Diseño de un sistema de microcontroladores maestro-esclavo mediante el uso del protocolo RS-232
1. UNIVERSIDAD “FERMIN TORO”
VICERRECTORADO ACADEMICO
FACULTAD DE INGENIERIA
CABUDARE EDO. LARA
Diseño de un Sistema de microcontroladores
maestro-esclavo mediante el uso del protocolo
RS232.
Alumna:
María Barradas
CI: 22.300.883
3. Planteamiento del Problema
A medida que pasan los años y que la tecnología avanza cada vez nos encontramos con un mayor
número de dispositivos accesibles para todo público que nos permiten utilizarlos para resolver
una inmensa cantidad de problemas en nuestra vida diaria . Gracias a esto hemos visto como
cada vez más personas desarrollan y diseñan dispositivos electrónicos para diversos fines, ya sea
a beneficio de empresas o para uso propio o inclusive para uso educativo, cada día son más las
herramientas y cada día son más las cosas que las personas se deciden a crear con sus propias
manos.
Entre los principales dispositivos utilizados para desarrollar sistemas electrónicos encontramos
los microcontroladores que nos permiten mediante su programación utilizarlos para una
infinidad de aplicaciones de control, monitoreo, recolección de datos, entre otros. Sin embargo
al utilizar los microcontroladores nos damos cuenta que estos generalmente requieren estar
conectados a una gran cantidad de dispositivos que funcionan como entradas y salidas de
información tal cual una computadora se tratase, solo que en el caso de estos
microcontroladores los dispositivos conectados a los mismos no siempre se encuentran
agrupados en el mismo espacio que estará ubicado el controlador.
Debido a lo planteado anteriormente se debe recurrir a utilizar buses compuestos por
numerosas cantidades de cables que permiten la transmisión de datos entre el microcontrolador
y los sensores o actuadores. Para evitar la cantidad de cables que tienden a confundir al
momento de corregir una falla o realizar un mantenimiento, se suele utilizar tecnologías
inalámbricas, pero estas no suelen estar disponibles para todos los modelos de microcontrolador
o en algunos casos pueden ser muy difíciles de configurar o simplemente no resultar factibles
Es por esto que surge la necesidad de un sistema de comunicación cableada que disminuya a un
mínimo la cantidad de cables y permita utilizar las herramientas que nos brindan los
microcontroladores y resulte eficaz y rentable.
4. Objetivo General
Diseñar un sistema capaz de conectar 2 microcontroladores como maestroesclavo mediante el protocolo de comunicación RS232.
Objetivos Específicos
Determinar la posibilidad de diseñar un sistema maestro-esclavo usando el
protocolo rs232 en microcontroladores.
Analizar la rentabilidad de un sistema maestro-esclavo usando
microncontroladores.
Diseñar un sistema de microcontroladores configurados como maestro
esclavo que mantenga la eficacia del sistema original.
5. Alcances.
Se utilizara protocolo de comunicación RS232 para comunicar ambos
microcrontroladores.
La propuesta estará limitada a 2 microcontroladores trabajando uno como maestro y
otro como esclavo.
El diseño se realizara en términos generales no para un microcontrolador específico.
Limitaciones.
La distancia entre los 2 microcontroladores se verá delimitada por la capacidad que
brinda el protocolo.
Se trabajara con protocolo RS232 por ser el que más se domina para el momento de
realización de esta propuesta.
No se utilizara algún otro protocolo de comunicación por el hecho de que puede resultar
necesario programar algunas rutinas de comunicación que no están presentes en
algunos microcontroladores y para el momento de esta propuesta no se poseen
conocimientos sobre la programación de microcontroladores sino un conocimiento
general de los mismos.
7. Antecedentes Investigativos
Antonio Valente (2009). SISTEMA DE MONITOREO AUTOMÁTICO DE PUESTOS DE
ESTACIONAMIENTO VEHICULAR.
El sistema de monitoreo automático de puestos de estacionamiento vehicular,
tiene su origen a partir de los requerimientos de la empresa MARIAE C.A.;
empresa que presta sus servicios de estacionamiento vehicular para el centro
comercial el pinar de san Cristóbal, el cual administra clientes fijos y eventuales.
