tesis 004x674
TRANSCRIPT
-
8/4/2019 TESIS 004X674
1/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
1
UNIVERSIDAD TCNICA PARTICULAR DE LOJAFACULTAD DE CIENCIAS DE LA COMPUTACIN
TEMA:
SISTEMA DE INFORMACIN CENTRALIZADO OBTENIENDO LAINFORMACIN DE LOS SENSORES DE DATOS PROPIOS PARALA AYUDA EN LA NAVEGACIN DE LAS UNIDADES NAVALES
Tesis previa a la obtencin del Ttulo de Ingeniero en
Informtica.AUTOR:
GABRIEL JURADO SUREZ
DIRECTORES DE TESIS:
ING. RAL CASTROING ARMANDO CABRERA S.
CENTRO UNIVERSITARIO REGIONAL GUAYAQUIL:
GUAYAQUIL-ECUADORABRIL-2009
-
8/4/2019 TESIS 004X674
2/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
2
CERTIFICACIN
Ing. Ral Castro
CERTIFICA:
Haber revisado el presente informe de investigacin, que seajusta a las normas establecidas por la Escuela deComputacin, Modalidad Abierta, de la Universidad TcnicaParticular de Loja; por tanto autorizo su presentacin para
los fines legales pertinentes.
Ing. Ral CastroLoja, Enero del 2009
-
8/4/2019 TESIS 004X674
3/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
3
CERTIFICACIN
Ing. Armando Cabrera
CERTIFICA:
Haber revisado el presente informe de investigacin, que seajusta a las normas establecidas por la Escuela de
Computacin, Modalidad Abierta, de la Universidad TcnicaParticular de Loja; por tanto autorizo su presentacin paralos fines legales pertinentes.
Ing. Armando Cabrera
Loja, Enero del 2009
-
8/4/2019 TESIS 004X674
4/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
4
AUTORA
Las ideas y contenidos expuestos en el presente informe de investigacin, son
de la exclusiva responsabilidad del autor.
Gabriel JURADO Surez
CI. 0910389121
-
8/4/2019 TESIS 004X674
5/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
5
AGRADECIMIENTO
o A DIOS principalmente por ser el artfice de la vida y por estar siempre a
mi lado brindndome la seguridad y sabidura necesaria para finalizar
con xitos los retos emprendidos.
o A mis profesores, en especial a mis maestros Guas Ing. Ral Castro y al
Ing. Armando Cabrera, por compartir desinteresadamente sus
conocimientos y experiencias.
o A la Licenciada Lidia Villacs que a travs de su trabajo silencioso,
ayudando a cada uno de nosotros los estudiantes dentro de la
Universidad en los trmites administrativos que muchos no podemos
hacerlos personalmente, debido a la distancia.
o A mis compaeros de GERSIN y Talleres de DIECAR que dedicaron su
valioso tiempo para realizar pruebas en sus equipos y validar el trabajo
desarrollado.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
6/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
6
DEDICATORIA
o Dedico esta Tesis a mi querida Esposa, Martha Padilla, quien ha sido
apoyo fundamental en mis esfuerzos de superacin.
o Dedico este logro a mis hijos: Gabriel Aarn, Gabriela Esther y Alejandra
Daniela, y los estimulo a mantener una visin de xito en sus vidas
mediante el estudio continuo.
o A mi Madre y a la memoria de mi Padre por haberme dado la vida y
haber siempre compartido mis logros.
o A mi Hermano Daniel Jurado y su Familia.
o A la Universidad Tcnica Particular de Loja y a mis Profesores quienes
tienen la misin de formar e instruir por medio de sus experiencias,
conocimientos, ciencia y ejemplo a las generaciones presentes y futuras,
en procura de una sociedad ms justa y equilibrada en base a una
educacin de calidad cuyo fin es el bienestar socioeconmico y moral del
pueblo en general.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
7/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
7
NDICE
INTRODUCCIN .................................................................................................. 11INFORMACIN GENERAL .................................................................................. 131. ANTECEDENTES Y CONCEPTOS BSICOS ................................................ 16
1.1 RESISTENCIA ELCTRICA .............................................................................. 161.2CONDENSADOR ELCTRICO ................................................................................. 171.3TRANSISTOR ....................................................................................................... 181.4TECNOLOGA TTL .............................................................................................. 191.5COMPUERTAS LGICAS....................................................................................... 191.6DIODOS .............................................................................................................. 231.7DIODOS EMISORES DE LUZ.................................................................................. 241.8DISPLAYS DE 7SEGMENTOS ................................................................................ 251.8MICROCONTROLADOR......................................................................................... 261.9 COMUNICACIONES SERIALES .............................................................................. 271.10PROCESO DE TRANSMISIN DE LA DATA EN UNA CONEXIN SERIAL ................... 281.11CIRCUITO CONVERTIDOR SINCRO-DIGITAL ........................................................ 301.12SINCRO............................................................................................................. 321.13OSCILADORES DE CRISTAL ................................................................................ 331.14CIRCUITOS IMPRESOS........................................................................................ 331.15PROTOCOLO NMEA0183 .................................................................................. 34
2. DESARROLLO DE LA INTERFACE ELECTRNICA. .................................... 352.1TARJETA CONVERTIDORA SINCRO DIGITAL ......................................................... 352.2IMPLEMENTACIN............................................................................................... 37
3. SISTEMA DE INFORMACION .......................................................................... 453.1IDENTIFICACIN DEL SISTEMA............................................................................. 453.2DEFINICIN DE REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA................................................... 46
3.2.1 Requerimientos de Operacin ..................................................................... 463.2.2 Requerimientos de Recepcin de Seal........................................................ 463.2.3 Requerimientos de Procesamiento de Seal ................................................ 473.2.4 Requerimientos de Presentacin ................................................................. 473.2.5 Requerimiento de Proteccin de Entorno ................................ ................... 483.2.6 Requerimiento de Seguridad y Privacidad ................................ ................... 483.2.7 Requerimiento del Entorno del Computador ............................................... 483.2.8 Requerimiento del Entorno del Computador ............................................... 483.2.9 Requerimiento de Recursos del Computador ................................ .............. 48
3.10PRECEDENCIA Y CRITICIDAD DE REQUERIMIENTOS ............................................. 513.11MTODOS DE CALIFICACIN ............................................................................. 523.12SEGUIMIENTO DE REQUERIMIENTOS .................................................................. 53
-
8/4/2019 TESIS 004X674
8/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
8
3.13FACTORES DE CALIDAD DE SOFTWARE .............................................................. 543.14LIMITACIONES DE DISEO E IMPLEMENTACIN ................................................. 543.15DEFINICIN DE ACRNIMOS.............................................................................. 54
4. DISEO DEL SISTEMA DE INFORMACION ................................................... 574.1IDENTIFICACIN DEL SISTEMA............................................................................. 574.2DISEO ARQUITECTNICA DEL SISTEMA DE ADQUISICIN DE DATOS................... 584.3CONCEPTO DE EJECUCIN ................................................................................... 614.4DISEO DE LA INTERFAZ ..................................................................................... 62
4.4.1 GPS ............................................................................................................ 624.4.2 Giro ............................................................................................................ 634.4.3 Estacin Meteorolgica .............................................................................. 634.4.4 Corredera ................................................................................................... 634.4.5 Red de Datos ............................................................................................... 63
4.5DISEO DETALLADO ........................................................................................... 644.6GLOSARIO .......................................................................................................... 65
5. PRUEBAS......................................................................................................... 665.1REPORTE DE PRUEBAS DEL SOFTWARE Y HARDWARE .......................................... 665.2PROPSITO Y ALCANCE....................................................................................... 665.3DATOS GENERALES DE LA PRUEBA...................................................................... 675.4VALIDACIN....................................................................................................... 675.5PROBLEMAS ENCONTRADAS Y SOLUCIONES......................................................... 73
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................... 746.1CONCLUSIONES................................................................................................... 746.2RECOMENDACIONES ........................................................................................... 75
ANEXO A .............................................................................................................. 77ANEXO B .............................................................................................................. 79ANEXO C .............................................................................................................. 84CASO DE USO 1: LEER BUFFER DE DATOS ................................................... 84
BREVE DESCRIPCIN................................................................................................ 84FLUJO DE EVENTOS .......................................................................................... 84
FLUJO BSICO.......................................................................................................... 84FLUJO DETALLADO .................................................................................................. 84FLUJO ALTERNATIVO ............................................................................................... 85
Error de Lectura de Datos por Falla en la Apertura del Puerto Serial ................. 85Error de Lectura de Datos por Falla en el Envi de Datos desde el Sensor ......... 85Error de Transmitir los Datos a la Red ................................................................ 85Desfase del Valor de Rumbo en la Tarjeta Convertidora Sincro/Digital.............. 85
-
8/4/2019 TESIS 004X674
9/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
9
REQUERIMIENTOS ESPECIALES ...................................................................... 85PRECONDICIONES ............................................................................................. 85POSCONDICIONES ............................................................................................. 86CASO DE USO 2: LLAMAR AL EXPLORADOR DE WINDOWS ........................ 87
BREVE DESCRIPCIN................................................................................................ 87FLUJO DE EVENTOS .......................................................................................... 87
FLUJO BSICO.......................................................................................................... 87FLUJO DETALLADO .................................................................................................. 87
REQUERIMIENTOS ESPECIALES ...................................................................... 87PRECONDICIONES ............................................................................................. 87POSTCONDICIONES ........................................................................................... 87CASO DE USO 3: APAGAR EL EQUIPO ............................................................ 88
BREVE DESCRIPCIN................................................................................................ 88FLUJO DE EVENTOS .......................................................................................... 88
FLUJO BSICO.......................................................................................................... 88FLUJO DETALLADO .................................................................................................. 88FLUJO ALTERNATIVO ............................................................................................... 88
Error en el Apagar Equipo .................................................................................. 88 REQUERIMIENTOS ESPECIALES ...................................................................... 88PRECONDICIONES ............................................................................................. 88POSTCONDICIONES ........................................................................................... 88CASO DE USO 4: CONFIGURAR PUERTOS SERIALES .................................. 89
BREVE DESCRIPCIN................................................................................................ 89FLUJO DE EVENTOS .......................................................................................... 89
FLUJO BSICO.......................................................................................................... 89FLUJO DETALLADO .................................................................................................. 89FLUJO ALTERNATIVO ............................................................................................... 89
Error en la Apertura del Puerto Serial ................................ ................................. 89REQUERIMIENTOS ESPECIALES ...................................................................... 89
-
8/4/2019 TESIS 004X674
10/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
10
PRECONDICIONES ............................................................................................. 90POSTCONDICIONES ........................................................................................... 90ANEXO D .............................................................................................................. 91ANEXO E .............................................................................................................. 92BIBLIOGRAFA .................................................................................................... 99
-
8/4/2019 TESIS 004X674
11/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
11
INTRODUCCIN
Desde la aparicin de las computadoras hasta nuestros das, la gente ha
invertido grandes esfuerzos por tratar de automatizar los procesos que son
repetitivos, o en algunos casos poder tener la capacidad de manejar algn tipode hardware ya sea para lectura o escritura dando as la capacidad a los
usuarios, de poder informase o de controlar eventos en el mundo real.
