Comunicaciones Industriales

5/19/2018 Comunicaciones Industriales

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INTRODUCCIN

Este trabajo est encaminado hacia la comprensin de los temas tratados en la

unidad 3 de comunicaciones industriales, el cual se trata del estudio de las redes

domticas y otro tipo de protocolo de comunicacin.

Este trabajo busca el desarrollo a fondo de los protocolos ms importantes que se

estudian en el modulo y hacer una consulta a fondo de cada uno de estos.


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PROTOCOLO RS232

Car ac terst ic as tcn ic as ms im port an tes

Mxima longitud de cable: 15mts aprox.

Mxima velocidad de transmisin: 115.200 baudios.

Nivel de seal de salida: 5V.

Mxima corriente de salida: 3mA.

Impedancia mnima de salida: 3K.

Sensibilidad de entrada: 3V.

Protecciones: Optoaislado, supresor de picos y filtro de altas frecuencias.

Ap licacion es Indus tr iales ms comunes

Puestos de control de incendios

Comunicacin entre ordenador y PLC

Instrumentacin

Niveles de vo ltaje

Valor Lgico Equivalente en TTL Equivalente enProtocolo RS-232

1 Lgico 2.5 a 5V -5 a -20V

0 Lgico 0 a 0.8V 5 a 20V

Tcn icas de mod ulacin.

Modulacin de amplitud

Modulacin de frecuencia


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Integracin con otro s protoco los

Ejemplo de Integracin con RS485

Esqu emtico cir cu ito electrnico p rop io para la implem entacin delprotocolo

En la figura se muestra cmo utilizar el mdulo EUSART del microcontrolador. La

conexin entre el microcontrolador y una PC se establece de acuerdo con el

estndar de comunicacin RS-232. El programa funciona de la siguiente manera.

Cada byte recibido por medio de la comunicacin serial se visualiza al utilizar los

LEDs conectados al puerto PORTB y despus se devuelve automticamente al

transmisor. La manera ms fcil es comprobar el funcionamiento del dispositivo en

la prctica es utilizar el programa de Windows denominado Hyper Terminal.


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t ransmis in de informacin entre los dos c omputadores bajo el usodel protocolo

Comunicacin entre dos ordenadores mediante HyperTerminal

El programa HyperTerminal es un programa gratuito que se distribuye con los

sistemas operativos de Microsoft. Permite la comunicacin va RS232 con otros

dispositivos (ordenador, equipo de medida, etc.). Como indica su nombre permite

convertir al ordenador en un terminal del otro dispositivo con la siguiente

funcionalidad: enviarle las teclas pulsadas, recibir informacin del dispositivo,

enviarle ficheros


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Se utilizan los puertos de cada ordenador. La comunicacin se va a establecer a

travs del COM1 en ambos ordenadores. Para ello se realizan los siguientes

pasos:

1. Conectar el cable RS232 (2-3, 3-2 y 5-5) a los conectores correspondientes

situados en ambos ordenadores (ordenadores A y B). Utilizar slo los dos

conectores que ocupan la misma posicin fsica en ambos ordenadores.

2. Arranque el programa HyperTerminal en cada ordenador para tener un

terminal tipo ANSI que comunique a travs del COM1 a 9600 baudios, 8

bits, sin paridad, 1 bit de parada y sin control de flujo.


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3. Teclear en Puerto1 del ordenador A. Si la conexin es correcta debe

aparecer en Puerto1 del ordenador B lo tecleado. Si es as los dos

conectores fsicos se corresponden con COM1. Si no aparece nada en

Puerto1 de B, teclear en Puerto4 de A. Ahora debe aparecer lo tecleado en

Puerto4 de B. Si es as la conexin se ha establecido a travs de los

puertos COM4. Si no hay comunicacin repite el apartado 3 para detectar

algn posible fallo en el cable o en la configuracin del HyperTerminal.

Una vez conocido quin es COM1 y COM4 fsicamente en cada ordenador, se

establece la conexin necesaria para que al escribir en Puerto4 del ordenador A,

lo tecleado aparezca en

Puerto1 del ordenador B.


