DISEÑO DE UNA MALLA ZIG-BEE PARA MONITOREO POR AUSENCIA DE AUDIO EN LAS CONSOLAS DHD RM 2200 QUE DISPONE LAS EMISORAS DE LA CADENA RADIAL CARACOL RADIO S.A. HECTOR ALVARO GARZON BUITRAGO. Cód. 20111273008 LUCAS MAURICIO FLOR Cód. 20111273010 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD TECNOLOGICA INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES 2015
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DISEÑO DE UNA MALLA ZIG-BEE PARA MONITOREO POR AUSENCIA DE
AUDIO EN LAS CONSOLAS DHD RM 2200 QUE DISPONE LAS EMISORAS DE LA
CADENA RADIAL CARACOL RADIO S.A.
HECTOR ALVARO GARZON BUITRAGO.
Cód. 20111273008
LUCAS MAURICIO FLOR
Cód. 20111273010
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA
INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES
2015
DISEÑO DE UNA MALLA ZIG-BEE PARA MONITOREO POR AUSENCIA DE AUDIO
EN LAS CONSOLAS DHD RM 2200 QUE DISPONE LAS EMISORAS DE LA CADENA
RADIAL CARACOL RADIO S.A.
HECTOR ALVARO GARZON BUITRAGO.
Cod. 20111273008
LUCAS MAURICIO FLOR
Cod. 20111273007
Monografía para optar por al título de
Ingeniero En Telecomunicaciones
Tutor
HOLMAN MONTIEL ARIZA
Ingeniero Electrónico
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS
FACULTAD TECNOLOGICA
INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES
2016
Nota de aceptación
________________________________
________________________________
________________________________
Tutor _________________________________
Jurado _________________________________
Jurado _________________________________
_________________________
Ciudad y Fecha (Día, Mes Año)
AGRADECIMIENTOS
Durante este tiempo, buenos y malos momentos ayudaron a fortalecer nuestro carácter, nos brindaron
una perspectiva de la vida mucho más amplia y nos han enseñado a ser más cautelosos pero sin dejar
de ser auténtica. Al finalizar mis estudios de grado en la carrera de ingeniera telecomunicaciones.
Existen un grupo de personas a las que no podemos dejar de reconocer debido a que durante todo este
tiempo estuvieron presentes de una u otra forma en nuestro proceso.
A Dios…..porque a pesar de que muchas veces puse mis intereses por encima de ti nunca me faltaste
y aunque somos tus hijos, en ti confiamos. Siempre nos haz ayudado a seguir adelante y por ti aún no
perdemos la esperanza y reconozco que sin ti no hubiéramos podido sobrevivir estos últimos meses.
Muchas Gracias.
A nuestra familia…...Nuestros padres, ustedes han sido sin duda uno de los principales precursores
de este logro, nunca te desesperaste e hiciste lo imposible para que yo pudiera seguir con mis
estudios, creíste que podía y siempre te preocupaste por lo que estaba haciendo, eso nos mantuvo
firme las veces que pudimos tambalearnos; sé que muchas veces tenemos desacuerdos pero quién no
los tiene, salimos adelante y así será siempre. Nuestras madres, Que también se mantuvieron ahí, su
creatividad y dedicación nos sacaron a camino muchas veces y su incondicional comprensión
siempre se impuso, a pesar de todo siempre me apoyaste; muchas veces no me doy cuenta y paso por
alto tus esfuerzos, pero es que si te agradeciera todo lo que haces por mí no terminaría nunca.
A nuestros hermanos...gracias por estar en los momentos más difíciles de nuestras vidas y sobretodo
porque todavía podemos contar con ustedes, a pesar de que en ocasiones le diéramos prioridad a
nuestro egoísmo. Puede que las cosas entre nosotros hayan cambiado un poco pero siempre van a
poder contar con nosotros.
A nuestros Hijos, que son nuestro orgullo y nuestra gran motivación, libran nuestra mente de todas
las adversidades que nos se presentan, y nos impulsan cada día a superarnos en la carrera de
ofrecerles siempre lo mejor.
Muchas gracias hijos, porque sin su ayuda, no habría logrado desarrollar con éxito, mi proyecto de
grado.
A Caracol Radio S.A...Gracias por permitirme durante todo este tiempo estar en sus instalaciones, su
ayuda fue invaluable. Aunque todos y todas de alguna manera se involucraron en mis proyectos, les
agradezco especialmente a: German Trompa, Luis Hernán y los ingenieros del departamento de
tecnología.
A mi tutor, profesores y profesoras...sus formas de enseñar, todas diferentes y características, me
incentivaron en muchos sentidos a seguir adelante y sin ustedes esto no hubiera sido posible. Por su
comprensión, afecto, simpatía, por todas esas cosas que los caracterizan ser profesores de la
universidad distrital francisco José de caldas y de la facultad tecnológica. Por reflejar sus bondades
sobre mí y permitirme guardar en mi interior lo mejor de ustedes, agradezco justo ahora y por siempre.
