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“Diseño e Implementación de una Tarjeta de Monitoreo y Control en Forma Remota a
través de la Internet, utilizando la Tecnología
del Microcontrolador PIC18F97J60”
Patricio Sandoya TinocoEfrén Montenegro Viera
“Diseño e Implementación de una Tarjeta de Monitoreo y Control en Forma Remota a través de la Internet, utilizando la
Tecnología del Microcontrolador PIC18F97J60”
• Domótica._Conjunto de servicios proporcionados por sistemas tecnológicos integrados, como el mejor medio para satisfacer estas necesidades básicas de seguridad, comunicación, gestión energética y confort, del hombre y de su entorno más cercano.
SEGURIDAD
COMUNICACION
GESTION
ENERGIA
Personas y Bienes Materiales
Enlace entre interior y exterior de la casa
Automatismos
Control y Distribución Adecuada
“Diseño e Implementación de una Tarjeta de Monitoreo y Control en Forma Remota a través de la Internet, utilizando la
Tecnología del Microcontrolador PIC18F97J60”
CONTROLADOR
ACTUADOR
SENSOR
BUS
INTERFAZ
Gestionar Sistema según programación
Ejecutar y/o recibir orden del controlador
Monitorizar Entorno
Transportar Información
Dispositivos y Formatos en que se muestra la operación.
DISPOSITIVOS
• Tecnología y Protocolos utilizados en la Domótica
– CEBus (Consumer Electronic Bus)• Entornos de control distribuido• Tramas con longitud variable (8bytes – 100bytes)• Medio: Corriente Portadora
– SCP (Simple Control Protocol)• Microsoft y General Electric• Abierto y Libre de Derechos• Medio: Lineas de baja tensión
– BACnet• Protocolo Abierto• Interconexión de sistemas de A/C
– HAVI• Compartir recursos• Firewire o i.link IEEE1394
– Jini• Todos “hablan” con todos y ofrecen servicios• PC´s, cámaras de fotos, móviles, etc
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• Tecnología y Protocolos utilizados en la Domótica
– HAPi (Home ApI)• Especificación y Desarrollo de conjuntos de servidores• Interfaces de programación • Orientado a automatización y control
– TCP/IP (Transmision Control Protocol / Internet Protocol) • Conjunto de protocolos para LAN y WAN
– Zig Bee• Tecnología inalámbrica vía radio, bidireccional• Velocidades 20 KB/s y 250 KB/s
– X-10• Información en AM y frecuencia fija a120 KHz• Amplitud 6 Vpp. (USA) y 2.8 Vpp (Europa)• Medio: Líneas de baja tensión (60 y 50 bps)
– BatiBus• Gestión técnica de edificios• Sensores de unión y actuadores “inteligentes”• Velocidad binaria 4800 bps• CSMA – CA
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• Tecnología y Protocolos utilizados en la Domótica
– EIB (European Instalation Bus)• Comunica a los dispositivos de una instalación eléctrica• Modelo OSI
– EHS• Substituto Europeo de CEBus
– Konnex• Fusión de EIB + BatiBus + EHS• Medio: Par trenzado, Ondas Portadoras, Ethernet, RF
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ETHERNET• Familia de Tecnologías • LAN Acceso Múltiple con
Detección de Portadora y Detección de Colisiones CSMA/CD.
• Capa Física y Enlace de Datos
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ACCESO A LA RED
ESTACIÓN LISTA PARA TRANSMITIR
TRANSMISIÓN DEL MEDIO LIBRE?
INICIA EL ENVÍO DE DATOS
ESPERA POR EL ALGORITMO BACKOFF
ENVÍA SEÑAL JAM
COLISIÓN?
