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ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA

(ICAI)

INGENIERO INDUSTRIAL

SISTEMA DE COMUNICACIONES

GSM Y LOCALIZACIN DE UN

VEHCULO

Autora: Isabel Comas Montero

Director: lvaro Snchez Miralles

Jaime Boal Martn-Larrauri

Madrid

Julio 2013

DOCUMENTO I

MEMORIA

NDICE DE LA MEMORIA

I

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI)


ndice de la memoria

Parte I Memoria .......................................................................................1

Captulo 1 Introduccin .................................................................................1

1.1 Estado del arte ..............................................................................................1

MGM 1 ..................................................................................................................... 3 1.1.1

Giraa_02 ................................................................................................................... 4 1.1.2

4wd1 ......................................................................................................................... 5 1.1.3

Wi-fi robot ................................................................................................................ 5 1.1.4

GPS/GPRS/GSM Mdulo v2.0 .................................................................................. 6 1.1.5

1.2 Motivacin del proyecto ...............................................................................7

1.3 Objetivos .......................................................................................................7

1.4 Recursos ........................................................................................................8

Recursos hardware ..................................................................................................... 8 1.4.1

Recursos software .................................................................................................... 10 1.4.2

1.5 Metodologa ................................................................................................ 10

Captulo 2 Comunicaciones ......................................................................... 13

2.1 Esquema de la arquitectura de las comunicaciones .................................. 13

2.2 Inter-integrated circuit (I2C) ...................................................................... 15

Estructura del mdulo y protocolo ............................................................................ 16 2.2.1

2.2.1.1 Registros .......................................................................................................... 16

2.2.1.1.1 I2CxCON ................................................................................................. 16

2.2.1.1.2 I2CxSTAT ................................................................................................ 16

2.2.1.1.3 I2CxTRN .................................................................................................. 16

NDICE DE LA MEMORIA

II




2.2.1.1.4 I2CxRCV ................................................................................................. 16

2.2.1.1.5 I2CxADD ................................................................................................. 17

2.2.1.1.6 I2CxBRG ................................................................................................. 17

2.2.1.2 Pines ................................................................................................................ 17

2.2.1.2.1 dsPIC33FJ32MC202 ................................................................................. 17

2.2.1.2.2 PIC32MX795F512L ................................................................................. 18

2.2.1.3 Maestro ............................................................................................................ 20

2.2.1.4 Esclavo ............................................................................................................ 21

2.2.1.4.1 Esclavo receptor ....................................................................................... 21

2.2.1.4.2 Esclavo emisor.......................................................................................... 22

programacin de los microcontroladores .................................................................. 23 2.2.2

2.2.2.1 Maestro ............................................................................................................ 24

2.2.2.2 Esclavo ............................................................................................................ 25

2.2.2.2.1 Constantes ................................................................................................ 25

2.2.2.2.2 Estructura de los datos .............................................................................. 27

2.2.2.2.3 Funcin de inicializacin........................................................................... 27

2.2.2.2.4 Interrupcin .............................................................................................. 28

2.2.2.2.5 Funcin de procesamiento de datos ........................................................... 29

Aplicacin del mdulo I2C en la programacin ......................................................... 30 2.2.3

2.2.3.1 Funciones del maestro ...................................................................................... 30

2.2.3.1.1 Inicializacin de la comunicacin .............................................................. 30

2.2.3.1.2 Funciones para pedir coordenadas GPS ..................................................... 31

2.2.3.1.3 Otras funciones del maestro ...................................................................... 32

2.2.3.2 Funciones del esclavo ....................................................................................... 33

2.3 Global Systems for Mobile Communications ............................................ 36

Concepto de red celular............................................................................................ 36 2.3.1

Arquitectura de la red gsm ....................................................................................... 37 2.3.2

Captulo 3 Pantalla tctil ............................................................................. 40

3.1 Multimedia expansion Board (MEB) ......................................................... 40

3.2 Programacin de la pantalla ...................................................................... 41

Funciones de inicializacin ...................................................................................... 42 3.2.1

3.2.1.1 void GOLInit(void) .......................................................................................... 42

3.2.1.2 void TouchInit(void) ........................................................................................ 42

3.2.1.3 GOL_SCHEME GOLCreateScheme(void) ....................................................... 42

Funciones de navegacin ......................................................................................... 42 3.2.2

NDICE DE LA MEMORIA

III




3.2.2.1 WORD GOLDraw(void) .................................................................................. 44

3.2.2.2 WORD GOLDrawCallback() ........................................................................... 45

3.2.2.3 void CreateScreen(void) ................................................................................... 45

3.2.2.4 void TouchGetMsg (GOL_MSG *pMsg) .......................................................... 45

3.2.2.5 void GOLMsg (GOL_MSG *pMsg) ................................................................. 45

3.2.2.6 WORD GOLMsgCallBack (WORD objMsg, OBJ_HEADER *pObj, GOL_MSG

*pMsg) ........................................................................................................................ 46

3.2.2.7 WORD MsgScreen (WORD objMsg, OBJ_HEADER *pObj); .......................... 46

3.3 Diseo de la ventana grfica....................................................................... 46

Objetos o widgets .................................................................................................... 47 3.3.1

Estilos (GOL_SCHEME) ......................................................................................... 50 3.3.2

Ejemplo del diseo de una pantalla .......................................................................... 51 3.3.3

3.4 Pantallas de la interfaz programada .......................................................... 56

Antes de la configuracin de las comunicaciones...................................................... 57 3.4.1

3.4.1.1 Men principal ................................................................................................. 58

3.4.1.2 Info .................................................................................................................. 58

3.4.1.3 Estado GSM ..................................................................................................... 58

3.4.1.4 Estado GPS ...................................................................................................... 58

Durante la configuracin de las comunicaciones ....................................................... 58 3.4.2

Despus de la configuracin de las comunicaciones.................................................. 61 3.4.3

3.4.3.1 Men principal ................................................................................................. 61

3.4.3.2 Info .................................................................................................................. 62

3.4.3.3 Estado GSM ..................................................................................................... 62

3.4.3.4 Estado GPS ...................................................................................................... 62

Captulo 4 Mdulos GSM/GPRS y GPS....................................................... 63

4.1 M2M Daughter board ................................................................................ 63

4.2 Funciones de manejo de los mdulos GSM y GPS .................................... 64

libubx.h ................................................................................................................... 66 4.2.1

4.2.1.1 Funciones de configuracin .............................................................................. 68

4.2.1.2 Funciones de encendido y apagado ................................................................... 68

4.2.1.3 Funciones de conexin y uso de la red GSM ..................................................... 69

4.2.1.4 Funciones de uso del GPS ................................................................................ 71

libgps.h ................................................................................................................... 72 4.2.2

4.3 Aplicacin de los mdulos a la interfaz ...................................................... 73

NDICE DE LA MEMORIA

IV




Obtencin de las coordenadas GPS .......................................................................... 73 4.3.1

Modos de funcionamiento ........................................................................................ 74 4.3.2

4.3.2.1 Instrucciones enviadas por GSM ....................................................................... 74

4.3.2.1.1 Instruccin recibida: GPS .......................................................................... 76

4.3.2.1.2 Instruccin recibida: PC ............................................................................ 76

4.3.2.1.3 Instruccin no reconocida ......................................................................... 77

Captulo 5 Resultados y pruebas realizadas ................................................. 78

5.1 Pantalla Mvil ........................................................................................ 78

5.2 Mvil pic32 Mvil .............................................................................. 79

5.3 PC pic32 PC ...................................................................................... 80

5.4 PC pic32 Mvil .................................................................................. 81

5.5 Mvil pic32 PC .................................................................................. 82

Captulo 6 Conclusiones .............................................................................. 84

Captulo 7 Futuros desarrollos .................................................................... 86

Bibliografa .................................................................................................... 87

Parte II ESTUDIO ECONMICO .......................................................... 89

NDICE DE FIGURAS

V




ndice de figuras

Figura 1. Diseo MGM1 [1] .................................................................................3

Figura 2. Diseo robot Gira_002 [2] .....................................................................4

Figura 3.Base de robot 4WD1 (a) y placa de desarrollo PIC-IO (b) [3] .................5

Figura 4. Diseo Wi-Fi robot [4] ..........................................................................6

Figura 5. Placa GPS/GPRS/GSM Mdulo v2.0 [5] ...............................................6

Figura 6. Tarjeta PIC32 USB starter kit II.............................................................8

Figura 7. MEB .....................................................................................................9

Figura 8. M2M Daughter Board ...........................................................................9

Figura 9. Tarjeta de Control de Sensores v4.0 (TCS4) ..........................................9

Figura 10. Arquitectura inicial robot 4x4 [6] ....................................................... 10

Figura 11. Arquitectura final robot 4x4. .............................................................. 11

Figura 12.Arquitectura de las comunicaciones implementadas............................ 13

Figura 13. Pines de dsPIC33FJ32MC202 [7] ...................................................... 18

Figura 14. Pines de PIC32MX795F512L [11]..................................................... 18

Figura 15. Imagen de conector disponible en MEB [12] ..................................... 19