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Para enviar un fichero desde el ordenador A hasta el ordenador B se realizan los

siguientes pasos:

1. Establecer la conexin entre dos ordenadores (A y B) mediante el

programa Hyperterminal a travs del COM1.

2. Generar en el ordenador A el fichero tipo pru.txt con el NOTEPAD (BLOC

DE NOTAS) en el directorio c:\temp con cualquier frase.

3. Configurar el ordenador B para recibir un fichero. Seleccionar en el terminal

Puerto1 del ordenador B Transferir->Recibir archivo. En la ventana (Figura

9) que emerge indique que el protocolo a utilizar es Kermit y que el

directorio donde guardar el fichero es c:\temp. A continuacin se indica

Recibir.

4. Configurar el ordenador A para enviar un fichero. Seleccionar en el terminal

Puerto1 del ordenador A Transferir->Enviar archivo. En la ventana que

emerge se indica que el protocolo a utilizar es Kermit y el fichero a

transmitir (c:\temp\pru.txt). A continuacin indicar Enviar.


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5. Finalmente se comprueba que se ha recibido correctamente el fichero en el

ordenador B. Si entre seleccionar el ordenador B en recepcin y seleccionar

el ordenador A en emisin transcurre demasiado tiempo puede saltar el

timeout del ordenador B. Para evitar este problema, haga la configuracin

de los pasos 3 y 4 sin pulsar Recibir ni Enviar.

Una vez configurado A para emitir y B para recibir, pulsar recibir en B y

enviar en A.


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PROTOCOLO SPI

Esta sigla significa SERIAL PERIPHERAL INTERFASE que en espaolcorresponde a bus de interfaz con perifricos serie. Este fue desarrollado porMotorola a finales de la dcada de los 80s para sus microcontroladores de la serie68000

Este protocolo es usado para la transferencia de datos e informacin entrecircuitos integrados en equipos electrnicos. Este protocolo se puede usar paracontrolar todo tipo de equipo electrnico que se pueda controlar por medio de unreloj y que admita un flujo de bits serie para ser controlado por el mismo

Describir las caractersticas tcnicas ms importantes del protocolo decomunicacin

Entre las ventajas mas importantes estn que el tipo de comunicacin que utilizaes el full dplex en el cual se puede enviar y recibir informacin al tiempo, y por lotanto no necesita un transceptor y con un dispositivo que est conectado se puedeenviar, recibir o enviar y recibir informacin al tiempo

Adems cuenta con una velocidad mayor de transmisin que los protocolos I2C ySMBus.

Este se trata de un protocolo flexible en el cual se tiene un control supremo sobrelos bits transmitidos

Otra caracterstica es que la transmisin no est limitada a la transferencia de bitsde 8 bits, adems la eleccin del tamao de la trama de bits su significado y suobjetivo.

Su implementacin en la prctica no tiene muchas dificultades

Su bajo consumo de energa comparado con otros protocolos debido a su menorcantidad de circuitos y su simplicidad

No necesita un mecanismo que emita respuesta ante los fallos que se presentenen su transmisin

Aplicaciones Industriales ms comunes

Este bus tiene mucha utilidad en los microcontroladores y sus dispositivosperifricos, tambin se encuentra en los telfonos mviles, PDAs, y otrosdispositivos mviles que comunican datos entre la CPU, el teclado, la pantalla ylos chips de memoria.


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Otra aplicacin comn son los sistemas embebidos el cual se trata de un sistemade computacin diseado para realizar una o algunas funciones dedicadas, lascuales se encuentran incluidos en la placa base, y se pueden programardirectamente en el lenguaje ensamblador del microprocesador

Se utiliza tambin en sensores de temperatura y presin entre otros as como otro

tipo de perifricosEn sistemas de comunicacin, lentes de cmaras digitales, memorias, audio digitaly otros sistemas electrnicos

Niveles de voltaje y tcnicas de modulacin o codificacin propias delprotocolo de comunicacin

Este trabaja bajo en sistema binario (0 y 1), adems es una interfaz maestro-esclavo en el cual el maestro acciona el reloj en serie

Tiene 4 tipos de seal para la sincronizacin y la transmisin de datos los cualesson:

