Sistema_Centros_Comerciales_Lemos_2012.pdf

SISTEMA INALMBRICO PARA LA LOCALIZACIN DE USUARIOS EN RESTAURANTES DE CENTROS COMERCIALES

HENRY LEMOS BONILLA

UNIVERSIDAD SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERAS

PROGRAMA INGENIERA ELECTRNICA SANTIAGO DE CALI

2012

SISTEMA INALMBRICO PARA LA LOCALIZACIN DE USUARIOS EN RESTAURANTES DE CENTROS COMERCIALES.

HENRY LEMOS BONILLA

Tesis de grado presentado como requisito para optar el titulo de Ingeniero Electrnico

Director Edgar Giraldo Orozco

Ms. C

UNIVERSIDAD SAN BUENAVENTURA

FACULTAD DE INGENIERAS PROGRAMA INGENIERA ELECTRNICA

SANTIAGO DE CALI 2012

DEDICATORIA A mis padres y hermanos por creer y confiar siempre en m, por su apoyo y motivacin que me han brindaron a lo largo de la carrera. A mis amigos por su confianza, lealtad y por ensearme que no hay lmites, que lo que me proponga lo puedo lograr y que solo depende de m.

AGRADECIMIENTOS Mis ms profundo agradecimiento a Dios, por ser mi gua y mi compaero, quien me ha dado fortaleza y sabidura para sobrellevar todos los obstculos que se presentaron en la ejecucin de esta tesis. Al mismo tiempo a todas las personas que directa o indirectamente me han apoyado aportando sus conocimientos y experiencias. A mi director de tesis por su experiencia cientfica, apoyo y sugerencias en un marco de confianza, afecto y amistad fundamentales para el progreso de este trabajo.

RESPONSABILIDAD DEL AUTOR Yo Henry Lemos Bonilla soy responsable de las ideas, doctrinas y resultados expuestos en esta tesis. Y el patrimonio intelectual de la misma pertenece a la Universidad de San Buenaventura.

GLOSARIO ACL: Asncrono no orientado a conexin, usado principalmente para transmitir datos. BIT RATE: el trmino tasa de bits. Define el nmero de bits que se transmiten por unidad de tiempo a travs de un sistema de transmisin digital o entre dos dispositivos digitales. As pues, es la velocidad de transferencia de datos. CAD (convertidor anlogo digital): es un dispositivo electrnico capaz de convertir una entrada analgica de voltaje en un valor binario, Se utiliza en equipos electrnicos como ordenadores, grabadores de sonido y de vdeo, y equipos de telecomunicaciones. La seal analgica, que vara de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija, obtenindose as una seal digital a la salida del mismo. CDA (convertidor digital anlogo): Es un dispositivo electrnico capaz de transformar seales digitales en anlogas. DECODIFICADOR: es un circuito combinacional, cuya funcin es inversa a la del codificador, esto es, convierte un cdigo binario de entrada (natural, BCD, etc.) de N bits de entrada y M lneas de salida (N puede ser cualquier entero y M es un entero menor o igual a 2N), tales que cada lnea de salida ser activada para una sola de las combinaciones posibles de entrada. Estos circuitos, normalmente, se suelen encontrar como decodificador / demultiplexor. Esto es debido a que un de multiplexor puede comportarse como un decodificador. EM 4001: Son etiquetas codificadas en Manchester a 125KHz. ETHERNET: El nombre viene del concepto fsico de ether. Ethernet define las caractersticas de cableado y sealizacin de nivel fsico y los formatos de tramas de datos del nivel de enlace de datos del modelo OSI. Ethernet es un estndar de redes de rea local para computadores con acceso al medio por contienda CSMA/CD. GPR: Radar de penetracin terrestre. GPS: (Global Positioning System) Sistema de Posicionamiento Global. GUI: graphical user interfaces (interfaces graficas de usuario). IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers; instituto de ingenieros elctricos y electrnicos. Asociacin de EEUU, especialmente famosa por los estndares que promulga; de entre dichos estndares, en este proyecto cabe destacar la serie 802.x, referidos a WLAN (vase WLAN).

IrDA: Infrared data association. Organizacin que define el conjunto de protocolos para comunicacin mediante de ondas infrarrojas. Por extensin, tambin se conoce con este nombre tanto a los protocolos que permiten dicha comunicacin como a la comunicacin en s. Localizacin: Lugar donde se quiere posicionar a un usuario. Puede ser la planta de una universidad, de un centro comercial, de tu casa. MAX 232: Es un circuito integrado que convierte los niveles de las lneas de un puerto serie RS232 a niveles TTL y viceversa. MINICOM: Es un programa de comunicacin que se asemeja al Hyperterminal y al Telix programa shareware, pero es un cdigo fuente libre y se ejecuta en la mayora de los sistemas Unix. PUERTO SERIAL: El puerto serial se constituye como una de las ms bsicas conexiones externas a un computador. Los puertos seriales se conocen tambin con el nombre de puertos de comunicacin o COM, y tienen la caracterstica de ser bidireccionales. sta caracterstica permite a cada uno de estos dispositivos tanto recibir como enviar datos. RED AD HOC: Es una red inalmbrica descentralizada. La red es ad hoc porque cada nodo est preparado para reenviar datos a los dems y la que los router llevan a cabo esa funcin RF (radiofrecuencia): Tambin denominado espectro de radiofrecuencia. Se aplica a la porcin menos energtica del espectro electromagntico, situada entre unos 3 kHz y unos 300 GHz RFID (Radio Frequency IDentification): identificacin por radiofrecuencia. Es un sistema de almacenamiento y recuperacin de datos remotos que usa dispositivos denominados etiquetas, tarjetas, transponedores o tags RFID. El propsito fundamental de la tecnologa RFID es transmitir la identidad de un objeto (similar a un nmero de serie nico) mediante ondas de radio. RSSI: Indicador de fuerza de seal de recepcin. Este trmino se usa comnmente para medir el nivel de potencia en las seales recibidas en las redes inalmbricas. SCO: El mtodo Sncrono Orientado a Conexin (SCO) es usado principalmente para voz. Tag: etiquetas grabadas en distintas frecuencias su codificacin es por medio de Manchester.

USB (Universal Serial Bus): por lo que como su nombre indica, se trata de un sistema de comunicacin entre dispositivos electrnicos-informticos que slo transmite una unidad de informacin a la vez. UWB (Ultra Wide Band Networks): Es una tecnologa en el rango de las PAN (personal rea network). Permite paquetes de informacin muy grandes (480 Mbits/s) conseguidos en distancias cortas, de unos pocos metros. WiFi: Termino comercial de la Wireless Alliance, usado para denotar una red inalmbrica, y, que, segn esta alianza, no significa nada, siendo slo una marca registrada. Algunos autores sugieren que el nombre pretende hacer pensar en WirelessFidelity, por analoga con High-Fidelity (Hi-fi). Wi-max (Worldwide Interoperability for Microwave Access): Interoperabilidad mundial para acceso por microondas. Windows: Sistema operativo desarrollador por Microsoft Corporation. XBee: dispositivos que integran un transmisor - receptor de ZigBee y un procesador en un mismo mdulo. Zigbee: Es el nombre de la especificacin de un conjunto de protocolos de alto

nivel de comunicacin inalmbrica para su utilizacin con radiodifusin digital de

bajo consumo, basada en el estndar IEEE 802.15.4 de redes inalmbricas de

rea personal (wireless personal rea network, WPAN). Su objetivo son las

aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envo de

datos y maximizacin de la vida til de sus bateras.

CONTENIDO

pg.

GLOSARIO .............................................................................................................. 6

0. INTRODUCCIN ............................................................................................... 15

1. INFORMACIN PRELIMINAR .......................................................................... 16 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................. 16 1.2 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIN ............................................................ 16

2. OBJETIVOS ...................................................................................................... 18 2.1 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................... 18 2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ............................................................................ 18

3. DESCRIPCIN DEL PROYECTO ..................................................................... 19

4. REVISIN DEL ESTADO DEL ARTE ............................................................... 20 4.1 ESTADO DEL ARTE ACTUAL ......................................................................... 20 4.2 TECNOLOGA PARA LA LOCALIZACIN ...................................................... 21 4.2.1 GPS .............................................................................................................. 21 4.2.2 RFID ............................................................................................................. 22 4.2.3 Infrarrojo ........................................................................................................ 23 4.2.4 Caractersticas .............................................................................................. 24 4.2.5 Bluetooth ....................................................................................................... 25 4.2.6 Funcionamiento ............................................................................................ 26 4.2.6.1 Objetivos de la tecnologa Bluetooth .......................................................... 26 4.2.6.1.1 Modo de Trasmisin................................................................................ 26 4.2.7 Wi-Max .......................................................................................................... 27 4.2.7.1 Caractersticas ........................................................................................... 28 4.2.8 UWB (Ultra Wideband).................................................................................. 28 4.2.8.1 Caractersticas de UWB ............................................................................. 29 4.2.9 Aplicaciones .................................................................................................. 29 4.2.10 ZIGBEE ....................................................................................................... 29 4.2.10.1 Caractersticas ......................................................................................... 30 4.2.11 Tipos de dispositivos ................................................................................... 30 4.2.12 Arquitectura ................................................................................................. 30 4.2.12.1 rea de aplicacin ................................................................................... 32 4.3 COMPARACIN ENTRE TECNOLOGAS ESTUDIADAS .............................. 32 4.4 PUERTOS DE COMUNICACIN .................................................................... 34 4.4.1 Puerto serial (COM). ..................................................................................... 34 4.4.2 Caractersticas .............................................................................................. 34 4.4.3 Puertos USB (Universal Serial ...................................................................... 35

4.4.3.1 Caractersticas ........................................................................................... 35 4.4.4 Microcontroladores ....................................................................................... 35 4.4.5 Procesador o CPU ........................................................................................ 37

