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7/24/2019 cd-4215
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La versin digital de esta tesis est protegida por la Ley de Derechos de Autor del
Ecuador.
Los derechos de autor han sido entregados a la ESCUELA POLITCNICA
NACIONAL bajo el libre consentimiento del (los) autor(es).
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autor de esta tesis.
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que estar bajo los mismos trminos de licencia que el trabajo original.
El Libre Acceso a la informacin, promueve el reconocimiento de la originalidadde las ideas de los dems, respetando las normas de presentacin y de citacin
de autores con el fin de no incurrir en actos ilegtimos de copiar y hacer pasar
como propias las creaciones de terceras personas.
Respeto hacia s mismo y hacia los dems.
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ESCUELA POLITCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA YELECTRNICA
DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN SISTEMA DE SEGURIDADVEHICULAR BASADO EN MENSAJERA CORTA (SMS) Y TONOS
DTMF A TRAVS DE TELFONOS CELULARES
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERO EN
ELECTRNICA Y CONTROL
PABLO JAVIER MORA QUILUMBANGOmorapablo2010@gmail.com
DIRECTOR: LUIS ANIBAL CORRALES PAUCAR PhD.luis.corrales@epn.edu.ec
Quito, Abril 2012
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DECLARACIN
Yo, Pablo Javier Mora Quilumbango, declaro bajo juramento que el trabajo aqudescrito es de mi autora; que no ha sido previamente presentada para ningngrado o calificacin profesional; y, que he consultado las referencias bibliogrficasque se incluyen en este documento.
A travs de la presente declaracin cedo mis derechos de propiedad intelectualcorrespondientes a este trabajo, a la Escuela Politcnica Nacional, segn loestablecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por lanormatividad institucional vigente.
______________________
Pablo Javier Mora Quilumbango
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CERTIFICACIN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Pablo Javier MoraQuilumbango, bajo mi supervisin.
________________________LUIS CORRALES PhD.
DIRECTOR DEL PROYECTO
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AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios por haberme puesto este mundo, y darme todo loque soy.
A mis padres por su infinito esfuerzo, cario y comprensin.
A mi familia por su constante apoyo.
A todos mis amigos, y a las personas que me acompaaron todo estetiempo y creyeron en m.
Finalmente a todas aquellas personas que ya no estn entre nosotros,pero que siempre nos acompaan.
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DEDICATORIA
A Dios, por darme la vida y siempre guiarme en el sendero correcto.
A mis padres, por su infinito esfuerzo, comprensin, aliento y amor.
A mis hermanas, por su constante apoyo y comprensin.
A mis abuelitos, por su cario y apoyo.
A mi familia, por tenerme siempre presente.
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CONTENIDO
AGRADECIMIENTO .............................................................................................. v
DEDICATORIA ..................................................................................................... vi
CONTENIDO ........................................................................................................ vii
RESUMEN ............................................................................................................ xi
PRESENTACIN ................................................................................................. xii
CAPITULO 1: FUNDAMENTOS TERICOS ........................................................ 1
1.1. EL SISTEMA ELCTRICO DEL VEHCULO ........................................... 1
1.1.1. LA BATERA VEHICULAR ................................................................... 2
1.1.2. EL ALTERNADOR ................................................................................ 3
1.1.3. EL MOTOR DE ARRANQUE ............................................................... 4
1.1.4. SISTEMA DE ENCENDIDO ................................................................. 5
1.1.4.1. Elementos del Sistema de Encendido ........................................... 5
1.1.4.2. Funcionamiento del Sistema de Encendido .................................. 7
1.2. SISTEMA DE SEGURIDAD VEHICULAR ................................................ 7
1.2.1. ELEMENTOS DEL SISTEMA DE SEGURIDAD VEHICULAR ............. 8
1.2.2. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE SEGURIDAD VEHICULAR . 10
1.3. LA RED DE TELEFONA CELULAR GSM ............................................. 11
1.3.1. LA CELDA CELULAR ......................................................................... 111.3.2. ARQUITECTURA DE LA RED GSM .................................................. 13
1.3.2.1. Radio Station Subsystem (RSS) ................................................ 14
1.3.2.2. Switching Subsystem (SSS) ........................................................ 16
1.3.2.3. Operation and Maintenance Subsystem (OMS) .......................... 18
1.4. SERVICIO DE MENSAJERA CORTA (SMS) ....................................... 18
1.4.1. ELEMENTOS: .................................................................................... 19
1.5. MODULACIN DUAL POR TONOS DE FRECUENCIA (DTMF) .......... 19
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1.5.1. CODIFICACIN DTMF ...................................................................... 21
1.5.2. DECODIFICACIN DTMF ................................................................. 23
1.5.2.1. Diseo de Bancos de Filtros:....................................................... 24
CAPITULO 2: DISEO Y CONSTRUCCIN DEL HARDWARE ........................ 26
2.1. REQUERIMIENTOS DEL PROTOTIPO ................................................ 26
2.1. EL MDEM GSM ................................................................................... 27
2.1.1. EL MDEM GSM-USB ....................................................................... 28
2.1.2. EL MDEM GSM RS-232 .................................................................. 28
2.1.3. TELFONOS MVILES (CELULARES) ............................................ 29
2.1.3.1. El Telfono Sony Ericsson T290 ................................................. 30
2.2. LOS COMANDOS AT ............................................................................ 32
2.2.1. SET DE COMANDOS ........................................................................ 34
2.3. EL DECODIFICADOR DE TONOS DTMF ............................................. 37
2.3.1. EL DECODIFICADOR MT8870D ....................................................... 38
2.3.1.1. Descripcin Funcional de Pines .................................................. 39
2.3.1.2. Descripcin Funcional ................................................................. 39
2.3.1.3. Tabla de Funcin: ........................................................................ 41
2.4. EL MICROCONTROLADOR .................................................................. 41
2.4.1. EL MICROCONTROLADOR ATMEGA168P ...................................... 42
2.4.1.1. Caractersticas Principales .......................................................... 42
2.4.1.2. Descripcin Funcional de Pines .................................................. 43
2.5. EL CIRCUITO INTEGRADO ULN2803 .................................................. 45
2.6. DISEO DEL MDULO DE PROTOTIPO ............................................. 46
2.6.1. MDULO DE ENTRADAS/SALIDAS DEL SISTEMA ......................... 46
2.6.2. MDULO DE DECODIFICACIN DE TONOS DTMF ....................... 48
2.6.3. MDULO DE FUENTE DE ALIMENTACIN ..................................... 48
2.6.4. MDULO DE INTERFAZ DEL MDEM GSM. .................................. 49
2.6.5. CIRCUITO ESQUEMTICO FINAL .................................................... 52
2.7. CIRCUITO IMPRESO ............................................................................ 54
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CAPITULO 3: DESARROLLO DEL SOFTWARE DE SOPORTE ....................... 55
3.1. MODOS DE FUNCIONAMIENTO .......................................................... 55
3.1.1. MODO DESARMADO: ....................................................................... 55
3.1.2. MODO ARMADO: ............................................................................... 55
3.1.3. MODO INDEPENDIENTE: ................................................................. 56
3.1.4. OPCIONES DE CONTROL ................................................................ 56
3.2. DESARROLLO DE LOS DIAGRAMAS DE FLUJO ................................ 57
3.2.1. FUNCIONAMIENTO GENERAL ......................................................... 57
3.2.2. SUBRUTINAS DE ATENCIN A LAS INTERRUPCIONES ............... 59
3.2.2.1. Interrupcin Externa 0 / Deteccin de Tono DTMF Vlido .......... 59
3.2.2.2. Deteccin de Nuevo SMS ........................................................... 61
3.3. PLATAFORMA DE DESARROLLO BASCOM-AVR .............................. 62
3.3.1. CARACTERSTICAS .......................................................................... 63
3.3.2. COMANDOS DE PROGRAMACIN: ................................................. 63
3.3.3. PROGRAMACIN CON SOFTWARE BASCOM-AVR: ..................... 64
CAPITULO 4: PRUEBAS Y RESULTADOS ....................................................... 69
4.1. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL PROTOTIPO ........................ 69
4.1.1. PRUEBAS DE CONFIGURACIONES INICIALES DEL SISTEMA ..... 70
4.1.1.1. Configuracin de Nmeros de Aviso de Usuario ......................... 70
4.1.1.2. Configuracin de la Clave de Seguridad ..................................... 72
4.1.2. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA MEDIANTE
MENSAJES SMS .......................................................................................... 74
4.1.2.1. Activacin/Desactivacin del Sistema de Alarma ........................ 74
4.1.2.2. Control de Seguros de Puertas ................................................... 76
4.1.2.3. Control de Bloqueo del Motor del Vehculo ................................. 77
4.1.2.4. Activar/Desactivar Sirena Auxiliar ............................................... 79
4.1.3. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA MEDIANTE
TONOS DTMF .............................................................................................. 79
4.1.3.1. Ingresar/Salir del Sistema de Alarma .......................................... 79
4.1.3.2. Activar/Desactivar Alarma GSM .................................................. 80
4.1.3.3. Activar/Desactivar Seguridades de Puertas ................................ 80
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4.1.3.4. Activar/Desactivar Bloqueo del Motor ......................................... 81
4.1.3.5. Activar/Desactivar Sirena ............................................................ 81
4.2. RESULTADOS ....................................................................................... 82
4.3. COSTO DEL PROTOTIPO .................................................................... 83
CAPITULO 5: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................ 85
5.1 CONCLUSIONES: ..................................................................................... 85
5.2 RECOMENDACIONES: ............................................................................. 85
BIBLIOGRAFA: .................................................................................................. 87
ANEXOS .............................................................................................................. 89
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RESUMEN
El presente proyecto tiene por objetivo desarrollar un sistema de monitoreo y
control de los dispositivos de seguridad de un automvil.
Para cumplir con este objetivo se hace uso de un sistema microprocesado, el cual
trabaja conjuntamente con un telfono celular, y permite la comunicacin entre el
telfono del usuario y el mdulo del sistema de control.
El mtodo de comunicacin entre el mdulo del proyecto y el usuario, se hace
mediante el uso de mensajes de texto SMS y envo de tonos DTMF durante una
llamada telefnica de voz.
