Implementacion de Un Dispositivo Rastreador de Anaimales Domesticos Por Medio de Radio Frecuencia

Implementación de un Dispositivo Rastreador de Animales Domésticos, por Medio de

Radio Frecuencia.

por

Filiberto Martinez

Presentado a la academia de Sistemas Digitales y Comunicaciones

del Instituto de Ingeniería y Tecnología de

La Universidad Autónoma de Ciudad Juárez

para su evaluación

LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ

Marzo 2009

Alejandra Mendoza Presidente de la academia

___________________________________________

Víctor Hinostroza Asesor

___________________________________________

Filiberto Martinez Alumno

____________________________________________

Introducción

El rastreo es el arte de seguir a una persona, animal o vehículo por medio de la observación de las huellas que va dejando en su caminar. Un buen rastreador no sólo es capaz de seguir esas huellas por sutiles que sean, sino que sabe también deducir por su forma lo que ha hecho aquel a quien sigue, el tiempo que le lleva de delantera, incluso su tamaño, peso y características.

Por años los científicos han estado siguiendo o rastreando animales y las formas en que viven. Muchos lo han hecho por investigación, algunos lo han hecho para ayudar a los animales y para monitorearlos.

Los científicos en la actualidad todavía ponen etiquetas, como los anillos metálicos, para rastrear el movimiento de animales. Pero los anillos no siempre son etiquetas útiles. Esto es porque los animales deben ser capturados nuevamente para que los científicos obtengan algún dato. Desafortunadamente, la mayoría de los animales marcados con etiquetas nunca vuelven a ser vistos de nuevo.

Tecnologías recientes han ayudado a resolver este problema. Etiquetas electrónicas que emiten señales repetitivas que son detectadas por equipos de radio o por satélites. Los científicos pueden rastrear la locación y los movimientos de animales etiquetados sin necesidad de recapturarlos. Estas etiquetas electrónicas pueden aportar un gran caudal de datos. Sin embargo, son más caros que las etiquetas menos tecnológicas, no electrónicas.

En este proyecto se pretende crear un rastreador de animales domésticos, como es el caso de las mascotas, ya que en muchas ocasiones ellos salen de sus viviendas y se pierden, se pretende diseñar un transmisor-receptor para alertar a los dueños cuando su mascota este fuera del rango, así puedan estar alertas y buscar a sus animales.

Antecedentes

Hace ya mas de dos décadas se comenzaron a implementar rastreadores de animales para ayudar a los investigadores a conocer los modos de vida de animales, poder seguir a algunos de ellos , determinar si regresaban a puntos de origen o si su estado era continuamente migratorio conocer a donde se dirigían.

Las etiquetas de seguimiento electrónico han dando a los científicos una imagen completa, y exacta de los patrones de migración. Por ejemplo, cuando los científicos usaron radiotransmisores para rastrear una manada de caribúes, descubrieron dos cosas importantes. Primero, descubrieron que la manada se mueve antes de lo que se pensaba. Segundo, descubrieron que cada año la manada vuelve aproximadamente al mismo lugar para dar a luz. Esta información hubiera sido difícil de obtener con el marcado con etiquetas de "baja tecnología".

Existen varios dispositivos con fines similares a este proyecto como es el caso del “Pet Detective” creado por Telepet, su descripción es la siguiente:

La unidad GPS de seguimiento de compañía tiene una antena que recibe una señal de una estación de base en el hogar. La señal es modificable a partir de 30.48 metros hasta los 91.44 metros de diámetro. Si la unidad deja de recibir la señal porque el perro ha sobre pasado la cerca virtual, la unidad va a conseguir localizar los satélites GPS y la transmisión será a través de un módem GSM para su ubicación. Tiene una luz estroboscopia que se puede ver en más de 30.48 metros de distancia cuando el equipo está en "Lost Pet Mode" y permite al propietario saber por SMS, fax y correo electrónico cuando la batería está baja. La estación base es también un cargador de batería y viene con 2 baterías recargables por lo que siempre hay una batería de listo. Cuando la unidad está recibiendo la señal de la base, todos los componentes, la antena y una pequeña parte del firmware se desactivar para ahorrar energía en el sistema de gestión de energía.

Fundamentos teóricos

Un sistema de comunicación de dos vías básico consiste en la estación base y una o más unidades móviles. La estación base con su punta del control o de operación generalmente está situada en un lugar fijo. Los móviles comunican con la base por mismo el de alta frecuencia o los conjuntos ultra de alta frecuencia del transmisor y del receptor configurados lo más a menudo posible como transmisores-receptores.

Un transmisor-receptor es una combinación de transmisor y de receptor que tienen un control de frecuencia común e incluida generalmente en un solo conjunto. Los transmisores-receptores se utilizan extensivamente en la comunicación por radio de dos vías en todas las frecuencias y en todos los modos.

Transmisor

La función de un transmisor en un sistema de comunicaciones es la de formar la señal a transmitir sobre la frecuencia portadora. Para ello un transmisor debe generar la señal portadora, con la estabilidad adecuada, modularla con la señal que contiene la información, amplificarla hasta el nivel deseado para su transmisión y filtrarla limitando el ancho de

banda a la banda necesaria para su transmisión, generando de este modo el mínimo de interferencias con otros sistemas. Independientemente del tipo de señales que se deseen transmitir, el esquema general de un transmisor es como el siguiente.

Receptor

Las funciones de un receptor en un sistema de comunicaciones se pueden resumir en seleccionar, amplificar y demodular la señal deseada, separándola en lo posible del resto de las señales y del ruido que la acompaña. A continuación se presenta un esquema típico de las funciones típicas de un receptor, con independencia del tipo de señal que se desee recibir.

Un sistema transmisor receptor de radio frecuencia mediante micro controlador comprende un circuito de dos partes: un transmisor y un receptor, caracterizado en primer lugar porque el circuito envía una serie de pulsos de modulación digital y amplitud codificada y continua con ayuda de un micro controlador el cual genera una serie de pulsos sucesivos que son capturados por un transmisor de radiofrecuencia y enviados al espacio, y caracterizado en segundo lugar porque el receptor captura dichos pulsos y luego de su demodulación entrega una señal al micro controlador, el cual decodifica y analiza la señal recibida.

Fuentedeseñal

Modulador

Amplificador

Filtrodepasobanda

Antena

SIntetizadordefrecuencia

Antena

Amplificador

Filtrado

Demodulación

Presentaciónbandabase

Metodología

Objetivo general

Diseñar e implementar un dispositivo para el rastreo de animales por medio de un transmisor-receptor de radio frecuencia, para la rápida localización y seguridad de animales domésticos.

Objetivos específicos

Realizar investigación documental sobre el tema

Investigar sobre componentes y partes para este proyecto

Comprar los componentes y partes necesarios para realizar el proyecto

Desarrollar prototipo de dispositivo

Construir prototipo y realizar pruebas

Realizar mediciones y pruebas de confiabilidad

Documentación del proyecto

Metas

Etapa: Diseño

1. Investigar al menos 5 fuentes de información sobre transmisores/receptores y

técnicas de técnicas de implementación para la primer semana de agosto

Acciones meta 1:

1.1. Investigar con el asesor las principales fuentes de información sobre el tema.

1.2. Investigar en la Biblioteca Otto Campbell.

1.3. Investigar en Internet las mejores fuentes de información.

1.4. Investigar en revistas y artículos.

2. Búsqueda de materiales y adquisición de los mismos para el proyecto para la última

semana de enero.

Acciones meta 2:

2.1. Buscar proveedores para comprar el receptor y transmisor.

2.2. Conseguir y comprar conectores adecuados.

2.3. Estudiar el software y los fundamentos de programación para el micro

controlador.

2.4. Estudiar los analizadores de redes y de espectro.

2.5. Conseguir material para hacer el circuito impreso.

3. Aprender a utilizar el software de diseño para la segunda semana de Agosto.

Acciones meta 3:

3.1. Identificar las funciones y opciones del software.

3.2. Familiarizarnos con el manejo del software.

3.3. Realizar diseños preliminares.

4. Realizar diferentes diseños del micro controlador para la primera semana de Agosto.

Acciones meta 4:

4.1. Realizar la programación para el micro controlador.

4.2. Simulación de funcionamiento del micro controlador.

4.3. Generar circuito para tablilla impresa.

Etapa: Construcción

5. Construir el prototipo del transmisor-receptor para la segunda semana de marzo.

Acciones meta 5:

5.1. Hacer circuito impreso en la tablilla.

5.2. Soldar conectores.

Etapa: Pruebas

6. Comprobar el funcionamiento del transmisor-receptor

Acciones meta 6:

6.1. Probar el transmisor-receptor.

6.2. Comparar el funcionamiento del transmisor-receptor con el diseño realizado.

6.3. Tomar nota y sacar conclusiones sobre el rendimiento del prototipo.

6.4. Realizar al menos 4 pruebas para confirmar el buen funcionamiento.

7. Terminar la documentación y reporte final para la primera semana de mayo.

Acciones meta 7:

7.1. Documentar las actividades realizadas.

7.2. Organizar la documentación por fechas propuestas.

7.3. Revisar la ortografía.

7.4. Revisar que la documentación esté correcta.

7.5. Revisar que no descartemos una actividad realizada.

7.6. Realizar la impresión del documento ya una vez terminado.

Requerimientos y materiales

Requerimientos para la meta 1:

• Asesoramiento.

