UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI ESCOLA TÈCNICA SUPERIOR D'ENGINYERIA DEPARTAMENT D'ELECTRÒNICA TRABAJO CONJUNTO FINAL DE CARRERA COMUNICACIÓN VIA RED ELÉCTRICA PARA GRANDES DISTANCIAS Alumno: Jose Luis Alonso Bartolomé Ponente: Ernest Gil Dolcet ------------------------------Trabajo conjunto de Final de Carrera de Jose Luis Alonso Bartolomé-------------------------- ÍNDICE 1.- MEMORIA 1.1.- OBJETIVO 1.2.- CONTEXTO DEL PROYECTO 1.3.- DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO. 1.4.- DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO. 1.5.- RESUMEN Y ANÁLISIS DE NORMAS RELACIONADAS. 1.6.- ESTUDIO DE CIRCUITO EMISOR. 1.6.1.- Funciones de transferencia 1.6.2.- Diseño del circuito conforme a las especificaciones. 1.6.2.1.- Cálculo de los elementos del circuito 1.6.3.- Prueba de núcleos de ferrita para transformador del emisor 1.6.4.- Pruebas del emisor sin conectar a la red eléctrica ni al PC 1.7.- ESTUDIO DE CIRCUITO RECEPTOR. 1.7.1.- Funciones de transferencia 1.7.2.- Diseño del circuito conforme a las especificaciones. 1.7.2.1.- Cálculo de los elementos del circuito 1.7.3.- Prueba del receptor sin conectar a la red 1.8.- CONEXIÓN DE LOS CIRCUITOS EMISOR Y RECEPTOR. 1.8.1.- Prueba de la conexión del emisor y receptor sin conectar a la red 1.8.2.- Prueba de la conexión del emisor y receptor conectando a la red 1.8.3.- Unión de los circuitos al PC 1.8.4.- Prueba de la conexión del emisor y receptor sin conectar a la red y conectados a PC 1.8.5.- Prueba de la conexión del emisor y receptor conectando a la red y conectados a PC 1.9.- DISEÑO FUENTES ALIMENTACIÓN 1.10.- PROGRAMA DE APLICACIÓN 1.11.- POSIBLES MEJORAS 2.- MEDICIONES Y PRESUPUESTO 2.1.- MEDICIONES ------------------------------Trabajo conjunto de Final de Carrera de Jose Luis Alonso Bartolomé-------------------------- 2.2.- PRECIOS UNITARIOS 2.3.- PRECIOS COMPUESTOS 2.4.- PRESUPUESTO GENERAL 3.- ANEXOS 3.1.- LISTADOS DEL PROGRAMA 3.2.- NORMAS APLICADAS 3.3.- HOJAS DE CARACTERÍSTICAS DE LOS COMPONENTES UTILIZADOS 4.- PLANOS Nº 1: CIRCUITO EMISOR. ESQUEMA CIRCUITO. Nº 2: CIRCUITO RECEPTOR. ESQUEMA CIRCUITO. Nº 3: FUENTE DE ALIMENTACIÓN. ESQUEMA CIRCUITO. Nº 4: EQUIPO EMISOR-RECEPTOR. PLACA. PLANTA COMPONENTES. Nº 5: EQUIPO EMISOR-RECEPTOR. PLACA. CARA COMPONENTES. Nº 6: EQUIPO EMISOR-RECEPTOR. PLACA. CARA SOLDADURA. Nº 7: FUENTE DE ALIMENTACIÓN. PLACA. PLANTA COMPONENTES. Nº 8: FUENTE DE ALIMENTACIÓN. PLACA. CARA SOLDADURA. ------------------------------Trabajo conjunto de Final de Carrera de Jose Luis Alonso Bartolomé-------------------------- ÍNDICE DE FIGURAS Pág. - Figura 1. Diagrama de bloques. 3 - Figura 2. Función salida-entrada del circuito emisor. Circuito inicial 6 - Figura 3. Función salida-entrada del circuito emisor. Circuito con resistencia de carga. 7 - Figura 4. Función salida-entrada del circuito emisor. Circuito con modelo ideal del transformador. 7 - Figura 5. Función salida-entrada del circuito emisor. Circuito desactivando fuentes. 8 - Figura 6. Función salida-entrada del circuito emisor. Circuito equivalente. 8 - Figura 7. Función salida-entrada del circuito emisor. Diagrama de Bode. 10 - Figura 8. Función intensidad-tensión de red del circuito emisor. Circuito inicial. 11 - Figura 9. Función intensidad-tensión de red del circuito emisor. Circuito emisor desactivando fuente. 11 - Figura 10. Función intensidad-tensión de red del circuito emisor. Circuito equivalente. 12 - Figura 11. Función intensidad-tensión de red del circuito emisor. Diagrama de Bode. 13 - Figura 12. Circuito de prueba con generador de funciones. 17 - Figura 13. Circuito emisor con transistor y oscilador. 