UNIVERSIDAD DE GUANAJUATOMAESTRIA EN ING.
ELECTRICAINSTRUMENTACIN DIGITAL MAESTRO: DR. GUSTAVO CERDA
VILLAFAAALUMNO UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO MAESTRIA EN ING. ELECTRICA
INSTRUMENTACIN DIGITAL Proyecto final SISTEMA DE ALARMA STRO: DR.
GUSTAVO CERDA VILLAFAA ALUMNO: DANIEL PREZ PRADO 18 DE AGOSTO DEL
2011 STRO: DR. GUSTAVO CERDA VILLAFAA SISTEMA DE ALARMA OBJETIVO:
Disear un sistema de alarma que sea activado va USB por medio de la
computadora. MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO Leds PIC18F4550 LCD Buzzer
Capacitores Conectores Placa para imprimir circuito Cable USB
Cristal de 4 MHz PC Sensor SFR05 MARCO TERICO Comunicacin USB
(Universal Bus Serial) El USB (Universal Bus Seria), est basado en
una arquitectura tipo serial. Sin embargo, es una interfaz de
entrada/salida mucho ms rpida que los puertos seriales estndar.
Existen varios estndares del USB que se han desarrollado para la
conexin de una amplia gama de
dispositivos:ElestndarUSB1.0queofrecemodosdecomunicacinde1.5Mb/s(baja
velocidad) y 12 Mb/s (alta velocidad). El estndar USB 1.1 con los
mismos modos de comunicacin que el anterior. El estndar USB 2.0 que
brinda velocidades hasta 40 Mb/s. Algunos conceptos generales del
bus USB son: Host: dispositivo que inicia la comunicacin
(generalmente el ordenador).
Hub:dispositivoquecontieneunoomsconectoresinternashaciaotros
dispositivosUSB,elcualhabilitalacomunicacinentreelhostycondiversos
dispositivos. Driver: es un programa aplicaciones para poderse
comunicar con el dispositivo. Endpoints: es una localidad especfica
dentro del dispositivo. Endpoint es un buffer que almacena mltiples
bytes, tpicamente es un bloque de la memoria de datos o un
registrodentrodelMicrocontrolador.Todoslosdispositivosdebensoportarun
puntoterminal0.Estepuntoterminaleselquerecibetodoelcontrolylas
peticiones del estado durante la enumeracin cuando el dispositivo
esta sobre el bus.
Pipes:esunenlacevirtualentreelhostyeldispositivoUSB,queconfiguralos
parmetrosasociadosconelanchodebanda,tipodetransferencia,direccindel
flujodedatosyelmximoy/omnimotamaodelospaquetes/buffers.Lanorma USB
define dos tipos de enlaces virtuales: stream y message. Existen
cuatro principales tipos de transferencia por el enlace virtual:
Control: modo utilizado para realizar configuraciones. Todos los
dispositivos soportan este
tipodetransferencia.Losdatosdecontrolsirvenparaconfigurarelperifricoenel
momentodeconectarsealUSB.Esteenlacenotieneprdidadedatos,puestoquelos
dispositivos de deteccin de recuperacin de errores estn activos a
nivel USB. Bulk: se utiliza para la transmisin de importantes
cantidades de informacin. Este tipo de informacin es til cuando la
razn de transferencia no es crtica. Interrupt: modo utilizado para
transmisiones de pequeos paquetes, rpidos y orientados a
percepcioneshumanas.Estetipodetransferenciaesparadispositivosquedebenrealizar
atencin peridicamente y lo utilizan los dispositivos de baja
velocidad.
Isochronousoflujoentiemporeal:modoutilizadoparalatransmisindeaudioovideo
comprimido. Este tipo de transmisin funciona en tiempo real.
Sistema de alarma: Un sistema de alarma es un elemento de seguridad
pasiva. Esto significa que no evitan una
situacinanormal,perossoncapacesdeadvertirdeella,cumpliendoas,unafuncin
disuasoriafrenteaposiblesproblemas.Porejemplo:Laintrusindepersonas.Iniciode
fuego.Eldesbordamientodeuntanque.Lapresenciadeagentestxicos.Cualquier
situacin que sea anormal para el usuario. Una vez que la alarma
comienza a funcionar, dependiendo del sistema instalado, este puede
tomar acciones en forma automtica. Por ejemplo: Si se detecta la
intrusin de una persona a un rea determinada, mandar un mensaje
telefnico a uno o varios nmeros. Si se detecta la presencia de
humo, calor o ambos, mandar un mensaje telefnico a uno o varios
nmeros o accionar la apertura de rociadores en el techo, para que
apaguen el fuego. Si se detecta la
presenciadeagentestxicosenunrea,cerrarlaspuertasparaquenoseexpandael
problema.