Un Sistema de Captura de Datos de Sensores proporciona al usuario la
informacin adecuada para poder tomar una decisin acertada en un momento
crtico, pudiendo ser una herramienta bastante til.
Estos Sistemas son muy utilizados en el mbito militar, ya sean areos,
terrestres o navales, para poder ayudarse en la navegacin o para la evaluacin
tctica de una plataforma y sus armas.
A continuacin se presenta de manera general el contenido de la
presente tesis.
En el Captulo 1 (Antecedentes y Conceptos Bsicos) se detallan losAntecedentes y la mayora de los conceptos bsicos del Hardware usado para
la construccin de la interface electrnica que convierte la data analgica a
digital.
En el Captulo 2 (Desarrollo de la Interface Electrnica Tarjeta
Convertidora Sincro Digital) se detalla cmo se construyo paso a paso la tarjeta
tanto del hardware como del software embebido en el PIC, adems se aprecian
los diagramas de construccin.
En el Captulo 3 (Requerimientos del Sistema) se detallan los
Requerimientos necesarios para desarrollar el sistema de adquisicin de datos
propios.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
12/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
12
En el Captulo 4 (Diseo del Sistema) se detalla el diseo del sistema de
adquisicin de datos, en este captulo se ven los diagramas que permiten ver
cmo interactan los objetos y como se relacionan entre s.
En el Captulo 5 (Pruebas) aqu se detallan las pruebas que se
realizaron tanto al hardware como al software, verificando que los datos que
ingresan de los sensores al sistema sean validos.
En el Captulo 6 (Conclusiones) se genera el criterio de los beneficios y
utilidades que se pueden obtener de este estudio.
En el Captulo 7 (Resultados Prcticos) aqu se detallan los resultadosprcticos obtenidos en el desarrollo de este tema.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
13/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
13
INFORMACIN GENERAL
Objetivo
Desarrollar un sistema de informacin centralizado obteniendo la
informacin de los sensores de datos propios para la ayuda en la navegacin
de las Unidades Navales.
Objetivos Especficos
Disear la Aplicacin que captura la informacin de los sensores por los
puertos seriales.
Desarrollar una Aplicacin que capture la informacin de los sensores
por los puertos seriales.
Desarrollar la interface electrnica que transforme la data de formato
sincro a digital serial.
Disear el circuito de conversin de datos sincros a digital.
Desarrollar el programa que se ejecuta internamente en el PIC del
circuito que realiza la conversin de datos.
Realizar pruebas de la adquisicin de los datos tanto de hardware comodel software por un lapso no mayor a 36 horas.
Restricciones
Tiempo mximo de desarrollo de la investigacin.
Tiempo disponible de los profesores guas para las tutoras.
Disponibilidad de los equipos de medicin.
Disponibilidad de los elementos para el desarrollo de la interface
electrnica convertidor del protocolo sincro-digital.
Obtener el conocimiento necesario para el desarrollo de la interface
electrnica.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
14/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
14
Producto finalCon el desarrollo de esta investigacin se obtendr una interface
electrnica que permita cambiar del protocolo de comunicaciones sincro a
digital con una salida del dato en caracteres ASCII entregado por un puertoserial RS-232 o RS-422 y una aplicacin totalmente orientada a objetos que
proporcione la informacin centralizada de los sensores de datos propios que
ayudaran a la navegacin manejando la interface serial y de red.
El producto final de esta investigacin tomar como entrada la
informacin de los siguientes sensores descritos en la tabla 1:
Tabla 1: Sensores con tipos de datos y sus salidas
Sensores
Equipo Tipo de Dato Salida del Dato
GPS
Posicin Geogrfica
Latitud y Longitud, zona
horaria.
Puerto Serial
Corredera Velocidad Propia. Puerto Serial
Estacin Meteorolgica
Velocidad y Direccin del
Viento, Temperatura,
Humedad y Presin
Atmosfrica.
Puerto Serial
Giro Rumbo.
Original en seales Sincro
convertido a Puerto Serial
-
8/4/2019 TESIS 004X674
15/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
15
Contribucin EsperadaUna vez conseguido el producto final de la investigacin y el desarrollo
del presente trabajo, el profesional en formacin contar con un bagaje de
conocimiento, el mismo que le permitir desempear en un ambiente diferenteal de su formacin pero que guarda estrecha relacin con lo estudiado durante
la carrera de formacin.
Con este proyecto podremos orientar a la gran cantidad de alumnos de
la escuela de computacin tanto de la modalidad presencial como de la
educacin a distancia, para que puedan pensar en nuevos temas de tesis.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
16/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
16
1. ANTECEDENTES Y CONCEPTOS BSICOS
La siguiente informacin servir para poder lograr captar de mejor manera
el desarrollo de este trabajo, para lo cual se explicaran conceptos bsicos tanto
de elementos electrnicos que fueron usados para la construccin de laInterface electrnica como de las herramientas de software usadas para
modelar el diseo y otras que permitirn programar las aplicaciones tanto
dentro del Hardware como la que captura la informacin por los puertos
seriales, ayudando a cumplir con el objetivo principal de este desarrollo.
1.1 RESISTENCIA ELCTRICA
Se denomina resistencia elctrica a la oposicin que tiene un material a la
corriente elctrica, esto le impide circular fcilmente a travs de l. Su valor
viene determinado en ohmios y su smbolo es la letra griega mayscula () su
apariencia es como se ve en la Figura 1, esta definicin es vlida para la
corriente continua y alterna.
Estos elementos pueden ser conectados de acuerdo a sus necesidades
dentro de un diseo elctrico u electrnico (serie o paralelo) esto implica un
clculo matemtico, pueden variar sus formas, dependiendo de la capacidad depotencia que pueda disipar, el valor y tolerancia pueden ser descritos de
manera directa o tambin usando el cdigo de colores (Tabla 2), como se
describe en el ejemplo siguiente: La caracterizacin de una resistencia de
2.700.000 (2,7M ), con una tolerancia de 10%, sera la representada en la
Figura 2:
1 cifra: rojo (2)2 cifra: morado (7)Multiplicador: verde (100000)Tolerancia: Plata (10%)
-
8/4/2019 TESIS 004X674
17/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
17
Figura 1 Formas de Visualizar la
Resistencia (elctrico y fsico)
Figura 2 Ejemplo de valores de Resistencias
Tabla 2 Representacin del Cdigo de Colores en las Resistencias.
1.2CONDENSADORELCTRICO
En electricidad y electrnica, un condensador o capacitor es un
dispositivo que permite almacenar energa elctrica y est dentro de la
categora de elementos pasivos. Este dispositivo est constituido internamente
por un par de superficies conductoras separadas por un material dielctrico o
simplemente al vaco, tratando de disminuir el campo elctrico entre las
superficies, as mismo estos pueden tener o no polarizacin ver Figura 3, la
unidad de medicin es el Faradio (F) pero en la prctica se utiliza la medicin
-
8/4/2019 TESIS 004X674
18/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
18
en submltiplos de esta(F = 10-6, nano- F = 10-9 o pico- F = 10-12) y si 1
Faradio es expuesto a una diferencia de potencial (d.d.p.) de 1 Voltio se
adquiere una carga elctrica de 1 culombio.
Igual que en las resistencias tambin existe la posibilidad de agruparlos
en forma serial o paralela dando como origen a un clculo matemtico, varia su
forma fsica y suelen usarse para: Bateras, por su capacidad de almacenar
energa, memorias por la misma cualidad, filtros, adaptaciones de impedancia,
desmodular AM, el flash de las cmaras de fotos, tubos fluorescentes, mantener
la corriente en el circuito y evitar cadas de tensin, entre otras.
Figura 3 Tipos de Condensadores o Capacitores y su Simbologa Elctrica
1.3TRANSISTOR
Los transistores son dispositivos electrnicos que pertenecen a la
clasificacin de los semiconductores y suelen cumplir con las funcionalidades
de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El trmino proviene de la
contraccin en ingles de transfer resistor (resistencia de transferencia).
Actualmente se los encuentra en casi todos los equipos electrnicos de
uso diario, su constitucin fsica es de material de tipo N y de tipo P, las 2uniones PN muy cercanas entre s, permiten controlar el paso de la corriente a
travs de sus terminales, fsicamente posee 3 terminales de conexin que son
la base, el emisor y el colector, existen 2 tipos de transistores segn su Unin
Bipolar: NPN y PNP ver Figura 4.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
19/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
19
Figura 4: Tipo de Transistor por Juntura y por Encapsulado
1.4TECNOLOGA TTL
TTL significa transistor Transistor Logic. Es una familia lgica o lo que
es lo mismo, una tecnologa de construccin de circuitos electrnicos digitales.
