Bus de campo - Andreaguzmt/Comunicaciones Wiki

Bus de Campo.

A continuación, se evidencia el desarrollo de practica de laboratorio numero dos, la cual corresponde a Buses de campo, la cual se plantea el reconocimiento tanto del funcionamiento como de la aplicación de buses de campo, así como la diferenciación de las pérdidas de diferentes mediciones realizadas mediante diferentes medios de transmisión y por ultimo el diseño de protocolos de comunicación a nivel de campo. La creación de estas redes a nivel de campo se realiza con la utilización de protocolos como RS-485 el cual va transmitiendo los datos entre los diferentes embebidos que están interactuando en el intercambio de datos, además de la utilización de bluetooth para visualizar los datos obtenidos de los sensores, enviadas al maestro por medio de los diferentes protocolos de comunicación. Las mediciones realizadas son respecto a la corriente eléctrica de un motor DC el cual se encuentra operando sin carga, las corrientes obtenidas son medidas mediante una resistencia shunt, los valores también serán visualizados en un display el cual esta conectado por medio de protocolo I2C.

Esquemático.

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Para la correcta comprensión del esquemático de trabajo, cabe resaltar que el sistema de comunicaciones se realizara por medio de dos microcontroladores esp32, con la finalidad de interconectar los sistemas embebidos se aplica un protocolo de comunicación RS485, el cual genera la relación entre el maestro y el esclavo, para este caso el maestro debe realizar las siguientes acciones, la primera de ellas es tomar el dato de la corriente del motor por medio de unas resistencias que reemplazan a la resistencia Shunt, ya que esta solo se encuentra a nivel industrial, ahora bien para tener en cuenta es necesario recalcalr que el maestro se encarga de la transmicion de dichas corrientes por medio de los protocolo, donde el esclavo recibe esta informacion y procede a la escritura de la misma es una pantalla LCD 16x2, con el protocolo de comunicacion I2C, ademas de ello tal y como se observa el maestro se enlaca con la PC mediante cable USB en este punto la pc grafica la informacion morstradoa, ahora bien para el protocolo de comunciacion con la aplicacion movil se trata de la recoleccion de la velocidad del motor, esto se realiza mediante un encoder rotacional que se aplica al motor, se transmite al maestro y por sus portocolos se transmite por bluethoot a la aplicacion movil realizada.

Materiales.

  1. Microcontroladores esp32
  2. Resistencia shunt
  3. Motorreductor amarillo
  4. Pantalla LCD 16X2 con I2C
  5. Fuente de voltaje
  6. Enconder rotativo
  7. Modulo rs485

Conceptos.

Buses de campo "Fieldbus".

El campo es el área donde se localizan las maquinas y transmisores, al igual que sensores y actuadores, entonces, el Fieldbus se refiere a la tecnología de comunicación y protocolos usados en automatización y control de procesos. Consiste en un sistema de bus los cuales conectan sensores y actuadores en un controlador, para el intercambio de información, de tal forma que la informacion brindad por los sensores y actuadores pueda recorrer todo el sistema de informacion de toda la planta. La mayoría de los buses de campo se basan en el método de esclavo-maestro.

Los Fieldbus deben cumplir ciertos requerimientos, tanto de modularidad, seguridad, resistencia (respecto a interferencias), facilidad de instalación mantenimiento y programación.

Las ventajas de la tecnología de Fieldbus son:

  1. Menor es el esfuerzo de instalación. (Armarios de control pequeños y simplificados, además de la disminución del uso de cable).
  2. Resolución de incidencias sencilla en caso de fallo.
  3. Un cable para señales digitales ó binarias y analógicas.
  4. Protección contra interferencias
  5. Protección contra interferencias
  6. Facilidad de extensión de la red, por lo que es más sencillo incluir nuevos sensores/actuadores.

_Tipos de buses. _

  1. Buses de direcciones: Vinculación entre el bloque de control y el CPU, para la colocación de los datos durante el proceso de computo.
  2. Buses de control: Transporta los datos de las operaciones que se están realizando.

RS-485

Estándar de transmisión de datos serie utilizado en instalaciones industriales, este estándar utiliza usualmente protocolo Modbus. este se comunica mediante la transmisión de caracteres ASCII. Este es implementado para comunicación de datos serie.

Este permite la conectar al mismo bus varios dispositivos, eliminando la necesidad de tener varias interfaces al consultar varios dispositivos. Este es conectado directamente al puerto USB, eliminando la necesidad de utilizar más componentes adicionales.

Tabla de características del protocolo RS-485
Parametro
Modo de operación. Diferencial.
Numero de controladores y receptores 32 Controladores y 32 receptores
Longitud máxima del cable (Metros) 1200
Velocidad máxima de datos (Baudios) 10 M
Voltaje máximo de modo común (Voltios) 12 to -7
Niveles Mínimos de Salida del Controlador (Cargado) +/- 1.5
Niveles Mínimos de Salida del Controlador (Descargado) +/- 6
Carga del Controlador (Ohmios) 60 (min)
Límite de corriente de cortocircuito de Salida del Controlador (mA) 150 to Gnd, 250 to -7 or 12 V
Resistencia mínima de entrada del receptor (kohms) 12
Sensibilidad del receptor +/- 200mv

En una red Modbus RS - 485 la comunicación inicio al momento que es dispositivo maestro envía una consulta a un esclavo conectado. el esclavo siempre esta monitoreando la red en busca de otra consulta dirigía específicamente a el. Al recibir una consulta, este realiza una acción o responde al maestro, las consultas solo las inicia el dispositivo maestro.