20 - Figura 14. Circuito oscilador utilizando el circuito integrado LM555. 21 - Figura 15. Circuito oscilador utilizando el circuito integrado LM555 con puerta NAND conectada al pin de RESET. 23 - Figura 16. Circuito receptor con filtro paso-banda. 24 - Figura 17. Función salida-entrada del circuito receptor. Circuito inicial. 24 - Figura 18. Función salida-entrada del circuito receptor. Circuito con modelo ideal del transformador. 25 - Figura 19. Función salida-entrada del circuito receptor. Circuito equivalente. 25 - Figura 20. Función salida-entrada del filtro paso-banda. Circuito. 26 - Figura 21. Función salida-entrada del receptor. Diagrama de Bode. 28 ------------------------------Trabajo conjunto de Final de Carrera de Jose Luis Alonso Bartolomé-------------------------- - Figura 22. Función intensida-tensión de red del receptor. Diagrama de Bode. 29 - Figura 23. Circuito receptor con filtro paso-banda. 32 - Figura 24. Conjunto circuitos emisor y receptor de prueba. 34 - Figura 25. Tensión colector-emisor del transistor del circuito emisor. 34 - Figura 26. Tensión en la resistencia de salida del emisor (Rprueba). 35 - Figura 27. Tensión en la entrada del filtro paso-banda del receptor. 35 - Figura 28. Tensión en la salida del filtro paso-banda del receptor. 36 - Figura 29. Esquema de la comunicación. 36 - Figura 30. Configuración básica del detector de frecuencia basado en el circuito integrado LM567. 37 - Figura 31. Configuración detector de frecuencia basado en el circuito integrado LM567 de cara a mejorar la velocidad de respuesta. 39 - Figura 32. Configuración del detector de frecuencia basado en el circuito integrado LM567 con condensador en la salida. 40 - Figura 33. Configuración del detector de frecuencia basado en el circuito integrado LM567 con adecuación de señal a CMOS. 41 - Figura 34. Fuente de alimentación. 41 - Figura 35. Diagrama de flujo de la rutina de atención a la interrupción serie del programa MASTER. 46 - Figura 36. Diagrama de flujo del programa MASTER. 47 - Figura 37. Diagrama de flujo de la rutina de atención a la interrupción serie del programa ESCLAVO. 48 - Figura 38. Diagrama de flujo del programa ESCLAVO. 49 ------------------------------Trabajo conjunto de Final de Carrera de Jose Luis Alonso Bartolomé-------------------------- INDICE DE TABLAS Pág. - Tabla 1. Comparación de núcleos de ferrita. 17 - Tabla 2. Circuito de prueba. Frecuencias de corte. 18 - Tabla 3. Circuito de prueba. Comparación entre valores teóricos y valores reales. (I) 19 - Tabla 4. Circuito de prueba. Comparación entre valores teóricos y valores reales.(II) 19 - Tabla 5. Circuito emisor. Evolución de la frecuencia de corte. 20 - Tabla 6. Circuito paso-banda.. Valores reales. 33 ------------------------------Trabajo conjunto de Final de Carrera de Jose Luis Alonso Bartolomé-------------------------- 1.- MEMORIA ------------------------------Trabajo conjunto de Final de Carrera de Jose Luis Alonso Bartolomé-------------------------- 1.1 .- OBJETIVO El objetivo final de este proyecto fin de carrera es el montaje y prueba de un prototipo de comunicación a través de la red eléctrica pública de baja tensión compuesto por dos equipos emisor-receptor. Los resultados de esta comunicación serán estudiados de tal modo que la comunicación se pueda caracterizar por la distancia máxima a la que se puede comunicar, la velocidad máxima de comunicación, la frecuencia idónea a transmitir, etc. Por otro lado, el proyecto intentará dar una visión de lo que es la red eléctrica como medio para las comunicaciones y las normas que regulan estas comunicaciones. Para poner en práctica todo lo anteriormente dicho, se implementará un aplicación en la cual se conecten ambos equipos emisor-receptor a un PC, y con de un programa “chat” se emitirán y recibirán datos a través de la red con un sencillo protocolo de comunicación. Pág. 1 ------------------------------Trabajo conjunto de Final de Carrera de Jose Luis Alonso Bartolomé-------------------------- 1.2.