Paraesto,laalarmatienequetenerconexionesdeentrada,paralosdistintostiposde
detectores, y conexiones de salida, para activar otros dispositivos
que son los que se ocupan de hacer sonar la sirena, abrir los
rociadores o cerrar las puertas.
Todoslossistemasdealarmastraenconexionesdeentradaparalosdetectoresyporlo
menosunadesalidaparalasirena.Sinohaymsconexionesdesalida,laoperacinde
llamaraunnmero,abrirelrociadorocerrarlaspuertasdeberserrealizadaenforma
manual por un operador. Uno de los usos ms difundidos de un sistema
de alarma es advertir el allanamiento en una
viviendaoinmueble.Losequiposdealarmapuedenestarconectadosconuna
Central Receptora,tambinllamada
CentraldeMonitoreo,conelpropietariomismo(atravsde telfono o TCP/IP)
o bien simplemente cumplir la funcin disuasoria, activando una
sirena que funciona a unos 90 db .
Unsistemadealarmasecomponedevariosdispositivosconectadosauna
central procesadora. Centralprocesadora:esla CPU
delsistema.Enellasealberganla placabase ,la fuenteyla
memoriacentral.Estapartedelsistemaeslaquerecibelasdiferentes
sealesquelosdiferentessensorespuedenemitir,yactaenconsecuencia,
disparandolaalarma,comunicndoseconlacentralpormediodeunmodem,etc.
Se alimenta a travs de corriente alterna y de una batera
respaldatoria, que en caso
decortedelaenerga,leproporcionaraunaautonomaalsistemadeentre 12
horas y 3 das (dependiendo de la capacidad de la batera). Teclado:
es el elemento ms comn y fcil de identificar en una alarma. Se
trata de un teclado numrico del tipo telefnico. Su funcin principal
es la de permitir a los
usuariosautorizados(usualmentemediantecdigosprestablecidos)armar(activar)
y desarmar (desactivar) el sistema. Adems de esta funcin bsica, el
teclado puede tenerbotonesdefuncionescomo: EmergenciaMdica,
Intrusin, Fuego,etc.Por otro lado, el teclado esel medio ms comn
mediante el cual se configura el panel de control.
Gabinetedesirenaexterior:eselelementomsvisibledesdeelexteriordel
inmuebleprotegido.Setratadeunasirenaconautonomapropia(puedefuncionar
ansiselecortaelsuministrodecorrientealternaosisepierdelacomunicacin
conlacentralprocesadora)colocadadentrodeungabineteprotector(demetal,
policarbonato,etc).Puedetenerademsdiferentessistemasluminososque
funcionan en conjunto con la disuasin sonora.
Detectoresdemovimiento (PIR):sonsensoresquedetectancambios de
temperatura ymovimiento.Siestossensoresdetectanmovimientoestandoel
sistema
conectado,dispararnlaalarma.Existendetectoresreguladosparano
detectar mascotas, tales como perros y gatos. Detectores
magnticos:setratadeunsensorqueformauncircuitocerradoporun
imanyuncontactomuysensiblequealsepararse,cambiaelestado(sepuede
programar como NC o NA) provocando un salto de alarma. Se utiliza
en puertasy ventanas, colocando una partedel sensor en el marcoy
otra en la puerta o ventana misma.
Sensoresinercialesosismicos:estnpreparadosparadetectargolpessobreuna
base.Secolocanespecialmenteencajasfuertes,tambinenpuertas,paredesy
ventanas. Detectan el intento de forzar su apertura. Detectores de
rotura de cristales: son detectoresmicrofnicos, activados al
detectar la frecuencia aguda del sonido de una rotura de cristal.