• Credencial de la UACJ.

• Computadora con internet.

• Visitar la biblioteca Otto Campbell.

Requerimiento para la meta 2:

• Software para la programación del transmisor-receptor y del micro controlador.

• Manual de analizador de redes.

• Conocer fundamentos de los transmisores-receptores.

• Conectores necesarios.


• Computadora personal (PC) o Laptop.

• Software de diseño.

• Manipulación de las herramientas del software.


• Diseño del micro controlador realizado en el software.

• Diseño de circuito simulado.

• Diseño terminado en tablilla


• Material para prototipo del transmisor-receptor.


• Analizador de espectro

• Analizador de redes.


• Computadora

• Impresora.

Calendarización

Agosto Septiembre Octubre Etapa: Diseño Semanas Semanas Semanas

Actividad 1.1 1 Actividad 1.2 1 Actividad 1.3 2

Actividad 1.4 2 Actividad 2.1 3 Actividad 2.2 3 Actividad 2.3 3 Actividad 2.4 4 Actividad 2.5 4 Actividad 3.1 1 Actividad 3.2 2 Actividad 3.3

3 3

Actividad 4.1 4 Actividad 4.2 4 Actividad4.3 1

Octubre NoviembreEtapa:Construcción Semanas Semanas

Actividad5.1 1 2

Actividad5.2 1 2

Octubre NoviembreEtapa:Pruebas Semanas Semanas

Actividad6.1 2 3 Actividad6.2

3

Actividad6.3 3

Actividad6.4 4 4 Actividad7.1 1 Actividad7.2 1 Actividad7.3 2 Actividad7.4 2 Actividad7.5 2 Actividad7.6 3

Referencias

Sierra Pérez, Manuel/Galocha Iragüen, Belén/Fernández Jambrina, José Luís/SierraCastañerManuel.“ElectrónicadeComunicaciones”.Ed.PearsonPrenticeHall.

RobertC.Dixon.RadioreceiverDesign.Ed.MarcelDekker

http://es.wikipedia.org/wiki/Seguimiento_de_la_migración_de_animales

http://grupo.poseidon304.net/tecnicas/campismo_rastreo.htm

http://www.fs.fed.us/pnw/starkey/tracking.shtml

http://www.freepatentsonline.com/5603094.html

http://www.articlegarden.com/es/Article/Need‐to‐Know‐the‐Basics‐about‐Communication‐‐‐Two‐Way‐Radio‐Communication‐Devices/61546

http://co.patentesonline.com/sistema‐transmisor‐receptor‐de‐radiofrecuencia‐ask‐mediante‐microcontrolador‐48693.html

http://www.gps‐practice‐and‐fun.com/gps‐pet‐tracking.html

i

RASTREO INALÁMBRICO DE ANIMALES

Por

Filiberto Martinez Mendoza

Presentado a la Academia de Sistemas Digitales y Comunicaciones

Del Instituto de Ingeniería y Tecnología de

La Universidad Autónoma de Ciudad Juárez

Para obtener el título de

INGENIERO EN SISTEMAS DIGITALES Y COMUNICACIONES

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ

Noviembre del 2010

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE el DAD JUÁREZ Instituto de Ingeniería y Tecnología

EVALUACIÓN DE EXAMEN Fecha: 29 de Noviembre del 2010 PROFESIONAL INTRACURRICULAR Horario: 11 :00 - 13:00 HRS. NIVEL: LICENCIATURA

TEMA: lllmplementación de un dispositivo rastreador de animales domésticos por medio de radio frecuencia"

La evaluación del examen profesional intracurricular consta de 4 partes: (Desarrollado en 1 hora)

1°._ Exposición por parte de los alumnos (máximo 20 minutos). 2°._ Réplica por parte del jurado. 3°._ Comentarios y/o recomendaciones. 4°_ Entrega de resultados.

Nombre del alumno: Filiberto Martínez Mendoza

Calificación Maestro de la materia (30%) z.s Calificación Director de Trabajo (40%)

Calificación del Jurado (30%)

TOTAL _-----"21""'-'__

Se recomienda que el documento se deposite para consulta en la BIBLIOTECA SiD NoD

Director de Trabajo Jurado Coordinador de la Materia "Proyecto de Titulación"

" <di Dr. Víclor Monuel Hinosfroza Zubio MIro. Morlho Lucio Torres Lozano

DEPARTAME T DE INGENIEklA E ECTRI A

y COMPUT

FIRMADO EN ORIGINAL

iii

Declaración de Originalidad

Yo Filiberto Martinez Mendoza declaro que el material contenido en esta publicación fue

generado con la revisión de los documentos que se mencionan en la sección de Referencias es

original y no ha sido copiado de ninguna otra fuente, ni ha sido usado para obtener otro título

o reconocimiento en otra Institución de Educación Superior.

________________________

Filiberto Martinez Mendoza

iv

Agradecimientos

Con amor, admiración y agradecimiento:

A mis padres que a lo largo de toda mi vida me han apoyado en las decisiones buenas

y malas que he tomado, sin condición ni pesares; A Valeria Montiel quien a lo largo de seis

años fue gran motivadora en momentos en los que no quería continuar, además madre de mi

hijo Leonardo que aunque no esté con vida siempre existirá en mi corazón; Mi hermano

quien me ha hecho reír en momentos difíciles y me ha mostrado la forma de ser una persona

fuerte; a Dios que sin lugar a duda me ayudado a lo largo de mi vida dando luz para seguir mi

camino cuando no encuentro salida. Gracias.

Especiales agradecimientos al Profesor Sergio Lujan Maldonado, a Juan Manuel

Gómez Trinidad y al Dr. Víctor M. Hinostroza Zubia, sin su ayuda y guía nunca me hubiera

sido posible completar este proyecto, a todos ustedes muchísimas gracias.

v

Lista de figuras

Figura 2.1 Pet detective por Telepet…………………………………………………………...3

Figura 2.2 Detector de mascotas RoamEO……………………………………………………4

Figura 2.3 Collar RoamEO…………………………………………………………………….4

Figura 2.4 Detector de perro Garmin Astro.…………………………………………………..5

Figura 3.1.1 Cargas eléctricas…………………………………………………………………6

Figura 3.1.2 Modulación de señal……………………………………………………………..7

Figura 3.3.1 Propagación multi-trayectoria. …………………………………………………13

Figura 3.3.2 Señal transmitida (a) y señal recibida (b). ……………………………………..14

Figura 3.3.3 formas de propagación. ………………………………………………………...16

Figura 3.3.4 Desvanecimiento, (a) positivo y (b) negativo…………………………………..16

Figura 3.3.5 Desvanecimiento (a) a alta escala, (b) a baja escala. …………………………..17

Figura 3.4.1 Propagación sobre terreno plano………………………………………………..20

Figura 3.4.2 Reflexión especular…...………………………………………………………...20

Figura 3.4.3 Criterio Rayleigh para superficies irregulares. ………………………………...22

Figura 4.1 Diagrama de bloques AT89S52…………………………………………………..29

Figura 4.2 Diagrama a bloques del puerto serie en el 89S52………………..………………34

Figura 5.1 Señal de prueba…………………………………………………………………..35

Figura5.2 Diagrama de bloques del rastreador de animales…………………………………36

Figura 6.1 Hyper terminal Tx………………………………………………………………..37

Figura 6.2 Osciloscopio Tx…………………………………………………………………..37

Figura 6.1 Hyper terminal Rx………………………………………………………………..38

Figura 6.2 Osciloscopio Rx…………………………………………………………………..38

vi

Lista de Tablas

Tabla 3.2.1 Espectro radio eléctrico…………………………………………………………...9

Tabla 3.2.2 Longitudes de onda………………………………………………………..…….12

Tabla 4.1 Definición Transmisor-receptor Parallax RF 433 MHz (# 27982)………………..27

vii

Índice

Capitulo 1. Introducción……………………………………………………………………….1

Capitulo 2. Antecedentes de Rastreadores…………………………………………………….2

2.1 Rastreo GPS……………………………………………………………………….2

2.2 Pet Detective por Telepet………………………….………………………………2

2.3 RoamEO…………………………………………………………………………...3

2.4 Garmin Astro………………………………………………………………………4

Capitulo 3. Fundamentos teóricos……………………………………………………………..6

3.1 Campo electromagnético……………………………………………………..……6

3.2 Bandas de frecuencia del espectro radioeléctrico………………………………..8

3.3 modelado y características del canal……………………………………………..13

3.4 Comunicaciones inalámbricas…………………………………………………..17

Capitulo 4. Componentes del Rastreador……………………………………………………26

4.1 Transmisor-receptor Parallax RF 433 MHz (# 27982).…………….....26

4.1.1 Características………………………………………………………….26

4.1.2 Especificaciones………………………………………………………..26

4.1.3 Teoría de Operación……………………………………………………26

4.2 Propiedades del Modulo Linx TRM-433-LT…………………………………….28

4.2.1 Descripción……………………………………………………………..28

4.3 Propiedades micro controlador Atmel AT89S52…………………………….…..29

4.3.1 Descripción………………………….……………………………….…29

4.3.2 Características del hardware AT89S52………………………………...30

viii

4.4 Propiedades Puerto serie AT89S52……………………………………………...33

Capitulo 5. Implementación del rastreador…………………………………………………..34

Capitulo 6. Resultados………………………………………………………………………..36

Capitulo 7. Conclusión…………………………………………………………………...…..38

Referencias…………………………………………………………………………………...39

Apendice A…………………………………………………………………………………...41

Apendice B…………………………………………………………………………………...47

Apendice C…………………………………………………………………………………...56

Apendice D…………………………………………………………………………………...76

Apendice E…………………………………………………………………………………...77

1

Capitulo 1. Introducción

El rastreo es el arte de seguir a una persona, animal o vehículo por medio de la observación

de las huellas que va dejando en su caminar. Un buen rastreador no sólo es capaz de seguir

esas huellas por sutiles que sean, sino que sabe también deducir por su forma lo que ha hecho

aquel a quien sigue, el tiempo que le lleva de delantera, incluso su tamaño, peso y

características.

