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Instituto Tecnologico de Tuxtla Gutierrez.Interfaz Para Encriptar una Trama de Numeros aTraves de una Comunicacion por Medio de un

Sensor Blue-Tooth .Marquez Lopez Julio Cesar, Rodrıguez Chacon Milton Carlo.

Instituto Tecnologico de Tuxtla Gutierrez.inevitable_ml_@hotmail.com

milcar_11@hotmail.com

Index Terms—LCD, PIC16f877, Sensor Blue-Tooth.Resumen—El siguiente reporte es un informe detallado de la

pr actica final que tienen por objetivo establecer una conexion porblue-tooth desde una PC hasta la interfaz construida, dondelaPC envıa una trama de datos a la placa y esta la recibe, pero nola muestra tal cual, por medio de un algoritmo de encriptacionse despliega en la pantalla LCD de la placa.

I. I NTRODUCCION

El sensor de Bluetooth es un simple dispositivo E / S quepermite la comunicacion inalambrica para PC y PDA clientescon perfil de puerto serial. Colocacion facil a las salidasdel sensor, automaticamente comienza a tomar medicionescontinuas por lo que es excelente para la adquisicion de datosinalambrica .

Por otra parte un Microcontrolador es un circuito integradoque en su interior incluye las tres unidades funcionales de unacomputadora: la unidad central de procesamiento, memoria yperifericos de entrada y salida.

II. FUNDAMENTOS

II-A. Capacitor Electrolıtico

Deben su nombre a que el material dielectrico que contienees un acido llamado electrolito comienza enrollando dos l´ami-nas de aluminio separadas por un papel absorbente humedecidocon acido electrolıtico [1].

Figura 1. Capacitor Electrolıtico.

II-B. Oscilador de Cristal

Se caracteriza por su estabilidad de frecuencia (4 MHz, enesta practica), y pureza de fase dada por el resonador. Lafrecuencia es estable frente a variaciones de la tension enlaalimentacion. La temperatura depende del resonador, con unmargen de 0° a 70° C [2].

Figura 2. Oscilador de Cristal.

II-C. Microcontrolador PIC16f877

El Microcontrolador PIC16F87a de Microchip pertenece auna gran familia de microcontroladores de 8 bits (bus dedatos) que tienes las siguientes caracterısticas generales quelo distinguen de otras familias:

• Arquitectura Harvard.

• Tecnologıa RISC2.

• Tecnologıa CMOS.

Estas caracterısticas se conjugan para lograr un dispositivoaltamente eficiente en el uso de la memoria de datos y programay por lo tanto en velocidad de ejecucion [3].

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Figura 3. DataSheet del PIC16f877a.

II-D. Push-Button

Es un mecanismo simple interruptor para controlar algun as-pecto de maquina o un proceso. Los botones son generalmentehechos de material duro, por lo general de plastico o de metal.La superficie es generalmente plana o en forma de acomodar eldedo o la mano humana, de modo que sea facilmente empujado.Algunos requieren un resorte para volver a su estado naturalno empujo [4].

Figura 4. Push Button.

II-E. Conector USB tipo A y B

Se usan dos tipos de conectores, A y B. Ambos son po-larizados (solo pueden insertarse en una posicion) y utilizansistemas de presion para sujetarse. Los de tipo A utilizan lahembra en el sistema anfitrion, y suelen usarse en dispositivosen los que la conexion es permanente (por ejemplo, ratones yteclados). Los de tipo B utilizan la hembra en el dispositivoUSB (funcion), y se utilizan en sistemas moviles (por ejemplo,camaras fotograficas o altavoces). En general podemos afirmarque la hembra de los conectores A estan en el lado del host(PC) o de los concentradores (hubs), mientras las de tipo Bestan del lado de los perifericos [5].

En esta practica se usara en de tipo B.

Figura 5. Conector USB de tipo B.

II-F. LCD 16x2

Basicamente estos LCD reciben la informacion del PICen forma de caracteres ASCII y la presentan en pantalla,si se le envıan los datos en forma de numeros binarios ohexadecimales no se mostrara la informacion adecuada, poresto es necesario convertir estos numeros correctamentea lanomenclatura ASCII para que se pueda ver en el LCD; enASSEMBLER esto tomarıa una subrutina completa hacer estaoperacion, sin embargo en C utilizaremos una instruccionquese explicara mas adelante para poder mostrar los datos sinmayor inconveniente [6].

Figura 6. LCD 16x32.

Figura 7. Pines del LCD 16x2.

