Dispositius DMX d’il·luminació controlats per...

Dispositius DMX d’il·luminació controlats per radio.

TITULACIÓ: Enginyer Tècnic en Telecomunicacions, especialitat en Telemàtica

AUTORS: Xavier Salvadó Estivill

DIRECTORS: Antonio Lázaro Guillén

DATA: setembre / 2006

Dispositius DMX d’il·luminació controlats per radio Índex General

ÍNDEX GENERAL

1. Memòria Descriptiva ...................................................... pàg. 3

2. Memòria de càlcul ........................................................... pàg. 26

3. Plànols .............................................................................. pàg. 64

4. Annex I .............................................................................. pàg. 70

5. Annex II ........................................................................... pàg. 88

Escola Tècnica Superior d'Enginyeria Pàgina 2

Dispositius DMX d’il·luminació controlats per radio 1. Memòria descriptiva

1.- MEMÒRIA DESCRIPTIVA.



ÍNDEX: 1.1 Objecte del projecte.........................................................................................pàg. 5

1.2 Motivació ..........................................................................................................pàg. 5

1.3 Titular...............................................................................................................pàg. 6

1.4 Conceptes generals ..........................................................................................pàg. 6

1.4.1 El senyal DMX 512 .................................................................................pàg. 6

1.4.1.1 Senyal digital, bytes i bits .................................................................pàg. 7

1.4.1.2 Estructura del senyal DMX 512 ......................................................pàg. 8

1.4.1.3 Bit d'Start, bit d'Stop i trama de dades. ...........................................pàg. 10

1.4.1.4 Connexió del DMX ..........................................................................pàg. 12

1.4.1.5 Transmissió del senyal ....................................................................pag. 13

1.4.1.6 Cablejat adequat ..............................................................................pàg. 13

1.4.2 Utilitats de l’electromagnetisme ............................................................pàg. 13

1.4.3 Espectre radioelèctric.............................................................................pàg. 14

1.4.4 Conceptes de radiació i antenes.............................................................pàg. 15

1.4.5 Objectius del sistema de comunicació...................................................Pàg. 16

1.5 Possibles solucions: ..........................................................................................pàg. 17

1.5.1 Emissor ....................................................................................................pàg. 17

1.5.2 Receptor...................................................................................................pàg. 17

1.6 Solució adoptada..............................................................................................pàg. 18

1.6.1 Emissor ....................................................................................................pàg. 18

1.6.2 Receptor...................................................................................................pàg. 20

1.7 Millores del sistema .........................................................................................pàg. 23

1.8 Posada en funcionament .................................................................................pàg. 24

1.8.1 Sistema emissor.......................................................................................pàg. 24

1.8.2 Sistema receptor......................................................................................pàg. 25



1.1 Objecte del projecte: La finalitat d’aquest projecte es basa en establir un enllaç entre dos dispositius, un emissor i l’altre receptor, comunicació d’una sola direcció (anomenada també comunicació símplex). Aquesta comunicació s’ha d’establir a través del medi aeri amb una distancia relativament curta, ja que aquest radioenllaç s’ha d’utilitzar per controlar de dispositius d’il·luminació. El control es situa de manera que tingui visualització dels dispositius d’il·luminació per raons d’enfocament, potència lumínica, moviments, etc., es a dir, s’ha tenir controlada tota la il·luminació. El senyal que controla aquests dispositius utilitza el protocol DMX 512, basat en la transmissió de trames, a partir de l’estudi d’aquestes ràfegues d’informació es dissenya el sistema de transmissió més adequat

1.2 Motivació:

Realitzar un espectacle de qualsevol tipus, moltes vegades comporta un estudi previ i un muntatge que, cada cop més, s’incorporen elements visuals (com poden ser els robots d’il·luminació capaços de realitzar qualsevol tipus de moviment i formes) per ressaltar elements o simplement fer combinacions lumíniques complexes per a un espectacle.

Per això, a l’hora de realitzar el muntatge sempre es demana que sigui el més senzill possible, encara que l’espectacle sigui de grans dimensions; sobretot en aquells que cal muntar i desmuntar molt sovint.

En aquest projecte es vol eliminar el temps que es tarda en fer la instal·lació del cablejat, per solament tenir un emissor integrat a la taula de control i l’altre situat a l’escenari, prop dels dispositius de recepció.

Pot ser de gran ajuda en actuacions que han de realitzar-se en llocs diferents, pretenent que el muntatge sigui menys costós.

Tot i que existeixen dispositius que ja transmeten aquesta senyal a través de radioenllaç, el seu preu es força elevat (1.600 €) [10].



1.3 Titular:

El titular del projecte és el Departament d'Enginyeria Elèctrica i Electrònica (DEEEA) situat a l’avinguda Països Catalans núm. 26 de la ciutat de Tarragona, realitzat per l’Enginyer Tècnic en Telecomunicacions, Xavier Salvadó Estivill, amb representació del departament el Dr. Antonio Ramon Lázaro Guillén.

1.4 Conceptes generals: A continuació es defineixen conceptes que ajuden a una millor comprensió d’aquest document. S’ha realitzat un estudi del senyal que s’ha d’enviar per radioenllaç, per a fer-ho s’han fer diferents mesures realitzades a la sortida del senyal DMX de la taula de control freekie de la casa Martin [12]. Apareixen altres conceptes que cal definir-los ja que en aquest document apareixen càlculs relacionats amb l’electromagnetisme i càlcul per al disseny d’antenes.

1.4.1 El senyal DMX 512. En aquest apartat es detalla el senyal que es pretén enviar per radio, l’estudi del protocol DMX512 [11] influeix directament al disseny del sistema que radio que s’haurà d’utilitzar per aconseguir l’objectiu del projecte. Aquest dispositius són comandats per un protocol nomenat DMX, protocol que fou desenvolupat el 1986 per la USITT (United States of Institutes for Theatre Technology) per a controlar els reguladors d’intensitat lluminosa de les làmpades, utilitzant un dispositiu digital standard. Actualment s’utilitza el Standard DMX 512 (actualment USITT DMX 512 1990) fou publicat pel U.S.I.T.T, el qual amplia l’adreçament, es a dir, els canals de control a 512 canals amb 250 nivells cadascun. El Digital MultipleXed, es la transmissió de manera digital d’informació, amb diferents canals de control, on cada canal s’envia successivament (multiplexat) a través del cable.

La informació dels canals de control te la forma d’alternança de voltatges. Aquests voltatge te dos valors diferents, que poden variar entre 0 i 5.



1.4.1.1 Senyal digital, bits i bytes. El senyal DMX, esta composta per dades digitals transmeses de manera sèrie i asíncrona amb una velocitat de transmissió de 250 kBps [3].

El DMX512 te les especificacions elèctriques industrials del protocol de dades RS-485, definit a l’annex del projecte; RS-485 es de control de voltatge simètric: les dues senyals estan invertides entre elles, respecte al comú (nivell de referència).

El receptor agafa la diferència d’aquestes dues senyals. Si existeix una interrupció en les dues senyals, encara es pot recuperar ja que al ser diferencial es pot recuperar el senyal que arriba correctament, augmentar així la fiabilitat.

El voltatge entre els dos pins (“+” i “-”) esta entre +12 i -7 volts ( mesurat des de la massa). EIA485 defineix que el voltatge del senyal entre els dos cables hauria de superar els 200 mV [9]. Voltatge alt al pin positiu i baix voltatge al pin complementari dona de resultat un “1” digital. Alt voltatge al pin complementari i baix voltatge al pin positiu resulta un “0” digital. La massa solament es un punt de referència i s’utilitza com a malla.

La informació de la trama esta composta per canals, cada un dels canals porta la informació per analitzar el valor de cada canal, es el senyal positiu, si el voltatge es manté positiu 4 μs, es detecta un “1”. Si en canvi el voltatge es negatiu durant 4 μs, es detecta un “0”, es dir la durada d'1 bit es de 4 μs. La combinació de 8 bits, es un byte per canal, resulta 256 nivells diferents: 00000000=0, 00000001=1, 00000010=2, 00000011=3, etc.

Amb el DMX512, la informació per a controlar un canal es expressada en un byte. Si el control es per un regulador de llum (dimmer), llavors la intensitat lluminosa podrà ser regulada en 256 valors diferents.



1.4.1.2 Estructura del senyal DMX512. La transmissió es en trames de bits repetitives, la trama es repeteix sense parar i el

temps entre trames varia depenent dels dispositius a controlar o capacitat del control. En la següent mesura (Figura 1.1) la trama esta composta per 96 canals, i el temps de

total de cada trama es de 8 ms.

8 ms

Figura 1.1: Trama mesurada d’un dispositiu que controla 96 canals.

Canal 1 i 2: 5 V/div. 2,5 ms./div.

Aquesta trama conté la informació ordenada dels canals que s’envien als dispositiu

DMX, com hem dit anteriorment, tots els dispositius rebran aquesta trama, però solament els interessa la informació dels canals pels quals estan configurats cada dispositiu, es a dir, que si tenim 4 dispositius els quals tenen cadascun 12 canals, per a controlar els quatre, seran necessaris 48 canals; el primer configurat per agafar la informació del canal 1 al 12, el segon del canal 13 al 24, el següent del 25 al 36 i finalment l’últim dispositiu configurat per rebre els canals del 37 al 48.



A continuació es descriu la trama DMX, es mostren els temps de bit i els bits dels quals esta composta, això es pot observar a la Figura 1.2, una captura del principi de la trama, on es mostren els temps de bits dels quals es compon la trama DMX:

≥ 88 μs 44 μs 44 μs

BREAK

Mark-after-break8 μs

codi inicial

Inter-frame-time

0<t<1s

Canal 1(148)

Figura 1.2: Descripció de la trama DMX

Traça superior i inferior: 2 V/div. 25 µs

La traça superior mostra el senyal positiu del principi de la trama DMX fins al canal

1, la traça inferior es el senyal complementari de la traça superior. El primer bit inicial de la trama te una duració igual o superior a 88 μs, transmissió

amb nivell baix “0”. Aquesta marca inicial rep el nom de break, Llavors el continua un nivell alt per finalitzar el brake, la seva duració 8 μs fins a 1

segon, aquest estat rep el nom de “mark-after-break”. Després del senyal de “Mark-after-break” el segueix el byte start. Aquest byte

determina el tipus de dada que es transmetrà. El valor de “0” indica que per les trames es transmetran informació del nivell de “dimmer”. Els altres 255 codis no estan definits en les especificacions del protocol però alguns fabricants l’utilitzen per enviar especificacions de la informació del producte. Si un dimmer rep una trama que sigui diferent de 0, ignoraria els altres paquets restants.

A continuació be la trama de la informació dels canals, l’un darrera l’altre, començant pel canal 1, en el cas de la Figura 1.2, transmet el nivell 148, i com a màxim 512 canals, amb 256 nivells cadascun.

Cal definir també el temps que hi ha entre cada canal, aquest nomenat “Inter-frame-time”, utilitzat per reduir la velocitat de transferència, ja que alguns dimmers no poden seguir la transferència, en aquest cas augmenta aquest temps. El temps pot variar entre 0 i 1 segons.



A continuació es mostra la Taula 1 queden resumits els temps de la trama del protocol DMX:

Resum dels Temps Min Màx.

Break 88 µs 1 s Mark-after-break 8 µs 1 s Inter-frame-time 0 µs 1 s Codi inicial - canals 44 µs 44 µs

Taula 1: Taula de temps de la trama DMX

1.4.1.3 Bit d'Start, bit d'Stop i trama de dades.

Es defineix com es transmet la informació de cada canal així com també els bits que el complementen.

El flux de zeros i uns que composen el byte de cada canal, són diferenciats pels següents bits:

• Un byte es precedit per un '0', nomenat bit d'start. • El byte es finalitzat per dos uns, nomenat bit d'stop. • Amb la recepció del bit d'Start, finalment seran 11 bits que formaran part de la

trama, i per tant els que seran llegits. Els bits d’start i stop s’utilitzen per sincronitzar el receptor amb el transmissor, com

es mostra més clarament a continuació (Figura 1.3), la transmissió d’un canal amb nivell 91:

Figura 1.3: Representació de la trama DMX, transmissió d’un nivell 91 (decimal)

Cal tenir en compte que el número 91 en digital es el 01011011, per tant el bit de més pes serà el primer que rep el dispositiu.



La transmissió esta basada en un protocol sèrie asíncrona de 8 bits. Ja que cada bit es 4 μs la duració total de la trama es de 44 μs. Si la transmissió de trames es continua dona un resultat de flux de dades de 250.000 bits per segon, o 250 k bauds.