Por años los científicos han estado siguiendo o rastreando animales y las formas en que

viven. Muchos lo han hecho por investigación, algunos lo han hecho para ayudar a los

animales y para monitorearlos. Los científicos en la actualidad todavía ponen etiquetas, como

los anillos metálicos, para rastrear el movimiento de animales. Pero los anillos no siempre

son etiquetas útiles. Esto es porque los animales deben ser capturados nuevamente para que

los científicos obtengan algún dato. Desafortunadamente, la mayoría de los animales

marcados con etiquetas nunca vuelven a ser vistos de nuevo.

Tecnologías recientes han ayudado a resolver este problema. Etiquetas electrónicas que

emiten señales repetitivas que son detectadas por equipos de radio o por satélites. Los

científicos pueden rastrear la locación y los movimientos de animales etiquetados sin

necesidad de recapturarlos. Estas etiquetas electrónicas pueden aportar un gran caudal de

datos. Sin embargo, son más caros que las etiquetas menos tecnológicas, no electrónicas.

En este proyecto se pretende crear un rastreador de animales domésticos, como es el caso de

las mascotas, ya que en muchas ocasiones ellos salen de sus viviendas y se pierden, se

pretende diseñar un transmisor-receptor para alertar a los dueños cuando su mascota este

fuera del rango, así puedan estar alertas y buscar a sus animales.

2

Capitulo 2. Antecedentes de Rastreadores

A través del tiempo el hombre se ha visto en la necesidad de poder localizar no solo animales,

si no también personas, lugares y objetos. El rastreo de animales en su forma más primitiva,

es el rastreo artesanal de cazadores (seguido de huellas, Muestras fecales, senderos de tránsito

común etc.), el cual aun se sigue utilizando ya sea por necesidad o deporte. Pero para

propósito del proyecto realizado vamos a enfocarnos en el rastreo de la mascota cuando

escape o desaparezca de la casa. Existen varios dispositivos en el mercado que ayudan con el

rastreo de mascotas, se basan en la tecnología GPRS, a continuación se da una descripción

general de lo que es GPRS y algunos modelos de rastreadores:

2.1 Rastreo GPS

Se encarga de enviar la información por medio de una conexión a internet móvil. Para que

esto sea posible, se debe tener contratado un plan de servicio con un proveedor de telefonía

móvil. Estos planes tienen un costo mensual y se miden de acuerdo al monto de datos

enviados por la unidad. Este tipo de rastreo tiene la ventaja de que el envío de información

hacia el centro de monitoreo es de forma continua y programable. Por ejemplo: el dispositivo

puede enviar su posición cada 3 minutos cuando esté moviéndose y en estado estable y cada

10 segundos cuando se encuentre en un estado de emergencia. Por otro lado, puede ser

programado desde el centro de monitoreo para enviar su posición cada 10 minutos en estado

estable y así ahorrar en el monto de datos enviados.

GPS para rastreo de mascotas es para el seguimiento de los gatos y los perros que se pierden.

Gracias a la miniaturización de los receptores GPS y los módems de telefonía móvil, pueden

llevar dispositivos que les permiten realizar un seguimiento por parte del propietario. Todavía

no hay una gran variedad de dispositivos, pero esto probablemente va a cambiar bastante

rápido.

2.2 Pet Detective por Telepet

Es un concepto inteligente para el ahorrar de energía de las baterías en la unidad del collar.

La unidad de seguimiento GPS para mascotas tiene una antena adicional que recibe una señal

de una pequeña estación base en el hogar. La señal se puede modificar a partir de 30.48

metros de diámetro y .9144 metros. Si la unidad deja de recibir la señal porque el perro ha

violado la cerca virtual, la unidad va a trabajar en obtener una localización de los satélites

GPS y transmitir a través de un módem GSM su ubicación. Cuenta con una luz

3

estroboscópica que se puede ver en más de .9144 metros de distancia cuando este en “Lost

pet Mode” y permite al propietario conocer por SMS, fax y correo electrónico cuando la

batería está baja. La estación base también es un cargador de batería y viene con 2 baterías

recargables. Cuando la unidad está recibiendo la señal de base, todos los componentes,

excepto la antena y una pequeña parte del firmware se apagan para ahorrar energía gracias al

sistema de administración de energía.

Figura 2.1 Pet detective por Telepet.

2.3 RoamEO

El GPS para mascotas RoamEO no utiliza un módem de teléfono celular para enviar la

ubicación de su perro, sino la banda MURS a 154,60 MHz. Esto significa que su radio de

funcionamiento se limita a alrededor de 1609.34 metros en todas las direcciones, pero

también significa que puede utilizar este dispositivo de localización GPS para mascotas en

cualquier lugar de la tierra, incluso cuando no hay cobertura de telefonía celular. También

significa que no hay costos adicionales de comunicación o cuotas mensuales a pagar.

Aspectos:

Localiza a la mascota dentro de mil seiscientos metros en todas las direcciones y

muestra esa información en una pantalla LCD en color.

Muestra la ubicación exacta de su mascota, los movimientos actuales, y la velocidad.

Puede crear su propia valla GPS personalizada que dará lugar a una alerta audible si la

mascota abandona el perímetro definido.

Puede hacer un seguimiento de hasta tres mascotas de forma simultánea.

4

Fácil de usar: no requiere instalación, sin servicios de terceros es necesario.

Figura 2.2 Detector de mascotas RoamEO

Figura 2.3 Collar RoamEO.

2.4 Garmin Astro

No utiliza un módem de teléfono celular. En cambio, la información del perro al dueño se

transmite a través de señales de radio VHF. El sistema GPS Astro incluye un dispositivo de

mano con pantalla a color y un transmisor inalámbrico, llamado DC 20. Para comenzar salga

de la casa y encienda el dispositivo de mano y el transmisor para adquirir señales de satélite

5

GPS. A continuación, se conecta el DC 20 a el perro, ya sea con el arnés de neopreno

incluido o enroscándola en una ya existente.

Figura 2.4 Detector de perro Garmin Astro

Cada cinco segundos el rastreador DC 20 transmite la posición a su dispositivo de mano y se

podrá ver la locación actual y el rastro de donde ha estado en la pantalla del dispositivo de

mano. Cambie a la pantalla de seguimiento de perro (dog tracker) para ver una brújula con la

posición de la mascota, así como su estatus actual: si está corriendo, sentado. Astro también

puede emitir un sonido de alarma cuando el perro salga del rango asignado. Astro cuenta con

un receptor GPS de alta sensibilidad que incluso puedo rastrear la locación de la mascota en

una zona densa. Se pueden rastrear hasta cinco perros con el rastreador Garmin Astro.

Capitulo 3. Fundamentos teóricos

3.1 Campo Electromagnético

Las cargas eléctricas o electrones que fluyen por el cable o conductor de un circuito de

corriente alterna (C.A.) no lo hacen precisamente por el centro o por toda el área del mismo,

como ocurre con la corriente continua o directa (CD), sino que se mueven más bien próximos

a su superficie o por su superficie, dependiendo de la frecuencia que posea dicha corriente,

provocando la aparición de un campo magnético a su alrededor.

A.- Sección transversal de un cable o conductor de cobre. B.

frecuencia. circulando por el cable. C.

corriente tiende a fluir más. hacia la superficie del cable. D.

por segundo (30 kHz) de frecuencia de la. corriente, se generan ondas electromagnéticas de

radio, que se propagan desde la superficie del cable. hacia el espacio.

Un generador de corriente alterna (también llamado “alternador”) normalm

corriente con una frecuencia de 50 ó 60 hertz (Hz), de acuerdo con cada país en específico,

entregándola a la red eléctrica industrial y doméstica.

Sin embargo, si se dispone de un oscilador electrónico como el que emplean las plantas o

estaciones transmisoras de radiodifusión comercial, a partir del momento en que la frecuencia

Fundamentos teóricos

Electromagnético

electrones que fluyen por el cable o conductor de un circuito de



uperficie o por su superficie, dependiendo de la frecuencia que posea dicha corriente,

provocando la aparición de un campo magnético a su alrededor.

Figura 3.1.1 Cargas eléctricas

Sección transversal de un cable o conductor de cobre. B.- Corriente eléctrica de baja

frecuencia. circulando por el cable. C.- A medida que se incrementa la frecuencia, la

corriente tiende a fluir más. hacia la superficie del cable. D.- A partir d


radio, que se propagan desde la superficie del cable. hacia el espacio.

