UNIVERSIDAD “FERMIN TORO”VICERRECTORADO ACADEMICO

FACULTAD DE INGENIERIACABUDARE EDO. LARA

Diseño de un Sistema de microcontroladores maestro-esclavo mediante el uso del protocolo

RS232.

Alumna:María Barradas CI: 22.300.883

Capitulo IEL PROBLEMA

Planteamiento del Problema

A medida que pasan los años y que la tecnología avanza cada vez nos encontramos con un mayor número de dispositivos accesibles para todo público que nos permiten utilizarlos para resolver una inmensa cantidad de problemas en nuestra vida diaria . Gracias a esto hemos visto como cada vez más personas desarrollan y diseñan dispositivos electrónicos para diversos fines, ya sea a beneficio de empresas o para uso propio o inclusive para uso educativo, cada día son más las herramientas y cada día son más las cosas que las personas se deciden a crear con sus propias manos. Entre los principales dispositivos utilizados para desarrollar sistemas electrónicos encontramos los microcontroladores que nos permiten mediante su programación utilizarlos para una infinidad de aplicaciones de control, monitoreo, recolección de datos, entre otros. Sin embargo al utilizar los microcontroladores nos damos cuenta que estos generalmente requieren estar conectados a una gran cantidad de dispositivos que funcionan como entradas y salidas de información tal cual una computadora se tratase, solo que en el caso de estos microcontroladores los dispositivos conectados a los mismos no siempre se encuentran agrupados en el mismo espacio que estará ubicado el controlador.Debido a lo planteado anteriormente se debe recurrir a utilizar buses compuestos por numerosas cantidades de cables que permiten la transmisión de datos entre el microcontrolador y los sensores o actuadores. Para evitar la cantidad de cables que tienden a confundir al momento de corregir una falla o realizar un mantenimiento, se suele utilizar tecnologías inalámbricas, pero estas no suelen estar disponibles para todos los modelos de microcontrolador o en algunos casos pueden ser muy difíciles de configurar o simplemente no resultar factiblesEs por esto que surge la necesidad de un sistema de comunicación cableada que disminuya a un mínimo la cantidad de cables y permita utilizar las herramientas que nos brindan los microcontroladores y resulte eficaz y rentable.

Objetivo General

Diseñar un sistema capaz de conectar 2 microcontroladores como maestro-esclavo mediante el protocolo de comunicación RS232.

Objetivos Específicos

Determinar la posibilidad de diseñar un sistema maestro-esclavo usando el protocolo rs232 en microcontroladores.Analizar la rentabilidad de un sistema maestro-esclavo usando microncontroladores.Diseñar un sistema de microcontroladores configurados como maestro esclavo que mantenga la eficacia del sistema original.

Alcances.

Se utilizara protocolo de comunicación RS232 para comunicar ambos microcrontroladores.La propuesta estará limitada a 2 microcontroladores trabajando uno como maestro y otro como esclavo.El diseño se realizara en términos generales no para un microcontrolador específico.

Limitaciones.

La distancia entre los 2 microcontroladores se verá delimitada por la capacidad que brinda el protocolo.Se trabajara con protocolo RS232 por ser el que más se domina para el momento de realización de esta propuesta.No se utilizara algún otro protocolo de comunicación por el hecho de que puede resultar necesario programar algunas rutinas de comunicación que no están presentes en algunos microcontroladores y para el momento de esta propuesta no se poseen conocimientos sobre la programación de microcontroladores sino un conocimiento general de los mismos.

Capitulo IIMarco teórico

Antecedentes Investigativos

Antonio Valente (2009). SISTEMA DE MONITOREO AUTOMÁTICO DE PUESTOS DE ESTACIONAMIENTO VEHICULAR. El sistema de monitoreo automático de puestos de estacionamiento vehicular, tiene su origen a partir de los requerimientos de la empresa MARIAE C.A.; empresa que presta sus servicios de estacionamiento vehicular para el centro comercial el pinar de san Cristóbal, el cual administra clientes fijos y eventuales. Es importante resaltar que la presente investigación se incluye dentro de la modalidad de proyectos especiales, por ser un prototipo de monitoreo con dispositivos electrónicos, display, sensores, teclado matricial y microprocesadores, administrados bajo herramientas como Access 2000, Microsoft visual basic 6.0, simuladores y diseñadores de circuitería electrónica como ponyprog 2000 y proteus Isis 6 profesional. Para su diseño y desarrollo se utilizaran las siguientes metodologías, para el desarrollo del hardware la definida por Gutierrez et al (2005), y para el software la del ciclo de vida de los sistemas de información de Jeffrey L. Whitten (1999). El sistema de monitoreo está en capacidad de detectar el estado de cada puesto vehicular del estacionamiento e identificar un cliente fijo a través de su clave.

