferentes
personas en diferentes aspectos como lo son académicos, técnicos, deportivos y
empresariales, y que permita visualizar el día, el mes, el año y la hora
actuales?
JUSTIFICACIÓN
Con el proyecto
“SISTEMA DE VIZUALIZACION DE MENSAJES INALAMBRICO” se quiere solucionar
el problema de comunicación en las instituciones educativas tomando como
énfasis central la institución educativa Politécnico “Álvaro González Santana”,
para luego implementarlo en otros
sitios de interés comercial. Con este proyecto se espera que los diferentes
espectadores visualicen los diferentes mensajes
y así invitar a las personas a las actividades que se van a realizar de
manera eficiente y confiable y de manera efectiva gracias a la ayuda de su
inalmbrico que tiene un alcance aproximado de 100 metros de rango de mensaje.
OBJETIVOS:
OBJETIVO GENERAL:
Diseñar e implementar un dispositivo electrónico que permita
la visualización de mensajes informativos y publicitarios empleando matrices
LED.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- implementar un sistema de comunicación con la PC y el
prototipo para que el usuario pueda de manera rápida y sencilla actualizar el
mensaje empleando la plataforma ARDUINO y optimizando el ejercicio con si
inalámbrico:
- realizar el ensamblaje y puesta en funcionamiento en un
entorno real del sistema diseñado para verificar su correcto funcionamiento.
Vista Posterior.
Vista lateral.
MARCO
TEÓRICO:
- PLATAFORMA ARDUINO:
ARDUINO es una plataforma de electrónica abierta para la
creación de prototipos basada en software y hardware flexibles y fáciles de
usar.
ARDUINO puede tomar información del entorno a través de sus
pines de entrada de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le
rodea controlando luces, motores y otros actuadores. El micro controlador en la
placa ARDUINO se programa mediante el lenguaje de programación ARDUINO el
entorno de desarrollo ARDUINO. Los proyectos hechos con ARDUINO pueden
ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador, si bien tienen la
posibilidad de hacerlo y comunicar con diferentes tipos de software por ejemplo:
Flash, PROCESSING, MAXMSP.
Las placas pueden ser hechas a mano o compradas montadas de
fábrica; el software puede ser descargado de forma gratuita. Los ficheros de
diseño de referencia (CAD) están disponibles bajo una licencia abierta.
- ARDUINO DUEMINALOVE
("2009"):
Es una placa con micro controlador basada en el ATmega168 o
el ATmega328. Tiene 14 pines con entradas/salidas digitales (6 de las cuales
pueden ser usadas como salidas PWM), 6 entradas analógicas, un cristal
oscilador a 16Mhz, conexión USB, entrada de alimentación, una cabecera ISCP, y
un botón de RESET. Contiene todo lo necesario para utilizar el micro
controlador; simplemente se conecta al ordenador a través del cable USB o se
alimenta con un transformador o una batería para empezar a trabajar con él.
"DUEMILANOVE" significa 2009 en italiano que fue el año cuando salió
al mercado, y es el más popular en dentro de las series de placas con USB.
- Características:
Características ARDUINO DUEMINALOVE Micro
controlador ATmega368 (ATmega168 en
versiones anteriores) Voltaje de funcionamiento 5V Voltaje de entrada
(recomendado) 7-12V Voltaje de entrada (limite) 6-20V Pines E/S digitales 14 (6
proporcionan salida PWM) Pines de entrada analógica 6 Intensidad por pin 40 Ma
Intensidad en pin 3.3V 50 Ma Memoria Flash 16 KB (ATmega168) o 32 KB
(ATmega328) de las cuales 2 KB las usa el gestor de arranque (bootloader) SRAM
1 KB (ATmega168) o 2 KB (ATmega328) EEPROM 512 bytes (ATmega168) o 1 KB
(ATmega328) Velocidad de reloj 16 MHz
- Alimentación:
El ARDUINO DUEMILANOVE puede ser alimentado vía la conexión
USB o con una fuente de alimentación externa. El origen de la alimentación se
selecciona automáticamente.