Figura 16. Diagrama de pines accesibles del PIC32 en el conector de la MEB [12]

........................................................................................................................... 19

Figura 17. Diagrama de flujo simplificado del mdulo maestro [6] ..................... 24

Figura 18. Diagrama de flujo simplificado del mdulo esclavo [6] ..................... 25

Figura 19. Estructura datos I2C enviada por el maestro. ...................................... 27

NDICE DE FIGURAS

VI




Figura 20.Estructura datos I2C enviada por el esclavo. ........................................ 34

Figura 21. Representacin grfica de una red celular [17] ................................... 36

Figura 22. Representacin grfica de la arquitectura de una red GSM [17] ......... 37

Figura 23. Conector para Starter Kit [12] ............................................................ 40

Figura 24. Diagrama de bloques de la pantalla .................................................... 41

Figura 25. Representacin grfica de la pantalla ................................................. 46

Figura 26. Pantalla elegida como ejemplo........................................................... 51

Figura 27. Estado de la pantalla despus del paso 1 ........................................... 52

Figura 28. Diagrama de estados de la pantalla antes de configurar las

comunicaciones .................................................................................................. 57

Figura 29.Diagrama de estados de la pantalla durante la configuracin de las

comunicaciones .................................................................................................. 60

Figura 30. Diagrama de estados de la pantalla despus de la configuracin de las

comunicaciones. ................................................................................................. 61

Figura 31. Pantalla teclado numrico. ................................................................. 62

Figura 32. Diagrama de bloques de M2M Daughter Board [13] .......................... 64

Figura 33. Diagrama de bloques de la prueba n1 realizada. ................................ 78





Figura 38. Fases del ciclo de vida de un producto. .............................................. 91

NDICE DE TABLAS

VII




ndice de tablas

Tabla 1. Caractersticas de robots .........................................................................2

Tabla 2. Variables SCREEN_STATES ............................................................... 43

Tabla 3.Tipos de objetos disponibles en la librera grfica. ................................. 47

Tabla 4. Archivos que constituyen la API ........................................................... 65

Tabla 5. Instrucciones para enviar informacin de manera remota ...................... 74

NDICE DE EXTRACTOS DE CDIGO

VIII




ndice de extractos de cdigo

Cdigo 1. Opciones de configuracin del mdulo I2C ......................................... 23

Cdigo 2. Constantes definidas en el mdulo I2C ............................................... 26

Cdigo 3. Ejemplo de funcin de transmisin ..................................................... 27

Cdigo 4. Funcin de inicializacin del mdulo esclavo de I2C. ......................... 28

Cdigo 5. Funcin de procesamiento de mensajes del mdulo I2C del esclavo .... 29

Cdigo 6.Estrucura de una transmisin de CComunicaI2C ................................. 30

Cdigo 7. Prototipos de las funciones asociadas a las coordenadas en el maestro 31

Cdigo 8. Ejemplo de comunicacin para pedir coordenadas por parte del maestro

........................................................................................................................... 32

Cdigo 9. Funciones del mdulo I2C del maestro ............................................... 32

Cdigo 10. Funcin ProcesarMensajeI2C para el caso de las coordenadas GPS .. 34

Cdigo 11. Funcin GetCoordenadasGPS .......................................................... 35

Cdigo 12.Funciones para navegar por la pantalla .............................................. 43

Cdigo 13.Declaracin de la variable SCREEN_STATES.................................. 44

Cdigo 14. Estructura para crear el objeto WINDOW ........................................ 48

Cdigo 15. Estructura para crear el objeto BUTTON ......................................... 49

Cdigo 16. Estados para el objeto BUTTON ...................................................... 49

Cdigo 17. Estructura GOL_SCHEME .............................................................. 50

Cdigo 18. Definicin colores ............................................................................ 50

Cdigo 19.Creacin de la ventana del ejemplo ................................................... 52

NDICE DE EXTRACTOS DE CDIGO

IX




Cdigo 20. Creacin de los objetos del ejemplo.................................................. 54

Cdigo 21. Funcin de programacin de los eventos asociados a los objetos del

ejemplo .............................................................................................................. 56

Cdigo 22. Parmetros de configuracin red GSM ............................................. 66

Cdigo 23. Declaracin variable UBX_ERROR ................................................. 67

Cdigo 24. Declaracin variable UBX_STATUS ............................................... 67

Cdigo 25. Funciones de configuracin del archivo libubx.h .............................. 68

Cdigo 26. Funciones de encendido y apagado del archivo libubx.h ................... 68

Cdigo 27. Funciones de conexin y uso de la red GSM del archivo libubx.h ..... 69

Cdigo 28. Ejemplo de envo de un SMS ........................................................... 70

Cdigo 29. Funciones de uso del GPS del archivo libubx.h ................................ 71

Cdigo 30. Ejemplo de actualizacin de coordenadas GPS ................................. 71

Cdigo 31. Declaracin de la variable GPS_DATA_RMC ................................. 72

Cdigo 32. Funciones de gestin de datos del GPS ............................................. 73

Cdigo 33. Actualizacin peridica de las coordenadas GPS .............................. 73

Cdigo 34. Prototipo de la funcin GetCoordenadasGPS .................................... 74

Cdigo 35.Funcin RecibirSMS ......................................................................... 76

Cdigo 36. Funcin para comprobar peridicamente si hay informacin para la

TCS4 .................................................................................................................. 76

ACRNIMOS

X




Acrnimos

API Application Programming Interface

GPRS General Packet Radio Service

GPS Global Positioning System

GSM Global System for Mobile Communications

I2C Inter-Integrated Circuit

M2M Machine to Machine

MEB Multimedia Expansion Board

MMS Multimedia Messaging Service

PIN Personal Identification Number

RS-232 Recommended Standard 232

SIM Subscriber Identity Module

SMS Short Message Service

TCS4 Tarjeta de Control de Sensores v4.0

UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter

Memoria




Parte I MEMORIA

Introduccin

1




Captulo 1 INTRODUCCIN

En este proyecto se pretende realizar la infraestructura necesaria para las

comunicaciones va GSM con un vehculo adems de posibilitar su localizacin.

Para poder realizar un enfoque prctico se ha utilizado como vehculo con el que

comunicarse un robot 4x4, proyecto que se inici en el 2007 y que se contina

desarrollando en el IIT.

En este captulo se exponen distintos tipos de comunicacin inalmbrica y

algunos ejemplos de robots controlados de manera remota con el fin de obtener

conocimientos del mbito al que pertenece el proyecto que se ha desarrollado.

Posteriormente se exponen las motivaciones, objetivos y el desarrollo seguido del

mismo.

1.1 ESTADO DEL ARTE

Las comunicaciones inalmbricas proporcionan la posibilidad de transferencia de

datos sin necesidad de cables, por lo que son muy tiles a la hora de controlar

dispositivos que requieren alta movilidad como en este caso, un robot. Existen

diversas formas de comunicacin inalmbrica y a continuacin se muestra un

pequeo apunte de algunas de ellas incluyendo ventajas y desventajas que

proporcionan relacionndolas con ejemplos de robots que se resumen en la Tabla

1.

Introduccin

2




Ref. Descripcin Aplicacin

/Tarjeta GPS Comunicaciones Protocolo Microcontrolador

[1] MGM1 Aplicacin No GSM/GPRS SMS/MMS ATmega8

[2] Giraa_02 Aplicacin No GSM/GPRS Mensajera Motorola

MC9S12DP256 [3] 4WD1 Aplicacin No Bluetooth - PIC16F628

[4] Wi-Fi Robot Aplicacin - Wi-Fi - PIC16F628A

[5] GPS/GPRS/GSM

Module V2.0 Tarjeta S GSM/GPRS

Comandos AT

-

Tabla 1. Caractersticas de robots

Una de las posibilidades al utilizar radio frecuencia es utilizar comunicaciones a

travs de Bluetooth como en 4WD1 (ver [3]). Las limitaciones que tiene es el

rango de accin y que deben de tener visibilidad entre ellos, adems de requerir

un proceso de paridad. No tiene un gran ancho de banda por lo que la transmisin

de datos no es muy elevada.

Se busca resolver los problemas que plantea la conexin mediante Bluetooth y se

encuentra la conexin Wi-Fi, como en el robot [4]. Se resuelven los problemas de

ancho de banda, se evita el problema de la paridad y el rango de accin mejora

(hasta 100 m en espacios abiertos) aunque sigue constituyendo un gran problema

para el control de robots con amplia movilidad.

Para solventar los problemas de rango de accin se pasa a utilizar comunicaciones

va GPRS/GSM como en los ejemplos [1] y [2]. Este tipo de comunicaciones tiene

rango de accin muy elevado puesto que dependen de la red de telefona mvil, es

decir, que siempre y cuando exista cobertura las comunicaciones sern viables. El

ejemplo [5] es una placa que incorpora este tipo de comunicaciones e incorpora

un GPS para sistemas de posicionamiento.

A continuacin se detallan los robots anteriormente mencionados.

