DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULO DE BAJO

DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULO DE BAJO COSTO DE
ENCENDIDO AUTOMATICO DE AUTOMOVILES
Por
Pablo Gutiérrez Torres y Luis Eduardo Chávez Muñoz
Presentado a la Academia de Sistemas Digitales y Comunicaciones
Del Instituto de Ingeniería y Tecnología de
La Universidad Autónoma de Ciudad Juárez
Para su evaluación
LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ
Octubre del 2009
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULO DE BAJO COSTO DE
ENCENDIDO AUTOMATICO DE AUTOMOVILES
Alejandra Mendoza Carreón
Presidente de la academia
___________________________________________
Ana Luz Portillo Hernández
Asesor
___________________________________________
Pablo Gutiérrez Torres
Alumno
___________________________________________
Luis Eduardo Chávez Muñoz
Alumno
___________________________________________
INTRODUCCION
Las actuales condiciones de inseguridad en Cd. Juárez, han elevado considerablemente el
número de delitos en la comunidad; uno de los delitos con mayor crecimiento ha sido el
robo de automóviles. Se han registrado más de 7 mil robos de vehículos en este 2009 en el
estado de Chihuahua, con un margen de recuperación del 40 por ciento de los automotores
de acuerdo a cifras oficiales. [1]
Esto ha ocasionado un crecimiento del mercado de alarmas automotrices. Este sector se ha
desarrollado notablemente en los últimos años, principalmente en cuanto a tecnología se
refiere, brindando cada vez más y mejores funciones para el usuario.
Este proyecto va enfocado hacia este campo de la industria. La idea es lograr un avance
implementando un módulo de bajo costo; en la actualidad, su costo no lo hace accesible
para toda la gente. La función de este módulo es lograr el encendido de un automóvil por
medio de radiofrecuencia a través de los canales auxiliares de la alarma, el diseño de este
módulo se realizará por medio de relevadores, diodos y resistencias, con la finalidad de que
nuestro aporte sea más económico que las opciones disponibles en el mercado.
A continuación explicaremos los motivos que nos llevaron a la realización de este proyecto
y la serie de pasos para llevarlo a cabo, así como las bases con las que ya se contamos
dentro de este ramo de la industria.
ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
El primer caso documentado de robo de automóvil sucedió en 1896, desde entonces hasta
la fecha, este delito se ha convertido en un negocio muy lucrativo para los delincuentes.
Hoy en día muchos automóviles cuentan con sistemas sofisticados de protección, tales
como sensores electrónicos, alarmas de movimiento y sistemas de activación remota.
Estos sistemas están formados por una computadora central que monitorea todos los
equipos de detección que permiten que la alarma se active; cuenta con sensores tanto de
presión, térmicos y de varios tipos colocados en lugares estratégicos. Tienen baterías
auxiliares por si la principal es desconectada, y equipo de radiofrecuencia para poder
conectar y desconectar el módulo desde la llave.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
A través de los años los automóviles han sido codiciados por los delincuentes y por ello se
han desarrollado sistemas de seguridad para los mismos. Estos sistemas de seguridad han
evolucionado a través de los años brindándonos mejores prestaciones para el usuario, sin
embargo su costo los pone fuera del alcance de buena parte de la población, el presente
proyecto busca realizar una mejora en los sistemas ya existentes, abaratando el costo de los
mismos.
MARCO TEÓRICO
Actualmente, muchos autos cuentan con sistemas sofisticados de protección, tales como
sensores electrónicos, alarmas de movimiento y sistemas de activación remota.
El sistema de alarmas más sencillo es un sensor conectado a una puerta, y cuando es
abierta, se activa una alarma sonora. Estos sistemas están conformados por una
computadora central que monitorea todos los equipos de detección y hacen que suenen
colocados en lugares estratégicos.
Algunos de los equipos que usaremos en el modulo van a hacer:
-Relevadores.
Relevadores que trabajan con 12 voltios de una batería, la misión de los relevadores es
enviar grandes corrientes desde la batería hacia el punto que sea necesario alimentar con el
mínimo riesgo de perdidas, puesto que, la conmutación se ejecuta por medio de unos
contactos de baja resistencia y su control se realiza con una pequeña corriente de
alimentación que puede ser enviada por cualquier interruptor de vehículo. También se
trabaja con diodos que es el paso de corriente que se establece un único sentido, mientras
que para la polaridad opuesta el semiconductor opone una gran resistencia. [2]
-Alarma antirrobo.
La alarma consta de sensores que un dispositivo que, a partir de la energía del medio donde
se mide, da una señal de salida transducible que es función de la variable medida. [3]
-Radiofrecuencia.