Un generador de corriente alterna (también llamado “alternador”) normalm


entregándola a la red eléctrica industrial y doméstica.


ones transmisoras de radiodifusión comercial, a partir del momento en que la frecuencia

6

electrones que fluyen por el cable o conductor de un circuito de



uperficie o por su superficie, dependiendo de la frecuencia que posea dicha corriente,

Corriente eléctrica de baja

A medida que se incrementa la frecuencia, la

A partir de los 30 mil ciclos


Un generador de corriente alterna (también llamado “alternador”) normalmente genera



ones transmisoras de radiodifusión comercial, a partir del momento en que la frecuencia

de la corriente que genera dicho oscilador supera los 30 mil ciclos por segundo (30 kHz), el

campo magnético que producen las cargas eléctricas o electrones que fluyen

que hace función de antena, comienza a propagarse por el espacio en forma de ondas de

radiofrecuencia.

A diferencia de los generadores o alternadores que entregan tensiones o voltajes altos y

frecuencias bajas, los circuitos osciladores e

relativamente bajos, pero que generan corrientes de altas frecuencias capaces de propagarse a

largas distancias a través del espacio. Esas ondas de radiofrecuencia se utilizan como

portadoras para transportar, a su vez, otras ondas de baja frecuencia como las de sonido

(ondas de audiofrecuencia producidas la voz, la música y todo tipo de sonidos), que por sí

solas son incapaces de recorrer largas distancias.

En las transmisiones inalámbricas, al proceso de iny

o audiofrecuencia (como las del sonido) a una onda portadora alta frecuencia se le denomina

"modulación de la señal de audio". Mediante ese procedimiento una onda de radiofrecuencia

que contenga señales de audio se

en frecuencia (Frecuencia Modulada


campo magnético que producen las cargas eléctricas o electrones que fluyen



frecuencias bajas, los circuitos osciladores electrónicos funcionan con tensiones o voltajes



a su vez, otras ondas de baja frecuencia como las de sonido


solas son incapaces de recorrer largas distancias.

En las transmisiones inalámbricas, al proceso de inyectar o añadir señales de baja frecuencia



que contenga señales de audio se puede modular en amplitud (Amplitud Modulada

en frecuencia (Frecuencia Modulada – FM).

Figura 3.1.2 Modulación de señal

7


campo magnético que producen las cargas eléctricas o electrones que fluyen por el conductor



lectrónicos funcionan con tensiones o voltajes



a su vez, otras ondas de baja frecuencia como las de sonido


ectar o añadir señales de baja frecuencia



puede modular en amplitud (Amplitud Modulada – AM) o

8

A.- Onda de radiofrecuencia.

B.- Onda de audiofrecuencia.

C.- La onda de baja frecuencia o audiofrecuencia (B), inyectada en. la onda de alta

frecuencia o radiofrecuencia (A). Por medio de esa. combinación se obtiene una señal de

radio de amplitud modulada. (AM), capaz de transportar sonidos por vía inalámbrica a largas.

distancias para ser captados por un radiorreceptor.

D.- La onda de audiofrecuencia (B) modulada en frecuencia, obteniéndose una señal de radio

de frecuencia modulada (FM), empleada por las estaciones de radiodifusión y también

de. televisión para transmitir el audio que acompaña las señales de video.

Debido a que las corrientes de alta frecuencia no circulan por el interior de los conductores,

sino por su superficie externa, en la fabricación de antenas se emplean tubos metálicos con el

interior hueco. Esto lo podemos comprobar observando la forma en que están construidas las

antenas telescópicas que incorporan los radios y televisores portátiles. El principio de

recepción de ondas de radiofrecuencia es similar al de su transmisión, por tanto, como la

corriente que se induce en las antenas receptoras de ondas de radio y televisión es una señal

de alta frecuencia procedente de la antena transmisora, su interior es también hueco.

3.2 Bandas de frecuencia del espectro radio

Las ondas de radio reciben también el nombre de “corrientes de radiofrecuencia” (RF) y se

localizan en una pequeña porción del denominado “espectro radioeléctrico” correspondiente

al espectro de ondas electromagnéticas.

El espectro radioeléctrico o de ondas de radio comprende desde los 3 kHz de frecuencia, con

una longitud de onda de 100 000 m (100 km), hasta los 30 GHz de frecuencia, con una

longitud de onda de 0,001 m< (1 mm)

Porción de 3 kHz a 300 GHz de frecuencia del espectro electromagnético, correspondiente al

espectro. Radioeléctrico u ondas de radio. Aquí se puede apreciar la división de las

frecuencias en las bandas de. Radio en las que se divide esta parte del espectro.

La porción que abarca el espectro de las ondas electromagnéticas de radio, tal como se puede

ver en la ilustración, comprende las siguientes bandas de frecuencias y longitudes de onda:

9

División del espectro radioeléctrico en bandas de radio con sus respectivas frecuencias y

longitudes de onda

NombreAbreviatura

inglesa

Banda

ITUFrecuencias Longitud de onda

< 3 Hz > 100.000 km

Extra baja

frecuencia

Extremely low

frequency

ELF 1 3-30 Hz100.000–10.000

km

Super baja

frecuencia

Super low

frequency

SLF 2 30-300 Hz 10.000–1.000 km

Ultra baja

frecuencia

Ultra low

frequency

ULF 3300–3.000

Hz1.000–100 km

Muy baja

frecuencia

Very low

frequency

VLF 4 3–30 kHz 100–10 km

Baja

frecuencia

Low frequency

LF 5 30–300 kHz 10–1 km

Media

frecuencia

Medium

frequency

MF 6300–3.000

kHz1 km – 100 m

10

Alta frecuencia

High

frequency

HF 7 3–30 MHz 100–10 m

Muy alta

frecuencia

Very high

frequency

VHF 830–300

MHz10–1 m

Ultra alta

frecuencia

Ultra high

frequency

UHF 9300–3.000

MHz1 m – 100 mm

Super alta

frecuencia

Super high

frequency

SHF 10 3-30 GHz 100–10 mm

Extra alta

frecuencia

Extremely high

frequency

EHF 11 30-300 GHz 10–1 mm

> 300 GHz < 1 mm

Tabla 3.2.1 Espectro radio eléctrico

Mientras más alta sea la frecuencia de la corriente que proporcione un oscilador, más lejos

viajará por el espacio la onda de radio que parte de la antena transmisora, aunque su alcance

máximo también depende de la potencia de salida en watt que tenga el transmisor.

Muchas estaciones locales de radio comercial de todo el mundo aún utilizan ondas portadoras

de frecuencia media, comprendidas entre 500 y 1 700 kilociclos por segundo o kilohertz

(kHz), para transmitir su programación diaria. Esta banda de frecuencias, comprendida

dentro de la banda MF (Medium. Frequencies - Frecuencias Medias), se conoce como OM

11

(Onda Media) o MW (Medium Wave). Sus longitudes de onda se miden en metros, partiendo

desde los 1 000 m y disminuyendo progresivamente hasta llegar a los 100 m . Por tanto,

como se podrá apreciar, la longitud de onda disminuye a medida que aumenta la frecuencia.

Cuando el oscilador del transmisor de ondas de radio genera frecuencias más altas,

comprendidas entre 3 y 30 millones de ciclos por segundo o megahertz (MHz), nos

encontramos ante frecuencias altas de OC (onda corta) o SW (Short Wave), insertadas

dentro de la banda HF ( High Frequencies – Altas. Frecuencias), que cubren distancias

mucho mayores que las ondas largas y medias. Esas frecuencias de ondas cortas (OC) la

emplean, fundamentalmente, estaciones de radio comerciales y gubernamentales que

transmiten programas dirigidos a otros países. Cuando las ondas de radio alcanzan esas altas

frecuencias, su longitud se reduce, progresivamente, desde los 100 a los 10 metros.

Dentro del espectro electromagnético de las ondas de radiofrecuencia se incluye también la

frecuencia modulada (FM) y las ondas de televisión, que ocupan las bandas de VHF (Very

High Frequencies – Frecuencias Muy Altas) y UHF (Ultra High Frequencies – Frecuencias

Ultra Alta). Dentro de la banda de UHF funcionan también los teléfonos móviles o celulares,

los receptores GPS (Global Positioning System – Sistema de Posicionamiento Global) y las

comunicaciones espaciales. A continuación de la UHF se encuentran las bandas SHF (Super

High Frequencies – Frecuencias Superaltas) y EHF (Extremely High. Frequencies –

Frecuencias Extremadamente Altas). En la banda SHF funcionan los satélites de

comunicación, radares, enlaces por microonda y los hornos domésticos de microondas. En la

banda EHF funcionan también las señales de radares y equipos de radionavegación.

Clasificación y ubicación de las escalas de frecuencias dentro del espectro radioeléctrico

VLF (Very Low Frequencies – Frecuencias muy bajas)

Frecuencias comprendidas entre 3 kHz y 20 kHz . El oído humano es capaz de captar sonidos

comprendidos entre los 20 Hz y los 20 kHz de frecuencia, como máximo.

LF (Low Frequencies – Frecuencias Bajas)

OL (Onda Larga) o LW (Long Wave), 153 a 159 kHz

MF (Medium Frequencies – Frecuencias Medias) de AM (Amplitud Modulada)

12

OM (Onda Media) o MW (Médium Wave), 520 a 1 710 kHz

MF (Medium Frequencies – Frecuencias Medias) y HF (High Frequencies – Frecuencias

Altas) de AM (Amplitud Modulada)

OC (Onda Corta) o SW (Short Wave), 1 711 kHz a 29 999 MHz

Sub-bandas de Onda Corta comprendidas, aproximadamente, entre 2 y 30 MHz .

