REDES INDUSTRIALES

REDES INDUSTRIALES

FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL

ESPECIALIDAD DE INGENIERA MECATRNICA

IMPLEMENTACION DE UNA RED MAESTRO ESCLAVO CON MICROCONTROLADORES PIC PARA EL CONTROL DE TEMPERATURA Y UN MOTOR DC.

NOMBRE :Santos Monsalve Segundo Carlos

CURSO:Redes Industriales

PROFESOR:Ing. Luis Caldern Pinedo

PIURA PER

2014

OBJETIVOS

Generales:

Implementar una red entre microcontroladores pic para la trasmisin y recepcin de datos.

Especficos:

Lograr que equipos que se encuentran a largas o cortas distancias, pueden intercambiar informacin a travs de una red de comunicacin.

Intercambiar recursos entre los dispositivos de la red creada.

Aplicar un protocolo de comunicacin, utilizando el ms conveniente de acuerdo al problema o necesidades.

INTRODUCCION

Para el presente proyecto de redes industriales, se realizara comunicacin entre microcontroladores, a travs de una red cableada utilizando la norma fsica RS-485, se considera como interface multipunto que permite la comunicacin de hasta 32 equipos trasmisor/receptor en un bus de datos comn.

El sentido de la comunicacin ser half-duplex, que permitir trasmitir y recibir informacin de manera alternada. Esta es una tarea relativamente desconocida para nosotros que trataremos de desarrollarla a lo largo del curso, para eso utilizaremos las herramientas adecuadas, tales como crear la interface correcta, un buen compilador de microcontroladores, y un mejor algoritmo para el trfico de la informacin.

Se establecer una red cableada entre pics, para intercambiar informacin, en donde se realizara un control de temperatura y el cambio de giro de un motor dc.

MARCO TEORICO

CIRCUITO INTEGRADO 16F877A

El microcontrolador PIC16F877 de Microchip pertenece a una gran familia de microcontroladores de 8 bits (bus de datos) que tienen las siguientes caractersticas generales que los distinguen de otras familias:

Arquitectura Harvard

Tecnologa RISC

Estas caractersticas se conjugan para lograr un dispositivo altamente eficiente en el uso de la memoria de datos y programa y por lo tanto en la velocidad de ejecucin. Microchip ha dividido sus microcontroladores en tres grandes subfamilias de acuerdo al nmero de bits de su bus de instrucciones.

Caractersticas principales

Las caractersticas principales de estos dispositivos son:

Set de 35 instrucciones.

Frecuencia de reloj de hasta 20MHz (ciclo de instruccin de 200ns).

Todas las instrucciones se ejecutan en un nico ciclo de instruccin, excepto las de salto.

8 niveles de profundidad en la Pila hardware.

Modo de bajo consumo (Sleep).

Tipo de oscilador seleccionable (RC, HS, XT, LP y externo)

Rango de voltage de operacin desde 2,0V a 5,5V.

Conversor Analgico/Digital de 10 bits multicanal.

3 Temporizadores

Watchdog Timer o Perro Guardin.

2 mdulos de captura/comparacin/PWM.

Comunicaciones por interfaz USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)

Puerto Paralelo Esclavo de 8 bits (PSP)

Puerto Serie Sncrono (SSP) con SPI e IC.

Diagrama de conexin del pic 16F877A

PANTALLA LCD

Las pantallas LCD alfanumricas, son las ms utilizadas hoy en da en el desarrollo de proyectos o equipos electrnicos en los cuales se hace necesario visualizar mensajes de texto cortos, que proporcionen la informacin adecuada sobre un evento determinado. Las pantallas ms comunes suelen ser de 1x16, de 2x16 y de 4x16 (Filas x Columnas). Todas estas configuraciones tambin se encuentran para 20 columnas y hasta para 40 columnas. Aunque para este proyecto solo usaremos las pantallas alfanumricas, tambin resulta interesante mencionar que existen en el mercado pantallas grficas (GLCD).