FIN DE LA TRANSMISIÓN
ACCESO A LA RED TERMINADO
NO
SI
NO
SI
NO
SI
Modelo de Referencia OSI• ISO• Compatibilidad• Interoperabilidad
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• Modelo de Referencia OSI
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• Modelo de Referencia TCP/IP
HTTP Telnet
FTP SMTP
TCP, UDP
IP, ICMP, ARP
Dispositivo Controlador
NIC
• Protocolos Utilizados en Modelo TCP/IP– Protocolo de Resolución de Direcciones (ARP)– Protocolo de Internet (IP)– Protocolo de Mensajes de Control de Internet (ICMP)– Protocolo de Datagrama de Usuario (UDP)– Protocolo de Control de Transporte (TCP)– Protocolo de Configuración Dinámica de Estaciones de Trabajo
(DHCP)– Protocolo Simple de Administración de Red (SNMP)– Protocolo de Transferencia de Hipertexto (HTTP)– Protocolo de Transferencia de Archivo (FTP)– Protocolo de Transferencia de Archivos Trivial (TFTP)
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Automatización Industrial
Automatización de Viviendas
Control Comercial
Control Casero
• Características de Alto Rendimiento
– Memoria de Programa Flash Flexible
– Bajo Consumo de Energía– Memoria Lineal de
Programa (2 Mbytes)– Rendimiento de operación
(10 MIPS)– Multiplicador 8 x 8– Avanzada comunicación con
Dispositivos y periféricos
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• Características de Diseño– Tecnología nanoWatt.– Diferentes fuentes de
oscilación.– Memoria Expandida.– Bus de Memoria Externa.– Conjunto Extendido de
Instrucciones– Comunicación– Módulos CCP– Convertidores A/D de 10
bits– Temporizador de Vigía
Extendido (WDT)
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COMPILADOR MPLAB
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Crear Diseño de Alto NivelCompilar, Ensamblar y Enlazar programaProbar el códigoGrabar y Verificar código en Microcontrolador
Componentes Adicionales
Herramientas Compiladoras
• C17• C18• C30
Programadores• PICSTARTPLUS• PRO MATE II• MPLAB ICD 2
Emuladores• MPLAB ICE 2000• MPLAB ICE 4000
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PROGRAMADOR MPLAB ICD2
oEjecución paso a paso de código en tiempo real.
oPuntos de quiebre, Modificación de Registros y Variables.
oMonitoreo y diagnóstico de voltajes y Diodos de Emisión de Luz.
oInterfaz de usuario MPLAB IDE.
o Comunicación entre dispositivo y computador vía RS232 o USB.
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PROGRAMADOR MPLAB ICD2
Fuente de PoderAplicación
USB
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Internet
Tarjeta Controladora
Servidor
Driver o Adaptador
AplicaciónIluminación
DIAGRAMA DE BLOQUES
DEL SISTEMA
Funcion:main();
PROGRAMACION DEL MICROCONTROLADOR
Inicio
Declaración e inicialización de
variables.Inicializar_Tarjeta();
LCDInit();
strcpypgm2ram((char*)LCDText, "ESPOL-FIEC");LCDUpdate();
TickInit();Inicializar_AppConfig();
RB3
Reinicia el contador del tiempo
RB3
Pasaron 4 segundos?
Procedimiento para Borrar la EEPROM(25LC256)
Seteo_Config();
V
F
F
V F
V
· Inicialización del los Protocolos TCP/IP
· Configuramos el modulo EUSART y lo habilitamos como prioridad alta
1
Tareas del los protocolos TCP/IP (chequeo
de paquetes entrantes, procesamiento de paquetes como el
encapsulamiento y desencapsulamiento de los mismos )
DHCPBindCount != myDHCPBindCount
myDHCPBindCount = DHCPBindCount;putrsUART("Nueva Dirección IP: ");
Mostrar_Valor_IP(AppConfig.MyIPAddr);AnnounceIP();
V
F
V
F
Fin
!AppConfig.Flags.bIsDHCPEnabled
myDHCPBindCount = 1; DHCPDisable();
V
F
A
A
PROGRAMACION DEL MICROCONTROLADOR
Funcion:Inicializar_Tarjeta();
Inicio
Configuramos el Puerto J como
salidas
· Configuramos y habilitamos el PLL en el sistema de frecuencia de reloj primario.
· Habilitamos los Pull-Up internos del Puerto B.
· Transmitimos el estado del registro de desplazamiento(vacío) USART.
· Habilitamos el puerto serial y la recepción de datos USART.
· SPBRG=134;· Tasa de Baudios 19.2 KBps· Usamos la configuracion
de tasa alta de Baudios
Habilitamos las prioridades de
interrupción tanto alta como baja
Fin
PROGRAMACION DEL MICROCONTROLADORInicio
Declaración e Inicialización de
variables
Cargamos las configuraciones de red (Nombre de Host, Dirección IP, MAC, Gateway, etc), de nuestra tarjeta a nuestra variable global AppConfig.