La següent Figura 1.4 mostra tres mesures diferents. En aquestes trames DMX s’observa com el canal 1 transporta el nivell 0 (senyal superior), nivell 148 (senyal mig) i nivell 255 (senyal inferior):

Figura 1.4: Transmissió del canal 1 amb nivells de 0, 148 i 255

Canal superior, mig i inferior: 2 V/div. 25 us /div. Així dons per exemple, si el dispositiu connectat es un dimmer i al canal 1 te

connectades dues làmpades de 500 W, si el dimmer rep el primer senyal (senyal superior, nivell 0), no s’il·luminaran, si rep la segona trama (senyal mig, nivell 148), les dues làmpades realitzaran mitja intensitat lluminosa, i per últim, si rep la ultima trama (senyal inferior, nivell 255), la il·luminació serà màxima.



1.4.1.4 Connexió del DMX. En aquest apartat es nombren el tipus de connectors que s’utilitza per enllaçar dos dispositius DMX.

Existeixen diferents tipus de connectors, però els mes usuals són els XLR de 3 i 5 pins (Figura 1.5).

Figura 1.5: Connector XLR de 5 i 3 pins pel senyal DMX.

Cada pin del connector de funcions diferents, el XLR de 5 pins pot incorporar dos senyals DMX per separat, per exemple per controlar dos dimmers:

• Pin 1: Massa o terra. • Pin 2: Senyal primària complementaria (-). • Pin 3: Senyal primària positiva (+). • Pin 4: Senyal secundaria opcional complementaria (-). • Pin 5: Senyal secundaria opcional positiva (-).

Els pins al connector XLR de 3 pins, són els mateixos, però solament transporta un senyal DMX, s’eliminen els pins 4 i 5.

El connector de sortida del sortida de senyal sempre serà femella, i un connector d’entrada sempre serà mascle.

Degut a que els dispositius estan connectats en sèrie, es col·loca una resistència soldada entre els pins 2 i 3 per adaptació d’impedàncies a la sortida de l’últim dispositiu, per absorbir reflexions entres els cables i evitar degradar les dades.



1.4.1.5 Transmissió del senyal.

El senyal DMX consisteix en un canvi ràpid de nivell de voltatge, canvis de nanosegons. Per això poden aparèixer problemes en la transmissió:

• Existeixen senyals de distorsió per ones de reflexió a les transicions del cable. Les transicions són: receptors connectats, els connectors, i el final del cable.

• Les distorsions del senyal per freqüència depenen del temps del senyal que s’està transmetent. Aquest limitat per la longitud del cable.

• Les característiques per inducció i de capacitat del cable es una mesura que s’ha de tenir en compte, aquesta mesura es nomenada característiques de resistència del cable o impedància característica del cable, per a determinar la resistència necessària pel terminal que posa al final del cable.

1.4.1.6 Cablejat adequat:

Es recomanable una cable blindat amb els parells de conductors retorçats. La impedància característica ha de ser aproximadament de 120 Ω. El parell de conductors transmeten el senyal (senyal positiu '+ ') i el seu invers (senyal negatiu '-'). La connexió de la malla es de baixa impedància pel senyal de referència, molt important ja que es el punt de voltatge de referència.

El cable recomanable ha de tenir les següents característiques: • Cable del fabricant Belden del tipus 9271, designat especialment per funcionar

amb el protocol RS-485, corresponent amb el USITT DMX512. • Carrega nominal del cable de 124 Ω. • Capacitat nominal de 40 pF/m. • Cable parell retorçat: polietilè, 25 AWG (0,16 mm2, 108 Ω/km),

• Blindatge: alumini/poliester. • Recobriment: PVC, d=6.1 mm

Teòricament la longitud màxima que es pot transmetre a través del cable (amb la resistència al final del cable) es d'1 km, amb un cable ideal, amb la impedància i secció adequada, però a la pràctica s’ha provat que no arriba als 600 metres.

1.4.2 Utilitats de l’electromagnetisme: Cada cop més, estem envoltat per una tecnologia per ajudar-nos a la nostra vida quotidiana. La tecnologia avança de manera que podem tenir nous sistemes d’informació i de control a l’abast de tothom, així com també dispositius mòbils que actualment són capaços de transmetre i rebre gran informació, com per exemple la teleconferència o ordenadors amb connexió sense fils que ja transmeten a 100 Mbps. En el cas d’aquest projecte s’utilitza un dispositiu de transmissió de vídeo sense fils, utilitza el mateix rang de freqüència que els ordenador amb connexió sense fils, ja que l’ample de banda es força elevat; els dispositius de vídeo arriba a un ample de 8 Mbps.



1.4.3 Espectre radioelèctric: L’espectre radioelèctric es tota la banda freqüencial que s’utilitza i es relaciona la longitud de la ona, el seu invers (freqüència). Cada banda freqüencial esta classificada segons l’aplicació a que ha estat dissenyat; això es pot observar en la següent Figura 1.6, que mostra tot l’espectre radioelèctric:

La banda que ens interessa en el nostre cas es la de 2,4 GHz, situada a la zona dels Radars o tràfic, Telèfons mòbils, etc. La banda de l’espectre radioelèctric que s’utilitza es la banda ISM (Industrial Scientific and Medica), són bandes reservades internacionalment per a l’ús no comercial de Radio Freqüència electromagnètica en àrees de la industria, científica i mèdica. A mitjans dels anys 80, el FCC (Federal Communications Comissions) va assignar les bandes ISM 902-928, 2,4-2,4835 GHz, 5,725-5,85 GHz a les xarxes sense fils. Les bandes ISM són bandes de freqüència per a us comercial i sense llicència (són es utilitzades pels telèfons sense fils domèstics DECT, els microones, o dispositius Bluetooth).

Figura 1.6: Espectre radioelèctric

En el nostres cas s’utilitzarà el rang de freqüència de 2,4 a 2,4835 GHz, dividit en 4 canals de diferents amples de banda de 8 Mbps.



1.4.4 Conceptes de radiació i antena. La Radiació és la generació de camps electromagnètics en regions llunyanes. L’antena es aquella part del sistema transmissor o receptor, dissenyada específicament per a radiar o rebre ones electromagnètiques i element de transició entre la zona guiada i la zona d’espai lliure, amb certes característiques direccionals (filtrat espacial). Una antena Transmissora es un dispositiu que permet la transició de l’energia electromagnètica des d’un transmissor fins a l’espai lliure. Una antena Receptora realitza el procés invers, permetent la transició de la energia electromagnètica des de l’exterior fins a un receptor. Anem a definir la PIRE (Potència isòtropa radiada equivalent). Una antena isòtropa emet en totes les direccions d’una esfera. Una antena col·locada en el focus d’una paràbola emet un raig fi que conté tota la potència de l’emissor, amb el que la potència en watts per metre quadrat es molt més important i rep el nom de guany de l’antena (G). Com major es l’antena, més estret serà el seu raig radiat. La PIRE es calcula coneixent la potència del emissor (PT en mW) i el guany de l’antena (G en dB) i s’expressa segons l'Equació 1:

( )dBGPdBmPIRE T += log10)( (1.1)

Els mW i dBm.

dBm és la potència de radio expressada en dB referida a 1 mW. A Espanya, la potència màxima d’emissió per a la banda ISM (2,4 GHz) es de 100 mW PIRE. Tenir en compte que aquesta potència està indicada per la Norma Europea, la norma que ho contempla es la norma UN-85 del CNAF, on s’especifica els requisits tècnic per equips de radio emissió, la norma es troba, a l'Annex II, el qual ens limita la PIRE a 100 mW. Aquesta potència d’emissió es el resultat de sumar la potencia de sortida de l’amplificador, amb el guany de l’antena i tenint en compte les pèrdues del cable i els connectors. Per a convertir mW a dBm, hem de multiplicar per 10 el logaritme de la potència expressada en mW. Per exemple, si la potència màxima són 100 mW aplicant la equació 1.1:

dBmmW 20100log10 =

La potència màxima legal d’emissió es de 100 mW o 20 dBm de PIRE.



1.4.5 Objectius del sistema de comunicació. Així doncs en el sistema de comunicació dissenyat per transmetre vídeo, s’ha tret una nova aplicació: transmissió de dades digitals, en aquest cas, en ràfegues de 250 kbps. Amb el diagrama que es mostra a continuació (Figura 1.7) descriu l’objectiu principal del projecte, controlar dispositius d’il·luminació DMX per radio.

Figura 1.7: Diagrama general de comunicació.

El control d’il·luminació i l’emissor del radioenllaç es situa en un lloc on es pugui veure tot l’escenari on ha de transcorre l’espectacle, normalment al costat de la taula de control de so; uns 30 metres el receptor del radioenllaç situat a l’escenari, junt amb els dispositius d’il·luminació. El sistema utilitza elements de radiofreqüència, utilitzant elements com són les antenes, amplificador, receptor per recuperar el senya, etc. Per aconseguir:

Adequar el senyal DMX, per a una correcta emissió, es a dir, s’ha d’atenuar el senyal per a no saturar a l’emissor.

Comprovar experimentalment com es comporta els elements de emissió i recepció per tal de realitzar un disseny de recuperació del senyal DMX.

Finalment anàlisis final de màxim abast de recepció.



1.5 Possibles solucions: En aquest apartat es defineixen, els diferents tipus de dispositius que es van estudiar per aconseguir un enllaç per unir el control amb els dispositius sense cap necessitat de cap cable. 1.5.1 Emissor: En primer lloc cal dir que el dispositiu que generarà el senyal DMX512 podrà ser qualsevol, es a dir, que diferents tipus de controls d’il·luminació com taules d’il·luminació (Freekie de Marin), software i hardware específic per ordenador (LightJockey de Martin [12]) que converteix el senyal d'USB a DMX. Així doncs el senyal a transmetre, com s’ha definit en els antecedents, es necessària un rafega d’informació de 250 kbps, amb uns nivells de voltatge que oscil·laran entre 0 i 1 nivell baix i 2,5 volts nivell alt. Això farà que alhora de triar el sistema d’emissió sigui un poc complex.

Els sistemes que transmeten per la banda de 433 MHz, en mode FSK, solament arriben a una velocitat de 14 kbits,

Els infraroigs no es una bona solució ja que a part de tenir una distància limitada, el control pot ser tapat per alguna persona i la ubicació sempre serà una petita dificultat a l’hora de la instal·lació.

La banda UHF, que pot transmetre fins a 5 Mbits, s’ha descartat per possibles interferències, ja que la televisió també actua en aquesta banda.

Una de les opcions que millor es podien adaptar era la dels transceptors que operen a 2,4 GHz, amb capacitat de transferir fins a 14 Mbps, però encara no estan implantats al mercat, solament com a experimental. El Bluetooth descartat ja que el seu radi de cobertura queda limitat a 10 metres i l’accés amb el protocol 801.11b també, ja que es necessària una ordenador per la traducció de dades.

Finalment s’ha triat l’opció d’un emissor i receptor de vídeo, ja que te la capacitat de 5 Mbps i actua a la freqüència també de lliure us de 2,4 GHz, amb el gran avantatge que es un producte que es relativament de baix cost i que es pot adquirir en qualsevol establiment d’informàtica o electrodomèstic. Als prototipus experimental s’ha utilitzat dos models, emissor i receptor de vídeo i àudio de la casa AverMedia, el model AverSender 300 [5].

1.5.2 Receptor: Amb les raons descrites anteriorment, el receptor de vídeo te l’avantatge de que incorpora un Control de Guany Automàtic, es a dir, que el senyal ens arribarà força recuperada tot i que hagin interferències que s’hagin produït en el medi que es transmet. Tot i això ens cal es un sistema per a tornar a deixar el senyal tal i com s’ha emès o fins i tot millorada, es a dir, es necessària un sistema que connectada a la sortida d’aquest receptor, que com a molt serà de 2 volts i elevar-la al 5 volts, així com també generar el seu invers; aquesta part serà la més complexa del projecte ja que s’ha de trobar un sistema que respongui correctament a la velocitat necessària, per a detectar un bit, amb una durada de 4 μs.



1.6 Solució adoptada: Així doncs la solució més raonable, ha estat utilitza aquest sistema de transmissió de vídeo sense fils, amb una distància de 100 metres, en espais en obert, i 30 metres en obstacles entre mig (com parets, sostres, etc). Però amb això es topa amb la dificultat d’adequar el senyal com a senyal de vídeo i llavors tornar-la a recuperar.