Caractersticas

Cada pxel de un LCD tpicamente consiste de una capa de molculas alineadas entre dos electrodos transparentes, y dos filtros de polarizacin, los ejes de transmisin de cada uno que estn (en la mayora de los casos) perpendiculares entre s. Sin cristal lquido entre el filtro polarizante, la luz que pasa por el primer filtro sera bloqueada por el segundo (cruzando) polarizador.

La superficie de los electrodos que estn en contacto con los materiales de cristal lquido es tratada a fin de ajustar las molculas de cristal lquido en una direccin en particular. Este tratamiento suele ser normalmente aplicable en una fina capa de polmero que es unidireccionalmente frotada utilizando, por ejemplo, un pao. La direccin de la alineacin de cristal lquido se define por la direccin de frotacin.

Cuando se aplica un voltaje a travs de los electrodos, una fuerza de giro orienta las molculas de cristal lquido paralelas al campo elctrico, que distorsiona la estructura helicoidal (esto se puede resistir gracias a las fuerzas elsticas desde que las molculas estn limitadas a las superficies). Esto reduce la rotacin de la polarizacin de la luz incidente, y el dispositivo aparece gris. Si la tensin aplicada es lo suficientemente grande, las molculas de cristal lquido en el centro de la capa son casi completamente desenrolladas y la polarizacin de la luz incidente no es rotada ya que pasa a travs de la capa de cristal lquido. Esta luz ser principalmente polarizada perpendicular al segundo filtro, y por eso ser bloqueada y el pixel aparecer negro. Por el control de la tensin aplicada a travs de la capa de cristal lquido en cada pxel, la luz se puede permitir pasar a travs de distintas cantidades, constituyndose los diferentes tonos de gris.

CIRCUITO INTEGRADO LM35

El LM35 es un sensor de temperatura con una precisin calibrada de 1C. Su rango de medicin abarca desde -55C hasta 150C. La salida es lineal y cada grado centgrado equivale a 10mV, por lo tanto:

150C = 1500mV

-40C = -400mV

Caractersticas

Sus caractersticas ms relevantes son:

Esta calibrado directamente en grados Celsius.

La tensin de salida es proporcional a la temperatura.

Tiene una precisin garantizada de 0.5C a 25C.

Opera entre 4 y 30 volts de alimentacin.

Baja impedancia de salida.

Baja corriente de alimentacin (60uA).

Bajo costo.

INTEGRADO MAX485

Se va a utilizar un circuito integrado especialmente diseado para ello, como es el MAX485.

RS-485 es una norma de comunicacin serie que utiliza dos lneas (A y B) de manera que la tensin diferencial (sin tierra absoluta) entre ambas marca el nivel lgico que se est enviando. La transferencia es half-dplex (al trabajar con 2 hilos solamente) ya que slo es posible que un equipo enve informacin gobernando las lneas de datos (A y B) y otro u otros equipos reciban. Est pensada para una comunicacin multipunto. El medio fsico es un par de hilos trenzados entre s para reducir el posible ruido electromagntico inducido. El estndar RS-485 permite la interconexin de hasta 32 dispositivos sobre un nico par de hilos, con velocidades de hasta 10Mbits por segundo y una distancia mxima de 1200 metros. Ambas magnitudes, velocidad y distancia estn ligadas entre s, de manera que si se aumenta una, se reduce la otra. Los circuitos integrados que manejan esta norma adems pueden soportar colisiones, es decir que ms de un circuito transmisor est emitiendo. Al transmitir en modo diferencial, si el terminal A est a una tensin superior a B (con un valor diferencial superior a 0,2V) se estar recibiendo un 1 y en caso contrario (tensin de B superior en ms de 0,2V a A) se interpreta un 0. En la figura se muestra el patillaje del integrado con encapsulado DIP.

Patillaje del transceiver MAX485

Descripcin de pines del transceiver MAX485

N DE PIN

NOMBRE

DESCRIPCION

1

RO

Salida de recepcin

2

RE

Enable para habilitar recepcin. Activo a nivel bajo.

3

DE

Enable para habilitar transmisin. Activo a nivel alto.