Y finalizo expresando mi orgullo por haber llegado hasta aquí por la universidad distrital y por ser
quién soy y ser un egresado de ingeniería; eso es algo que nunca habría sido posible sin ustedes en mi
Las consolas analógicas, ya casi sustituidas en su totalidad por las digitales, tratan la señal de audio
analógico y tienen la particularidad de que se actúa directamente sobre las señales que entran o salen de la
mesa. Los diferentes audios pasan físicamente por los elementos de control o monitoreado que son
operados por el técnico de audio. .................................................................................................................. 14
4.2.1. Dispositivos que componen la malla inalámbrica. ........................................................................ 44
4.2.2. El Coordinador. ............................................................................................................................. 44
4.2.3. Implementación de dispositivos routers x bee .............................................................................. 47
4.2.4. Operación rf de los módulos x-bee 802.15.4 serie 2 ..................................................................... 50
4.2.5. Módulos X bee. ............................................................................................................................. 51
4.2.5.1. Modos de operación .................................................................................................................. 51
4.2.5.1.1. Modo transmisión y recepción: ................................................................................................. 52
4.2.5.1.2. Modo de bajo consumo (sleep mode). ...................................................................................... 52
4.2.5.1.3. Modo de comando. .................................................................................................................... 52
4.2.5.1.4. Modo transparente..................................................................................................................... 52
4.2.5.1.5. Modo api. .................................................................................................................................. 53
4.2.5.1.6. Modo idle. ................................................................................................................................. 53
4.2.5.2. Direccionamiento e interconexión ............................................................................................ 54
4.2.6. Montaje de una red Zig Bee con los módulos X bee Serie 2. ....................................................... 54
4.2.6.1. Inicio de un coordinador X bee Serie 2. .................................................................................... 54
4.2.6.2. Inicio de un router X bee Serie 2. ............................................................................................. 55
4.2.6.3. Inicio de un dispositivo final X bee Serie 2. ............................................................................. 55
4.2.7. X bee API. ..................................................................................................................................... 55
4.2.8. Pruebas para determinar distancias entre nodos ............................................................................ 63
4.2.9. Diagramas de flujo de funcionamiento de programas de router y coordinador. ........................... 67
Figura 1. Consola Audio. .................................................................................................................................. 13
Figura 2. Consola Musical. ............................................................................................................................... 14
Figura 3. Consola Analógica. ........................................................................................................................... 14
Figura 4. Consola Analógica En Estudio. ........................................................................................................ 15
Figura 5. Consola Digital. ................................................................................................................................. 16
Figura 6. Consola Digital De Radiodifusión. .................................................................................................... 16
Figura 7. Partes Básicas De Una Consola. ........................................................................................................ 17
Figura 8. Partes De Control De Entradas. ......................................................................................................... 17
Figura 9. Control De Entrada Típico De Una Consola. .................................................................................... 18
Figura 10 Fader ................................................................................................................................................. 21
Figura 11 Reparto de niveles en función del control panorámico..................................................................... 21
Figura 12 Bloques de un corriente AES3. ......................................................................................................... 23
Figura 13 Audiencia Nacional según ECAR. ................................................................................................... 33
Figura 14 Capas Zig Bee (Fuente upload.wikimedia.org) ............................................................................... 34
Figura 15 Ejemplo básico de la topología de una red zig bee. .......................................................................... 35
Figura 16 Ejemplo de direccionamiento de capa de aplicación. ....................................................................... 37
Figura 17 Transmisiones de broadcast. ............................................................................................................. 38
Figura 18 Ejemplo de Transmisión a Través de una Red en Malla. ................................................................. 39
Figura 19 Ejemplo de comando de Broadcast Route Request. Cuando R3 intenta descubrir una ruta a R6. .. 40
Figura 20 Ejemplo de comando Route Reply Unicast Cuando R6 Envía un Route Reply a R3: R6 puede
enviar varias respuestas, si se identifica una ruta mejor. .................................................................................. 41
Figura 21 Transmisión de datos unicast. .......................................................................................................... 42
Figura 22 Diagrama general de la solución propuesta. ..................................................................................... 43
Figura 23 Topología de la red montada. ........................................................................................................... 43
Figura 24 Malla Diseñada y Propuesta graficada por el programa XCTU de Di gi. ........................................ 44
Figura 25 Bloques del dispositivo de coordinador ............................................................................................ 45
Figura 26 Software XCTU Para Programar Los Digi Bee Version 6.2.0 ........................................................ 46
Figura 27 Vista de configuración de coordinador. ............................................................................................ 46
Figura 28 Circuito del coordinador. .................................................................................................................. 47
Figura 29 Imagen X-Bee Coordinado ............................................................................................................... 47
Figura 30 Bloques del dispositivo final router. ................................................................................................. 48
Figura 31 Dispositivo Diseño Router X bee. .................................................................................................... 49
Figura 32 Vista de configuración de router. ..................................................................................................... 49
Figura 33 Diagrama de circuito router. ............................................................................................................ 50
Figura 34 Estructura básica de trama de comunicación API. .......................................................................... 56
Figura 35 Estructura de trama de comunicación API. ...................................................................................... 56
Figura 36 Estructura de frame AT .................................................................................................................... 57
Figura 37 trama de respuesta de petición de parámetro AT. ............................................................................ 58