Introduccin

3




MGM 1 1.1.1

Este robot se realiz como proyecto en Junio 2005 en la universidad Tshwane

University of Technology. Dicho robot se realiz con la colaboracin de un

operador mvil local, MTN, con el fin de utilizarlo como publicidad del operador

para mostrar al pblico nuevos servicios mejorar su demanda y popularidad.

El robot MGM1 se controla de manera remota mediante un dispositivo de

telefona mvil utilizando GPRS y es capaz de enviar y recibir SMS (Short

Message Services) y MMS (Multimedia Messaging Services).

Figura 1. Diseo MGM1 [1]

El robot se utiliz para mostrar al pblico la importancia del servicio GSM

ofrecido por el operador y como utilizarlo.

Introduccin

4




GIRAA_02 1.1.2

Este robot surge a raz de un proyecto realizado en la Universidad Tecnolgica de

Pereira, Colombia. Se busca estudiar las aplicaciones de GPRS para control de

robots, con el fin de poder controlar el robot a travs de la telefona mvil para no

hacer uso de trayectorias automticas. Dicho estudio se realiza en el robot mvil

Giraa_02 que posee 8 sensores de ultrasonido SRF04 y 8 de infrarrojo GP2D120

para medir distancia. Su sistema de procesamiento de datos est basado en el

microcontrolador Motorola MC9S12DP256 de 16 bits.

Figura 2. Diseo robot Gira_002 [2]

Este vehculo posee un mdulo de comunicacin inalmbrica por RF (Radio

Frecuencia), el cual permite la comunicacin con un ordenador a travs de un

puerto serie va RS-232.

Introduccin

5




4WD1 1.1.3

El control del robot 4WD1 se realiza desde un dispositivo de telefona mvil con

sistema operativo Symbian. Las rdenes se realizan a travs del teclado y se

envan mediante tecnologa Bluetooth a la placa PIC-IO, la cual tiene 4 rels de

salida a travs de los cuales se controla el movimiento de las ruedas. La placa

PIC-IO realiza sus funciones gracias a un micro PIC16F628 el cual recibe

comandos va RS-232.

(a) (b)

Figura 3.Base de robot 4WD1 (a) y placa de desarrollo PIC-IO (b) [3]

WI-FI ROBOT 1.1.4

Este robot surge con la intencin de hacer un coche de control remoto que se

pueda dirigir desde un ordenador. Utiliza un router Linksys WRT54GL, el cual se

ha modificado para aadirle dos puertos serie. Las funciones de control del robot

(avance, retroceso, giro izquierda y derecha) se realizan a travs de un

PIC16F628A, que est a la vez conectado a una placa Arduino Freeduino

MaxSerial, basada en un microcontrolador ATmega168, a travs de la cual se

realizan las conexiones con el router.

Introduccin

6




Figura 4. Diseo Wi-Fi robot [4]

Tambin incorpora una cmara que transmite video al ordenador para poder

dirigir el robot. La distancia de alcance mximo que se pudo conseguir

experimentalmente fueron unos 500 m.

GPS/GPRS/GSM MDULO V2.0 1.1.5

Esta placa es un producto de DFRobot. Tiene capacidad para gestionar conexiones

GPS/GPRS/GSM. Dota al robot y al sistema de control con la capacidad de

mandar SMS y de usar la red GSM.

Figura 5. Placa GPS/GPRS/GSM Mdulo v2.0 [5]

Se controla mediante comandos AT (GSM07.07 ,07.05). El diseo permite

controlar las funciones de GSM y GPS directamente desde el ordenador. Incluye

antena para GPS y GSM.

Introduccin

7




1.2 MOTIVACIN DEL PROYECTO

La necesidad de cambiar el sistema de comunicaciones del robot 4x4 surge al

perder contacto con l, si se aleja ms de una determinada distancia (100 m),

debido a la limitacin del Wi-Fi en espacios abiertos. Se requiere contacto con el

robot 4x4 desde cualquier lugar, por lo que la solucin adquirida es implantar un

nuevo sistema de comunicaciones basado en GSM. Este sistema funcionar

siempre y cuando exista cobertura de la red mvil.

Con este cambio se consigue que la infraestructura utilizada para las

comunicaciones sea menor, puesto que slo es necesario un dispositivo de

telefona mvil que es ms pequeo y manejable para el transporte, cabe en un

bolsillo, que un ordenador con el router necesario para la conexin Wi-Fi.

El principal problema que se presenta al realizar este cambio, es que se quiere

usar una estructura basada en un microcontrolador dsPIC33, puesto que es la

utilizada en el robot 4x4, y como no se ha encontrado ninguna estructura ya

realizada, surge la idea de este proyecto.

1.3 OBJETIVOS

El objetivo principal es el diseo de la infraestructura necesaria para las

comunicaciones y la localizacin de un vehculo. Como se coment al inicio de la

introduccin, se va a utilizar la estructura del robot 4x4 por lo que a continuacin

se exponen los objetivos particularizados.

Introduccin

8




Es necesario implantar un nuevo sistema de comunicaciones, basado en

tecnologa GSM, en un robot 4x4 para poder controlarlo de manera remota sin

estar limitado por la distancia. Como objetivo secundario se plante la integracin

de una pantalla tctil que permite monitorizar el estado del robot 4x4 en todo

momento y, modificar parmetros de control sin tener que recurrir a un ordenador.

Para permitir la localizacin del robot 4x4 es necesario un GPS. No es

absolutamente necesario puesto que el robot 4x4 ya cuenta con un dispositivo

GPS que se puede utilizar, pero se resulta conveniente la instalacin de este nuevo

GPS porque ofrece ciertas ventajas respecto al integrado en la estructura del robot,

es ms pequeo y del mismo fabricante que el resto de las tarjetas.

1.4 RECURSOS

Los recursos utilizados en este proyecto se pueden dividir en dos grandes

subconjuntos: hardware y software.

RECURSOS HARDWARE 1.4.1

PIC32 USB Starter Kit II, MICROCHIP:

Figura 6. Tarjeta PIC32 USB starter kit II

Introduccin

9




MULTIMEDIA EXPANSION BOARD (MEB), MICROCHIP:

Figura 7. MEB

M2M PICtail DAUGHTER BOARD, MICROCHIP:

Esta tarjeta dispone de dos mdulos u-blox, uno GPS y otro GSM/GPRS.

Figura 8. M2M Daughter Board

Tarjeta de Control de Sensores v4.0 (TCS4):

Figura 9. Tarjeta de Control de Sensores v4.0 (TCS4)

Dispositivo de telefona mvil con tarjeta SIM

Ordenador

Dos fuentes de tensin de 12 V.

Equipo de soldadura: Soldador con estao, pinzas.

Introduccin

10




RECURSOS SOFTWARE 1.4.2

MPLAB IDE v8.87, para programar PIC32 USB starter KIT y MEB.

Microsoft Visual Studio 2010, para programar TCS4.

1.5 METODOLOGA

Para ayudar a entender los pasos que se han seguido para cumplir los objetivos del

proyecto se muestra en la Figura 10 la arquitectura inicial del robot 4x4 de la que

se parti. La parte de esta estructura que interesa es la contenida en el cuadro azul.

Se observa que todos los dispositivos estn comunicados con la TCS4 y

controlados desde ella.

Figura 10. Arquitectura inicial robot 4x4 [6]

Como se muestra en la arquitectura final, Figura 11, la TCS4 se comunica con el

PIC32 y este es el que se encarga de controlar el resto del mdulo de las

comunicaciones y la pantalla tctil.

Introduccin

11




Por ello, lo primero que se realiz fue la integracin de la MEB (pantalla tctil)

con dicho PIC32 (Figura 11, cuadro rojo) y la programacin de la interfaz. La

pantalla es necesaria para modificar parmetros in situ y monitorizar las variables

del robot.

Figura 11. Arquitectura final robot 4x4.

A continuacin se implementaron las comunicaciones entre el PIC32 con la M2M

Board (Figura 11, cuadro azul), la cual permite, utilizando los comandos AT

apropiados, la transferencia de datos al dispositivo de telefona mvil. Tambin

obtiene la posicin a travs del GPS.

Una vez implementadas las comunicaciones bsicas entre el PIC32 y un

dispositivo de telefona mvil, se procedi a la conexin del sistema con la TCS4,

que utiliza un dsPIC33, a travs de un mdulo I2C. La TCS4 acta como maestro

del bus y sirve como puente para retransmitir al esclavo las instrucciones que se

envan desde un PC utilizando un driver programado en C++.

Tras la implementacin de todas las comunicaciones se han realizado las pruebas

necesarias para comprobar el correcto funcionamiento utilizando un ordenador

para observar los datos recibidos en la TCS4.

Introduccin

12




Por ltimo, se procedi a la documentacin del trabajo realizado para cumplir los

objetivos (ver 1.3) planteados al inicio del proyecto.

Comunicaciones

13




Captulo 2 COMUNICACIONES

Con este captulo se pretende explicar la estructura y las comunicaciones entre las

distintas tarjetas utilizadas para implementar las nuevas comunicaciones del robot

4x4.