5. SELECCIN DE DISPOSITIVOS Y TECNOLOGAS ....................................... 38 5.1 COMUNICACIN RF ....................................................................................... 38 5.2 MDULOS XBEE ............................................................................................ 39 5.2.1 Modo Idle ...................................................................................................... 40 5.2.2 Herramienta de configuracin X-CTU ........................................................... 43 5.2.3 Identificacin ................................................................................................. 44 5.2.4 Protocolo de comunicaciones ....................................................................... 46 5.2.4.1 Rangos mximos de actuacin y caractersticas elctricas ....................... 46 5.3 INTERFAZ DE VISUALIZACIN ..................................................................... 54

6. DISEO O PROPUESTA DEL SISTEMA ......................................................... 56 6.1 ESPECIFICACIONES Y COMPONENTES DEL MDULO COORDINADOR . 56 6.1.2 Especificaciones y componentes del mvil ................................................... 58 6.2 SOFTWARE DEL SISTEMA MVIL ................................................................ 61 6.3 MONITOREO MEDIANTE VISUAL BASIC ...................................................... 63 6.4 REQUISITOS FUNCIONALES ........................................................................ 65 6.4.1 Planos de identificacin y localizacin .......................................................... 65 6.4.2 Infraestructura adecuada .............................................................................. 66 6.4.3 Funcionamiento general del sistema ............................................................ 66

7. PRUEBAS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES ........................................... 68 7.1 ENTORNO DE PRUEBAS ............................................................................... 68 7.2 ESCENARIOS DE PRUEBAS ......................................................................... 68 7.2.1 Escenario 1. Mdulo coordinador y el mdulo mvil ..................................... 68 7.2.2 Escenario 2. Pruebas de mesas ................................................................... 69 7.2.3 Escenario 2. Prueba de distancia con y sin lnea de vista ............................ 71 7.3 VISUALIZADOR GRFICO ............................................................................. 72 7.4 POSIBLES EXTENSIONES DEL PROYECTO ............................................... 73

8. CONCLUSIONES .............................................................................................. 74

BIBLIOGRAFA ..................................................................................................... 76

ANEXO .................................................................................................................. 78

LISTA DE TABLAS

pg.

Tabla 1. Frecuencias de funcionamiento ............................................................... 23

Tabla 2. Arquitectura Zigbee .................................................................................. 31

Tabla 3. Cuadro de comparaciones 1 ................................................................... 33

Tabla 4. Comparaciones entre XBee Y TRF2.4G .................................................. 39

Tabla 5. Cuadro de estructura del modo API ......................................................... 41

Tabla 6. Comparacin de RFID vs Infrarrojo ......................................................... 45

Tabla 7. Conexionado del RFID ............................................................................. 46

Tabla 8. Rango de operacin ................................................................................. 47

Tabla 9. Caractersticas elctricas ......................................................................... 47

Tabla 10. Formato identificacin del tag ................................................................ 48

Tabla 11. Especificaciones de los Tags ................................................................. 48

Tabla 12. Pines del PIC 16f628a .......................................................................... 50

Tabla 13. Memoria de los PIC................................................................................ 51

Tabla 14. Mapa de memoria ................................................................................. 52

Tabla 15. Asignacin a las mesas ......................................................................... 69

Tabla 16. Pruebas con distintos materiales de mesa ............................................. 70

Tabla 17. Pruebas con y sin lnea de vista ............................................................ 72

LISTA DE FIGURAS

pg.

Figura 1. Redes inalmbricos ................................................................................ 20

Figura 2. Funcionamiento del GPS ........................................................................ 21

Figura 3 Funcionamiento de RFID ......................................................................... 22

Figura 4. Lector infrarrojo de cdigo de barra ........................................................ 24

Figura 5. Como trabaja Wi-Max ............................................................................. 27

Figura 6. Red UWB ................................................................................................ 28

Figura 7. Comparacin de las tecnologas ............................................................. 33

Figura 8. Puerto serial ............................................................................................ 34

Figura 9. Puerto USB ............................................................................................. 35

Figura 10. Microcontrolador ................................................................................... 37

Figura 11. Descripcin de los dispositivos ............................................................. 38

Figura 12. Modul XBee serie 2 ............................................................................ 39

Figura 13. Modo de operacin ............................................................................... 40

Figura 14. Trama de envi transparente ................................................................ 41

Figura 15. Modo de transmisin ............................................................................ 42

Figura 16. Ejemplo de modelo AT ......................................................................... 43

Figura 17. X-CTU Configuracin de los XBee ...................................................... 44

Figura 18. Lector RFID .......................................................................................... 45

Figura 19. PIC 16f628a ......................................................................................... 49

Figura 20. Distribucin de pines............................................................................ 50

Figura 21. Diagrama de bloques ........................................................................... 53

Figura 22. Interfaz de PCW................................................................................... 54

Figura 23. Software Visual Basic ........................................................................... 55

Figura 24. Diseo del prototipo ............................................................................. 56

Figura 25. Descripcin del mdulo Coordinador .................................................... 57

Figura 26. Esquema de conversor Serial-USB ...................................................... 58

Figura 27. Modulo mvil ......................................................................................... 59

Figura 28. Esquemtico del mdulo mvil ............................................................. 60

Figura 29. Diagrama general ................................................................................. 61

Figura 30 Diagrama de RFID ................................................................................. 62

Figura 31 Diagrama de flujo de XBee .................................................................... 63

Figura 32. Interfaz de localizacin ......................................................................... 64

Figura 33. Flujo de interfaz .................................................................................... 65

Figura 34. Cdigos en X-CTU ................................................................................ 69

Figura 35. Mesas ................................................................................................... 70

Figura 36. Cafetera central ................................................................................... 71

Figura 37. Actualizacin ......................................................................................... 72

LISTA DE ANEXOS

pg.

ANEXO A. MANUAL DEL SISTEMA ..................................................................... 78

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0. INTRODUCCIN La evolucin en los procesos realizados por los centros comerciales ha ido de la mano con la revolucin tecnolgica de los ltimos aos, generando en las reas de ingeniera una bsqueda de opciones para optimizar estos avances. Actualmente, la movilidad es un tema que despierta gran inters en los restaurantes; luego, tener la informacin necesaria en el momento y lugar indicado es una ventaja que debe ser aprovechada y explotada desde distintos puntos de vista. Conocer la localizacin de los clientes cobra vital importancia al momento de despachar los pedidos, adems, con los avances en tecnologas de transmisin y recepcin se puede generar una mejora en ordenacin, desplazamiento y dominio de la plaza. Esta investigacin busca aportar en la construccin de conocimiento de sistemas de informacin inalmbrica y su integracin con los diferentes sistemas de adquisicin de datos y transmisin, de la misma manera contribuye a incentivar el inters por los temas de localizacin y de ubicacin remota de una persona intentando hacer uso de las nuevas tecnologas de comunicacin. Este proyecto permite disear e implementar un mdulo funcional de comunicacin inalmbrica y de identificacin, para la localizacin de clientes en una plaza de comidas amplia. Este sistema facilita a los empleados de restaurantes determinar la posicin de los clientes en una interfaz grfica asociada con un modulo base. La tecnologa usada est basada en dispositivos fciles y seguros de usar para este tipo de entorno, la cual debe ser necesariamente inalmbrica dada las caractersticas variables del entorno de las plazas de comidas.

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1. INFORMACIN PRELIMINAR 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En los restaurantes de las plazoletas de comidas ubicados en los centros comerciales, la entrega de los productos se basa en la ubicacin visual de los usuarios. El mtodo consiste en que el cliente va a un restaurante donde realiza un pedido y mediante esto se genera un turno, luego, el cliente se desplaza y ubica en una de las mesas en el centro comercial pero lejos del establecimiento, generando as un inconveniente para localizarlo a la hora de despachar los alimentos puesto que el sistema de localizacin es visual por medio de una bandera que se le da al cliente. Este mtodo de localizacin es algo limitado y demorado, generando prdida de tiempo de ubicacin y clientes insatisfechos por el servicio. Se presenta la situacin donde el cliente desea pedir algo adicional pero ya se encuentra en la mesa se tendr que desplazar a la caja, o estar pendiente de uno de los meseros para que genere el pedido adicional. No hay tecnologa para realizar este tipo de localizacin y generar un pedido adicional, ocasionando inconvenientes para la administracin al no prestar un buen servicio al cliente y perdiendo la oportunidad de generar nuevas ventas. Donde se encuentran un problema de tecnologa para aplicar en este sector, se busca una mejora en el sector de prestacin de servicios aplicando nuevas opciones para localizacin por medios de micro controladores, dispositivos de comunicacin inalmbrica, la cual podr brindar un mejor servicio de localizacin para los meseros y administracin en el sector de centros comerciales. 1.2 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIN Durante la investigacin de este proyecto, se obtuvo informacin sobre pruebas de acceso inalmbrico llevadas a cabo en centros comerciales, especficamente en Chipichape ubicado en la Av. 6 N ya que en este centro se encuentran restaurantes que prestan un servicio de aviso inalmbrico. En este caso se obtuvo informacin y recomendaciones sobre la documentacin de redes inalmbricas, as mismo se describe la experiencia que se ha obtenido en instalaciones y configuraciones de equipos inalmbricos. Una vez recolectada la informacin sobre las experiencias inalmbricas en restaurantes de centros comerciales de la ciudad, se procedi a consultar y analizar la informacin en internet sobre proyectos de redes inalmbricas en centros comerciales. El resultado de dicho anlisis indica que las implementaciones de redes inalmbricas locales que se han realizado se basan en tecnologa Wi- Fi.

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Completando el anlisis de lo anteriormente expuesto sera importante para todo lugar donde se preste un servicio ya sea restaurante de plazas o individual que cuente con algn sistema de localizacin de cliente y as serian resueltas las necesidades de tiempo breve, dando como resultado la satisfaccin completa de ambas partes: administracin y cliente. Actualmente la solucin ms generalizada en sistemas inalmbricos utilizada en los restaurantes de los centros comerciales es en donde avisan que su orden ya est disponible y acercarse a la caja por su pedido donde esta tecnologa se basa en redes Wi-Fi. Estas redes seguirn siendo necesarias para el conjunto de locales que prestan esta forma de servicio pero no para restaurantes que despachan pedidos a la mesa en los centros comerciales donde las redes WI-FI no son una opcin para este tipo de establecimientos que quieren prestar un servicio de comodidad y tranquilidad para los clientes.