Longitudes de ondas en metros (m) de las sub-bandas de onda corta y sus correspondientes

frecuencias en MHz:

Tabla 3.2.2 Longitudes de onda

VHF (Very High Frequencies – Frecuencias muy altas)

Teléfonos inalámbricos, 40 a 50 MHz

Controles remotos por ondas de radiofrecuencia, 40 a 75 MHz

Canales de televisión (del 2 al 6), 54 a 88 MHz

FM (Frecuencia Modulada), 88 a 108 MHz

120 m 2.30 MHz a 2.49 MHz

90 m 3.20 MHz a 3.40 MHz

75 m 3.90 MHz a 4.00 MHz

60 m 4.75 MHz a 5.06 MHz

49 m 5.90 MHz a 6.20 MHz

41 m 7.10 MHz a 7.35 MHz

31 m 9.40 MHz a 9.99 MHz

25 m 11.60 MHz a 12.10 MHz

21 m 13.50 MHz a 13.87 MHz

19 m 15.10 MHz a 15.80 MHz

16 m 17.48 MHz a 17.90 MHz

15 m 18.90 MHz a 19.02 MHz

13 m 21.45 MHz a 21.75 MHz

11 m 25.60 MHz a 26.10 MHz

13

Banda de radio aeronáutica, 108 a 137 MHz

Canales de televisión (del 7 al 13), 174 a 220 MHz

UHF (Ultra High Frequencies – Frecuencias ultra altas)

Canales de televisión del 14 al 83 – 470 a 890 MHz

GPS (Global Positioning System - Sistema de Posicionamiento Global), 1 227 a 1 575 MHz

GSM (Global System for Mobile Communication – Sistema Global para Telefonía Móvil o

Celular), 900 a 1 900 MHz

Wi-Fi (802.11b) (Wireless Fidelity – Fidelidad inalámbrica), 2,4 GHz

Bluetooth, 2,45 GHz

Figura 3.3.1 Propagación multi-trayectoria.

3.3 Modelado y caracterización de canales

Propagación multi-trayectoria y desvanecimiento.

La propagación de señales en el espacio esta mayormente definida por una característica

llamada propagación multi-trayectoria, esta característica proviene del fenómeno de que la

antena receptora recibe más de una señal transmitida, de hecho recibe varias

replicas de la señal original transmitida, solo que llegan con menor potencia, con diferente

ángulo de arribó y retrasadas en el tiempo.

Canales de comunicación de banda angosta

que la variación en el tiempo del canal es menor que el periodo de un bit de señal digital

transmitido en ese mismo canal.

Canales de comunicación de banda ancha

que la variación en el tiempo de canal es mayor que el

trasmitida en es mismo canal.

(a)

Figura 3.3.

Propagación de la señal. Las señales electromagnéticas se propagan por medio de varias

formas entre una antena transmisora y una receptora, hay cinco formas reconocidas esta son,

Ver figura 1.3:

antena receptora recibe más de una señal transmitida, de hecho recibe varias


ángulo de arribó y retrasadas en el tiempo.

Canales de comunicación de banda angosta. Son los canales que tienen como característica

ación en el tiempo del canal es menor que el periodo de un bit de señal digital

transmitido en ese mismo canal.

Canales de comunicación de banda ancha. Son los canales que tienen como característica

que la variación en el tiempo de canal es mayor que el periodo de un bit de una señal digital

trasmitida en es mismo canal.

(b)

3.2 Señal transmitida (a) y señal recibida (b).

. Las señales electromagnéticas se propagan por medio de varias

transmisora y una receptora, hay cinco formas reconocidas esta son,

14

antena receptora recibe más de una señal transmitida, de hecho recibe varias y todas ellas son


. Son los canales que tienen como característica

ación en el tiempo del canal es menor que el periodo de un bit de señal digital

. Son los canales que tienen como característica

periodo de un bit de una señal digital

. Las señales electromagnéticas se propagan por medio de varias

transmisora y una receptora, hay cinco formas reconocidas esta son,

15

- Línea de vista. Señal que se propaga en el espacio directamente entre las dos

antenas, sin ningún obstáculo que la afecte. Ejemplo satélites.

- Reflexión. Forma de propagación que se lleva a cabo cuando la señal se refleja en

un obstáculo que tiene una dimensión mucho mayor a su longitud de onda. Por

ejemplo, la tierra, una casa o un edificio.

- Refracción. Forma de propagación que se lleva a cabo cuando la señal pasa de un

medio a otro. Por ejemplo, pasa del aire a través de un vidrio o una pared de

concreto.

- Difracción. Forma de propagación que sucede cuando la señal encuentra bordes

muy agudos de un obstáculo. Por ejemplo las esquinas de un edificio.

- Esparcimiento (scattering). Forma de propagación que sucede cuando la señal se

encuentra un obstáculo que tiene una longitud menor a la longitud de onda, pero

su cantidad por unidad de volumen es mucho mayor. Por ejemplo, las hojas de un

árbol.

Desvanecimiento (Fading).

Efecto que resulta de la condición de que la señal que recibe una antena receptora está

compuesta de muchas señales y la antena realiza una suma vectorial de todas las señales que

recibe. Esa suma vectorial puede dar un resultado positivo, es decir todas fases de las señales

coinciden y la señal resultante es de una potencia mayor que cualquiera de las señales

recibidas. O la suma vectorial puede dar un resultado negativo, resultado que las fases de las

señales recibidas no coinciden y la señal resultante es de una potencia baja, menor que

cualquiera de sus componentes, ver figura 3.3.4.

Antena transmisora

16

Figura 3.3.3 formas de propagación.

Desvanecimiento de pequeña escala. Es el tipo de desvanecimiento que es resultado de la

suma algebraica provocada por el efecto de multi-trayectoria. Tiene variaciones de potencia

súbitas y de alta variación, típicamente puede ser de hasta 30 dB en un movimiento de unas

pocas longitudes de onda. Ver figura 3.3.4.

Desvanecimiento de larga escala. Es el tipo de desvanecimiento provocado por el

movimiento de la antena receptora y es resultado de la pérdida de potencia por la distancia.

Señal resultante

Figura 3.3.4 Desvanecimiento, (a) positivo y (b) negativo

17

Potencia

.

(a) Tiempo b)

Figura 3.3.5 Desvanecimiento (a) a alta escala, (b) a baja escala.

3.4 Comunicaciones inalámbricas.

El canal de comunicación inalámbrica.

Las ondas de radio que se transmiten en el espacio sufren de pérdidas significativas de

propagación y están sujetas a sobrellevar diferentes fenómenos; perdidas de multi-trayectoria

y efectos Doppler. En esta parte trataremos de explicar los principios básicos que explican

como ocurren esas pérdidas y usaremos análisis matemático para tratara de predecir y

caracterizar esas pérdidas. Estas herramientas analíticas son principalmente estadísticas ya

que las pérdidas que sufren las ondas transmitidas son de naturaleza aleatoria.

En esta parte la caracterización de los canales de radio se discute, cubriendo tópicos tales

como; propagación, pérdida de trayectoria y funcionamiento de señales de amplio ancho de

banda. Esta parte esta dividida en dos sub-partes; la primera sub-parte se discute la

propagación en el espacio libre, la propagación en diferentes ambientes incluyendo el

fenómeno de multi-trayectoria y los modelos de pérdidas de propagación. En la parte dos, la

caracterización del canal de amplio ancho de banda se examina, cubriendo tópicos tales

como; canales determinísticos, canales variantes en el tiempo y modelación de canal. Los

modelos de canal más comunes se estudian. Al final el modelo de dispersión es discutido y su

formulación matemática es presentada.

18

Propagación en el espacio.

La principal característica que separa la transmisión inalámbrica es el hecho de que, uno de

las partes de la comunicación se supone está en movimiento. Es este movimiento el que hace

la comunicación difícil de predecir y controlar. Los mecanismos básicos de propagación son

complejos y tienden a ser no determinísticos. Tomando como punto de partida este escenario,

en las siguientes secciones se dará una breve introducción a las herramientas de análisis y

formularios en la materia.

Propagación en el espacio libre.

Las ondas electromagnéticas se propagan en el espacio a la velocidad de la luz. La densidad

de potencia de esas ondas propagadas a una determinada distancia en el espacio es igual a:

W =24 d

GP TT

Donde PT es la potencia transmitida, GT es la ganancia de la antena transmisora y d es la

distancia a la antena. En la antena receptora que tiene un área efectiva A y una ganancia GR,

la potencia recibida PR es:

PR =24 d

GP TT

A =

44

2

2

RTT G

d

GP

Haciendo una relación entre la antena receptora y la transmisora tenemos:

2

4

dGG

P

PRT

T

R

Esta es conocida como la ecuación de Friis o de pérdida del libre espacio. Considerando que:

c = f entonces

2

4

fd

cGG

P

PRT

T

R

Re-arreglando las unidades en dB, nos da:

19

LF (dB) =

T

R

P

P10log10

=kdfGG RT 10101010 log20log20log10log10

Donde k =

810

10*3

4log20

= -147.56

Esta ecuación muestra que hay una relación inversa cuadrática de la frecuencia y la distancia

con respecto a la potencia, lo que significa que cuando estos valores se doblan, la pérdida se

incrementa 6 dB.