2.1 ESQUEMA DE LA ARQUITECTURA DE LAS

COMUNICACIONES

En la seccin 1.5 se explic en grandes rasgos el procedimiento seguido para la

implementacin de las comunicaciones. En la Figura 12 se muestra un esquema

de los recursos hardware utilizados y la manera en la que estos se comunican para

conseguir las viabilidad de la transferencia de datos.

Figura 12.Arquitectura de las comunicaciones implementadas

Pantalla tctil MEB

pic32

GSM y GPS

TCS4

SPI

RS-232

I2CRS-232

GSM

Comunicaciones

14




El intercambio de datos entre un microcontrolador y sus perifricos puede ser de

dos formas: serie o paralelo.

La comunicacin paralelo enva informacin simultneamente, es decir

varios bits, lo que supone un mayor ms coste por necesitar mayor

cableado adems de ser necesario ms pines del microcontrolador lo que

supone una limitacin.

La comunicacin serie hace todo lo contrario, enva los bits por separado

uno detrs de otro.

La comunicacin serie puede ser a su vez de dos formas: sncrona o asncrona.

Cuando es sncrona existe una seal de reloj que sincroniza los dos

sistemas a comunicar. El esclavo no tiene una base de tiempos propia

puesto que la recibe del maestro. En este proyecto son de este tipo la

comunicacin I2C (Inter-Integrated Circuit, en ingls) y SPI (Serial

Peripheral Interface, en ingls).

Cuando es asncrona no existe dicha seal de reloj, por lo que es necesario

la sincronizacin de los dispositivos de manera hardware o software. En

este proyecto, RS-232.

La comunicacin GSM (Global System for Mobile Communications, en ingls)

es un estndar de segunda generacin, las comunicaciones se realizan de manera

digital, que permite la transferencia de datos de volumen bajo, entre ellos SMS

(Short Messages Services, en ingls).

Ahora se va a proceder a explicar de manera ms detallado y aplicndolo

directamente al proyecto algunos de los distintos tipos de comunicacin.

Comunicaciones

15




2.2 INTER-INTEGRATED CIRCUIT (I2C)

El I2C es un bus de comunicaciones serie half-dplex

1 sncrono de dos lneas. El

bus I2C permite la comunicacin entre varios dispositivos, todos conectados en

paralelo a las dos lneas.

La transferencia de datos siempre se realiza entre dos dispositivos en una relacin

maestro-esclavo. Para que la comunicacin se realice con xito se deben respetar

algunas caractersticas:

La transferencia de datos se lleva a cabo mediante dos lneas, la de datos

(SDA), que es bidireccional, conduce informacin entre el maestro y el

esclavo y la del reloj (SCL), unidireccional siendo salida en el maestro,

que sincroniza los datos que viajan por la otra.

El maestro es quien toma la iniciativa de la comunicacin, es decir quien

genera la seal de reloj y controla cuando se envan o se reciben datos.

Pueden existir varios esclavos en la red por lo que cada esclavo debe estar

identificado por una direccin nica.

El bus I2C se ha utilizado para comunicar el dsPIC33 de la TCS4 (maestro) y el

PIC32 (esclavo).

1 Significa que la comunicacin es bidireccional pero no simultnea.

Comunicaciones

16




ESTRUCTURA DEL MDULO Y PROTOCOLO 2.2.1

Se va a proceder a explicar la estructura del mdulo I2C en ambos

microcontroladores y el protocolo seguido para la transmisin de datos.

2.2.1.1 Registros

Los registros asociados al mdulo I2C son los siguientes: I2CxCON, I2CxSTAT,

I2CxRCV, I2CxTRN, I2CxADD y I2CxBRG.

2.2.1.1.1 I2CxCON

Es un registro de control de I2C formado por varios bits que permiten configurar

distintas funciones entre ellos habilitar el mdulo. Todos lo bits del registro son de

lectura y escritura.

2.2.1.1.2 I2CxSTAT

Registro de estado de I2C que contiene banderas que indican eventos durante el

funcionamiento del mdulo. Si es microcontrolador funciona como esclavo en

este registro se encuentro los bits de estado para saber si se est recibiendo o

enviando informacin y si la informacin son datos o una direccin.

2.2.1.1.3 I2CxTRN

Es el registro de transmisin. Se utiliza tanto cuando se transmite como maestro

como cuando el esclavo enva una respuesta al maestro. Enva el mensaje bit a bit,

por lo que slo se puede escribir cuando el bus no est ocupado.

2.2.1.1.4 I2CxRCV

La informacin recibida tanto por el maestro como por el esclavo se almacena en

un registro no accesible, I2CxRSR. Cuando se ha completado la recepcin de un

byte, este se transfiere al registro I2CxRCV para poder acceder a ella. Es un

registro de slo lectura.

Comunicaciones

17




2.2.1.1.5 I2CxADD

Es el registro donde se almacena la direccin del esclavo. Tiene 10 bits.

2.2.1.1.6 I2CxBRG

En este registro se establece la velocidad de transmisin y el valor que debe tener

ese registro se calcula segn la ecuacin:

[(

) ]

dnde:

FSCL: Frecuencia del reloj I2C deseada

PGD: Pulse Gobbler Delay, especfica para cada micro.

FCY: Frecuencia del oscilador

Los valores ms utilizados son 100 kHz, 400 kHz y 1 MHz. El registro tiene 9 bits

en el dsPIC33 y es el que interesa puesto que al ser el maestro es el que va a

generar la seal de reloj.

2.2.1.2 Pines

El mdulo I2C utiliza slo dos pines, uno para el reloj SCL y otro para datos SDA.

2.2.1.2.1 dsPIC33FJ32MC202

El microcontrolador que acta como maestro dispone de 1 mdulo I2C y sus

correspondientes pines son SCL, pin 17 y SDA, pin 18.

NOTA: I2CxBRG no puede ser un valor menor de 2

Comunicaciones

18




Figura 13. Pines de dsPIC33FJ32MC202 [7]

2.2.1.2.2 PIC32MX795F512L

El microcontrolador que acta como esclavo dispone de 3 mdulos I2C y se ha

elegido el primero, y sus correspondientes pines son SCL, pin 66 y SDA, pin 67.

Figura 14. Pines de PIC32MX795F512L [11]

Comunicaciones

19




No todos los pines del PIC32 estn accesibles y los que s, lo estn a travs de un

conector disponible en la MEB que permite la utilizacin de distintas Microchip

PICtailTM.

Daughter Boards, para este proyecto se ha utilizado la M2M Daughter

Board.

Figura 15. Imagen de conector disponible en MEB [12]

Como el conector disponible en la MEB es de tipo hembra para acceder a los

pines del mdulo I2C del PIC32 se han soldado 3 cables (uno para la lnea SCL

(pin 4), otro para SDA (pin 6) y otro para la tierra (pin 28)) al conector macho de

la M2M Board. Estos cables en su otro extremo disponen de una clavija que

permite conectar los cables a la TCS4.

Figura 16. Diagrama de pines accesibles del PIC32 en el conector de la MEB [12]

Comunicaciones

20




2.2.1.3 Maestro

El maestro en este caso es el microcontrolador de la TCS4 que es el

dsPIC33FJ32MC202. Se va a explicar resumidamente el protocolo I2C seguido en

la transmisin y recepcin de datos desde el punto de vista del maestro. Se van a

utilizar direcciones de 7 bits.

1. El primer paso para iniciar una transferencia de datos es imponer la

condicin necesaria a SDA y SCL. El maestro enva el bit de inicio,

SEN=1, que consiste en una bajada de la lnea de datos (SDA) mientras el

reloj est en reposo a nivel alto.

2. Enviar la direccin del esclavo con el cual se quiere comunicar en los 7

bits ms altos del registro I2CxTRN, estando el bit 0 (R/ ) reservado

para indicar si el maestro va a transmitir o espera respuesta. Para transmitir

desde el maestro R/ =0.

3. Si el esclavo reconoce la direccin, enviar un acknowledge en el noveno

ciclo de reloj. El maestro enva ahora el mensaje byte a byte comprobando

que se ha producido el correspondiente acknowledge de la comunicacin

previa a cada envo.

4. Llegada la comunicacin a este estado se pueden producir dos eventos.

a. El maestro no espera respuesta por lo que enva un bit de parada,

PEN=1, que consiste en una subida de la lnea de datos (SDA)

mientras el reloj est en reposo a nivel alto. Y se termina la

comunicacin.

b. Si el maestro espera respuesta se produce de nuevo la condicin

inicial.

5. Se enva de nuevo la direccin del esclavo, con el bit R/ =1.

6. Si se recibe acknowledge, se habilita la recepcin del maestro, RCEN=1.

7. Cada vez que se recibe un byte se debe enviar informacin al esclavo de si

se va a seguir recibiendo datos o no.

Comunicaciones

21




a. Si se quiere seguir recibiendo se transmite un acknowledge,

ACKDT=0 y ACKEN=1.

b. Si no se quiere seguir recibiendo se transmite un not acknowledge,

ACKDT=1 y ACKEN=1.

8. Al finalizar la recepcin de datos se enva el bit de parada.

2.2.1.4 Esclavo

El esclavo en este caso es el microcontrolador PIC32MX795F512L.