En este trabajo se resalta el uso de los microcontroladores y el protocolo RS232 para la comunicación entre el microcontralodor y los dispositivos externos a él.

Huizi U., Rosalía A., Verde I. y José I. (2007). IMPLEMENTACIÓN Y DESARROLLO DE UN SISTEMA DE MEDICIÓN DE FLUJO, COMPRESIBILIDAD Y DENSIDAD DE GAS MULTICOMPONENTE EN UN PROCESADOR ARM Y UN MICROCONTROLADOR. Se plantea la implementación de un sistema de medición de diversas características de gas natural mediante un equipo denominado computador de flujo, regido por la normativa que establece la Asociación Americana de Gas (AGA). La norma AGA8 define las ecuaciones matemáticas que caracterizan tanto el factor de compresibilidad de un gas como su densidad; la norma AGA3, partiendo de los resultados obtenidos mediante la aplicación de la norma AGA8, define los cálculos necesarios para la determinación de las condiciones de flujo del gas. En este trabajo se desarrollan los códigos necesarios para este fin, para la posterior programación tanto de un microprocesador (en este caso un ARM) en lenguaje Visual Studio.Net como de un microcontrolador en lenguaje C. Estos equipos deben comunicarse utilizando los protocolos MODBUS TCP y MODBUS RTU, respectivamente. La programación en ambas arquitecturas tiene como finalidad la comparación en cuanto a velocidad y rendimiento, pues uno de los dos productos presenta un tamaño considerablemente reducido, pudiendo esto ser una ventaja ante el otro.

Este trabajo nos dejo un aporte relacionado con las características, el uso, el funcionamiento de los microcontroladores.

Wu Wu, John. (2012). INTEGRACIÓN DE REDES DE MICROCONTROLADORES DISTRIBUIDOS BASADOS EN BUS CAN. LADO MICROCONTROLADOR. El principal objetivo de este TFG fue la creación de un protocolo basado en CAN que facilitase la integración de redes de microcontroladores. Dicho protocolo tendría que ser sencillo de usar pero con funcionalidades potentes. Se eligió CAN como base puesto que se trataba de un estándar robusto y ampliamente reconocido. El resultado obtenido fue TouCAN, una librería potente pero amigable al usuario. TouCAN posee dos partes claramente diferenciadas pero estrechamente relacionadas, un lado microcontrolador y un lado supervisor. El lado microncontrolador que es sobre el que versa este TFG, está diseñado sobre Arduino, una tecnología muy en boga actualmente dada la facilidad de desarrollo y a una comunidad entusiasta. El objetivo principal de esta parte es la de interconectar los microcontroladores entre sí mediante el protocolo definido en TouCAN, proporcionando las clases y los métodos necesarios para ello. Por otra parte proporciona una serie de métodos de comunicación por el puerto serie para la interacción con un PC supervisor. El lado supervisor está basado en sistemas UNIX, por lo que es compatible con las diversas distribuciones Linux existentes además de ser fácilmente portables a otros sistemas como Mac OS X. Su principal función es la de servir como supervisor del lado microcontrolador. Conectándose a uno de los nodos maestros es capaz de interactuar con el resto de la red, permitiéndole al usuario comunicarse con sus dispositivos en todo momento. TouCAN tiene el potencial necesario para convertirse en una herramienta libre de amplio uso puesto que es sencillo pero potente, sostenida por una tecnología ampliamente conocida.

En este trabajo se desarrolló una red de microcontroladores utilizando conocidos protocolos de comunicación sirviéndonos de ejemplo para la realización de nuestro trabajo.

Bases TeóricasSe refiere a los conocimientos teóricos previos que se debe adquirir para el impulso de esta investigación; los cuales sin duda deben ser documentados para el buen entendimiento en el desarrollo y criterios del diseño. Como pilar fundamental en este proyecto, se toma los conceptos teóricos de:

Bus de comunicacionesSegún la página. es.wikipedia.org. Un bus es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora o entre computadoras. Está formado por cables o pistas en un circuito impreso, dispositivos como resistores y condensadores además de circuitos integrados.