- SCLK: es el pulso del reloj que marca la sincronizacin, este pulso enva olee un bit

- MOSI: este representa la salida de datos del maestro y la entrada de datosal esclavo, se conoce como SIMO

- MISO: este representa la salida de datos del esclavo y la entrada de datosdel maestro. Se conoce como SOMI

- SS/Select: este sirve para seleccionar un esclavo, o para que el maestro lede orden al esclavo que se active. Se conoce como SSTE

La cadena de los bits se enva a travs de los pulsos de reloj sincrnicamente.Cuando el maestro enva un bit, al bajar la seal SS/Select por medio de elmaestro el esclavo se activa y se da inicio a la transmisin.

En esta imagen se muestra la forma de operacin de un maestro con un esclavo

Este transmite datos de 8 bits

Formas de integracin con otros protocolos pensando en una estructura dered

Bsicamente el protocolo SPI consiste en el intercambio de informacin entre elcontrolador (maestro) y la tarjeta (esclavo). Este intercambio se lleva a cabomediante el envo de comandos por parte del controlador y de respuestas porparte de la tarjeta. As, en la lectura, el controlador enva el comando de peticinde lectura a la tarjeta y esta le enva la respuesta de confirmacin seguida delbloque de datos con la informacin contenida a partir de la direccin solicitada. Enla escritura el proceso es parecido, el controlador indica a la tarjeta mediante el


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comando de escritura que quiere escribir informacin en una determinadadireccin, esta le responde indicando que esta lista y a continuacin el controladorenva el bloque de datos a escribir. Las operaciones que no requieren intercambiode datos funcionan de igual forma pero sin usar bloques de datos.

Esquemtico y montaje de un circuito electrnico propio para laimplementacin del protocolo, indicando cada uno de los elementos que locomponen; con el fin de realizar un proceso de comunicacin entre dosComputadores para la transferencia de informacin bajo el uso de laherramienta Hyperterminal de Windows.

Hyperterminal es una herramienta que se usa para la conexin de equipos

mediante un modem, un cable de modem nulo o Ethernet. Este graba losmensajes enviados o recibidos por otros equipos situados en el otro extremo de laconexin, tambin sirve para la transferencia de archivos grandes de un equipo aun equipo porttil a travs del puerto serie

Para la transmisin de datos se necesita tres medios:

Transmisor, medio de transmisin y receptor

En un caso concreto se puede utilizar como transmisor el PIC30F4013, el mediode transmisin el bus SPI y el receptor una tarjeta de memoria SD

Evidenciar la transmisin de informacin entre los dos computadores bajo eluso de cada protocolo.

Documentar las evidencias de verificacin de los mismos.

Conclusiones, observaciones, especificaciones tcnicas y limitaciones parael uso de cada protocolo


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PROTOCOLO I2C

IC es un bus de comunicaciones en serie. Su nombre viene de Inter-IntegratedCircuit (Inter-Circuitos Integrados). La versin 1.0 data del ao 1992 y laversin 2.1 del ao 2000, su diseador es Philips. La velocidad es de 100 kbit/s enel modo estndar, aunque tambin permite velocidades de 3.4Mbit/s. Es un busmuy usado en la industria, principalmente para comunicarmicrocontroladoresysus perifricos en sistemas integrados (EmbeddedSystems) y generalizando mspara comunicar circuitos integrados entre si que normalmente residen en unmismo circuito impreso

CARACTERSTICAS MS SALIENTES DEL BUS I2C

-Se necesitan solamente dos lneas, la de datos(SDA) y la de reloj (SCL).

-Cada dispositivo conectado al bus tiene un cdigode direccin seleccionablemediante software.

-Habiendo permanentemente una relacin Master/Slave entre el micro y losdispositivos conectados

-El bus permite la conexin de varios Masters, ya que incluye un detector decolisiones.

-El protocolo de transferencia de datos y direccionesposibilita disear sistemascompletamente definidos por software.

-Los datos y direcciones se transmiten con palabrasde 8 bits

-Comunicacin serial, utilizando un conductor para manejar el timming (SCL)(pulsos de reloj) y otro para intercambiar datos (SDA), que transportaninformacin entre los dispositivos conectados al bus.