En los componentes fabricados con esta tecnologa son los transistores
bipolares, su tensin de alimentacin se encuentre entre los niveles de 4,75 y
los 5,25 voltios.
Los niveles lgicos vienen definidos por el rango de tensiones
comprendidas entre 0,2 y 0,8 voltios para un nivel bajo (Low) y los 2,4 hasta el
voltaje de alimentacin mximo como el nivel alto (High).
Sus aplicaciones son mltiples y los podemos encontrar en la mayora de
equipos electrnicos de uso cotidiano. Esta tecnologa nos lleva a la era digital y
a la construccin de las compuertas lgicas con sus diferentes tipos.
1.5COMPUERTASLGICAS
Las compuertas lgicas son parte de la electrnica digital y utilizan los
valores digitales de ceros y unos para representar su estado, existe una gran
variedad de compuertas estndar cada una con un comportamiento diferente y
definido y es posible combinarlas entre si para obtener nuevas funcionalidades.
Cada compuerta tiene su tabla de verdad con el que se puede validar su
funcionamiento. Las siguientes son las ms comunes:
-
8/4/2019 TESIS 004X674
20/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
20
Compuerta NOT: La compuerta lgica NOT, llamada NO en castellano,
realiza la funcin booleana de la negacin como se ve en la Tabla 3 y su forma
elctrica en la Figura 5.
Tabla 3: Tabla de Verdad NOT
Entrada Salida
0 1
1 0
Figura 5: Compuerta NOT
Compuerta AND: La compuerta lgica AND realiza la funcin booleana
de la multiplicacin como se demuestra en la Tabla 4 y su forma elctrica en la
Figura 6.
Tabla 4: Tabla de Verdad AND
Entrada
A
Entrada
B
Salida
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Figura 6: Compuerta AND
Compuerta OR: La compuerta lgica OR realiza la funcin booleana de la
suma como se demuestra en la Tabla 5 y su forma elctrica en la Figura 7.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
21/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
21
Tabla 5: Tabla de Verdad OR
Entrada
A
Entrada
B
Salida
0 0 00 1 1
1 0 1
1 1 1
Figura 7: Compuerta OR
Compuerta NAND: La compuerta NAND invierte el estado de la salida en
la compuerta AND dando como resultado en su salida lo opuesto como se
presenta en la Tabla 6 y su forma elctrica en la Figura 8.
Tabla 6: Tabla de Verdad NAND
Entrada
A
Entrada
B
Salida
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Figura 8: Compuerta NAND
Compuerta NOR: La compuerta NOR invierte el estado de la salida en la
compuerta OR dando como resultado en su salida lo opuesto como se presenta
en la Tabla 7 y su forma elctrica en la Figura 9.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
22/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
22
Tabla 7: Tabla de Verdad NOR
Entrada
A
Entrada
B
Salida
0 0 10 1 0
1 0 0
1 1 0
Figura 9: Compuerta NAND
Compuerta XOR: La compuerta XOR u OR exclusivo define que cuando
el valor de sus entradas es distinto, sus salidas son verdaderas como se
presenta en la Tabla 8 y su forma elctrica en la Figura 10.
Tabla 8: Tabla de Verdad XOR
Entrada
A
Entrada
B
Salida
0 0 0
0 1 11 0 1
1 1 0
Figura 10: Compuerta XOR
Compuerta NXOR: La compuerta NXOR no es ms que una XOR con su
salida negada y estar en alto cuando sus entradas son iguales como se
presenta en su tabla de verdad.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
23/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
23
Tabla 9: Tabla de Verdad NXOR
Entrada
A
Entrada
B
Salida
0 0 10 1 0
1 0 0
1 1 1
Figura 11: Compuerta NXOR
1.6DIODOS
Los diodos son elementos semiconductores formados por la unin de dos
pastillas semiconductoras, una de tipo P (nodo) y otra de tipo N (ctodo),
cuando existe mayor tensin positiva en su nodo que en su ctodo se
encuentra polarizado directamente, en este momento la corriente elctrica fluir
en una nica direccin y se comportara como un interruptor cerrado. Si la
tensin en el nodo es menor que la correspondiente al ctodo, el diodo estar
polarizado inversamente y no conducir, siendo equivalente a un circuito abierto
ver Figura 12, 13, 14.
Figura 12: Smbolo y
curva caracterstica
tensin-corriente deldiodo ideal.
Figura 13: Esquemas de
diodo de unin PN.
Figura 14: Esquemas del
diodo de polarizacin
directa e indirecta.
La aplicacin usual de los diodos es rectificar seales dependiendo el
lugar y la funcin que vaya a llevar a cabo. El uso de deteccin en las salidas
-
8/4/2019 TESIS 004X674
24/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
24
de audio, rectificacin de corriente alterna, como indicador de poder o estado
de algn equipo o como estabilizador de voltaje.
1.7DIODOSEMISORES DELUZ
Son conocidos como LED, este es el acrnimo de diodo emisor de luz, es
un dispositivo semiconductor que emite luz cuando se polariza correctamente la
unin PN del mismo y circula por l una corriente elctrica. El color (Figura 15)
depende del material semiconductor y puede variar desde el ultravioleta,
pasando por el visible hasta llegar al infrarrojo. Su comportamiento es igual a
cualquier diodo de silicio o germanio.
Estos elementos tienen ventajas sobre las lmparas indicadorascomunes por su bajo consumo, su mantenimiento es casi nulo y su tiempo de
vida aproxima las 100.000 horas. Son usados comnmente como indicadores
de cierta situacin especfica.
Las desventajas del diodo LED son que su potencia de iluminacin es tan
baja, que su luz es invisible bajo una fuente de luz brillante y que su ngulo de
visibilidad est entre los 30 y 60. Este ltimo problema se corrige concubiertas difusores de luz.
Figura 15: Variedad de Colores de los LEDs
-
8/4/2019 TESIS 004X674
25/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
25
1.8DISPLAYS DE7SEGMENTOS
Estos componentes se los utiliza para representar nmeros en muchos
dispositivos electrnicos, son usados por su simplicidad. Estos elementos se
arman de manera que se pueda activar cada segmento que no es ms que un
diodo LED vindolo por separado y representa todos los nmeros (del 0 al 9)
verFigura 16. Cada elemento tiene asignada una letra que identifica su posicin
en el arreglo del display como se puede ver en la siguiente figura:
Figura 16: Display de 7 Elementos
Si se activan o encienden todos los segmentos se forma el nmero "8"Si se activan solo los segmentos: "a, b, c, d, f," se forma el nmero "0"Si se activan solo los segmentos: "a, b, g, e, d," se forma el nmero "2"Si se activan solo los segmentos: "b, c, f, g," se forma el nmero "4"
p.d. representa el punto decimal
Existen dos formas de conectar el display:
El mtodo del nodo comn (Figura 17) que es donde todos los nodos
de los LED unidos y conectados a la fuente de alimentacin. En caso de activar
cualquier elemento hay que poner el ctodo del elemento a tierra a travs de
una resistencia para limitar la corriente que pasa por el elemento.
Figura 17: Mtodo nodo Comn.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
26/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
26
El mtodo de ctodo comn (Figura 18) tiene todos los nodos de los
LED unidos y conectados a tierra, para activar un segmento de estos hay que
poner el nodo del segmento a encender a la fuente de energa a travs de
una resistencia para limitar la corriente.
Figura 18: Mtodo Ctodo Comn
1.8MICROCONTROLADOR
Un microcontrolador es un circuito integrado o chip que incluye en suinterior las cinco unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria,
Buses, Perifricos y Unidades de E/S ver Figura 19, es decir, se trata de un
computador completo en un solo circuito integrado tal como se lo presenta en la
siguiente figura:
Figura 19: Microcontrolador Partes.
Un microcontrolador difiere de una CPU normal, debido a que es ms
fcil convertirla en una computadora en funcionamiento, con un mnimo de
chips externos de apoyo.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
27/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
27
El microcontrolador PIC pertenece a una familia de los
microcontroladores tipo RISC (Reduced Instruction Set Computer)
(Computadora de Conjunto de Instrucciones Reducido) estos fabricados por la
compaa Microchip Technology Inc, el nombre original es PICmicro y puedenser.
1.9 COMUNICACIONESSERIALES
Las comunicaciones seriales son tal vez las ms populares, estas
permiten que un computador pueda comunicarse con diferentes tipos de
dispositivos perifrico como: los mdems, lectores de cdigos de barra,
escner, impresoras, etc. Este proceso corresponde al envo de datos de un bita la vez, de forma secuencial, sobre un canal de comunicacin o un bus de
computadora. Este tipo de comunicacin es usado por los bajos costos de sus
materiales y la poca dificultad en la sincronizacin.
Este medio tiene la ventaja de que convierte los bytes a transmitir en una
cadena serial de bits y los enva por un solo alambre dependiendo del tipo serial
que se use, la comunicacin serial tambin tiene la ventaja de que est bien
estandarizado y tiene un amplio soporte en todos los sistemas de computo.
La informacin en una cadena serial de bits, contenida en su forma de
onda, depende del tiempo: los bits se representan por cdigos que se
transmiten en un periodo de tiempo fijo. El periodo de tiempo usado para
transmitir cada cdigo se conoce como periodo baud. Las cadenas seriales de
bits generadas por los puertos serie de la computadora usan una muy simple
codificacin: un bit se transmite durante un periodo baud, con un bit 1representado por un voltaje alto TTL y un 0 por voltaje bajo TTL. As la
velocidad en baudios (baud rate, 1/ [periodo baud]) de un puerto serie de la
computadora es igual al nmero de bits por segundo que se trasmiten o
reciben.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
28/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
28
Para enviar informacin codificada de esta manera, el transmisor y el
receptor registran el tiempo, el cual define el periodo baud, deben estar a la
misma frecuencia y estar sincronizados. Los bits se transmiten como grupos
separados, con una longitud tpica de 7 u 8 bits, llamados caracteres. El nombre
carcter se usa porque cada grupo de bits representan una letra del alfabeto
cuando el texto esta codificado en ASCII. Cada carcter se enva en un Frame
(armazn) el mismo que consiste en un bit 0 llamado bit de inicio, seguido por
el carcter mismo, a continuacin seguido por un bit de paridad (opcional) y
despus por un bit 1 llamado bit de parada. La lgica del bit bajo de inicio le
dice al receptor que est empezando un Frame y la lgica del bit alto de paro
denota el final. En la siguiente figura se aprecia la transmisin de un solocarcter.