1.6.1 Emissor: Degut a que el senyal de DMX te un voltatge més elevat que el de vídeo, es necessari adaptar el nivell per a que no es saturi aquest l’emissor Podem dividir el sistema emissor en tres blocs:

1. Control del dispositiu d’il·luminació, serà el que genera el senyal DMX, 2. Atenuador del senyal, per adequar el senyal a l’emissor de vídeo atenuarem el

senyal segons com arriba el senyal i la que admet l’emissor. 3. Emissor de vídeo, enviar el senyal al medi pel canal seleccionat (selecció de

portadora).

Control dels dispositius

d’il·lumincacióSenyal DMX Atenuador

del senyal Senyal DMX

Emissor

Figura 1.8: Diagrama de blocs de la emissió.

Aquest diagrama (Figura 1.8) ens mostra per on passa el senyal DMX des de la

taula de control fins a l’emissor de vídeo i aquest ho transmet al èter; entre mig d’aquests dos dispositius es situa l’atenuador del senyal DMX.



La Figura 1.9, mostra el cable amb els connector que s’utilitzen, connector RCA (dreta de la imatge) i XLR de 3 pins (esquerra de la imatge).

Figura 1.9: Cable que s’utilitza per atenuar i connectar el control amb l’emissor.

La Figura 1.10 ensenya una resistència soldada en sèrie al pin 3 del connector XLR

s’ha implantat una resistència en sèrie per atenuar el senyal que ha d’entrar a l’emissor:

Figura 1.10: Resistència en sèrie incorporada.



1.6.2 Receptor: El receptor, rep el senyal amb un voltatge més elevat que el d’entrada, però no es

suficient per als dispositius DMX, es necessari introduir un sistema de regeneració del senyal per adequar el senyal, així com també, transmetre un invers a la senyal positiva per abans de trametre-ho pel cable DMX.

La part de recepció la podem dividir en tres parts: 1. Receptor de vídeo, capta el senyal transmesa pel mateix canal que l’emissor. 2. Recuperació del senyal DMX, aquest dispositiu ha de ser capaç de captar el senyal

que vingui del receptor, i generar una sortida de 5 V i el seu invers. PP

3. Dispositius DMX d’il·luminació, seran els captadors del senyal en el qual es tradueix en moviments o diferents tipus d’il·luminació, l’utilitza’t en el nostre cas el Omniscan HQI PLUS de OmniSistem [13].

Senyal Recuperació del senyal DMX Dispositius DMX d’il·luminacióSenyal DMX

Receptor

Figura 1.11: Diagrama de recepció del senyal i generació del senyal.

Aquest diagrama (Figura 1.11) descriu els diferents dispositius utilitzats en recepció, compost pel receptor que agafa el senyal de l’èter que li correspon, connectat al recuperador de senyal, per tornar a deixar el senyal tal com estava a la sortida del controlador DMX, arribant així a l’objectiu final de projecte.

El circuit que es que realitza la recuperació del senyal DMX, incorpora una font d’alimentació que es podria extraure del receptor radio comercial (donat que, com es veurà a l’apartat 2.3.5, el consum es petit), però s’ha decidit fer-la independent donat que així l’adaptador es pot utilitzar amb altres models comercials de transmissors de vídeo, veient el sistema com format per un adaptador DMX a senyal de vídeo, i un sistema de transmissió de vídeo comercial de baix cost i fàcilment disponible al mercat.



La Figura 1.12, mostra com queda la unitat de recuperació del senyal, on s’observa també per on s’ajusta l’offset, per ajustar la detecció del senyal que rep el receptor:

Figura 1.12: Vista superior del recuperador de senyal.

Aquest regenerador DMX, a la part davantera (Figura 1.13) incorpora un

interruptor, un portafusible amb un fusible de 250 mA, i dos LED de color vermell que mostren si la sortida de -12 i +12 volts es correcta.

Figura 1.13: Fotografia davantera del Regenerador DMX.



L’altra vista es la que es mostra la Figura 1.14, es la part anterior on estan ubicada la per on es connecta el senyal d’entrada de vídeo i també la sortida DMX.

Figura 1.14: Fotografia anterior del Regenerador DMX.



1.7 Millores al sistema. A continuació es defineixen diferents millores per al projecte que s’ha desenvolupat:

1. La transacció del senyal pot ser millorada amb la implantació d’unes antenes més direccionals i amb més guany, això pot assegurar una millor recepció del senyal, així com també més distància de transmissió.

2. Una segona opció, o afegir a la millora de les antenes es aconseguir un segon sistema de emissió de vídeo per a transmetre el senyal invers per un altre canal i així tenir les dues senyals trameses per separat, amb el qual seria necessari un altre emissor i transmissor, amb el qual hauria de transmetre canals diferents.

3. Una altra millora al sistema es aprofitar la part del sistema de transmissió de les ones del comandament que rep el receptor, i les transmet al transmissor de vídeo per a controlar el dispositiu que es vol controlar a través del comandament; així doncs es pot aprofitar aquest enllaç per a transmetre un senyal que indicaria que l’enllaç ha estat correcte, es a dir, es posaria un detector del senyal DMX al receptor de vídeo i aquest quan detectes el senyal, enviaria un senyal pel dispositiu per on s’envia el senyal del control del comandament cap al transmissor, amb això s’aconseguiria que des del control d’il·luminació es sabria si l’enllaç s’ha realitzat correctament.

4. L’ajust de l’offset es una millora al sistema que es pot incorporar. En aquest projecte l’offset s’ha de regular manualment, així doncs es tractaria d’implementar un sistema capaç d’ajustar el nivell d’offset per a la detecció del senyal procedent del receptor de vídeo.



1.8 Posada en funcionament:

Abans de posar de posar en funcionament els mòduls emissor/receptor és necessari realitzar un seguit de tasques que es mostren a continuació per assegurar-se un funcionament òptim i no malmetre-ho, així com també enviar un senyal òptim als receptors.

1.8.1 Sistema emissor: En aquest apartat es mostra com s’ha de connectar les diferents unitats, per emetre el senyal de control al medi. Els dispositius utilitzats són:

Unitat de control de llums.

Cable que incorpora l’atenuador.

Unitat emissora de vídeo del radioenllaç.

Així doncs en aquesta fotografia (Figura 1.15) s’identifiquen els diferents dispositius:

Figura 1.15: Descripció dels dispositius del sistema d’emissió.

Cable atenuador

Emissor de vídeo

Taula de control

Connectarem la sortida DMX a al cable d’atenuació, concretament hi connectarem el connector XLR de 3 pins, l’altre extrem del cable connectat a l’entrada de vídeo del mateix transmissor.



1.8.2 Sistema receptor: Aquest sistema esta format per:

Receptor de vídeo del radioenllaç.

Sistema Regenerador del senyal DMX.

Dispositiu final DMX, “Escàner”. A la Figura 1.16 es mostra com es connecta la part de recepció i els dispositius

utilitzats:

La fotografia (Figura 1.16), el funcionament de la part de recepció, el primer pas serà muntar el receptor de vídeo i mirar que estigui sintonitzat al mateix canal que l’emissor. Llavors connectarem la sortida de vídeo a l’entrada de vídeo del regenerador DMX, i aquest connectar la sortida XLR de 3 pins femella, on es la sortida de DMX, connectar-la a l’entrada del dispositiu d’il·luminació.

Dispositiu d’il·luminació DMX

Regenerador Scanner

Figura 1.16: Muntatge del sistema de recepció.

Receptor de vídeo

DMX

Cable conversor XLR - Canon


Dispositius DMX d’il·luminació controlats per radio 2. Memòria de càlcul

2.- MEMÒRIA DE CÀLCUL



ÍNDEX:

2.1 Descripció general.............................................................................................. pàg. 28

2.1.1 Sistema de transmissió .............................................................................pàg. 28

2.1.2 Sistema emissor.........................................................................................pàg. 29

2.1.3 Sistema receptor........................................................................................pàg. 29

2.2 Sistema de transmissió ......................................................................................pàg. 30

2.2.1 Sistema utilitzat per l’enllaç sense fils ....................................................pàg. 30

2.2.1.1 Anàlisis del dispositiu AverSender 300 ............................................pàg. 30

2.2.2 Anàlisis d’antenes per la millora de l’enllaç per radio..........................pàg. 34

2.2.2.1 Disseny de les antenes.......................................................................pag. 34

2.2.2.2 Càlculs de les distàncies de l’enllaç .................................................pàg. 38

2.2.2.3 Mesures realitzades a les antenes.....................................................pàg. 40

2.3 Funcionament del sistema emissor...................................................................pàg. 47

2.3.1 Anàlisis del senyal DMX ..........................................................................pàg. 47

2.3.2 Atenuació del senyal per l’entrada de l’emissor de vídeo .....................pàg. 48

2.4 Funcionament del sistema receptor .................................................................pàg. 50

2.4.1 Sistema de recepció del senya del medi...................................................pàg. 51

2.4.2 Filtre, xarxa RC passabaixos ...................................................................pag. 52

2.4.3 Comparador. LM 311...............................................................................pàg. 55

2.4.3.1 Nivell d’offset ....................................................................................pàg. 58

2.4.4 Generació del senyal DMX, NAND 7400................................................pàg. 59

2.4.5 Font d’alimentació simètrica estabilitzada.............................................pàg. 62

2.4.5.1 Característiques ................................................................................pàg. 63



2.1 Descripció general.

Es necessària una descripció dels diferents dispositius necessaris per a realitzar l’objectiu del projecte.

Aquest dispositius formen part de tres sistemes on es descriuen a continuació:

El sistema de transmissió on es descriu quin sistema s’utilitza per enviar el senyal DMX a través de radio.

El sistema d’emissió, inclou els dispositius necessaris que generen el senyal DMX fins arribar a sistema de transmissió.

El sistema receptor, el senyal que el arriba del sistema de transmissió s’ha de deixar-la com si l’enllaç fos per cable, es a dir, igual que com ha estat generada pel controlador DMX.

2.1.1 Sistema de transmissió.

Es defineix el sistema de transmissió, com els dispositius utilitzats per convertir un senyal elèctric que ha estat transmès per un cable, en un senyal electromagnètic amb la finalitat d’emetre aquest senyal per l’espai aeri.

En aquest projecte, com ja s’ha dit l’apartat 1.5 que descriu les solucions adoptades, s’utilitza un sistema de radioenllaç de senyal de vídeo, i amb aquest dispositiu es transmetrà el senal DMX.

S’ha utilitzat un sistema comercial de transmissió de vídeo per radioenllaç, els dispositius són els que apareixen a la Figura 2.1, de la marca AverMedia, la versió AVerSender 300 [5].

Figura 2.1: Imatge comercial del AverSender 300



Per a complementar aquest sistema d’enllaç es realitza una petita investigació per a millorar aquest enllaç, s’han dissenyat unes antenes que s’utilitzaran per optimitzar el radioenllaç entre el sistema emissor i el receptor.

Per a dissenyar les antenes s’ha de tenir en compte el seu ús i utilitzant la banda de freqüència de 2,4 GHz, corresponent a la banda ISM, on la potència màxima d’emissió no ha de sobre passar els 20 dBm (PIRE), segons la norma UN-85 del CNAF (Annex II).

2.1.2 Sistema emissor.

La funció d’aquest sistema consistirà en emetre a l’espai, el senyal DMX. Com ja s’ha descrit anteriorment es necessari un atenuador per ajustar aquest senyal de sortida del control de llums, a l’entrada del emissor de vídeo.

Degut a aquesta atenuació, el voltatge ha de ser prou elevat (proper al voltatge màxim suportat a l’entrada de l’emissor) per a que la transmissió sigui el més fiable possible.

A la pràctica, s’ha fer amb un cable que converteix la connexió de sortida del control DMX, connector canon i a l’altre extrem del cable un connector RCA, aquest a l’entrada del emissor de vídeo.

2.1.3 Sistema receptor.

Aquest sistema esta situat al finalitzar el sistema de transmissió. Te la finalitat de recuperar el senyal que ha detectat el receptor de vídeo i convertir-ho a una tensió i un corrent per a que es pugui distribuir als diferents dispositius DMX.

La detecció ve relacionat directament del senyal que ha estat emesa, el propi receptor de vídeo incorpora un sistema control de guany automàtic, ajudant a que el senyal ens arribi més clar, però el que interessa es intentar recuperar el senyal quan el senyal que arriba es dèbil.