-Las lneas SDA (Serial Data) y SCL (Serial Clock) etn conectadas a la fuente dealimentacin a travs de las resistencias de pull-up. Cuando el bus est libre,ambas lneas estn en nivel alto.
http://es.wikipedia.org/wiki/Megabithttp://es.wikipedia.org/wiki/Megabithttp://es.wikipedia.org/wiki/Megabithttp://es.wikipedia.org/wiki/Microcontroladorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microcontroladorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microcontroladorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Microcontroladorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Megabit


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-Los dispositivo puede ser considerado como Mastero (Master) o esclavo (Slave).

-El Maestro es el dispositivo que inicia la transferencia en el bus y genera la sealde Clock.

-El Slave (esclavo) es el dispositivo direccionado.

- Cada dispositivo es reconocido por una nica direccin (si es un

microcontrolador, LCD, memoria o teclado) y cualquiera puede operar como

transmisor o receptor de datos, dependiendo de la funcin del dispositivo.

Un display es solo un receptor de datos mientras que una memoria recibe y transmite

datos.

Maestro

Esclavo1

Esclavo2

Esclavo3

SD

SCL


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TRASFERENCIA DE DATOS:

- Los datos y direcciones que se transmiten por SDA son de 8 bits.

- Tras cada bloque debe recibirse una seal de reconocimiento.

- La cantidad de dispositivos que se pueden conectar al bus est limitada,

solamente, por la mxima capacidad permitida de 400 pF.- El bus permite la conexin de varios Masters, ya que incluye un detector de

colisiones.

- El protocolo de transferencia de datos y direcciones posibilita disear

sistemas completamente definidos por software.

- La especificacin original, o modo de estandar, fue para transferencia de

datos hasta 100 Kbps.

- El reloj determina la velocidad de transmisin de los datos.

LOS MODOS DE TRANSFERENCIA DE DATOS DEL BUS I2C

- Modo Estndar (S-mode) aproximadamente a 100 kBits/Seg.

- Modo Rpido (F-mode) aproximadamente a 400kbits/Seg.

- Modo Alta velocidad (Hs-mode) mas de 3,4 Mbits/Seg.

2.

EL Bus I2C (Inter- IntegratedCircuits) fue desarrollado al principio de los 80s. Su

propsito original fue el de proporcionar una manera fcil de conectar un CPU a

los chips perifricos en un equipo de TV.

Dado que no siempre se requiere alta velocidad de transferencia de datos estebus es ideal para sistemas donde es necesario manejar informacin entre muchosdispositivos y, al mismo tiempo, se requiere poco espacio y lneas de circuitoimpreso. Por ello es comn ver dispositivos I

2C en video grabadoras, sistemas de

seguridad, electrnica automotriz, televisores, equipos de sonido y muchas otrasaplicaciones mas.

Incluso, y gracias a que el protocolo es lo suficientemente simple, usualmente seven dispositivos I2C insertados en sistemas microcontrolados que no fuerondiseados con puertos I

2C, siendo el protocolo es generado por el firmware.

Tambin hay dispositivos de adaptacin que permiten conectar busesoriginalmente paralelos a sistemas I

2C. Tal es el caso del chip PCD 8584 de


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Philips el cual incorpora bajo su encapsulado todo lo necesario para efectuar dichatarea.

3.

El bus serial I2C ha sido extendido para soportar velocidades de hasta 3.4 Mbits/s.

Combinado con una funcin de desplazamiento del nivel de voltaje, en modo High-

speed (Hs-mode) ofrece una solucin ideal para los sistemas de tecnologa

mezclada, donde las altas velocidades y la variedad de voltajes (5 V, 3 V o menor)

son comnmente usados

TransmisionDigital , Radio Digital, Modulacion FSK, Modulacion BPSK

FSK

La modulacin por desplazamiento de frecuencia o FSK, (Frequency Shift Keying)

es una tcnica de transmisin digital de informacin binaria (ceros y unos)utilizando dos o ms frecuencias diferentes. La seal moduladora solo vara entre

dos valores de tensin discretos formando un tren de pulsos donde uno representa

un "1" o "marca" y el otro representa el "0" o "espacio".