· memcpypgm2ram(AppConfig.NetBIOSName, (ROM void*)MY_DEFAULT_HOST_NAME, 16);
· Formato_NetBIOS_Nombre(AppConfig.NetBIOSName);· p = (BYTE*)&AppConfig;· XEEBeginRead(0x0000);· c = XEERead();· XEEEndRead();
c == 0x60u
XEEBeginRead(0x0001);c = 0;
c < sizeof(AppConfig)
*p++ = XEERead();c++;
XEEEndRead();
Grabar_AppConfig();
Fin
V
V
F
F
Funcion:Inicializar_AppConfig();
PROGRAMACION DEL MICROCONTROLADOR
Inicio
Declaración e inicialización de
variables
p = (BYTE*)&AppConfig;XEEBeginWrite(0x0000);
XEEWrite(0x60);c = 0;
c < sizeof(AppConfig)
XEEWrite(*p++);c++;
XEEEndWrite();
Fin
V
F
Funcion:Grabar_AppConfig();
PROGRAMACION DEL MICROCONTROLADOR
Inicio
Declaración e inicialización de
variables
!bQuit
Se muestra el menú en el HiperTerminal mediante el modulo USART
Presiona Tecla?
Utilizamos la función switch para escoger una de las
siguiente opciones:
1. Nombre Host2. Dirección IP3. Dirección Gateway4. Mascara de Subred5. Servidor DNS Primario6. Servidor DNS Secundario7. Habilitar/Deshabilitar el DHCP0. Grabar y Salir->bQuit = 1;
Fin
V
F
V
F
Funcion:Seteo_Config();
PROGRAMACION DEL MICROCONTROLADOR
Inicio
Declaración de Variables
Name[15] = '\0';strupr((char*)Name);
i = 0;
i < 15
Name[i] == '\0'
i < 15
Name[i++] = ' ';
break;
Fin
i++;
V
F
V
FV
F
Funcion:Formato_NeTBIOS_Nombre();
PROGRAMACION DEL MICROCONTROLADORInicio
Declaración e inicialización de
variablesi=0;
i < sizeof(IP_ADDR)
uitoa((WORD)IPVal.v[i], IPDigit);putsUART(IPDigit);
j=0;
j < strlen((char*)IPDigit)
LCDText[LCDPos++] = IPDigit[j];j++;
i == sizeof(IP_ADDR)-1
break;
LCDText[LCDPos++] = '.';
BusyUART()
WriteUART('.');
LCDPos < 32
LCDText[LCDPos] = 0;
LCDUpdate();
Fin
V
F
V
F
V
F
V
F
V
F
Funcion:Mostrar_Valor_IP();
PROGRAMACION DEL MICROCONTROLADOR
Funcion:UART2TCPBridgeISR();
Inicio
Declaración de Variable
PIR1bits.RCIF
i = RCREG;PIR1bits.RCIF = 0;
PIR1bits.TXIF
Copiamos el byte que esta en el
receptor o registro RCREG si no se produce un sobre
flujo
Enviamos el byte que esta en el transmisor o
registro TXREG
FIN
F
V
V
F
Inicio
INTCONbits.TMR0IF == 1
dwInternalTicks++;INTCONbits.TMR0IF = 0;
Fin
F
V
PROGRAMACION DEL MICROCONTROLADOR
Funcion:TickUpdate();
• COMUNICACIÓN SERIAL CON INTERFAZ RS232
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1. Inicio • Programas• Accesorios• Comunicaciones• HyperTerminal
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• COMUNICACIÓN SERIAL CON INTERFAZ RS232
2. Ingresar un nombre para la conexión seguido de Clic en OK.
3. Escoger el apropiado puerto COM del menú inferior. Clic OK.
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• COMUNICACIÓN SERIAL CON INTERFAZ RS232
4. seleccionar la siguiente configuración:
Bits por segundo: 19200
Bits de Datos: 8
Paridad: ninguna
Bits de Parada: 1
Control de Flujo: ninguno
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• COMUNICACIÓN SERIAL CON INTERFAZ RS232
5. Seleccionar Archivo/Propiedades,luego la viñeta Configuraciones en el dialogo ‘Propiedades’. Clic en el botón Configuración ASCII y dar un visto en el cuadro de Eco de los caracteres escritos localmente en el siguiente cuadro de dialogo. Clic en Aceptar para salir y finalmente Aceptar para salir del dialogo ‘Propiedades’.
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• COMUNICACIÓN SERIAL CON INTERFAZ RS232
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• COMUNICACIÓN SERIAL CON INTERFAZ RS2326. Mientras se mantenga
presionado el botón RB3, presionar y soltar el botón MCLR. El Terminal responde con el menú de configuración serial (Figura). En el mismo tiempo, el LCD muestra: “ESPOL-FIEC”. En este punto, soltar el botón RB3.