Las fuentes de alimentación externas (no-USB) pueden ser
tanto un transformador o una batería. El transformador se puede conectar usando
un conector macho de 2.1mm con centro positivo en el conector hembra de la
placa. Los cables de la batería pueden conectarse a los pines GND y VIN en los
conectores de alimentación (POWER).
La placa puede trabajar con una alimentación externa de
entre 6 a 20 voltios. Si el voltaje suministrado es inferior a 7V el pin de 5V
puede proporcionar menos de 5 Voltios y la placa puede volverse inestable.
Los pines de alimentación son los siguientes:
VIN. La entrada de voltaje a la PLACA ARDUINO cando se está
usando una fuente externa de alimentación (en opuesto a los 5 voltios de la
conexión USB). Se puede proporcionar voltaje a través de este pin, o, si se
está alimentado a través de la conexión de 2.1mm, acceder a ella a través de
este pin.
5V. La fuente de voltaje estabilizado usado para alimentar
el micro controlador y otros componentes de la placa. Esta puede provenir de
VIN proporcionada directamente por el USB u otra fuente estabilizada de 5V.
3V3. Una fuente de voltaje a 3.3 voltios generada en el chip
FTDI integrado en la placa. La corriente máxima soportada 50mA.
GND. Pines de toma de tierra.
-Memoria El ATmega328 tiene 32KB (el ATmega168 tiene 16 KB)
de memoria flash para almacenar código (2KB son usados para el arranque del
sistema (BOOTLOADER).El ATmega328 tiene 2 KB (Atmega168 1 KB) de memoria SRAM.
El ATmega328 tiene 1KB (ATmega168 512 bytes) de EEPROM, que puede a la cual se
puede acceder para leer o escribir con la [Referente/EEPROM |librería EEPROM]].
-Entradas y Salidas Cada uno de los 14 pines digitales en el
DUEMILANOVE pueden utilizarse como entradas o como salidas usando las funciones
pinMode (), digitalWrite () y digitalRead (). Las E/S operan a 5 voltios. Cada
pin puede proporcionar o recibir una intensidad máxima de 40mA y tiene una
resistencia interna (desconectada por defecto) de 20-50kOhms. Además, algunos
pines tienen funciones especializadas:
-Serie: 0 (RX) y 1 (TX). Usado para recibir (RX) transmitir
(TX) datos a través de puerto serie TTL. Estos pines están conectados a los
pines correspondientes del chip FTDI USB-TO-TTL.
-Interrupciones Externas: 2 y 3. Estos pines se pueden
configurar para lanzar una interrupción en un valor LOW (0V), en flancos de
subida o bajada (cambio de LOW a HIGH (5V) o viceversa), o en cambios de
valor.
-PWM: 3, 5, 6, 9, 10, y 11. Proporciona una salida PWM
(modulación de onda por pulsos) de 8 bits de resolución (valores de 0 a 255) a
través de la función ANALOGWRITE ().
-SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Estos pines
proporcionan comunicación SPI, que a pesar de que el hardware la proporcione
actualmente no está incluido en el lenguaje ARDUINO.
-LED: 13. Hay un LED integrado en la placa conectado al pin
digital 13. DUEMILANOVE tiene 6 entradas analógicas, y cada una de ellas
proporciona una resolución de 10bits (1024 valores). Por defecto se mide de
tierra a 5 voltios, aunque es posible cambiar la cota superior de este rango
usando el pin AREF y la función analogReference().
-RESET. Suministrar un valor LOW (0V) para reiniciar el
micro controlador. Típicamente usado para añadir un botón de RESET a los
shields que no dejan acceso a este botón en la placa.