4

DI

Entrada de transmisin.

5

GND

Conexin a masa.

6

A

Entrada recepcin/salida transmisin no invertida.

7

B

Entrada recepcin/salida transmisin invertida.

8

VCC

Conexin de alimentacin.

(4.75VVcc5.25V)

Circuito tpico de operacin del MAX485

NORMA FISICA RS-485

RS-485 o tambin conocido como EIA-485, que lleva el nombre del comit que lo convirti en estndar en 1983. Es un estndar de comunicaciones en bus de la capa fsica del Modelo OSI.

Est definido como un sistema en bus de transmisin multipunto diferencial, es ideal para trasmitir a altas velocidades sobre largas distancias (10 Mbps hasta 10 metros y 90 Kbps en 1.200 metros) y a travs de canales ruidosos, ya que reduce los ruidos que aparecen en los voltajes producidos en la lnea de transmisin. El medio fsico de transmisin es un par entrelazado que admite hasta 32 estaciones en 1 solo hilo, con una longitud mxima de 1.200 metros operando entre 300 y 19.200 bps en comunicacin half-duplex (semiduplex). La norma establece que el nmero mximo de equipos ser de 32, pero con receptores de alta impedancia se puede alcanzar los 256 equipos. La transmisin diferencial permite mltiples drivers dando la posibilidad de una configuracin multipunto. Al tratarse de un estndar bastante abierto permite muchas y muy diferentes configuraciones y utilizaciones.

Especificaciones requeridas

Interfaz diferencial

Conexin multipunto

Alimentacin nica de +5V

Hasta 32 estaciones (ya existen interfaces que permiten conectar 256 estaciones)

Velocidad mxima de 10 Mbps (a 12 metros)

Longitud mxima de alcance de 1.200 metros (a 100 Kbps)

Rango de bus de -7V a +12V

SOFTWARE UTILIZADO

Para escribir el cdigo fuente de nuestra red de trasmisin y recepcin utilizaremos las herramienta de desarrollo (IDE) MicroCode Studio y para la compilacin del programa usaremos el compilador PBP que es uno de los productos de microEngineering Labs.

MICROCODE STUDIO (IDE)

Microcode Studio es un Entorno de desarrollo Integrado (IDE), diseado exclusivamente para facilitar la programacin de los microcontroladores PIC, los procedimientos para programar son muy sencillos, primero seleccione el modelo del PIC 16F628A, 16F877A, escriba el programa y gurdelo bajo un nombre, en este caso como tomaremos como ejemplo el nombre de led intermitente y por ltimo presione el botn compilar, si el programa est bien escrito y sin fallas compilar y mostrar en la parte inferior izquierda el espacio que requiere en el PIC, enseguida se crear automticamente 3 archivos: led intermitente.mac, led intermitente.asm y led intermitente.hex, este ltimo es el ms importante para el PIC y es el que se debe grabar en el microcontrolador. En la figura se muestra las partes ms importantes de la pantalla de MicroCode Studio

PBP (Compilador)

En el apartado anterior vimos que es necesario contar con el IDE de desarrollo MicroCode Studio para poder digitar nuestro programa sin embargo ser necesario el uso de un compilador que ser quien convierta las instrucciones escritas en nuestro programa a un lenguaje mquina que es el lenguaje que acepta el microcontrolador que hemos seleccionado.

METODO

Realizaremos comunicacin maestro esclavo, donde el maestro es el PIC16F877A que coordina toda la informacin, usualmente tambin es el encargado de mantener el reloj si el protocolo lo exige, usualmente un maestro manda una orden por el bus y espera hasta que el esclavo le responda, pero en algunas ocasiones algunos esclavos estn autorizados a enviar informacin sin esperar la orden, el esclavo es el que obedece al maestro, normalmente ejecuta su proceso individual y mantiene los resultados hasta que el maestro se los solicite

La clave fundamental de este proyecto est en el medio de transmisin que se utilice. Se pueden utilizar diferentes interfaces ya sea el caso de I2C o RS-485 que permiten la conexin multipunto, por donde se realizara la trasmisin y recepcin, donde tendremos en cuenta el costo y la complejidad que se tenga para crear la interface.