La següent Figura 2.2, mostra els circuits que incorpora el Regenerador DMX, incorpora el circuit detector del senyal i la font d’alimentació independent.

Ja que el sistema incorpora dos circuits integrats, el comparador LM 311 i la porta lògica 7400, per al seu funcionament es necessària la implementació d’una font d’alimentació simètrica i estabilitzada.

Figura 2.2: Interior del Regenerador DMX.



2.2 Sistema de transmissió.

A continuació es realitza un anàlisis sobre el sistema que s’utilitza per enviar a través d’un radioenllaç el senyal DMX, aquest apartat s’estudia la potència, directivitat i sensibilitat del sistema.

També s’ha realitzat un estudi de diferents tipus d’antenes, per a millorar la fiabilitat i directivitat del radioenllaç.

2.2.1 Sistema utilitzat per l’enllaç sense fils.

S’utilitza un enllaç de vídeo i àudio comercial, es a dir, que el seu preu es assequible (60 €); s’ha cregut convenien descriure primerament aquest dispositiu emissor i receptor de vídeo, ja que d’aquest dependrà el disseny de l’antena depenent de la seva potència de sortida.

2.2.1.1 Anàlisis del dispositiu AverSender 300.

El sistema esta format per un emissor, encarregat de radiar i distribuir al medi aeri la informació que s’ha connectat a l’entrada de vídeo; i un receptor que ha de ser capaç de captar el senyal emès, i transformar-ho en senyal elèctric.

En aquest projecte, modula el senyal d’entrada de vídeo, cap a la banda ISM de 2,4 GHz i llavors a través d’una antena externa, ho emet cap al medi; el dispositiu en el qual s’han fet les proves es de la marca AverMedia, disponible en qualsevol tenda d’electrodomèstics o informàtics, el producte es el AverSender 300.

L’emissor incorpora un transceptor de vídeo amb la referència AWM609 TX (especificacions adjuntes a l’annex I), el qual es poden seleccionar fins a 4 canals diferents de transmissió, es a dir, diferents freqüències portadores si es dona el cas que es produeixin interferències.

El receptor incorpora el AWM608 RX, aquest es el receptor de vídeo el qual s’ha de seleccionar el mateix canal utilitzat per l’emissor.



La Figura 2.3, mostra l’esquema de les connexions del emissor (AWM609TX) i del receptor (AWM608RX) que s’utilitza per enllaçar

Figura 2.3: Esquema de connexionat del sistema de emissió i recepció de vídeo que incorpora el

AverSender300.

Una de les característiques que ens interessa es la potència de sortida del transmissor, segons les especificacions que s’adjunten al l’annex I, podem veure que el guany que ens dona aquest dispositiu es de 10 dBm; aquest càlcul ens servirà per al disseny de l’antena.

Degut a que les especificacions del sistema no ens dona la potència de sortida amb l’antena monopol que incorpora; s’ha analitzat el coeficient de reflexió de l’antena del receptor, situada en la següent Figura 2.4, on també es mostra el mòdul receptor (AWM608RX).

Figura 2.4: Fotografia on es situa l’antena i el circuit del mòdul receptor.

Antena del Receptor

Circuit receptor AWM608 RX



S’ha mesurat el coeficient de reflexió de l’antena (Figura 2.5), aquesta mesura es realitza amb un pont reflexiomètric que s’incorpora a l’analitzador d’espectres (model R&S FSH3 de Rohde&Schwarz,) amb el qual es pot observar l’ample de banda que ressona

ig b un ample de anda de 2,8 GHz.

ric corresponent al guany corresponent a un dipol amb un

er càlcul definim la longitud d’ona amb l’equació 2.1:

l’antena.

Figura 2.5: Mesures del coeficient de reflexió de l’antena del emissor.

El resultat que hem d’observar ha d’estar per sota de -9 dB (valor de ROE o SWR ual a 2) de les dues mostres de la figura de 1,2 GHz a 3 GHz, per tant am

b

La freqüència amb el qual es produeix un pic de màxima sensibilitat es produeix a la freqüència de 2,53 GHz.

Es realitza en estudi teòprograma programat per a MATLAB, el SUPERNEC utilitzat per l’anàlisi teòric d’antenes.

Per realitzar un prim

mc 125,0103 8

=×

==λ f 102400 6

0 ×(2.1)

Ja que per raons de ressonància, i d’adaptació demissor i l’antena, la longitud de l’antena monopol amb pla de massa isotròpica, correspon l’equació 2.2:

’impedància entre el dispositiu

a

mL 031,04125,0

4===

λ (2.2)



Aquest ens dona una directivitat (Figura 2.6, dreta) i el corrent que circula al llarg (Figura 2.6, esquerra) del on es mostra els ampers que circulen pel monopol i provocar un camp elèctric i magnètic corresponent al monopol amb pla de massa.

Figura 2.6: Simulació amb SUPERNEC, de la directivitat

rò aquesta directivitat es teòrica, dona com ha resultat màxim de 0,9 dB; però degut

ceptor pel fabrica

güent Figura 2.7, mostra una captura realitzada per l’analitzador d’espectres prop de

i corrent d’un monopol amb pla de massa.

Pea els agents externs i atenuacions provocades per adaptacions d’impedància,

resistència del sistema de transport, etc., finalment ens queda un guany al voltant de 0 dB, amb el qual no influirà ni en atenuar el senyal de sortida ni en donar més guany.

Aquesta antena esta incorporada tant en el dispositiu emissor com en el rent, amb això, sabent que la potència de sortida de 10 dBm del circuit emissor

(AMW609 TX). Es pot dir que tota la potència radiada per l’emissor es el que ens dona tot el sistema circuit emissor, sabent que l’antena es major a 0 dB, la potència de sortida serà de 10 dBm.

La se l’antena emissora:

Figura 2.7: Espectre d’un senyal DMX transmesa per l’emissor de vídeo.



Aquest senyal correspon al senyal DMX modulat en FM i com mostra la Figura 2.7, la portadora esta anul·lada (la β correspon a un índex de modulació de 2,4). Per tant el senyal DMX modulat ocupa un ample de banda (BW) d’uns 5 MHz , segons es mostra la següent Regla de Carson (equació 2.3), si la l’ample de banda d’informació (B) es de 740 kHz.

BBW )1(2 += β (2.3)

Si el senyal fos de vídeo ocuparia més ample de banda (BW) ja que es modula amb FM.

En aquest apartat s’estudia la possibilitat d’utilitzar antenes alternatives al monopol, per tal d’augmentar la directivitat, i donat que la psota de la PIRE màxima, augmentar la distància del rad

Una opció es estudiar les botzines circulars. Per a fer-ho, s’han fet un seguit deàlculs

ràctica, es mostres les mesures que s’han realitzat a diferents tipus d’antenes.

Elèctric i TM (Transversal Magnètic). Els modes de propagació que la guia admet depenen simplement de les seves dimensions, diguem que depenen de que la longitud d’ona pugui entrar a la guia. Per això, cada mode de propagació te una freqüència de tall

a atenuació molt elevada, i la senyal s’anul·la ràpidament ment a una distància d’un parell de longituds d’ona es pot

considerar que desapareixen).

TE11 però per sota de la de M01,

2.2.2 Anàlisis d’antenes per la millora de l’enllaç per radio.

otència de transmissió es de 10 dB per

ioenllaç.

c teòrics corresponent a aquest antenes tipus botzina, finalment aquest càlculs portats a la p

2.2.2.1 Disseny de les antenes:

En aquest apartat es mostra una millora del sistema d’enllaç sense fils, concretament s’estudia la millora de la directivitat de les antenes entre emissor i receptor; això suposa un estudi teòric que al final es posat en pràctica.

L’estudi es realitza sobre una antena tipus botzina circular, degut a la reflexió de la ona a les parets, dintre d’una guia d’ona no existeix un únic mode de propagació com passa en espai lliure o en un cable coaxial. Aquests modes poden ser TE (Transversal

)

per davall de la qual presenta unal propagar-se per la guia (típica

Es pretén operar en monomode, en el cas de la guia d’ona circular, el mode dominant es TE11, per lo que hi s’haurà d’elegir un diàmetre per a que la freqüència d’operació es trobi per damunt de la freqüència de tall perT que es el següent mode.

També es comprova com amb la presencia d’una altre mode TE21, es pot aconseguir més guany amb la combinació correcta dels dos modes.



TE11 TM01 TM21

Així doncs podem situar aquestes freqüències en una escala freqüencial, veure Figura 2.8:

Figura 2.8: Situació dels modes de propagació en una antena circular.

L’estudi teòric es pot trobar en la bibliografia [1]. Les freqüències de tall depenen del zeros de la funció de Bessel de ordre zero (J0(pnm)=0) o de la seva derivada, segons el tipus de mode (TE o TM), segona mostra l’equació 2.4:

acp

f mnmnc π2, = (2.4)

n c es la velocitat d la llum en l’espai (c=3·108 m/s), i a és el radi de la guia-ona. Els primers valors d

11: 1,841 GHz.

Si visualitzem les diferents camps el qmode TE11, serà de tall, per tant no s vol excitartambé el TE21.

oe els coeficients pmn es mostren a continuació:

TE

TM01: 2,405 GHz.

TE21: 2,51 GHz.

ual corresponen cadascun dels modes, el e , però el TM01 si que serà excitat, així com

A mode d’exemple, es mostra el camp elèctric E i magnètic H a la Figura 2.9 [4] pels dos primers modes.

Figura 2.9: Dos primers modes en una antena circular.



Si s’augmenta la dimensió de l’antena, es a dir el seu radi, apareixerà un tercer mode, el TE21, veure Figura 2.10:

Figura 2.10: Tercer mode d’una antena circular.

Amb aquestes dades podem procedir als càlculs de les dimensions de l’antena, es calcula el radi de l’ant les freqüències de tall dels dos primers modes [1]:

ena. Amb les equacions 2.5 i 2.6 es pot calcular

111 2841,1

Ccf CfaTE=

⋅=

π (2.5)

201 2405,2

CC fa

cfTM

=⋅

=π

(2.6)

s Les dues equacions anteriors es relaciones amb l’equació 2.7, aquesta relació enecessària per a calcular el valor de a:

0111 0 TMTE CC fff << (2.7)

Si es desenvolupa el càlcul, finalment ens queda:

0

8103405 ⋅×

0

8

2,2

2103841,1

fa

f ππ<<

⋅× (2.8)

Si substituïm la freqüència més elevada (canal 4 del AverSender 300) a la que funciona el sistema (f0 = 2,48 · 109), la relació queda com:

amm 8,4744,35 << mm



Les dimensions dels cilindre que es necessari, el seu di9,56 cm. Un cop calculada la dimensió del radi, continuem ammonopol a d’interior de l’antena. Per a fer-ho es calcula λg, degut a les reflexions a les parets fan també que la velocitat de propagació de les ones es redueixi dintre de la guia.

àmetre pot variar entre 7,08 i b el càlcul de la situació del

22

0

841,122⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛==

ag λπ

λπβ (2.9)

λg es a l’equació 8:

Si s’aïlla

22 841,1125,02

2

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

=

a

gπ

πλ

Substituint els valors de la longitud d’ona i el radi corresponents, amb això aconseguirem la distància on es situarà el monopol (λg/4) i la distància de la longitud de la guia (3λg/4), aquestes dades seran diferents depenent del radi, es pot veure a la següent Taula 2.1:

Distància del radi λg (cm) λg/4 (cm) 3λg/4 (cm) de l’antena (cm)

4 31 7,75 23 4,25 24 6,1 18 4,7 18,3 4,6 13,7

Taula 2.1: Dimensions de l’antena circular per a radis diferents.



Ja es tenen les dades suficients per a construir, abans d’això es mostra la Figura 2.11, on es mostren per situar-hi les dimensions i distàncies calculades a la Taula 2.1:

λg/4

aλ0/4

3·λ0/4

Figura 2.11: Esquema de les antenes receptora i emissora.

2.2.2.2

utilitzat i afegint les antenes que abans s’han calculat a l’apartat anterior.

Es realitza el càlcul d’una antena am pla de massa amb longitud λ/4, sense cap tipus d’interferència, aquest s’anomena una propagació en espai lliure, són regions prop de la font, cam ten levades

Per quació de Friis (equació 2.10), per a calcular la potència en recepció (PR):

Càlculs de les distàncies de l’enllaç:

En aquest apartat es realitzen els càlculs teòrics de cobertura del sistema de

transmissió

b

bres anecoiques, an

això s’utilitza la e

es molt e .