Se va a explicar resumidamente el protocolo I2C seguido en la transmisin y

recepcin de datos desde el punto de vista del esclavo. Se van a utilizar

direcciones de 7 bits.

Se pueden dar dos casos:

Maestro emisor y esclavo receptor

Maestro receptor y esclavo emisor

En cualquiera de los dos casos el control del reloj lo tiene el maestro, la diferencia

radica en el sentido de flujo de la lnea de datos.

2.2.1.4.1 Esclavo receptor

El proceso que se sigue para la recepcin de datos es el siguiente:

1. El esclavo detecta condicin de inicio de transmisin enviada por el

maestro y activa la bandera S (Start bit) y desactiva la bandera P (Stop bit)

del registro I2CxSTAT lo que permite la recepcin de la direccin del

esclavo. Se habilita tambin la retencin del reloj (STREN=1)

Comunicaciones

22




2. Si la direccin recibida coincide con la del esclavo, detecta el valor del bit

R/ que especifica el sentido de la transmisin de datos. En este caso,

para que el esclavo trabaje como receptor se recibe R/ =0. Y como el

ltimo dato recibido era una direccin el bit D/ =0 y se prepara para la

recepcin de datos. Enva un acknowledge al maestro.

3. Cuando se han recibido 8 bits se envan al registro I2CxRSR y la bandera

RBF se pone a uno para detener el reloj y dar tiempo al usuario a leer los

datos sin que el maestro siga enviando datos y produzca un

desbordamiento. Se produce un acknowledge.

4. Los datos recibidos se transfieren al registro I2CxRCV, y el bit D/ se

pone a 1 para indicar datos recibidos. Se borra la bandera RBF y se libera

el reloj, SCLREL=1

5. El proceso se repite infinitamente hasta que se produzca la condicin de

fin de comunicacin, cuando se borra S y se activa P poniendo fin a la

recepcin de datos.

2.2.1.4.2 Esclavo emisor

El proceso que se sigue para enviar la respuesta si es esperada por el maestro es el

siguiente:

1. El esclavo detecta la condicin de inicio o de reinicio segn el caso.

2. Se recibe la direccin con el bit R/ =1 que indica que el maestro espera

respuesta. Se retiene el reloj.

3. Se escribe el dato que se quiere enviar en I2CxTRN y se activa la bandera

TBF.

4. Se libera el reloj y se produce la transmisin de datos. Cuando la

transmisin se completa se borra la bandera TBF.

Comunicaciones

23




5. Ahora se pueden producir dos situaciones:

a. El esclavo detecta un acknowledge del maestro indicando que la

transmisin de datos no se ha completado. Se detiene el reloj y se

vuelve a enviar otra trama.

b. EL esclavo detecta un not acknowledge del maestro indicando que

la transmisin de datos se ha completado. No se detiene el reloj ni

se envan ms datos.

6. Se reconoce el bit de parada.

PROGRAMACIN DE LOS MICROCONTROLADORES 2.2.2

Para el uso del mdulo I2C se ha utilizado el cdigo desarrollado en [6],

aadiendo lo necesario para cumplir los objetivos de este proyecto. Se va a

explicar el proceso seguido por el cdigo para la transferencia de datos tanto en el

maestro como en el esclavo.

El cdigo desarrollado en [6] est pensado para un entorno con un nico maestro

y muchos esclavos. Y es vlido tanto para el maestro como para el esclavo

modificando un parmetro en el archivo I2C.h

Cdigo 1. Opciones de configuracin del mdulo I2C

#define _MAESTRO_ // Opciones de compilacin: _MAESTRO_ y _ESCLAVO_

Comunicaciones

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Para facilitar la portabilidad del cdigo tambin tiene definidos una serie de

constantes como frecuencias de trabajo, prioridades, tamaos de colas,

direcciones, cdigos de instruccin y valores lgicos.

2.2.2.1 Maestro

El mdulo maestro funciona como un puente entre el ordenador y el esclavo. La

TCS4 recibe una comunicacin para el bus I2C a travs de la UART y llama a la

funcin EnlaceI2C, que hace saltar la interrupcin que controla el protocolo. Si se

espera respuesta por parte del esclavo, el maestro la coloca directamente en la cola

de transmisin de la UART para enviarla al PC mediante la funcin

PonerI2CenColaUART.

Figura 17. Diagrama de flujo simplificado del mdulo maestro [6]

No se profundiza ms en la parte del cdigo del maestro porque el uso de esta

parte del cdigo es a nivel de usuario.

Comunicaciones

25




2.2.2.2 Esclavo

En el esclavo, la interrupcin gestiona el proceso y llama a la funcin

ProcesarMensajeI2C para preparar la respuesta. Cuando la instruccin recibida no

espera respuesta se debe llamar a la funcin de procesamiento desde el bucle de

scan.

Figura 18. Diagrama de flujo simplificado del mdulo esclavo [6]

2.2.2.2.1 Constantes

Se han definido una seria de constantes para hacer el cdigo ms legible. Estas

constantes definidas son frecuencias de trabajo, prioridades, tamaos de colas,

direcciones, cdigos de instruccin y valores lgicos.

Comunicaciones

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Cdigo 2. Constantes definidas en el mdulo I2C

// Frecuencias de trabajo #define FSCL 400000 // Velocidad de transmisin del bus I2C en Hz (mx. 1 MHz) // Sentido del flujo de informacin #define ESCLAVO_TR 1 // Esclavo emisor #define ESCLAVO_REC 0 // Esclavo receptor // Tipo de informacin enviada #define DIRECCION 0 #define DATOS 1 // Respuesta esperada? (S/N) #define RESP_SI 1 #define RESP_NO 0 // Tamao de los vectores y colas #define TAM_TR_I2C 125 // Cola de transmisin #define TAM_REC_I2C 125 // Cola de recepcin #define TAM_MED_GPS 85 // Tamao mximo de las medidas del GPS // Prioridad de las interrupciones #define PR_INT_I2C 6 // Direccin #define DIR_GPS 0x0A // Instrucciones #define INST_COORD 5 #define INST_HORA 1 #define INST_FECHA 2 #define INST_SMS 4 #define PING 13 #define INST_SMS_COORD 7 // Instrucciones GSM+PC #define INST_GSM 8 #define INST_GSM_NADA 9 #define INST_GSM_COORD 10

Comunicaciones

27




2.2.2.2.2 Estructura de los datos

Cada vez que se quiere enviar informacin se debe llamar a la funcin de

transmisin correspondiente. En ella se estructuran los datos que se quieren

enviar. La informacin transferida en cualquiera de los dos sentidos debe tener

una estructura determinada para que se pueda procesar.

Figura 19. Estructura datos I2C enviada por el maestro.

Por ejemplo la estructura que se enva cuando se llama a la funcin de transmisin

PING es la siguiente.

Cdigo 3. Ejemplo de funcin de transmisin

2.2.2.2.3 Funcin de inicializacin

Como ya se explic en 2.2.1.2.2 el esclavo es un PIC32 y se han adaptado los

registros de la funcin de inicializacin a su estructura. Se ha de tener cuidado de

inicializar el mdulo I2C antes de la UART tal y como se advierte en [6]

DireccinRespuesta esperada

Nmero de caracteres

Instruccin Parmetros

void CComunicaI2C::PingI2C(const BYTE &b_direccion) { PonerEnColaTransmisionI2C(b_direccion); // Direccin del dispositivo PonerEnColaTransmisionI2C(RESP_SI); // Espera respuesta: S PonerEnColaTransmisionI2C(1); // Nmero de caracteres de datos PonerEnColaTransmisionI2C(INST_PING_I2C); // Instruccin }

Comunicaciones

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Al ser el esclavo se debe indicar cul va a ser la direccin del bus del esclavo, la

cual se almacena en la variable esttica global al mdulo static unsigned char

uc_direccion. Se ha activado la retencin del reloj y se ha limpiado la bandera de

desbordamiento del buffer de lectura I2COV.

Cdigo 4. Funcin de inicializacin del mdulo esclavo de I2C.

2.2.2.2.4 Interrupcin

La interrupcin salta por 3 razones distintas:

Detecta su direccin del esclavo

Recibe datos

Recibe un acknowledge del maestro pidiendo el envo de un byte de datos

void InicializarEsclavoI2C(unsigned char uc_direccion) { I2C1ADD = uc_direccion; // Direccin como esclavo I2C1CONbits.SIDL = 0; // Continuar funcionando en modo suspensin I2C1CONbits.STRICT = 0; // Deshabilitar Intelligent Peripheral Management Interface (siempre para el maestro) I2C1CONbits.A10M = 0; // Direcciones de 7 bits (A10M = 1 para 10 bits) I2C1CONbits.DISSLW = 0; // Habilitar el control del slew-rate (slo para 400 kHz) I2C1CONbits.SMEN = 0; // Deshabilitar niveles SMbus I2C1CONbits.STREN = 1; // Habilitar la suspensin de la transmisin en la recepcin (Esclavo) I2C1CONbits.GCEN = 0; // Deshabilitar las interrupciones para mensajes generales I2C1CONbits.SCLREL = 1; // Transmisin inicialmente despierta (Esclavo) I2C1CONbits.ON = 0; // Mantener el mdulo I2C apagado I2C1STATbits.I2COV = 0; // Limpiar el flag de overflow del buffer de lectura IPC6bits.I2C1IP = PR_INT_I2C; // Prioridad de la interrupcin del maestro (mx. 7 - mn. 1)(PR_INT_I2C=6) IFS0bits.I2C1SIF = 0; // Borrar la bandera de la interrupcin IEC0bits.I2C1SIE = 1; // Habilitar la atencin de las interrupciones del maestro }

Comunicaciones

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2.2.2.2.5 Funcin de procesamiento de datos

La funcin que se encarga de procesar los mensajes realiza la accin pertinente en

funcin de la instruccin recibida. En el Cdigo 5 se muestra como ejemplo la

respuesta que se procesa cuando se detecta la instruccin correspondiente al

PING. En este caso, cuando se detecta la direccin del PING simplemente se

enva de vuelta el nmero de caracteres, la direccin del esclavo que responde, la

instruccin a la que se responde y la respuesta que en este caso es 7 lo cual

indica que el esclavo est activo.