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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Disear e implementar un prototipo electrnico para la localizacin de usuarios en restaurantes de los centros comerciales.

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Describir las caractersticas de los sistemas basados en localizacin en tiempo real.

Investigar y comparar los estndares de comunicacin e interpretacin de datos entre un dispositivo de informacin central y otro mvil usando un sistema basado en localizacin.

Analizar e integrar las arquitecturas que soporten los sistemas basados en localizacin (LBS), con el fin de proponer alternativas tecnolgicas para su uso en los centros comerciales.

Disear e implementar un sistema que contenga, hardware y software para los dispositivos central y mvil que permitan su comunicacin y la localizacin de los clientes.

Disear la interfaz de usuario y el sistema de adquisicin de datos desde el dispositivo coordinador.

Realizar las pruebas de funcionamiento de envo y recepcin de seal del prototipo final.

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3. DESCRIPCIN DEL PROYECTO

Captulo 1: describe de manera general el proyecto, la problemtica del sector de las plazas de comidas amplias y se determinan los objetivos a realizar en este trabajo.

Captulo 2: busca desarrollar una investigacin sobre los antecedentes de la tecnologa usada en las plazas de comidas de los centros comerciales para localizacin de clientes. Se realiza un estudio de la teora y la tecnologa asociada con la identificacin usando comunicaciones inalmbricas.

Capitulo 3: en este captulo se dar una descripcin y comparacin de las especificaciones sobre los dispositivos elegidos de acuerdo a la necesidad de los usuarios, como requisitos tcnicos y funcionales de los mismos.

Capitulo 4: con el apoyo del captulo anterior se realiza el diseo del prototipo propuesto con tecnologa y software seleccionados anteriormente por sus descripciones.

Capitulo 5 este consta de pruebas y resultados realizados en distintos entornos por los mdulos para observar y demostrar su funcionamiento en distintos entornos que son reflejados actualmente en el mercado.

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4. REVISIN DEL ESTADO DEL ARTE La localizacin inalmbrica consta de dos o ms terminales que permiten tener comunicacin entre dos dispositivos sin necesidad de instalaciones cableadas en el entorno a comunicar entre los objetos; son transmisores y receptores que constan de una estandarizacin de comunicacin que brinda una seguridad para la utilizacin en el mercado, permitiendo el estudio e implementacin de mtodos, para tener la capacidad de satisfacer el mundo actual que no conforme con su evolucin digital busca en el da a da una actualizacin en tecnologa, con diseos atractivos y con facilidad de uso, para un mayor acercamiento a estas tecnologas se describir cada una de ellas como se muestran en la figura 1. Figura 1. Redes inalmbricos

Fuente:http://techmi.es/blog/2009/02/16/diferencias-entre-el-wifi-wimax-gprs-y-el-3g/

4.1 ESTADO DEL ARTE ACTUAL Para poder llevar a cabo la implementacin de este proyecto, ser necesario introducirse primero en cmo y cules son los sistemas usados para la localizacin existente. Para ello se ubican varios centros comerciales los cuales dieron informacin de que sistemas o redes implementaron para ubicar a sus clientes, donde no se encontr un sistema que logre posicionar a las personas que requieran los servicios de ellos pero si hay implementaciones similares que tienen el inconveniente de no poseer una interfaz grafica para la visualizacin de la posicin de ellos. Usando la tecnologa Wi-Fi se encuentran problemas a la hora de transmitir en zonas que no poseen mucha lnea de vista. Este tipo de implementacin se puede observar en los puntos de Sndwich Cubano, Pollos Frisby, Hamburguesas del Corral. Una de las empresas que trabaja fabricando

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estos sistemas de localizacin es LRS (Long Range System). Tiene su planta de fabricacin en Texas Estado Unidos y ofrecen servicios similares como rastreador de mesas y el sistema de localizacin de mesas. 4.2 TECNOLOGA PARA LA LOCALIZACIN

4.2.1 GPS. Los localizadores GPS son sistema de posicionamiento global que permite determinar y apreciar la posicin por medio de coordenadas de latitud, longitud y altura donde est compuesto por veinticuatro satlites (21 operativos y 3 de respaldo), que orbitan por el espacio enviando seales a todo aquel que quiera orlas1. Un receptor de GPS que quiere localizarse dentro de un globo terrestre y necesita de interconexin mnimo de cuatro satlites en esto se dice que en cuanto mayor sea la cantidad de satlites conectados mejorara su localizacin de la posicin. En la figura 2 se muestra un esquema de este sistema. Figura 2 Funcionamiento del GPS Fuente: http: www.portalplanetasedna.

Normalmente se requiere que el dispositivo tenga en memoria un mapa por que sin l, solo se podr informal al usuario de coordenadas, y estos datos no suelen ser informativos para un usuario medio. Adems, las seales del GPS viajan muchos kilmetros y son bastante tenues por lo que un receptor GPS en el interior de un edificio sera complicado para encontrar seales de satlites y ms aun para conseguir que estas seales le sirvan para localizarse. No obstante, el GPS, como

1Letham, Lawrence. GPS fcil uso del sistema posicionamiento global. 1 Ed. Editorial

paidotribo. 2001

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su nombre lo indica, es un sistema de posicionamiento global, y por tanto no est indicado para permitir la localizacin a nivel local. Un problema de GPS se debe a que por su diseo y para lo que fue realizado es para localizaciones extensas debido a su tecnologa de satlites, esto permite que se localice en lugares no obstaculizados por estructuras fsicas como edificios, casas, habitaciones, etc. 4.2.2 RFID. Los sistemas RFID como sus siglas lo dicen (identificacin por radio frecuencia) es una forma de identificar remotamente e inalmbricamente como se observa en la figura 3. Esta tecnologa existe desde los aos 40, donde su mayor uso ha sido en el ejrcito para misiles con seguimiento, estos dispositivos han sido de gran ayuda en la actualidad desplazando otros mtodos de identificacin. Un sistema de RFID est compuesto de tres elementos:

Etiquetas (tags). Consiste en una antena que hace las funciones de trasmisor y receptor cuando recibe una onda de radio este la codifica y manda una respuesta en forma de seal 2.

Lectores. Estos se encargan de transferir pulsos de energa al tag el cual enva una respuesta que es el cdigo que posee ella3.

Hardware de procesamiento. Tpicamente estos son memorias que se usan para almacenar la informacin obtenida de los lectores.

Figura 3 Funcionamiento de RFID

Fuente: http://www.osesrfid.es/home/texto/16.html

2 Hunt. V. Puglia, Daniel Albert, Puglia Mike. RFID A Guide to Radio Frequency Identification.

Willey (2007). 3RFID technology White paper. http://www.prototypexpress.com/rfidwhitepaper.htm [

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En la tabla 1 se observan las frecuencias de funcionamiento del sistema RFID.

Tabla 1. Frecuencias de funcionamiento

Frecuencia LF 125KHz

HF 14.56MHz

UHF 368-915MHz

Microondas 2.4, 5.8 GHz

Rango mximo de lectura

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Figura 4 Lector infrarrojo de cdigo de barra

Fuente: http://laesa.com.ar/2011/10/02/lector-codigo-de-barras-ejemplo-aplicacion-net-c-mysql/.

4.2.4 Caractersticas

El infrarrojo requiere de una comunicacin lineal entre el transmisor y el receptor, lo que hace impredecible la lnea de vista para su efectiva transmisin.

Las frecuencias de la banda de infrarrojo no permiten la penetracin a travs de paredes, dndole una importante ventaja a la radiofrecuencia que opera el Bluetooth.

La comunicacin con infrarrojo siempre ser uno a uno, dejando de lado las configuraciones multipunto.

La red por infrarrojo permite la comunicacin entre dos nodos, actualmente se pueden clasificar de acuerdo a dos criterios. El primero es el grado de direccionalidad del transmisor y del receptor, as podemos encontrar enlaces dirigidos y enlaces no dirigidos.

El segundo criterio de clasificacin est relacionado con la existencia o no de una lnea de vista entre el transmisor y el receptor. En los enlaces de lnea de vista, la luz emitida por el transmisor llega directamente al receptor, tambin en los enlaces sin lnea de vista, la luz que sale del transmisor llega al receptor generalmente despus de haberse reflejado difusamente en una o varias superficies. Tenemos punto a punto, Cuasdifuso A y Difuso, consulte5:

5Red por infrarrojo

http://cmapserver.unavarra.es/servlet/SBReadResourceServlet?rid=1200396290104_1620023815_17314

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Punto a Punto. En un enlace punto a punto, el transmisor concentra su potencia en una pequea regin del espacio, por lo cual, para una potencia dada, este sistema es el que mayor distancia puede alcanzar. De una manera parecida, el receptor capta luz infrarroja solo de una pequea regin del espacio, producindose as un mnimo de distorsin por multitrayectorias y de ruido causado por las fuentes de luz ambiental. La combinacin de estas caractersticas da como resultado altas razones de transmisin y grandes alcances. Adems de esto, los sistemas punto a punto son relativamente baratos y simples. Difuso. Los sistemas IR difusos son los ms fciles de utilizar y tambin los ms robustos, no se requiere apuntar tanto al transmisor como al receptor, ni se requiere que haya lnea de vista entre restos. Sin embargo, los sistemas IR difusos tienen ms altas prdidas de propagacin que sus contrapartes de lnea de vista, requiriendo altas potencias de transmisin y un receptor que tenga una gran rea de coleccin de luz. La localizacin por infrarrojo vara en un amplio rango de posibilidades desde visin nocturna hasta el uso militar para rastreos. La localizacin por infrarrojo es muy limita por el espacio, por lo tanto, actualmente no es una alternativa para el tipo de sistema se desea implementar, adems, la limitacin de esta alternativa tecnolgica es que la radicacin no atraviesa las paredes y el sistema va ser diseado para ubicar al cliente en cualquier parte del centro comercial y as prestarle un buen servicio. Cuasdifuso A. Son mtodos de emisin radial, es decir que cuando una estacin emite una seal ptica, esta puede ser recibida por todas las estaciones al mismo tiempo en la clula. En este modo las estaciones se comunican entre s por medio de superficies reflectantes. No es necesaria la lnea de visin entre dos estaciones, pero si deben estarlo con la superficie de reflexin. Adems es recomendable que las estaciones estn cerca a la superficie de reflexin, esta puede ser activa o pasiva. En las clula basadas en reflexin pasiva, el reflector debe tener altas propiedades reflectivas y dispersivas, mientras que las basadas en la superficie de reflexin activa se requiere de un dispositivo de salida reflexivo, conocido como satlite, que amplifica la seal ptica. La reflexin pasiva requiere ms energa, por parte de las estaciones, pero es ms flexible de usar. 4.2.5 Bluetooth. Se denomina Bluetooth al protocolo de comunicaciones diseado especialmente para dispositivos de bajo consumo, con una cobertura baja y basada en transceptores de bajo costo6. Se inicia a principios del ao 1998 con (Special Interest Group) publicado por empresas de comunicacin como Sony Ericsson, IBM, Intel, Nokia, etc.