Propagación en diferentes medios ambientes.

En la parte anterior se dio una introducción a la propagación en el espacio libre,

desafortunadamente, este es el caso más raro en situaciones prácticas. En situaciones

prácticas de propagación de ondas de radio, el receptor y el transmisor estarán, la mayoría del

tiempo, separados por una serie de obstáculos tales como; árboles, colinas, paredes, personas

y vehículos. Basados en esto, un conjunto de investigadores han estudiado estos escenarios y

han llegado a concluir con varios modelos o métodos que se usan para tratar de predecir la

amplitud de la señal en una situación particular. En la literatura se pueden encontrar estudios

sobre terrenos irregulares, terrenos planos, zonas con edificios, suburbios, áreas rurales y

ambientes internos. Con lo que respecta a propagación, cada una de estas áreas presenta

diferentes características y pérdidas.

Propagación sobre terreno plano.

En esta clase de medio ambiente siempre se espera que los componentes principales de la

amplitud de la señal recibida son los componentes directos LOS y una reflexión especular

sobre el terreno plano, como se muestra en la figura 3.4.1.

20

Una componente directa LOS sigue la formula de propagación en el espacios libre. El

componente especular sigue la ley de Snell’s, la cual establece que el producto del índice de

reflexión N1 y el coseno del ángulo (cos ) es constante sobre la trayectoria de un rayo de

energía dado como se muestra en la figura 3.4.2

Figura 3.4.1 Propagación sobre terreno plano.

Figura 3.4.2 Reflexión especular.

Ya que N1 es siempre la misma en ambas direcciones para la onda incidente y reflejada, se

pude concluir que los ángulos incidente y reflejado son los mismos. La proporción de la onda

incidente y la onda reflejada se le llama coeficiente de reflexión. Considerando el hecho de

que la tierra no es un conductor perfecto, este coeficiente depende de las constantes de la

tierra, la constante dieléctrica R y la conductividad . Para una onda verticalmente

polarizada incidente en la superficie de la tierra, el coeficiente de reflexion esta dado por

21

2

2

cossin

cossin

jxjx

jxjx

RR

RR

V

Donde

fx

9

0

10*18

El coeficiente de reflexión es un número complejo, así que la onda reflejada diferirá en fase y

magnitud de la onda incidente.

Propagación sobre terreno rugoso.

En la parte anterior se asumió que había un terreno plano y liso y el análisis se basó en que la

reflexión especular existía cuando la onda incidente tocaba la tierra. Este no es el caso cuando

la superficie es rugosa ya que la superficie rugosa presenta muchos lados a la onda incidente.

Una reflexión difusa toma lugar y la dispersión de la señal se convierte en la principal forma

de propagación. Por lo tanto, resalta la pregunta ¿Qué se considera una superficie rugosa?

Una superficie rugosa se considera a ciertos ángulos de incidencia y longitudes de onda se

considera como una superficie lisa cuando esos parámetros cambian. Un criterio

normalmente usado es lo que se conoce como el criterio de Rayleigh. Este criterio se explica

en la figura 4.3. En esta figura la rugosidad se caracteriza por picos y valles de varios

tamaños. Considere que los dos rayos incidentes en la superficie con ángulo y la trayectoria

entre los dos rayos l es

l = (AB+BC) - (A’B’+B’C’)

2cos1sin

H

l = 2H sin

La fase entre estos dos rayos es

sin

4 H

22

En aplicaciones prácticas de propagación el valor del ángulo es muy pequeño y la altura H

es sustituida por su desviación estándar , así que la ecuación puede ser rescrita como

4C

Figura 3.4.3 Criterio Rayleigh para superficies irregulares.

Cuando C < 0.1, la superficie se considera lisa. Si C > 10 se considera que hay una alta

reflexión difusa y la señal reflejada es suficientemente pequeña para ser despreciada.

Modelos de pérdida de trayectoria.

La predicción de la magnitud de la señal en una cierta área es muy importante en la

planeación de radio móvil y modelos exactos de predicción son necesarios. Reglas basadas en

esos modelos podrían clasificar ciertos medios ambientes y ofrecer una herramienta útil para

proveer una eficiente y confiable cobertura en el área especificada de servicio. Hay dos

factores principales que determinan los parámetros para la clasificación. 1) Las características

de la superficie del terreno (irregular, liso, bosques, etc.) y 2) la presencia o ausencia de

objetos hechos por el hombre (edificios, casa, vehículos, etc.,) Aun cuando las posibilidades

23

de los diferente medios ambientes y sus parámetros relacionados son muy diversos, algunos

modelos se han desarrollado para las situaciones más comunes.

El modelo Egli.

Egli desarrollo experimentos sobre terrenos irregulares y entre frecuencias que varían desde

90 hasta 900 MHz. Se encontró que las características de propagación siguen

consistentemente la regla de la cuarta potencia inversa de la propagación de la tierra. Pero

también se observo que hay un exceso de perdida que depende de la frecuenta y la naturaleza

del terreno. Se llego a la siguiente formula práctica.

2

2

d

hhGGL rT

RT

Donde es un factor de exceso y esta dado por

240

f

(f in MHz)

El método JRC.

Este modelo esta basado en una base de datos topográficos. El programa de computadora usa

la base de datos para predecir la pérdida de señal entre el transmisor y un punto seleccionado

de recepción. El programa prueba si hay una situación LOS, si ese es el caso, calcula la

pérdida de señal basado en las ecuaciones de propagación en el libre espacio y de la

superficie de la tierra. Si no hay LOS, entonces el programa calcula la pérdida por difracción

basado en cálculos matemáticos. Basado en el perfil de la tierra de la base de datos

topográficos, el programa prueba si hay LOS y las distancias de la zona de Fresnel se

cumplen. Si las dos condiciones se cumplen, entonces la mayor de las dos pérdidas se toma.

Si no hay LOS, entonces el programa toma la mayor de las dos pérdidas como antes, pero

esta vez agrega la pérdida de difracción sobre la trayectoria. Así, la pérdida total en dB se

reduce a

L= max(LF, LP) + LD dB

24

Donde L es la pérdida calculada, LF es la pérdida de la tierra y LD es la pérdida de difracción.

El modelo Blomquist-Ladell.

Este modelo es similar al modelo JRC, pero trata de suavizar la transición entre situaciones

LOS y no LOS. Aun más, considera el efecto de las reflexiones en la troposfera y en ciertos

casos, la curvatura de la tierra. La formula básica es

L = LF + [(LP’-LF)2 + LD

2]1/2 dB

En esta ecuación modificada incluye otros factores, tales como la curvatura de la tierra y el

efecto de la troposfera.

El modelo Longley-Rice.

Este método usa un programa de computadora para predecir la pérdida de trayectoria media

sobre terreno irregular. Proporciona la variabilidad sobre tiempo y localización. Este método

trabajo sobre los siguientes rangos de parámetros: frecuencia de transmisión (MHz) entre 20

y 20000, rango (Km.) entre 1 y 2000, alturas de antena (mts.) entre 0.5 y 3000 y trabaja con

ambas polarizaciones; vertical y horizontal. El programa requiere las siguientes entradas;

altura de antenas sobre la superficie, la refractividad de la superficie, el radio efectivo de la

tierra, ángulos de elevación sobre el horizonte, constantes de la tierra y clima. También,

requiere otros factores específicos, tales como; alturas de las antenas efectivas, distancia del

horizonte de las antenas, ángulos de elevación del horizonte y el parámetro de irregularidad

de la superficie h.

25

El modelo Okamura.

Este modelo está basado en datos empíricos, compilados en gráficas. La predicción de la

pérdida de trayectoria se lleva a cabo con el siguiente proceso; Hay una gráfica básica que

proporciona la atenuación media de un terreno casi liso. Un factor de corrección para otros

tipos de terreno se aplica, esos factores se proporcionan en gráficas separadas. Más adelante,

otros factores de corrección se aplican para compensar las alturas de las antenas. Otros

factores de corrección adicionales se agregan, tales como; para terreno en colinas, terreno con

subidas y bajadas y orientación de las calles. El modelo Hata es un modelo mejorado del

modelo Okumura, pero está restringido a un cierto rango de parámetros y para terreno casi

liso. Este modelo establece cálculos empíricos basados en el modelo Okumura. En Europa el

modelo Hata se ha extendido a otros medios ambientes con el modelo COST231-Hata.

Otros métodos.

Hay otros métodos, los cuales están basados en herramientas analíticas en lugar de

herramientas empíricas. Estos son; trazado de rayos, UTD (la teoría uniforme de geometría

de difracción), El método Bullintons, el método Epstein-Peterson, el método Japonés y el

método Deygout. La mayoría de los métodos mencionados arriba tratan con los problemas de

difracción sencilla y múltiple.

26

Capitulo 4. Componentes del rastreador

4.1 Transmisor-receptor RF 433 MHz (# 27982)

El transmisor Parallax 433 MHz RF permite enviar fácilmente datos de serie, control de datos

de robot y otra información de forma inalámbrica. La comunicación inalámbrica fiable es tan

fácil como enviar datos en serie. El pin de apagado (PDN) puede ser utilizado para colocar el

módulo en un estado de baja potencia (activa baja), o dejarlo flotante.