La referencia sera una interface RS-485, que permiten la trasmisin y recepcin respectivamente, donde soporta mltiples maestros y mltiples esclavos. Esta interface Est definida como un sistema en bus de transmisin multipunto diferencial, es ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas distancias (35 Mbps hasta 10 metros y 100 Kbps en 1.200 metros)

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

Las interfaces tpicas RS-485 utilizan una fuente de +5 Volts, pero lo niveles lgicos de los transmisores y receptores no operan a niveles estndares de +5V o voltajes lgicos CMOS. Para una salida vlida, la diferencia entre las salidas A y B debe ser al menos +1.5V. Si la interface est perfectamente balanceada, las salidas estarn desfasadas igualmente a un medio de la fuente de Voltaje.

La comunicacin RS-485 se har en el modo Half-Duplex, en un tiempo determinado, el sistema puede transmitir o recibir informacin, sin embargo no lo puede hacer al mismo tiempo. En muchos enlaces del tipo RS-485 se comparte el BUS.

IMPLEMENTACION

Se realizara comunicacin maestro esclavo utilizando un solo maestro y los dems esclavos, Para establecer la comunicacin entre los 3 PIC trabajamos con el CI MAX485 o CI MAX487 dependiendo de su disponibilidad, los cuales se conectaran uno para cada pic. Estos microcontroladores los llamaremos, de aqu en adelante como maestro, Esclavo 1 y Esclavo 2.

Utilizaremos el pic16F877A como maestro tambin y como esclavo el pic 16F877A o en remplazo de este el pic 16F628A.

En el PIC maestro evaluara y mostrara constantemente la informacin que contengan cada uno de los esclavos, los cuales realizaran determinadas aplicaciones Esta informacin es empaquetada y transmitida serialmente por la el circuito integrado MAX487/MAX485 al maestro cuando este requiera de la informacin.

Para evitar los errores en los datos de llegada, es necesario implementar algn mtodo que garantice la veracidad de la informacin. Para esto existen formas complejas de control de errores pero para este proyecto implementaremos un mtodo muy sencillo conocido como redundancia, el cual consiste en transmitir repetidamente el mismo dato y verificar si el dato que llega en el micro maestro es igual, para determinar que el dato no tiene errores.

Si el maestro desea leer la informacin de un esclavo, este enviara un dato de identidad el cual llegara a los esclavos, pero solo enviara la informacin aquel que coincida con la identidad.

En el maestro se colocaran LCD que permitan mostrar las aplicaciones que se estn ejecutando.

CONCLUCIONES

Es posible disear una red entre microcontroladores pic para trasmitir informacion entre ella a una distancia determinada

Se puede controlar la informacin que se trasmite de un dispositivo a otro a travs de una red de comunicacin a travs de un algoritmo de trasmisin.

A travs de una red de comunicacin podemos ejecutar operaciones a largas distancias, sin necesidad de estar presente en el lugar donde estn los actuadores.

Con el protocolo de comunicacin adecuada es posible comunicar dos o ms pics esclavos con un maestro si se hace un anlisis profundo del protocolo a utilizar

BIBLIOGRAFIA

http://www.i-micro.com/pdf/articulos/rs-485.pdf

http://www.youtube.com/watch?v=ABcjU0Ua-d4

http://www.neoteo.com/rs485-domotica-al-alcance-de-tu-mano-15810.neo

http://www.robot-electronics.co.uk/htm/usb_rs485_tech.htm

BASIC PARA MICROCONTROLADORES PIC, Christian Bodington Esteva.

MICROCONTROLADORES PIC PROGRAMACION EN BASIC 3ed, Carlos A. Reyes.

REDES DE COMPUTADORAS 4ed, Andrew S. Tanenbaum.

COMUNICACIONES INDUSTRIALES, Vicente Guerrero, Ramn L. Yuste, Luis Martnez.

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