BPSK

Este esquema es la modulacin de desplazamiento de fase de 2 smbolos.

Tambin se la conoce como 2-PSK o PRK (PhaseReversalKeying). Es el ms

sencillo de todos, puesto que solo emplea 2 smbolos, con 1 bit de informacin

cada uno. Es tambin la que presenta mayor inmunidad al ruido, puesto que ladiferencia entre smbolos es mxima (180). Dichos smbolos suelen tener un valor

de salto de fase de 0 para el 1 y 180 para el 0, como se muestra en un diagrama

de constelacin. En cambio, su velocidad de transmisin es la ms baja de las

modulaciones de fase.

En presencia de un desplazamiento de fase, introducido por el canal de

comunicaciones, el demodulador de BPSK es incapaz de determinar el smbolo

correcto. Debido a esto, el flujo de datos es codificado en forma diferencial antes

de la modulacin. BPSK es funcionalmente equivalente a la modulacin 2-QAM.


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PROTOCOLO RS-485

RS-485 o tambin conocido como EIA-485, que lleva el nombre del comit que loconvirti en estndar en 1983. Es un estndar de comunicaciones en bus de lacapa fsica delModelo OSI. Est definido como un sistema en bus de transmisin

multipunto diferencial, es ideal para transmitir a altas velocidades sobre largasdistancias (35 Mbit/s hasta 10 metros y 100 kbit/s en 1200 metros) y a travs decanales ruidosos, ya que reduce los ruidos que aparecen en los voltajesproducidos en la lnea de transmisin. El medio fsico de transmisin es un parentrelazado que admite hasta 32 estaciones en 1 solo hilo, con una longitudmxima de 1200 metros operando entre 300 y 19 200 bit/s y la comunicacinhalfduplex(semiduplex). Soporta 32 transmisiones y 32 receptores. La transmisindiferencial permite mltiples drivers dando la posibilidad de una configuracinmultipunto. Al tratarse de un estndar bastante abierto permite muchas y muydiferentes configuraciones y utilizaciones.

Desde 2003 est siendo administrado por la Telecommunications IndustryAssociation (TIA) y titulado como TIA-485-A.222.

ENTAJAS DE RS-485Esta interfase tiene muchas ventajas con respecto a RS 232, entre las cuales semencionan:a) Bajo costoLos Circuitos Integrados para trasmitir y recibir son baratos y solo requieren unafuente de +5V para poder generar una diferencia mnima de 1.5v entre las salidasdiferenciales. En contraste con RS-232 que en algunos casos requiere de fuentesdobles para alimentar algunos circuitos integrados.b) Capacidad de interconexin:RS-485 es una interfase multi-enlace con la capacidad de poder tener mltiplestransmisores y receptores. Con una alta impedancia receptora, los enlaces conRS-485 pueden llegar a tener a lo mximo hasta 256 nodos.

c) Longitud de Enlace:En un enlace RS-485 puede tener hasta 4000 pies de longitud, comparado conRS-232 que tiene unos limites tpicos de 50 a 100 pies.d) Rapidez:La razn de bits puede se tan alta como 10 Mega bits/ segundo.

ESPECIFICACIONES

Interfaz diferencialConexin multipunto

Alimentacin nica de +5VHasta 32 estaciones (ya existen interfaces que permiten conectar 256

estaciones)Velocidad mxima de 10 Mbit/s (a 12 metros)Longitud mxima de alcance de 1200 metros (a 100 kbit/s)Rango de bus de -7V a +12V


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APLICACIONESSCSI -2 y SCSI-3 usan esta especificacin para ejecutar la capa fsica.RS-485 se usa con frecuencia en las UARTs para comunicaciones de datosdepoca velocidad en las cabinas de los aviones. Por ejemplo, algunas unidades decontrol del pasajero lo utilizan, equipos de monitoreo de sistemasfotovoltaicos.