El prototipo del proyecto permite el control de dispositivos de seguridad del
vehculo, tales como seguros de puertas y bloqueo del motor de combustin,
adems de transmitir de un SMS de alarma al usuario en caso el sistema de
alarma estndar del vehculo fuere disparado.
Se disea el prototipo de manera que pueda trabajar paralelamente con un
sistema de alarma vehicular convencional.
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PRESENTACIN
En la actualidad es necesario e importante conocer el estado del sistema de
seguridad del vehculo y controlar sus dispositivos de seguridad de una manera
ms eficiente.
En el presente proyecto se ha desarrollado un Sistema de Seguridad Vehicular
basado en mensajes de texto SMS y Tonos DTMF a travs de telfonos celulares,
segn se describe a continuacin:
En el Captulo 1, se presenta el marco terico en el cual se basa el proyecto. Aqu
se explica acerca del sistema elctrico del automvil, los sistemas de seguridad
vehicular, arquitectura de la red de telefona celular, y la modulacin por tonos de
frecuencia (DTMF).
En el Captulo 2, se realiza el anlisis y se diseo del hardware del proyecto.
Partiendo de un diagrama de bloques, se hace un anlisis de los requerimientosde hardware, y se escoge entre las diferentes tecnologas existentes. Adems, se
presenta los aspectos fundamentales de funcionamiento de cada uno de los
dispositivos seleccionados, para finalmente terminar con el diseo del circuito
impreso del proyecto.
En el Captulo 3, se presenta las diferentes opciones de funcionamiento del
sistema, y se realiza el diseo del software de soporte del proyecto, el mismo quese programar en el microcontrolador. Adems, se presenta un diagrama de flujo
que explica el funcionamiento general del sistema. Finalmente, se explica acerca
del software utilizado para realizar la programacin de la aplicacin del
microcontrolador.
En el Captulo 4, se detallan las pruebas de funcionamiento realizadas y los
resultados obtenidos de las mismas.
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En el Captulo 5, se presentan las conclusiones y recomendaciones de este
proyecto.
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CAPITULO 1
FUNDAMENTOS TERICOS
A continuacin se dar a conocer los fundamentos tericos necesarios para
explicar los puntos de mayor importancia acerca del presente proyecto, que son la
parte elctrica del automvil, la red GSM, y finalmente la teora DTMF.
Dado que el presente proyecto inicialmente se podra ver como un sistema de
seguridad vehicular, se empezar por explicar acerca del sistema elctrico
vehicular, pero ms precisamente acerca del sistema de ignicin del vehculo, yaque ste est ntimamente ligado con el encendido/apagado del vehculo al
controlar el manejo del combustible.
Tambin se explicar algunas generalidades elctricas y funcionales existentes
entre los sistemas de seguridad vehicular, los mismos que servirn como base
para el diseo elctrico del presente proyecto.
Finalmente, se dar a conocer de forma general algunos conceptos relacionados
con el sistema de comunicacin utilizado, es decir, la red GSM, el servicio de
mensajera corta SMS, y la codificacin DTMF (Dual Tone Multi Frecuency) que
son utilizados para enviar las seales que controlan el mdulo de seguridad
vehicular GSM/DTMF.
1.1. EL SISTEMA ELCTRICO DEL VEHCULO
El sistema elctrico del automvil es de gran importancia, ya que es el
responsable de llevar energa a varios dispositivos que posee el vehculo para su
correcto funcionamiento. Est conformado por elementos tales como: la llave de
ignicin, el motor de arranque, bobina de ignicin, alternador, bomba de
combustible, etc., los mismos que estn ntimamente relacionados con el
encendido/apagado y correcto funcionamiento del motor.
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A continuacin se detalla algunos de los elementos principales que componen el
sistema elctrico:
1.1.1. LA BATERA VEHICULAR
Figura 1.1 Estructura Interna de una Batera Vehicular (Plomo-cido) (1)
La batera es utilizada como fuente de energa del vehculo cuando el motor, y portanto el alternador, estn detenidos. Adems, es la encargada de cumplir ciertos
requerimientos del vehculo, tales como:
Almacenar una cantidad de energa suficiente para operar el motor de
arranque durante el encendido de vehculo.
Proporcionar energa durante un tiempo razonable a dispositivos, tales
como las luces, cuando el motor est apagado.
En la actualidad la batera de plomo-acido, ha sido probada como la mejor opcin
para el uso en vehculos, ya que puede cumplir con los requerimientos de carga
exigidos por el vehculo en un gran rango de temperatura (-30C a +70C) a un
costo razonable.
1Electronic Automotive Handbook/ Robert Bosch GmbH/ 1 Ed. /2002
Batera Automotriz
Libre de Mantenimiento
1) Cubierta de una pieza
2) Cubierta del poste terminal
3) Conector de celda
4) Poste terminal
5) Chasis
6) Correa de la placa7) Carcasa
8) Carril de montaje inferior
9) Placas positivas
10) Placas negativas
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1.1.2. EL ALTERNADOR
El alternador es el elemento principal del sistema de carga de energa elctrica, el
mismo que consiste de un generador de corriente alterna trifsica con un sistema
de rectificacin y regulacin de voltaje a su salida, necesario para poder acoplarse
al sistema de corriente continua que manejan los distintos dispositivos del
vehculo.
Figura 1.2 Estructura Interna de un Alternador (2)
El alternador debe cumplir ciertos requerimientos durante el funcionamiento del
motor, tales como:
Proveer la corriente requerida por todas las cargas
Proveer cualquier corriente de carga que requiera la batera.
Proveer el voltaje de salida constante independiente de la velocidad del
vehculo.
2Automobile Electrical & Electronic Systems/ Tom Denton/ 3 Ed.
Paquete Rectificador
Soporte del anillo rozante
Regulador / Caja
de Escobillas
Rotor EstatorSoporte Terminal
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1.1.3. EL MOTOR DE ARRANQUE
El motor de combustin interna de un vehculo debe cumplir ciertos requicitos
para que ste pueda arrancar y continuar funcionando:
Que se genere una mezcla de aire/combustible en el motor de
combustin interna.
Un mtodo para generar la ignicin del combustible dentro del motor.
Una velocidad mnima de arranque (aproximadamente 100 rev/min).
Figura 1.3 Estructura Interna de un Motor de Arranque (3)
Los dos primeros requisitos solo se podrn cumplir si el motor de combustin
interna es activado, para lo cual se requiere un alto torque en el arranque, el
mismo que es generado por el motor de arranque (motor de corriente continua) ,
que se acopla al motor de combustin interna generalmente a travs de engranes.
A continuacin se detalla, de forma breve, el funcionamiento los sistemas de
encendido ms convencionales.
3Automobile Electrical & Electronic Systems/ Tom Denton/ 3 Ed.
Cojinete
ArmaduraCojinete
Marco delCampo
Porta EscobillasCubierta
Extrema
Switch Magntico
Resorte
Bola de
Acero
Conjunto de
Embrague
Engranaje
Intermedio
Soporte
Cubierta del
Arranque
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1.1.4. SISTEMA DE ENCENDIDO
En la actualidad existen varios tipos de sistemas de encendido, los cuales son
generalmente escogidos dependiendo del tipo de motor de combustin interna al
que van a servir.
Se debe mencionar que, para el presente estudio, se explicar el sistema de
encendido convencional, debido que el objetivo es mostrar el punto en comn
existente entre dichos sistemas de encendido, que es la generacin de alto
voltaje, el cual, para todos los casos se consigue de forma inductiva mediante el
uso de la bobina de ignicin.
1.1.4.1. Elementos del Sistema de Encendido
A continuacin se presenta los elementos que componen un sistema de ignicin
convencional:
Figura 1.4 Elementos del Sistema Elctrico de Encendido (4)
Las Bujas
Son electrodos especialmente diseados para soportar altos voltajes,
presiones y temperaturas, y que permiten el salto de la chispa de
encendido, lo cual ocasiona que explote la mezcla comprimida de
aire/combustible en el cilindro del motor.4Electronic Automotive Handbook/ Robert Bosch GmbH/ 1 Ed. /2002.
Componentes del Sistema de
Ignicion por Bobina (CI)
1) Batera
2) Interruptor de ignicin
3) Bobina
4) Distribuidor
5) Condensador de ignicin
6) Contacto de interrupcin
7) Bujas
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Bobina de Ignicin
Es bsicamente un transformador, compuesto por un bobinado
primario, un bobinado secundario, y un ncleo. Almacena energa en
forma inductiva, y la transporta al distribuidor a travs de la lnea de alto
voltaje.
Interruptor de Ignicin
Provee control sobre el sistema de ignicin, y tambin es generalmente
utilizado para causar el arranque del motor.
Interruptor de Contacto
Conmuta el bobinado primario de la bobina de ignicin con el fin de
cargar y descargar la bobina.
Condensador
Suprime la mayor parte del arco elctrico generado en la apertura del
punto de corte de corriente. ste permite una cada ms rpida de lacorriente en el bobinado primario, y por lo tanto un colapso ms rpido
del magnetismo de la bobina, lo cual produce un alto voltaje en la
bobina de salida.
Distribuidor de Alto Voltaje
Dirige la energa del bobinado secundario de la bobina de ignicin, a
cada buja en su correspondiente cilindro, en una secuencia especfica.
Avance Centrfugo
Cambia el tiempo de ignicin dependiendo de la velocidad del motor de
combustin interna.
Avance de Vaco
Cambia el tiempo de ignicin dependiendo de la carga aplicada al motorde combustin interna.
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1.1.4.2. Funcionamiento del Sistema de Encendido
Cuando el interruptor de ignicin del motor se encuentre en la opcin de
encendido, y el interruptor de contacto se cierre, la corriente elctrica de la batera
o del alternador fluye a travs del devanado primario de la bobina de ignicin,
generando as un poderoso campo magntico en el cual la energa es
almacenada. En el punto de ignicin de la mezcla aire/combustible presente en el
motor de combustin, el punto de corte de corriente se abre, interrumpiendo la
corriente elctrica en el bobinado primario de la bobina de ignicin, por lo cual el
campo magntico en sta colapsa, y el alto voltaje requerido para la ignicin, esinducido en el secundario de la bobina de ignicin. Este alto voltaje es llevado
desde el terminal del bobinado secundario al distribuidor de alto voltaje, y
consecuente a la buja adecuada en ese momento.