Cdigo 5. Funcin de procesamiento de mensajes del mdulo I2C del esclavo

void ProcesarMensajeI2C(void) { unsigned char uc_instruccion; DeshabilitarInterrupcionesEsclavoI2C(); if (u_procesar_mensaje_habilitado) { while (ui_icola_rec != ui_icabeza_rec) { uc_instruccion = SacarDeColaRecepcionI2C(); interrupcion=1; switch (uc_instruccion) { case PING: // Ping PonerEnColaTransmisionI2C(3); // Nmero de caracteres PonerEnColaTransmisionI2C(DIR_GPS);// Direccin PonerEnColaTransmisionI2C(PING); // Cdigo de instruccin PonerEnColaTransmisionI2C(7); // Respuesta break; } } } HabilitarInterrupcionesEsclavoI2C(); }

Comunicaciones

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APLICACIN DEL MDULO I2C EN LA PROGRAMACIN 2.2.3

Para el uso del mdulo I2C se ha utilizado el driver propuesto en [6]. Dicho driver

est pensado para la comunicacin con todos los sensores y actuadores

disponibles en el robot 4x4. En este caso se van a utilizar las funciones para

obtener las coordenadas GPS.

El maestro se encarga de iniciar la comunicacin y de pedir la informacin que

quiere, el esclavo procesa la informacin y si el maestro espera respuesta prepara

el mensaje de vuelta y cuando el maestro lo permita la enva.

2.2.3.1 Funciones del maestro

2.2.3.1.1 Inicializacin de la comunicacin

La comunicacin la inicia el maestro y lo primero para comenzar una transmisin,

es crear una variable de tipo CComunicaI2C. A partir de ahora dicha funcin se

denominar comunica.

Con esto, todas las instrucciones que se quieran enviar deben ir encerradas entre

las funciones inicio() y comunica().

Cdigo 6.Estrucura de una transmisin de CComunicaI2C

CComunicaI2C comunica; comunica.inicio(); // Funciones

comunica.comunica();

Comunicaciones

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Si alguna de las comunicaciones espera respuesta, sta se procesa y se almacena

en variables privadas que se pueden leer con unas funciones habilitadas a tal

efecto que se explican ms adelante.

2.2.3.1.2 Funciones para pedir coordenadas GPS

El GPS proporciona una gran cantidad de informacin y a pesar de que la funcin

para pedir dicha informacin es la misma, existen varias funciones que permiten

acceder slo a la informacin que interese en cada momento.

Cdigo 7. Prototipos de las funciones asociadas a las coordenadas en el maestro

GetCoordenadasGPS: Devuelve un vector de tipo double en el que el primer

elemento es la latitud y el segundo, la longitud, ambas en grados.

GetLatitudGPS: Devuelve la latitud en grados en formato double.

GetLongitudGPS: Devuelve un double con la longitud en grados.

GetSatlitesGPS: Devuelve el nmero de satlites con el que se han calculado las

coordenadas.

PosicionGPSValida: Indica si las coordenadas proporcionadas por el GPS son

vlidas (true) o no (false).

// Funcin de peticin void LeerCoordenadasGPS(void);

// Funciones de lectura std::vector GetCoordenadasGPS(void) const; double GetLatitudGPS(void) const; double GetLongitudGPS(void) const; unsigned int GetSatelitesGPS(void) const; bool GetPosicionGPSValida(void) const;

Comunicaciones

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Ejemplo de comunicacin para acceder a las coordenadas GPS

Un ejemplo sencillo en que el maestro pide las coordenadas GPS y las

coordenadas GPS se guardan en una variable tipo double denominada

vd_coordenadas.

Cdigo 8. Ejemplo de comunicacin para pedir coordenadas por parte del maestro

2.2.3.1.3 Otras funciones del maestro

Se ha explicado el manejo del mdulo I2C mediante el uso de la funcin necesaria

para obtener la informacin proporcionada por el GPS. El mdulo I2C adems

dispone de otras funciones que permiten gestionar el envo de informacin.

Cdigo 9. Funciones del mdulo I2C del maestro

LeerCoordenadasGPS: Funcin que pide la informacin de GPS.

EnviarSMS: Funcin que pide el envo de un SMS, como parmetros se enva el

nmero de telfono al que se quiere enviar el SMS y el texto del mismo.

DatosGSM: Funcin que pide la informacin disponible para la TCS4 enviada

desde el telfono mvil.

com.inicio(); com.LeerCoordenadasGPS(); com.comunica(); std::vector vd_coordenadas; vd_coordenadas = com.GetCoordenadasGPS();

void LeerCoordenadasGPS(void); void EnviarSMS(const BYTE &b_direccion, const std::string s_mensaje, const std::string s_numero); void DatosGSM(const BYTE &b_direccion);

Comunicaciones

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2.2.3.2 Funciones del esclavo

El esclavo se encarga de procesar la informacin recibida por el maestro cuando

detecta la direccin que tiene asociada. En el caso de detectarla salta una

interrupcin y si el maestro espera respuesta llama a la funcin

ProcesarMensajeI2C para prepararla.

Ejemplo en el que se prepara el mensaje con las coordenadas GPS.

El procedimiento seguido en el esclavo para preparar la respuesta con las

coordenadas es el siguiente.

Cuando se detecta la instruccin INST_COORD que es la asociada a las

coordenadas GPS se activa la bandera interrupcin que se explicar su utilidad

ms adelante. El siguiente paso es llamar a la funcin GetCoordenadasGPS,

Cdigo 11, que devuelve el nmero de caracteres que se van a enviar de vuelta y a

la vez da la forma necesaria al mensaje. Una vez que se conoce el nmero de

caracteres y se tiene el mensaje con el formato correcto se van aadiendo, carcter

a carcter, los datos a la cola de transmisin para ser enviados de vuelta al maestro

cuando lo requiera.

Comunicaciones

34




Cdigo 10. Funcin ProcesarMensajeI2C para el caso de las coordenadas GPS

La funcin GetCoordenadasGPS da el formato adecuado a las coordenadas GPS

para poder enviarlas a travs del mdulo I2C y esa es la parte del cdigo que se

muestra en Cdigo 11. Esta funcin, cuando la bandera interrupcin est

desactivada, actualiza las coordenadas GPS y se guardan en la variable

coordenadasGPS siguiendo la estructura mostrada en la Figura 20.

Figura 20.Estructura datos I2C enviada por el esclavo.

DireccinRespuesta esperada

Nmero de caracteres

Instruccin Parmetros

DIR_GPS INST_COORD 00.0000N000.0000E 06 A

Direccin Instruccin CoordenadasNmero de

satlitesBit de

confirmacin

void ProcesarMensajeI2C(void) {

unsigned char uc_instruccion; unsigned int ui_num_caracteres = 0; int i;

DeshabilitarInterrupcionesEsclavoI2C(); if (u_procesar_mensaje_habilitado) {

while (ui_icola_rec != ui_icabeza_rec) {

uc_instruccion = SacarDeColaRecepcionI2C(); interrupcion=1;

switch (uc_instruccion) {

case INST_COORD: // Pedir GPS ui_num_caracteres = GetCoordenadasGPS(); PonerEnColaTransmisionI2C(ui_num_caracteres); for (i = 0; i < ui_num_caracteres; i++) PonerEnColaTransmisionI2C(c_medidasGPS[i]);

break; }

} interrupcion=0; HabilitarInterrupcionesEsclavoI2C();

}

Comunicaciones

35




En cambio cuando la bandera interrupcin est activada, es decir se est

procesando la respuesta para el maestro, simplemente realiza una copia de la

variable coordenadasGPS a c_medidasGPS y devuelve el nmero de caracteres de

este vector para que el maestro sepa cmo de larga es la respuesta y no termine la

transmisin de datos sin que el mensaje se haya completado.

