DISEÑO DE BRÚJULA DIGITALIZADA A TRAVES DE UN SISTEMA DE RF
Jesús Basulto Orozco, Benjamín Martinéz Hernández
RESUMEN
El proyecto que se presenta, se diseña con la finalidad de interpretar la lectura de la brújula convencional mediante la implementación de una brújula de lectura digital. Este diseño se utiliza de manera portátil, con una escala mínima de un grado de resolución en pantalla BCD. Todo ello con la finalidad de facilitarle al usuario común el manejo de la lectura digital de la brújula. Como dispositivo de procesamiento y de control se utiliza un microcontrolador PIC, un banco de memoria RAM y un codificador de binario a frecuencia; Con la opción de implementarle una etapa de RF para enviar los datos obtenidos a una PC, también consta de una entrada adicional para tomar datos de un contador con el objeto de registrar una distancia recorrida.
ANTECEDENTES
La realización de este proyecto se hace con la finalidad de obtener una herramienta más de trabajo para usos tanto académicos como comerciales ya que no es común encontrarse con una brújula digital, las existentes se emplean en vehículos ó relojes personales pero no cuentan con la precisión necesaria por tener una resolución de 45º a 30º el cual nos limita la exactitud como consecuencia nos da un margen de 45º ó 30º de error. La forma de trabajar de estos equipos es por medio del funcionamiento de semiconductores de efecto Hall, su principio de funcionamiento esta en función a un campo magnético que es el que genera una corriente eléctrica dentro del semiconductor, variando la intensidad de corriente con respecto a la posición del campo magnético, en este caso el sensor toma como referencia la ubicación del campo magnético de la tierra, generando una corriente más alta cuando se ubica hacia el Norte. Este semiconductor es muy sensible a los campos magnéticos y con la presencia de un material con estas propiedades es muy fácil de variar su comportamiento; Por esta razón en el proyecto se prefirió utilizar un brújula convencional ya que da los mismos resultados pero con la ventaja de que no es tan sensible como el sensor de efecto Hall.
Para la realización de este proyecto se utilizan componentes avanzados como el PIC, codificador y decodificador DTMF, algunos componentes de montaje superficial, también aspectos de electrónica digital, comunicación digital y con la ayuda de una PC se realiza la cobertura necesaria para realizar el monitoreo y/o rastreo de el área que tiene comprendida la frecuencia de la estación ó con una cobertura mucho mayor si se tiene trabajando un sistema de repetidor. (Esto en el caso de ser implementado en algún vehículo). El presente proyecto se desarrolla para emplearse en la ubicación inmediata dentro de los cuatro puntos cardinales tanto en la utilización de la brújula portátil como en el uso de la brújula por RF, esta última con la finalidad de la localización de vehículos en movimiento, ya sea para seguir una ruta determinada de este ó para el monitoreo de un vehículo robado.
Una de las finalidades es orientar automáticamente una antena parabólica sobre un vehículo en movimiento, el equipo móvil consiste en una unidad lógica para la señalización de datos con la base y un transmisor-receptor de radio, también se utiliza en la orientación de antenas direccionales a grandes distancias ya que la ubicación de la brújula es más exacta que cualquier otro tipo de orientación dada, otra de las aplicaciones para la brújula portátil esta en el levantamiento de una torre de transmisión, ya que la ubicación de las retenidas se da cada 120º sin ningún problema tomando como eje central la base de la torre donde se planea levantar. El objetivo de este proyecto es el de tener un equipo digital con una exactitud determinada en la pantalla que a la de una lectura vista en una brújula convencional en la cual existe un error de apreciación.
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
Para la brújula portátil el circuito se basa en una brújula convencional con un disco graduado para la codificación de datos en números binarios. Las lecturas dadas por el disco graduado se realizan a trávez de un tren de pulsos dados en un sistema de códigos binarios, se determinan a través de tres sensores infrarrojos que por medio de la combinación binaria efectúa una lógica de orientación y diferenciación de suma o resta de las variables. La utilización de tres bits en la ubicación de la brújula van hacia a las entradas de un buffer, para reforzar las señales que lleguen débiles de la brújula y estas a la vez llegan al microcontrolador PIC por los periféricos junto con la combinación de un dato adicional que se presenta en el caso de ser utilizado en algún vehículo (este dará la distancia recorrida). El microcontrolador se encargará de mandar los datos en código ASCII a la pantalla de cristal líquido que es controlada por un buffer de tercer estado dando así una lectura visual de la ubicación. Una de las opciones de la brújula es la de mandar los datos por RF, para esto el circuito está diseñado con un sistema que le permita realizar esta función, se obtiene que las salidas del microcontrolador a la pantalla LCD son alternadas junto con los datos de las variables de entrada al microcontrolador, es decir, que los datos de entrada serán también datos de salida, el objetivo de esto es de tener al mismo tiempo los valores almacenados en una memoria estática RAM para no perder la secuencia de ubicación, la memoria se controla por un buffer de tercer estado ya que son cuatro bits de entrada y cuatro bits de salida, el buffer se controla junto con el de la pantalla LCD por una de las señales de control que tiene el microcontrolador.