Figura 38 trama de repuesta de confirmación de escritura de parámetro AT. ................................................. 59
Figura 39 Envió y respuestas de comandos frame AT. ..................................................................................... 59
Figura 40 estructura de trama Zig Bee Transmit Request. ................................................................................ 60
Figura 41 Estructura de trama Zig Bee transmit status. .................................................................................... 62
Figura 42 estructura de trama Zig Bee Receive Packet. .................................................................................. 62
Figura 43 programa de replicación de paquetes. ............................................................................................... 62
Figura 44 Piso 8 zona de las emisoras musicales y ovalo. ............................................................................... 65
Figura 45 Potencias medidas en las emisoras musicales. ................................................................................. 66
Figura 46 Potencias medidas en las emisoras en el ovalo ................................................................................. 67
Figura 47 Diagramas de flujo de programas router. ........................................................................................ 67
Figura 48 Aplicación Básica de un RM2200D: Rack DSP vinculado a una mesa de mezclas......................... 68
Figura 49 Estructura general RM2200D. .......................................................................................................... 69
Figura 50 Vista trasera de la consola DHD RM2200D. .................................................................................... 70
Figura 51 Tarjeta GPIO RM220-311 instalada slot 9 de la consolas. .............................................................. 71
Figura 52 Configuración de los puertos por software RM2200D. .................................................................... 71
Figura 53 Configuración de puertos GPO. ........................................................................................................ 72
Figura 54 Esquemático de los puertos GPO. .................................................................................................... 72
Figura 55 Circuito diseñado para conectarse con el microcontrolador. ............................................................ 73
Figura 56 Circuito en funcionamiento cuando el puerto no está activado (0 voltios). ..................................... 73
Figura 57 Circuito en funcionamiento cuando el puerto está activado (5 voltios). ........................................... 74
Figura 58 Modem Quectel Para el Proyecto UC15-A. ..................................................................................... 75
Figura 59 Modem UC 15. ................................................................................................................................ 75
Figura 60 Esquema general del sistema de transmisión para envió del SMS. .................................................. 76
Figura 61 Esquema de transmisión y recepción SMS. ..................................................................................... 77
Figura 62 Esquema completo de la solución propuesta. .................................................................................. 77
Figura 63 Conectando y registrando el modem a la red de telefonía móvil..................................................... 78
Figura 64 Prueba de comandos para mensajes SMS. ........................................................................................ 78
Figura 65. Especificación de cada comando. .................................................................................................... 80
Figura 66 Funcionamiento del comando AT+CMGF. ...................................................................................... 80
Figura 67 Funcionamiento del comando AT+CMGS. ..................................................................................... 81
Figura 68 Configuración general del modem para enviar mensajes SMS. ....................................................... 81
Figura 69 Prueba de llegada del mensaje al terminal celular. ........................................................................... 82
Figura 70 Mensaje de texto. .............................................................................................................................. 82
Figura 71 Intensidades de señal de celular en el laboratorio de ingeniería piso 7. ........................................... 85
Figura 72 Especificaciones técnicas de sensitividad del modem Quectel UC – 15A. ...................................... 85
Figura 73 Pantalla principal programa cliente. ................................................................................................. 86
Índice de Tablas.
Tabla 1 Origen y destino de paquetes enrutados……………………………………………………40
Tabla 2 Tabla de identificadores de estructuras API……………………………………………….57
Tabla 3 Factor (n) para distintos entornos…………………………………………………………..63
Tabla 4 Potencias en dBm…………………………………………………………………………..64
Tabla 5 Potencias en P(mW)………………………………………………………………………..64
2. INTRODUCCIÓN.
2.1. ANTECEDENTES.
La universidad Distrital Francisco José De Caldas y las personas que la conforman son entes activos
de la sociedad y deben dentro de su campo de conocimiento. Promulgar el desarrollo de tecnología
propia que pueda reemplazar a los complejos sistemas que se adquieren en el mercado internacional
que tienen desventajas claras como dificultad en la escalabilidad y flexibilidad.
El presente trabajo se encuentra inspirado en el apoyo para el desarrollo de la telecomunicaciones en
el país, utilizando tecnología zig bee y software para el entorno gráfico con java, con el fin de mejorar
la calidad de los productos de este sector mediante el monitoreo de parámetros externos.
Teniendo un sistema monitoreo con base en las telecomunicaciones haciendo énfasis en mejorar los
tiempos de respuesta a nivel de soporte en el departamento de ingeniería de caracol radio s.a. y así dar
una respuesta óptima cuando ocurre una falla a nivel de audio en las emisoras que pertenecen a la
cadena radial a nivel de la ciudad de Bogotá.
Al mejorar los tiempos de respuesta del departamento de ingeniería, de manera directa se incrementa
la eficiencia de la producción. Ya que se aprovechan de mejor manera los recursos humanos y
monetarios para lograr producir una respuesta eficiente en la forma deseada.
2.2. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA.
En la actualidad los sistemas de monitoreo y telemetría remoto se han convertido en una herramienta
útil en general para todo tipo aplicaciones donde se presente la problemática del costo del envío de
información relevante en cortos períodos de tiempo. Por otro lado, se ha visto gran avance en la cada
vez más utilizada tecnología inalámbrica permitiendo extender redes que cubren grandes áreas sin la
necesidad de una infraestructura previa haciendo uso de un conjunto de nodos distribuidos
geográficamente.
En la industria de las telecomunicaciones en el sector radial el monitoreo o telemetría de la señal audio
de las consolas que compone una emisora y son una necesidad vital en la cadena productiva de las
emisoras. Ya que de estas depende la eficacia y calidad de la producción de las pautas o el llamado
producto al aire y las emisiones en vivo, este monitoreo se hace más riguroso cuando la producción
se masifica haciendo de esta manera indispensable el proceso de monitoreo y medición de dichos
parámetros.
El presente trabajo pretende mostrar una solución práctica al problema cuando falla el audio en una
consola de las emisoras de la cadena radial, en el cual se presupone un sistema de monitoreo remoto
de la señal de audio utilizando las redes inalámbricas. Esta propuesta de diseño es aplicado a la
industria radial que es una rama esencial del sector de las telecomunicaciones y también extensible a
cualquier sistema en donde el monitoreo remoto sea indispensable para los procesos de
funcionamiento de una institución o empresa.
En este caso se nos permitió trabajar en la emisora Caracol Radio S.A diseñando para ellos un sistema
de alarma por falta de audio en las consolas que tiene las emisoras de la cadena radial.
Creando de esta manera una apropiación de la tecnología por este sector productivo, fortaleciendo así
aplicaciones que cumplan con el cometido de suplir la necesidad de obtener información más
confiable, actualizada, con un menor costo y contribuyendo a la creación de nuevos nichos de mercado
para las soluciones de telecomunicaciones en nuestra región y en esta área.