RTT

R Gd

GP=P

ππλ44

2

⋅⋅⋅ (2.10)

La PT es la Potència en transmissió, el GT i el GR són els guanys de les antenes en recepció, i la d és la distància entre emissor i receptor.

Si es vol aconseguir la distància en que es pot arribar en camp llunyà, s’ha d’aïllar la d, finalment queda l’equació 2.11:

2

transmissió i en

( ) R

RTT

PGGPd 2

2

4πλ⋅

= (2.11)



Segons les característiques específiques del receptor utilitzat, el AWM608RX, adjuntes a l’annex d’aquest projecte; ens indica que la seva sensibilitat de recepció es de

0 a -85 dBm.

Si es passa la potència a lineal, utilitzant l’equació 1.1; la PR = 3,16·10-12 W. Si el

guany de les antenes es de 1 W (0 dB el GT i GR), ja que es tracta d’una antena amb pla de massa, i la potència en transmissió es PT = 10 mW.

Al final la distància en espai lliure sense cap tipus d’atenuació, ens dona distàncies més elevades si augmenten el guany de l’antena, com es pot observar en la següent Taula 2.2:

-3

Guany de les Distància (m)dues antenes (dB)

0 560 3 1.120 6 2.238

Taula 2.2: Relació entre el guany de les antenes i la distància entre elles en mode espai lliure.

es produeixen efectes d’atenuació per reflexió amb el terra, s’utilitza la estre o de terra plana. Utilitzant l’equació 2.12, el qual es pot determinar

la distàl punt

Ja que propagació terr

ncia que es pot aconseguir si el terreny es pla (terra amb baixa rugositat, mar, etc.) dues dimensions determinades. Com es mostra en la Figura 2.12, les coordenades dede reflexió depenen de les alçades efectives h1 i h2.

2

221 ⎞

⎜⎝⎛ ⋅

=d

hhGGPP RTTR (2.12) ⎟⎠

Figura 2.12: Esquema de propagació en el model de terra plana.



el terra, existeixen altres factors que influeixen a la distància entre les

La Taula 2.3 mostra com la distància a disminuït degut si apliquem l’equació 2.12, es un exemple de com es pot arribar a atenuar el senyal, en aquest cas solament s’atenua degut al reflex dantenes de recepció i emissió.

Guany de les dues antenes (dB)

Distància (m)

0 230 3 335 6 398

Taula 2.3: Relació entre el guany de antenes i la di tre elles en mode terra plana.

Segons les característiques del AverSender 300 [5], garanteix 100 metres de distàn

Les proves realitzades transmetent el dades de control DMX, ha arribat a una distància de 70 metres sense cap tipus d’ r, però l’emissor i receptor han d’estar

En aquest apartat es mostren les diferents mesures que s’ha ralitzat a diferents tipus de cilindres reciclats, utilitzant les diferents dimensions teòriques que s’han calculat (Taula 2.1) son necessaris per aconseguir aquests cilindres que corresponen a dimensions que es poden aconseguir fàcilment, ja que comercialment existeixen.

Càlcul del guany teòric.

les stància en

cia sense cap obstacle, i 30 metres a l’interior d’una casa.

errovisibles. Si hi ha obstacles, es garanteix una bona transmissió als 20 metres.

2.2.2.3 Mesures realitzades a les antenes:

Es necessari fer el càlcul teòric del guany de les antenes que es poden utilitzar, per fer-ho es necessar rebuda a l’antena

ceptora i la densitat de potència incident.

Com que en el nostre cas utilitzem l’àrea efectiva (Aef) i la longitud d’ona (λ):

i definir l’àrea efectiva com la relació entre la potència re

efAD 24λπ

= (2.13)



Utilitzant l’equació 2.13, i substituint l’àrea efectiva corresponent a una bocina cònica, la directivitat ens queda l’equació 2.14:

ilaD ηπλπ 22

4= (2.14)

Amb el coeficient d’il·luminació (ηil), sense obertura cònica correspon a 0,8, per tant la directivitat teòrica de les dife ts antenes ens donarà els resultats que mostra la Taula 2.4 els següents resultats:

ren

Distància del radi Directivitat Directivitat de l'antena (cm) (W) (dB)

4 3,23 5,09 4,25 3,65 5,62 4,7 4,44 6,48

Taula 2.4: Directivitat d’una antena circular segons el seu radi.

Com es pot observar com més elevat es el radi, més gran es la directivitat, però quest esta limitat per la condició de propagació d’un únic mode en la guia ona. La

ió d’antenes on es propaguin modes superiors com el TM11 podria donar lloc a atenuacions elevades que reduirien la directivitat. Si es

autilització de guies ones per a la realitzac

possible excitar el mode TE10 però amb un monopol perpendicular a l’anterior (i a λg/4 d’aquest per estar desfasada l’ona 90º) de manera que l’antena utilitzaria les dues polaritzacions (vertical i horitzontal). Aquesta opció s’utilitza normalment en els alimentador de parabòliques per comunicacions per satèl·lit.



Mesures pràctiques dels cilindres reciclats seleccionats.

Realitzats els càlculs teòrics, a continuació es presenten a la Figura 2.13, les tenes cilíndriques utilitzades per a radiar amb una freqüència de 2,4 GHz i classificades

segons les seves dimensions:

Figura 2.13: res que s’han u per a fer les d esures.

ndre esquerre: ra , longitud va e = 11 a 25 cm,

.

Cilindre dret: esquerre: radi = 5 cm, longitud = 12 cm.

la cadascuna de les antenes ilíndriques.

an

Cilind

Cili

tilitzat

= 4 cm

iferents m

riabldi

Cilindre central: radi = 4,25 cm, longitud = 12 a 26 cm

Primer es mesura a quina freqüència ressonen aquestes antenes, ens fixarem que el coeficient de reflexió sigui menor a -9 dB (serà l’ample de banda el qual l’antena obté una bona recepció i/o emissió).

Com ja s’ha calculat anteriorment (equació 2.2), la longitud de l’antena dipol es de 3,1 cm, així doncs la construcció del dipol (Figura 2.14) correspon a un cable de coure soldat directament a un connector SMD que anirà roscat ac

Figura 2.14: Imatge dels dos dipols utilitzats i que es rosquen a les antenes cilíndriques.



La m gura 2.15.

L’ample de banda del dipol correspon de 2,13 Gquest ample de banda sembla ser una mica gran però es pot solucionar incorporant un

filtre passa ban

A continuació es me l de 4 cm, n es mostra la seva ressonà

La Figura 2.16 es mostra una imatge més detallada, centrada a 2,5 GHz, on l’ample de banda queda reduït a 200 MHz i la sensibilitat augmenta en la freqüència de 2.4 GHz.

pri era mesura consisteix en mesurar la seva ressonància, Fi

Figura 2.15: Mesura de la ressonància del dipol.

Hz a 2,76 GHz. (menor de -9dB), a

da abans del amplificador.

suren els diferents cilindres utilitzats, el primer serà eo ncia a la Figura 2.16.

Figura 2.16: Mesura de la ressonància del cilindre de 4 cm de radi.



de 4,25 mostra una ample de banda força gran, però el que interessa en el nostre cas es que te molt bona ressonància a 2,4 GHz, amb coeficient reflexió inferior a -14 dB, es mostra a la Figura 2.17.

ressonància que l’antena de 4 i 4,25 cm (Figura 2.18), però amb un ample de banda major, el seu coeficient de reflexió de fins a -18,2 dB, a la freqüència de 2,4 GHz fins a 2,48 GHz.

tua de filtre passa banda en 2,4 GHz, es necessari ja que s’eliminarien freqüències que ens poden afectar al senyal es vol transmetre, les altres dues no es així, per un bon funcionament cal incorporar abans del sistema d’amplificació un filtre passa banda.

S’han realitzat mesures de la potència de cada antena depenent del seu radi. La mesura fet ajustant l’analitzador d’espectres a la potència de 0 dB, referent a la radiació del mateix dipol que incorporen les antenes cilíndriques. Aquest guany no es massa fiable ja que la mesura esta condicionada per factors externs que poden fer variar la mesura, aquestes dades es poden contrastar amb les calculades anteriorment (veure taula 2.4), cal tenir en compte que a la potència que es mesura si afegeix el guany del dipol (0,9 dB), per tant li haurem de restar.

A continuació es presenten es mesures dels cilindres de 4,25 i 5 cm, el

El cilindre de radi 5 cm mostra una millor

Figura 2.17: Mesura de la ressonància del cilindre de 4,5 cm de radi.

La mesura d’aquesta última antena cilíndrica ens indica que aparentment es la que millor es pot ajustar per a millorar l’enllaç entre l’emissor i el receptor. L’antena de 4 cm ens ac

Figura 2.18: Mesura de la ressonància del cilindre de 5 cm de radi.



La primera mesura correspon al cilindre de 4 cm, Figura 2.19, ens dona un guany superior al càlcul teòric (5.09 dB), la mesura ens dona 5,9 dB, però restant el guany del dipol ens queda en 5 dB.

Un altra mesura correspon es la potència que ens dona l’antena cilíndrica de 4,25

Figura 2.19: Mesura del guany del cilindre de 4 cm de radi.

cm de radi, Figura 2.20, aquesta amb un guany de 8,4 dB menys els guany del dipol 7,5 dB, superior al guany teòric (5,62 dB), aquest guany superior pot estar provocat per efectes externs que poden afectar en aquesta mesura, en aquest afecta favorablement.

Figura 2.20: Mesura del guany del cilindre de 4 cm de radi.



Finalment s’afegeix l’ultima mesura que correspon al cilindre de 5 cm, en la teoria es l’antena amb més guany que les anteriors de 6,48 dB, a la nostra mesura el guany es de 9,9 dB (Figura 2.21), 9 dB si restem el guany del dipol.

uesta freqüència, els dispositius mateixos ja incorporen un passabanda per eliminar freqüències que poden deteriorar la portadora.

Figura i. 2.21: Mesura del guany la potència del cilindre de 5 cm de rad

Així doncs es pot observar com les dimensions de les antenes coincideixen la part pràctica com la teòrica en que si s’augmenta el radi, el guany també augmenta. També augmenta l’ample de banda, detall que s’ha de tenir en compte alhora de connectar-ho a l’emissor, però com es tracta d’un emissor i receptor de vídeo que treballen en aq



2.3 Funcionament del sistema emissor.

En aquest apartat tracta sobre la forma en que s’emet el senyal DMX. S’analitza el senyal DMX de la sortida de la taula de control d’il·luminació i es realitzen els càlculs adients per a poder ser emesa per l’emissor de vídeo.

2.3.1 Anàlisis del senyal DMX.

Per realitzar els càlculs d’aquesta atenuador, s’observa el voltatge del senyal de sortida DMX (Figura 2.22):

La Figura 2.2 mostra les dues senyals que ens subministra el control de DMX, el senyal superior, el senyal positiu i el senyal inferior, que es l’invers.

Tant el senyal positiu, com el seu invers, tenen el mateix voltatge, s’ha triat el senyal positiu per transmetre per l’emissor, aquest correspon al pin número 3, del connector XLR3 femella, sortida comuna en gairebé tots els controls d’il·luminació DMX.

Figura 2.22: Senyal DMX, sortida del control.

Canal inferior: Volts: 2 volt/div. T: 100 us/div.

Canal superior: Volts: 2 volt/div. T: 100 us/div.



2.3.2 Atenuació del senyal per l’entrada a l’emissor de vídeo.

La Figura 2.23 mostra la situació d’aquest atenuador format per la resistència R1 i la resist de l’emissor:

Per a realitzar els càlculs per aconseguir el valor d’aquesta resistència s’utilitza, l’equació 2.15, on VIN serà el voltatge d’entrada, i VOUT el de sortida:

L’atenuador es una resistència en sèrie amb el cable de transmissió ja que ha deprovocar una caiguda de tensió ja que l’emissor incorpora una resistència interna de 75ohms, ja que està dissenyat per rebre vídeo.