Es importante resaltar que la presente investigación se incluye dentro de la
modalidad de proyectos especiales, por ser un prototipo de monitoreo con
dispositivos electrónicos, display, sensores, teclado matricial y
microprocesadores, administrados bajo herramientas como Access 2000,
Microsoft visual basic 6.0, simuladores y diseñadores de circuitería electrónica
como ponyprog 2000 y proteus Isis 6 profesional. Para su diseño y desarrollo se
utilizaran las siguientes metodologías, para el desarrollo del hardware la definida
por Gutierrez et al (2005), y para el software la del ciclo de vida de los sistemas
de información de Jeffrey L. Whitten (1999). El sistema de monitoreo está en
capacidad de detectar el estado de cada puesto vehicular del estacionamiento e
identificar un cliente fijo a través de su clave.
En este trabajo se resalta el uso de los microcontroladores y el protocolo RS232
para la comunicación entre el microcontralodor y los dispositivos externos a él.
8. Huizi U., Rosalía A., Verde I. y José I. (2007). IMPLEMENTACIÓN Y DESARROLLO DE UN
SISTEMA DE MEDICIÓN DE FLUJO, COMPRESIBILIDAD Y DENSIDAD DE GAS
MULTICOMPONENTE EN UN PROCESADOR ARM Y UN MICROCONTROLADOR.
Se plantea la implementación de un sistema de medición de diversas características de gas
natural mediante un equipo denominado computador de flujo, regido por la normativa que
establece la Asociación Americana de Gas (AGA). La norma AGA8 define las ecuaciones
matemáticas que caracterizan tanto el factor de compresibilidad de un gas como su densidad;
la norma AGA3, partiendo de los resultados obtenidos mediante la aplicación de la norma
AGA8, define los cálculos necesarios para la determinación de las condiciones de flujo del gas.
En este trabajo se desarrollan los códigos necesarios para este fin, para la posterior
programación tanto de un microprocesador (en este caso un ARM) en lenguaje Visual
Studio.Net como de un microcontrolador en lenguaje C. Estos equipos deben comunicarse
utilizando los protocolos MODBUS TCP y MODBUS RTU, respectivamente. La programación en
ambas arquitecturas tiene como finalidad la comparación en cuanto a velocidad y
rendimiento, pues uno de los dos productos presenta un tamaño considerablemente
reducido, pudiendo esto ser una ventaja ante el otro.
Este trabajo nos dejo un aporte relacionado con las características, el uso, el funcionamiento
de los microcontroladores.
9. Wu Wu, John. (2012). INTEGRACIÓN DE REDES DE MICROCONTROLADORES DISTRIBUIDOS
BASADOS EN BUS CAN. LADO MICROCONTROLADOR.
El principal objetivo de este TFG fue la creación de un protocolo basado en CAN que facilitase la
integración de redes de microcontroladores. Dicho protocolo tendría que ser sencillo de usar
pero con funcionalidades potentes. Se eligió CAN como base puesto que se trataba de un
estándar robusto y ampliamente reconocido. El resultado obtenido fue TouCAN, una librería
potente pero amigable al usuario. TouCAN posee dos partes claramente diferenciadas pero
estrechamente relacionadas, un lado microcontrolador y un lado supervisor. El lado
microncontrolador que es sobre el que versa este TFG, está diseñado sobre Arduino, una
tecnología muy en boga actualmente dada la facilidad de desarrollo y a una comunidad
entusiasta. El objetivo principal de esta parte es la de interconectar los microcontroladores
entre sí mediante el protocolo definido en TouCAN, proporcionando las clases y los métodos
necesarios para ello. Por otra parte proporciona una serie de métodos de comunicación por el
puerto serie para la interacción con un PC supervisor. El lado supervisor está basado en sistemas
UNIX, por lo que es compatible con las diversas distribuciones Linux existentes además de ser
fácilmente portables a otros sistemas como Mac OS X. Su principal función es la de servir como
supervisor del lado microcontrolador. Conectándose a uno de los nodos maestros es capaz de
interactuar con el resto de la red, permitiéndole al usuario comunicarse con sus dispositivos en
todo momento. TouCAN tiene el potencial necesario para convertirse en una herramienta libre
de amplio uso puesto que es sencillo pero potente, sostenida por una tecnología ampliamente
conocida.
En este trabajo se desarrolló una red de microcontroladores utilizando conocidos protocolos de
comunicación sirviéndonos de ejemplo para la realización de nuestro trabajo.
10. Bases Teóricas
Se refiere a los conocimientos teóricos previos que se debe adquirir para el impulso de esta
investigación; los cuales sin duda deben ser documentados para el buen entendimiento en el
desarrollo y criterios del diseño. Como pilar fundamental en este proyecto, se toma los
conceptos teóricos de:
Bus de comunicaciones
Según la página. es.wikipedia.org. Un bus es un sistema digital que transfiere datos entre los
componentes de una computadora o entre computadoras. Está formado por cables o pistas en
un circuito impreso, dispositivos como resistores y condensadores además de circuitos
integrados.