2.3. OBJETIVOS.
2.3.1. OBJETIVO GENERAL.
Diseñar un prototipo de malla inalámbrica zig-bee para la aplicación de monitoreo remoto para las
emisoras de la cadena radial (CARACOL RADIO S.A).Esto aplicado cuando se presenta ausencia
de audio en las consolas de la marca DHD RM 2200, proporcionando de esta manera una
herramienta que por medio software permita al usuario la visualización de la alarma
2.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Diseñar un sistema de transmisión e interconexión en topología malla sobre tecnología Zig-bee que permita el envio de las mediciones de falta de audio de las consolas DHD RM 2200. Implementar un sistema de envio de mensaje celular (SMS) por medio de un modem GSM para avisar al usuario vía celular la falta de audio de en algunas de las emisoras de la cadena radial en la sede de Bogotá. Diseñar una aplicación de software para el monitoreo de las respectivas alarmas generadas por l a
ausencia del audio en la consola en el laboratorio de ingeniería de la cadena radial sede Bogotá
2.4. RESUMEN.
Un estudio realizado por parte del departamento de ingeniería en la cadena radial (CARACOL RADIO
S.A.) en Bogotá y sus emisoras afiliadas de la cadena radial mencionada. Estas tienen instaladas
consolas de audio DHD RM 2200, Donde nos damos cuenta q u e por cada emisora hay una consola
instalada de esta marca. Se presenta fallas de comunicación entre los equipos y la consola causando
una falla de radio difusión por ausencia de audio. Afectando el producto al aire o bien llamado pautas
publicitarias pagadas por clientes a la emisoras de la cadena radial.
Para esto se propone presentar un diseño de un sistema de alarma que le informe al técnico por vía
mensaje celular (SMS) la falla presente en la emisora y en el laboratorio de ingeniería se muestre la
alarma presente en tiempo real por medio de un software aplicado. En el hardware se va desarrollar
un sistema de comunicación entre módulo GSM y el computador personal del laboratorio de
ingeniería. Para tomar el dato de las alarmas en las emisoras se va montar una red de monitoreo con
base a la tecnología Zig-Bee.
Figura 1. Consola Audio.
3. MARCO TEORICO
3.1. Consolas De Audio.
Una consola de audio, es un sistema que provee pre-amplificación y asignación de entradas y salidas
de manera diversa y permite una variedad de mezclas diferentes como también de rutas de señal
especificas y proceso de efectos.
Una ruta básica es: entrada de micrófono ó línea = bus de mezcla = control de nivel maestro =
salida. Generalmente la consola tenemos una variedad de entradas; Cada una de las cuales puede ser
tratada de manera individual.
Normalmente, una consola proveerá ecualización y filtros para cada canal de entrada y posiblemente
para cada salida. En algunos modelos podemos se encuentran procesadores, circuitos de comunicación
(talkback) y sistemas de muteo automatizados. A veces encontramos la posibilidad de efectuar
diversas rutas de señal, de manera de alterar la ruta original ó de integrar equipamiento externo en la
misma.
También es un dispositivo electrónico al cual se conectan diversos elementos emisores de audio, tales
como micrófonos, entradas de línea, samplers, sintetizadores, gira discos de vinilos, reproductores
de cd, reproductores de cintas, etc. Una vez que las señales sonoras entran en la consola estas pueden
ser procesadas y tratadas de diversos modos para dar como resultado de salida una mezcla de audio,
mono, multicanal o estéreo. El procesado habitual de las mesas de mezclas incluye la
variación del nivel sonoro de cada entrada, ecualización, efectos de envío, efectos de
inserción, panorámica (para los canales mono) y balance (para los canales estéreo). Otras
consolas permiten la combinación de varios canales en grupos de mezcla (conocidos como grupos)
para ser tratados como un conjunto, la grabación a disco duro, la mezcla entre 2 o más canales
mediante un cross-fader. Estas se utilizan en diferentes medios, desde estudios de grabación musical, radiofónicos, televisivos
o de montaje cinematográfico, como herramienta imprescindible en la producción y emisión de
audio. También son la herramienta primordial para los DJ y otros músicos de directo.
En el caso de que esta distancia llegara a superarse es necesario colocar routers intermedios entre
estos nodos para completar la malla inalámbrica en este segmento.
Figura 44 Piso 8 zona de las emisoras musicales y ovalo.
Como mostramos en la figura 44 es el esquema del piso 8 de caracol radio donde se encuentra ubicadas las emisoras. En las siguientes zonas se encuentra según el grafico las emisoras.
- En la zona 6 y 10 se encuentran las emisoras Tropicana, Oxigeno, Radioactiva, W radio musical y la
vallenata.
- En la zona 8 llamado en caracol radio el ovalo se encuentra las emisoras Caracol Radio (La Básica de
caracol), W radio y los 40 principales.
En la siguiente figura veremos la organización de las emisoras en la zonas 6 y 10 donde la potencia de cada
señal de cada x-bee según los cálculos teóricos realizados y medidos.
66
Figura 45 Potencias medidas en las emisoras musicales.
Como vemos en la figura anterior se muestra como las potencias medidas para los X-BEE en la zona de las
emisoras musicales y podemos observar que se encuentra en los rangos de sensitividad de señal de los x –
bee que es de -96 dBm.
En la siguiente figura siguiente vemos las emisoras en la zonas 8 y 10 donde la potencia de cada señal de
cada x-bee según los cálculos teóricos realizados y medidos.
Como vemos en la figura siguiente se muestra como las potencias medidas para los X-BEE en la zona de las
emisoras musicales y podemos observar que se encuentra en los rangos de sensitividad de señal de los x –
bee que es de -96 dBm.
67
Figura 46 Potencias medidas en las emisoras en el ovalo
4.2.9. Diagramas de flujo de funcionamiento de programas de router y coordinador.
Los siguientes diagramas de flujo describen el funcionamiento de los programas escritos en los
microcontroladores del router.