La memoria utiliza un contador como seleccionador de páginas, este contador se controla por otra de las salidas de control del PIC. Los cuatro bits de salida del buffer se llevan al codificador de tonos multifrecuencia, de esta forma se obtienen los datos en DTMF para ser transmitidos por un equipo de radio. La brújula tiene así una salida adicional para ser utilizada en el momento que se requiera.
Hasta aquí es lo que respecta al diseño de la brújula portátil, la siguiente etapa es un equipo portátil de radiocomunicación en UHF que permite transmitir los datos de la brújula en tiempo real ó si se desea se toman los datos almacenados por la memoria, la señal de entrada al equipo es en la entrada del micrófono convirtiéndola a la salida en RF, para que el equipo de radio transmita es necesario mandar el PTT a una de las salidas de control de µc.
El equipo receptor se encarga de recibir los datos obtenidos de la brújula a través de RF mandando la señal por una serie de filtros que contiene el radio y pasando así al descriminador de audio, a partir de ahí se puede tomar la señal de audio recibida, en este caso se está tomando a la salida del amplificador de audio ya ocupamos un nivel de señal un poco alta para que nos interprete el decodificador los tonos mandados por el transmisor.
El decodificador que se está utilizando es alimentado por 5Volts. y entrega una salida binaria de cuatro bits, las cuales un bit va a un contador que se encarga de la distancia recorrida del objeto y tres son enviadas a un driver MAX-232 para ser posteriormente mandadas a la PC; mediante un programa se combinan las variables dadas para poder graficar el recorrido, dando la distancia y la ubicación del objeto y así determinar su posición, la finalidad es plasmar lo en un mapa de la ciudad para así seguir sus movimientos sobre las calles de la ciudad.
En el caso de no usar una computadora se puede anexar una etapa al radio-receptor para proporcionar la información en una pantalla de cristal líquido describiendo la orientación y el número de grados y también su distancia recorrida.
ASPECTOS MATEMÁTICOS
fundamentalmente se utilizan las ecuaciones de la Ley de Ohm :
voltaje E= ( I )( R )
corriente I= E/R
resistencia R= E/I
Unos de los cálculos para diseñar el disco fue el de darle una medida y dividirlo en 360 segmentos : perímetro D(p )
Otro cálculo fue el circuito RC para acoplamiento del audio al decodificador de tono dual DTMF. Utilizando la fórmula : F = ½p RC ; donde :
frecuencia = F
resistencia = R
capacitancia = C
CONCLUSIONES :
El diseño de este tipo de brújula resulta un tanto difícil por su precisión que debe de tener pero es una útil herramienta de trabajo ya que tiene forma de almacenar los datos, su diseño consta de dispositivos actualizados como son el microcontrolador PIC y el codificador y decodificador, además los componentes de montaje superficial ayudan junto con el µc a ser mas compactos en su diseño.
RECOMENDACIONES :
Al utilizar el disco graduado se debe de tener cuidado con el ajuste de los sensores y su alineación, ya que es lo que nos de la referencia de la graduación y la perfección de los datos, los buffers de entrada se requieren para no perder una señal débil del sensor óptico, es necesario que se alimente el circuito con un voltaje de 5Volts, para esto se le proporciona una etapa de reguladores de voltajes ; Uno de los problemas que da el sistema es el de acoplar la señal de audio en el decodififador ya que se debe de tomar el voltaje de pico a pico de la salida del codificador y tomarlo de referencia para el nivel de entrada del decodificador.
el circuito maneja un voltaje de 5Volts, para el microcontrolador pic. esta sensando todos los voltajes de sus puertos de entrada por lo que solamente manda bits o pulsos para activar los periféricos por lo que no es necesario el aspecto matemático, sino que es pura lógica programable por lo que el calculo se simplifica. Aquí se utiliza un tren de pulsos que es el que nos da la combinación binaria de la brújula y se muestra en la siguiente figura 1.
El disco graduado que se utiliza tiene la configuración del tren de pulsos para determinar el los datos lógicos de salida, este disco es movido por la brújula y leído por los tres sensores colocados sobre el mismo, en la figura 2 se muestran las divisiones y combinaciones de la secuencia para los datos que tomará el microcontrolador.
figura Nº 2
BIBLIOGRAFIA :
1. Motorola/CMOS Logic Data/1990/pag. 6-108
2. Motorola/FAST and LS TTL Data/1989/pag. 5-239 ;5-322
3. National Semiconductor/Telecomunications Databook/1990/pag. 3-3
4. Mitel/Analog-Digital TELECOM Components/1995/pag. 4-11
5. J.Mª Angulo Usategui ; E. Martín Cuenca/Microcontroladores PIC/De. Paraninfo 1997 pag.455
6. Christian Tavernier/Microcontroladores PIC/De. Paraninfo/1997/pag. 9 ;107
DIAGRAMA DE BLOQUES
En la siguiente figura se muestra el diagrama a bloques de la conexión de la brújula con sus demás parte que la comprenden, junto con la etapa de transmisión :
Por: Tirso Ramírez C.I.: 18392099
CAF
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