Comunicaciones EL ARDUINO DUEMILANOVE facilita en varios
aspectos la comunicación con el ordenador, otro ARDUINO u otros micros
controladores. Tanto el ATmega328 como el Atmega168 proporciona comunicación
vía serie UART TTL (5V), disponible a través de los pines digitales 0(RX) y
1(TX). Un chip FTDI FT232RL integrado en la placa canaliza esta comunicación
serie a traes del USB y los drivers FTDI
proporcionan un puerto serie virtual en el ordenador. El software
incluye un monitor de puerto serie que permite enviar y recibir información
textual de la placa ARDUINO. Los LEDS RX y TX de la placa parpadearan cuando se
detecte comunicación transmitida través del chip FTDI y la conexión USB (no
parpadearan si se usa la comunicación serie a través de los pines 0 y 1.
La librería Software Serial permite comunicación serie por
cualquier par de pines digitales del DUEMILANOVE. Tanto el ATmega168 y
ATmega328 también soportan la comunicación I2C (TWI) y SPI. El software de
ARDUINO incluye una librería Wire para simplificar el uso el bus I2C, Para el
uso de la comunicación SPI, mira en la hoja de especificaciones del ATmega168 o
ATmega328.
-Programación El ATmega328 y el ATmega168 en las placas
ARDUINO DUEMILANOVE viene pre cargado con un gestor de arranque (bootloader)
que permite cargar nuevo código sin necesidad de un programador por hardware
externo. Se comunica utilizando el protocolo STK500original (referencia,
archivo de cabecera C). También te puedes saltar el gestor de arranque y
programar directamente el micro controlador a través del puerto ISCP).
-Reinicio Automático (Software) En vez de necesitar
reiniciar presionando físicamente el botón de RESET antes de cargar, el ARDUINO
DUEMILANOVE está diseñado de manera que es posible reiniciar por software desde
el ordenador donde esté conectado. Una de las líneas de control de flujo (DTR)
delFT232RL está conectada a la línea de reinicio del ATmega328 o ATmega168 a
través de un condensador de 100 nano faradios. Cuando la línea se pone a LOW
(0V), la línea de reinicio también se pone a LOW el tiempo suficiente para
reiniciar el chip. El software de ARDUINO utiliza esta característica para
permitir cargar los sketches con solo apretar un botón del entorno. Dado que el
gestor de arranque tiene un lapso de tiempo para ello, la activación del DTR y
la carga del sketch se coordinan perfectamente. Esta configuración tiene otras
implicaciones. Cuando el DUEMILANOVE se conecta a un ordenador con Mac OS X o
Linux, esto reinicia la placa cada vez que se realiza una conexión desde el
software (vía USB). El medio segundo aproximadamente posterior, el gestor de
arranque se está ejecutando. A pesar de estar programado para ignorar datos mal
formateados (ej. cualquier cosa que la carga de un programa nuevo) intercepta
los primeros bytes que se envían a la placa justo después de que se abra la
conexión. Si un sketch ejecutándose en la placa recibe algún tipo de
configuración inicial o otro tipo de información al inicio del programa. El
DUEMILANOVE contiene una pista que puede ser cortada para deshabilitar el
auto-RESET. Las terminaciones a cada lado pueden ser soldadas entre ellas para
rehabilitarlo. Están etiquetadas con "RESET-EN". También se puede
deshabilitar el auto-RESET conectando una resistencia de 110 ohm desde el pin
5V al pin de RESET.
-Protección contra sobretensiones en USB El ARDUINO
DUEMILANOVE tiene un multifusible reinicializarle que protege la conexión USB
del ordenador de cortocircuitos y
sobretensiones. A aparte que la mayoría de ordenadores proporcionan su propia
protección interna, el fusible proporciona una capa extra de protección. Si más
de 500mA son detectados en el puerto USB, el fusible automáticamente corta la
conexión hasta que el cortocircuito o la sobretensión desaparecen.