Bus paralelo.
Es un bus en el cual los datos son enviados por bytes al mismo tiempo, con la ayuda de varias
líneas que tienen funciones fijas
Bus serial.
En este los datos son enviados, bit a bit y se reconstruyen por medio de registros o rutinas de
software.
11. Protocolo
Según la pagina es.kioskea.net. Un protocolo es un método estándar que permite la
comunicación entre procesos (que potencialmente se ejecutan en diferentes equipos), es decir,
es un conjunto de reglas y procedimientos que deben respetarse para el envío y la recepción de
datos a través de una red.
En informática y telecomunicación, un protocolo de comunicaciones es un conjunto de reglas y
normas que permiten que dos o más entidades de un sistema de comunicación se comuniquen
entre ellos para transmitir información por medio de cualquier tipo de variación de una
magnitud física.
RS-232
Según la página juandeg.tripod.com. El protocolo RS-232 es una norma o estándar mundial que
rige los parámetros de uno de los modos de comunicación serial. Por medio de este protocolo
se estandarizan las velocidades de transferencia de datos, la forma de control que utiliza dicha
transferencia, los niveles de voltajes utilizados, el tipo de cable permitido, las distancias entre
equipos, los conectores, etc.
12. Microcontrolador
Según la página. es.wikipedia.org. Un microcontrolador es un circuito
integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está
compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un
microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una
computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.
14. Naturaleza de la investigación
En este proyecto, se siguió la modalidad de proyecto factible cuyo desarrollo está
encaminado a la investigación de proposiciones sustentadas en un modelo operativo viable,
para solucionar la problemática descrita, en este caso el diseño de un sistema basado en
microcontroladores conectados como maestro- esclavo mediante el uso de la norma RS-232,
Además el proyecto en cuestión se basa en un estudio de campo en donde la recolección de
datos se hará directamente de la realidad donde ocurren los hechos.
15. Fases de la Investigación
Fase I: El Diagnóstico
Para la selección de la técnica aplicada en este trabajo para la interconexión entre dos
microprocesadores es necesario investigar sobre las diferentes opciones que existen a la hora
de querer interconectar dos microcontroladores de igual forma los factores importantes que
toman lugar en esta comunicación como lo son los voltajes de trabajo y los diferentes tipos de
señal para poder usar la técnica más precisa y efectiva para la interconexión.
Fase II: Factibilidad
El análisis de la factibilidad toma en cuenta datos técnicos, económicos y operativos.
• Factibilidad técnica.
Para que un sistema se considere factible de manera técnica se debe demostrar que los
instrumentos y equipos necesarios para su desarrollo son de fácil adquisición y es posible
encontrarlos en el mercado nacional, de igual manera se debe comprobar que se cuenta con la
mano de obra calificada para realizar dicho sistema.
• Factibilidad económica.
Para que un proyecto sea factible económicamente, este debe ser atractivo en el mercado es
decir debe tener un costo de desarrollo bajo, de manera que el costo de venta sea capaz de
competir en el mercado de sistemas similares y sea de un costo atractivo para el publico.
• Factibilidad operativa
En función de garantizar una factibilidad operativa por parte del sistema, este deberá ser capaz
de operar de manera optima y eficaz de igual manera que debe ser amigable para el usuario.
16. Diseño de la Investigación
El diseño del estudio es de carácter experimental, ya que se hace necesario un montaje para
poder observar como se establece la comunicación entre dos microcontroladores por medio
del protocolo RS-232. El trabajo en cuestión es también de tipo descriptivo, por cuanto se
describen los procedimientos y pasos para la conexión entre dos microcontroladores mediante
el uso de dicha norma.
En el estudio, se describen además, las ventajas y desventajas de la aplicabilidad de
dicho diseño.
Como propuesta se tiene el uso de la norma RS-232 o protocolo serial para la comunicación
entre ambos micros utilizando los pines RX y TX de ambos microcontroladores y un módulo de
acople que consiste en un integrado max-232 para garantizar los niveles de voltaje y corriente
de la conexión.
18. Fase I diagnostico
Para el diagnóstico fue de vital importancia toda la información que se recolecto tanto de las
entrevistas realizadas a personas con gran experiencia en el área de los microcontroladores así
como el material que se pudo reunir de diferentes fuentes como fueron el internet, libros y
revistas de electrónica.
Luego de estudiar la información obtenida de los diversos medios consultados se puntualizaron
ciertas características que son suceptibles a ser mejoradas.