El protocolo Modbus ofrece al maestro la opción de enviar mensajes a dispositivos esclavos específicos o comunicarse con todos los esclavos simultáneamente. Esto se consigue utilizando una dirección especial de "Transmisión".

A cada dispositivo esclavo conectado al bus RS485 en paralelo se le asigna un ID de esclavo Modbus único. Toda la comunicación Modbus comienza con el envío de la ID del esclavo, ya sea para alertar al dispositivo esclavo que acepte una consulta o para informar al maestro qué dispositivo envió la respuesta.

I2C

Protocolo de comunicación serial el cual define la trama de datos y las conexiones físicas para transferir bits entre dos dispositivos digitales. El puerto incluye dos cables de comunicación SDA y SCL. Este permite conectar 127 dispositivos esclavos con las dos líneas, con velocidades hasta 100, 400 y 1000 Kbits/s.

Los mensajes enviados incluyen tanto el byte de informacion, como una dirección del registro y del sensor.

Bits Trama de dato. <Inicio ó Start – S Parada – P Confirmación – ACK NoConfirmación – NACK Lectura-/Escritura – L/W 7 bits para la dirección del dispositivo esclavo/maestro 8 bits de dirección ( para algunos sensores pueden ser 16 bits) 8 bits de datos

Bluetooth.

Esta palabra define una tecnología de red inalámbrica desarrollada por el instituto de electrónica y ingenieros eléctricos estadounidense como estándar industrial para conexiones sin cableado, esta sirve en aplicaciones de transmisión de voz y datos punto a punto, el objetivo de esta reemplazar los cables, esta tecnología trabaja en ancho de banda entre 2400GHz y 2480GHz. esta tecnología de comunicación se puede operar en ordenadores , dispositivos móviles, salidas de audio, manos libres, domótica, videoconsolas, tecnología medica e industrial, el bluetooth cuenta con diferentes versiones las cuales se caracterizan por mayor alcance, transmisión de datos, funciones y aplicaciones: image

Resistencia Shunt.

Es una resistencia de la cual se deriva la corriente eléctrica que pasa por ella, es conocida por la precisión y es utilizada para determinar la intensidad de corriente que se genera atravez de esta carga resistiva,para lograr la medición del flujo de la corriente, se utiliza la ley de ohm en donde le voltaje de esta carga sobre el valor de la resistencia shunt es igual a la corriente

Incertidumbre de medida.

Es el parámetro con el cual se identifica la dispersión de los valores censados , es decir que la incertidumbre es el rango donde existe cierta varianza con los valores reales de una medida. Esta se puede clasificar en dos tipos de incertidumbre: Incertidumbre tipo A: Esta se relaciona a la dispersión de los datos evaluados por métodos estadísticos. Incertidumbre tipo B: Esta se relaciona a la dispersión de los datos evaluados por métodos diferentes métodos como lo puede ser las variables obtenidas por un sensor entre otras

Resultados.

En este apartado se presenta la comunicacion maestro esclavo por el protocolo de cominucacion rs845 con el protocolo I2C que a su vez tambeinse maneja comunicacion bluetooh

Anteriormente se presenta la Lcd la cual esta comunicada con I2C este protocolo de comunicacion es transmitido desde la ESP32 a un intregrado que posterior es concatenado con la Lcd la cual muestra los valores de la corriente del motor

en la anterior imgane se presenata el montaje realizao para los difertes protocolos de comunicacion en esta se oberva los proctoclos para maestro y esclavo, elintegrado del protocolo I2C y el motor el cual tiene un encoder rotatico para la medicion de la corriente, para medir la correitne del motoro se utlizo una resitencia demasido pequeña para lograr conseguir el valor original de esta

Como se observa en el divisor de voltaje se vizsualiza en la LCD la resitencia entrega una correinte de 0.75 (A) la cual es la misma entragada de la fuente de voltaje utilizada

Conclusiones.

Se puede corroborar que para realizar la transmisión de datos del sistema, este posee en gran medida la referencia especifica por los protocolos de comunicación interconectados de tal forma que el maestro envía la señal cuando esta se encuentra en alto es decir los pulsos generados en los pines de envió están con la salida del GPIO, mientras que el esclavo para la recepción de los mismos tiene este valor en bajo, esta es la principal características de estos sistemas.

El segundo punto a tener en cuenta es que el sistema para realizar el envió de datos por parte del maestro se realiza mediante la salida del Tx, y la recepción de datos se realiza para el caso del esclavo mediante el Rx que presenta el esquema físico y a su vez los valores de la corriente.

La transmisión de datos se realiza mediante frames de datos proporcionadas por un ADC para este caso el maestro no solo se puede comunicar con el esclavo sino que a su vez también puede realizar un envió de datos mediante bluethoot.

Se puede observar que el protocolo no solo puede comunicarse en un sentido, este puede tener dos canales según el tipo de configuración de las salidas del sistema, esto se puede apreciar en gran medida por la comunicación del sistema y como este interactúa con los diferentes nodos que componen el nudo de comunicación

Este protocolo a diferencia del RS232 es mas rápido y optima mas el envió y la recepción de datos, para este caso se puede aplicar físicamente y permite una concepción mas amplia de comunicación con mayor numero de caminos en el sistema.

Referencias.

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