II-G. Blue-Tooth

Bluetooth es una especificacion industrial para RedesInalambricas deArea Personal (WPANs) que posibilita la trans-mision de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un

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enlace por radiofrecuencia en la banda ISM de los 2,4 GHz.Los principales objetivos que se pretenden conseguir con estanorma son:

*Facilitar las comunicaciones entre equipos moviles y fijos.*Eliminar cables y conectores entre estos.*Ofrecer la posibilidad de crear pequenas redes inalambricas

y facilitar la sincronizacion de datos entre equipos personales.Los dispositivos que con mayor frecuencia utilizan esta

tecnologıa pertenecen a sectores de las telecomunicacionesy la informatica personal, como PDA, telefonos moviles,computadoras portatiles, ordenadores personales, impresoras ocamaras digitales.

II-H. Sensor Blue-Tooth

El sensor de Bluetooth es un simple dispositivo E / S quepermite la comunicacion inalambrica para PC y PDA clientescon perfil de puerto serial. Colocacion facil a las salidasdel sensor, automaticamente comienza a tomar medicionescontinuas por lo que es excelente para la adquisicion de datosinalambrica . Como un dispositivo Bluetooth de Clase 1, elBlueTooth tiene un alcance de hasta 100 metros (330 pies)dependiendo de factores ambientales.

II-I. M odulo Blue-Tooth

Basicamente lo que se hace es usar el bloque de comunica-cion serial que viene integrado en el PIC (modulo USART),ya que de esta manera el microcontrolador podra realizar otrastareas aparte de recibir datos seriales.

Una vez cargado el firmware en el microcontrolador yrealizadas las conexiones del circuito, basta con hacer elacoplamiento Bluetooth del modulo, al igual que con cualquiertelefono celular, manos libres u otro dispositivo Bluetooth, conuna computadora. Para establecer comunicacion con el prototi-po deberemos ejecutar el software Hyperterminal de Windowsy realizar la conexion con el puerto COM donde tenemos elBluetooth. Ya con esto podremos escribir caracteres y enviarlosautomaticamente a nuestro PIC. Modificando el firmware anuestra conveniencia podremos lograr que el microcontroladorejecute acciones de acuerdo a los caracteres recibidos [7].

II-J. Interrupcion Externa

El push button estara conectado al microcontrolador el cualse encuentra configurado para las interrupciones externas,paraefectos de la practica la interrupcion externa funcionara comoun contador de unidad que se sumara al ala temperatura TOPE,es decir la temperatura que no se debe rebazar para no accionaran triac y asi no encender el foco .

Las interrupciones externas en el ATmega8 son activadascon los pines INT0 y INT1, en caso de que se habilitenlas interrupciones los pines INT siempre activaran algunainterrupcion sin importar como se haya configurado el puertoen el que estos pines se encuentren. Las interrupciones externanse habilitan cuando la entrada del pin, cambia de estado, sepuede configurar si se requiere que se active cuando cambiade un estado bajo a uno alto o viceversa.

II-J1. Interrupcion externa RB0:La interrupcion externaen el PIC16f877a es un proceso que se genera a partir de ladeteccion de un 1 o 0 logico en la pata RB0, funciona de talmanera que el programa deja de hacer lo que esta haciendopara atender la interrupcion, de manera que se va a ejecutarla subrutina que en MikroC dicha subrutina esta denominadacomo INTERRUPT y ejecutar las instrucciones dentro estafuncion.

Los registros asociados con las interrupciones son el registrode control de interrupcion INTCON, el registro habilitacionde interrupciones de perifericos PIE1 y el registro de inte-rrupciones de perifericos PIR1. En el registro INTCON seencuentra el bit de habilitacion global de interrupciones GIE,el bit de habilitacion de interrupcion por perifericos PEIEy los bits de habilitacion de algunas interrupciones comola interrupcion externa del pin RB0 (INTE), la interrupcionpor cambio de estado en los pines RB4 a RB7 (RBIE) y lainterrupcion por desborde del timer 0 (T0IE), asi como lasbanderas correspondientes a cada interrupcion (INTF, RBIFyT0IF). En el registro PIE1 se encuentran los bits de habilitacionde las demas interrupciones y en el registro PIR1 se encuentranlas banderas asociadas con cada interrupcion.

II-K. UART

El corazon del sistema de comunicaciones serie es la UART,acronimo de Universal Asynchronous Receiver-Transmitter. Esun chip cuya mision principal es convertir los datos recibidosdel bus del PC en formato paralelo, a un formato serie quesera utilizado en la transmision hacia el exterior. Tambien rea-liza el proceso contrario: transformar los datos serie recibidosdel exterior en un formato paralelo entendible por el bus [8].