6 Bluetooth special interest group https://www.bluetooth.org/apps/content/

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Implementado para trasmisin de datos entre celulares de gama alta en aquel tiempo. 4.2.5.1 Funcionamiento. Es una especificacin industrial para redes inalmbricas de rea personal que posibilita la transmisin de datos entre diferentes dispositivos por medio de radio frecuencia segura. Esta tecnologa trabaja en dos capas de modelo OSI que son de enlace y aplicacin, donde se implementa un transceiver que funciona a frecuencias de 2.4Ghz. Su conexin se realiza uno a uno (dispositivo con dispositivo) a una distancia mxima de 10 metros con deficiencia en la seal o demora en la velocidad de transmisin. Bluetooth cuenta con mecanismos de seguridad por medio de encriptacin de 64bits y autenticacin para manipular la conexin y evitar que otros dispositivos puedan acceder a los datos o realizar otra operacin indeseada. Los trasmisores operan en una frecuencia de banda global. Su velocidad mxima que alcanza durante la transferencia es de 700kb/s. y su consumo de potencia es mucho mayor al de otros dispositivos. 4.2.5.1 Objetivos de la tecnologa Bluetooth

Permitir la comunicacin sencilla entre dispositivos fijos y mviles.

Eliminar la dependencia de cables que operan la comunicacin.

Facilitar la sincronizacin de pequeas redes de comunicacin.

4.2.5.1.1 Modo de Trasmisin. El modo de transmisin de esta tecnologa se puede realizar de 2 formas datos asncronos y vos sncrona.

Sncrono: este es orientado a conexiones de voz que es conocido como SC

Asncrono: es utilizada para trasmisin de datos y es conocida con ACL. Es un estndar de red ad hoc de corto alcance que utiliza la misma banda de 2.4 GHz que el estndar 802.11b. Diseado para ir a una velocidad de 1 Mbps o con un rendimiento en red de alrededor de 700kbps, este omite toda carga de Ethernet para permitir conexiones muy veloces en los dispositivos con transiciones de un solo elemento.

27

Este dispositivo usa saltos de frecuencias en lugar de secuencias directas, estos cambian de frecuencia 1600 veces por segundo. Esto lo hace ms fcil a interferencias y obstrucciones. Y por ende su corto alcance7. La ventaja es que es una tecnologa poco costosa, pero el alcance es demasiado corto y se necesitaran muchos dispositivos para cubrir una planta. El error cometido puede estar en torno a 1.50 metros, lo cual no est mal para interior. Pero el mayor inconveniente que tiene el bluetooth es que el indicador de RSSI no es preciso, por lo que no se puede usar y por ello se encuentra un dispositivo cercano hay que asumir que est en su entorno pero no se puede valorar el grado de cercana o lejana. 4.2.6 Wi-Max. Esta tecnologa es bastante conocida y sigue el estndar 802.16. Est pensada para la intercomunicacin de reas muy extensas, funciona no solo para zonas de poblacin si no tambin en zonas aisladas como se observa en la figura 5, hasta 48 kilmetros de radio, y puede llegar a transmitir hasta 70Mbps. Debido al alcance tan grande no se puede pensar en establece un sistema de localizacin usando esta tecnologa 8. Figura 5 Como trabaja Wi-Max

Fuente: http://www.ingeniatic.net/index.php/multimedia/imagenes/viewphoto/33/fecyt/esquemas/como-trabaja-wimax

7 Telecomunicaciones Mviles. 2 Ed. Barcelona. Marcombo Boixareu editores.1998.

8 Etemad, Kamran. Lai Yee, ming. WiMAX Technology and new Word evolution 2010

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4.2.6.1 Caractersticas

Capa MAC con soporte mltiples especificaciones fsicas (PHY).

Distancias hasta 48 Kilmetros (terica).

Velocidad de hasta 70 Mbps.

Facilidades para aadir ms canales.

Soporte nativo para calidad de servicio (QoS). 4.2.7 UWB (Ultra Wideband).Estos dispositivos como su nombre lo indica ultra Wideband que traduce ultra banda ancha. Es unas de las tecnologas que brindan una mayor conectividad y una amplia velocidad como para navegacin en web. Es usada ms para contenidos de video y audio. Ella fue aprobada por la comisin federal de comunicaciones en marzo de 2002 y se conoce como cualquier tecnologa de radio que contenga un espectro de ancho de banda mayor al 27% de la frecuencia establecida o central; o un ancho de banda mayor que 1.5 GHz9. En la figura 6 se observa que los dispositivos UWB funcionan como router Wi-fi pero con un ancho de banda mucho mayor al Wi-Fi. Figura 6 Red UWB

Fuente: http://www.vivasemfio.com/blog/tag/uwb/ Esta tecnologa es atractiva ya que maneja velocidades altas y ms intensas con distancias cortas. Lo cual lo hace ms usable en hogares o en lugares pequeos y especficos de empresas y negocios.

9 Haykin, Simn. Sistemas de comunicacin.1 Ed. Mxico. Limusa noriega editores.2002

29

4.2.7.1 Caractersticas de UWB Las principales caractersticas de UWB son:

Puede operar legalmente en frecuencias de 3.1 GHz a 10.8Ghz con una limitacin con la transmisin que es su potencia (-41Dbm/MHz) por esta razn es ms corto su alcance, pero asegura libre interferencias y una ptima comunicacin10

Su ancho de banda depende mucho de su central.

Esta es ms usada en WPAN (Wireless Personal rea Network), puesto que esta permite un menor consumo de potencia y con manejado por corto alcance.

Ofrece una alta velocidad de transmisin con la condicin de que el transmisor y el receptor estn en un rea de 10 metros o menos.

4.2.7.1 Aplicaciones. Las aplicaciones de este dispositivo son los de remplazar los cables, por comunicacin inalmbrica para la transferencia de dispositivos porttiles. Habilitacin de alta velocidad por medio del WUSB, un dispositivo USB inalmbrico para conectar computadores y perifricos como los son impresoras, y dispositivos de almacenamiento (Discos duros). Dentro del sector militar y del Gobierno, UWB tambin ha tenido muchas soluciones muy llamativas y muy usadas. Por ejemplo el gobierno de USA us esta tecnologa despus del suceso del 11 de Septiembre en un radar conocido como GPR (Radar de penetracin terrestre) para encontrar vctimas entre los escombros del atentado. 4.2.8 ZIGBEE. En este dispositivo se observa que es diseado y jerarquizado por Zigbee Alliance. Puesto que no es una tecnologa, sino un conjunto estandarizado de soluciones que pueden ser implementadas por cualquier distribuidor o empresa. Zigbee se encuentra establecido en el estndar IEEE 802.15.4 que es una norma regida para algunas redes inalmbricas de rea personal, es promovida por muchas empresas de comunicacin con objetivo de crear y habilitar redes inalmbricas capaces de ser tanto controladas como monitorizadas pero que sean confiables para la sociedad tanto en los entornos industriales, como su bajo consumo energtico y de costos, este funciona va radio frecuencia y de modo bidireccional; todos con una norma nica que permita a usuarios y desarrolladores fabricar productos que sean compatibles entre ellos11.

10

Ibid 11 Product Manual v1.xAx - 802.15.4 Protocol www.maxstream.net

30

4.2.9.1 Caractersticas Las caractersticas ms comunes de Zigbee son:

Su banda de operacin libres ISM (industrial, Scientfic & medical) de 2.4 GHz, 868MHz (EUROPA) y 915 MHz (USA).

Su velocidad de transmisin redondea entre 250 Kbps a 270 Kbps y rangos de 10 a 75 metros puede ser ms dependiendo de la antena.

Debido al estndar de IEEE 802.15.4. su desempeo no se afecta con la frecuencia de otros como Bluetooth y Wi-Fi.

En configuracin de red Zigbee posee un identificador de red nico, lo que permite una comunicacin sin problema puesto que tendra un mayor acceso a enviar la informacin

4.2.9.2 Tipos de dispositivos Descripcin de 3 tipos de dispositivos Zigbee segn su distribucin en la red:

Coordinador Zigbee. Se puede decir que es unos de los ms completos. Puesto que puede actuar como director de una red as como servir de enlace a otras redes. Es el nodo que comienza en principio.

Router Zigbee. Este puede actuar como router interconectando dispositivos separados en la topologa de la red.

Dispositivo final. Este puede comunicarse con el nodo padre pero no puede transmitir datos o informacin a otros dispositivos. Por esto es ms econmico puesto que la mayor parte del tiempo va a estar dormido (apagado), aumentando la vida til de las bateras.