Características Físicas La longitud y amplitud máxima de la
placa DUEMILANOVE es de 2.7 y 2.1 pulgadas respectivamente, con el conector USB
y la conexión de alimentación sobresaliendo de estas dimensiones. Tres agujeros
para fijación con tornillos permiten colocar la placa en superficies y cajas.
Se tiene en cuenta que la distancia entre los pines digitales 7 y 8 es 160 mil
(0,16"), no es múltiple de la separación de 100 mil entre los otros pines.
- MATRIZ DE LEDS
Una matriz de LED consiste en un arreglo de LED que pueden
ser encendidos y apagados individualmente desde un micro controlador [3]. Se
puede pensar en ella como una pantalla
de pocos pixeles en los cuales pueden presentar gráficos y textos, tanto
estáticos como en movimiento.
-FUENTE DE ALIMENTACIÓN
-Introducción. Una fuente de alimentación estabilizada,
puede construirse de dos modos genéricos, paralelo o serie. Se revisarán los
puntos más importantes a tener en cuenta para construir una fuente de
alimentación estabilizada, con unas características adecuadas para alimentar un
circuito electrónico con especificaciones digitales.[4] El diseño de fuentes de
alimentación estabilizadas mediante reguladores integrados monolíticos
(reguladores fijos), resulta sumamente fácil. Concretamente para 1A (amperio)
de salida, en el comercio con encapsulado TO-220, se dispone de los más
populares en las siguientes tensiones estándar de salida: Tensiones de
salida
Tipo 1A positivo
Tensión/Salida
UA7805 5 UA7806 6 UA7808 8 UA7809 9 UA7812 12 UA7915 15
UA7818 18 UA7824 24 UA7830 30 UA79XX Versión negativo =
Todos estos reguladores tienen en común que son fijos y que
proporcionan adecuadamente refrigerados una corriente máxima, de 1A.
- El Transformador. El transformador para una alimentación
estabilizada debe ser, un transformador separador, esto quiere decir, que ha de
disponer por seguridad, de dos devanados separados galvánicamente
(eléctricamente), no es conveniente utilizar los llamados auto-transformadores
los cuales como se sabe están construidos por una única bobina o devanado, el
cual está provisto de diferentes tomas para obtener varias tensiones de salida,
la verdad es que este tipo de 'transformador' actualmente no se ve muy a
menudo.
Dependiendo de la aplicación a la que se destine la fuente
de energía, deben tenerse en cuenta unos puntos concretos a la hora de decidir
las características del transformador. La tensión en vacío del secundario debe
multiplicarse por la raíz cuadrada de dos (√ 1'42). En cuanto a la intensidad
haremos hincapié en la corriente que se le exigirá a la salida, es decir, si
necesitamos 3A de consumo y el factor de tiempo, esto quiere decir, si el
consumo va a ser continuado o tan solo es un consumo máximo esporádico, como
punto medio.
Hay dos tipos de transformador, los de armadura F o E-I y
los toroidales O, estos últimos tienen un mejor rendimiento, no obstante esto
no es determinante, por otra parte, es importante que los devanados estén
separados físicamente y deben ser de hilo de cobre, no de aluminio, lo que
reduciría el rendimiento.
-El Rectificador. Para rectificar una tensión debemos tener
muy claro el tipo de fuente que vamos a necesitar, en contadas ocasiones
optaremos por una rectificación de media onda, un caso particular es el de un
cargador de baterías sencillo y económico, en todos los demás casos, es muy
conveniente disponer de un rectificador de onda completa, para minimizar el
rizado. Los diodos encargados de esta función han de poder disipar la potencia
máxima exigible además de un margen de seguridad.
El Condensador Electrolítico o filtro. A la hora de diseñar
una fuente de alimentación, hay que tener en cuenta algunos factores, uno de
ellos es la corriente que se le va pedir, ya que éste es, el factor más
importante después de la tensión. Para determinar el valor del condensador
electrolítico que se ha de aplicar a la salida del puente rectificador en doble
onda, para alisar la corriente continua; la regla empírica que se suele
aplicar, suele estar sobre los 2.000 uF por Amperio de salida y la tensión del
doble del valor superior estándar al requerido, o sea, según esto, para una
fuente de 1'5 A a 15 V, el condensador electrolítico debe ser al menos de 3.000
uF/35V.