Esta aproximacin de transmitir datos seriales se llama comunicacin
serial asncrona porque el receptor se re sincroniza el mismo con el transmisor
usando el bit de inicio de cada Frame. Los caracteres se pueden transmitir en
cualquier tiempo, con un retraso de tiempo arbitrario entre caracteres. Existen
tambin protocolos sncronos donde cada carcter se enva en bloques sin un
Frame de bits circulante. En esta el transmisor continuamente transmite
seales, con un carcter de sincronizacin especial que se transmite si no hay
datos reales disponibles para transmitir.
1.10PROCESO DETRANSMISIN DE LA DATA EN UNA CONEXINSERIAL
Los bits dentro de cada carcter transmitido se envan con el bit menos
significativo primero, cada bit durara un periodo baud. Los transmisores y
receptores seriales se pueden configurar para enviar o recibir de 5 a 8 bits por
carcter (esto debe ser igual para ambos).
Despus de que los bits de cada carcter que se envan, puede seguir
un bit de paridad que es opcional. El bit de paridad es til si la lnea de datos
-
8/4/2019 TESIS 004X674
29/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
29
est muy ruidosa como para proporcionar una transmisin fiel. El bit de paridad,
P, se puede elegir ya sea para la paridad par o impar. Para paridad par, P = 1 si
el nmero de 1s en el carcter es impar y P = 0 si el nmero es par. Es decir,
en la paridad par P se elige tal que el nmero de 1s incluyendo P es par. Para
paridad impar, P se elige tal que el nmero de 1s incluyendo P es impar. El
receptor local revisa para asegurar que la paridad es aun la misma a pesar de
que el cable haya recogido ruido. Si la paridad ha cambiado, algn bit se ha
perdido, y el receptor pone una bandera de error de paridad en el registro de
estado.
Despus de los bits del carcter y paridad, el transmisor inserta uno o
ms bits de paro en la cadena de datos. Bsicamente la lnea debe venir en altolo suficiente para permitir al receptor estar listo para el siguiente bit de inicio.
Tpicamente un bit de paro es suficiente, aunque los transmisores pueden ser
instruidos para insertar 1, 1.5 2 bits de paro. Cuando no se estn
transmitiendo caracteres, la lnea permanece en la lgica de nivel alto del bit de
paro.
No es obvio como el transmisor y receptor se sincronizan ya que tienen
relojes independientes que slo nominalmente son iguales. Tambin los
cambios de nivel lgico en el inicio de cada periodo baud pueden ser
cambiados en tiempo, debido al ancho de banda limitado del medio
transportador. La solucin estndar a este problema es que el receptor y
transmisor usen relojes internos cuyas frecuencias sean 16 veces la velocidad
en baudios. As, cuando el flanco delantero del bit de inicio se detecta, la forma
de onda serial entrante se muestrea cada 16 periodos de reloj, empezando con
el octavo periodo de reloj despus del flanco delantero del bit de inicio. Esto
asegura que la forma de onda siempre se muestrea cerca de la mitad de cada
periodo baud, hacindolo tolerante a pequeos corrimientos del flanco y
diferencias de frecuencia de reloj del transmisor/receptor.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
30/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
30
Las velocidades en baudios son: 50, 110, 134.5, 150, 300, 1200, 2400,
4800, 9600, 14400, 19200, 38400, 56000, y el no estndar 115200 (no
disponible en la computadora original). Las computadoras, impresoras y otros
dispositivos con frecuencia no pueden funcionar en la velocidad ms alta. Sin
embargo, si conecta dos computadoras usando en cada una de ellas el
Hiperterminal de Windows, se puede comunicar si usan los mismos parmetros
de velocidad de transmisin, bit de parada, bit de paridad y tamao del dato.
1.11CIRCUITO CONVERTIDORSINCRO-DIGITAL
Un circuito convertidor Sincro-Digital es un componente electrnico que
encapsula elementos que transforman la informacin que ingresa en forma de
voltajes (analgica), con el propsito de facilitar su procesamiento (codificacin,compresin, etc.) y hacer que la seal resultante (digital) , puedan ser ledas
desde un computador, ya que se presentan en formato de bits (0 y 1) en su
salida con un protocolo paralelo.
La Figura 21 muestra el interior de nuestro circuito convertidor:
Figura 21: Componentes internos del convertidor Sincro-Digital.
Estos circuitos son cajas negras que tienen entradas de datos (S1, S2,
S3), voltajes de alimentacin para su circuitera interna (+15 Vdc, -15 Vdc y 5
Vdc) y tierra, adems del Voltaje de Referencia que usan los elementos Sincros
(115 Vac 400 Hz), en la Figura 22 se ve que tambin cuenta con puntos de
control como el bit CB (Converter Busy) que significa que el convertidor est
-
8/4/2019 TESIS 004X674
31/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
31
ocupado leyendo un ngulo y no puede ser interrumpido por un lapso de 2s y
el bit INH lo que hace es procesar un dato valido como lo muestra la siguiente
figura del diagrama de tiempo.
Figura 22: Tiempos entre las seales de CB y de INH.
La salida del dato se ver reflejada en la precisin que posea el
convertidor ya sea de 10, 12 o 14 bits entregando el dato desde el bit menos
significativo ping 1 (LBM) hasta llegar al (MSB) ya sea este de 10, 12 o 14 como
se especifica en la Tabla10:
Tabla 10: Valores de Resolucin del Convertidor Sincro-Digital
PIN CONVERT 10 CONVERT 12 CONVERT 141 (MBS) 0.3515625 0.087890625 0.02197265625
2 0.703125 0.17578125 0.0439453125
3 1.40625 0.3515625 0.087890625
4 2.8125 0.703125 0.17578125
5 5.625 1.40625 0.3515625
6 11.25 2.8125 0.703125
7 22.5 5.625 1.40625
8 45 11.25 2.8125
9 90 22.5 5.625
10 180 45 11.25
11 90 22.5
12 180 45
13 90
-
8/4/2019 TESIS 004X674
32/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
32
14 (LSB)
RESOLUCION 0.3515625 0.087890625 0.02197265625
Estos convertidores dependiendo de su encapsulado pueden trabajar a
temperaturas en un rango de -55C a 105C, el nombre de cada circuitocontiene informacin del mismo por ejemplo (Figura 23): SDC-524-TT-6-3 .
Figura 23: Desglose de Informacin del Convertidor S/D
1.12SINCRO
Un Sincro es un motor pequeo en tamao y apariencia, operan como un
transformador variable. Tanto el sincro como el transformador, usa el principio
de induccin electromagntica ver Figura 24.
El sincro es usado principalmente para la transmisin rpida y precisa de
la informacin entre un equipo y una estacin como ejemplo podemos
mencionar la informacin que vara como: el rumbo y velocidad propia, la
rotacin de los montajes de artillera o el giro de la antena de un radar.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
33/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
33
Figura 24: Esquema elctrico del Sincro.
1.13OSCILADORES DECRISTAL
Este dispositivo es usado como entrada de seal de reloj para acoplar un
microcontrolador PIC (Figura 25). La funcin que cumple es indicar la velocidad
a la cual debe trabajar y es normalmente conocido como oscilador de
frecuencia segn la Tabla 11.
Tabla 11: Configuracin de Velocidad delOscilador
Frecuencia deOscilacin
C1 C2
455 Khz 47 - 100 pF 47 - 100 pF
2 Mhz 15 - 33 pF. 15 - 33 pF.4 Mhz 15 - 33 pF. 15 - 33 pF.
Figura 25: Oscilador deCristal
1.14CIRCUITOSIMPRESOS
El circuito impreso es un medio para sostener mecnicamente los
elementos y poderlos interconectar elctricamente entre s, a travs de las rutas
o pistas de material conductor grabados en la hoja de cobre, son rpidos de
fabricar, de bajo costo y consistentes en produccin de volmenes. Existen
diferentes tipos de circuitos impresos dependiendo de la cantidad de capas que
poseen.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
34/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
34
Figura 26: Circuito Impreso
1.15PROTOCOLONMEA0183
El protocolo NMEA0183 es una especificacin combinada elctrica y de
datos, es un medio a travs del cual los aparatos electrnicos marinos se
pueden comunicar entre ellos. Fue definido y est regulado por la organizacin
Estadounidense National Marine Electronics Association. Usa protocolo de
comunicacin serial RS-232 y RS-422 para la Transmisin y Recepcin, usando
como parmetros de velocidad 4800 bps, Bit de Datos 8, Paridad ninguna, Bits
de Parada 1 o ms y Control de Flujo ninguno, todos los datos viajan en
formato ASCII.
Ejemplos de Datos Transmitidos:
ZDA,123336.8069,17,06,2001,13.0GLL,2924.11158,N,1211.07392,W, 75.97,MVTG,218.7,T,2.38,H,0.18,VSGD,-1.0,G,-1.0,MSYS,3T,9ZEV,0.28745E-006
-
8/4/2019 TESIS 004X674
35/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
35
2. DESARROLLO DE LA INTERFACE ELECTRNICA.
2.1TARJETA CONVERTIDORA SINCRODIGITAL
Para desarrollar la interface electrnica se obtuvo la informacin
detallada de cada circuito integrado (data sheet), se verifica cuales son lasentradas, salidas, interrupciones y timers.