4.2.10 Arquitectura. Zigbee posee una pila de protocolos, que es casi igual al modelo OSI est constituido por diferentes capas.

31

Tabla 2. Arquitectura Zigbee

Fuente: http://www.casadomo.com/noticiasDetalle.aspx?id=7123&c=6

para ampliar la informacin de la arquitectura Zigbee ver la tabla 2 se describe cada una de sus capas.

La ltima capa de nivel bajo es la capa fsica (PHY), en combinacin con la capa de acceso al medio (MAC), estos dan los servicios de transmisin de datos por aire punto a punto. Estas dos capas estn reguladas por el estndar IEEE802.15.4 del 2003. estas trabajan en bandas de no uso regulado como la ISM, que definen hasta 16 canales en el rango de 2.4GHz, divididas en un ancho de banda de 5MHz.y su velocidad rodea desde 250 Kbps en rangos de 10 y 75 metros y estos dependen del entorno a aplicar estos.

La siguiente capa que es la tercera es la de red (NWK) su objetivo principal es brindar el correcto uso del subnivel MAC y ofrecer una comunicacin adecuada para su uso por parte de la capa de aplicacin. En esta etapa se brindan mtodos necesarios para la unin de redes y enrutamiento de paquetes que se desean enviar a u nodo y dar la garanta de entrega del dato. Puesto que Zigbee soporta las topologas (rbol, estrella y mesh network).

En la siguiente capa que es de soporte a la aplicacin donde es responsable de sostener papel del nodo en la red, filtrar paquetes a nivel de aplicacin, simplificando los envos de datos entre varios nodos en la red. Estas son definidas por la Zigbee Alliance12 13.

12 Making Wireless M2M Easy http://www.digi.com/ 13 Product Manual v1.xAx - 802.15.4 Protocol www.maxstream.net

32

4.2.10.1 rea de aplicacin. El mercado para las redes Zigbee comprende una amplia variedad de aplicaciones. En la actualidad un gran nmero de las compaas que forman parte de la Zigbee Alliance se encuentran desarrollando productos que van desde electrodomsticos hasta telfonos celulares, impulsando el rea que ms les interesa. En la figura 7 se presentan los grupos ms dominantes de aplicaciones que estn en la mira de Zigbee. Hay que tener en cuenta que Zigbee est diseado para aplicaciones que transmiten unos cuantos bytes espordicamente, que es el caso de una aplicacin para automatizar el hogar (domtica). Al usar esta tecnologa no habra la necesidad de cablear los interruptores, los cuales podran ser cambiados de un lugar a otro con plena libertad, pudiendo por ejemplo, prender o apagar las luces de tu casa a travs de Internet o utilizando tu telfono celular en cualquier momento. Una de las rea de aplicacin que ha tomado fuerza, es la de los sistemas de medicin avanzada, medidores de agua, luz y gas que forman parte de una red con otros dispositivos como displays ubicados dentro de las casas, que pueden monitorear el consumo de energa y no slo eso, sino que tambin pueden interactuar con electrodomsticos o cualquier otro sistema elctrico como bombas de agua o calefaccin, con la finalidad de aprovechar mejor la energa. Zigbee goza de un importante respaldo para la gestin energtica y para las soluciones de consumo eficiente por parte de la industria de los servicios pblicos; y por parte de los patrocinadores de las redes energticas inteligentes en varios pases. Otra rea de aplicacin prometedora es el rastreo de bienes, tambin est en la lista la identificacin vehicular, nodos ubicados en vehculos que permiten identificar al vehculo a distancia y descargar informacin que ha recopilado por un periodo de tiempo determinado, monitorizacin mdica de pacientes y cuidado personal, control de mquinas y herramientas y redes de sensores para el control industrial de plantas de proceso. Este tipo de escenarios se encuentran al alcance de la tecnologa actual. Las anteriores son slo algunas de las mltiples aplicaciones que se le pueden dar a las redes en cuestin. 4.3 COMPARACIN ENTRE TECNOLOGAS ESTUDIADAS Despus de analizar diversas tecnologas inalmbricas mencionadas anteriormente, en la figura 7 se muestra un grfico de la comparacin de acuerdo a transferencia de datos y rango de transmisin. Al analizar la informacin contenida en la tabla 3. Se observa que todas las tecnologas, excepto GPRS, cumplen con una tasa de transmisin suficiente para aplicaciones de audio, video y dato, necesarias para servicios para comunicacin. Wi-Max, GPR son bandas que trabajan en una banda licenciada, Wi-Fi es una

33

tecnologa que provee una gran tasa de transmisin; sin embargo, no apta para reas extensa14. Figura 7. Comparacin de las tecnologas

UW

B

ZigBee

blueto

oth

Red cel

ular

WiFi

Mas cerca rango de cobertura muy lejos

Mas lento

s tr

ansfe

rencia

de d

ato

s m

as r

pid

o

Aplicaciones inalmbricas de

datos y vos

WiFi y ZigBee redes

inalambricas de sensores y

control Transmisin de datos

Aplicaciones inalmbricas de

video

Fuente: Martin, James. Telecommunications and the computer. 2 Ed. New Jersey. Prentice-hall. 1976.

Tabla 3. Cuadro de comparaciones 1

Tecnologa

Capacidad de red

Costos

Estndares Radio de

transmisin Tasa de

transmisin Vida de la

batera

Aplica para esta

propuesta

GPS costosa

GPRS 30 Km 114Kbps Muchos

aos No

Bluetooth 7 nodos Costosa

802.15.1 0,1-10m 72 kbps Varias horas

No

Wi-Max 60 nodos Costosa

802.16 1-15Km 100 Mbps Varias horas

Si

Wi-Fi 32 nodos econmica

802.11 0,01-100m 54Mbps Varias horas

SI

UWB 20 nodos costosa

IEEE

34

UWB, Zigbee, Wi-Fi debido al alcance y al acceso en interiores. De estas tecnologas las ms econmicas de acuerdo a los dispositivos comerciales son Zigbee y Wi-Fi por eso se descartan las otras dos y se hace un anlisis ms detallado en el captulo 3. 4.4 PUERTOS DE COMUNICACIN Los puertos de comunicacin son instrumentos que permiten intercambiar informacin de forma digital entre un computador y su variedad de perifricos, tambin15 permiten la modalidad de intercomunicar entre computadores permitiendo crear redes cableadas entre los diferentes modos de comunicacin distinguimos los siguientes: 4.4.1 Puerto serial (COM). Este puerto aun es visto en computadores por computadores de mesa, por lo que son adaptadores que envan y reciben informacin de bit a bit por fuera del computador a travs de un nico cable lo cual permite transferencias sencillas de comunicacin. 4.4.2 Caractersticas. La comunicacin serial se identifica en funcionamiento como puerto COM (comunicaciones). Los voltajes enviados por los pines son en 2 estados, encendido o apagados cuando esta encendido dir que est transmitiendo una seal entre (-3 y -25) voltios y cuando est apagado que transmite una seal (+3 y +25) voltios, DB-25 (que son de 25 pines) y DB-9 (que son de 9 pines) que es ms econmico que el DB-25, ver la figura 8.

Figura 8. Puerto serial

Fuente: http://informatica1av.bligoo.com.mx/banco-de-preguntas-y-problemas-tercera-parte

15 puertos de comunicacin http://raparaciondehardware11i.blogspot.com/2010/05/15-puertos-usb-ethernet-tarjeta-red.html

35

4.4.3 Puertos USB (Universal Serial Bus). Este tipo de comunicacin comenz en el ao 1995 por Intel, COMPAQ, Microsoft, en 1997 se hizo popular por su rapidez y su sencillez hasta la fecha. Es una arquitectura de bus desarrollada por las industrias de computadoras y telecomunicaciones, que permite trasmisiones de datos mucho ms veloz que otros puertos, es decir, que basta con conectar dicho perifrico en la parte posterior del computador como se muestra en la figura 9. Figura 9. Puerto USB

Fuente: http://redesangie.blogspot.com/2010_05_01_archive.html

4.4.3.1 Caractersticas

Una central USB le permite adjuntar dispositivos perifricos rpidamente, sin necesidad de reiniciar la computadora ni de volver a configurar el sistema.

El USB trabaja como interfaz para la transmisin de datos y distribucin de energa que ha sido introducido en el mercado de PC y perifricos para mejorar las lentas interfaces serie y paralelo16.

Los perifricos para puertos USB son reconocidos automticamente por el computador y se configuran casi automticamente lo cual evita inconvenientes al instalar un nuevo dispositivo en el PC.

Los puertos USB son capaces de transmitir datos a 12 Mbps. 4.4.4 Microcontroladores. Un microcontrolador es un circuito integrado que posee muchas habilidades importantes, este se deriva de un microprocesador y al tener ms funciones se usa frecuentemente para las tareas ms robustas. Estos dispositivos se encuentran hoy en da en mltiple acciones haciendo ms cmodo y fcil el da a da de las personas, se encuentran como elemento de

16

Configuraciones de quipos http://www.configurarequipos.com/doc435.html

36

control dentro del funcionamiento de la gran mayora de dispositivos como televisores, radios, cmara, computadores, etc. El nombre de microcontrolador lo reciben porque es un dispositivo donde su uso es gobernar procesos de carcter industrial hasta procesos pequeos como los de una casa etc. Su implementacin fsica es como se muestra en la figura 10. Hace mucho tiempo los controladores electrnicos se construan exclusivamente con componentes de lgica discreta, hoy en da todos los elementos de un controlador se han podido integrar en un solo circuito, el cual es llamado microcontrolador. El microcontrolador posee los siguientes componentes:

Procesador o CPU.

Memoria RAM.

Memoria ROM/EPROM/FLASH.

Lneas de E/S.

Temporizadores.

Puertos serie paralelo.

CAD (convertidor anlogo digital).

CDA (convertidor digital anlogo).

Generador de impulsos de reloj.