1.2. SISTEMA DE SEGURIDAD VEHICULAR
El sistema de seguridad vehicular tambin conocido como alarma vehicular es undispositivo que tiene por objetivo intentar disuadir mediante la seal de una sirena
y parpadeo de las luces en caso de un intento de acceso no autorizado al interior
del vehculo.
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Figura 1.5 Alarma Vehicular Comercial (5)
Generalmente esta clase de sistemas cuenta con una serie de sensores que
pueden producir que la alarma se dispare, como por ejemplo: pulsadores de
puerta, pulsador de cap, sensor de impacto, sensor ultrasnico, etc., donde
dichos dispositivos aumentarn o reducirn su nmero segn sea lasfuncionalidades del sistema de alarma vehicular. Se debe mencionar tambin que
algunos sistemas de alarma tienen la posibilidad de inmovilizar al vehculo, para lo
cual realizan el corte de energa de ciertos dispositivos del vehculo, tales como el
motor de arranque, la bobina de ignicin o la bomba de gasolina.
1.2.1. ELEMENTOS DEL SISTEMA DE SEGURIDAD VEHICULAR
Si bien la cantidad de dispositivos que conforman el sistema de alarma varan
segn las prestaciones de la misma, se pueden identificar algunos componentes
principales que son comunes en la mayora de sistemas, los que se muestran a
continuacin:
5http://articulo.mercadolibre.com.ec/MEC-7038720-alarma-auto-gladiador-helmet-garantizada-_JM
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Unidad Central de Control
Es la parte encargada del procesamiento de las seales provenientes
de los sensores, y que adems realiza el control sobre los dispositivos
de campo tales como seguros elctricos, inmovilizadores, sirenas, etc.
Generalmente posee una batera de respaldo en caso da falla de la
alimentacin principal de la batera del vehculo.
Pulsadores
Se utilizan como sensores en lugares tales como las puertas o el cap,
y sirve para detectar la apertura de alguno de stos, lo cual producir
un disparo de la seguridad, si la alarma est encendida (armada).Dependiendo del sistema de alarma o de la marca de vehculo, la
activacin de tales sensores puede generar un nivel alto o un nivel bajo
de voltaje a las entradas de la alarma.
Sensor de Impacto
Es un sensor que sirve para detectar las vibraciones que pudieran
producirse en el vehculo, producto de un golpe o movimiento delvehculo.
Controles Remotos
Es un control inalmbrico manual, que a travs del envo de una seal
codificada nica, por medio de infrarrojo o por radiofrecuencia, permite
el armado o desarmado del sistema de alarma.
Sirena
Es un dispositivo sonoro usado como medio sealizador del disparo de
la alarma.
Cables Conectores
Son cables conductores de cobre que utilizados para realizar las
distintas conexiones del sistema de seguridad, tales como sensores,sirena, sealizadores, etc.
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1.2.2. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE SEGURIDAD VEHICULAR
Se muestra un diagrama de conexin de una estndar marca Genius, la que
permitir comprender de mejor manera el funcionamiento del sistema.
Figura 1.6 Diagrama de Conexiones para una Alarma Vehicular Comercial (6)
El sistema de alarma es armado o desarmado a travs de infrarrojo o
radiofrecuencia con la unidad de control remoto, la cual posee un cdigo nico
para cada alarma, y sirve para asegurar el vehculo en contra de uso no
autorizado.
La unidad de control de la alarma evala las seales de los terminales de entrada,
y si se detecta seales de disparo, el sistema activa las seales de advertencia
(sirena y luces, bloqueo del motor, etc.) a travs de sus terminales de salida.
De las explicaciones realizadas acerca del funcionamiento del sistema elctrico y
de un sistema de seguridad vehicular, se concluye que stos realizan el bloqueo
6Manual Alarma Vehicular GENIUS G24A-METALICA
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del vehculo a travs del corte de la energa llevada a la bobina de elevacin o a
la bomba de combustible, ya que una falla en cualquiera de estos dos elementos
detendra el funcionamiento del motor de combustin del vehculo.
1.3. LA RED DE TELEFONA CELULAR GSM
Las comunicaciones inalmbricas ya venan realizndose desde hace varias
dcadas atrs, aplicadas principalmente a las comunicaciones de las radio-
patrullas, bomberos y transmisiones en banda ciudadana a mediados de siglo.
Tales tecnologas de comunicacin inalmbrica se han ido desarrollando con el
paso de los aos, pero han cobrado un mayor desarrollo en los ltimos tiempos,
gracias al desarrollo de los sistemas de telefona celular, lo cual se puede apreciar
en la Figura 1.7.
Figura 1.7 Evolucin de las Comunicacin Celular (7)
1.3.1. LA CELDA CELULAR
7GSM-GPRS: Orgenes y Evolucin/ Luis Corrales, PhD/ Noviembre 2008
Revisin del Siglo 20:Rangos de Frecuencias, Principio Celular y Capacidad
SistemaCelular
SistemaUnicelular
Reuso defrecuencias
ao
Frecuencia
aoSuscriptores [M]
Tendencia:
Frecuencias elevadas Mayores rangos de
frecuencias
Menores radios decelda Mayor Capacidad
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Inicialmente esta clase de sistemas inalmbricos tenan una gran potencia de
transmisin, la cual era utilizada para comunicarse a grandes distancias, sin
embargo, esto presentaba el problema de la potencia desperdiciada, ya que
utilizaba la misma cantidad de potencia para comunicarse con usuarias distantes
como con usuarios que se encuentren en la cercana de la transmisin. Este
problema fue resuelto gracias a la utilizacin de una estacin base nica, como
nodo central, la cual realizaba la cobertura de un rea especfica, y serva como
enlace para realizar la comunicacin entre los usuarios que se encuentren dentro
del rea.
Si bien esto ayud a aumentar el rea de cobertura, todava no contribua aaumentar el nmero de canales disponibles a los usuarios dentro de una banda
de frecuencia dada, lo cual restringa el nmero de usuarios que podan
comunicarse. Como solucin a este problema se pens en crear reas pequeas
de manera que los mismas frecuencias puedan ser reutilizados en otra rea
geogrfica, de donde se pudo concluir que a una distancia de aproximadamente 4
veces el radio de celda (4r) la interferencia existente entre las seales de cada
celda era aceptable.
Como consecuencia de la reutilizacin de las frecuencias, se obtiene una mayor
cantidad de canales disponibles para la comunicacin de los usuarios, como se
muestra a continuacin en la Figura 1.8, donde a cada celda contigua se le asigna
un grupo diferente de frecuencias.
27
1
3
6
5
4
7 2
1
3
6
5
4
7 2
1
3
6
5
47 2
1
3
6
5
4
7 2
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7 2
1
3
6
5
4
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Figura 1.8 Reutilizacin de Frecuencias
Se debe mencionar que el tamao de la ceda de comunicacin depende del
nmero de usuarios a los que servir dentro de una determinada rea. Por esta
razn en los centros poblados se requiere que el tamao de la celda de
comunicaciones sea pequeo a fin de realizar una mayor reutilizacin de los
canales disponibles y poder comunicar a una mayor cantidad de usuarios.
Tambin se debe mencionar que en zonas rurales al no existir una gran cantidad
de usuarios, el tamao de la celda puede ser mucho mayor. Es por este motivo
que el tamao de la celda de comunicaciones puede variar en rangos de 500m
hasta 35km.
1.3.2. ARQUITECTURA DE LA RED GSM
Una vez explicado el proceso utilizado para la divisin en celdas que se utiliza en
la red celular se proceder a revisar los principales subsistemas que componen la
arquitectura de la red GSM, los mismos que pueden ser identificados en la Figura
1.9, as como algunos conceptos que aqu se manejan.
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Figura 1.9 Arquitectura de la Red de Telefona Celular (8)
1.3.2.1. Radio Station Subsystem (RSS) o Base Station Subsystem (BSS)
Esta capa de red se ocupa de proporcionar y controlar el acceso de los terminales
al espectro disponible, as como del envo y recepcin de los datos en una regin,
y est conformada por los siguientes componentes:
1.3.2.1.1. Base Transceiver Station (BTS)
Tiene por misin la administracin del enlace de comunicacin entre los usuarios
y la red dentro del rea a la que brinda cobertura.
8GSMArchitecture, Protocols and Services/ Christian Hartmann/ 3 Ed./2009
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1.3.2.1.2. Base Station Controller (BSC)
Se encarga de mantener el enlace de comunicacin entre la estacin transceptora
base (BTS) y el equipo terminal mvil (MS).
Adems, se encarga del proceso de handover, el cual permite que se mantenga
el enlace de la llamada sin mayores interrupciones al momento de que uno de los
equipos mviles cambia de celda de comunicacin al trasladarse a otro lugar, lo
que se aprecia en la Figura 1.10
Figura 1.10 Proceso de HandOver entre Celdas de Comunicacin (9)
Esto se logra gracias a que las BTS estn informando continuamente a la BSC
acerca de los niveles de potencia con los cuales est transmitiendo el equipo
mvil, lo cual ayuda a la BSC a tomar la decisin del momento de iniciar elproceso de handover, y a qu celda le dar el control sobre el equipo mvil.
La BSC controla a su vez la potencia de trabajo de la estacin mvil para
minimizar la interferencia producida a otros usuarios y aumentar la duracin de la
batera.
1.3.2.1.3. Transcoding and Rate Adaptation Unit (TRAU)
9GSM-GPRS: Orgenes y Evolucin/ Luis Corrales, PhD/ Noviembre 2008
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La TRAU se emplea para compresin de voz (transcoding) y adaptacin de los
datos a los requerimientos de la interfaz de aire (rate adaptation). Generalmente
realiza la conversin de la voz desde 64kbps a 13.3kbps para que pueda ser
transmitida por el medio inalmbrico.
1.3.2.1.4. Mobile Station (MS)
Se conoce como Estacin Mvil al equipo de comunicacin mvil del abonado, el
mismo que se identifica a travs de un nmero IMEI, (Identificador Internacional
del Equipo Mvil) nica para cada equipo. Generalmente el equipo incluye en suinterior un chip conocido como SIM.
1.3.2.1.5. Suscriber Indentity Module (SIM)
El Mdulo de Identificacin de Usuario es una pequea memoria que contiene
informacin del abonado, tales como agenda telefnica, sms guardados, clave
corta de bloqueo (PIN), parmetros de la red, etc.