Figura 47 Diagramas de flujo de programas router.
68
4.2.10. Consola DHD RM2200D.
El RM2200D es un sistema digital flexible y compacto de difusión de mezcla para aplicaciones
pequeñas y de gama media. Está diseñado desde cero para ser una herramienta confiable para el uso
diario en los estudios Air On, unidades móviles y pre suites de producción.
Una consola RM2200D consta de dos partes principales, que están acoplados a través de una
conexión estándar llamado bus CAN (ver grafica). Estas piezas son:
- El DSP. Esta unidad de rack 3U incluye todos los módulos de entrada y salida, Se procesa el
audio, el motor de control y la fuente de alimentación.
- La Consola Mezclas. Esta es la interfaz de usuario de la batidora con todos faders, perillas de
control, botones y pantallas.
Figura 48 Aplicación Básica de un RM2200D: Rack DSP vinculado a una mesa de mezclas.
Puede ordenar las partes que componen la consola de la RM2200D dependiendo de su aplicación.
Cuando se instala y configura totalmente, el sistema consta de:
- Un módulo de control maestro de mezclas.
- Por lo menos uno y hasta cuatro módulos de faders de consola de mezclas, cada uno con cuatro
faders. Esto le da un máximo de 16 faders físicos.
- Un rack de consolas DSP puede contener hasta 64 entradas y 64 salidas, tanto analógicas como
digitales según la configuración.
- Dos buses estéreo principales, dos buses Auxiliar estéreo.
- Procesamiento de entrada de ocho canales de fader. Para cada canal, lo que incluye de tres
bandas de ecualizador, compresor / expansor, bajos variable y filtros de paso alto.
- Entrada y salidas GPIO e instalaciones de intercomunicación en función de los módulos
seleccionados.
El RM2200D utiliza un sistema de software operación en tiempo real que se ejecuta en especial micro
controladores dedicados. El sistema desarrollado no es basado en un PC dentro de la RM2200D y
funciona completamente sin ningún PC.
69
La consola se puede conectar un PC al DSP utilizando una conexión en serie o el protocolo TCP / IP
sobre Ethernet. Este PC se ejecuta el software RM2200D, una aplicación estándar de Windows. Utiliza
este software tanto para configurar el RM2200D y para mostrar su estado durante el funcionamiento
normal.
La siguiente imagen muestra la estructura general de un sistema RM2200D. El DSP contiene el audio
y el control, todos los módulos de control están contenidos en la mesa de mezclas.
Figura 49 Estructura general RM2200D.
El audio de la RM2200D, se ejecuta por un DSP de alto rendimiento (SHARC de Analog Devices).
Este DSP está conectado a todas las entradas y salidas del audio de la RM2200D. Todo el
procesamiento de audio se hace aquí; el hardware proporciona suficiente rendimiento para manejar
todas las señales de audio simultáneamente.
El control del audio recibe sus órdenes desde la mesa de control, siempre que sea un fader se mueve
o se presiona una tecla en la mesa de mezclas. Dependiendo de la configuración real, el motor de
audio cambia la forma en que procesa las señales de audio.
Dsp, es el control que se e encarga de toda la comunicación entre los módulos de control en la mesa
de mezclas, el motor de audio y los dispositivos externos. La mayoría del tiempo que reacciona a los
eventos procedentes de la mesa de mezclas. Por ejemplo, si se mueve un fader de la mesa de mezclas,
este evento se transmite en el bus CAN al DSP. A su vez, el control cambia el nivel de la señal de
audio que está actualmente asignado al fader acaba de moverse. El DSP, envía la información a nivel
de los medidores de nivel de la mesa de mezclas y controla las diferentes Leds y la pantalla de cristal
líquido en el Módulo de Control Maestro de la mesa de mezclas. Si ejecuta el software RM2200D en
un PC conectado al DSP, el control también se comunica con este software. Este transmite la
70
información de nivel y el estado del PC y reacciona a los cambios de configuración realizados en el
software.
Las Conexiones externas utilizando GPIOs donde nos centramos en el proyecto, El control
comunica a sistemas externos utilizando entradas de uso general (GPI) y salidas de propósito general
(GPO). GPI y GPO se utilizan para conectar dispositivos externos al RM2200D. Son contactos
eléctricos que están disponibles en las salidas RJ 45 en determinados módulos. Sin embargo, las
especificaciones técnicas tanto para entradas y salidas difieren de módulo a módulo. Ejemplos para el
uso de GPI y GPO son:
- Fader iniciar contactos de reproductores de CD, platinas DAT o máquinas de cinta a la RM2200D.
- Señalización de luz para On-Air, llamadas telefónicas entrantes u otros eventos externos.
- Integración de sistemas de intercomunicación externos.
- Conexión de híbridos telefónicos.
Como estamos mencionando el sistema de alarma por falta de audio en la consola RM2200D. Se tomara de
unas tarjetas GPI/GPO, estas vienen configuradas según el tipo de tarjeta y numero de slot que se insertan
en le rack dsp y se configuran por medio de software desde un computador portátil llamado software de
consola DHD.
Figura 50 Vista trasera de la consola DHD RM2200D.
El Módulo GPIO RM220-311, Este módulo le permite añadir más puertos GPIO a su sistema
RM2200D. Esto es necesario si su configuración necesita más GPIOs que los que hay disponibles en
los módulos de audio. Además, los puertos de este módulo se pueden manejar cargas más robustas y
módulos adicionales de audio; El módulo proporciona:
- 4 entradas de propósito general, aislados con opto-acoplador, resistencia pull-up conmutable.
- 12 salidas de propósito general, aislamiento, relés electromecánicos, máx. 1A actual, máx.
30V de tensión.
71
Figura 51 Tarjeta GPIO RM220-311 instalada slot 9 de la consolas.