4.1.1 Características

Alta velocidad de transferencia de datos (1200-9600 baudios) encabezado

SIP permite la facilidad de uso con placas universales

Compatible con la mayoría de los micro controladores incluyendo todos los modelos

estampado básico (BASIC Stamp)

Tan fácil de usar como en las instrucciones SEROUT SERIN PBASIC

Modo de alimentación auto apagado para el ahorro de consumo de energía (duración de la

batería).

Línea de alcance de hasta 76.2 metros (dependiendo de las condiciones)

4.1.2 Especificaciones

Requerimiento de alimentación: 3.3 - 5 VDC a 10 mA (4 mA en modo ahorro de

energía)

Comunicación serie asíncrona @ 1200 – 9600 bps

Temperatura de funcionamiento: 0 a 70 ° C (32 a 158 ° F)

Dimensiones: 97,0 mm x 24,0 mm x 10,5 mm (3.82 "x 0.94" x 0.41 ")

4.1.3 Teoría de Operación

Abreviatura de radiofrecuencia, RF se refiere a las frecuencias que caen dentro del espectro

electromagnético asociadas a la propagación de ondas de radio. Cuando se aplica a una

antena, la corriente de RF crea los campos electromagnéticos que se propagan a la señal

aplicada a través del espacio. Todos los campos de RF tiene una longitud de onda que es

inversamente proporcional a la frecuencia. Esto significa que la frecuencia de una señal de

27

RF es inversamente proporcional a la longitud de onda del campo. El paralaje transceptor RF

433 MHz utiliza una frecuencia de 433 MHz, esto funciona a una longitud de onda de

aproximadamente 0,69 metros

Definiciones y Clasificaciones

Pin Nombre Función

1 GND Baja: 0 V (VSS)

2 VIN Potencia: 3.3 a 5 VDC

3 Serie de datos Serie de datos de entrada / salida, dirección depende de T / R

línea

4 T / R Para Transmitir / Recibir Seleccione: BAJA / flotante =

Receptor; ALTO = Transmisor

5 PDN Apagado: Potencia = BAJA de Down Mode; ALTA / flotante =

Normal

6 RSSI La señal recibida Indicador de intensidad

Tabla 4.1 Definición Transmisor-receptor Parallax RF 433 MHz (# 27982)

PDN

Tirar del pasador de NPD pone bajo el transceptor en el modo de bajo consumo de energía

donde se usa menos de 4 mA. Dejando coloca flotando el transceptor en el modo normal en el

que se basará a 10 mA.

RSSI

El pin de RSSI proporciona un voltaje análogo en relación con lo que el receptor está

recogiendo (receptor). Nota que esta señal es modulada y la tensión variará con el ascenso y

descenso de la línea de datos.

Sincronización

Al iniciar la comunicación entre dos módulos de transmisor-receptor de RF, un impulso de

sincronización deben ser enviados a re- establecer la conexión de radio entre los módulos. El

envío de varios caracteres puede lograr esto, Sin embargo, el envío de un pulso (que mantiene

un estado de alta durante la sincronización) es más eficiente:

28

Para BS1s la línea de código siguiente se envía un pulso de sincronización apropiada:

PULSOUT 0, 300

Para BS2s la línea de código siguiente se envía un pulso de sincronización apropiada:

PULSOUT 0, 1200

Protocolo de comunicación

El transmisor-receptor de 433 MHz de RF no tiene incorporado un protocolo y por lo tanto no

es inmune al ruido y errores en la señal. Para dar cuenta de ello, es recomendable que se

inicie la comprobación de errores en su microcontrolador para asegurarse de que los paquetes

son válidos. Incluso se podría crear un protocolo simple que podría ser para verificar cada

transmisión llega a su destino intacto.

4.2 Propiedades del Modulo Linx TRM-433-LT

4.2.1 Descripción

El transmisor-receptor de la serie LT es ideal para la transferencia inalámbrica de datos de

manera bidireccional, el control o comando de información es favorable en banda de 260 a

433MHz. El transmisor-receptor es capaz de generar +10 DBm a una carga de 50 ohms y

alcanza sensibilidad excepcional de-112dBm. Su avanzada arquitectura ofrece excelente

estabilidad y precisión de la frecuencia. Cuando se usan dos, los transmisores-receptores

forman un enlace inalámbrico confiable que es capaz de transferir datos a velocidades de

hasta 10000 bps a distancias de hasta 75.0 metros. Aplicaciones que operan en distancias más

cortas o en menores tasas de transferencia de datos se beneficiarán de la mayor seguridad de

enlace y de la inmunidad al ruido.

29

4.3 Propiedades del micro controlador Atmel AT89S52

4.3.1 Descripción

El AT89S52 es un micro controlador de 8 bits de baja potencia, de alto rendimiento Cmos

con 8Kbytes de memoria Flash programable. El dispositivo es manufacturado usando la

tecnología de memoria permanente de alta densidad de Atmel y es compatible con el estándar

de la industria 80C51. El AT89S52 permite que su memoria sea reprogramable por un

programador convencional. Combinando un CPU de 8 bits programable, el Atmel AT89S52

es un micro controlador de gran alcance que proporciona soluciónes altamente flexibles y

con un costo rentable a muchas aplicaciones embebidas.

Diagrama a bloques AT89S52. (Figura 4.1)

Figura 4.1

El AT89S52 proporciona las características estándar siguientes: 8Kbytes de flash, 256 bytes

del RAM, 32 líneas de la entrada-salida, reloj de vigilancia (watch dog timer), dos

indicadores de datos, tres contadores de tiempo de 16 bits, una arquitectura de dos niveles de

30

interrupción del seis vectores, puerto serial a dos caras (dúplex), un oscilador y un circuito

del reloj.

4.3.2 Características del hardware AT89S52

Contador de programa.

Se utiliza para llevar el rastreo de la instrucción que se está ejecutando. Apunta a la dirección

de la siguiente instrucción que se va a ejecutar.

El contador de programa se ve afectado durante llamadas a subrutinas, interrupciones y saltos

de programa.

Watch dog timer.

Es un monitor de aplicaciones para cuando hay ruido en señal de alimentación, se actualiza

cada determinado tiempo (mili-segundos) y si en caso de que no se actualice resetea el

microcontrolador. Cuando hay ruido en la señal causa que el microcontrolador brinque a

localizades no deseadas.

Interrupciones.

Una interrupción es una rutina especial llamada ruitina de interrupción de servicio o

manejador de interrupción. Y las interrupciones pueden ocurrir por:

a) Un evento de hardware (Patita de interrupción).

b) De software.

Cada vez que se vaya a ejecutar una interrupción, el código del programa debe realizar lo

siguiente:

a) Almacenar el contenido de los registros (Acumulador, Registros de Función

Especial).

b) Manejador de interrupción.

c) Activar interrupciones

d) Antes de salir de el manejador de interrupción, restaurar el contenido de los registros.

e) Vuelve con la ejecucion normal del programa.

Temporizadores (Timers).

31

Se utiliza para el manejo de retardos. Se carga un valor inicial en el registro del timer y cada

vez que se alcaza este valor se activa una bandera. Se un utiliza un pre-escalador para

permitir intervalos de tiempo más largos de lo que da el oscilador de reloj.

Entradas/Salidas Digitales

La interfase entre el microcontrolador y otros dispositivos se realiza mediante los puertos de

entrada y salida.

“0’ Lógico rango de voltaje de 0.0 V a 0.8 V

“1” Lógico rango de voltaje de 2.5 v a 5.0 V

Los puertos se configuran a nivel patita como entrada o como salida. Y los puertos estan

basados en registros.

PWM (Modulador de Anchura de Pulsos).

Se utiliza para el control de motores de DC o Servomotores. Para el control de velocidad de

un motor DC se utiliza el PWM para variar el tiempo en que la señal permanece en alto (“1”).

Y en los servomotores se programa el PWM para que gire a ciertos grados el motor.

Puertos de comunicación (Entrada/Salida Serie).

Permite comunicar al microcontrolador con otros dispositivos externos. En los

microcontroladores existen diferentes protocolos en la comunicación serie y estos estan

implementados en el circuito integrado.

Los protocolos de comunicación serie en los microcontroladores son:

a) Comunicación asincrónica

b) Comunicación sincrónica

b.1) Comunicación microwire

b.2) SPI

Comunicación asincrónica.

Se envía un bit de inicio seguido de los bits de información y al final un bit de paro y se

puede seguir con un bit opcional de paridad.

Comunicación sincrónica.

32

Se manda una señal de reloj junto con los datos, esta señal de reloj es utilizada por el receptor

como entrada habilitadora. Hay dos tipos de protocolos utilizados en la comunicación

sincrónica en los micro controladores, que es la comunicación microwire y la SPI.

La microwire y la SPI se utilizan como interface con otros integrados como son memorias

EEPROM y memorias Flash.

Comunicación sincrónica microwire.

Puede transferir un MegaBit de información por segundo. El ancho de los datos es de 16 bits.

Comunicación sincrónica SPI.

Puede transferir 3 MegaBits por segundo de información. El ancho de los datos es de 8 bits.

Redes de Microntroladores.

Una red de micro controlador es una comunicación en donde un circuito maestro se comunica

con diferentes dispositivos. Un circuito maestro puede ser uno o mas micro controladores

conectados a otros micro controladores llamados esclavos. Dos de los protocolos de redes

entre micro controladores son:

a) I2C

b) CAN

I2C.