1.3.2.2. Switching Subsystem (SSS)
El Subsistema de Conmutacin comprende:
1.3.2.2.1. Mobile Service Switching Centre (MSC)
El Centro de Conmutacin de Servicios Mviles es el corazn del sistema GSM.
Adems de controlar el proceso de handover entre las BSCs, es responsable del
establecimiento, control y finalizacin de cualquier llamada. Recoge adems la
informacin necesaria para realizar la tarifacin.
Tambin acta de interfaz entre la red GSM y cualquier otra red pblica o privada
de telefona o datos.
1.3.2.2.2. Home Location Register (HLR)
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El Registro de Localizacin de Subscriptores es una base de datos que almacena
el estado de la lnea de un usuario dentro de la red, si est conectado o no y las
caractersticas de su abono (servicios que puede y no puede usar, tipo de
terminal, etctera). Es de carcter ms bien permanente; cada nmero de
telfono mvil est adscrito a un HLR determinado y nico, que administra su
operador mvil, donde puede existir ms de un HLR para en una misma celda de
comunicacin.
1.3.2.2.3. Visitors Location Register (VLR)
El Registro de Localizacin de Visitantes contiene informacin de estado de todos
los usuarios que en un momento dado estn registrados dentro de su zona de
influencia.
1.3.2.2.4. Autentication Centre (AC o AuC)
El Centro de Autenticacin es una entidad que provee los parmetros deautentificacin y encriptacin que sirven para determinar la identidad del usuario,
y asegurar la confidencialidad de cada llamada telefona celular.
1.3.2.2.5. Equipment Identification Register (EIR)
El Registro de Identificacin de Equipos contiene una lista de los equipos mviles
vlidos en la red, en donde cada estacin mvil se identifica con su respectivocdigo IMEI en una base de datos. Esta lista sirve para clasificar a los mviles en
tres categoras:
Lista Negra
Usada para identificar a mviles que han sido robados, y de esta
manera no permitirles el acceso a la red a travs del bloqueo de su
respectivo IMEI.
Lista Gris
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Usada para equipos que estn bajo observacin
Lista Blanca
Usada para el resto de equipos mviles que pueden acceder a la red.
1.3.2.2.6. Gateway Mobile Switching Center (GMSC)
Es el punto de comunicacin entre la red GSM y otras redes externas pblicas o
privadas que no estn incluidas en esta red.
1.3.2.3. Operation and Maintenance Subsystem (OMS)
El Subsistema de Operacin y Mantenimiento est unido a todos los componentes
presentes en el Subsistema de Conmutacin, y tambin es conocido con el
nombre de Centro de Operaciones y Mantenimiento (OMC). Tiene por objetivo
ofrecer al cliente, actividades de mantenimiento, facturacin a los usuarios y
soporte tcnico que son requeridas por la red GSM.
1.4. SERVICIO DE MENSAJERA CORTA (SMS)
El servicio de mensajes cortos o SMS (Short Message Service), es un servicio
que se encuentra disponible en la mayora de telfonos mviles y mdems GSM,
y que permite el envo/recepcin de mensajes de texto de corta longitud,
alrededor de 140 o 160 caracteres. En la actualidad se tiene una mayor
flexibilidad en cuanto a las prestaciones de los servicios de mensajera corta, tales as que estos mensajes pueden incluir imgenes y sonidos, como es el caso
de los mensajes multimedia (MMS).
Una parte fundamental y adicional a la arquitectura anteriormente presentada
para la red GSM, es el Centro de Servicios de Mensajes Cortos (SMSC), el mismo
que se encarga de almacenar los sms, y reenviarlos al equipo mvil de destino,
una vez que ste se encuentre disponible. Se debe sealar que los sms puedenser enviados independientemente de si existe una llamada en proceso.
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El servicio de mensajera corta est basado en los siguientes elementos:
1.4.1. ELEMENTOS:
Entidades de Mensajera Corta (SMC o SME)
Es una entidad que puede enviar o recibir mensajes cortos, como por
ejemplo los telfonos mviles o los mdems GSM. Pueden encontrarse
en la red de telefona mvil o en cualquier otro centro de servicio.
Centro de Servicios de Mensajera Corta (SMSC)
Es responsable del almacenamiento y envo de los mensajes cortosentre los distintos SMC.
SMS-Gateway
Est compuesto por dos entidades que permiten soportar el servicio de
mensajera corta. El Gateway SMS-GMSC (Short Message Service
Gateway Mobile Switching Center), se encarga de finalizar los SMS; en
cambio el Gateway SMS-IWMSC (Short Message Service Inter-
Working Mobile Switching Center) es el encargado de originar los sms.El gateway SMS permite hacer al momento de recibir un sms, hacer
una consulta al HLR con el fin de obtener informacin que permita
direccionar el mensaje al destino final.
1.5. MODULACIN DUAL POR TONOS DE FRECUENCIA (DTMF)
En la dcada de los 70s la necesidad de desarrollar un mtodo para latransferencia de la informacin marcado a travs de la red telefnica fue
reconocida. El mtodo tradicional de sealizacin por marcado de pulsos, era
lento, sufra varias distorsiones sobre lazos largos de cable, y adems requera
una ruta de corriente DC a travs del canal de comunicacin. Un esquema de
codificacin fue desarrollado utilizando tonos de frecuencia de voz, desarrollando
de esta manera una alternativa muy confiable al sistema de marcado por pulsos.
Este esquema de codificacin es conocido como DTMF (Dual Tone Multi-Frequency), Touch-Tone o simplemente, marcado por tonos.
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En forma resumida se puede decir que una seal DTMF vlida es la suma de dos
tonos, uno de un grupo de frecuencias bajas (697-941Hz) y el otro de un grupo de
frecuencias altas (1209-1633Hz), donde cada grupo contiene cuatro tonos
individuales. Las frecuencias de los tonos individuales fueron cuidadosamente
escogidas, tal que ellos no estn relacionados armnicamente, y que el producto
de su intermodulacin resulte en una seal lo menos distorsionada posible, tal
como se muestra en la Figura 1.11.
Figura 1.11 Espectro de Frecuencias para los Tonos DTMF (10)
El sistema de seales DTMF es generado por un codificador, y es la suma
algebraica en tiempo real de dos tonos; uno de baja frecuencia y otro de alta, el
tono alto normalmente es de +1.5% (2dB) con respecto del tono bajo, para
compensar prdidas de seal en las largas lneas de conexin con la central
telefnica.
Este esquema permite solamente 16 combinaciones nicas. Diez de estos
cdigos representan los nmeros del cero al nueve, los restantes seis (*, #, A, B,
C, D) son reservados para sealizacin especial.
La mayora de los teclados telefnicos contienen diez teclas numricas, ms las
teclas asterisco (*) y numeral (#). Estos botones estn arreglados en una matriz,
que seleccionan el grupo de tonos de baja frecuencia de su respectiva fila, y el
10Applications of The MT8870 Integrated DTMF Receiver/ Zarlink Semiconductor
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grupo de tonos de alta frecuencia desde su respectiva columna, como se muestra
en la Figura 1.12.
Figura 1.12 Atribucin de Frecuencias a los Smbolos y Cifras del Teclado Telefnico (11)
El esquema de codificacin DTMF asegura que cada seal contiene uno y solo un
componente de cada uno de los grupos de tonos alto y bajo. Esto simplifica
significativamente la decodificacin debido a que la seal DTMF, puede ser
separada con filtros pasa banda, en sus dos frecuencias simples que la
componen, cada una de las cuales puede ser manipulada en forma individual. Lasteclas de funcin A, B, C y D son extensiones de las teclas (0-9, *, #) y fueron
diseadas con los telfonos militares norteamericanos Autovon. Los nombres
originales de estas teclas fueron FO (Flash Override), F (Flash), I (Inmediate) y P
(Priority) los cuales representaban niveles de prioridad y que podan establecer
comunicacin telefnica con varios grados de prioridad, eliminando otras
conversaciones en la red si era necesario, con la funcin FO siendo la de mayor
prioridad hasta P la de menor prioridad. Estos tonos son ms comnmente
referidos como A, B, C y D respectivamente, todos ellos tienen en comn 1633 Hz
como su tono alto.
1.5.1. CODIFICACIN DTMF
El esquema de marcado DTMF fue diseado por los laboratorios BELL e
introducido a los Estados Unidos a mediados de los aos 60 como una alternativa
11ITU-T Rec. Q.23 (11/88) Technical features of push-button telephone sets
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para la marcacin por pulsos, ofreciendo un incremento en la velocidad de
marcado, mejorando la fiabilidad y la conveniencia de sealizacin de punto a
punto.
Existen varias especificaciones que han sido resultado del estndar original, las
cuales parten de los estndares de AT&T, CEPT, NTT, CCITT y la ITU, etc. Las
variaciones de un estndar a otro son tpicamente tolerancias en las desviaciones
de frecuencia, niveles de energa, diferencia de atenuacin entre dos tonos e
inmunidad al habla.
En conclusin, la codificacin DTMF es el sistema de seales usado en los
telfonos para el marcado por tonos, estos son el resultado de la suma algebraicaen tiempo real de dos seales sinusoidales de diferentes frecuencias. La relacin
de teclas con su correspondiente par de frecuencias se muestran en la Figura
1.13.
Dgito FrecuenciaBaja
FrecuenciaAlta
1 697 1209
2 697 13363 697 14774 770 12095 770 13366 770 14777 852 12098 852 13369 852 14770 941 1209* 941 1336# 941 1477
A 697 1633B 770 1633C 852 1633D 941 1633
Figura 1.13 Pares de frecuencias empleadas para la generacin DTMF.
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1.5.2. DECODIFICACIN DTMF
Las especificaciones ITU Q.23 y Q.24 para la deteccin DTMF son las siguientes:
Frecuencias de las Seales Grupo alto 697, 770, 852, 941 Hz.Grupo bajo 1209, 1336, 1477, 1633 Hz
Tolerancia de las Frecuencias Operacin 1.5%No Operacin 3.5%
Duracin de las Seales Operacin 40 ms minNo Operacin 23 ms max
Distorsin Directa 8 dB maxReversa 4 dB max
Potencia de la Seal Operacin 0 a -25 dBmNo Operacin -55 dBm max
Interferencia pos Ecos Ecos Debe soportar retardosde ecos de hasta 20 msy al menos 10 dB
Figura 1.14 Requerimientos para la deteccin de Tonos DTMF (12)
Tolerancia a la frecuencia: Un smbolo vlido DTMF debe tener una
desviacin en frecuencia dentro del 1.5% de tolerancia. Los smbolos
con una desviacin en frecuencia mayor al 3.5% debern ser
rechazados.