-El Regulador. En el caso de necesitar corrientes superiores
a 1A, como ya se ha dicho, pueden utilizarse los reguladores de la serie 78HXX,
LM3XX, en cápsula TO-3, capaces de suministrar 5A, no muy habituales. Otro
problema reside en que sólo se disponen de 5V, 12V y 15V, que en la mayoría de
los casos puede ser suficiente. En el supuesto de necesitar una tensión
regulable (ajustable) desde 1'7V a 24V. El regulador a utilizar podría ser uno
de la serie LM317, LM350 o LM338, la diferencia con los anteriores es que el
terminal común, en lugar de estar conectado a masa, es del tipo flotante y por
lo tanto esto permite ajustarle en tensión. Estos con los encapsulados típicos,
TO-220 o TO-3.
- RELOJ DS1307
El DS1307 es un reloj/calendario de baja potencia, el
reloj/calendario del DS1307, provee información de segundos, minutos, horas,
día, fecha, mes y año.
El reloj funciona en cualquiera de los formatos de hora 24 o
12 horas con indicador AM/PM.
El DS1307 tiene un circuito integrado en el sensor de
energía que detecta los fallos de alimentación y cambia automáticamente a la
fuente de respaldo de seguridad.
REGISTRO DE DESPLAZAMIENTO
Son circuitos secuenciales sencillos compuestos por
biestables conectados en serie. Sirve como almacenamiento temporal[6] También
Un registro de desplazamiento es un circuito digital secuencial (es decir, que
los valores de sus salidas dependen de sus entradas y de los valores
anteriores) consistente en una serie de biestables, generalmente de tipo D,
conectados en cascada, que basculan de forma síncrona con la misma señal de
reloj. Según la conexión de la distinta báscula, se tiene un desplazamiento a
la izquierda o a la derecha de la
información almacenada, bits, en las básculas. Es de señalar que un desplazamiento
a la izquierda de un conjunto de bits, multiplica por 2, mientras que uno a la
derecha, divide entre 2. Existen registros de desplazamiento bidireccionales,
que pueden funcionar en ambos sentidos.
Los registros universales, además de
bidireccionales permiten la carga en paralelo.
Dependiendo del tipo de entradas y salidas, los registros de
desplazamiento se clasifican como:
-Serie-Serie: sólo la entrada del primer FLIP-FLOP y la
salida del último son accesibles externamente. Se emplean como líneas de
retardo digitales y en tareas de sincronización. Paralelo-Serie: son
accesibles las entradas de todos los FLIP-FLOPS, pero sólo la salida del
último. Normalmente también existe una entrada serie, que sólo altera el
contenido del primer FLIP-FLOP, pudiendo funcionar como los del grupo anterior.
Serie-Paralelo: son accesibles las salidas de todos los FLIP-FLOPS, pero sólo
la entrada del primero.
Este tipo y el anterior se emplean para convertir datos
serie en paralelo y viceversa, por ejemplo para conexiones serie como el RS232.
Paralelo-Paralelo: tanto las entradas como las salidas son accesibles. Se
usan para cálculos aritméticos.
El C.I 74LS164 es un
registro de desplazamiento de 8 bits con entrada serie y salida paralelo
(síncronas) y una entrada CLR de “borrado asíncrona activa para nivel bajo.
El registro de desplazamiento 74ls164 en el proyecto es usado básicamente para la generación de movimiento en el barrido en las matrices, ademas de que une las matrices de leds para que en estas el mensaje pueda generar movimiento.