Lapa(detectortermovelocimetrico):elementoadheridoaunacajafuerte.Advierte
deunposible butrn ointentode sabotaje delamisma.Adoptaelnombrede
termovelocimetrico dado que en su interior alberga tres tipos de
detectores seriados, uno de cambio de temperatura, un sismico, y
uno de movimiento. Detectorpersonascadas(hombremuerto)
:elementoinalmbricoquepermite detectar desvanecimientos o cadas de
personas solas. Fig. 1.- Sistemas de alarmas existentes PIC18F4550
Fig.2 .- PIC18F4550 CARACTERSTICAS FUNDAMENTALES ElPIC
18F4550,pertenecealosmicrocontroladoresPIC18degamaalta.Poseeuna
arquitectura RISC (reduced instruction set computer) de 16 bits
longitud de instrucciones y
8bitsdedatos.Latablamuestraenresumenlascaractersitcasfundamentalesdeeste
microcontrolador y de sus antecesores los PIC18F2455/2550/4455. El
uC PIC18F4550 dispone de las siguientes memorias:
Memoriadeprograma:memoriaflashinternade32.768bytes.Almacenainstruccionesy
constantes/datos.Puedeserescrita/ledamedianteunprogramadorexternoodurantela
ejecucin programa mediante unos punteros. Memoria RAMde datos:
memoriaSRAM interna de2048 bytesenla que estn incluidos
losregistrosdefuncinespecial.Almacenadatosdeformatemporaldurantelaejecucin
delprogramaPuedeserescrita/ledaentiempodeejecucinmediantediversas
instrucciones.
MemoriaEEPROMdedatos:memorianovoltilde256bytes.Almacenadatosquese
debenconservaraunenausenciadetensindealimentacinPuedeserescrita/ledaen
tiempo de ejecucin a travs de registros. Pila: bloque de 31
palabras de 21 bits. Almacena la direccin de la instruccin que debe
ser ejecutada despus de una interrupcin o subrutina.
Memoriadeconfiguracin:memoriaenlaqueseincluyenlosbitsdeconfiguracin(12
bytesdememoriaflash)ylosregistrosdeidentificacin(2bytesdememoriadesolo
lectura).Setratadeunbloquedememoriasituadoapartirdelaposicin30000Hde
memoriadeprograma(msalldelazonadememoriadeprogramadeusuario).Enesta
memoria de configuracin se incluyen: Bits de configuracin:
contenidos en 12 bytes de memoria flash permiten la configuracin de
algunas opciones del uC como: -Opciones del oscilador.-Opciones de
reset.-Opciones del watchdog. -Opciones de la circuiteria de
depuracin y programacin. -Opciones de proteccin contra escritura de
memoria de programa y memoria EEPROM de datos.
EstosbitsseconfigurangeneralmentedurantelaprogramacindeluC,aunquetambin
puedenserledosymodificadosdurantelaejecucindelprograma. Registros
de identificacin: se trata de dos registros situados en las
direcciones 3FFFFEH y
3FFFFFHquecontieneninformacindelmodeloyrevisindeldispositivo.Sonregistros
de solo lectura y no pueden ser modificados por el usuario. Sensor
SFR05 Se trata de un medidor de distancias de bajo costo por
ultrasonidos. La deteccin del objeto
seconsiguemidiendoeltiempoquetardaenrebotarunhazdeultrasonidossobrela
superficiedeunobjeto.Internamenteestconstituidoporunmicrocontroladorydos
cpsulas ultrasnicas de 40khz. Una para el disparo y otra para
recibir el eco. Caractersticas del sensor: -Rango de medida: Entre
1.7 y 400cm. -Tensin de alimentacin: 5v -Frecuencia: 40Khz.
-Duracin mnima del pulso de disparo: 10us -Duracin del pulso de
eco: 100-25000us -Tiempo de espera entre medidas: 20ms -Dos modos
de funcionamiento: Modo1: Compatibilidad con el SRF04 (4 hilos).
Modo2: Modo a tres hilos. Modo de conexin 1 (compatible con SFR04)
Fig.3. SFR05 en modo 1 Con esta conexin el sensor se comporta como
un SRF04 usando una lnea de salida de Eco y otra para la entrada de
Disparo. Procedimiento en modo 1: -Configurar el pin de Eco
(entrada) y el de Disparo (salida). -Aplicar un pulso de, mnimo
10us, al pin de Disparo. -El mdulo transmite un tren de pulsos de 8
ciclos a 40KHz. -Esperar a que el pin de salida de Eco pase a nivel
1. -Inicializar a cero y poner en marcha el Temporizador. -Cuando
la cpsula receptora recibe la seal rebotada en un objeto -la salida
de Eco pasa de nuevo a nivel 0. -Medir la duracin del pulso de esta
seal, es decir, el tiempo en -que la seal eco se mantiene a 1.