Cdigo 11. Funcin GetCoordenadasGPS

unsigned int GetCoordenadasGPS(void) {

GPS_DATA_RMC *rmc; static int d=0, m, s; double grados, minutos; unsigned int numero_caracteres=0; int i; if(interrupcion==0) { ubxUpdateGpsContext(GPS_C_RMC); rmc = gpsGetRMC(); coordenadasGPS[0]=DIR_GPS; coordenadasGPS[1]=INST_COORD; coordenadasGPS[2]=0; sprintf(coordenadasGPS,"%s",coordenadasGPS); if (rmc->lat && rmc->lon) { gpsDecimalToDMS(rmc->lat, &d, &m, &s); grados = (float)d; minutos = (float)m; minutos += ((float)s/60); sprintf(coordenadasGPS, "%s%02.0f%2.4f%s", coordenadasGPS, grados,

minutos, rmc->lat_ns); gpsDecimalToDMS(rmc->lon, &d, &m, &s); grados = (float)d; minutos = (float)m; minutos += ((float)s/60); sprintf(coordenadasGPS, "%s%03.0f%2.4f%s", coordenadasGPS, grados,

minutos, rmc->lon_ew); } sprintf(coordenadasGPS,"%s06A",coordenadasGPS); } if(interrupcion==1) { strcpy(c_medidasGPS,coordenadasGPS); numero_caracteres = strlen(c_medidasGPS); } return(numero_caracteres);

}

Comunicaciones

36




2.3 GLOBAL SYSTEMS FOR MOBILE COMMUNICATIONS

La red GSM es un sistema estndar de segunda generacin (2G) usado para la

comunicacin entre telfonos mviles basada en la tecnologa digital. Al ser

digital permite que cualquier usuario pueda conectarse a travs del telfono a su

PC, permitindole interactuar por e-mail, acceder a Internet y acceso seguro a

redes LAN.

El estndar GSM tiene un rendimiento mximo de 9,6 kbps, que permite

transmisiones de voz y de datos digitales de volumen bajo, por ejemplo, mensajes

de texto denominados SMS (Short Message Service, en ingls) o mensajes

multimedia, MMS (Multimedia Messaging Service, en ingls).

CONCEPTO DE RED CELULAR 2.3.1

Las redes de telefona mvil se basan en el concepto de celdas, es decir zonas

circulares que se superponen para cubrir reas geogrficas.

Figura 21. Representacin grfica de una red celular [17]

Comunicaciones

37




Las redes celulares se basan en el uso de un transmisor-receptor central en cada

celda, denominado estacin base, (BTS, Base Transceiver Station).

Cuanto menor sea el radio de una celda, mayor ser el ancho de banda disponible.

En una red celular, cada celda est rodeada por 6 celdas contiguas (por esto las

celdas generalmente se dibujan como un hexgono). Para evitar interferencia, las

celdas adyacentes no pueden usar la misma frecuencia. En la prctica, dos celdas

que usan el mismo rango de frecuencia deben estar separadas por una distancia

equivalente a dos o tres veces el dimetro de la celda.

ARQUITECTURA DE LA RED GSM 2.3.2

La red GSM se compone de diversos equipos:

Figura 22. Representacin grfica de la arquitectura de una red GSM [17]

1. MS (Mobile Station). Es la terminal del usuario. Est compuesta por un

dispositivo, normalmente un telfono mvil, y la tarjeta SIM que

proporciona la identidad al usuario.

Comunicaciones

38




Cada dispositivo posee un nmero nico de identificacin de 15 dgitos

denominado IMEI (International Mobile station Equipment Identity) y cada tarjeta

SIM posee otro cdigo de identificacin denominado IMSI (International Mobile

Subscriber Identity) el cual se puede proteger con un clave de 4 dgitos llamado

cdigo PIN.

2. BTS (Base Transceiver Station). Es un emisor/ receptor de radio capaz de

enlazar las MS con la estructura fija de la red. Las BTS garantizan la

cobertura radioelctrica en una clula, proporcionando un punto de entrada

a la red. Se pueden controlar localmente o remotamente a travs de su

BSC (Base Station Controller).

Por lo tanto, la tarjeta SIM permite identificar a cada usuario independientemente

de la terminal utilizada durante la comunicacin con la estacin base. Las

comunicaciones entre una estacin mvil y una estacin base se producen a travs

de un vnculo de radio, denominado interfaz Um.

3. BSC (Base Station Controller).Toda BTS de una red celular est conectada

a BSC, que se encarga de administrar la distribucin de los recursos. Acta

como un concentrador para el trfico de los abonados.

El sistema compuesto por BSC y BS se denomina BSS (Base Station Subsystem)

4. MSC (Mobile Switching Centre). Es un conmutador de red encargado de

interconectar la red de telefona mvil con la red radiotelefnica. Lo

administra el operador de la red telefnica.

Comunicaciones

39




El MSC pertenece al NSS (Network Subsystem) el cual se encarga de acceder al

centro de autentificacin y de participar en la gestin de movilidad de los

abonados y su localizacin en la red.

Generalmente, el MSC se conecta a bases de datos que proporcionan funciones

adicionales:

HLR (Home Location Register): es una base de datos que contiene

informacin (posicin geogrfica, informacin administrativa, etc.) de los

abonados registrados dentro de la zona del conmutador (MSC).

VLR (Visitor Location Register): es una base de datos que contiene

informacin de usuarios que no son abonados locales. El VLR recupera los

datos de un usuario nuevo del HLR de la zona de abonado del usuario. Los

datos se conservan mientras el usuario est dentro de la zona y se eliminan

en cuanto abandona la zona o despus de un perodo de inactividad

prolongado.

EIR (Equipment Identification Register): es una base de datos que

contiene la lista de terminales mviles.

AUC (Authentication User Center): verifica las identidades de los

usuarios.

Las redes GSM compuestas de esta manera admiten el concepto de roaming, que

es el movimiento desde la red de un operador a otra.

Pantalla tctil

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Captulo 3 PANTALLA TCTIL

La integracin de una pantalla tctil era uno de los objetivos del proyecto para

facilitar la tarea de conocer datos actualizados del robot 4x4 de una manera ms

cmoda, adems de permitir introducir datos.

En este captulo se explica el funcionamiento de la pantalla, mostrando las

funciones utilizadas puesto que la librera grfica aportada por Microchip es muy

extensa.

3.1 MULTIMEDIA EXPANSION BOARD (MEB)

La tarjeta Multimedia Expansion Board (MEB), Figura 7, es donde est integrada

la pantalla tctil adems de varios perifricos ms que no se han utilizado en la

elaboracin de este proyecto. Esta tarjeta no incorpora el microcontrolador pero

est provista de un conector, Figura 23, destinado a cualquier Starter Kit, y en este

caso como se coment en 1.4.1 se ha utilizado PIC32 USB Starter Kit II.

Figura 23. Conector para Starter Kit [12]

Pantalla tctil

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La pantalla es tctil resistiva de TFT de 3.2 con resolucin QVGA (320x240

pxeles) y lleva iluminacin incorporada. La tarjeta MEB tiene incorporado un

controlador, concretamente es Solomon Systech SSD1926, que permite la

configuracin de una interfaz de 8 16 bits con el puerto paralelo del PIC32. El

primer paso para poder programar la pantalla es el elegir el controlador correcto

en funcin de la pantalla (en este caso TFT) y del tipo de interfaz que se quiera

(en este caso 16 bits). El controlador se elegir en el archivo HardwareProfile.h

3.2 PROGRAMACIN DE LA PANTALLA

Para clarificar el funcionamiento bsico de la pantalla se ha creado un diagrama

de flujo representado en la Figura 24 en la que se muestran las distintas funciones

del cdigo que se van ejecutando para despus proceder a explicar cada una de

ellas.

Figura 24. Diagrama de bloques de la pantalla

Ahora se van a explicar las funciones utilizadas para el manejo de la pantalla.

Pantalla tctil

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FUNCIONES DE INICIALIZACIN 3.2.1

Estas funciones se llaman slo una vez al inicio del programa dentro de la funcin

main. Estas funciones son:

3.2.1.1 void GOLInit(void)

Inicializa la librera grfica y crea un estilo por defecto, pantalla en negro y color

para dibujar, blanco. Adems sita el cursor de dibujo en la esquina superior

izquierda (coordenadas (0,0), ver Figura 25) de la ventana grfica.

3.2.1.2 void TouchInit(void)

Habilita la funcin tctil de la pantalla.

3.2.1.3 GOL_SCHEME GOLCreateScheme(void)

Esta funcin se considera de inicializacin porque crea los estilos necesarios para

la creacin de los diversos objetos que componen la librera grfica. Debe

llamarse tantas veces como estilos se necesite crear. Inicializa los valores a unos

predeterminados y pueden modificarse desde cualquier parte del cdigo (ver

3.3.2).

FUNCIONES DE NAVEGACIN 3.2.2

Estas funciones se encuentran dentro del while(1) de la funcin main tal como se

muestra en Cdigo 12.

