Controlar dispositivos y enviar datos a distancia sin el uso de una conexión cableada es el eje de un innovador sistema diseñado por Gerónimo Passini y Magdalena Frelli, quienes cursan Ingeniería en Telecomunicaciones en la Universidad Nacional de Río Cuarto (Argentina). El nuevo sistema se puede utilizar en actividades agrícolas e industriales, así como en viviendas, con prestaciones como correr cortinas o encender las luces, entre otras.
Con este desarrollo, que acaban de presentar en un congreso nacional realizado en Catamarca, finalizaron la asignatura Microcontroladores y sus aplicaciones, del cuarto año de su carrera. Se centraron en el uso de microcontroladores para resolver un control remoto y una adquisición de datos a corta distancia, con la premisa del bajo costo de implementación.
El sistema que implementan no supera los 300 pesos, y se basa en el enlace inalámbrico de dos microcontroladores. Permite la medición remota y el control de posición de un motor paso a paso mediante una interfaz inalámbrica, con la utilización de microcontroladores y módulos de radio frecuencia en la banda libre de 2,4 GHz. La comunicación remota permite realizar tanto control, como acceso a variables o parámetros de funcionamiento.
El dispositivo cuenta con una “estación local”, conformada por una computadora y un microcontrolador con el que se controla un módulo de radio frecuencia; y una “estación remota”, que tiene otro microcontrolador y su respectivo módulo de radio frecuencia. En este caso, el elemento bajo control es un motor paso a paso, y la variable que se consulta en forma remota es el valor de tensión de una entrada analógica. Además, se cuenta con elementos de visualización local para indicar la posición en ángulo del eje del motor -reflejado en tres displays- y de interacción manual con el usuario: un potenciómetro -que permite emular un sensor en la estación remota-, y un panel con pulsadores, que posibilita el control del motor en forma local.
La visualización de los datos manejados por el sistema se lleva a cabo mediante una computadora en la estación local con conexión al microcontrolador a través de una terminal de puerto serie y tres displays en la estación remota, que indican la posición del motor. Se pueden controlar aspectos del movimiento del motor paso a paso y de la amplitud de una señal analógica, entre otros aspectos.
De esta manera, pudieron analizar el funcionamiento y el potencial de los microcontroladores y dispositivos embebidos de bajo costo, con la implementación particular de un enlace de radiofrecuencia.
Sobre este trabajo, Gerónimo Passini señaló: “El sistema se basa en dos partes. Tenemos una estación local y una estación remota. Desde la estación remota se recolectan datos y se envían inalámbricamente hacia la estación local, donde por medio de una pantalla el operario puede ver los datos solicitados”.
Magdalena Frelli acotó: “La estación local tiene una computadora para que el usuario pueda ver todas las instrucciones de las que dispone. Le da un menú de bienvenida y le dice las teclas que puede pulsar, como por ejemplo aumentar o disminuir la cantidad de pasos del motor, determinar la dirección hacia la que se desea que se mueva. También permite recibir desde el otro lado el valor emitido por un potenciómetro, que es un sensor que cambia el voltaje; así es que se pueden recibir mediciones desde el otro lado”.
“Esto se podría implementar en un campo para censar la humedad, la altura de una siembra, el alimento que tienen los animales. Todos esos datos pueden ser recolectados y enviados a la estación local. El productor podría ver en la pantalla de su computadora los datos requeridos”, comentó Passini. Siguió: “Por otro lado, es aplicable en domótica, que es la implementación de la tecnología en el hogar. Como en el caso de este proyecto accionamos un motor paso a paso, esto se podría aplicar para la apertura y cierre de las ventanas de una casa. Desde la computadora o desde el celular se pueden dar órdenes respecto de las ventanas o las luces”
Por su parte, Frelli indicó: “Nosotros lo pensamos desde una computadora. Pero, se podría hacer una aplicación para teléfono celular”. A lo cual Passini acotó: “Nuestro sistema trabaja en la frecuencia del wifi, por lo cual se podría hacer que un celular envíe los datos hacia el dispositivo que se encuentra en la casa y ese dispositivo mande las peticiones a los distintos módulos para que actúen dentro de la casa”.