ència interna RIN

Figura 2.23: Circuit d’atenuació del senyal de control

SORTIDAIN

INENTRADA V

RRRV =+ 1

· (2.15)

Per tant, sabent que el voltatge màxim de l’entrada de l’emissor es 1 volt, la seva resistència es de 75 ohms i que el voltatge de sortida de control es de 4 V, si desenvolupem l’equació 2.15, s’aconsegueix un resistor de:

Ω=−×

=−=4·4·1 VR

VR

VR ININ

ENTRADA 22575175

SORTIDA

Per a no ilar ta ixò ens donaria 1 V, s’ha regut convenient triar un valor més elevat de la resistència per aconseguir que el voltatge

à el valor de 280 ohms, provocant una sortida e 0,86 Volts:

f nt prim, amb aquest valor, es a dir, que a

cno sigui tant just. La resistència doncs tindrd

VV 86,028075

75·4 =×



La Figura 2.24 mostra la caiguda de la tensió que es provoca per a insertar el l’emissor:

Així doncs aquest senyal es el que correspon al senyal que serà enviat, a través de l’emissor, podem observar com la traça superior te un voltatge proper a 4 volts, per tant serà el senyal del control, i l’atenuació provocada pel sistema es mostra la traça inferior, ja que el seu voltatge es de 800 mV.

senyal positiu a

Figura 2.24: Atenuació del senyal de control.

μs/div.

Traça superior: 1 V/div. 25 μs/div.

Traça inferior: 500 mV/div. 25

Assegurant que aquest senyal s’ha enviat correctament al medi sense produir cap distorsió per part de l’emissor.



2.4 Fu

El sistema de recepció del senyal DMX, es un poc més complex que l’emissor, ja ue ha de ser capaç de captar del medi, sabent que arriba amb un voltatge baix, al voltant

d’un volt i mig, el qual hem d’elevar a 5 Volts. A més es necessari afegir un sistema que ens torni a generar el senyal invers que no s’ha enviat.

Amb tot això complementat amb una font d’alimentació pel funcionament de la part de detecció del senyal i la seva sortida cap als dispositius DMX.

Aquest sistema s’ha estructura en quatre parts ven diferenciades detallades a continuació i que es poden identificar a la Figura 2.25:

Alimentació de tot el sistema.

Filtratge del senyal.

Detecció del senyal.

Senyal de sortida.

ncionament del sistema receptor.

q

Figura 2.25: Esquema de la part de recepció.



Els components electrònics que formen aquest sistema es mostren a la Figura 2.26

En aquest esquema no es mostren els components de la part d’alimentació, aquests estan situats al l’apartat 2.4.5, on es detalla la font d’alimentació simètrica.

A l’apartat de plànols d’aquest document, es troba el layout del regenerador de senyal DMX.

2.4.1 Sistema de recepció del senyal del medi.

Aquest apartat inc emès necessari, aquesta sca doncs, es evident que la realitza el sistema de recepció que va adjunt amb el emissor.

Aquest es el receptor del AverSender 300, el qual internament incorpora el circuit de recepció de vídeo AWM608RX.

L’interior del receptor es visualment semblant al transmissor, solament canvia el mòdul de transmissor per un mòdul de recepció, l’antena utilitzada es la mateixa, les especificacions mostra una sensibilitat de -85 dBm.

Una característica important d’aquest sistema es el Control Automàtic de Guany que incorpora; però per la contra ens arriba un senyal amb el offset que varia respecte al nivell de massa.

següent:

Figura 2.26: Esquema del sistema recuperador del senyal.

lou el sistema de recepció del senyalta



2.4.2 Filtre, xarxa RC passabaixes:

La sortida del senyal serà a través del capacitador i per resistor serà per l’entrada. Aquest components estan localitzats a l’esquema general del components del sistema de recuperació del senyal (Figura 2.26), compost pel condensador es el C1 i la resistència el R3.

Aquests dos components formen una xarxa RC, un filtre passabaix mostrada a la Figura 2.27:

Figura 2.27 Xarxa RC passabaix

Aquest circuit passen les freqüències altes i atenua les altes. La resposta sinusoïdal mb amplitud en estat estacionari. Es mostra en la Figura 2.28, on la línea contínua es la orba real i la discontínua es la aproximació asimptòtica pel diagrama de Bode. La funció e transferència ve donada per l’equació 2.16:

acd

RCfVSORT

ENT

··2π= (2.16) V 1

ual es vol començar a filtrar, la R i C, els valors de la

On la f es la freqüència el qresistència i el condensador respectivament.

Si el voltatge d’entrada es igual que el de sortida, ens queda que podem dissenyar un circuit que en atenuï es freqüències més altes que:

RCf

·21

π= (2.17)

Si substituïm a l’equació 3, els valors ens queda la següent freqüència de tall:

Hzf 42,549.591.11011002

19 =

×××= −π



Si el nostre circuit es d’una freqüència de 250 kHz ja que el temps de bit es de 4 μs, ixí doncs si donem uns valors del resistor de 100 ohms i el condensador de 1 nF la eqüència de tall serà de 1,6 MHz.

El diagrama mostra com l’atenuació en les freqüències de 1,6 MHz ja te una atenuació de 3 dB, ja s’ha rebaixat la meitat de la seva potència, i en a les freqüències més altes rebran una atenuació de 20 dB per dècada.

Aquesta atenuació es utilitzada per eliminar paràsits que poden afectar al sistema en el moment que existeixen interferències, per evitar enviar pics de senyals al comparador i

ies es realitza degut a que com es pot observar en la s

afr

Podem observar amb la Figura 2.28 el diagrama de Bode on es mostra l’atenuació de 3 dB que sofreixen les freqüències més altes de ω , on ωc c te un valor de 1,5 MHz:

aquest ho pugui interpretar com a senyal correcta.

L’atenuació d’aquestes altes freqüèncegüent Figura 2.29, degut interferències que poden ser provocades per obstacles,

distància els aparells.

+ 40

+ 20

0

- 10

- 20

- 30

- 40

- 50

c c c0,1 ω ω 10 ω

ω (rad/s)

Banda de pas Banda de rebuig

3 dB

- 20 dB / dècada

Figura 2.28: Diagrama de Bode d’un filtre passabaix



S’ha fet una captura del senyal que arriba directament del la sortida de vídeo del receptor amb relació amb el senyal filtrat, Figura 2.29.

Figura 2.29: Actuació del filtre passabaixes.

Traça inferior: 1V/div. 250 ns

rament més elevat que el que se li dona a emiss

segueix el que es mostra en el la traça

Traça superior: 1V/div. 250 ns

La traça superior mostra el senyal de sortida del emissor de vídeo, amb una amplitud d’1 volt, el senyal te el voltatge lleugel’ or (0,86 volts), ja que actua el Control Automàtic de Guany.

Aquest senyal de sortida de vídeo arriba amb unes petites oscil·lacions, provocades per altes freqüències, aquestes són filtrades i s’aconinferior, un senyal sense cap tipus d’oscil·lació, ni en nivell baix, ni en nivell alt.



2.4.3 C

Després de que el senyal hagi estat filtrat per a resoldre problemes d’interferències, el senyal arriba a l’entrada negativa del comparador.

La detecció del senyal es fa amb un comparador, concretament amb el LM 311 (Figura 2.30), el funcionament es degut a que es comparen les dues entrades, la positiva (VREF 2) i la negativa (VIN 3), i determinar quina es major; la sortida (VOUT 7) del comparador serà positiva (nivell alt) quan la tensió que volem detectar (VIN) es menor que de la referència (VREF), per tant quan la tensió de l’entrada es més positiva que la de referència, la sortida (VOUT 7) estarà en nivell baix.

El comparador es un dispositiu que es capaç de comparar dues tensions per a determinar quina es major. En aquest cas, el comparador actua com ha detector del senyal a partir del senal d’entrada, es a dir, la sortida del comparador serà positiva quan la tensió del circuit Vi, es major que la tensió de referència, VREF (Figura 2.30).

omparador, LM 311:

V in

V refV out

Figura 2.30: Esquema per a la detecció del senyal amb el LM 311.



S’utilitza el comparador amb saturació que opera l’amplificador operacional al mode de llaç obert, depenent del elevat guany del llaç obert per arribar la saturació, i obtenir una tensió positiva de 5 V i la negativa de 0 V.

dit anteriorment, la sortida (senyal ferior

El senyal s de 8 mV, el omparador detecta el canvi, que el valor de l’entrada negativa es més positiva que la de

Podem veure a la següent Figura 2.31 com actua el comparador amb una captura realitzada a la sortida del comparador, com s’ha in ) serà la inversa de l’entrada (senyal superior).

Figura 2.31: Detecció del senyal filtrat pel comparador.

Senyal superior: 1V/div. 250 ns /div.

Senyal inferior: 1V/div. 250 ns /div.

uperior mostra la senyal ja filtrada, i al arribar a un valorcl’entrada positiva, i llavors canvia el seu estat a negatiu.



Si es realitza una comparació amb les característiques tècniques que dona el fabricant, característiques del LM311 incloses a l’annex d’aquest document, s’observa a la Figura 2.32 que quan li arriba un flanc de pujada, el temps que tarda en generar la sortida negada

Figura 2.32: Temps de resposta del comparador LM 311.

Aquest petit retard no influeix en el senyal, ja que el retard no es important ni en temps de pujada i de baixada, ja que el temps més petit es el temps de bit, de 4 μs.

En la Figura 2.32 s’observa com la sortida VOUT incorpora una resistència connectada a 5 V, això ens indica que aquesta sortida es de col·lector obert i serà necessari col·locar aquesta resistència per a que el voltatge de sortida sigui òptim per l’entrada del circuït integrat 7400.

Així doncs aq que ens proposa les especificacions (500 Ω) conne mentació de 5 V.

es de 100 ns a 300 ns; s’ha comprovat a la pràctica com tarda una mica més, la Figura 2.31 ens indica un temps ajustat a 450 ns, aquest retard pot ser degut a que no es detecta el canvi de valor fins que no arriba a un voltatge més elevat (8 mV).

uesta resistència serà del valor semblant al ctada a la sortida de la font d’ali



2.4.3.1

mparador que nnex, si el nivell serà a partir de 100 mV, la senyal no serà detectada.

Per això s’incorpora un nivell d’offset variable, calcularem una caiguda de tensió per a l’entrada de referència (VREF) del comparador amb la equació 2.15 i identificant els components la Figura 2.30:

Nivell d’offset.

S’ha detectat que el senyal de sortida del receptor te una variació del nivell d’offset, en aquest cas si tenim el nivell de referència a 0V (entrada VREF a 0 V), i el nivell baix de sortida del receptor es major de 0 V, segons les especificacions del cos’adjunten a l’a

REFENT VRR

RV =+ 21

1

Càlcul del nivell màxim de variació del offset:

Vkk

kV 41,4480200

20015 =Ω+Ω

Ω

Així doncs, la qual podrem ajustar si el offset del senyal que ens dona el receptor esta en aquest nivell.

variació del offset serà entre 0 i 4,41 V, amb el

Un exemple de com actua l’offset s’observa en aquesta Figura 2.33:

Figura 2.33: Detecció del senyal per variació de l’offset.

Traça superior: 1 V/div. 50 µs/div.

Traça mitja: 500 mV/div. 25 µs/div.

Traça superior: 5 V/div. 25 µs/div.



La traça superior correspon al senyal enviat pel receptor (sortida del filtre rriba amb un offset de 0.9 V, així per detectar el senyal de l’entrada, ens cal presentat per la traça mitja, te un voltatge de 0,85 V; finalment s’observa

om el

MX, NAND 7400.

Aquest apartat es descriu l’ultima part del regenerador, es a dir, on es descriu la part al de la generació del senyal DMX, amb els voltatges adequats i el senyal DMX amb el

S’utilitzarà l'integrat 7400, ja que disposa de quatre portes NAND, les specificacions tècniques estan troben a l’annex del projecte, les quals ens indica un

voltatge d’alimentació, so a i d’entrada òptim de 5 V, a més a més un temps de resposta mínim de 9 ns, suficient per respondre als senyal de sortida del comparador, ja que la durada d’un bit es de 4 μs.

El funcionament d’aquest sistema es pot observar en el següent Figura 2.34:

Es basa en utilitzar la porta NAND com a porta inversora, es a dir, el senyal que surt del comparador es connectarà a les dues entrades de la porta, per així generar el complementari de l’entrada.

passabaixes), aque l’offset, rec senyal ha estat detectat, representat per la traça inferior (senyal de sortida DMX).

Aquest offset es ajustable, i es troba situat a la tapa del regenerador del senyal DMX, Figura 1.12.