• La comunicación entre dos microcontroladores por medio de señales inalámbricas es muy
costosa
• Una comunicación por medio de un bus de datos entre dos microcontroladores es
complicada a la hora de realizar un mantenimiento del sistema
• Utilizar un solo microcontrolador para manejar dispositivos que se encuentran a mucha
distancia es poco efectivo por la cantidad de cables, y la atenuación de la corriente debido
a los largos tramos de cable.
A pequeña escala una de las funciones más importantes de los microncotroladores actuales es
la capacidad de conectarse mediante un protocolo serial ya sea a una computadora o cualquier
otro dispositivo que posea la capacidad de dicha interconexión. En proyectos de pequeña y
mediana escala en ocasiones esta característica es desaprovechada por lo cual puede ser
utilizada para establecer comunicación con otro microcontrolador.
19. Fase II. Factibilidad.
Una vez completada la fase de diagnóstico, se determina la factibilidad para diseñar un sistema
de microcontroladores maestro esclavo conectados por medio del protocolo RS-232.
•
Factibilidad Técnica.
El presente proyecto cumple con la factibilidad técnica ya que a nivel de hardware para aplicar
esta solución a un sistema ya establecido no se requieren conocimientos adicionales para
poder ampliar el sistema usando esta propuesta. A nivel de software los cambios que se deben
realizar son mínimos en comparación con soluciones alternas a la propuesta.
•
Factibilidad operativa.
Podemos decir que este proyecto es factible operativamente ya que la solución propuesta
representa una solución eficaz y óptima para el funcionamiento del equipo a la vez que la
conexión por comunicación serial representa una interfaz más amigable y transparente para el
usuario que una interfaz inalámbrica o un sistema de bus de datos.
20. • Factibilidad económica.
El proyecto es factible económicamente ya todos los componentes necesarios para aplicar esta
propuesta pueden ser conseguidos en el mercado nacional por precios bastante accesibles a
continuación se muestra un cuadro de precios basados en un sistema que utilice un
microcontrolador AT89C5X.
Costo de Componentes Utilizados
Descripción
Microcontrolador AT89C5X
Par trenzado según la distancia
Max 232
TOTAL BS
Cantidad
1
Varios
1
Precio
Unidad
100,00
100,00
50,00
Total Bs
100
100,00
50,00
250
El costo de mano de obra del proyecto es bastante reducido ya que el mismo personal que
desarrolla el sistema base puede aplicar esta propuesta, eso sumado al bajo costo que
representan los componentes hace de este proyecto un proyecto factible económicamente y
que se torna una alternativa mucho más accesible que otras opciones de conexión para
microcontroladores.
21. Fase III. Diseño del Sistema
El objetivo principal de este sistema es interconectar de manera efectiva dos
microcontroladores, haciendo uso del puerto serie que trabaja bajo la norma RS-232. Para
realizar dicha conexión los microcontroladores cuentan con dos pines dedicados, TX y RX. De
esta forma para la realización de esta propuesta se tienen tres módulos, uno de transmisión,
uno de recepción y un módulo de acople.
•
Módulo de transmisión.
El módulo de transmisión se refiere al pin TX del microcontrolador que trabajara
como maestro, este a su vez debe tener programadas rutinas de transmisión por comunicación
serial que serán enviadas al microcontrolador esclavo por medio del pin nombrado
anteriormente, en caso de que se necesite respuesta del microcontrolador esclavo se utilizara
el pin RX para la recepción de dicha respuesta.
• Módulo de recepción.
El módulo de recepción está presente en el microcontrolador esclavo y corresponde
al pin RX este se encarga de recibir las instrucciones que envía el microcontrolador que actúa
como maestro para posteriormente enviar esas señales a los dispositivos externos conectados
al micro como pueden ser sensores o actuadores. El microcontrolador deberá tener
programadas rutinas de recepción serial como puede ser la interrupción serial para que al
momento de recibir algún dato del microcontrolador maestro deberá interpretar esa señal para
luego dar la orden que corresponda a los dispositivos externos. El microcontrolador esclavo
también puede tener salida de información por medio del pin TX en caso de que se necesite
una comunicación bidireccional.
22. • Módulo de acople
El módulo de acople consta de un integrado de código max-232 que es el encargado de
mantener los niveles de tensión y corriente en unos valores óptimos cumpliendo con el
protocolo RS-232 garantizando que la comunicación se pueda realizar aun en distancias muy
largas y filtrando a su vez cualquier dato que pueda salir por los pines de entrada y viceversa.