37

Figura 10. Microcontrolador

Fuente: Microprocesador http://www.mitecnologico.com/Main/ProcesadorCpu

4.4.5 Procesador o CPU. Es el corazn de todo ordenador, y es un microchip con una alta escala de integracin, es decir, que aloja millones de transistores en su interior. Todos estos transistores forman una serie de circuitos lgicos que permite ejecutar una determinada variedad de instrucciones bsicas17. El microprocesador secciona en varias fases de ejecucin la realizacin de cada instruccin:

Fetch, lectura de la instruccin desde la memoria principal.

Decodificacin de la instruccin, es decir, determinar qu instruccin es y por tanto qu se debe hacer.

Fetch de los datos necesarios para la realizacin de la operacin.

Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.

17

Microprocesador http://www.mitecnologico.com/Main/ProcesadorCpu

38

5. SELECCIN DE DISPOSITIVOS Y TECNOLOGAS En la figura 11 se puede observar el diagrama general de tecnologas de la propuesta a implementar, inicialmente el sistema debe contar con un tipo de identificador que debe estar ubicado en la mesa seleccionada por el cliente, este debe ser ledo por un mdulo mvil que detecte toda la informacin de la ubicacin de la mesa. El mdulo mvil cuenta con un microcontrolador que permite hacer el reconocimiento de la informacin y adems la transmisin de esta, dicha transmisin se hace de manera inalmbrica usando un protocolo que se define mas adelante, existen dos opciones las cuales son (WI-FI o Zigbee). En el modulo central o fijo existe el receptor inalmbrico que permite tomar la informacin de la mesa y comunicarla al computador a travs de un puerto. Como se puede ver en la figura 11 es necesario elegir entre diferentes posibles tecnologas para cumplir con el objetivo en cada fase del sistema general; en este captulo se seleccionaran entonces dichos dispositivos y tecnologas. Figura 11. Descripcin de los dispositivos

Fuente: Autor - HENRY LEMOS BONILLA

5.1 COMUNICACIN RF Para el desarrollo de este mdulo de comunicacin se analizaron varias opciones disponibles en el mercado, entre los ms conocidos est el tranceiver TRF2.4g y los mdulos XBee, investigando las caractersticas principales se observ muchas ventajas en los mdulos XBee, donde una de las caractersticas ms importantes

RFID

infrarojo

indentificacion

16f628a

16f84

16f877

microcontrolador TRF 2,4G

XBee

RF

zigbee

Wi-Fi

protocolo TRF 2,4G

XBee

RF

39

y favorable para este proyecto es que se puede crear redes con ms de 65000 nodos y permite la recepcin y transmisin a grandes distancias, permitiendo que el modelo diseado en este proyecto sea escalable a las necesidades reales. La frecuencia de operacin de los mdulos XBee es de 2.4GHz y permiten una velocidad de transmisin de 256 Kbps, los TRF2.4GHz funcionan a la misma frecuencia de los XBee y tienen una velocidad de transmisin de 1Mbsp a 50 metros y de 256 kbps a 100 metros, el modulo XBee permite la comunicacin bidireccional en cambio el modulo TRF24GHZ solo permite la comunicacin unidireccional, otra ventaja del modulo XBee es la baja circuitera comparada con el TRF 2.4G, esta caracterstica permite reducir el tamao de los modelos finales en un 70%. Un resumen de lo anterior se expone a continuacin en la tabla 4 Tabla 4. Comparaciones entre XBee Y TRF2.4G XBee (Zigbee) TRF 2.4 GHz (Wi-Fi)

Velocidad de transmisin 250Kbps 250Kbps-1Mbps Configuracin tipo red 65.000 no Implementacin en circuito Sencilla complicada Ahorro energtico 80% 40% Distancia de transmisin 50m-1.6Km 20m-100m


Por estas y otras caractersticas que se explicaran con ms detalle a continuacin, la comunicacin RF se implementar con los mdulos XBee y con el protocolo Zigbee. 5.2 MDULOS XBEE Figura 12. Modul XBee serie 2

Fuente: http://store.nkcelectronics.com/xbee-zb-zigbee-pro-rf-module.html

Los mdulos XBee (ver figura 12), tienen una gran variedad de desarrolladores y distribuidores entre ellos estn Digi International y manejan el protocolo de

40

comunicacin de Sebe. A continuacin se presentan sus principales caractersticas como su modo de configuracin, direccionamiento y distribuciones de pines. Los XBee serie 2 fueron creados para operar dentro del protocolo Zigbee18 puesto que es una de las tecnologa de bajo consumo de energa y de bajo costo. Los mdulos funcionan con un mnimo de energa y proporciona informacin segura de datos en una red. Estos operan en una frecuencia de 2.4GHz.

Figura 13. Modo de operacin

Fuente: Oyarce, Andrs. gua del usuario Xbee editorial mci electronics 2010

5.2.1 Modo Idle. Cuando el mdulo XBee recibe el dato transmitido, el modulo RF esta en modo Idle. Mientras se encuentre en este modo chequea si el dato de RF es vlido. Los modos de operacin se observan en la figura 13; estos son:

Modo transmisin y recepcin.

Modo de bajo consumo (Sleep mode).

Modo de comando.

18 Making Wireless M2M Easy http://www.digi.com/

Idle Mode

Transmit Mode

Receive Mode

Command Mode

Sleep Mode

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Modo transmisin y recepcin. Este modo maneja diversas formas de manejar

el XBee, estos son los ms manejados por las personas por su facilidad y su

confiabilidad (ver figura 15)19.

Modo Transparente. Cuando se trabaja en el modo transparente, el mdulo emula la lnea serie, de modo que toda la informacin recibida por el UART a travs del pin DIN organizando de forma como fila para transmitir por una onda de radio. Todas las informaciones recibidas se envan al microcontrolador por el pin DOUT. De este modo pasa al modo de AT para configurar el modulo enviando restricciones por el pin DIN (ver figura 14).

Figura 14. Trama de envi transparente

Fuente: http://www.rogercom.com/ZigBee/ZigBeePag02.htm

Modo API. Este modo se basa en frames, de modo que la aplicacin interacciona con el modulo utilizando estructuras predefinidas tanto para la entrada como para la salida. Esta estructura en ms compleja que el modo transparente pero es ms segura puesto que permite la monitorizacin de la transmisin sin necesidad de entrar al modo AT, como conocer remitentes de mensajes, estar informado de xito o fallo de envos (ver tabla 5).

Tabla 5. Cuadro de estructura del modo API

19 Fuente: Oyarce, Andrs. gua del usuario Xbee editorial mci electronics 2010

0x7E MSB LSB API-specific structure 1 Byte

Star Delimiter (Byte 1)

Length (Byte 2-3)

Frame Data (Byte 4-n)

Checksum (Byte n+1)

42

Fuente: http://www.rogercom.com/ZigBee/ZigBeePag02.htm

Antes de realizar la transmisin de datos, los mdulos almacenan las direcciones de 16-bits que son las correspondientes a la red y de una ruta ya establecida. Si la ruta no se sabe, el descubrimiento de direcciones se lleva a cabo. Si una ruta no es conocida, el paquete suele desecharse. La informacin transmitida puede ser directa o indirecta. Es una ventaja en los mdulos RF XBee que se puede usar en modo de red o transmite y recibe, permitiendo crear redes de 6500 nodos por medio de configuracin en modo api la cual permite crear direcciones entre ellos. Si un paquete de RF confirma su paquete de recibido y su direccin coincide con el del modulo coordinador con una fuente de 16-bit de la fuente de direccin como parmetro, este procede a recibir y mandar los datos a la memoria interna de l para almacenarse. Figura 15. Modo de transmisin

Fuente: Oyarce, Andrs. gua del usuario Xbee editorial mci electronics 2010 .

Modo de Bajo Consumo (Sleep Mode). En modo de bajo consumo hace posible que el modulo XBee entre en un modo de suspensin cuando no se encuentra en uso permitiendo un ahorro de energa dando un mejor manejo de los mdulos dando una mayor vida til.

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El modo de suspensin funciona de forma compatible entre los mdulos finales, como los Router y Coordinador ya que envan informacin a los dispositivos que se encuentran en el modo de bajo consumo informado que hay un paquete para ser recibido por este, ya que esto depende de la configuracin que se realice a los mdulos.

Modo de Comando.

Este modo permite leer o modificar parmetros del mdulo XBee, mediante el envo de comandos AT (ver figura 16). Estos parmetros pueden ser por ejemplo, la direccin propia o la de destino, as como su modo de operacin entre otras cosas. Hay tres formas de ingresar estos comandos, una es utilizar el programa Hyperterminal de Windows, el minicom en Linux o algn microcontrolador que maneje UART y tenga los comandos guardados en memoria o los adquiera de alguna otra forma. Por defecto el modulo maneja una velocidad de transmisin de 9600 bps, sin paridad, con bit de inicio igual a 1 y tramas de 8 bits de longitud. Figura 16. Ejemplo de modelo AT

Fuente: Product Manual v1.xAx - 802.15.4 Protocol www.maxstream.net.

5.2.2 Herramienta de configuracin X-CTU. Por medio de este software configuramos los mdulos XBee, es una herramienta de libre acceso para los usuarios de Zigbee, donde posee una gran variedad de actividades que nos permite la configuracin de los mdulos XBee, dando una facilidad de conocer un poco ms a fondo al protocolo de comunicacin en los mdulos, como tambin se puede observar su distribucin de pines en la interfaz logrando observar su esqueleto interno y funcionamiento por medio de los pines.

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A continuacin en la figura 17 se muestra algunas de las caractersticas de este software.