2.4.4 Generació del senyal D

finseu invers.

e

rtid

7400Senyal de sortida del comparador

DMX +

DMX -

Figura 2.34:Funcionament de la porta NAND



Sabent que la sortida del comparador es el senyal invers del DMX, al passar per la primera porta, el senyal que en surt serà el DMX +, llavors per aconseguir el senyal invers, s’utilitza aquesta mateixa sortida per connectar a les dues entrades d’una altra porta NAND, i així tornar a invertir l’entrada aconseguint la sortida DMX -, finalment ens queda

als de sortida es connectaran a un connector XLR de 3 pins, connector at per l’en

l·loca una resistència de 120 ohms, entre la sortida del senyal del connector XLR, ja que d’aquesta manera

sibles rebots del senyal per la seva transmissió pel cable, i aconseguir la màxima transferència de potència, tenint en compte que l’últim dispositiu DMX, també ha d’incorporar una resistència per a tancar el sistema.

el que es mostra aquest dibuix (Figura 2.35):

Sortida comparador

Sortida DMX +Sortida DMX +

Sortida DMX -

Figura 2.35: Esquema del 7400 per a general el senyal DMX.

El senyutilitz llaç de dispositius DMX, serà un connector que el fixarem la caixa, es pot veure localitzat en la Figura 1.66 (sortida DMX), situat a la memòria descriptiva.

Cal recordar que es coDMX + i DMX -, o també, entre els pins 2 i 3 s’eliminen pos



S’ha realitzat una prova amb un generador de funcions per a provar la fiabilitat del sistema en altres tipus de circumstàncies, s’ha posat a l’emissor, un senyal de 1,2 MHz, el resultat es la següent Figura 2.36:

Figura 2.36: Senyal recuperada pel Regenerador.

la porta

Totes les traces: 2 V/div. 500 ns

La traça 4 correspon a la sortida del filtre passabaixes, amb això s’ha aconseguit que el senyal que es mostra la traça 3, es la sortida del comparador, aquestes oscil·lacions no afecten al circuit que incorpora les portes NAND, el qual genera el senyal que primerament s’ha introduït a l’emissor de vídeo. S’observa el retard introduït perNAND, essent de l’ordre d’uns 100 ns. Aquestes figures mostren que el sistema funciona correctament fins a velocitats de 1.2 MHz. Aquesta velocitat esta en part limitada pel filtre passa baixos i pels temps de pujada i retard del comparador i portes NAND. Les prestacions són doncs les suficients per transmetre senyals DMX a 250 kHz.



2.4.5 F

Per al correcte funcionament dels components actius, com es el cas del comparador M311 i l'integrat 7400, es necessari la implementació d’una font d’alimentació per limentar amplificadors operacionals, aquests requereixen alimentació simètrica, es a dir,

de voltatge de -12, 12 volts, aquesta voltatge simètric s’utilitza pel comparador LM311, per al 7400, s’utilitza la sortida de 12 V i es limita a 5 V.

L’esquema de la font que s’ha utilitzat es el que es mostra a la següent Figura 2.37.

ont d’alimentació simètrica estabilitzada.

La

Figura ntació. 2.37: Esquema de la font d’alime

La fabricació de la placa s’ha dissenyat un layout per a instal·lar els components, aquest document es troba als plànols d’aquest document.



2.4.5.1 Característiques:

El muntatge es basa en la utilització dels integrats LM 7812 i el LM 7912 com ha reguladors fixes. El circuit esta compost en diferents parts, la primera rectificat i filtratge, la segona part composta pels reguladors i una tercera que serveix com ha protecció.

En l’esquema del circuit (Figura 2.37) es poden identificar els components que es descriu a continuació la funcionalitat de cadascun:

Rectificat i filtrat:• El rectificat del senyal alterna es realitza amb el pont de díodes D1, del filtrat del senyal rectificada se n’encarrega els condensadors C1, C2, C3 i C4, proporcionant una tensió continua sense estabilitzar a l’entrada dels regulars.

• Regulació: L’ajust de l’alimentació d’entrada en una alimentació fixa i estable es realitza mitjançant els integrats IC1 (regulador positiu) i IC2 (regulador negatiu). A l’esquema de connexions s’ha utilitzat els integrats ajustats internament a 12 Volts, amb una intensitat màxima d’ 1 A.

• Protecció: El circuit esta protegit contra inversions de polaritat en la carga mitjançant els díodes D2 i D3, també, conta amb els condensadors C5 i C6 que prevenen de qualsevol oscil·lació. S’han afegit els dos leds per mostrar l’estat de cada sortida.

S’ha cregut convenient realitzar diferents mesures de consum de tot el dispositiu, així com també cada part:

S’ha comprovat que el circuit, te un consum de 25 mA sense cap càrrega.

ió positiva de 5 V, alimenta al col·lector de sortida del senyal del

2,4 mA que alimenta la tensió positiva del comparador.

La tensió negativa de -12 V, alimenta la tensió negativa del comparador, amb un consum també de 2,4 mA.

Finalment, s’ha realitzat una última mesura corresponent al consum total del circuit tot i connectant dos dispositius DMX, i al final de la transmissió una resistència de 120 ohms; el consum del circuit es de 31,7 mA.

La tenscomparador, te un consum de 20 mA.

El consum de la tensió positiva de 12 V, es de


Dispositius DMX d’il·luminació controlats per radio 3. Plànols

3.- PLÀNOLS

Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Pàgina 64


ÍNDEX:

3.1 Circuit que componen el regenerador ............................................................. pàg. 66

3.1.1 Circuit regenerador .................................................................................. pàg. 66

3.1.2 Font d’alimentació .................................................................................... pàg. 67

3.2 Diagrama del regenerador................................................................................ pàg. 68

3.2.1 Diagrama dels components del regenerador.......................................... pàg. 68

3.2.1 Diagrama dels components de la font d’alimentació............................. pàg. 69



3.1 Circuit que componen el regenerador. En aquest apartat es mostren els layouts i els esquemes de components que s’han dissenyat per a la construcció del regenerador de senyal DMX, compost pel circuit regenerador i la font d’alimentació necessària.

3.1.1 Circuit regenerador.

Figura 3.1: Layout de pistes del regenerador.

Figura 3.2: Situació dels components a la placa regeneradora.



3.2 Font d’alimentació:

Figura 3.3: Layout de la placa font d’alimentació.

Figura 3.4:1 Situació dels component a la placa de la font d’alimentació.



3.3 Diagrama del regenerador. 3.3.1 Diagrama dels components del regenerador.



3.3.2 Diagrama dels components de la font d’alimentació.


Dispositius DMX d’il·luminació controlats per radio 4. Annex I

4.- ANNEX I



ÍNDEX

4.1 Llistat de components utilitzats........................................................................pàg. 72

4.1.1 Components de l’emissor .........................................................................pàg. 72

4.1.2 Components del receptor .........................................................................pàg. 72

4.2 Característiques tècniques ................................................................................pàg. 74

4.2.1 Datasheet del LM311................................................................................pàg. 75

4.2.2 Datasheet de la porta 7400 .......................................................................pag. 81

4.2.3 Datasheet del AWM609TX – AWM608RX............................................pàg. 83

4.2.4 Especificacions del protocol RS485.........................................................pàg. 87



4.1 Llistat de components utilitzats. En aquest apartat es detallen els components electrònics que són necessaris per implementar la part de l’emissor i la part del receptor.

4.1.1 Components de l’emissor. La part de l’emissor es senzilla ja que s’ha de provocar una caiguda de tensió amb

una resistència, seran necessaris els components que es detallen a la taula 1 ja que queda de manera compacta.

Component Valor Quantitat

Cable RJ -59 (75 Ω) 1 metre

Resistència d’atenuació 270 ohms 1

Connector RCA mascle 1

Connector XLR 3 pins mascle 1

Taula 1: Components de la part de l’emissor.

4.1.2 Components del receptor. La part del receptor es una mica més complexa ja que s’encarrega de recuperar el senyal que arriba de la part emissora, degut a que l’enllaç es per radio el senyal pot arribat una mica deteriorat. Els components que formen part de la part que regenera el senyal que arriba del receptor de vídeo es mostren a la Taula 2.


R1 480 k Ω 1

R2 200 k Ω 1

R3 100 Ω 1

R4 630 Ω 1

R5 120 Ω 1

C1 1 nF 1

IC1 LM311 1

IC2 LM 7400 1

Connector BNC femella 1

Connector XLR 3 pins femella 1

Taula 2: Components de la part de recepció, regenerador de senyal.



Per connectar el dispositiu del receptor de vídeo, amb el regenerador de senyal són necessaris els components que es mostren a la Taula 3.

Component Valor Quantitat Cable RJ-59 (75 Ω) 1 metre

Connector RCA mascle 1

Connector BNC femella 1

Taula 3: Components de la part de recepció, cablejat.

Ja que la els elements actius que incorpora la part de regeneració de senyal necessiten alimentació, es necessària una font d’alimentació independent, a la següent taula (Taula 4) es mostren els components que inclou.


R1, R2 1 kΩ 2

C1, C2 1000 µs / 36 v 2

C3, C4 10 nF 2

C5, C6 10 µF / 25 V 2

D1 Pont de díodes 1

D2, D3 1N4001 6

D4, D5 LEDS 2

IC1 LM 7812 1

IC2 LM 7912 1

IC3 LM 7805 1

S1 Interruptor 1

F1 Fusible 500 mA 1

Portafusible Portafusible 1

Taula 4: Components de la part de recepció, font d’alimentació.


Dispositius DMX d’il·luminació controlats per radio 4. Annex I 4.2 Característiques tècniques dels components:

Per un correcte us dels dispositius utilitzats, s’ha consultat els fulls de característiques de cadascun d’ells. Aquests documents s’ha aconseguit per Internet, per això a continuació es mostraran els enllaços d’on aconseguir les característiques.

S’han adjuntat les fulles de característiques que fan referència a les parts dels components que s’ha cregut més importants.



4.2.1 Datasheet del LM311. A continuació es mostra les característiques del comparador que s’ha utilitzat,

extretes d’Internet [7].


Dispositius DMX d’il·luminació controlats per radio 4. Annex I Dispositius DMX d’il·luminació controlats per radio 4. Annex I




4.2.2 Datasheet de la porta NAND 7400. En aquest apartat es mostren les característiques utilitzades per la implantació del l’integrat 7400 en aquest treball, han estat extretes d’Internet [8].



4.2.3 Datasheet del AWM609TX i AWM608RX. Aquestes característiques fan referència al dispositiu emissor i receptor de video que incorpora el AverSender 300.



4.2.4 Especificacions del protocol RS485. El senyal DMX s’ha dissenya seguint les característiques més importants del protocol RS485, ja que la seva velocitat de transmissió es força elevada (10 Mbps), alta fiabilitat i robustesa.


Dispositius DMX d’il·luminació controlats per radio 5. Annex II

5.- ANNEX II



ÍNDEX

5.1 Llei aplicada .......................................................................................................pàg. 90

5.2 Definició de les lleis............................................................................................pàg. 90



5.1 Llei aplicada: Tota la normativa aplicable a Espanya a les telecomunicacions la podem trobar a la pàgina web de la SETSI (Secretaria de l'Estat de Telecomunicacions i per a la Societat de la Informació), el qual depèn directament el Ministeri d’Indústria, Turisme i Comerç. 5.2 Definició de les lleis: Amb el nostre cas l'Espectre Radioelèctric que ens interessa al ser un comú que es regula al Títol V de la Llei 11/1998 d'abril General de Telecomunicacions (referència 1, a la taula A2), a l'”Article 61. Gestión del dominio público radioelèctrico.”

Articulo 61. La gestión del dominio público radioeléctrico y las facultades para su administración y control corresponden al Estado. Dicha gestión se ejercerá de conformidad con lo dispuesto en este Título y en losTratados y Acuerdos internacionales en los que España sea parte, atendiendo a la normativa aplicable en la Unión Europea y a las resoluciones y recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones y de otros organismos internacionales.

Per saber quina part de l’Espectre Radioelèctric es d’us púbic i quines freqüències es troben dintre l'anomenat “ús comú” s’ha de consultar el Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias (referència 2, Taula A2). Aquest quadre estableix qua els rangs de freqüència 2300-2450 i 2,45-2,520 (són dos taules les que engloben la banda de freqüència que ens interessa 2400 – 2483,5.) i per tant aquest rang es troba en un ús bastant general, com privat, o especial. La llei general de les telecomunicacions 11/1998, ens indica a l’article 7 del Títol II, que no es necessari un títol, certificació, butlletí etc. que acrediti que som aptes i els equips compleixen la normativa: Artículo 7. Títulos habilitantes y supuestos en los que no es preceptiva su obtención. ...”quedarán excluidos del régimen de autorizaciones y licencias establecido en esta Ley: a) Los servicios de telecomunicaciones y las instalaciones de seguridad o intercomunicación que, sin conexión a redes exteriores y sin utilizar el dominio público radioeléctrico, presten servicio a un inmueble, a una comunidad de propietarios o dentro de una misma propiedad privada. b) Los servicios de telecomunicaciones establecidos entre predios de un mismo titular que no utilicen el dominio público radioeléctrico. c) Las instalaciones o equipos que utilicen el dominio público radioeléctrico, mediante su uso común general.” ...