Duracin de la seal: Un smbolo DTMF con una duracin de 40ms
debe ser considerado vlido. La duracin de la seal no debe ser menor
de 23ms.
Atenuacin de la seal: El detector debe trabajar con una relacin
seal-ruido (SNR) de 15dB y en el peor caso con una atenuacin de
26dB.
Interrupcin de la seal: Una seal DTMF vlida interrumpida por
10ms o menos no debe ser detectada como dos smbolos distintos.
Pausa en la seal: Una seal DTMF vlida separada por una pausa de
tiempo de al menos 40ms debe ser detectada como dos smbolos
distintos.
12ITU-T Rec. Q.24 (11/88) Multifrequency push-button signal reception
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Fase: El detector debe operar con un mximo de 8dB en fase normal y
4dB en fase invertida.
Rechazo al habla: El detector debe operar en la presencia del habla
rechazando la voz como un smbolo DTMF vlido.
Las tcnicas ms comunes utilizadas para el diseo de circuitos detectores de
tonos DTMF se basan en el diseo de bancos de filtros de frecuencia.
1.5.2.1. Diseo de Bancos de Filtros:
Conceptualmente es el mtodo de diseo ms simple para la deteccin de tonosDTMF. La seal compuesta es usualmente filtrada por un grupo de filtros pasa
altos/pasa bajos, y entonces por un conjunto de filtros pasa banda, tal como se
muestra en la Figura 1.15
Figura 1.15 Deteccin de Tonos DTMF usando Filtros Digitales
El grupo de filtros pasa bajo / pasa alto, dividen la seal compuesta en un grupo
alto y bajo, en el caso de una seal DTMF.
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El nmero de bloques de filtros pasa banda depende del nmero de frecuencias
en cada uno de los rangos. Los filtros usados en este mtodo pueden ser
realizados usando filtros de primer (FIR) o segundo orden (IIR).
En el caso de que se utilice filtros FIR, no se utiliza grupos de filtros, pero los
filtros pasa bandas deben ser de orden superior, tpicamente mayor a 30.
Debido a su muy alta complejidad computacional, estos filtros son usualmente
implementados en hardware.
La divisin de frecuencias en los grupos alto y bajo simplifica el diseo de
receptores DTMF como se muestra en la Figura 1.15. Cuando se encuentraconectado a una lnea telefnica, a un receptor de radio o a cualquier otra fuente
de seal DTMF, el receptor filtra el ruido del tono, separa la seal en los
componentes de grupos de alta y baja frecuencia para luego medir el cruce por
cero promediando los periodos para producir la decodificacin de un dgito.
En el presente captulo se ha analizado el marco terico en el cual se basa el
proyecto: el sistema elctrico del vehculo, el sistema de seguridad vehicularestndar, la red de telefona celular, y la modulacin DTMF; los cuales ayudan a
especificar los requerimientos que el hardware del prototipo debe poseer, stos
son tratados en el siguiente captulo.
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CAPITULO 2
DISEO Y CONSTRUCCIN DEL HARDWARE
En el captulo anterior se seal el marco terico sobre el cual se fundamenta el
presente proyecto razn por la cual a continuacin, se tratar de determinar el
hardware requerido para la implementacin del presente prototipo.
2.1. REQUERIMIENTOS DEL PROTOTIPO
El prototipo consiste en un mdulo electrnico que puede trabajar conjuntamentecon el sistema de la alarma convencional montado sobre un vehculo y que
permite el monitoreo/control de la misma. Este mdulo se encargar de reportar a
travs de mensajes de texto (SMS) si un evento anormal se produjo en el
vehculo, el cual fue captado por los sensores de la alarma convencional. El
propietario del vehculo podr controlar la activacin/desactivacin de la alarma
GSM, control de flujo de gasolina, y seguros elctricos (de existir), a travs de
mensajes de texto (SMS), o de marcacin por tonos (DTMF) mediante unallamada de voz.
Es evidente que dados los presentes requerimientos del prototipo, el mdulo
deber contar con un dispositivo que permita la comunicacin de mensajes de
texto y llamadas, lo cual puede ser cumplido por el mdem GSM.
Para trabajar con la decodificacin DTMF es necesario contar con un interfaz de
salida de seal de audio, la misma que ser obtenida del mismo mdem GSM. Se
debe tener presente que la decodificacin de los tonos DTMF debe poseer un alto
nivel de inmunidad al ruido, en vista de que se encontrar trabajando sobre un
ambiente altamente ruidoso como lo es un vehculo. Adems deber poseer un
mecanismo que permita reconocer simulacin de tonos por parte de la voz
humana durante una llamada.
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Finalmente, se deber poseer un interfaz que permita acoplar la fuente de
alimentacin elctrica y la unidad de control al sistema de seguridad estndar del
vehculo.
A continuacin se presenta lo anteriormente expuesto, mediante bloques.
Figura 2.1. Diagrama de Bloques del Sistema de Seguridad Vehicular
2.1. EL MODEM GSM
Se establece un mdem GSM como un dispositivo mvil que permite acceder a la
red de telefona mvil GSM, lo cual posibilita al usuario el acceder a los servicios
de la red, tales como llamadas de voz, envo recepcin de mensajera corta, etc.
Por tal motivo en la actualidad existe gran cantidad de dispositivos que cumplen
con estos requerimientos, los cuales van desde telfonos mviles hasta mdems
USB que pueden acoplarse a un computador personal.
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2.1.1. EL MDEM GSM-USB
Figura 2.2. Mdem GSM USB Sony Ericsson MD300 (13)
Tiene la caracterstica de ser de un tamao compacto, lo cual es ideal para un
proyecto de este estilo, sin embargo, no soporta llamadas de voz lo cual es
esencial para la implementacin de DTMF, adems, para funcionar requiere la
instalacin de un software en una PC, por lo que debido a sus caractersticas no
es recomendable para el proyecto.
2.1.2. EL MDEM GSM RS-232
Figura 2.3. Mdem Sony Ericsson GT47(14)
Generalmente posee un interfaz de comunicacin serial lo cual es ideal para este
proyecto, sin embargo, son de mayor tamao y la mayora de stos tampoco
poseen una interfaz de audio, lo cual no permite la decodificacin DTMF.
13Sony Ericsson MD300 Mobile Broadband USB Modem / User Guide/ 2 Ed./200814http://spanish.alibaba.com/product-free-img/gsm-modem-sonyericsson-gt47-108005859.html
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2.1.3. TELFONOS MVILES (CELULARES)
Finalmente, se tienen los telfonos mviles GSM, de los cuales en la actualidad
existe una gran diversidad de marcas y modelos. Para el presente proyecto es
conveniente seleccionar un dispositivo que permita una comunicacin serial
asncrona con el microcontrolador, adems de poseer una interfaz de salida de
audio.
En el mercado existe una mayor cantidad de telfonos mviles de la marca Nokia,
sin embargo, su uso no es adecuado, ya que se manejan con protocolos de
comunicacin propietarios como son FBUS y MBUS, los cuales no permitenfcilmente su comunicacin mediante la interfaz serial del microcontrolador.
De lo anterior, se concluye que de las marcas existentes en el mercado local,
algunos terminales como Siemens, Motorola, y todos los Sony Ericsson, poseen
caractersticas que los hacen tiles para este proyecto.
Se debe sealar sin embargo que los terminales mviles Sony Ericsson son losque presentan las mejores caractersticas de los consultados, pues poseen en el
mismo puerto los requerimientos de comunicacin serial e interfaz de audio,
adems de permitir el control completo del equipo mediante su interfaz serial.
En el presente proyecto se ha utilizado como MODEM GSM un telfono Sony
Ericsson T290, por que cumple con todos los requerimientos que se mencionaron
anteriormente, y por ser comn encontrarlo en el mercado local a un preciorazonable. A continuacin se menciona la gama de telfonos Sony Ericsson que
podran ser utilizados para este proyecto: J300i, K300i, K500i, K508i, K700i,
P800, P900, P910a, R300d, R300z, S700i, T200, T28, T290a, T300, T310, T39m,
T60c, T60d, T610, T61c, T630, T637, T68, T68i Z500a, los mismos que
comparten todas las caractersticas de puerto de datos requeridas para el diseo
del prototipo.
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2.1.3.1. El Telfono Sony Ericsson T290
Figura 2.4. Telfono Mvil Sony Ericsson T290 (15)
Se presenta a continuacin en forma resumida las caractersticas ms relevantes
del presente telfono.
Figura 2.5. Caractersticas Principales Sony Ericsson T290 (16)
El telfono celular Sony Ericsson T290, al igual que la mayora de telfonos
celulares de la misma marca posee caractersticas avanzadas muy similares entre
s, tales como navegacin WEB, MMS, Grabador de Voz, etc.
Es un telfono celular con una importante caracterstica, que dentro de los pines
que presenta al exterior mediante puerto de datos, se encuentra casi por completo
15www.clubsonyericsson.com/products/t290/t290_offgroup.jpg16www.clubsonyericsson.com/products/t290/t290_offgroup.jpg
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su control respectivo, es decir tiene los pines de audfonos, micrfono, Tx, Rx,
VCC y GND, entre otros, que son fundamentales para la implementacin del
proyecto.
A continuacin se tiene la configuracin de pines del puerto de comunicacin para
este celular:
Figura 2.6. Puerto de Datos del Telfono Sony Ericsson T290 (17)
Figura 2.7. Descripcin de Pines del Celular Sony Ericsson T290 (18)
Es importante destacar que para realizar la conexin del celular al circuito de
control, se utilizar un cable de datos para celulares Sony Ericsson tipo DCU-11,
del mismo que posteriormente requerir un corte, de donde se extraern los
cables que corresponden a los pines Rx, Tx, audio, VCC y GND.
17http://www.edaboard.com/thread161795.html18http://www.se900.ru/forum/index.php?showtopic=7783
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Figura 2.8. Cable de Datos Sony Ericsson DCU-11 (19)
2.2. LOS COMANDOS AT
El conjunto de Comandos de Atencin, o ms conocido con el nombre de
comandos AT, proviene del conjunto de comandos Hayes, y en la actualidad se
han convertido en un estndar abierto para la configuracin de mdems GSM, los
cuales estn incluidos en la recomendacin 3GPP TS 27.007 V3.13.0 (2003-03).