Para disear el circuito se usa el software Protel, en ella se pueden crear
o simular varios tipos de diagramas los mismos que permiten comprobar la
interconexin de los elementos cuando se tiene listo el diagrama elctrico como
se ve en la figura 2.1 y permite distribuir de mejor forma los mismos en la placa
como se aprecia en la figura 2.2, esto ser til al momento de enviar a elaborar
el circuito impreso, tanto de la cara superior como de la inferior adjunto diseos
obtenidos como se ven en las figuras 2.3 y 2.4.
Figura 2.1: Diagrama Elctrico de la Tarjeta convertidora S/D.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
36/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
36
Figura 2.2: Diagrama de la distribucin de elementos en el Circuito
Impreso
Figura 2.3 Diagrama de la Parte Superior del Circuito Impreso
-
8/4/2019 TESIS 004X674
37/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
37
Figura 2.4 Diagrama de la Parte Inferior del Circuito Impreso
2.2IMPLEMENTACIN
Se acondicionaron todos los voltajes en el laboratorio de GERSIN a un
voltaje alterno de 115 Voltios con una frecuencia de 400 Hz para alimentar tanto
el convertidor como del sincro que nos servir como entrada de datos y en el
voltaje directo de +5, +15 y -15 Voltios respectivamente para alimentar la tarjeta
en general ver figuras 2.5 y 2.6.
Figura 2.5 Fuente Alterna y Continua de Voltaje
-
8/4/2019 TESIS 004X674
38/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
38
Figura 2.6 Voltaje Continuo.
Para las mediciones se utilizan equipos de laboratorio como
Osciloscopio, Multmetro, Fuente de Alimentacin y Convertidor de Frecuencia
como se muestra en la figura 2.7.
Figura 2.7 Equipos de Laboratorio
-
8/4/2019 TESIS 004X674
39/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
39
Al iniciar los trabajos, Los elementos se instalan en un protoboard, se
arma el circuito ms grande que es el convertidor sincro-digital SDC-524-TT-6-3
figura 2.8.
Figura 2.8 Interconexin del Circuito.
Se encuentra el procedimiento correcto para poder proteger el modulo
SDC-524 para evitar daos (se daaron 2 mdulos antes de descubrir el
procedimiento), para encender y energizar con voltajes DC y luego el AC, para
apagar el circuito, primero hay que quitar el AC y luego el DC.
Si se revisa el data sheet del microcontrolador PIC 16F87XA
encontraremos sus entradas, salidas, timers e interrupciones. En este
microcontrolador se descarga el programa que controla la trama que llega,
usando el protocolo de datos paralelo que proviene desde el SDC-524,
convirtiendo una sola trama del dato en cdigo ASCII, al mismo tiempo controla
los Displays de 7 segmentos,. Luego se saca la trama por el puerto serial ya
sea por el protocolo RS-232 o RS-422 (configurable por un jumper). El
programa est hecho en Lenguaje C estndar.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
40/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
40
Fsicamente en el PIC, el Puerto A se utiliza como salida, del Puerto B se
utilizan los pines de RB7 a RB1 como entradas, se deja libre el pin RB0 que se
usa como interrupcin, as tambin se usan del Puerto C los pines de RC0 a
RC7 utilizados como entrada, se excepta el pin de RC6 que es usado como
salida ver Figura 2.9.
Figura 2.9 Distribucin de los elementos del PIC 16F87XA.
En el programa se configura para que use el puerto serial en modo de
transmisin, se configura la velocidad de transmisin y se deshabilita la
interrupcin de fin de transmisin. Se configuran los tiempos para poder
refrescar los displays y las lecturas de la data proporcionada por el convertidor
SDC-524. Internamente se utilizan variables de tipo Char y estticas, con la
finalidad de que los datos se mantengan y no varen. Tenemos 3 constantes, laprimera mantiene el valor de equivalencia de un bit en el conversor sincro
digital, otra es un arreglo que contiene la conversin de Hexadecimal a la
numeracin de tipo BCD de 7 segmentos y la ltima es un arreglo que contiene
los caracteres ASCIIs a ser transmitidos.
1Entrada
DatoSDC-524
Puerto Entrada
RB7-RB1RC0-RC7
RegistroInterno
UALU
Unidadde
Control
Memoriade Datos
Memoriade
Programa
Puertode SalidaRA0-RA7
CanalSerial
Seal de interrupcin RB0
Instruccin8
23
4
5
6
7
Datos
-
8/4/2019 TESIS 004X674
41/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
41
Existe un archivo en el cual se programa la inicializacin de todas las
variables que controla el programa principal que esta embebido en la memoria
del PIC como se ve en la figura 2.10.
Figura 2.10 Procedimiento de Inicializacin del PIC.
En el programa principal, llama al procedimiento inicio e inicializa las
lecturas de las variables locales del mismo, realizando el proceso que se
aprecia en la siguiente Figura 2.11.
Figura 2.11: Proceso de conversin del dato en bits protocolo paralelo a
Dato serial sincrnico ASCII
Dato ngulo ledoprotocolo paralelo
Procesar el datosacando residuo y
cociente
Introducir el datocalculado a la
trama de salida
Presentar el datoen los Displays y
por el puerto serial
Repetir hasta que seapague el equipo
-
8/4/2019 TESIS 004X674
42/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
42
Como prevencin de que el PIC pueda causar algn tipo de lectura o
escritura errnea se coloca un interruptor normalmente abierto en el pin 1 de
alimentacin, este tiene la funcionalidad de que al ser oprimido se corte la
energa del PIC (resetear), sin embargo todo lo que est en memoria voltil se
perder.
Se utilizan 2 circuitos integrados que ayudan al PICa entregar los datos
en la salida serial que son el MAX243 (Drivers/Receivers) que entrega el
protocolo RS232 y el SN75176BP (Differential Bus Transceivers) que entrega
por el protocolo RS422, ver figura 2.12. Se implemento la caracterstica de
manejar 2 protocolos de tipo serial en la tarjeta con la finalidad de que sirva, notan solo para este proyecto sino que con tan solo hacer pequeas
modificaciones en el programa interno del PIC este pueda ser re-utilizado en
equipos que se encuentren ms distantes que el actual.
Figura 2.12: De Salida Serial de Datos
Los display de 7 segmentos reciben la informacin desde la salida del
PIC por el Puerto A, acondicionndolo con resistencias de 330 ohmios a cada
segmento, realizando el control del refrescamiento por los timers configurados
en el programa interno del PIC y fsicamente por los transistores NPN.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
43/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
43
Una vez comprobado su funcionamiento, el circuito impreso se envo a
confeccionar en Cuenca. Para ensamblar los elementos se utilizaron
herramientas como cautn para soldar los elementos en la placa base con
estao, pinzas, cortadoras, lupa con lmpara, absolvedora de suelda, etc. Se
uso una fila de bornes para que sea ms fcil conectar las entradas a la tarjeta
y los circuitos integrados fueron montados sobre sockets para evitar que
absorban calor innecesariamente ver figura 2.13.
Figura 2.13 Ensamblaje de Elementos en Circuito Impreso
Una vez armado el circuito se conectan los voltajes tanto a la tarjeta
como a la fuente que simula el dato y la salida RS232 al computador el mismo
que tiene levantado el programa Hiperterminal, se realizan ajustes al sincro
para visualizar los cambios angulares en las salidas, tanto de los Displays como
por el puerto serial ver Figura 2.14.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
44/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
44
Figura 2.14: Tarjeta Final en Funcionamiento.
Se prob la tarjeta por 3 das consecutivos en el laboratorio, no se
presentaron errores en las lecturas de los datos introducidos esto se detalla de
mejor manera en el Captulo 5, la temperatura de la tarjeta y sus elementos se
comportaron de manera natural.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
45/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
45
3. SISTEMA DE INFORMACION
3.1IDENTIFICACIN DEL SISTEMA
El Sistema de Informacin tiene flujo de datos que provienen desde los
Sensores Cinemticos (descripcin) del Buque. En la Figura 3.1 se aprecia lasdiferentes fuentes de datos (GPS, Giro, Corredera, Red de Viento) los mismos
que se encuentran representados por rectngulos de color blanco, la interface
electrnica convertidora de datos sincro a digital se los identificaran por estar
en rectngulos de color celeste. Las seales indicadas en color negro
representan el envo de la informacin de cada uno de los sensores al sistema.
Figura 3.1 Diagrama de Flujo de Datos de los Sensores de Datos Propios a laInterfaz del Sistema.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
46/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
46
3.2DEFINICIN DEREQUERIMIENTOS DEL SISTEMA
3.2.1 Requerimientos de Operacin
Este punto menciona los requerimientos que debe tener el sistema para
operar. En el nivel general tenemos los siguientes:
OPE.01 Convertir los datos analgicos a digitales por medio de la
interface fsica.
OPE.02 Capturar los datos propios del buque provenientes de los
sensores cinemticos en protocolo serial.
OPE.03 Generar una salida de datos utilizando el dispositivo de Red
(NIC) en formato ASCII y utilizando el protocolo de comunicaciones de red
UDP.
3.2.2 Requerimientos de Recepcin de Seal
RXS.01 Recibir por medio del puerto serial asncrono (indicar la
referencia de dnde puedo obtener la informacin sobre el serial asncrono) del
computador, el dato de rumbo que llega desde el equipo de Giro, ubicado en la
Sala de Giros del buque y que pasa por la interface electrnica que convierte la
seal Sincro/Digital.
RXS.02 Recibir por medio del puerto serial asncrono del computador, los
datos geogrficos de ubicacin del buque en Latitud y Longitud medidos en
grados, rumbo y velocidad sobre la tierra de nuestro buque segn el satlite y la
fecha y hora actualizada, los mismos que llegan desde el GPS que esta ubicado
en el Puente de Gobierno.
RXS.03 Recibir por medio del puerto serial asncrono del computador, los
datos de la velocidad y direccin del viento, temperatura del aire, humedad,
presin atmosfrica, etc. que llegan desde la Estacin Meteorolgica ubicada
en el Puente de Gobierno.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
47/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
47
RXS.04 Recibir por medio del puerto serial asncrono del computador, los
datos de la velocidad propia del buque que llega desde la Corredera ubicada en
el Puente de Gobierno.