Les Notes d'Utilització Nacional (referència 2, Taula A2) que ens afecta (segons el CNAF) a la banda 2400 – 2483,5 MHz són les següents, Taula A1:

Norma Banda de freqüències designades per aplicacions industrials, científiques i mèdiques (ISM).

Especificacions

UN – 51 - 2400 a 2500 MHz (frecuencia central 2450 MHz) - 5725 a 5875 MHz (frecuencia central 5800 MHz) - 24,00 a 24,25 GHz (frecuencia central 24,125 GHz) - 61,00 a 61,50 GHz (frecuencia central 61,250 GHz)

Los servicios de radiocomunicaciones que funcionen en las citadas bandas deberán aceptar la interferencia perjudicial resultante de estas aplicaciones. Los equipos ICM que funcionen en estas bandas estarán sujetos a las medidas prácticas que adopte la Secretaría de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Información si fuera necesario para que las radiaciones fuera de banda de estos equipos sean mínimas, sin perjuicio de lo establecido en el Real Decreto 444/1994 de 11 de marzo sobre requisitos de protección relativos a compatibilidad electromagnética. La utilización de estas frecuencias para las aplicaciones indicadas se considera uso común.

UN – 52 Banda de 2500 a 2700 MHz.

Se han realizado nuevas atribuciones del servicio móvil por satélite con categoría de servicio primario entre 2483,5 y 2520 MHz en sentido espacio-Tierra y entre 2670 y 2690 MHz en el sentido Tierra-espacio, por lo que las canalizaciones que han venido siendo utilizadas deben ser reordenadas y por ello solo se asignarán frecuencias en las mismas en casos excepcionales y con categoría de servicio secundario.El abandono de esta banda por los usuarios de radioenlaces del servicio fijo deberá producirse a medida que vayan caducando las concesiones o vaya siendo necesario. En sustitución de dicha canalización se adopta la que se indica en la UN-90 y que la configuran las subbandas de frecuencias 2520 a 2593 MHz junto con 2597 a 2670 MHz para ser utilizada por el servicio fijo en enlaces de pequeña y mediana capacidad. Las solicitudes de frecuencias que se reciban para las nuevas canalizaciones del servicio fijo solo podrán ser atendidas cuando el nivel de abandono de las antiguas canalizaciones lo permita. En la banda entre 2450 y 2700 MHz se autorizan utilizaciones de enlaces móviles de televisión ( ENG) con categoría de servicio secundario. La CMR-2000 ha identificado, entre otras, la banda de frecuencias 2500-2690 MHz para futuras ampliaciones de los sistemas de tercera generación IMT-2000/UMTS.

UN – 85 Banda de frecuencias 2400 a 2483,5 MHz.

Estas frecuencias podrán ser utilizadas en redes de área local para la interconexión sin hilos entre ordenadores y/o terminales y dispositivos periféricos para aplicaciones en interior de edificios. La potencia total será inferior a 100 mW (PIRE). Otras condiciones de uso han de ser conforme a la Recomendación CEPT/ERC 70-03 Anexo 3 (referència 10, taula A2). Esta utilización se considera de uso común. Esta banda de frecuencias también podrá utilizarse para aplicaciones generales de baja potencia en recintos cerrados i exteriores de corto alcance. La potencia radiada máxima será inferior a 100 mW. Esta utilización se considera de uso común. En ambos casos, las características radioeléctricas de estos equipos se ajustarán a las especificaciones ETSI ETS 300 328 (referència 5, taula A2), ETS 300 440 (referència 4, 6, 7, 8 i 9)o bien al estándar específico, si es el caso y en base a lo anterior deberá realizarse la correspondiente evaluación de la conformidad.



Norma Banda de freqüències designades per aplicacions industrials, científiques i mèdiques

Especificacions

(ISM).

UN – 109 Frecuencias para enlaces de vídeo de corto alcance.

Se destinan las frecuencias 2421 MHz, 2449 MHz y 2477 MHz para su utilización, entre otras aplicaciones, en enlaces de vídeo de corto alcance para aplicaciones genéricas, tanto en interior de edificios como en exteriores, para alcances cortos en circuitos cerrados y equipos de potencia inferior a 500 mW con anchura de banda de emisión ajustada a la calidad de señal requerida. Las instalaciones de este tipo deben de aceptar la interferencia perjudicial que pudiera resultar de aplicaciones ICM u otros usos de radiocomunicaciones en estas frecuencias. Esta utilización se considera de uso común.

UN – 115 Bandas de frecuencias permitidas para aplicaciones no específicas de baja potencia (dispositivos de corto alcance). 13,553-13,567 MHz 40,660-40,700 Mhz 433,050-434,790 MHz 2400-2483,5 Mhz 24,0-24,25 GHz 61,0-61,5 GHz

Dichos dispositivos han de cumplir las especificaciones técnicas del correspondiente estándar EN 300 220, EN 300 330 o I-ETS 300 440, y ajustarse a las condiciones de uso y limites de potencia indicados en la Recomendación CEPT/ERC 70-03 Anexo 1 en los respectivos apartados. Esta utilización se considera de uso común.

Taula A1: Normes d'utilització del CNAF.



Ja que afecten normes espanyoles i europees, la Taula 2, mostra les normes utilitzades i la localització al web:

Num. Tipus de llei Referència

1 Notes de l’article S5 del Reglament de Radiocomunicacions:

http://www.fuerteventurawireless.net/normativa/setsi_mcyt/notas_del_articulo_s5_del_reglamento_de_radiocomunicaciones.pdf

2 Normes U.N. de la Utilització Nacional: http://www.fuerteventurawireless.net/normativa/setsi_mcyt/notas_un_de_la_utilizacion_nacional.pdf

3 Llei 11/1998, de 24 d'abril, General de Telecomunicacions http://www.mityc.es/setsi/legisla/teleco/lgt/indice.htm

4 ETS 300 440/C1 April 1996: I-ETS 300 440/C1 (1996-04)

Source: ETSI TC-RES Reference: DI/RES-08-0102-C1 ICS: 33.020, 33.060.20

This corrigendum modifies the Interim European Telecommunication Standard I-ETS

300 440 (1995) Radio Equipment and Systems (RES);

Short range devices; Technical characteristics and test methods

for radio equipment to be used in the 1 GHz to 25 GHz frequency range

http://www.fuerteventurawireless.net/normativa/etsi/i-ets_300_440-c1_corrigendum_(1996-04).pdf

5 ETS 300 328 November 1996 Second Edition: EN 300 328 Standard Second Edition (1996-11) European Standard (Telecommunications series)

Source: ETSI TC-RES Reference: RE/RES-10-09 ICS: 33.060.20 33.060.50

Radio Equipment and Systems (RES); Wideband transmission systems;

Technical characteristics and test conditions for data transmission equipment operating in the 2,4 GHz ISM

band and using spread spectrum modulation techniques

http://didier.quartier-rural.org/implic/ran/sat_wifi/ets_300328e02p.pdf

6 ETS EN 300 339 V1.1.1 (1998-06) EN 300 339 V1.1.1 (1998-06)

European Standard (Telecommunications series) Electromagnetic compatibility

and Radio spectrum Matters (ERM); General ElectroMagnetic Compatibility (EMC)

for radio communications equipment

http://www.fuerteventurawireless.net/normativa/etsi/etsi_en_300_339_v1.1.1_(1998-06).pdf

7 ETS EN 300 440-2 V1.1.1 (2001-09) ETSI EN 300 440-2 V1.1.1 (2001-09)

Candidate Harmonized European Standard (Telecommunications series)

Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM);

Short range devices; Radio equipment to be used

in the 1 GHz to 40 GHz frequency range; Part 2: Harmonized EN under article 3.2 of the R&TTE

Directive

http://www.fuerteventurawireless.net/normativa/etsi/etsi_en_300_440-2_v1.1.1_(2001-09).pdf



Num. Tipus de llei Referència

8 ETSI EN 300 440-1 V1.3.1 (2001-09) ETSI EN 300 440-1 V1.3.1 (2001-09)

European Standard (Telecommunications series) Electromagnetic compatibility

and Radio spectrum Matters (ERM); Short range devices;

Radio equipment to be used in the 1 GHz to 40 GHz frequency range;

Part 1: Technical characteristics and test methods

http://www.fuerteventurawireless.net/normativa/etsi/etsi_en_300_440-1_v1.3.1_(2001-09).pdf

9 ETSI EN 300 440-1 V1.3.1 (2001-09) CEPT-ERC Recommendation 70-03

STATUS of

ERC RECOMMENDATION 70-03 RELATING TO THE USE OF SHORT RANGE

DEVICES (SRD) Including Appendixes and Annexes

at May 2003

http://www.fuerteventurawireless.net/normativa/cept/cept-erc_recommendation_70-03.pdf

10 http://www.fuerteventurawireless.net/normativa/cept/cept-erc_recommendation_70-03.jpg

ANEXO 7.1 Cuadro de Anexos CEPT-ERC 70-03

Taula A2: Lleis comunes de telecomunicacions.

Tota la documentació que conté aquest document, així com els enllaços es poden

trobar als seus respectius organismes, a la Taula 3, mostra la relació d’aquests:

Organisme Referència web Secretaria De Estado De Telecomunicaciones Y Para La Sociedad De La Información.

http://www.mityc.es/setsi/

European Telecommunication Standard Institute – ETSI. http://www.etsi.org

European Conference of Postal and Telecommunications Administrations.

http://www.cept.org

Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones http://www.cmt.es

Congreso de los Diputados http://www.congreso.es

Taula A3: Organismes on podem trobar totes les lleis esmentades anteriorment.


Dispositius DMX d’il·luminació controlats per radio 6. Referències

6. Referències:

Bibliografia:

[1] MICROWAVE ENGINERING. P.M. Pozar. Editorial John Wiley Sans, 2nd edition 1998. [2] DISSEÑO ELECTRÓNICO. Ciruitos y Sistemas. Savant, Roden, Carpenter. Editorial Addison-Wesley Iberoamericana, 2a edición 1991. [3] Revista Internacional de electrònica i ordenadores, ELEKTOR. Nº 260. Dr. Eduardo Corral.

Referències web:

[4] Analitzador d'especres R&S FSH3 http://www.rsd.de/ [5] Manual del AverSender 300. http://www.avermedia.com/cgi-bin/products_multimedia_aversender.asp#3 [6] Font d’alimentació simètrica estabilitzada

http://es.geocities.com/allcircuits/fuente2.htm

[7] Característiques del comparador LM311: http://www.national.com/pf/LM/LM311.html

[8] Característiques de la portat NAND 7400: http://www.fairchildsemi.com/ds/MM/MM74HC00.pdf [9] Especificacions del protocol RS485. http://www.rs485.com/rs485spec.html

[10] Pàgina dedicada a transmetre el senyal DMX per radioenllaç. www.wirelessdmx.com

[11] Pàgina on es recullen les lleis que es detallen a l’annex II. http://www.canariaswireless.net/download/archivos/normativa_wireless_actualizada_30-07-2003..pdf

[12] Pàgina web on es descriu el protocol DMX 512. www.dmx512.com

[13] Pàgina web que descriu la taula de control DMX utilitzada. http://www.martin.com

[14] Pàgina web que descriu el dispositiu d’il·luminació utilitzat. http://www.platinum-records.com/OMNISISTEM-OMNISCAN-HQI150-prod4519.htm


http://www.rsd.de/

http://www.avermedia.com/cgi-bin/products_multimedia_aversender.asp#3

http://es.geocities.com/allcircuits/fuente2.htm

http://www.national.com/pf/LM/LM311.html

http://www.fairchildsemi.com/ds/MM/MM74HC00.pdf

http://www.rs485.com/rs485spec.html

http://www.wirelessdmx.com/

http://www.canariaswireless.net/download/archivos/normativa_wireless_actualizada_30-07-2003..pdf

http://www.dmx512.com/

http://www.martin.com/

http://www.platinum-records.com/OMNISISTEM-OMNISCAN-HQI150-prod4519.htm

Dispositius DMX d’il·luminació controlats per...

Documents

Transcript of Dispositius DMX d’il·luminació controlats per...