Con el objetivo de comprender el comportamiento del modem al interactuar con
los comandos AT, se presenta el siguiente esquema:
19 http://www.indicepedia.org/comprar/28097_Cable-de-datos-ORIGINAL-Sony-Ericsson-DCU-11-usb-A2628s-F500i-J200i-J300-J300i-K300-K300a
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Figura 2.9. Flujo de Datos de los Comandos AT en un modem (20)
Equipo Terminal (TE): Generalmente es un computador, y est
encargado del envo de los comandos AT al modem GSM. Sin
embargo para el presente caso se utilizar un microcontrolador.
Telfono Mvil (MT):Es el equipo de comunicacin, que prestar
conectividad hacia la red de telefona GSM. Para este caso se eligi
el telfono mvil Sony Ericsson T290.
Terminal Adaptador (TA): Corresponde al puerto de
comunicaciones del modem GSM. El terminal adaptador es el
puerto de datos del celular.
Estos comandos permiten acceder mediante un interfaz de texto plano a varios
aspectos de la configuracin de los mdems, tales como: marcacin, registros de
llamadas, acceso a mensajera corta (SMS), control de mdulos internos, etc.
Se debe mencionar, como se dijo anteriormente, existen varios tipos de mdems
GSM, que van desde los tipo USB hasta los telfonos mviles. As tambin esimportante sealar que dependiendo de la marca y el modelo del telfono mvil,
se tendr distintas capacidades en cuanto al nmero de comandos AT que stos
soportan. Para el desarrollo del presente proyecto se eligi un telfono mvil Sony
Ericsson, el cual posee la mayor cantidad de comandos AT a disposicin del
usuario.
20 3GPP TS 27.007 Release 1999/AT command set for User Equipment (UE)/ FriedhelmRodermund/Pag. 8
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2.2.1. SET DE COMANDOS:
A continuacin se describen brevemente los principales comandos AT, que se
utilizaron en el presente proyecto. Estos comandos pueden ser mostrados
conectando el Modem GSM al puerto de comunicacin serial de una PC.
Es importante destacar que el nivel de voltaje que maneja el telfono celular en
sus terminales Rx y Tx, est dentro del rango de voltajes para el estndar TTL
(0L: de 0V a 0.8V y 1L: de 2V a 5V), por lo tanto, fcilmente podra acoplarse
con un micro controlador, ya que stos generalmente manejan niveles de voltaje
TTL en sus pines. Sin embargo, si se va a conectar el telfono mvil a una PC,
deber de utilizarse un circuito de conversin de niveles de voltaje, tales como elIC MAX232.
A continuacin se da un breve listado de los comandos AT mayormente usados
para el presente proyecto, para lo cual se usar un emulador de terminal, tal como
lo es el HyperTerminal de Microsoft Windows y un cable de datos DCU-11
mencionado anteriormente, tambin se puede realizar la comunicacin en forma
inalmbrica a travs de bluetooth o infrarrojo. Inicialmente debe configurase lossiguientes parmetros para que pueda realizarse la comunicacin serial entre la
PC y el telfono celular:
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Figura 2.10. Parmetros de Configuracin del Puerto Serial COM1 de la PC
Figura 2.11. Ejecucin de Comandos AT mediante el HyperTerminal
AT (Comando de Atencin): Verifica la comunicacin entre el
telfono y cualquier accesorio. Determina la presencia del telfono,
el cual, al estar presente responde con un mensaje OK.
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ATE0 (Eco de Comando): Permite configurar el telfono para que la
informacin que se enva no produzca eco.
AT* (Lista de Todos los Comandos AT Soportados):La ejecucin
de este comando hace que se retorne una lista de todos los
comandos AT soportados por el equipo.
ATZ (Restablecer los Perfiles de Usuario):Permite regresar a la
configuracin de fbrica del telfono. Todo tipo de configuracin
previa ser borrada.
AT+CMGF (Formato de Mensaje): Permite cambiar del formato
PDU al formato TEXTO o viceversa. Para este dispositivo se
utilizar el modo texto.
AT+CPMS (Almacenamiento Preferido de Mensajes): Utilizado
para especificar al dispositivo celular en donde se quiere guardar losmensajes SMS. Las opciones disponibles son SM memoria SIM, o
ME memoria del telfono. Por defecto los mensajes siempre se
guardan en la memoria interna ME, por lo que se debe leer esta
memoria.
AT+CNMI (Indicacin de Nuevos Mensajes al TE):Selecciona el
procedimiento de como se notificar al TE en caso de que exista unnuevo mensaje desde la red.
ATS0 (Control del Contestador Automtico): Especifica el nmero
de sonidos de timbre emitidos por el telfono mvil, antes de que la
llamada de voz sea contestada.
AT+CIND (Indicador de Control): Verifica el estado de variosindicadores del telfono mvil, tales como estado de carga de la
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batera, si existen nuevos mensajes SMS entrantes, si existe una
llamada de voz en curso, entre otros.
AT+VTS (Generacin de Tonos DTMF): Permite la transmisin de
tonos DTMF cuando existe una llamada de voz en proceso, y puede
ser utilizado como mtodo de aviso de algn evento.
AT+CMGS: Enva un mensaje de texto (SMS) desde el TE, sin
almacenarlo en la memoria del telfono.
AT+CMGR (Leer Mensaje de Texto): Retorna el mensaje de texto
entrante asignado a una localidad especfica. Si el mensaje se
encontraba anteriormente en la bandeja de entrada como mensajes
no ledos, cambiar su estado a ledo.
AT+CMGD (Borrar Mensaje de Texto): Borra un mensaje de texto
especfico desde la localidad de almacenamiento preferida.
2.3. EL DECODIFICADOR DE TONOS DTMF
Existen varias formas de detectar y decodificar estos tonos; una forma podra ser
con ocho filtros sintonizados en combinacin con circuitos de deteccin.
Es evidente que esto no es prctico si se considera la cantidad de circuitos
integrados de diferentes fabricantes que hay que conseguir y el complejo ajuste
que hay que realizar para sintonizarlos.
Debido a que el mdulo est dirigido a utilizarse en un ambiente ruidoso, se
requiere un circuito que presente un gran nivel de inmunidad al ruido, adems de
poseer un mecanismo que permita detectar simulacin de tonos DTMF a los
provenientes de la voz humana.
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2.3.1. EL DECODIFICADOR MT8870D
Se seleccion como solucin a la tarea de la decodificacin de tonos DTMF, el
uso del IC MT8870D, el cual en un solo circuito integrado cumple con todos los
requerimientos acerca de la decodificacin DTMF, que se mencionaron en el
Captulo 1.
Figura 2.12. Diagrama de Conexin del IC MT8870D(21)
El MT8870D es un receptor de DTMF, que realiza las funciones de filtro y
decodificacin de las seales de entrada. La seccin de filtrado usa tcnicas de
capacitores conmutados para los grupos de filtros de alta y baja frecuencia.
La parte encargada de decodificacin usa tcnicas de conteo digital para detectar
todos los 16 pares de tonos DTMF los mismos que sern trasladados a un cdigo
binario de 4-bits del correspondiente tono DTMF.
Los elementos externos son pocos y son usados para proveer la entrada
diferencial al amplificador, reloj oscilador, y retenedor de 3 estados,
pertenecientes al circuito integrado.
21MT8870 Integrated DTMF Reciver/Zarlink Semiconductors/March 1997 .
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2.3.1.1. Descripcin Funcional de Pines:
A continuacin se presenta en la Figura 2.13, la descripcin funcional de los pines
del MT8870D:
# Pin Nombre Descripcin1 IN+ Entrada No-Inversora del Amplificador Operacional2 IN- Entrada Inversora del Amplificador Operacional3 GS Seleccin de ganancia del amplificador operacional,
mediante el resistor de realimentacin.4 VREF Salida del Voltaje de Referencia5 INH Entrada para Inhibicin. Una lgica alta inhibe la deteccin
de tonos que representan los caracteres A, B, C, D.6 PWDN Entrada de desactivacin del IC. Un estado lgico alto inhibe
el oscilador.7 OSC1 Entrada de Reloj.8 OSC2 Salida de Reloj a una frecuencia de 3.579545MHz.9 VSS Tierra.10 TOE Habilitacin de la Salida de 3 Estados.11-14 Q1-Q4 Salida de Datos.15 StD Delayed Steering. Presenta una lgica alta cuando un par de
tonos han sido detectados como vlidos, y la salida de datosha sido actualizada.
16 ESt Early Steering. Presenta una lgica alta una vez que se hadetectado un par de tonos vlidos. Si en cualquier momentose pierde la condicin de la seal, su estado lgico se vuelve
bajo.17 St/GT Steering Input/Guard Time. Se comporta como una
constante de tiempo externa.18 VDD Entrada de voltaje positiva, +5V tpicamente.
Figura 2.13 Descripcin Funcional de los Pines del MT8870D(22)
2.3.1.2. Descripcin Funcional:
Su estructura consiste en una seccin de un filtro pasa banda partido, el cual
separa el grupo alto y bajo de tonos, seguido por una seccin de conteo digital, el
cual verifica la frecuencia y duracin de los tonos recibidos antes de pasar el
correspondiente cdigo al bus de salida.
22MT8870 Integrated DTMF Reciver/Zarlink Semiconductors/March 1997 .
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Circuito de
Ajuste
Filtrode Tono
dellamada
Filtros
para Alta
Frecuencia
Filtros
para Baja
Frecuencia
Detector de
Cruce por Cero
Hacia
todos
los
relojes
del Chip
Lgica
de
Manejo
Algoritmo
Digital de
Deteccin
Cdigo de
Conversin y
Retencin
Figura 2.14 Diagrama Funcional de Bloques del MT8870D (11)
2.3.1.2.1. Seccin de Filtrado:
La separacin del grupo de tonos de baja frecuencia y el grupo de tonos de altafrecuencia, se realiza mediante la aplicacin de la seal DTMF a las entradas de
los capacitares conmutados pasa banda, los cuales en su salida incorporan un
comparador con histresis para prevenir la deteccin de seales indeseables de
bajo nivel.