3.2.3 Requerimientos de Procesamiento de Seal
PRO.01 Procesar la seal del rumbo que sale del giro e ingresa a la
interface electrnica y que entrega una trama de datos con cabecera $AGHDT
(Heading True).
PRO.02 Procesar las tramas de datos que salgan del GPS y que
contengan las siguientes cabeceras: $GPGGA (Global Positioning System Fix
Data), $GPGLL (Geographic Position Latitude/Longitude), $GPVTG(Track Made Good and Ground Speed) y $GPZDA (Time & Date UTC, Day,
Month, Year and Local Time Zone)del GPS de a cuerdo al estndar NMEA0183
versin 1.0 y 2.3.
PRO.03 Procesar las tramas de datos que salen de la Estacin
Meteorolgica y que contengan las siguientes cabeceras: $WIMWV (Wind
Speed and Angle), $WIMTA (Air Tempereture), $WIMMTS(Soil Temperature),
$WIMMHU (Humidity) y $WIMMB (Barometer) de la Estacin Meteorolgica de
acuerdo al estndar NMEA0183.
PRO.04 Procesar la trama de datos $IIVHW (Water Speed and Heading
)que entrega la velocidad propia del buque proveniente de la corredera.
3.2.4 Requerimientos de Presentacin
PRE.01 Ingresar directamente a la Aplicacin sin tener acceso amanipular el sistema operativo.
PRE.02 Presentar la fecha y hora.
PRE.03 Presentar el estado de los puertos al iniciar la aplicacin.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
48/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
48
PRE.04 Presentar los datos propios recibidos por los sensores
cinemticos.
PRE.05 Habilitar un botn que ejecute el explorador de archivos.
PRE.06 Habilitar un botn que permita apagar directamente la maquina
sin ingresar al procedimiento normal de apagado del computador.
3.2.5 Requerimiento de Proteccin de Entorno
ENT.01 Deber tener las protecciones elctricas necesarias para
proteger al computador principal y a la interfase electrnica que convierte la
seal sincro a digital.
3.2.6 Requerimiento de Seguridad y Privacidad
SEG.01 Se deber cumplir bajo el criterio que tenga la Universidad encuanto a seguridad de mantener la confiabilidad de los proyectos de Tesis.
3.2.7 Requerimiento del Entorno del Computador
ENC.01 Se recomendara instalar en un computador industrial con
tecnologa Intel Pentium IV o superior y el sistema operativo probado es
Windows 2000 Profesional.
3.2.8 Requerimiento del Entorno del Computador
TXT.01 Enviar los datos propios capturados por los sensores cinemticos
del buque a la red por la Tarjeta de Red (NetWare Interface Card).
3.2.9 Requerimiento de Recursos del Computador
3.2.9.1 Requerimiento del Hardware Computacional
HCP.01 Se necesitara 01 Computador con un procesador Pentium IV de
2.8 Ghz como mnimo, memoria de 512 MB y disco duro de 40 GB, con 2puertos seriales que puedan leer el protocolo elctrico de comunicacin RS 232
mnimo, 2 puertos seriales que puedan leer el protocolo elctrico de
comunicaciones RS 422o RS 485 mnimo, 1 tarjeta que permita leer el dato en
-
8/4/2019 TESIS 004X674
49/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
49
protocolo de comunicacin elctrico Sincro a Digital y una tarjeta de red de 100
Mbps.
3.2.9.2 Requerimiento de Utilizacin de los Recursos de Hardware Computacional
RHC.01 Los requerimientos mnimos para que la aplicacin se ejecute enel Computador de Ayudas a la Navegacin trabaje dentro de los parmetros
normales es lo siguiente:
El CPU utilizado por el Sistema Operativo y la aplicacin ser de un 15%, 195
Mb de RAM y la velocidad de comunicacin en la red es de 100 Mbps
(opcional).
La lectura de los puertos seriales se los realiza cada 500 ms. mnimo
dependiendo de la capacidad de trabajo del sensor, en el siguiente cuadro se
detalla las velocidades con que cada sensor entrega los datos al Computador
de Navegacin ver Tabla 3.1:
Tabla 3.1: Configuracin de los Parmetros de Puertos de Salida de los
Sensores.
SENSOR VELOCIDAD
TRANSMISION
BIT DE
PARADA
DATOS PARIDAD
GIRO 9600 1 8 Ninguna
GPS 9600 1 8 Ninguna
CORREDERA 9600 1 8 Ninguna
ESTACION
METEREOLOGICA 4800 1 8 Ninguna
3.2.9.3 Requerimientos de Software Computacional
RSC.01 El computador deber tener instalado el Sistema Operativo Windows
2000 profesional y debe correr sin que se visualice la barra de inicio y el
escritorio, por lo tanto debe hacerse la modificacin en el regedit de Windows
dentro de la siguiente ruta (HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE \Microsoft
-
8/4/2019 TESIS 004X674
50/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
50
\Windows NT\CurrentVersion\Winlogon\Shell) se cambia el contenido haciendo
doble clic y poniendo la ruta y el archivo ejecutable de nuestra aplicacin.
3.2.9.4 Requerimiento de Comunicacin del Computador
RCC.01 Este computador estar ubicado en el Puente de Gobierno de la unidad
y necesitara tener comunicacin con los sensores a travs del cableado que
sale de cada uno de ellos y la seal sincro llegara hasta la caja de distribucin
donde est la tarjeta Convertidora de seal sincro a digital con la salida en el
protocolo NMEA183 ya sea por un Puerto serial RS232 o RS422, esto
depender de la necesidad. Esta aplicacin tendr la salida de datos por medio
de la tarjeta de red y por medio del protocolo de comunicaciones de red UDP,
esta opcin es para poder suplir la necesidad de algn sistema que requieradicha informacin.
3.2.9.5 Requerimiento Relacionado con el Personal
RPS.01 Se deber contar con un electricista que realice la instalacin del
cableado utilizando las protecciones necesarias para salvaguardar el buen
funcionamiento del computador y la tarjeta Convertidora Sincro/Digital (S/D).
Se instalara el computador industrial con sus perifricos, este deber tener
instalado Windows 2000, configurara el sistema operativo para que se ejecute
automticamente la aplicacin e ingrese a la red sin que el usuario ingrese dato
alguno esta seguridad se aplica para que el usuario final no pueda hacer uso
del PC de forma libre y pierda su funcionalidad principal, conectara los puertos y
comprobara el ingreso y salida de datos tanto por los puerto seriales.
Adems implementara la aplicacin que correr en la PC instalada, y el
programa que corre sobre el micro controlador que est en la tarjeta.
3.2.9.6 Requerimiento Relacionado al Entrenamiento
-
8/4/2019 TESIS 004X674
51/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
51
RRE.01 No se necesitara capacitar al usuario en la operacin ya que al
encender el computador la aplicacin se ejecuta automticamente y para
apagar solo requiere presionar el botn marcado con la etiqueta Apagar, los
Puertos se entregaran configurados por lo que no es necesario volverlos a
configurar y si hubiese la necesidad de reconfigurarlos se explicara el proceso,
este no es complicado.
3.2.9.7 Requerimiento Relacionado a la Logstica
RRL.01 El computador ser solicitado en calidad de prstamo al Departamento
de Investigacin y Desarrollo de la Armada, los componentes de la tarjeta
Convertidora Sincro Digital, el cableado y los conectores, el estudiante correr
con el costo.
El software instalado en la PC ser totalmente de evaluacin y no necesita
licenciarse ya que se lo har por efecto de prueba.
3.10PRECEDENCIA Y CRITICIDAD DEREQUERIMIENTOS
Los requerimientos presentados anteriormente, sern evaluados con elobjetivo de poder conocer la importancia de cada uno de ellos.
Como primer criterio se considera la complejidad para desarrollar cada uno de
los requerimientos, as tenemos dos niveles:
Primer Nivel: el requerimiento es el punto inicial para la consecucin de otro.
Segundo Nivel: el requerimiento es el resultado de otros.
De esta forma se compone una matriz de criticidad ver Tabla 3.2, donde
se indica que requerimientos son los ms crticos o importantes en el desarrollo
de la interfaz y se la muestra a continuacin:
-
8/4/2019 TESIS 004X674
52/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
52
Tabla 3.2: Matriz de Criticidad para los Requerimientos
MATRIZ DE
CRITICIDAD
PRIORIDAD
Primer Nivel Segundo Nivel
COMPLEJIDAD Nivel 2 MEDIA ALTA
Nivel 1 BAJA MEDIA
Con base en esta matriz, podemos conocer los requerimientos que son
crticos para el xito de la interfaz, ya que son las metas a conseguir; tambinconocemos que requerimientos se deben trabajar primero para poder obtener
resultados a un corto plazo. En el Anexo A se detalla la importancia y prioridad
de cada uno de los requerimientos.
3.11MTODOS DECALIFICACIN
Los requerimientos anteriormente mencionados sern calificados como:
Nuevo (N), cuando esta capacidad no exista en el sistema anterior.
Modificada (M), cuando la capacidad exista pero ha sido mejorada.
Existente (E), cuando la capacidad permanece inalterada en el sistema actual.
Para la verificacin del cumplimiento de los requerimientos al final del proceso
de desarrollo se emplearan los siguientes mtodos:
Demostracin (D): La operacin del sistema, o una parte del mismo, que recae
en la operacin funcional notable que no requiere del uso de instrumentacin,equipos de prueba especiales, o anlisis subsecuentes.
Prueba (P): La operacin del sistema, o parte del mismo, usando
instrumentacin u otro equipo de prueba especial para recoger datos para un
anlisis posterior.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
53/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
53
Anlisis (A): El procesamiento de los datos acumulados obtenidos desde otros
mtodos de calificacin. Ejemplos son reduccin, interpolacin, o extrapolacin
de los resultados de las pruebas.
Inspeccin (I): La revisin visual de los componentes del sistema,
documentacin, etc.