Requiere el cableado mnimo, y puede compartir el cableado entre varios asientos.Por lo tanto reduce el peso del sistema. RS-485 se utiliza en sistemas grandes desonido, como los conciertos de msica y las producciones de teatro, se usasoftware especial para controlar remotamente el equipo de sonido de unacomputadora, es utilizado ms generalmente para los micrfonos.RS-485 tambin se utiliza en la automatizacin de los edificios pues el cableadosimple del bus y la longitud de cable es larga por lo que son ideales paraensamblar los dispositivos que se encuentran alejados.RS-485 Tiene la mayor parte de su aplicacin en las plantas de produccinautomatizadas.BALANCEO Y DESBALANCEO DE LNEAS

La razn por la que RS-485 puede transmitir a largas distancias, es porque utilizael balanceo de lneas. Cada seal tiene dedicados un par de cables, sobre uno deellos se encontrar un voltaje y en el otro se estar su complemento, de estaforma, el receptor responde a la diferencia entre voltajes.

La ventaja de las lneas balanceadas es su inmunidad al ruido

En cuanto a las lneas balanceadas (Figura 1.5) la TIA/EIA-485 designa a estas doslneas como A y B. En el controlador TX, una entrada alta TTL causa que la lnea A


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sea ms positiva (+) que la lnea B, mientras que un bajo en lgica TTLcausa quela lnea B sea ms positiva (+) que la lnea A. Por otra parte en el controlador derecepcin RX, si la entrada A es ms positiva que la entrada B, lasalida lgica TTLser 1 y si la entrada B es ms (+) que la entrada A, la salida lgica TTL ser un0.

REQUERIMIENTOS DE VOLTAJELas interfases tpicas RS-485 utilizan una fuente de +5 Volts, pero lo niveleslgicos de los transmisores y receptores no operan a niveles estndares de +5V ovoltajes lgicos CMOS. Para una salida vlida, la diferencia entre las salidas A y Bdebe ser al menos +1.5V. Si la interfase est perfectamente balanceada, lassalidas estarn desfasadas igualmente a un medio de la fuente de Voltaje.En el receptor RS-485, la diferencia de voltaje entre las entradas A y B necesitaser 0.2V. si A es al menos 0.2V ms positiva que B, el receptor ve un 1 lgico y siB es al menos 0.2v ms positivo que A, el receptor ve un 0 lgico. Si la diferenciaentre A y B es menor a 0.2v, el nivel lgico es indefinido. Si esto ocurre habra un

error en la transmisin y recepcin de la informacin.La diferencia entre los requerimientos del Transmisor y elReceptor pueden tenerun margen de ruido de 1.3V. La seal diferencial puede atenuarse o tener picos delargo como de 1.3v, y aun as el receptor vera el nivel lgico correcto. El margen

de ruido es menor que el de un enlace RS-232, no hay que olvidar que RS-485maneja seales diferenciales y que cancela la mayora del ruido a travs de suenlace.El total de corriente utilizada por un enlace RS-485 puede variar debido a lasimpedancia de los componentes, incluyendo los Transmisores, Receptores, cablesy la terminacin de los componentes. Una baja impedancia a la salida del

Transmisor y una baja impedancia en los cables, facilita los cambios de nivel yasegura que el receptor vea la seal, no importa cun larga sea la lnea detransmisin. Una alta impedancia en el receptor decrementa la corriente en elenlace e incrementa la vida de la fuentes de voltaje.La terminacin de los componentes, cuando se utiliza tiene una gran efecto sobrela corriente en el enlace. Muchos enlaces con RS-485 tienen una resistencia de120ohms a travs de las lneas A y B en cada extremo de la lnea. Por lo tanto cada,enlace tiene dos terminales.


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CONCLUSIONES

El protocolo RS232 pese a aparentar ser sencillo resulta bastante verstil

en diferentes aplicaciones.

Si bien el protocolo RS232 tiende a desaparecer y muchos equipos nuevos

ya no lo incorporan. Adems hace tiempo que no se incluye en los

ordenadores porttiles; aun sigue siendo til.

Es importante el desarrollo de estos temas pues son clave en la

comprensin de las temticas de la telecomunicaciones y la informtica

El bus SPI es una herramienta clave para la transferencia de archivos entre

equipos pues nos brinda muchas ventajas respecto a los otros

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