XBEE:
Xbee es un protocolo de comunicaciones inalámbrico basado
en el estándar de comunicaciones
para redes inalámbricas IEEE_802.15.4. Creado por Zigbee
Alliance, una organización,
teóricamente sin ánimo de lucro, de más de 200 grandes
empresas (destacan Mitsubishi,
Honeywell, Philips, _ ODEM_ do, Invensys, entre otras),
muchas de ellas fabricantes de
semiconductores. Xbee permite que dispositivos
electrónicos de bajo consumo puedan realizar
sus comunicaciones inalámbricas. Es especialmente útil para
redes de sensores en entornos
industriales, médicos y, sobre todo, domóticos.
Las comunicaciones Xbee se realizan en la banda libre de
2.4GHz. A diferencia de bluetooth,
este protocolo no utiliza FHSS (Frequency hooping), sino que
realiza las comunicaciones a
través de una única frecuencia, es decir, de un canal.
Normalmente puede escogerse un canal de
entre 16 posibles. El alcance depende de la potencia de
transmisión del dispositivo así como
también del tipo de antenas utilizadas (cerámicas, dipolos,
etc) El alcance normal con antena
dipolo en línea vista es de aproximadamente (tomando como
ejemplo el caso de MaxStream, en
la versión de 1mW de potencia) de 100m y en interiores de
unos 30m. La velocidad de
transmisión de datos de una red Xee es de hasta 256kbps.
Una red Xbee la pueden formar,
teóricamente, hasta 65535 equipos, es decir, el protocolo
está preparado para poder controlar en
la misma red esta cantidad enorme de dispositivos.
Entre las necesidades que satisface el módulo se encuentran:
• Bajo costo.
• Ultra-bajo consumo de potencia.
• Uso de bandas de radio libres y sin necesidad de
licencias.
• Instalación barata y simple.
• Redes flexibles y extensibles.
El uso del protocolo Xbee va desde reemplazar un cable por
una comunicación serial
inalámbrica, hasta el desarrollo de configuraciones punto a
punto, multipunto, peer-to-peer
(todos los nodos conectados entre sí) o redes complejas de
sensores. Una conexión típica se
muestra en la Figura 1-1, donde se observa que cada módulo
Xbee posee algún tipo de sensor, el
cual entrega los datos para ser enviados a través de la red
a un Centro que administre la información.
TRANSISTOR:
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para producir una señal de salida en respuesta a otra señal de entrada. 1 Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistencia de transferencia»). Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos celulares, etc.
En el caso de nuestro proyecto el transistor es utilizado como amplificador para que la corriente circule por todo el circuito ya que el arduino no alcanza a distribuirla por este, básicamente amplifican la corriente enviada por el arduino y la distribuyen por el circuito alimentando todo.
DISEÑOS EN LA BAQUELITA:
DISEÑO 1:
DISEÑO 2:
DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SISTEMA:
CONCLUSIONES:
-Se diseñó e implemento un arreglo de LEDS de alto brillo
que permitió una buena visualización de los mensajes; con esto se pudo
comprobar que la matriz de LEDS 32 x 8
fue agradable para el usuario en
la comunicación del mensaje. Y se llevó a cabo con papel PROPALCOTEalgunas
váquelas el cual nos facilitó la mejor conexión y resolución de las pistas de
cobre.
-Se generalizo el mensaje desde la PC hasta la plataforma
ARDUINO visualizándolo a través de la matriz de LEDS de 32 x 8, así de manera rápida, sencilla y
efectiva se transmitió el mensaje
deseado.
-Se realizó el ensamblaje del diagrama del sistema de
visualización a un circuito impreso, y luego se comprobó el respectivo código
ingresado a la plataforma ARDUINO en el circuito impreso. Se presentó un breve inconveniente con un DRIVER
del software ya que la PC no era compatible pero luego se instaló unos nuevos
DRIVERS y se solucionó.
WEBGRAFIA:
www.dinamo.com
www.wikipedia.com
www.google.com/imagenes
Fin.
Gracias..!!
