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ii
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 [email protected]
DIRECTOR: LUIS ANIBAL CORRALES PAUCAR
[email protected]
Quito, Abril 2012
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iii
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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v
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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viii
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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2
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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12
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
1
3
6
5
4
7 2
1
3
6
5
4
7 2
1
3
6
5
4
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13
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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14
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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15
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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16
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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17
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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19
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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20
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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25
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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Figura 3.1 Opciones de Control del Mdulo
Una vez explicados los 3 modos de funcionamiento que t