Para poder configurar y utilizar unos de los puertos GPO que contiene la tarjeta mostrada en la figura 48 se
debe utilizar el software mostrado en la figura 49. Para habilitar la corriente y voltaje de salida para nuestro
propósito en el proyecto.
Figura 52 Configuración de los puertos por software RM2200D.
72
Figura 53 Configuración de puertos GPO.
Como nos muestra el esquemático en la figura 51 los puertos GPO de la tarjeta en su parte internan generan
5v que estos a su vez saturan el transistor interno de la misma, generando una tierra (GND) en la salida física
del puerto GPO como se muestra en el esquemático, acabe de aclarar que se aplica para todos los puertos
GPO.
Figura 54 Esquemático de los puertos GPO.
73
Cuando algunos de los puertos se encuentran activados la corriente máxima (Imax) de trabajo en el puerto es
de 200mA. Tomando esta base diseñamos un circuito de acoplamiento con la tarjeta RM220 -311 instalada
en el slot 9 del rack DSP de la consola para evitar daños en el puerto GPO el el puerto a trabajar autorizado
por compañía caracol radio es el GPO2.
Figura 55 Circuito diseñado para conectarse con el microcontrolador.
En las siguientes figuras veremos el funcionamiento del circuito simulado por medio del software proteus
Figura 56 Circuito en funcionamiento cuando el puerto no está activado (0 voltios).
74
Figura 57 Circuito en funcionamiento cuando el puerto está activado (5 voltios).
4.2.11. Transmisión de mensajes.
Una parte crucial en la consecución del proyecto, es la transferencia de los datos capturados por la
malla de sensores al técnico de turno y al departamento de ingeniería, para esto fue necesario tener en
cuenta los medios de acceso disponibles del departamento de ingeniería, a consecuencia de que se
encuentran dando soluciones en las diferentes áreas ubicadas en el edificio de caracol de radio; los
medios de comunicación más común es el celular , También la forma más óptima de conectar la
malla de sensores al técnico cuando no está en el laboratorio o está fuera del edificio de la cadena
radial. La conexión más óptima es mediante el uso de enlaces satelitales o conexión GSM/GPRS,
teniendo en cuenta que el costo promedio de una conexión satelital oscila en $200.000 (Ser, 2006) y
que el costo promedio de un plan de datos GSM/GPRS ilimitado está oscilando en alrededor de $70.000
(Movistar, 2015), se decidió por esta última opción ya que la cadena radial tiene un convenio con
movistar; que además del costo ofrece facilidad de instalación y más movilidad con respecto al cambio
de sitio del sistema, es decir en el caso de que la empresa decida modificar las emisoras en la cual se
colocaran los sensores será menos traumática la desinstalación y reinstalación del sistema de
monitoreo.
El modem utilizado en la aplicación, se trata de un UC15 de la familia QUECTEL® con el módulo
M10 EVB-KIT también de QUECTEL®, El modem UC15 QUECTEL es un tipo de plataforma de
red UMTS/HSPA periférica cuatribanda aprobada que permite la integración sencilla mediante una
conexión serie y usb. El módulo M10 EVB-KIT, Es un kit de desarrollo y evaluación para desarrollar
aplicaciones con los modem de las misma marca a nivel de electrónica y telecomunicaciones donde
su diseño flexible permite a los desarrolladores de telecomunicaciones dirigirse a distintos mercados
y geografías con un único diseño (Quectel, 2014). Entre sus características generales están: (Zhang,
2013)
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Figura 58 Modem Quectel Para el Proyecto UC15-A.
Figura 59 Modem UC 15.
Plataforma IP independiente, económica y compacta.
Funcionamiento en cobertura UMTS / HSDPA y GPRS / EDGE GSM
Funciones de voz y datos UMTS / HSDPA y GPRS / EDGE GSM completas
Conectividad USB o serie simple
Registro automático al iniciar
Software de gestión
El modem UC15 Quectel tiene la capacidad de hacer una llamada de datos de maneras:
1. Como comunicación punto a punto por medio de CSD (Circuit Switch Data).
2. Utilizando GRPS/GSM y UMTS/HSPA (Depende de la red prestador de servicios).
76
La llamada CSD, permite la conexión directa entre dos módulos, donde todo lo que se escriba en uno,
se envía al otro y viceversa. La desventaja es que se necesita tiempo para conectarse y los datos se
envían mientras se esté conectado. El cargo por servicio se realiza por tiempo de conexión.
En una llamada GPRS, la conexión se realiza a través de Internet, y el cargo por servicio es por tráfico
realizado, por lo que se puede estar todo el tiempo conectado, ahorrándose el tiempo en que necesita
conectarse en cada sección, ya que sólo se conecta una vez y permanece así, y no como en una llamada
CSD, donde la conexión debe realizarse cada vez que se mandan datos. La conexión por GPRS,
permite la comunicación con cualquier página web o servidor de forma inalámbrica utilizando la red
GSM de telefonía celular.
La interfaz del modem UC 15 QUECTEL, se trata de una interfaz serie de comandos AT estándar
mediante la cual se proveen todos los comandos de configuración, y envío de datos, los comandos AT
son instrucciones codificadas que conforman el lenguaje de comunicación entre un usuario y un
terminal módem y son de carácter genérico en su mayoría, ya que un mismo comando funciona en
modelos de distintas marcas, haciendo que un programa basado en comandos AT sea inmensamente
robusto y compatible con la mayor parte de los dispositivos disponibles en el mercado. La gran parte
de los módems disponibles reconocen los comandos AT más utilizados. Por lo mismo, la tecnología
GSM ha adaptado el uso de estos comandos, teniendo comandos específicos que pueden ser
encontrados en documentación especializada sobre el módulo M10EVB-KIT y el modem UC15.