La radiofrecuencia se genera de un campo electromagnético, adecuado para transmisión de
datos de modo inalámbrico. Estas frecuencias cubren un rango significativo del espectro de
radiación electromagnética desde 9 Khz, frecuencia que se encuentra todavía dentro del
rango captable por el oído humano. [4]
JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
Actualmente se ha convertido en una necesidad contar con sistemas de seguridad para
nuestros automóviles, el desarrollo de estos instrumentos ha sido tal, que se han podido
añadir funciones tales como activar o desactivar los seguros en las puertas, encendido del
motor o abrir y cerrar las ventanas, todo esto por medio de una señal emitida desde el
control remoto de la alarma.
El mercado de sistemas antirrobo se encuentra en constante crecimiento, por lo que nuestro
dispositivo logrará reducir los costos para casi cualquier usuario de alarmas automotrices,
siempre que esta cuente con entradas auxiliares para conectar el módulo que pretendemos
diseñar.
Ya existen dispositivos capaces de realizar este trabajo, nuestro proyecto logrará lo mismo
reduciendo la complejidad y el costo en comparación con los dispositivos existentes.
OBJETIVO GENERAL.
Diseñar un sistema de bajo costo capaz de lograr el encendido a distancia de cualquier
automóvil, aprovechando el sistema de alarma ya instalada previamente.
METODOLOGÍA
Nuestro proyecto consiste en lograr el encendido de un automóvil por medio del control
remoto (radiofrecuencia) de la alarma instalada en el automóvil. Esto lo lograremos
diseñando un módulo independiente de la alarma que actúa por medio de relevadores para
lograr el encendido del carro, conectado en uno de los canales auxiliares con los que cuenta
la alarma.
Objetivos específicos:
1.-Conocer el funcionamiento de una alarma automotriz.
2.-Realizar investigación acerca de módulos existentes para el encendido remoto del
automóvil.
3.-Encontrar material y los componentes más convenientes para realizar el proyecto.
4.-Conectar el módulo con el sistema de alarma.
5.-Realizar pruebas para verificar el buen funcionamiento del módulo.
6.-Documentar el proyecto.
7.-Extraer conclusiones y hacer cambios pertinentes al proyecto.
Metas:
1.-Investigar diferentes fuentes sobre el desarrollo de un sistema de alarma automotriz para
mediados de enero.
2.-Consultar diversas fuentes de información sobre los módulos de encendido remoto de un
automóvil que existen actualmente para finales de enero.
3.-Tener nuestro prototipo armado físicamente para mediados de febrero.
4.-Tener nuestro módulo conectado al sistema de alarma y funcionando hacia mediados de
marzo.
5.-Haber realizado los cambios necesarios en el proyecto, de acuerdo a los resultados de las
pruebas para finales de marzo.
6.-Haber documentado el correcto funcionamiento del módulo para mediados del mes de
abril.
7.- Haber obtenido las conclusiones finales para los últimos días de abril.
8.- Presentar proyecto
ACCIONES PARA META 1.
Investigar biblioteca UACJ.
Investigar internet.
Visita a proveedores de alarmas.
ACCIONES PARA META 2.
Investigar biblioteca UACJ.
Investigar internet.
Visita a proveedores de alarmas.
ACCIONES PARA META 3.
Diseñar el diagrama del módulo.
Armar el módulo.
ACCIONES PARA META 4.
Acoplar nuestro módulo al sistema de alarma de acuerdo al diseño.
ACCIONES PARA META 5.
Realizar pruebas con el módulo.
Detectar posibles errores y corregirlos.
ACCIONES PARA META 6.
Investigar biblioteca UACJ.
Investigar internet.
Demostrar científicamente el funcionamiento de nuestro módulo.
ACCIONES PARA META 7.
Comparar los resultados obtenidos con los resultados esperados y obtener conclusiones.
ACCIONES PARA META 8.
Elaborar presentación.
Preparar y ensayar la presentación.
REQUERIMIENTO PARA META 1.
Computadora con internet
Credencial UACJ
Lista de proveedores de alarmas
Tiempo 20 horas
REQUERIMIENTO PARA META 2
Computadora con internet
Credencial UACJ
Lista de proveedores de alarmas
Tiempo 20 horas
REQUERIMENETO PARA META 3
Lugar de trabajo.
Componentes y herramientas necesarias.
Tiempo 20 horas.
REQUERIMIENTO PARA META 4
Lugar de trabajo.
Componentes y herramientas necesarias.
Tiempo 10 horas.
REQUERIMIENTO PARA META 5
Lugar para realizar las pruebas.
Tiempo 20 horas.