Figura 17. X-CTU Configuracin de los XBee


5.2.3 Identificacin. En esta seccin se observaron 2 opciones de tecnologa para la lectura de los datos en campo, entre los ms reconocidos estn los RFID e Infrarrojo. Dadas las caractersticas del sector en que se usar este prototipo no es favorable la identificacin por infrarrojo ya que es un entorno muy cambiante en cuestin de materiales como (lquidos, metales, etc.). Debido a que es una tecnologa que funciona con base de refraccin de luz para adquirir el dato, siempre deben de ser visibles los identificadores en el campo y para esta aplicacin el entorno es muy variante. Analizando la tecnologa RFID es muy favorable a la hora de disear el mdulo mvil, tanto para el problema que se propone solucionar como en el diseo, visto que es una funcin inalmbrica y rpida para adquirir el dato. Una comparacin entre estas opciones de identificacin se puede ver en la tabla 6.

Eleccin de puerto

Configuracin de puerto

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Tabla 6. Comparacin de RFID vs Infrarrojo RFID Infrarrojo

Velocidad de lectura rpida Lenta Adaptacin al entorno Fcil complicada Implementacin en circuito Reducida reducida Tag o cdigo de barra Duradera a la manipulacin Se degrada con la

manipulacin Obtener dato Inalmbrico laser

Fuente: Autor - HENRY LEMOS BONILLA 5.2.3.1 Modulo RFID Reader. El modulo RFID es una opcin de identificacin de bajo costo para localizacin de objetos, este mdulo lector de tarjetas RFID puede ser utilizado para un amplio abanico de aplicaciones como pueden ser control de acceso, identificacin automtica, robtica, navegacin, control de inventario, sistemas de pago o inmovilizacin de vehculos su representacin fsica se observa en la figura 18 20. Figura 18. Lector RFID

Fuente: Parallax.inc

Las caractersticas fundamentales del mdulo son las siguientes:

Proporciona un mtodo completamente integrado y de bajo coste para la lectura de tarjetas con transponder RFID pasivo.

Interfaz serie a PC, conexionado con otros Microcontroladores con niveles TTL y una velocidad de transmisin de 2400 baudios.

Requiere tensin de alimentacin de +5 Vdc.

Incluye un LED bi-color que indica actividad.

20

Parallax. Inc http://www.parallax.com/StoreSearchResults/tabid/768/txtSearch/RFID/List/0/SortField/4/ProductID/441/Default.aspx

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El conector est formado por 4 pines macho separados por 2,54 mm para facilitar su integracin en prototipos.

Las conexiones elctricas. Los mdulos de lectura RFID pueden ser integrados en aplicaciones desde 4 pines de conexiones como se muestra en la tabla 7. Tabla 7. Conexionado del RFID

Pin Nombre Tipo Funcin

1 Vcc Alimentacin Alimentacin del sistema, entrada +5v 2 /Enable Entrada Pin de habilitacin del modulo 3 Sout Salida Salida serie interface con niveles TTL 4 Gnd Tierra Tierra del sistema


5.2.4 Protocolo de comunicaciones. El modulo RFID Reader incorpora un pin de transmisin de datos SOUT (UART_TX) para fines de comunicacin serial. Este modulo se puede conectar a productos comerciales disponibles en el mercado. Este lector est configurado a una tasa de transmisin de 2400 bits/segundo, en aplicaciones con interfaces RD232/UART. Los parmetros de la comunicacin son los siguientes:

8 bits de datos

1 bit de Fin

Transmisin no invertida. (El bit menos significativo primero)

2400 baudios. Estos parmetros estn soportados en la gran mayora de los microcontroladores de tal forma que el mdulo lector de RFID pueda ser conectado directamente a cualquier UART compatible con niveles TTL o a una interfaz RS232 a travs de un adaptador externo de niveles como puede ser los microprocesadores con comunicacin UART o max23221. 5.2.4.1 Rangos mximos de actuacin y caractersticas elctricas. Al manipular los lectores se deben tener en cuenta los rangos de alimentacin de ellos puesto que un mal manejo en ello puede daar los lectores y el alimentarlos por un nivel menor al indicado puede incidir en una mala lectura del identificativo dando una lectura insegura (ver tabla 8 y 9).

21


47

Tabla 8. Rango de operacin

Condicin Valor

Temperatura operativa De -40 C a 85 C

Temperatura de almacenamiento De -55 C a 125 C

Vcc De 4.5V a 5.5V

Vss 0V

Voltaje en cualquier pin con respecto a Vss De -0.3V a +7.0V


Tabla 9. Caractersticas elctricas

Smbolo Condicin de test min. Tipo Max. unidad

Vcc -- 4.5 5 5.5 V

Idle -- -- 10 -- mA

Icc -- 90 mA

ViL 4.55.5 -- -- 0.8 V

VIH 4.55.5 2.0 -- -- V

Vol. Vcc= 4.5 -- -- 0.6

vOH Vcc= 4.5 Vcc 0.7 -- -- V


RFID Tags Existen mltiples tags en el mundo de RFID con muchas denominaciones y funciones como fuentes de alimentacin interna y externa, entre ellas encontramos tags pasivos y activos que funcionan en muchas frecuencias de operacin, la antena de la etiqueta capta seales de un lector RFID, y luego regresa la seal, algunas veces con algunos datos como (un cdigo de serie nico) (ver tabla 10) El dato identificativo nico almacenado en cada tag ser trasmitido como una cadena de 12 caracteres ASCII a travs de la lnea de salida, con nivel TTL, por el SOUT siguiendo este formato.

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Tabla 10. Formato identificacin del tag MSB LSB Byte de comienzo (0X0A)

Digito 1 del ID

Digito 2 del ID

Digito 3 del ID

Digito 4 del ID

Digito 5 del ID

Digito 6 del ID

Digito 7 del ID

Digito 8 del ID

Digito 9 del ID

Digito 10 del ID

Byte de Fin (0X0D)


El byte de comienzo y de fin son utilizados para garantizar la recepcin correcta de un cdigo valido (que corresponden a los saltos de inicio y retorno conocidos como 0x0A y 0x0D) los diez bytes del centro conforman la identificacin de la tarjeta. Son 2 tipos de tarjetas las que se escogieron por su facilidad de uso y dimensiones, funcionan en una frecuencia de 125KHz las cuales traen un cdigo identificador nico de 32bits y no son reprogramables, estn basados en la norma EM4001 y su codificacin es en Manchester. En la tabla 11. Se observa sus descripciones22.

Caractersticas de las tarjetas. Tabla 11. Especificaciones de los Tags Imagen Descripcin

Familia: Tag.

Modo: pasivo.

Frecuencia: 125KHz

Material: policarbonato.

Tamao: 54 mm x 85 mm

Familia: Unique 30 tag.

Modo: pasivo.

Frecuencia: 125KHz

Material: policarbonato.

Tamao: 20mm x 2.15mm


Microcontroladores

22


49

Para el almacenamiento de la informacin y el control del modulo se analizo varias opciones de microcontroladores en el mercado, ya que estos poseen una limitada configuracin pero es muy til y verstil a la hora de utilizar en este tipo de procesos, entre ellos estn los PIC 16f84, 16f628a, 18f877. Se eligi el PIC 16f628a (ver figura 19) por su arquitectura y su distribucin de puerto, ya que por ser un microcontrolador de 18 pines (ver figura 20) reduce su diseo en el prototipo ahorrando espacios y costos, tambin posee la capacidad de comunicacin serial a continuacin en la tabla 12 se nombran sus pines. Existen otros microcontroladores ms avanzados como el PIC 18F877, este fue diseado para desarrollos ms robustos. El PIC 16F84 es de gama baja y su uso es ms limitado por su configuracin. Figura 19. PIC 16f628a

Fuente: http://compuinteg.blogspot.com/2012/03/pic-16f628a.html

PIC16f628a El microcontrolador PIC16f628a fue escogido por manejar puerto UART23 de comunicacin serial y su fcil manejo e implementacin para el diseo. Estas son sus principales caractersticas:

Memoria de programa de 1 Kbyte.

Memoria SRAM de 224 Bytes.

Memoria EEPROM de 128 bytes.

16 lneas de entrada y salida analgicas (ADC).

2 temporizadores de 8 Bits.

1 temporizador de 16 Bits.

2 comparadores Canal de comunicacin serie: USART.

23 Microchip.inc http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2884

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Oscilador frecuencia mxima 20 MHz.

Oscilador interno de 4 MHz.

18 pines de conexin.

35 instrucciones de palabra.

Figura 20. Distribucin de pines


Tabla 12. Pines del PIC 16f628a


Gracias a su arquitectura el microcontrolador PIC 16f628a dispone de diferentes buses para el acceso a memoria de programa y memoria de datos24:

24

Taub, Herbert. Circuitos Digitales y Microprocesadores. McGraw-Hill.1983

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Tipos de memoria:

Memoria FLASH: este es de tipo voltil.

Memoria RAM: en esta se puede guardar datos y variables, tambin es de tipo voltil, cuando no es alimentado a Vcc la informacin desaparece.

Memoria EEPROM: es de tipo no voltil y de poca capacidad de almacenaje esto sirve para archivar datos, ya que cuando no sea alimentado a Vcc no desaparecer nuestra informacin. (ver tabla 13)

Tabla 13. Memoria de los PIC

Device Memoria

de programa

Memoria de dato

I/O CPP (PWM)

USART Comparadores Timers

Flash SRAM PIC 16f627a 1024 224 128 16 1 Y 2 2/1 PIC 16f664a 2048 224 128 16 1 Y 2 2/1 PIC 16f628a 4000 256 256 16 1 Y 2 2/1


Mapa de memoria del pic16f628a Como se ve en la figura la memoria est dividida en 4 bancos la cual son los que permiten el control del microprocesador (ver tabla 14).