-Calcular el valor de la distancia en funcin del tiempo registrado.
Modo de conexin 2 Fig.4. SFR05 en modo 2 Con esta conexin el sensor
utiliza una nica lnea del pic para el Eco y el Disparo.
Procedimiento en modo 2: -Configurar el pin de Eco/Disparo como
salida. -Aplicar un pulso de, mnimo 10us, al pin Eco/Disparo.
-Configurar el pin de Eco/Disparo como entrada. -El mdulo transmite
un tren de pulsos de 8 ciclos a 40KHz. -Esperar a que el pin de
Eco/Disparo pase a nivel 1. -Inicializar a cero y poner en marcha
el Temporizador. -Cuando la cpsula receptora recibe la seal
rebotada en un objeto -el pin de Eco/Disparo pasa de nuevo a nivel
0. -Medir la duracin del pulso de esta seal, es decir, el tiempo en
-que el pin Eco/Disparo se mantiene a 1. -Calcular el valor de la
distancia en funcin del tiempo registrado. Para calcular la
distancia leda por el sensor, se siguen los siguientes pasos: Deber
suministrar un breve pulso de al menos 10uS para disparar la
entrada de comienzo
delclculodedistancia.ElSRF05transmitirunarfagade8ciclosdeultrasonidosa
40khz elevando el nivel lgico de la seal del eco (o la lnea de
activacin en el modo 2). Entonces el sensor "escucha" un eco,y en
cuanto lo detecta, vuelve a bajar el nivel lgico de la lnea de eco.
La lnea de eco es por lo tanto un pulso, cuyo ancho es proporcional
a la
distanciarespectoalobjeto.Registrandoladuracindelpulsoesposiblecalcularla
distancia en pulgadas/centmetros o en cualquier otra unidad de
medida. Si no se detectase nada, entonces el SRF05 baja el nivel
lgico de su lnea de eco despus de 30mS. El SRF05 proporciona un
pulso de eco proporcional a la distancia. Si el ancho del pulso se
mide en uS, el resultado se debe dividir entre 58 para saber el
equivalente en centmetros, y entre 148 para saber el equivalente en
pulgadas. uS/58=cm o uS/148=pulgadas. El SRF05 puede activarse cada
50mS, o 20 veces por segundo. Debera esperar 50ms antes de la
siguiente activacin, incluso si el SRF05 detecta un objeto cerca y
el pulso del eco es
mscorto.Deestamaneraseaseguraqueel"bip"ultrasnicohadesaparecido
completamente y no provocar un falso eco en la siguiente medicin de
distancia. DESARROLLO:
1.-InvestigarcomosecomunicaelPICalaPCmedianteUSB,verlostiposde
comunicacinqueexistenparaUSB,verificarcomoseconfiguraelPICparasubuen
funcionamientoconlaPCyrealizarelcdigoparaestablecerunabuenacomunicacin
entre PIC y PC. 2.- Una vez entendido el funcionamiento de la
comunicacin USB,realizar el circuito para la comunicacin USB.
3.-CargarelprogramarealizadoalPICyverificarquelaplacadelcircuitorealizado
funcione correctamente al conectarla a la PC; para esto al momento
de conectar la tarjeta a la PC se necesitara instalar el driver
necesario para que esta ser reconocida. 4.- Ahora que ya se
estableci la comunicacin entre el PIC y la PC, se conectara el
sensor y se diseara la parte de cdigo para el buen funcionamiento
de este.