En el Anexo B se detallan los mtodos de calificacin para cada uno de los
requerimientos antes mencionados.
3.12SEGUIMIENTO DEREQUERIMIENTOS
En esta seccin se hace un seguimiento a los requerimientosmencionados en la seccin anterior. Cada uno de los mismos debe ser llevado
a cabo con la finalidad de que se cumplan con los grupos en los que estn
involucrados.
Para el cumplimiento de los requerimientos de operacin se indica en la Tabla
3.3 sus correspondientes grupos de requerimientos a ser llevados a cabo.
Tabla 3.3: Seguimiento de Requerimientos de OperacinRequerimiento
de OperacinRequerimientos precedentes
OPE.01De Recepcin de Seal
De Procesamiento de Seal
OPE.02 De Recepcin de Seal
Con respecto a los requerimientos de presentacin y monitoreo, cadauno de los requerimientos a los que pertenecen a cada grupo deben ser
desarrollados para que de esta manera, sean llevados a cabo.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
54/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
54
3.13FACTORES DECALIDAD DESOFTWARE
Este mdulo debe ser:
Potable: tener la habilidad de ser fcilmente modificado para un nuevo entorno.
Funcional: que permita realizar correctamente las funciones requeridas.
Confiable: tener la habilidad de actuar con resultados correctos y consistentes
til: que permita ser fcilmente aprendido y usado por el operador.
Flexible: permitir agregar nuevas capacidades, conectarse a nuevos sensores o
adaptar nuevos mdulos a medida que ellos evolucionen
3.14LIMITACIONES DEDISEO EIMPLEMENTACIN
Se utilizaran las siguientes herramientas:
Para diagramar los modelos del diseo de los objetos en la metodologa
de UML se utilizar la herramienta Rational Rose.
Para el desarrollo de la aplicacin se usar Visual C++. Net 2003 de
Microsoft.
3.15DEFINICIN DEACRNIMOS
LAN : Local rea Network
(Red de rea Local)
Curso : Es la direccin del movimiento del buque expresado
como rumbo. Es expresado en grados [] teniendo al
Norte como 0.
Datos
meteorolgicos
: Son los parmetros censados por la estacin
meteorolgica, es decir: velocidad y direccin del viento
aparente, temperatura del aire, humedad relativa, presin
atmosfrica.
Direccin del viento : Indica de donde viene el viento. Es decir, si nos indica el
-
8/4/2019 TESIS 004X674
55/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
55
aparente Norte es que el viento va hacia el Sur. Se expresa en
Nudos [kn].
Estacin
Meteorolgica
: Equipo que contiene los diferentes instrumentos que
permiten medir las distintas variables que afectan al
estado de la atmsfera en un momento y lugar
determinado.
Humedad relativa Es la relacin entre la masa de vapor de agua que tiene
una determinada masa de aire y la que tendra si
estuviese saturada en la misma temperatura. Esta
relacin se expresa en porcentaje [%].
Presin atmosfrica Es la fuerza que ejerce el peso del aire sobre cada
unidad de superficie terrestre. Su unidad de medida es elPascal [Pa].
Temperatura del aire Es una magnitud variable que depende de la velocidad
de las molculas del aire y expresa el grado de
calentamiento o enfriamiento de los cuerpos. Su unidad
de medida es el grado centgrado o Celsius [C].
Trama : Paquete de datos.
Velocidad del viento
aparente
Es la distancia recorrida por una masa de aire en una
unidad de tiempo. El resultado se expresa en [m/s].
Velocidad propia del
buque
: Es la velocidad del buque respecto al agua, es calculada
por la Corredera al medir la presin de agua en un
brazo que est suspendido en la parte inferior del
buque. Se expresa en nudos [kn].
GPS : Sistema de radio-navegacin satelital que permite a los
usuarios en tierra, mar y aire determinar su posicin
tridimensional, su velocidad y tiempo las 24 horas del
da, bajo cualquier tiempo atmosfrico, en cualquier parte
del mundo, con una precisin y exactitud mayor que
cualquier otro sistema de este tipo disponible en la
actualidad.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
56/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
56
Velocidad sobre la
tierra
Es la velocidad a la cual un vehculo o buque se mueve
con respecto a la tierra y es calculada por el GPS en
base a la distancia y tiempo que transcurre entre dos
puntos. Se expresa en nudos, millas por hora, kilmetros
por hora.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
57/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
57
4. DISEO DEL SISTEMA DE INFORMACION
4.1IDENTIFICACIN DEL SISTEMA
En base a los requerimientos descritos en el Capitulo anterior,
Especificacin de requerimientos de Software, el mdulo de adquisicin de
datos propios definimos en el Anexo C Lista de casos de uso y sus respectivos
escenarios, en el Anexo D veremos Diagrama de Flujo del Sistema de
Adquisicin de Datos y en el Anexo E estn los Diagramas de Secuencia del
Sistema de Adquisicin de Datos, todo esto corresponde a la captura y
transmisin de la informacin de datos propios.
En la figura 4.1 se muestra el diagrama de casos de uso para el mdulode adquisicin de datos propios.
.uc Use Case Mo...
Sistema
Operador
Encender Equipo
Configurar PuertosSeriales
Ejecutar Explorador
Procesar datosadquiridos
Leer Datos del BufferPuerto Serial
Generar Salida deDatos
Apagar Equipo
Sensor
GPS Estacin Metereologica Corredera Giro
Enviar a la Red DataRed
Recibir datos de laRed
extend
Figura 4.1: Diagrama de Casos de Uso
-
8/4/2019 TESIS 004X674
58/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
58
4.2DISEOARQUITECTNICA DEL SISTEMA DEADQUISICIN DEDATOS
Las clases a implementarse se presentan en la Figura 4.2:
Figura 4.2: Diagrama de Clases del mdulo de adquisicin de datos propios.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
59/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
59
A continuacin se describe la lista de las Clases usadas en el mdulo de
adquisicin de datos propios donde se puede visualizar la herencia y una breve
descripcin de su comportamiento.
CControl: Esta es la clase base de todos los sensores propios hereda los
mtodos y atributos de CObject, los atributos de esta clase son protegidos para
poder heredar a las clases derivadas aqu se forma la trama y verifica el tipo de
trama correspondiente para luego procesarlo en la clase especifica del sensor.
La formacin de las tramas se los realiza adjuntando cada carcter que llega
desde el buffer de lectura parte como carcter $ de inicio y de finalizacin para
tomar los caracteres que estn dentro de este y poder procesar la trama ver
Figura 4.3.
CCorredera: Esta clase hereda los atributos y mtodos desde CControl, los
mtodos virtuales son desarrollados de acuerdo a las necesidades propias de la
Corredera Digital, en las que se puede descomponer la trama que inicia con la
cabecera $IIVHW de la cual se obtiene el dato de velocidad.
CGiro: Esta clase hereda los atributos y mtodos desde CControl, los
mtodos virtuales son desarrollados de acuerdo a las necesidades propias, de
la tarjeta convertidora Sincro/Digital instalada a bordo se captura la trama que
inicia con la cabecera $AGHDT de la cual se obtiene el dato de rumbo
verdadero.
CGPS: Esta clase hereda los atributos y mtodos desde CControl, los
mtodos virtuales son desarrollados de acuerdo a las necesidades propias del
GPSen las que se puede descomponer la trama que inicia con la cabecera
$GPGLL, $GPVTG y $GPZDA de la cual se obtiene los datos de Latitud,
Longitud, Hora, Minuto, Segundo, Rumbo Magntico y Velocidad.
Estacin
Meteorolgica
-
8/4/2019 TESIS 004X674
60/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
60
CEstacinMeteorolgica: Esta clase hereda los atributos y mtodos desde
CControl, los mtodos virtuales son desarrollados de acuerdo a las necesidades
propias de la Estacin Meteorolgica, en las que se pueden descomponer las
tramas que inician con la cabecera $WIMWV, $WIMTA, $WIMTS de las cuales
se obtienen los datos de Presin Atmosfrica, Direccin del Viento, Humedad
Relativa, Temperatura del Aire, Velocidad del Viento.
Figura 4.3 Herencia de la clase CControl y cada uno de los sensoresinvolucrados en el mdulo de adquisicin de datos propios.
En la figura 4.4 podemos visualizar las clases que interactan con el
hardware de comunicacin como se detalle a continuacin.
CSerialPort: Esta clase permite manipular los puertos seriales ya sean estos
propios de la PC como de tarjetas inquisidoras de datos con puertos seriales
utilizando el protocolo elctrico de comunicaciones RS232 o RS422 permitiendo
manipular el buffer de llegada.
CUDPRxLan: Esta clase permite manipular la recepcin de la data que
llega por la red por el protocolo de comunicaciones UDP en caso de ser
requerida para apagar el computador desde un sistema Auxiliar.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
61/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
61
CUDPTxLan: Esta clase permite generar la transmisin de la data que
llega desde los sensores por cualquiera de las tarjetas adquisidoras a la red por
el protocolo de comunicaciones UDP.
Figura 4.4. Composicin y herencia de la clase derivada CObjRW.
4.3CONCEPTO DEEJECUCIN
El mdulo de adquisicin de datos propios se ejecuta una vez que se ha
encendido el Computador y levantado su Sistema Operativo, automticamente
se deben inicializar los Puertos Seriales de lectura con valores pre-
determinados, de tal forma que se queda en el estado de Espera hasta que se
detectan caracteres que estn ingresando al buffer de lectura de tal manera que
se vayan formando tramas de datos de manera que se pueda ir verificando que
sean los requeridos para extraer la informacin necesaria y desechar los
paquetes que no sean necesarios.
Una vez que se ha formado un paquete es transmitido automticamente
a la red. As mismo el mdulo est en permanente escucha de la red, de llegar
el mensaje de apagar equipo, cierra la aplicacin y el sistema operativo procede
ha cerrarse, permitiendo mantener en buen estado los archivos de sistema.