Bus paralelo.Es un bus en el cual los datos son enviados por bytes al mismo tiempo, con la ayuda de varias líneas que tienen funciones fijas

Bus serial.En este los datos son enviados, bit a bit y se reconstruyen por medio de registros o rutinas de software.

ProtocoloSegún la pagina es.kioskea.net. Un protocolo es un método estándar que permite la comunicación entre procesos (que potencialmente se ejecutan en diferentes equipos), es decir, es un conjunto de reglas y procedimientos que deben respetarse para el envío y la recepción de datos a través de una red.

En informática y telecomunicación, un protocolo de comunicaciones es un conjunto de reglas y normas que permiten que dos o más entidades de un sistema de comunicación se comuniquen entre ellos para transmitir información por medio de cualquier tipo de variación de una magnitud física.

RS-232

Según la página juandeg.tripod.com. El protocolo RS-232 es una norma o estándar mundial que rige los parámetros de uno de los modos de comunicación serial. Por medio de este protocolo se estandarizan las velocidades de transferencia de datos, la forma de control que utiliza dicha transferencia, los niveles de voltajes utilizados, el tipo de cable permitido, las distancias entre equipos, los conectores, etc.

Microcontrolador

Según la página. es.wikipedia.org. Un microcontrolador es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.

Capitulo IIIMarco metodológico

Naturaleza de la investigación

En este proyecto, se siguió la modalidad de proyecto factible cuyo desarrollo está encaminado a la investigación de proposiciones sustentadas en un modelo operativo viable, para solucionar la problemática descrita, en este caso el diseño de un sistema basado en microcontroladores conectados como maestro- esclavo mediante el uso de la norma RS-232,

Además el proyecto en cuestión se basa en un estudio de campo en donde la recolección de datos se hará directamente de la realidad donde ocurren los hechos.

Fases de la InvestigaciónFase I: El Diagnóstico

Para la selección de la técnica aplicada en este trabajo para la interconexión entre dos microprocesadores es necesario investigar sobre las diferentes opciones que existen a la hora de querer interconectar dos microcontroladores de igual forma los factores importantes que toman lugar en esta comunicación como lo son los voltajes de trabajo y los diferentes tipos de señal para poder usar la técnica más precisa y efectiva para la interconexión.

Fase II: Factibilidad

El análisis de la factibilidad toma en cuenta datos técnicos, económicos y operativos.• Factibilidad técnica.Para que un sistema se considere factible de manera técnica se debe demostrar que los instrumentos y equipos necesarios para su desarrollo son de fácil adquisición y es posible encontrarlos en el mercado nacional, de igual manera se debe comprobar que se cuenta con la mano de obra calificada para realizar dicho sistema.• Factibilidad económica. Para que un proyecto sea factible económicamente, este debe ser atractivo en el mercado es decir debe tener un costo de desarrollo bajo, de manera que el costo de venta sea capaz de competir en el mercado de sistemas similares y sea de un costo atractivo para el publico.• Factibilidad operativaEn función de garantizar una factibilidad operativa por parte del sistema, este deberá ser capaz de operar de manera optima y eficaz de igual manera que debe ser amigable para el usuario.

Diseño de la Investigación

El diseño del estudio es de carácter experimental, ya que se hace necesario un montaje para poder observar como se establece la comunicación entre dos microcontroladores por medio del protocolo RS-232. El trabajo en cuestión es también de tipo descriptivo, por cuanto se describen los procedimientos y pasos para la conexión entre dos microcontroladores mediante el uso de dicha norma.

En el estudio, se describen además, las ventajas y desventajas de la aplicabilidad de dicho diseño.Como propuesta se tiene el uso de la norma RS-232 o protocolo serial para la comunicación entre ambos micros utilizando los pines RX y TX de ambos microcontroladores y un módulo de acople que consiste en un integrado max-232 para garantizar los niveles de voltaje y corriente de la conexión.