5.-Establecerloslmitesdedistanciaparaqueseactivenlasdosalarmasqueestar
activando el programa (LEDs y BUZZER) RESULTADOS: Simulacion:
Primero que nada para saber la manera en que se desarrollara el
circuito de comunicacin USB se realizo una simulacin en proteus tal
como se muestra en la Fig. 5: Fig.5. Diagrama en Proteus Diseo del
circuito en PCB wizard
Unavezquesetuvolaideadecmorealizarelcircuitosehizoeldiseodelcircuito
usando el PCB wizard. Fig. 6.- Diseo del circuito En la fig, 6 se
observa que solo se conecto el PIC, un cristal de 4 MHz, dos
capacitores de 22nf, un capacitor de 100 nf, un capacitor de 470
uf, el conector USB, un led que sirve para
indicarlacomunicacinentrelaPCyelPIC,yseaadieron40conectoresparapoder
utilizar la placa de forma universal, es decir para poder conectar
ms cosas no solamente lo que se ocupara en este proyecto. Codigo:
El programa implementado para este proyecto es el siguiente:
#include #include //#DEVICE ADC=10 #fuses
HSPLL,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG,USBDIV,PLL1,CPUDIV1,VREGEN,,NOPBADEN
#use delay(clock=48000000) #use standard_io(a)//Optimizamos E/S del
PORTA #use standard_io(b)//Optimizamos E/S del PORTB #use
standard_io(c)//Optimizamos E/S del PORTC #use
standard_io(d)//Optimizamos E/S del PORTD #use
standard_io(e)//Optimizamos E/S del PORTE
#defineUSB_HID_DEVICEFALSE// deshabilitamos el uso de las
directivas HID #defineUSB_EP1_TX_ENABLE USB_ENABLE_BULK//turnon
EP1(EndPoint1) for IN bulk/interrupt transfers
#defineUSB_EP1_RX_ENABLE USB_ENABLE_BULK//turnon EP1(EndPoint1) for
OUT bulk/interrupt transfers #define USB_EP1_TX_SIZE 16 // size to
allocate for the tx endpoint 1 buffer #define USB_EP1_RX_SIZE 16 //
size to allocate for the rx endpoint 1 buffer #include // Microchip
PIC18Fxx5x Hardware layer for CCS's PIC USB driver #include //
Configuracin del USB y los descriptores para este dispositivo
#include//handlesusbsetuptokensand get descriptor reports #define
RecCommand recbuf[0] #define Disparo PIN_B0 #define S_eco PIN_B1
#define OH output_high #define OL output_low #define Enable_System
PIN_E2 #include float distancia(void); int sensor(void); char
dan[9]; float dist_cm=0; float limit_sup; float limit_inf; const
int8 Lenbuf = 32; int8 recbuf[Lenbuf]; void main(void){ usb_init();
usb_task(); usb_wait_for_enumeration();
setup_adc_ports(NO_ANALOGS);
setup_timer_1(T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_8);
setup_comparator(NC_NC_NC_NC); setup_vref(FALSE);
//setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1);
//setup_timer_2(T2_DISABLED,0,1); //enable_interrupts(global);
setup_oscillator(OSC_4MHZ|OSC_NORMAL|OSC_31250|OSC_PLL_OFF);
lcd_init(); printf(lcd_putc,"\fSensor SRF05\nInstrumentacion
digital"); delay_ms(1000); printf(lcd_putc,"\fMaestria
ing.\nElectrica"); delay_ms(1000); printf(lcd_putc,"\fDaniel\nPerez
Prado"); delay_ms(1000); printf(lcd_putc,"\f Alarma");
delay_ms(1000); //lcd_init(); while (TRUE) { if(usb_enumerated()){
OH(Enable_System); delay_ms(100); if (usb_kbhit(1)){
usb_get_packet(1, recbuf, Lenbuf);
if(RecCommand==98){dist_cm=distancia();
sprintf(dan,"%f",(float)dist_cm);//esta instruccion nos permite
convertirel valor del adc en un string. dan[4] = '\0';
usb_put_packet(1,dan,4,USB_DTS_TOGGLE);//conestainstruccionmandamoselarrgloquese
creo en la instruccion anterior } if(RecCommand==116){
limit_sup=100.0; limit_inf=80.0; } if(RecCommand==117){
limit_sup=50.0; limit_inf=35.0; } if(RecCommand==118){
limit_sup=20.0; limit_inf=10.0; } if(RecCommand==100){
//while(TRUE){ sensor(); //} } } } } } int sensor(void) {
lcd_init(); printf(lcd_putc,"\fSensor SRF05\nInstrumentacion
digital"); delay_ms(1500); while(true) { dist_cm=distancia();
if(dist_cm==0) printf(LCD_Putc,"\fObjeto no \n Detectado"); else
printf(LCD_Putc,"\fDistancia\n%3.2f cm",dist_cm); delay_ms(500);
if(dist_cm