Dependiendo del módem usado, es la implementación que se le da a los comandos y no depende del
medio de comunicación, que puede ser serial, usb, infrarrojo o Bluetooth (Zhang, 2013).
La clave de la arquitectura en esta parte del sistema consiste en una en encontrar el medio óptimo de
hacer la traducción de la información de los datos provenientes de la malla X bee y transferirlos de
manera eficiente a través de la red celular.
Figura 60 Esquema general del sistema de transmisión para envió del SMS.
La interfaz de comandos at provee una forma eficiente y sencilla de conectar el coordinador X bee y
el módem, pero la conexión a Internet o la red móvil es un poco más complicada, para cumplir con
este objetivo el módem ofrece dos funcionalidades implementadas el firmware; una de ellas se trata
de un programa propio llamado QNavigator Versión 1.0 el cual está diseñado para soportar
dispositivos de la misma marca. El programa QNavigator esta soportado por una serie de comandos
asociados a la interfaz serie necesarios para la configuración del dispositivo, una vez el dispositivo
esté configurado y conectado, el software acepta los datos pasados sobre las líneas seriales y los
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empaqueta para la entrega sobre la red teniendo como ventaja una entrega de los datos de forma
transparente en ambos segmentos de la red.
Figura 61 Esquema de transmisión y recepción SMS.
La única desventaja asociada a este modo de conexión es necesario incluir dentro un programa los
comandos AT necesarios para enviar la información de las alarmas por de medio de SMS cuando
llegue la información de la malla zig bee.
Figura 62 Esquema completo de la solución propuesta.
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Ahora en la siguientes figuras mostramos el funcionamiento software QNAVIGATOR conectado al modem
Quectel UC15 con el módulo de desarrollo kit M10EVB al computador de modo serial.
Figura 63 Conectando y registrando el modem a la red de telefonía móvil.
Figura 64 Prueba de comandos para mensajes SMS.
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4.2.12. Comandos AT Para SMS
Los programadores pueden acceder la información de control de las funciones del módem en tiempo
real. Una amplia gama de información está disponible a través de los comandos AT incluye la gestión
de módem y funciones de estado. Este entorno sería mejor utilizado en una aplicación de software a
medida o personalizada donde se considere obligatorio él envió de datos en tiempo real. Un buen
ejemplo de la necesidad de los comandos AT en una aplicación de monitoreo en tiempo real que
incluye una ventana de estado que informe sobre la ejecución e indique cuando la condición de la
comienza a degradarse alguna señal de un sensor.
Los comandos AT son instrucciones codificadas que conforman un lenguaje de comunicación entre
un usuario y un terminal modem. En un principio, el juego de comandos AT fue desarrollado en 1977
por Dennis Hayes como un interfaz de comunicación con un modem para así poder configurarlo y
proporcionarle instrucciones, tales como marcar un número de teléfono. Más adelante, con el avance
del baudio, fueron las compañías Microcomm y US Robotics las que siguieron desarrollando y
expandiendo el juego de comandos hasta universalizarlo. Los comandos AT se denominan así por la
abreviatura de attention.
Aunque la finalidad principal de los comandos AT es la comunicación con módems, la telefonía móvil
GSM también ha adoptado como estándar este lenguaje para poder comunicarse con sus terminales.
De esta forma, todos los teléfonos móviles GSM poseen un juego de comandos AT específico que
sirve de interfaz para configurar y proporcionar instrucciones a los terminales. Este juego de
instrucciones puede encontrarse en la documentación técnica de los terminales GSM y permite
acciones tales como realizar llamadas de datos o de voz, leer y escribir en la agenda de contactos y
enviar mensajes SMS, además de muchas otras opciones de configuración del terminal. Queda claro
que la implementación de los comandos AT corre a cuenta del dispositivo GSM y no depende del
canal de comunicación a través del cual estos comandos sean enviados, ya sea cable de serie, canal
Infrarrojos, Bluetooth, etc.
En el proyecto nos vamos a centrar en los comandos AT de mensaje de texto SMS estos parámetros
están configurados de manera adecuada en el modem. El modem que estamos utilizando el Quectel
UC 15 A contiene los siguientes parámetros de comandos AT para mensajes SMS según la página del
fabricante. Estos son: (Quectel, 2014).
- AT+CSMS= Select Message Service - AT+CMGF= Message Format - AT+CSCA =Service Center Address - AT+CPMS= Preferred Message Storage - AT+CMGD =Delete Message - AT+CMGL= List Messages - AT+CMGR =Read Message - AT+CMGS =Send Message - AT+CMMS =More Messages to Send - AT+CMGW= Write Message to Memory - AT+CMSS= Send Message From Storage - AT+CNMA =New Message Acknowledgement to UE/TE - AT+CNMI =SMS Event Reporting Configuration - AT+CSCB =Select Cell Broadcast Message Types - AT+CSDH =Show SMS Text Mode Parameters - AT+CSMP =Set SMS Text Mode Parameters - AT+QCMGS =Send Concatenated Messages
- AT+QCMGR =Read Concatenated Messages De estos comandos entregados por el fabricante nos vamos a centrar en los siguientes que vamos a
utilizar para enviar mensajes de texto. (Quectel, 2014).
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- AT+CMGF= Message Format
- AT+CMGS =Send Message
Figura 65. Especificación de cada comando.
AT + CMGF, especifica el tipo de formato de entrada y salida de los mensajes SMS. <mode> indica
el formato de mensajes utilizados para enviar, lista, leer y escribir los comandos y códigos de resultado
no solicitados resultantes de recibido mensajes.
Mode puede ser el modo PDU (TP unidades de datos usado) o el modo de texto (encabezados y el
cuerpo de la mensajes dados como parámetros separados). El modo de texto utiliza el valor del
parámetro <chset> especifica comando + CSCS para informar al conjunto de caracteres que se
utilizará en el cuerpo del mensaje en la interfaz de TA-TE. (Quectel, 2014).