La UART es un dispositivo programable en el que pueden es-tablecerse las condiciones que se utilizaran para la transmision(velocidad, paridad, longitud y bits de parada). En los primerosPCs, eran circuitos integrados 8250 de National Semiconductor(un chip de 40 patillas DIP -Dual-In-Line-), pero se han idoutilizando otros a lo largo de la evolucion del PC [8].

III. D ESARROLLO

Para cumplir en tiempo y forma con los requerimientos y demanera adecuada es necesario seguir en orden los siguientespasos, que se muestra en la siguiente figura.

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Figura 8. Diagrama de procesos.

III-A. Propuesta de Diseno

Esta es la parte del proceso en donde se propone el diseno delcircuito en papel, se toman en cuenta los materiales necesariospara la elaboracion de la practica y el resultado esperado.

Figura 9. Diagrama a bloques de la practica.

III-B. Diagrama Esquematico Electronico

El diseno propuesto en la etapa anterior se pasa a unprograma para generar disenos llamado Live Wire (Herramientade diseno y modelado de circuitos electronicos), en el cual seestablecen las conexiones de los circuitos.

III-C. Simulacion

Para la realizacion del diagrama esquematico electronico seutilizo el software de simulacion llamado PROTEUS (Herra-mienta de diseno y modelado de circuitos electronicos). En estepaso se comprueba el funcionamiento en condiciones ideales,el rediseno y la correccion los detalles del sistema, mediantela simulacion.

En la figura 18 se muestra las conecciones del pic conel LCD y los componentes necesarios para el desarrollo dela practica, como se puede observar en la simulacion latemperatura ambiente no ha rebasado la temperatura TOPE porlo que el Diodo Emisor de Luz (LED) no se enciende, en traspalabras el pic envia un 0 logico del puerto EF0 por lo quehace que no encienda el led y asu vez no active el moc paraposteriormente encender el foco de 120V.

En la figura 19 la temperatura ambiente rebaza la tempe-ratura TOPE por lo que el pic envia un 1 logico y asi activael fototransistor del moc para que se avtive el TRIAC y asiencender el foco.

Figura 10. Pueba en la herramienta PROTEUS, para verificar lafuncionalidadde la pantalla LCD.

Figura 11. Prueba en la herramienta PROTEUS, para enviar unatrama dedatos y mostrarla en la LCD.

III-D. Protoboard

Una vez aceptado el circuito simulado se procede a hacerel circuito en la placa experimental Protoboard. Hacer unaprueba en el Protoboard es una ventaja muy grande, porquees estar casi seguros de que no habra problema alguno cuandose construya el PCB. Para esto se emplearon los siguientesmateriales:

• 1 Placa experimental (Protoboard).• 1 Placa Fenolica• 1 capacitores de 3.3mf.• 2 Resistencias de 330W• 1 Resistencia de 1 kW• 1 Resistencia de 820W• 1 Pantalla LCD 16x2.• 3 Push-Button.• 1 Oscilador de 4 MHz.• 2 Capacitores ceramicos de 33 pf.

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• 1 Microcontrolador (PIC 16F877a).• 1 Conector USB tipo B

Figura 12. Puuba del Sensor en el Protoboard.

III-E. Diseno del PCB

Para el desarrollo de la placa PCB utilizamos la herramientaPCB Wizard (Herramienta que ayudo a la creacion de las pistasde trabajo que usamos en la placa PCB).

En esta etapa se desarrollara la mejor opcion en cuento adiseno de lo que vamos a imprimir en el papel fotograficose refiere. Se crean las pistas que consideremos las mejoresy mas optimas para que nuestro circuito impreso no presenteproblema alguno y que a pesar de la simulacion correcta, puedapresentar detalles; uno muy comun es que las pistas se peguendemasiado o que las pistas salgan mal.

Figura 13. Diseno de las pistas para el PCB.

III-F. Proceso de Fabricacion del PCB

Para fabricar la Placa PCB necesitamos:• Los de la lista anterior (con excepcion del Protoboard).

• Programadora.• PC.• Impresora Laser.• Placa fenolica.• Estano.• Cautın.• Cloruro Ferrico.• Papel fotografico.• Plancha.• Cable conector de USB tipo A a USB tipo B• Taladro.• Broca 1/32’’.• Lija fina para metal.• Brocha pequena.• Cutter.• Recipiente plastico o de vidrio.• Pasos para la creacion de la placa PCB.III-F1. 1. Impresion del circuito (pistas), en una hoja PNP

o papel fotografico, la fig. 13 es la representacion grafica delas pistas. :

Figura 14. Figura demostrativa del paso 2.