- CONTEXTO DEL PROYECTO Este proyecto tiene la peculiaridad que debe desarrollarse en un ambiente no demasiado usual para la transmisión de señal como es la red eléctrica de baja tensión. De tal modo que el proyecto deba superar toda una serie de peculiaridades de la red, como pueden ser: - el elevado nivel de tensión que obliga a que la primera necesidad sea proteger el circuito de ésta. - la falta de una modelización frecuencial de la red debido a su complejidad, diversidad y cambio en el tiempo. - falta de homogeneización de la red, por ejemplo, no es igual la influencia de motores (carga inductiva) que la de fluorescentes (carga capacitiva). - perturbaciones, fluctuaciones de tensión y ruidos intrínsecos de la propia red. Además, al ser una transmisión a través de dos hilos podremos realizar unas comunicaciones bidireccionales pero no simultáneamente. Así dos equipos no podrán emitir al mismo tiempo. Por otra parte a la red podrán acceder varios equipos de tal modo que la red eléctrica funcione como si fuera un “bus” de datos. Por otro lado el equipo deberá ajustarse a la norma UNE EN 50065 (Transmisión de señales por la red eléctrica de baja tensión en la banda de frecuencias de 3 kHz a 148,5 kHz) (véase anexo 3.2), que dicta los niveles de señal y las frecuencias a las que se puede emitir señales a través de la red. Pág. 2 ------------------------------Trabajo conjunto de Final de Carrera de Jose Luis Alonso Bartolomé-------------------------- 1.3.- DESCRIPCION DEL PROYECTO En este proyecto, se ha estudiado la realización de un dispositivo emisor-receptor que adecúe las señales que le son enviadas a través del puerto serie de un PC, con los niveles de tensión que especifica el protocolo de comunicación RS-232, para poder ser transmitidas a través de la red eléctrica. La principal característica de este aparato es que la transmisión pueda llegar a la mayor distancia posible. Esta transmisión se ajustará a la norma UNE EN 50065 (Transmisión de señales por la red eléctrica de baja tensión en la banda de frecuencias de 3 kHz a 148,5 kHz) (véase anexo 3.2). También se ha implementado una aplicación a este equipo. Se ha realizado un programa que comunica dos PC’s a través de la red eléctrica de baja tensión. 1.4.- DESCRIPCION DEL EQUIPO El equipo como ya se ha dicho es emisor-receptor por tanto tenemos dos partes: el emisor y el receptor. Su diagrama de bloques sería el siguiente: CIRCUITO RECEPTOR DETECTOR CONVERSOR RED DE FILTRO RECEPTOR FRECUENCIA DE PUERTO NIVELES BAJA SERIE PC DE TENSIÓN CIRCUITO SEÑAL EMISOR OSCILADOR CIRCUITO EMISOR Figura 1. Diagrama de bloques. En el emisor podemos diferenciar los siguientes bloques: - CONVERSOR DE NIVELES DE SEÑAL. En este bloque convertiremos las señales con los niveles de señal que dice la norma RS-232, a los niveles de señal CMOS/TTL. - CIRCUITO OSCILADOR. En este bloque lo que se hace principalmente es adecuar las señales para que puedan ser emitidas por la red. Así cada bit que se envíe a través del puerto serie se transformará en señal cuadrada a 6 kHz (si el bit es un “1” lógico) o bien en ausencia de señal (si el bit es un “0” lógico). Esto se consigue con un circuito oscilador que está controlado por la señal del puerto serie (si la señal es “1” el circuito oscila y si es “0” no lo hace). Pág. 3