La seccin del filtro tambin incorpora una seccin que permite rechazar la seal
correspondiente al tono de llamada.
2.3.1.2.2. Seccin de Decodificacin:
Seguido de la seccin de filtro, un decodificador emplea tcnicas de conteo digital
para determinar las frecuencias de los tonos de entrada y verifica que ellas
correspondan al estndar DTMF.
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Un algoritmo, medianamente complejo, protege en caso de simulacin de tonos
DTMF falsos causado por seales extraas, tales como la voz y ruido.
Cuando el detector reconoce la presencia de 2 tonos vlidos el pin de salida ESt
(Early Steering)se pone en un estado lgico alto. Cualquier prdida subsecuente
de la condicin de la seal causar que el pin de salida Early Steeringcambie a
un estado lgico bajo.
2.3.1.3. Tabla de Funcin:
Figura 2.15 Tabla de Decodificacin de Tonos DTMF para el IC MT8870D (23)
2.4. EL MICROCONTROLADOR
En el mercado existe actualmente una gran cantidad de marcas y tipos de
microcontroladores para diversos propsitos.
23MT8870 Integrated DTMF Reciver/Zarlink Semiconductors/March 1997 .
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El presente proyecto requiere, principalmente, de un microcontrolador que
presente flexibilidad en el manejo de interrupciones externas, comunicacin serial
asincrnica, temporizador, perro guardin (watchdog timer), modos de
administracin de energa, suficiente memoria y puertos de entrada/salida para
los requerimientos del proyecto, entre otros.
Para cumplir los requerimientos, anteriormente citados, se ha elegido el
microcontrolador ATmega168P, perteneciente a la familia AVR, el cual es un
microcontrolador desarrollado por la marca Atmel, que posee varios mdulos
internos que son de utilidad para el proyecto, adems permite configurar cualquier
pin especfico de un puerto como un pin de interrupcin externa, y es finalmente,fcil encontrarlo en el mercado local.
2.4.1. EL MICROCONTROLADOR ATMEGA168P
2.4.1.1. Caractersticas Principales:
Hasta 20 MIPS (millones de instrucciones por segundo) con un
cristal de 20MHz.
Memorias:o 16KBytes de memoria FLASH.
o 512Bytes de memoria EEPROM.
o 1Kbyte de memoria SRAM.
3 Temporizadores (dos de 8 bits y uno de 16 bits).
Watchdog Timer con oscilador interno.
6 Modos para administracin de energa.
8 canales para Conversin Analgico/Digital de 10 bits. 1 Interfaz Serial Programable (USART).
Interfaz de comunicacin SPI (Perifricos de Interfaz Serial) y TWI
(Interfaz a dos hilos).
Comparador Analgico.
23 Pines I/O programables.
Interrupciones programables en todos los Puertos.
Voltaje de operacin: 2.7V a 5.5V
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Rangos de velocidad:
o hasta 10MHz @ 2.7V - 5.5V.
o 10MHz -20MHz @ 4.5V a 5.5V.
Temperatura de operacin: -40C a 85C.
2.4.1.2. Descripcin Funcional de Pines:
Figura 2.17 Diagrama de Pines del Microcontrolador ATMEGA168P (24)
VCC: Fuente de Alimentacin Digital.
GND:Tierra
Puerto B (PB7:0) XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2: El puerto B es un puerto
de entrada/salida bidireccional con resistores internos de pull-up
seleccionables individualmente.
Dependiendo de la seleccin de los fusibles de reloj, PB7 y PB6 pueden
ser utilizados como pines I/O regulares, pines de entrada para el cristal
oscilador externo principal del microcontrolador, o entradas del reloj
asincrnico del Timer2.
24Datasheet: Automotive Microcontroller AVR ATmega48P/88P/168P/328P
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Puerto C (PC5:0): El puerto C es un puerto de entrada/salida bidireccional
con resistores internos de pull-up seleccionables individualmente.
PC6/RESET: Por defecto, PC6 acta como la entrada RESET del
microcontrolador. Un nivel de voltaje bajo en este pin, por un tiempo mayor
a un ciclo de mquina generar un reseteo del microcontrolador.
Si el fusible para deshabilitar la opcin de reset est programado, PC6
actuar como un pin I/O regular.
Puerto D (PD7:0): El puerto D es un puerto de entrada/salida bidireccional
con resistores internos de pull-up seleccionables individualmente.
AVcc: Es la entrada de la fuente de alimentacin de voltaje para el
convertidor A/D. Debe conectarse externamente a Vcc incluso si el mdulo
ADC no va a ser utilizado.
AREF:Es el pin de referencia analgica para el convertidor A/D.
Se debe mencionar que la mayora de pines pertenecientes a los puertos
B, C y D del microcontrolador, poseen funciones especiales, las mismas
que se muestran a continuacin en la Figura 2.18.
# Pin Puerto Funciones Alternativas10 PB7 XTAL2 (Pin #2 del Oscilador de Reloj)
TOSC2 (Pin #2 del Oscilador del Timer2)PCINT7 (Interrupcin de Cambio de Pin #7)
9 PB6 XTAL1 (Pin #2 del Oscilador de Reloj o Entrada Externa de Reloj)TOSC1 (Pin #1 del Oscilador del Timer2)PCINT6 (Interrupcin de Cambio de Pin #6)
19 PB5 SCK (Entrada de Reloj Maestro en el Bus SPI)PCINT5 (Interrupcin de Cambio de Pin #5)
18 PB4 MISO (Entrada SPI de Bus Maestro / Salida para esclavo)PCINT4 (Interrupcin de Cambio de Pin #4)
17 PB3 MOSI (Salida SPI del Bus Maestro / Entrada esclavo)OC2A(Salida de coincidencia de comparacin del Timer2)PCINT3 (Interrupcin de Cambio de Pin #3)
16 PB2 SS (Entrada SPI para seleccin de esclavo)
OC1B(Salida de coincidencia de comparacin B del Timer1)PCINT2 (Interrupcin de Cambio de Pin #2)
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15 PB1 OC1A (Salida de coincidencia de comparacin A del Timer1)PCINT1 (Interrupcin de Cambio de Pin #1)
14 PB0 ICP1 (Entrada de disparo de captura del Timer1)CLK0 (Salida del sistema de divisin de Reloj)
PCINT0 (Interrupcin de Cambio de Pin #0)1 PC6 RESET (Pin para Reset)PCINT14 (Interrupcin de Cambio de Pin #14)
28 PC5 ADC5 (Entada del canal # 5del convertidor A/D)SCL (Lnea de reloj de TWI)PCINT13 (Interrupcin de Cambio de Pin #13)
27 PC4 ADC4 (Entada del canal #4 del convertidor A/D)SDA (Lnea de entrada/salida de datos de TWI)PCINT12 (Interrupcin de Cambio de Pin #12)
26 PC3 ADC3 (Entada del canal #3 del convertidor A/D)PCINT11
25 PC2 ADC2 (Entada del canal #2 del convertidor A/D)
PCINT10 (Interrupcin de Cambio de Pin #10)24 PC1 ADC1 (Entada del canal #1 del convertidor A/D)
PCINT9 (Interrupcin de Cambio de Pin #9)23 PC0 ADC0 (Entada del canal #0 del convertidor A/D)
PCINT8 (Interrupcin de Cambio de Pin #8)13 PD7 AIN1 (Entrada Negativa del Comparador Analgico)
PCINT23 (Interrupcin de Cambio de Pin #23)12 PD6 AIN0 (Entrada positiva del Comparador Analgico)
OC0A (Salida de coincidencia de comparacin A del Timer 0)PCINT22 (Interrupcin de Cambio de Pin #22)
11 PD5 T1 (Entrada de conteo externo del Timer/Counter 1)OC0B (Salida de coincidencia de comparacin B del Timer 0)PCINT2 (Interrupcin de Cambio de Pin #2)
6 PD4 XCK (Salida/entrada de reloj externo para el USART)T0 (Entrada Externa de conteo del Timer/Counter 0)PCINT20 (Interrupcin de Cambio de Pin #20)
5 PD3 INT1 (Entrada de la Interrupcin Externa 1)OC2B (Salida de Comparacin B del Timer2)PCINT19 (Interrupcin de Cambio de Pin #19)
4 PD2 INT0 (Entrada de la Interrupcin Externa 0)PCINT18 (Interrupcin de Cambio de Pin #18)
3 PD1 TXD (Pin de Transmisin del USART)PCINT17 (Interrupcin de Cambio de Pin #17)
2 PD0 RXD (Pin de Recepcin del USART)PCINT16 (Interrupcin de Cambio de Pin #16)
Figura 2.18 Funciones Alternativas de los pines del uC ATMEGA168P(25)
2.5. EL CIRCUITO INTEGRADO ULN2803
El circuito integrado ULN2803 est conformado por 8 transistores Darlington de
alto voltaje y alta corriente, lo cual es til para el manejo de varios niveles de
25Datasheet: Microcontroller AVR ATmega48P/88P/168P/328P
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voltaje diferente. En la Figura 2.19 se presenta su respectiva configuracin de
pines.
Figura 2.19 Diagrama de Pines del IC ULN2803 (26)
A continuacin se presenta sus caractersticas ms relevantes:
8 Transistores Darlington con un emisor comn.
Corriente de Salida Max /pin: 500mA.
Voltaje de de Salida Max: 50V.
Voltaje de Entrada Max/pin: 30V.
Temperatura de Operacin: -40C a 85C.
Diodos Internos para Supresin de Transitorios.
2.6. DISEO DEL MODULO DE PROTOTIPO
El presente prototipo fue inicialmente concebido mediante el diagrama de bloques
de la Figura 2.1, razn por la cual se proceder de similar forma para el diseo de
cada uno de sus bloques componentes.
A continuacin se describe la propuesta de diseo para cumplir con los
requerimientos del proyecto.
2.6.1. MDULO DE ENTRADAS/SALIDAS DEL SISTEMA
La interfaz de entrada tiene por objetivo acoplar los niveles de voltaje proveniente
de los sensores externos, a niveles de voltaje que puedan ser manejados por el
microcontrolador, a fin de que estos valores puedan ser censados correctamente
26Datasheet ULN2803/ 8 Chanel Darlington Driver/ Toshiba
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por los pines de entrada del microcontrolador; es decir, valores de 0L y 1L. Para
cumplir tal objetivo, se hace uso del circuito ULN2803.