7. Se procede a realizar las configuraciones deseadas.
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MPFS 2 UTILITY
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Tecnología del Microcontrolador PIC18F97J60”
Construcción de imágenes MPFS2 Cargar imágenes Pre-existentes
MPFS 2 UTILITY
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Tecnología del Microcontrolador PIC18F97J60”
Características Avanzadas de Configuración
Trabajar con ImágenesMPFS Clásicas
“Diseño e Implementación de una Tarjeta de Monitoreo y Control en Forma Remota a través de la Internet, utilizando la
Tecnología del Microcontrolador PIC18F97J60”DISEÑO Y DESARROLLO DE TARJETA CONTROLADORA
“Diseño e Implementación de una Tarjeta de Monitoreo y Control en Forma Remota a través de la Internet, utilizando la
Tecnología del Microcontrolador PIC18F97J60”DISEÑO Y DESARROLLO DE TARJETA CONTROLADORA
LCD
EEPROM
PUERTOSERIAL
MICROCONTROLADOR
CONECTORMODULARRJ45
REGULADORES
BOTONERAS
OSCILADOR
DISEÑO Y DESARROLLO DE TARJETA DE POTENCIA
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Tecnología del Microcontrolador PIC18F97J60”
Amplificación Conmutación Luces
Fuente
Vin0 – 3.3 Vdc.
110 v. AC
110 v. AC
0 – 12V dc.
Vcc12 Vdc.
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DISEÑO Y DESARROLLO DE TARJETA DE POTENCIA
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DISEÑO Y DESARROLLO DE TARJETA DE POTENCIA
TRANSFORMADOR
PUENTE DE DIODOS
RELES 12 V.
LM 2803
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ANALISIS DE FUNCIONAMIENTOTRANSMISION
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RESULTADOS FINALESTRANSMISION
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ANALISIS DE FUNCIONAMIENTORECEPCION
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RESULTADOS FINALESRECEPCION
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Tecnología del Microcontrolador PIC18F97J60”
RESULTADOSTarjeta de Red Intel(R) PRO/100 VE Network Connection
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Tecnología del Microcontrolador PIC18F97J60”
PRECIOS
TARJETA CONTROLADORA $519.75
ADAPTADOR $56.60
TOTAL $576.35
TABLA DE PRECIOS
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Tecnología del Microcontrolador PIC18F97J60”
CONCLUSIONES• La utilización de los protocolos TCP/IP dan los resultados esperados y son la base en la elaboración del código fuente, especialmente en la etapa de conexión a Internet del módulo embebido Ethernet que posee el microcontrolador que utilizamos; además, se pudo observar el trabajo realizado a través de cada una de las cinco capas del modelo TCP/IP como lo demuestra el código.
• El PIC18F97J60 es el indicado para aplicaciones de domótica, ya que su costo no es muy elevado y por medio de una simple lógica de programación nos da la facilidad de desarrollar diferentes tipos de automatizaciones en el hogar o empresa para un mayor control de la misma.
• A pesar de que usamos el programa Dreamweaver versión 8.0, es imprescindible indicar qu puede usarse incluso un editor de textos tan simple como el notepad de Windows.
• Normalmente la interface de fuerza, suele ser bastante tediosa de resolver debido a que hay que hacer un acoplamiento de niveles. Esto lo hemos manejado con el circuito integrado ULN2803AG provisto por TOSHIBA, con lo que no solo superamos lo engorroso del asunto sino que logramos que la etapa de fuerza sea muy pequeña en comparación con los esquemas tradicionales de manejo de relés hechos a base de transistores y adicional a eso permite disminuir el consumo de potencia.
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CONCLUSIONES
• Al hacer la comparación de velocidades entre la tarjeta que diseñamos con el microcontrolador PIC18F97J60 y la tarjeta de red 10/100 Intel® PRO/100 VE Network Connection, pudimos verificar que esa característica era muy similar en ambas, lo cual nos deja muy satisfechos, ya que nuestro objetivo cuando empezamos este proyecto fue lograr un producto que sirva para el control remoto de actividades en el hogar con características que puedan competir en el mercado.
“Diseño e Implementación de una Tarjeta de Monitoreo y Control en Forma Remota a través de la Internet, utilizando la
Tecnología del Microcontrolador PIC18F97J60”
CONCLUSIONES
Muchas Gracias