52

Tabla 14. Mapa de memoria


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Diagrama de bloques Como se observa en la figura del diagrama de bloque que los puertos A y B son direccionales los cuales se pueden configurar como entrada o salida (ver figura 21)

Figura 21. Diagrama de bloques


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Compilador CCS para PICS. Este software ofrece una suite completa para programar microcontroladores de la marca microchip, abarcando las familias 16, 18, 24 y dsPICs, posee una interfaz muy intuitiva y ofrece una serie de utilidades adicionales, como el PIC Wizard que permiten crear aplicacin sin ser un experto en la materia, que lo convierte una excelente opcin para estudiantes y aficionados. En la figura 22. Se muestra su interfaz de programacin. Figura 22. Interfaz de PCW


5.3 INTERFAZ DE VISUALIZACIN Para la visualizacin se observaron varios software de programacin que permiten crear interfaces virtuales para estos entornos entre los cuales estn: LABVIEW, MATLAB, Visual Basic.net (ver figura 23) entre otros, estos son los ms concurridos por los programadores para los sistemas de cmputo por su facilidad de uso y diversidad de usos y aplicaciones que estos brindan. Visual Basic es un programa escrito en un lenguaje orientado a objetos de alto nivel que cumple muchas funciones que no se puede realizar desde otro software donde permite la interaccin en tiempo real con el entorno y por su orientacin a

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objetos la hace muy atractiva para el prototipo, donde su ejecutable funciona en la mayora de sistemas operativos conocidos brindado una mayor objetividad para ser realizada en este trabajo fin de carrera. Figura 23. Software Visual Basic


La plataforma de visual Basic.net es un entorno de programacin utilizado por millones de ingenieros y desarrolladores para Microsoft y donde hay una variedad de programacin como (c++, c#, studio team system, VB.) otro que provee cientos de bibliotecas integradas para adquisicin, anlisis y visualizacin de datos, la plataforma VB es escalable a travs de mltiples objetos optimizando la visin de el prototipo como se provee una interfaz grafica este programa es una opcin muy acertada para realizar esta integracin de software y hardware.

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6. DISEO O PROPUESTA DEL SISTEMA En la implementacin del sistema de localizacin se realiz un mdulo coordinador y un mdulo mvil. El esquema de funcionamiento y su respectiva explicacin se exponen a continuacin. Figura 24. Diseo del prototipo


Teniendo en cuenta de la investigacin realizada sobre los dispositivos y su funcionalidad, disponibilidad en el mercado con presupuestos permiti dar un bosquejo amplio de componentes que son muy concurridos para una diversidad de soluciones y aplicaciones destinados a un entorno muy cambiante, como sus caractersticas que se describen en el capitulo anterior permitiendo plantear una solucin, como se observa en la figura 24. Estn las sub divisiones de cada mdulo con su funcionalidad y su respectiva descripcin. 6.1 ESPECIFICACIONES Y COMPONENTES DEL MDULO COORDINADOR El mdulo coordinador se describe por un transceiver XBee, este se encuentra conectado por medio de una interfaz USB-serial, con un regulador de tensin de 5v a 3.3v permitiendo la conexin de (PC- XBee, XBee-PC). Para la interfaz USB- Serial se adquiri un dispositivo previamente diseado para este fin de la marca

Modul coordinador

Tags identificadores

Modul mvil

Zigbee

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XBee Explorer USB que cumple con las especificaciones requeridas. La figura 25 describe el mdulo mvil Figura 25. Descripcin del mdulo Coordinador


El mdulo XBee posee la responsabilidad de recibir las tramas de los mdulos terminales, esto se hace mediante el protocolo Zigbee. Una vez encendido procede a recibir los datos y transfiriendo estos al equipo de computo conectado (porttil, PC, etc.), quien se encarga de analizar los datos recibidos de los mdulos finales. Es importante destacar el ambiente grfico programado en Visual Basic, esto permite monitorear los mdulos mviles disponibles. 6.1.1 Interfaz USB a puerto serial. Debido a la evolucin en las computadoras para comodidad de estos sistemas como porttiles, etc. Son equipos que no poseen fsicamente los puertos de comunicacin COM. Para este se realizara una emulacin del prototipo de puerto serial a USB dado que la comunicacin por DB9 Y DB25 se observan en Computadores de mesa. Con este proyecto se plantea que sea manejado por equipos portables. Debido a esto se utiliza un conversor de serial a USB como el FT232RL el cual facilita la conversin de datos para el entorno. El esquemtico del conversor serial-USB que se adquiri se observa en la figura 26.

Regulador Dc de 5v a

3.3v

Interfaz USB- serial

Mdulo XBee

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Figura 26. Esquema de conversor Serial-USB

Fuente: XBee Explorer http://www.sparkfun.com/datasheets/Wireless/Zigbee/XBee-Explorer.pdf

6.1.2 Especificaciones y componentes del mvil. Los dispositivos mviles deben de realizar un sondeo y adquirir el dato asignado a cada una de las mesas una vez se ubique este, el dato que se ha destinado a las mesas se encuentran almacenada por medio de tarjetas, una vez adquirida la informacin este enva una trama de identificaciones que son los ID de la mesa y el ID del mdulo mvil, XBee se encarga de enva los datos almacenados al mdulo central por medio del protocolo Zigbee. Ya que el transceiver XBee comienza a transmitir con una tensin de 3.3v y el microcontrolador da comienzo a sus tareas con niveles lgicos de 5v, fue necesario implementar un divisor de tensin entre las resistencias R3 y R5 a la salida del RB2 microcontrolador para garantizar los 3.3v a la entrada del XBee como se observa en la figura 28. En la figura 27 se puede ver los bloques constitutivos del mdulo mvil.

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Figura 27. Modulo mvil

Fuente: Autor - HENRY LEMOS BONILLA El lector RFID es el encargado de preguntar qu identificador se encuentra en la mesa para ser transmitida va UART al microcontrolador para ser administrada la trama y habilitar el XBee para enviar los datos de bandera y de localizacin de ella, la comunicacin de todo el sistema es va serial la comunicacin entre mdulo coordinador y mdulo mvil es por protocolo Zigbee que est establecida en por los creadores de XBee, todo el diseo del mdulo est alimentado por 9v que se acondicionan a los respectivos voltajes necesitados. Este voltaje es provisto por una batera de 9v alcalina comercial. En la siguiente figura 28 se muestra el esquemtico del diseo mvil, en esta se pueden observar el microcontrolador y el mdulo XBee.

Bateria Dc de 9v

regulador de voltaje a 5v

RFID Reader microcontrolador

regulador de voltaje a 3.3v

XBee

60

Figura 28. Esquemtico del mdulo mvil


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6.2 SOFTWARE DEL SISTEMA MVIL El diagrama general del software implementado se observa en la figura 29, en inicializaciones llo primero que se hace es configurar el perifrico USART, se define una tasa de transmisin de 2400 b/s, bit de parada igual a uno, tamao de trama igual 8 bits y control de paridad desactivado. Luego se comprueba si se recibe un dato, el RFID enva una trama que tiene una longitud de 12 bytes, una vez recibida se verifica si efectivamente es la informacin, desactivando el lector, cabe aclarar que esa informacin es cargada previamente en la memoria del microcontrolador. Si la verificacin da un resultado negativo la trama es ignorada con esto Vuelve a habilitar el RFID. Despus de enviar la trama por el XBee, se limpian todos los registros y se vuelve a esperar una nueva trama. En la figura 30 se muestra el diagrama de flujo de la subrutina obtener RFID, se encarga de leer de las tramas encontradas, el identificador de las tarjetas que estn asignadas en las mesas. Una vez se tiene el identificador es comparado y almacenado en la memoria del microcontrolador para ser enviado por la subrutina Enviar XBee tag, ver figura 31. Una vez habilitado el XBee este se encarga de enviar la trama con los identificativos de la mesa y bandera al modulo central por el protocolo Zigbee. Figura 29. Diagrama general


Inicio

Inicializaciones

Obtener RFID

Deshabilita RFID

Enviar XBee Tag

Habilito RFID

62

Figura 30. Diagrama de RFID Fuente: Autor - HENRY LEMOS BONILLA

Si

No

No

Si

Obtener RFID

Dato RFID

recibido?

Dato==0x0A

Dato=getc()

Dato_leidos=0

Dato=getc()

++Dato_leidos

TAG[Dato_leidos]=DATO

Dato_leido

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Figura 31. Diagrama de flujo de XBee Fuente: Autor - HENRY LEMOS BONILLA 6.3 MONITOREO MEDIANTE VISUAL BASIC Se opt por disear una interfaz grfica en Visual Basic 2008 express ya que sta plataforma de programacin permite desarrollar interfaces grficas de usuario (GUI) que permitan interactuar con la informacin del sistema, para este proyecto se diseo una GUI que se asemeja a un centro comercial.

Enviar XBee Tag

i=0

PUTC=DirBanderaa

i++

PUTC=TAG[i]

i

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La figura 32 muestra el mapa ejemplo de la localizacin elegida. Figura 32. Interfaz de localizacin

Fuente: Autor - HENRY LEMOS BONILLA El software realizado en VB permite la relacin entre el modulo mvil y el modulo central permitiendo a la interfaz la lectura de los datos cumpliendo una accin de acuerdo a lo recibido. La figura 33 permite ver un ejemplo de mapa dejando apreciar cmo funciona el sistema. Cuando obtenemos un cdigo valido para la monitorizacin una de las mesas cambiara de color y desplegando un mensaje que avisa que identificacin es y que modulo mvil se encuentra ubicado en esa posicin ya que si llega un dato errneo no realiza ninguna funcin. A continuacin se presenta el diagrama de flujo para la interfaz grfica que se implement.

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Figura 33. Flujo de interfaz


6.4 REQUISITOS FUNCIONALES 6.4.1 Planos de identificacin y localizacin. Se necesitaran planos del sitio donde se describen las mesas identificadas para poder mostrar la localizacin en forma grfica del establecimiento que desea localizar sus clientes.

Si

No

Si

No

Si

No

Inicio

Puerto

COM 25

Dato=getc()

Inicializaciones

Configuraciones del puerto

to

No

Verificacin

de id

Cambio visual ()

Reset =1

END

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6.4.2 Infraestructura adecuada. Se necesitan espacios de una amplia estructura fsica, donde se puedan ubicar una serie de mesas de distintos materiales, El sistema est diseado para todo tipo de mesas. 6.4.3 Equipos necesarios.

UNA CPU

UN MON

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Sistema_Centros_Comerciales_Lemos_2012.pdf