“En la parte industrial, esto se puede aplicar sobre todo en la parte de control. Por ejemplo, el control en un tanque de la cantidad de líquido, a partir de recibir un aviso cuando se alcanza la altura deseada; o controlar las máquinas que trabajan a la velocidad deseada. Siempre a distancia. Esto hace que el operario no tenga que estar en el lugar”, puntualizó el estudiante.
“Lo que nos interesó en este trabajo es el control remoto. Lo inalámbrico. Que no haya necesidad de estar en el lugar, sino que se pueda ejercer control inalámbricamente. Y otro costado destacable es el bajo costo. La placa cuesta 13 dólares y el módulo 50 pesos”, dijo la investigadora.
En tal sentido, Passini, puntualizó: “El hardware, que son las placas que usamos para este trabajo, fueron suministradas por la Cátedra. El microcontrolador cuesta 13 dólares tiene capacidades que exceden a lo que se necesita, es decir, que se podría usar algo de menor costo. En el caso del módulo son 50 pesos, es muy barato, y nos permite hacer la comunicación y vincular hasta seis dispositivos. Por 300 pesos se podrían estar controlando seis dispositivos”.
Por otro lado, explicó: “En la estación local se pueden visualizar datos y solicitar datos. En el caso de la estación remota se puede accionar in situ o enviar datos a la estación local. La remota es la que tiene el motor y los sensores”. Y su compañera comentó: “La forma en la que lo hemos programado lo hace bastante versátil. Optamos por un motor paso a paso, pero podríamos haber controlado otro tipo de motor u otro tipo de cosa. Optamos por los displays, pero pudo haber sido una pantalla led, por ejemplo. Y en lugar de un potenciómetro, pudimos haber puesto un sensor de humedad. Son muchas las cosas que se pueden hacer”.
En cuanto al equipamiento del sistema, Passini dijo: “Por una parte, se necesita de una computadora, un microcontrolador y un módulo; y, por otra, un módulo, el microcontrolador, el motor paso a paso, un display para visualizar, una botonera y un censor, que en este caso es un potenciómetro. Los datos viajan por el aire en una frecuencia establecida. Tenemos una frecuencia central que es 2,52 GHz; la frecuencia de wifi es 2,4 GHz, pero el módulo nos permite 120 canales. Para no estar sobre la banda de wifi, que está más contaminada por las radiaciones constantes, lo hemos puesto sobre el extremo, los 2,52 GHz. Cada dato digital se traduce a una frecuencia, que se envía desde el módulo; y el otro módulo -sintonizado en la misma frecuencia- va recibiendo los datos y los va interpretando”.
Se lograron resultados respecto de la distancia máxima de comunicación para distintas tasas de bits. Se mostró que en la medida que aumenta la tasa de bits, disminuye la distancia máxima de enlace. Se vio también que la distancia máxima obtenida fue de 38.7 metros -sin pérdidas de paquetes-, la cual permite realizar un enlace inalámbrico confiable útil para muchas aplicaciones, a un bajo costo.
Como propuesta de trabajo a futuro se plantearon cambiar la antena del módulo – que es omnidireccional – por una direccional, con el objetivo de mejorar la distancia máxima de comunicación entre módulos; movimiento del motor en micro pasos (en lugar de a pasos unitarios) mediante el diseño de un algoritmo más complejo del control de posición e implementar ACK (acknowledgement: acuse de recibo) para verificar la recepción de mensaje y utilizar ART (Auto Retransmission) en caso de que no haya aviso de recepción de parte de la estación remota, funcionalidad provista por los módulos inalámbricos.
El cuerpo de docentes directores de este trabajo está integrado por Diego Aligia, Juan Astrada y Guillermo Magallán. (Fuente: Universidad Nacional de Río Cuarto / Argentina Investiga)