Capitulo IVAnálisis de los resultados

Fase I diagnostico

Para el diagnóstico fue de vital importancia toda la información que se recolecto tanto de las entrevistas realizadas a personas con gran experiencia en el área de los microcontroladores así como el material que se pudo reunir de diferentes fuentes como fueron el internet, libros y revistas de electrónica. Luego de estudiar la información obtenida de los diversos medios consultados se puntualizaron ciertas características que son suceptibles a ser mejoradas.• La comunicación entre dos microcontroladores por medio de señales inalámbricas es muy

costosa• Una comunicación por medio de un bus de datos entre dos microcontroladores es

complicada a la hora de realizar un mantenimiento del sistema• Utilizar un solo microcontrolador para manejar dispositivos que se encuentran a mucha

distancia es poco efectivo por la cantidad de cables, y la atenuación de la corriente debido a los largos tramos de cable.

A pequeña escala una de las funciones más importantes de los microncotroladores actuales es la capacidad de conectarse mediante un protocolo serial ya sea a una computadora o cualquier otro dispositivo que posea la capacidad de dicha interconexión. En proyectos de pequeña y mediana escala en ocasiones esta característica es desaprovechada por lo cual puede ser utilizada para establecer comunicación con otro microcontrolador.

Fase II. Factibilidad.

Una vez completada la fase de diagnóstico, se determina la factibilidad para diseñar un sistema de microcontroladores maestro esclavo conectados por medio del protocolo RS-232. • Factibilidad Técnica.

El presente proyecto cumple con la factibilidad técnica ya que a nivel de hardware para aplicar esta solución a un sistema ya establecido no se requieren conocimientos adicionales para poder ampliar el sistema usando esta propuesta. A nivel de software los cambios que se deben realizar son mínimos en comparación con soluciones alternas a la propuesta. • Factibilidad operativa.

Podemos decir que este proyecto es factible operativamente ya que la solución propuesta representa una solución eficaz y óptima para el funcionamiento del equipo a la vez que la conexión por comunicación serial representa una interfaz más amigable y transparente para el usuario que una interfaz inalámbrica o un sistema de bus de datos.

• Factibilidad económica.El proyecto es factible económicamente ya todos los componentes necesarios para aplicar esta propuesta pueden ser conseguidos en el mercado nacional por precios bastante accesibles a continuación se muestra un cuadro de precios basados en un sistema que utilice un microcontrolador AT89C5X.

El costo de mano de obra del proyecto es bastante reducido ya que el mismo personal que desarrolla el sistema base puede aplicar esta propuesta, eso sumado al bajo costo que representan los componentes hace de este proyecto un proyecto factible económicamente y que se torna una alternativa mucho más accesible que otras opciones de conexión para microcontroladores.

Costo de Componentes Utilizados

Descripción Cantidad Precio Unidad Total Bs

Microcontrolador AT89C5X 1 100,00 100 Par trenzado según la distancia Varios 100,00 100,00 Max 232 1 50,00 50,00 TOTAL BS 250

Fase III. Diseño del Sistema

El objetivo principal de este sistema es interconectar de manera efectiva dos microcontroladores, haciendo uso del puerto serie que trabaja bajo la norma RS-232. Para realizar dicha conexión los microcontroladores cuentan con dos pines dedicados, TX y RX. De esta forma para la realización de esta propuesta se tienen tres módulos, uno de transmisión, uno de recepción y un módulo de acople.• Módulo de transmisión.

El módulo de transmisión se refiere al pin TX del microcontrolador que trabajara como maestro, este a su vez debe tener programadas rutinas de transmisión por comunicación serial que serán enviadas al microcontrolador esclavo por medio del pin nombrado anteriormente, en caso de que se necesite respuesta del microcontrolador esclavo se utilizara el pin RX para la recepción de dicha respuesta.• Módulo de recepción.

El módulo de recepción está presente en el microcontrolador esclavo y corresponde al pin RX este se encarga de recibir las instrucciones que envía el microcontrolador que actúa como maestro para posteriormente enviar esas señales a los dispositivos externos conectados al micro como pueden ser sensores o actuadores. El microcontrolador deberá tener programadas rutinas de recepción serial como puede ser la interrupción serial para que al momento de recibir algún dato del microcontrolador maestro deberá interpretar esa señal para luego dar la orden que corresponda a los dispositivos externos. El microcontrolador esclavo también puede tener salida de información por medio del pin TX en caso de que se necesite una comunicación bidireccional.

• Módulo de acopleEl módulo de acople consta de un integrado de código max-232 que es el encargado de mantener los niveles de tensión y corriente en unos valores óptimos cumpliendo con el protocolo RS-232 garantizando que la comunicación se pueda realizar aun en distancias muy largas y filtrando a su vez cualquier dato que pueda salir por los pines de entrada y viceversa.

FIN