Este estándar fue desarrollo por Phillips en los 70’s. Este protocolo permite comunicar micro

controladores y dispositivos. Contiene dos líneas, una para el reloj que genera la habilitación

de los datos y la otra para los datos.

CAN (Controller Area Network).

Desarrollado por Bosch, se tomó el estándar para los automoviles. CAN fue desarrollado

para:

a) Ser rápido (1 Megabit/Segundo).

b) Insesitivo a interferencia electromagnetica.

c) Simple, pocos conectores para confiabilidad mecanica.

d) Los dispositivos pueden ser agregados o quitados facilmente.

33

Convertidor A/D.

Incorporan un convertidor analógico a digital y pueden procesar diferentes señales análogas.

Por lo regular contienen un multiplexor que permite seleccionar la entrada analógica a

procesar.

Convertidor D/A.

Incorporan un convertidor digital a analógico.

4.4 Propiedades del puerto Serie AT89S52

El 8052 contiene una UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) conocido

como puerto serie. La función del puerto serie es la conversión de datos en paralelo a serie

para operaciones de salida y conversión de serie a paralelo para operaciones de entrada.

El puerto serie del 8052 es full dúplex, el cual permite transmisión y recepción

simultáneamente. El 8052 para el manejo del puerto serie utiliza dos registros de función

especial el SBUF y el SCON.

El 8052 trabaja en modo sincrónico y en modo asincrónico. Trabaja en 4 modos, el modo 0 es

para forma sincrónica y los modos 1,2, y 3 son en forma asincrónica.

Para trabajar con el puerto serie del 8052 en forma asincrónica se necesita:

1) Configurar la velocidad para el modo de recepción-transmisión.

2) Una vez configurado se puede enviar un byte al registro de función especial SBUF y

también se puede leer en este mismo registro un byte.

3) El 8052 automáticamente activa un bit (TI) en el registro SCON para indicar que se

envió un byte y también activa un bit (RI) en el registro SCON para indicar que se

leyó un byte.

Diagrama a bloques del puerto serie en el 89S52

Capitulo 5. Implementación

El desarrollo del rastreador de mascotas se realizo con un par de transmisores

Parallax RF 433 MHz (# 27982) con el cual mediante el micro controlador AT82S59 se hizo

la transmisión de los datos des

El primero de los Parallax RF 433 Mhz se utilizo como transmisor para enviar un carácter el

cual podría ser seleccionado según

selecciono la letra “F”.

El segundo Parallax fue utilizado como

información, al recibirla este receptor fue programado para que cuando la señal fuera

constante y reciba el carácter enviado encienda un diodo emisor de luz verde, la

alerta se creó para cuando el transmisor

comenzaran a llegar con errores

proporcionada por un diodo color amarillo

información recibida sea totalmente dif

rojo.

Diagrama a bloques del puerto serie en el 89S52 (Figura 4

Figura 4.2

del rastreador

El desarrollo del rastreador de mascotas se realizo con un par de transmisores

RF 433 MHz (# 27982) con el cual mediante el micro controlador AT82S59 se hizo

la transmisión de los datos deseados de transmisor a receptor.


cual podría ser seleccionado según a conveniencia programador. Para este proyecto se

fue utilizado como receptor el cual depende de que el transmisor


constante y reciba el carácter enviado encienda un diodo emisor de luz verde, la

reó para cuando el transmisor comenzara a alejarse y los datos recibidos

comenzaran a llegar con errores como perdida o incremento de bits

proporcionada por un diodo color amarillo. La tercera alerta se creó

recibida sea totalmente diferente a la información enviada y el diodo es color

34

4.2)

El desarrollo del rastreador de mascotas se realizo con un par de transmisores-receptores

RF 433 MHz (# 27982) con el cual mediante el micro controlador AT82S59 se hizo


Para este proyecto se

el transmisor envié la


constante y reciba el carácter enviado encienda un diodo emisor de luz verde, la segunda

y los datos recibidos

incremento de bits, está alerta es

creó para cuando la

erente a la información enviada y el diodo es color

35

Las pruebas iníciales para transmitir una señal cuadrada de 10 Khz median un generador de

señal no presentaron problema alguno, al poder comprobar la transmisión de la señal por

medio del osciloscopio (figura 5.1). Se decidió entonces comenzar a trabajar en la

programación con la cual se llevaría a cabo el proyecto. Sin embargo en un comienzo este

proyecto estaba diseñado para realizarse median un PIC16F84 la programación del PIC no

presentaba errores pero cuando ya estaba en supuesto funcionamiento no enviaba la señal

programada.

Después de diversas pruebas y no lograr los resultados deseados con el PIC16F84, se decidió

trabajar con el micro controlado AT89S52, se realizo la programación debida por medio del

puerto serie.

El 89S52 contiene una UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) conocido

como puerto serie. La función del puerto serie es la conversión de datos en paralelo a serie

para operaciones de salida y conversión de serie a paralelo para operaciones de entrada.

Una vez realizaron los programas con los cuales los micro procesadores iban a trabajar se

procedió a programarlos

Figura 5.1 Señal de prueba

Diagrama de bloques del Rastreador de animales

Diagrama de bloques del rastreador de animales

Diagrama de bloques del Rastreador de animales

Diagrama de bloques del rastreador de animales (Figura5.2)

36

(Figura5.2)

37

Capitulo 6. Resultados

Las pruebas realizadas con los componentes ya funcionando fueron satisfactorias lo que se

había deseado enviar y recibir fue posible.

En la siguiente imagen (figura 6.1) se muestra la interface Hyper terminal donde estaba

conectado el primer micro procesador y el modulo transmisor de Parallax (Tx)

\

Figura 6.1 Hyper terminal Tx

En la siguiente imagen (figura 6.2) se muestra el osciloscopio conectado al transmisor

Parallax RF 433 Mhz

Figura 6.2 Osciloscopio Tx

38

A continuación se muestran las imágenes del Hyper terminal del receptor Parallax (Figura

6.3) y del osciloscopio conectado al receptor (Rx) (figura 6.4)

Figura 6.3 Hyper terminal Tx

Figura 6.4 Osciloscopio Rx

Aun cuando los resultados se lograron en cuanto a la transmisión de datos, lo que se había

planteado en un comienzo para realizar el rastreador físicamente no fue posible debido a los

problemas que se presentaron con la implementación de PIC16F84.

39

Capitulo 7. Conclusiones

Debido a los problemas que se presentaron con el PIC16F84 el tiempo para la realización de

este proyecto se redujo de manera drástica. Al hacer el cambio al micro controlador

AT89S52 se produjeron nuevas dificultades y retos para poder concretar lo que se tenía

planeado.

Una vez que se terminado la programación de ambos micro controladores los problemas para

que los transmisores-receptores Parallax pudieran identificar enviar y recibir la señal se

hicieron presentes. Con el transmisor de señal no presento casi problema alguno pues al hacer

las conexiones pertinentes y armar el modulo junto con el micro controlador se pudo

comprobar por medio del osciloscopio y el hyper terminal que la información que se deseaba

enviar estaba siento transmitida. El mayor problema se presento con el modulo receptor pues

debido a que la tablilla que se usaba para controlar y monitorear el micro controlador

presento algunas fallas con uno de los reguladores de voltaje lo que provocaba que la señal

que reciba el transmisor no pudiera bajar el voltaje de 5 a 0 volts. Para poder resolver este

problema se quito el regular y se puso independiente en una tablilla externa a la del micro

controlador, con esto la señal en el osciloscopio registro los valores correctos asi como el

micro controlador ya recibió los datos esperados.

Mejoras:

Existe la posibilidad de si mejorar en mucho este proyecto puesto que debido a los

problemas que se presentaron con el PIC16F84 se perdió gran cantidad de tiempo lo que esto

ocasionó que al final no pudiera llegar a la implementación y creación completa del proyecto

aun cuando el objetivo de la transmisión y recepción de datos fue alcanzado el proyecto

quedo físicamente incompleto.

Para poder hablar del costo total faltaría terminar el proyecto pero se puede llegar a la

conclusión con lo que se realizo que el costo sería algo elevado aunque con respecto a los

rastreadores que se presentaron como antecedentes el costo no sería del todo malo puesto que

en el Rastreador GPS se debe pagar el servicio mensual del proveedor de servicio.

40

Referencias

[1] http://www.max4systems.com/productos/gps/TGPRS_1.php

[2] http://www.asocativ.com/tecnicasderastreo-elcazador.php

[3] http://es.wikipedia.org/wiki/Radiofrecuencia

[4] http://www.gps-practice-and-fun.com/gps-pet-tracking.html

[5] Manuel Sierra Pérez, Belén Galocha Iraguen, Jose Luis Fernández Jambrina.

Electrónica de comunicaciones, Pearson/Prentice Hall, Madrid. ISBN: 84-205-3674-1

41

Apendice A

Hoja dedatos Parallax 433Mhz RF Transreceiver

47

Apendice B

Hoja de datos Modulo TMR 433-LT

56

Apéndice C

Hoja de datos ATMEL AT89S52

76

Apendice D

ProgramaTx

77

Apéndice E

Programa Rx

Implementacion de Un Dispositivo Rastreador de Anaimales Domesticos Por Medio de Radio Frecuencia

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