Figura 66 Funcionamiento del comando AT+CMGF.
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AT+ CMGS, Comando de escritura envía un mensaje corto de TE a la red (SMS-Después de invocar
el comando de escritura, esperar a que el símbolo sea recibido ">" y luego empezar a escribir el
mensaje. A continuación, introduzca <CTRL-Z> para indicar el final de la PDU y comenzar a enviar
el mensaje. El envío puede ser cancelado por dar <ESC>. La cancelación es reconocida con "OK",
aunque no se enviará el mensaje. La referencia de mensaje <mr> se devuelve a la TE en la entrega de
mensajes con éxito. El valor puede ser utilizado para identificar el mensaje en código de resultado de
informe de estado de entrega no solicitada. (Quectel, 2014).
Figura 67 Funcionamiento del comando AT+CMGS.
A continuación se muestra una imagen de la captura de la pantalla de información de configuración
del modem Quectel UC 15 A para realizar llamadas y enviar mensajes de texto.
Figura 68 Configuración general del modem para enviar mensajes SMS.
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En las siguientes figuras se muestran el funcionamiento de envio del mensaje que llegaron los mensajes
enviados al destinatario.
Figura 69 Prueba de llegada del mensaje al terminal celular.
Figura 70 Mensaje de texto.
83
4.2.13. Estado de señal celular para prueba.
Para determinar el estado de la señal en caracol radio inicialmente se realizó un desarrollo teórico
atreves del modelo de Okumura - Hata con esto se pretende obtener una aproximación inicial de la
intensidad de recepción en el sitio.
Del modelo de Okumura-Hata se tiene que las pérdidas son iguales a (Molisch, 2011):
Oyarce, A. (2010). Guía del Usuario XBEE Series 1. Santiago, Chile.
Quectel. (03 de 2014). M10-EVB-GUIDE-V.2.0. Shenzen, china.
Ser. (2006). Servicio de noticias semanal sobre la industria satelital en America Latina.
Yang, G. &. (2004). Body sensor networks. Springer.
Zha, L. J. (2004). Wireless sensor networks. M.K.
Zhang, J. (12 de 12 de 2013). Guía del Usuario,UC15-QUECTEL. españa.
90
ANEXOS
Especificaciones técnicas del modem Quectel UC-15A
91
92
Especificaciones del modem gsm
93
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Comandos AT más utilizados.
Estos son los comandos más comunes en la mayoría de los módems y los que más se usan.
ACCION REALIZADA POR EL MODEM
ATA o 1) Se pone en modo respuesta y espera una señal portadora del modem remoto. o 2) Espera S7 segundos y colgará si no se detecta portadora.
ATDnúmero o 1) Descuelga y llama al número de teléfono solicitado. o 2) Espera un tono de llamada antes de marcar.
2.1)Si no se detecta ese tono en S6 segundos, el modem devuelve código de resultado "no dial tone"
2.2)si se detecta el tono el modem espera S7 segundos 2.2.1.Si no establece conexión el modem vuelve al estado de
comandos 2.2.2. Si se establece conexión el modem entra en el estado on-line.
ATE o Eco o Nota Profesor: Los comandos introducidos en el modem vuelven por eco al PC (por
defecto). ATH
o Descuelga el teléfono o Nota Profesor: Normalmente se utilizan:
1)un segundo silencio 2)+++ 3)ATH
ATI o Revisa la ROM del modem (Checksum)
ATL o Programa el volumen del altavoz
ATM o Programa conexión/desconexión del altavoz
ATO o Vuelve a estado on-line desde el estado de comandos. o Nota Profesor: permite retomar una conexión ya en marcha
ATQ o Programa los códigos de resultado a ON/OFF
ATS o Visualiza/cambia contenidos de los registros S
ATV o Envía códigos de resultado en palabras o números
ATW o Envía "códigos del progreso de la negociación" progreso en control de errores y de
las negociaciones de compresión entre los módems. ATX
o Programa códigos de resultado ATZ
o Reset
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AT&C o Programa detección de portadora
AT&D o Programa control de DTR
AT&K o Programa control de flujo
AT&W o Almacena perfil configuración del usuario
AT&Y o Especifica que perfil de configuración usuario de los almacenados se va a utiliza
o Comandos generales
a) AT+CGMI: Identificación del fabricante b) AT+CGSN: Obtener número de serie c) AT+CIMI: Obtener el IMSI. d) AT+CPAS: Leer estado del modem - Comandos del servicio de red a) AT+CSQ: Obtener calidad de la señal b) AT+COPS: Selección de un operador c) AT+CREG: Registrarse en una red d) AT+WOPN: Leer nombre del operador - Comandos de seguridad: a) AT+CPIN: Introducir el PIN b) AT+CPINC: Obtener el número de reintentos que quedan c) AT+CPWD: Cambiar password - Comandos para la agenda de teléfonos a) AT+CPBR: Leer todas las entradas b) AT+CPBF: Encontrar una entrada c) AT+CPBW: Almacenar una entrada d) AT+CPBS: Buscar una entrada
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- Comandos para SMS a) AT+CPMS: Seleccionar lugar de almacenamiento de los SMS b) AT+CMGF: Seleccionar formato de los mensajes SMS c) AT+CMGR: Leer un mensaje SMS almacenado d) AT+CMGL: Listar los mensajes almacenados e) AT+CMGS: Enviar mensaje SMS f ) AT+CMGW: Almacenar mensaje en memoria g) AT+CMSS: Enviar mensaje almacenado h) AT+CSCA: Establecer el Centro de mensajes a usar i) AT+ WMSC: Modificar el estado de un mensaje.