En el Anexo D Diagramas de Flujo y Comunicacin del mdulo deadquisicin de datos propios, donde se describe en forma grafica la
interaccin de los objetos en tiempo y secuencia.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
62/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
62
4.4DISEO DE LA INTERFAZ
4.4.1 GPS
El GPS es una interface externa que entrega informacin de posicin
geogrfica del buque propio, adquiridas desde el satlite que es de dominio
pblico.
Este equipo de navegacin entrega los datos va serial por medio del
protocolo elctrico RS-422 y un protocolo de comunicaciones NMEA-183, las
tramas utilizadas son las que comienzan con la siguiente cabecera: $GPGLL,$GPVGA y $GPZDA. De ellas se tomara siguiente informacin con su
respectivo tipo de dato descrito entre parntesis:
Latitud (double), longitud (double), rumbo (double), velocidad (double),hora (int), minuto (int), segundo (int).
-
8/4/2019 TESIS 004X674
63/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
63
4.4.2 Giro
El Giro es un equipo que entrega el Rumbo de la Nave en el protocolo
elctrico Sincro sus salidas S1, S2, S3 y el voltaje de referencia 115 Vol. 400 Hz
ingresan a la Tarjeta Convertidora Sincro Digital y pasndola a un protocolo
elctrico RS-232 y RS422 dependiendo de la distancia donde se encuentre
este sensor, la data sale en el protocolo de comunicaciones NMEA0183, las
tramas validas recibidas utilizan la siguiente cabecera $ AGHDT.
De esta trama se obtiene el dato de rumbo verdadero y el tipo de dato es
double.
4.4.3 Estacin MeteorolgicaLa Estacin Meteorolgica es una interface que proporciona los datos
climatolgicos existentes en el lugar que se encuentre la Nave, esta
proporciona la velocidad y direccin del viento, la humedad, la presin
atmosfrica, la data se encuentra en el protocolo de comunicaciones elctrico
RS-422 y usa el protocolo de comunicaciones NMEA0183 y la trama valida de
que se obtienen con las cabeceras $WIMWV, $WIMTA, $WIMTS.
4.4.4 Corredera
La corredera es el sensor que proporciona el valor de la velocidad de la
Nave, usando el protocolo de comunicaciones de equipos martimos
NMEA0183 y el protocolo elctrico RS422 la trama valida inicia con la cabecera
$IIVHW, el dato es la velocidad propia del buque el tipo de dato es double.
4.4.5 Red de Datos
La red de datos es usada para transportar los mensajes ver Tabla 4.1producidos por la data que es capturada y procesada por los sensores esta
interface es usada en caso de ser requerida.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
64/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
64
Tabla 4.1: Mensajes de Red que entrega el Sistema por UDP.
SENSOR CARCTERINICIO
PAQUETENUMERO
DATO
AUXILIAR $ 11 Identificacin Propia delequipo
GPS $ 2Rumbo verdadero, Rumbomagntico, velocidad, latitud,longitud, hora, minuto ysegundo
GIRO $ 7 Rumbo
CORREDERA $ 8 Velocidad
ESTACION
METEREOLOGICA $ 10
Velocidad y Direccin delViento, Humedad, Presin
Atmosfrica.
4.5DISEO DETALLADO
El mdulo de adquisicin de datos por puertos est diseado en un
lenguaje visual utilizando una metodologa totalmente orientada a objetos y
reutilizando cdigo.
Este mdulo tiene las siguientes limitaciones:
Los sensores entregan tramas con los datos propios de la Nave por lo
que si existiese algn cambio de los mismos se deber configurar el sensor
para que este sea capaz de poder enviar las mismas cabeceras de las tramas
para que no exista problemas y se pueda extraer la informacin sin novedad.
En si el algoritmo que usa en la recepcin de datos forma las tramasadicionando caracteres para luego en el sensor verificar si el carcter [0] es
igual a $ recin enva a procesar la trama donde se verifican que esa trama
sea la necesaria para descomponerla y extraer la informacin requerida para
-
8/4/2019 TESIS 004X674
65/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
65
transmitirla al la red promedi de un mensaje que se har de acuerdo al
protocolo UDP y por un puerto especifico designado a cada sensor.
4.6GLOSARIO
NMEA 183: Protocolo internacional de comunicacin para equipos de navegacin.
RS232: Protocolo de comunicaciones que puede ser usada a una distancia mnima de 50
pies.
RS422: Protocolo de comunicaciones diferencial de alta velocidad que permite
extender a grandes distancias.
MB: Mega Byte.
GB: Giga Byte.
Mbps: Mega bits por segundo.mseg: Mili segundos.
COMNAV: Computador de Navegacin.
RAM: Memoria de acceso aleatorio.
UDP:Protocolo de data grama a nivel de usuario.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
66/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
66
5. PRUEBAS
5.1REPORTE DEPRUEBAS DEL SOFTWARE YHARDWARE
Este reporte detalla las pruebas realizadas y los resultados obtenidos tanto en
la Tarjeta Convertidora de la seal sincro a digital como del software deadquisicin de datos propios.
5.2PROPSITO YALCANCE
El propsito es dar soporte al desarrollo de los elementos que conforman la
Tesis de Grado tanto del buen funcionamiento del Hardware como del Software
desarrollado, el alcance es mantener en funcionamiento estos elementos por un
lapso no mayor a 3 das, esta limitacin se da por la disponibilidad recursos
materiales(sensores) necesarios.
Los objetivos de esta prueba son:
Adquirir, identificar y medir la seal sincrnica de Rumbo, utilizando la
tarjeta Convertidora sincro-digital.
Adquisicin, identificacin de los datos de rumbo y posicin geogrfica
del buque propio mediante el protocolo NMEA 0183 versin 2.1 que
utiliza el GPS.
Adquisicin, Identificacin de los datos de Temperatura ambiente,
presin atmosfrica, humedad relativa velocidad y direccin del viento
relativo mediante el protocolo NMEA 0183 versin 2.3 proveniente de la
estacin meteorolgica.
Adquisicin, Identificacin del dato de Velocidad mediante el protocolo
NMEA 0183 versin 1.1 proveniente de la Corredera.
Transmisin de la informacin depurada por la red en protocolo UDP.
Las pruebas de software que se efectuaron son las siguientes:
Medicin de tiempos de Transmisin de la Data por la Red.
Medicin de Tiempos de recepcin de los datos de la Red por el Cliente.
Medicin de tiempos de Transmisin y Recepcin de la seal Sincro.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
67/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
67
**La adquisicin de datos se realizo de forma simultnea por medio de
multitarea programada en el sistema.
5.3DATOSGENERALES DE LA PRUEBA
Tabla 5.1: Datos Generales
5.4VALIDACIN
Mdulo de Software
Equipos
01 Computador Industrial ICS
Tarjeta PCI Serial Quatech DSC-200 de 2 canales seriales RS-422.
Tarjeta PCI de Red 10/100 Mbps.
Interface de comunicaciones Serial RS-232.
01 Tarjeta Convertidora Sincro-Digital.
01 Computador personal
Tarjeta PCI de Red 10/100 Mbps.
Componentes de Software
Computador Industrial ICS
Sistema Operativo Windows 2000 SP4.
Sistema de Datos Propios.
Visual Studio .NET 2003.
Debug View 4.13.
Computador Personal
Lugar general de prueba Talleres de DIECAR
rea especfica de prueba Laboratorio de Giros
Fecha 14 de Julio 2008 08h00
Duracin 17 de Julio 2008 08h00
Clasificacin Prueba de Laboratorio
-
8/4/2019 TESIS 004X674
68/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
68
Sistema Operativo Windows 2000 SP4.
Sistema de Datos Propios.
Visual Studio .NET 2003.
Debug View 4.13.
Cableado
Conexiones
Cableado para conexiones de datos Seriales.
Ensamblaje del cableado en borneras de la tarjeta Convertidora Sincro-
Digital.
Conectorizacin de cables serial con conectores DB9 Machos (RS-422) y
Hembras (RS-232). Cableado para conexiones de poder alterno (115 V 400 Hz y 115 V 60
Hz).
Cableado de Conexiones de poder continuo (+15 V, -15V y +5V).
Materiales, Herramientas y Equipos
Medidor de Angulo Digital (Simula el Rumbo).
GPS en funcionamiento.
Multmetro con frecuencmetro. Estacin Meteorolgica.
Osciloscopio.
Fuentes de Voltaje Continuo.
Fuentes de Voltaje Alterno.
Configuracin
Los datos provenientes del Medidor de Angulo simulan el Rumbo propio, se
recibe por medio de la tarjeta Convertidora Sincro-Digital como se visualiza en
la siguiente tabla.
-
8/4/2019 TESIS 004X674
69/99
Desarrollo de Proyectos de Tesis
69
Tabla 5.2: Conexin de Cableado en Tarjeta Convertidora Sincro-Digital
Interface Dato Conexin
Tarjeta Sincro-
Digital
Rumbo S3
234.5 234.5 S2
176.3 176.3 S1
087.7 087.7 RL
021.6 021.6 RH
Datos que provienen de la Tarjeta Convertidora Sincro-Digital que se
reciben por medio del Puerto de Comunicaciones Serial. La configuracin semuestra a continuacin.
Tabla 5.3: Configuracin del Puerto Serial RS-232tem Valor parmetro PTO ConectorTipo RS-232 DB9
Numero del Puerto COM 1 HembraVelocidad (bps) 9600 Pin 3 RX
Bit de Datos 8 Pin 5 TierraParidad Ninguna
Bits de Parada 1Control de Flujo Ninguno
Datos que provienen del GPS se reciben por medio del Puerto de
Comunicaciones Serial. La configuracin se muestra a continuacin.
Tabla 5.4: Configuracin del Puerto Serial RS-232tem Valor parmetro
PTOConector Dato Ledo
Tipo RS-232 DB9 LT: 00`00.02059N
Numero del Puerto COM 2 Hembra LG:07959.97941EVelocidad (bps) 9600 Pin 3 RX UTC
Time:15:39:21Bit de Datos