III-F2. 2. Despues de su impresion, se procede a colocarloen la placa fenolica (sujetarla con cinta adhesiva para mayorprecision). :

Figura 15. Figura demostrativa del paso 3.

III-F3. 3. Enseguida de fijar el circuito a la placa fenolicase procede a planchar la hoja sobre la placa (el proceso se

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lleva a cabo durante 5 minutos y la plancha debe estar atemperatura maxima).:

III-F4. 4. Dejamos que la placa regrese a temperaturaambiente para posteriormente colocarlo en un recipiente conagua, esto tiene como finalidad proporcionarnos mayor facili-dad a la hora de retirar la hoja. :

III-F5. 5. Retiramos los residuos de papel que quedansobre las pistas. :

III-F6. 6. Se coloca la placa en un recipiente No metalicocon Cloruro Ferrico en su interior, hasta queunicamente seansolo visibles las pistas marcadas por le Toner de la impresion,para facilitar el proceso se mueve el recipiente o bien con laayuda de una brocha que se pasa sobre la superficie de la placapara eliminar el cobre que es innecesario (el recipiente no debeser metalico porque con el Cloruro Ferrico se generara calor).:

III-F7. 7. Despues de algunos minutos ya queunicamentese visualicen las pistas con toner, se extrae la placa delrecipiente y la limpiamos o bien la lavamos. :

III-F8. 8. Por ultimo con la ayuda de la acetona se limpianlas pistas para eliminar el Toner de las mismas, finalizado elproceso solo quedan las pistas de cobre. :

III-G. Ensamble

Esta es la etapa donde colocamos los componentes necesa-rios que iran en la placa, en esta etapa terminamos la creacionde la placa PCB.

Pasos para la creacion de la placa PCB.

III-G1. 1. Se perfora la placa fenolica en los Pads yaestablecidos por el PCB Wizard. :

III-G2. 2. Se insertan las piezas en las placas.:

III-G3. 3. Revisamos que los componentes hayan sido in-troducidos y fijados de manera correcta en su solda respectiva.:

III-G4. 4. Verificamos que cada componente este biensujeto a la placa. :

III-G5. 5. Este proceso se sigue con cada uno de loscomponentes previamente establecidos. :

III-G6. 6. Soldamos los componentes a la placa.:La placafinalizada se puede visualizar de mejor manera en la figura 18.

III-H. Pruebas

Esta es la etapa final veremos si en realidad todo lo queanteriormente se realizo correctamente si ası lo fue el resultadosera el esperado.

Despues de haber ensamblado completamente la placa segeneran las pruebas prudentes para establecer si el circuitoimpreso funciona correctamente.

Figura 16. Prueba de la Conexion Placa-Blue-Tooth.

Figura 17. LCD muestra la trama recibida en la PC.

Figura 18. Prueba de Funcionamiento de la placa.

REFERENCIAS

[1] Raul J. E. Aguirre, Capacitores, Rescatado Marzo 30, 2011, dehttp://www.comunidadelectronicos.com/articulos/electroliticos.htm

[2] http://www.huarpe.com/electronica/osc/oscilador-xtal.html. RescatadoMarzo 22, 2011.

[3] Microchip Technology Inc. Pic16F877a, Rescatado Marzo22, 2011, dehttp://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39582b.pdf

[4] WIKIPEDIA The Free Encyclopedia (Abril 19, 2011), Push-Button, Res-catado Junio 1, 2011, de http://en.wikipedia.org/wiki/Push-button

[5] Tecnologıa del PC, Puertos E/S: Puesto USB, Rescatado Junio 1, 2011,de http://www.zator.com/Hardware/H25 3.htm

[6] Electronica y Microcontroladores (Marzo 16, 2009), LCD 16x2, RescatadoJunio 1, 2011, de http://picmind.es.tl/Uitlizando-LCD-16x2.htm

[7] Ing. Miguel A. Piedra (Noviembre 26, 2009), Modulo Blue-Tooht para Microcontroladores, Rescatado Junio 21, 2011, dehttp://www.automatismos-mdq.com.ar/blog/2009/11/modulo-bluetooth-para-microcontroladores.html

[8] Tecnologıas del PC, La UART, Rescatado Junio 21, 2011, dehttp://www.zator.com/Hardware/H25 1 1.htm