La interfaz de salida tiene por objetivo acoplar los niveles lgicos de voltaje de los
pines de salida del microcontrolador, a niveles de voltaje propios de los
actuadores que se quiere controlar. Sin embargo, dado que se requiere cierta
flexibilidad en cuando a los niveles de voltaje, se hace uso del circuito integrado
ULN2803, para utilizar la configuracin en colector abierto que ste posee, y as
poder conectar cualquier clase de carga, a travs del uso de rels externos al
mdulo de control.
De lo anterior se presenta el siguiente circuito:
Figura 2.21 Diagrama Esquemtico del Mdulo de Entradas/Salidas
Como se puede observar en la Figura 2.21, se ha utilizado el mismo circuito
integrado ULN2803 para el manejo de entradas y salidas del mdulo. Es
importante sealar que con el objetivo de evitar ruido debido a la interferencia
entre impedancias comunes, se ha independizado la lnea de tierra del IC
ULN2803 de la tierra GND del microcontrolador, razn por la cual se ha agregado
el conector (GND +12V) exclusivo para el IC ULN2803.
Adicionalmente se tiene un pulsador de RESET para el reinicio general del
mdulo; como tambin un pulsador SETEADOR utilizado para encender/apagar el
sistema de alarma GSM y devolver el sistema a sus valores por defecto de
manera manual. Finalmente, se tiene el JUMPER de DISPARO, el cual permite
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establecer el nivel lgico considerado como activo para las entradas del sistema
en caso de que la alarma vehicular se dispare.
2.6.2. MDULO DE DECODIFICACIN DE TONOS DTMF
Para la decodificacin de los tonos DTMF se har uso del IC MT8870D, el mismo
que al poseer salidas y entradas digitales, fcilmente puede acoplarse tanto a la
fuente de la seal DTMF (Pin de audio del celular) como a los pines del
microcontrolador, sin necesidad de requerir un circuito de interfaz para acoplar
estos dispositivos. Se debe permitir la lectura del valor del dgito DTMF
decodificado, al igual que el estado del pin StD, que indica si se ha realizado unaconversin de un tono DTMF. Por lo anteriormente expuesto, se dise el
siguiente circuito:
Figura 2.22 Diagrama Esquemtico del Mdulo de Decodificacin DTMF
2.6.3. MDULO DE FUENTE DE ALIMENTACIN
El circuito de alimentacin para el prototipo tiene por objetivo convertir el voltaje
externo del sistema vehicular (generalmente +12VDC), a un nivel de voltaje de
alimentacin interna del mdulo de control (+5VDC). Sin embargo, se debe
resaltar que debido al ruido presente en el sistema elctrico del vehculo, se hace
uso de un doble circuito de regulacin de voltaje en cascada, con sus respectivos
capacitores para filtrado de ruido. El regulador de voltaje LM7809 es utilizado
como una primera etapa de filtrado de ruido y adems, reduce a 9V el voltaje de
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entrada para el IC LM7805. El regulador de voltaje LM7805 tiene por objetivo
convertir el voltaje de salida del LM7809, para que ste pueda servir como fuente
de alimentacin de voltaje para toda la circuitera interna de control del mdulo,
adems de constituirse en una segunda etapa de filtrado de ruido.
Se debe mencionar que los valores de los capacitores utilizados en los IC LM7809
y LM7805 han sido tomados directamente de la hoja de datos del fabricante. El
diodo D3 protege al regulador de voltaje en caso de que se conecte el voltaje de
alimentacin de manera incorrecta.
Figura 2.23 Diagrama Esquemtico del Modulo de Alimentacin de Voltaje
2.6.4. MDULO DE INTERFAZ DEL MDEM GSM.
Tiene por objetivo realizar la conexin desde los pines de inters del puerto de
datos del telfono celular, hacia el microcontrolador. Como se mencion
anteriormente, debido a que el celular maneja niveles de voltaje que se
encuentran dentro del rango de la lgica digital TTL, podra conectarse fcilmente
y de forma directa al microcontrolador; sin embargo, debido a que el puerto de
comunicaciones del telfono celular maneja para el estado de 1L un nivel de
voltaje de aproximadamente 3.3V, y el microcontrolador 5V, por seguridad debe
implementarse un circuito de interfaz que permita acoplar estos dos niveles de
voltaje.
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Figura 2.26 Diagrama Esquemtico del Interfaz Celular-Microcontrolador
Los niveles de voltaje del pin TX del microcontrolador varan entre 0V a 5V, sin
embargo se debe reducir este valor para que pueda ser manejado por el terminal
RX del telfono celular, para lo cual se hace uso del diodo de accin rpida
1N4148, el cual tiene un voltaje de cada en conduccin de aproximadamente 1V.
Dado que se requiere un voltaje similar al del telfono celular, ste se obtiene
colocando 2 diodos en serie, lo que producir una cada de 2V. Por consiguiente,
se tendr un valor de voltaje para el puerto RX del telfono celular de 3V, lo cual
es aceptable. Con este arreglo se consigue acoplar los niveles de voltaje entre el
puerto de datos del celular y el microcontrolador.
Los niveles de voltaje del pin TX del telfono celular varan entre 0V a 3.3V, lo
cual es reconocido como 0L y 1L dentro de la lgica TTL manejada por el pin RX
del microcontrolador, razn por la que se pueden conectar directamente estos dos
pines.
Finalmente, se ha incluido un resistor R8 entre el terminal VCC de 5V y el terminal
de VCC del telfono celular, que servir para llevar un voltaje de alimentacin en
el caso de que se requiera cargar la batera del telfono o se desconecte la fuente
de alimentacin principal de 12V, convirtindose la batera del telfono en una
fuente de alimentacin auxiliar, con la cual continua operando la parte de control
del sistema, lo cual se verifica en la Figura 2.27.
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Figura 2.27 Frecuencia Mxima vs. VCC para el Microcontrolador ATmega168P27
La batera del celular posee un voltaje de 3.6V, y debe cargarse a una corriente
mxima de 600mA. Se ha elegido una carga de batera 600mA, por lo tanto se
tiene:
Se debe recordar que para cumplir este objetivo se requiere del cable de datos
del telfono Sony Ericsson (DCU-11), el mismo que se utilizar para obtener
acceso a los terminales de: VCC usado para cargar la batera, GND, RX, TX, y
AFMS para salida de audio.
Sin embargo, se debe considerar que posiblemente se requiera ubicar el telfono
celular en otro sitio oculto dentro del vehculo; por tal motivo la longitud del cable
que conecta el mdulo de control con el celular debe ser variable. Por tal motivo
en el mdulo de control se har uso de un terminal que permita dicha conexin
(en este caso se us un conector DB9).
27Datasheet: Microcontroller AVR ATmega48P/88P/168P/328P
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2.6.5. CIRCUITO ESQUEMTICO FINAL
A continuacin se presenta el circuito esquemtico final, en el cual se encuentran
todos los mdulos interconectados. Adems, se han incluido el botn de reset y
un jumper que sirve para seleccionar el nivel lgico de voltaje, que es interpretado
como activo, en el caso que el sistema de alarma estndar se haya disparado.
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Figura 2.27 Diagrama Esquemtico Completo del Circuito del Prototipo
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2.7. CIRCUITO IMPRESO
Una vez que se han integrado todos los mdulos componentes del prototipo, se
realiza el correspondiente circuito impreso, el mismo que se muestra a
continuacin en la Figura 2.28
Figura 2.28 Pistas de Cobre y Rotulado de Componentes
En el presente captulo se ha diseado y construido el hardware del mdulo de
control del proyecto. En el siguiente captulo se tiene por objetivo disear el
software de soporte del mdulo de control.
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CAPITULO 3
DESARROLLO DEL SOFTWARE DE SOPORTE
El presente captulo se inicia dando una visin general de las funcionalidades que
se busca en el prototipo del proyecto, de donde se parte para el desarrollo de los
correspondientes diagramas de flujo que son utilizados en la programacin del
microcontrolador.
3.1. MODOS DE FUNCIONAMIENTO
Para brindar flexibilidad al funcionamiento del mdulo prototipo, se ha
considerado que el mismo presente 3 modos de funcionamiento, lo que permite
que el usuario los seleccione en funcin de sus necesidades.
A continuacin se detallan los 3 modos de funcionamiento.
3.1.1. MODO DESARMADO:
En este modo de funcionamiento el monitoreo del estado del sistema de
seguridad vehicular estndar (alarma del vehculo) por parte del mdulo del
proyecto se encuentra deshabilitado. Adems, no se envan mensajes de alarma
desde el mdulo prototipo al usuario mediante SMS, aunque el sistema de
seguridad del vehculo se haya disparado. Se debe sealar que en todo momento
se deber poder ejecutar las acciones de control sobre los dispositivos de
seguridad del vehculo.
3.1.2. MODO ARMADO:
Este modo de funcionamiento ha sido diseado para trabajar conjuntamente con
la alarma del vehculo. En este modo se tendr la opcin de monitorear los
eventos de alarma del vehculo mediante el envo de mensajes de texto corto
SMS al telfono celular del usuario. Se debe sealar que la opcin de envo de
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SMS se ejecutar solo en el caso de que el usuario haya armado previamente la
alarma estndar del vehculo. De igual forma, se tendr control en cualquier
momento sobre los dispositivos de seguridad del vehculo.
3.1.3. MODO INDEPENDIENTE:
El presente modo de funcionamiento ha sido diseado para utilizarse en el caso
de que no se posea una alarma vehicular estndar montada en el vehculo. Este
modo de funcionamiento se caracterizar por ejecutar el monitoreo y control
automtico de los dispositivos de seguridad del vehculo, a travs de la
interconexin directa de los sensores/actuadores al conector de entradas/salidasdel mdulo de control del proyecto.
3.1.4. OPCIONES DE CONTROL
Una vez que se ha detallado el propsito de los 3 modos de funcionamiento del
mdulo del proyecto, se procede a realizar la descripcin de sus opciones de
control, disponibles en todo momento para dichos modos a travs de una llamadade voz (Tonos DTMF), o mediante el envo de mensajes de texto corto (SMS).
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0
*
#
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Figura 3.1 Opciones de Control del Mdulo
Una vez explicados los 3 modos de funcionamiento que t
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