Pantalla tctil

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Cdigo 12.Funciones para navegar por la pantalla

Las variables utilizadas para navegar por la pantalla son del tipo SCREEN_STATES

y se han declarado dos:

SCREEN_STATES screenState Pantalla actual

SCREEN_STATES prevState Pantalla anterior

Tabla 2. Variables SCREEN_STATES

Los valores que pueden tomar estas variables son las distintas pantallas, Cdigo

13, utilizadas para crear la interfaz y dichos valores se declaran al inicio del

programa, en este caso en el archivo Main.h

int main(void)

{

...

while(1)

{

........

if(GOLDraw())

{

TouchGetMsg(&msg);

GOLMsg(&msg);

}

}

}

Pantalla tctil

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Cdigo 13.Declaracin de la variable SCREEN_STATES

Se observa que por cada pantalla existen dos variables y esto se explicar a

continuacin.

3.2.2.1 WORD GOLDraw(void)

Se encarga de comprobar el estado de todos los objetos activos y de pintarlos

enteros o parcialmente. Cuando ha terminado de dibujar los objetos llama a la

funcin GOLDrawCallBack.

typedef enum { CREATE_MENU = 0, DISPLAY_MENU, CREATE_INFO, DISPLAY_INFO, CREATE_GPS, DISPLAY_GPS, CREATE_GSM, DISPLAY_GSM, CREATE_PRINCIPAL, DISPLAY_PRINCIPAL, CREATE_KEYPAD, DISPLAY_KEYPAD, CREATE_SMS, DISPLAY_SMS } SCREEN_STATES;

Pantalla tctil

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3.2.2.2 WORD GOLDrawCallback()

En funcin del valor de la variable screenState actuar de una manera u otra.

Si screenState es del tipo CREATE_SCREEN:

Llama a la correspondiente CreateScreen y cambia screenState al

tipo DISPLAY_SCREEN.

Si screenState es del tipo DISPLAY_SCREEN:

No realiza ninguna accin para no tener que estar siempre dibujando la

pantalla.

El valor devuelto por esta funcin ser siempre distinto de 0 para devolver el

control de dibujo a la funcin GOLDraw.

3.2.2.3 void CreateScreen(void)

Existe una para cada pantalla que se quiera crear y contiene las estructuras para

crear los objetos. (ver 3.3.1)

3.2.2.4 void TouchGetMsg (GOL_MSG *pMsg)

Comprueba que se ha tocado la pantalla.

3.2.2.5 void GOLMsg (GOL_MSG *pMsg)

Cuando recibe que se ha producido algn evento, revisa todos los objetos activos

y comprueba cual es el que se ha visto afectado por el evento. Si el evento es

correcto llama a la funcin GOLMsgCallBack.

Pantalla tctil

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3.2.2.6 WORD GOLMsgCallBack (WORD objMsg, OBJ_HEADER

*pObj, GOL_MSG *pMsg)

En esta funcin debe estar programado lo que hacer cuando se produzca el evento

asociado a cada objeto. En este caso y dependiendo de la pantalla en la que se

encuentre se llama a la correspondiente funcin MsgScreen y devolver lo que

devuelva sta.

3.2.2.7 WORD MsgScreen (WORD objMsg, OBJ_HEADER

*pObj);

Comprueba el evento que se ha producido y si este lleva alguna accin asociada

aqu es donde se lleva a cabo.

3.3 DISEO DE LA VENTANA GRFICA

Antes de empezar a disear la interfaz es importante apuntar que la pantalla se

trata como un espacio de coordenadas cartesianas con los ejes y el origen tal y

como se muestra en la Figura 25.

Figura 25. Representacin grfica de la pantalla

Pantalla tctil

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OBJETOS O WIDGETS 3.3.1

Microchip proporciona una librera grfica en la que se incluyen diversos objetos

grficos (widgets2) para poder incluirlos fcilmente en la interfaz de la pantalla.

OBJETOS

Button Group Box

Slider Horizontal/Vertical

Scroll Bars

Window Progress Bar

Check Box Static Text

Radio Button Picture

Edit Box Dial

List Box Meter

Tabla 3.Tipos de objetos disponibles en la librera grfica.

Cada objeto tiene unas funciones asociadas que se encuentran en su

correspondiente archivo, por ejemplo si se quisiera conocer las funciones

necesarias para la creacin y el funcionamiento de un botn se debe consultar el

archivo Button.h

2 Pequea aplicacin o programa cuya finalidad es proporcionar informacin grfica.

Pantalla tctil

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Para la creacin de cada objeto existe programada en el archivo correspondiente

una estructura en la que se determinan los diferentes parmetros de aspecto para

poder ser dibujados en la pantalla. Se van a mostrar dos ejemplos. El elemento

bsico que se ha utilizado ha sido WINDOW para dar a la pantalla el aspecto que se

desee. En el Cdigo 14 se muestra la estructura para crear una ventana.

Cdigo 14. Estructura para crear el objeto WINDOW

En el Cdigo 15 se muestra otro ejemplo siendo la estructura elegida la de un

botn por ser una de las ms utilizadas en la interfaz programada.

WINDOW WndCreate

(

WORD ID, // Cdigo de identificacin

SHORT left, // Extremo izquierdo

SHORT top, // Extremo superior

SHORT right, // Extremo derecho

SHORT bottom, // Extremo inferior

WORD state, // Estado inicial del objeto

void *pBitmap, // Puntero al bitmap

XCHAR *pText, // Puntero al texto

GOL_SCHEME *pScheme // Puntero al estilo

);

Pantalla tctil

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Cdigo 15. Estructura para crear el objeto BUTTON

Cada objeto dispone de diferentes estados en los que se puede presentar dibujado

en la pantalla, tambin se pueden combinar, y que estn incluidos en el

correspondiente archivo. En el Cdigo 16 se muestran los estados

correspondientes del objeto tipo botn.

Cdigo 16. Estados para el objeto BUTTON

BUTTON BtnCreate ( WORD ID, // Cdigo de ifentificacin SHORT left, // Extremo izquierdo SHORT top, // Extremo superior SHORT right, // Extremo derecho SHORT bottom, // Extremo inferior SHORT radius, // Radio de las esquinas WORD state, // Estado inicial del objeto void *pBitmap, // Puntero al bitmap XCHAR *pText, // Puntero al texto GOL_SCHEME *pScheme // Puntero al estilo );

#define BTN_FOCUSED 0x0001 // Bit for focus state. #define BTN_DISABLED 0x0002 // Bit for disabled state. #define BTN_PRESSED 0x0004 // Bit for press state. #define BTN_TOGGLE 0x0008 // Bit to indicate button will have a toggle behavior. #define BTN_TEXTRIGHT 0x0010 // Bit to indicate text is right aligned. #define BTN_TEXTLEFT 0x0020 // Bit to indicate text is left aligned. #define BTN_TEXTBOTTOM 0x0040 // Bit to indicate text is top aligned. #define BTN_TEXTTOP 0x0080 // Bit to indicate text is bottom aligned. #define BTN_TWOTONE 0x0100 // Bit to indicate the button is a two tone type. // Note that if bits[7:4] are all zero text is centered. #define BTN_DRAW_FOCUS 0x2000 // Bit to indicate focus must be redrawn. #define BTN_DRAW 0x4000 // Bit to indicate button must be redrawn. #define BTN_HIDE 0x8000 // Bit to indicate button must be removed from screen. #define BTN_REMOVE 0x8000

Pantalla tctil

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ESTILOS (GOL_SCHEME) 3.3.2

Como se introdujo de manera resumida en 3.2.1 es necesaria la existencia de al

menos un estilo con el que dibujar. Ya se explic cmo crear un estilo as que este

aparado se va a centrar en los distintos parmetros que podemos modificar en

cada uno de ellos.

Lo primero es conocer la estructura con la que est organizado el elemento

GOL_SCHEME y que se muestra en Cdigo 17.

Cdigo 17. Estructura GOL_SCHEME

Para los colores se puede definir cualquiera utilizando la estructura mostrada en

Cdigo 18 o utilizando los colores predefinidos que se encuentran en el archivo

PaletteColorDefines.h

Cdigo 18. Definicin colores

typedef struct { WORD EmbossDkColor; // Color oscuro para efecto 3D. WORD EmbossLtColor; // Color claro para efcto 3D. WORD TextColor0; // Color 0 del texto para objetos con texto. WORD TextColor1; // Color 1 del texto para objetos con texto. WORD TextColorDisabled; // Color del texto para objetos deshabilitados. WORD Color0; // Color 0 asignado al estado de un objeto. WORD Color1; // Color 1 asignado al estado de un objeto. WORD ColorDisabled; // Color utilizado para objetos deshabilitados. WORD CommonBkColor; // Color del fondo para ocultar objetos. void *pFont; // Fuente de la letra. } GOL_SCHEME;

Color0 = RGB565CONVERT(10,129,255);

Color1 = RGB565CONVERT(0xD4, 0xE1, 0xF7);

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EJEMPLO DEL DISEO DE UNA PANTALLA 3.3.3

Para aclarar lo explicado en las secciones anteriores se va a mostrar paso a paso

como programar una de las pantallas para la interfaz del proyecto. La pantalla

elegida como ejemplo se muestra en la Figura 26.

Figura 26. Pantalla elegida como ejemplo

Paso 1: Creacin de la ventana.

El primer paso es la creacin de la ventana sobre la que va a trabajar. La ventana

se crea u

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