REQUERIMIENTO PARA META 6
Computadora con internet
Credencial UACJ
Tiempo 30 horas.
REQUERIMIENTO PARA META 7
Computadora con internet
Haber realizadas los cambios pertinentes
REQUERIMIENTO PARA META 8
Computadora con Power Point.
Aula y cañon.
CALENDARIZACIÓN
Etapa: Diseño
Actividad 1
Actividad 2
Actividad 3
Actividad 4
Actividad 5
Actividad 6
Actividad 7
Actividad 8
Enero
Febrero
Marzo
Abril
Mayo
Semanas
Semanas
Semanas
Semanas
Semanas
1 2
1 2
4
1 2
1
2
3
4
1
2
1
2
1
2
1
2
REFERENCIAS
[1] http://www.elagoradechihuahua.com/Roban-mas-de-7-mil-vehiculos-en,17881.html Oct 10
[2]Innovación y cualificación sl, electricidad y electrónica aplicada al automóvil. Sistema de
encendido. Inyección, innova 2004
[3]Ramón Pallas Areny, Sensores y acondicionadores de señal, alfa omega 3ª edición, 2000
[4] http://www.tec-mex.com.mx/promos/bit/bit0302.htm, Oct 10
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN MODULO DE BAJO COSTO DE ENCENDIDO
AUTOMÁTICO DE AUTOMÓVILES
Por
Luis Eduardo Chávez Muñoz
Pablo Gutiérrez Torres
Presentado a la Academia de Sistemas Digitales y Comunicaciones
Del Instituto de Ingeniería y Tecnología de
La Universidad Autónoma de Ciudad Juárez
Para obtener el título de
INGENIERO EN SISTEMAS DIGITALES Y COMUNICACIONES
Mayo del 2010
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ
Instituto de Ingeniería y Tecnología
EVALUACiÓN DE EXAMEN
PROFESIONAL INTRACURRICULAR
NIVEL: LICENCIATURA
TEMA:
Fecha: 25 de Mayo del 2010
Horario: 17:00 - 19:00 HRS.
"Diseño e implementación de un modulo de bajo costo de
encendido automático de automóviles"
Lo evaluación del examen profesional introcurricular consto de 4 partes:
(Desarrollado en 1 hora)
1°.2°._
3°._
4°.-
Exposición por parte de los alumnos (máximo 20 minutos).
Réplica por parte del jurado.
Comentarios y/o recomendaciones.
Entrego de resultados.
Nombre del alumno: Pablo Gutiérrez Torres
Calificación Maestro de la materia (30%)
30ft,
Calificación Director de Trabajo (40%)
Calificación del Jurado (30%)
TOTAL
Se recomiendo que el documento se deposite paro consulto en lo BIBLIOTECA
SiD
No~
Jurado
Director de Trabajo
--M-'~---
Cbordinador de ,lo Materia
"Proyecto de Titulación"
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1 Qr. Víctor Hinoslrozo
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FIRMADO EN ORIGINAL
Ing.
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Canales
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ
Instituto de Ingeniería y Tecnología
EVALUACIÓN DE EXAMEN
Fecha: 25 de Mayo del 2010
PROFESIONAL INTRACURRICULAR
NIVEL: LICENCIATURA
Horario: 17:00 ­
TEMA:
19:00 HRS.
"Diseño e implementación de un modulo de bajo costo de
encendido automático de automóviles"
La evaluación del examen profesional intracurricular consta de 4 partes:
(Desarrollado en 1 hora)
1°._
2°._
3°.4°._
Exposición por parte de los alumnos (máximo 20 minutos).
Réplica por parte del jurado.
Comentarios y/o recomendaciones.
Entrega de resultados.
Nombre del alumno: Luis Eduardo Chávez Muñoz
Calificación Maestro de la materia (30%)
Calificación Director de Trabajo (40%)
Calificación del Jurado (30%)
TOTAL
Se recomienda que el documento se deposite para consulta en la BIBLIOTECA
SiD
Notgr
Director de Trabajo
Jurado
Coordinador de la Materia
"Proyecto de Titulación"
~~1lA-Dr. Viciar Hinoslrazo
FIRMADO EN ORIGINAL
lng. lsmae
anales
ii
Resumen.
Este módulo realiza el encendido de un automóvil a través del control remoto de la
alarma instalada previamente en el vehículo; la finalidad de este proyecto es abaratar el
costo de los módulos existentes en el mercado. Diseñamos un módulo independiente de
la alarma que actúa mediante relevadores para lograr el encendido del carro. El sistema
inicia desde el control remoto de la alarma, por medio de radiofrecuencia envía una
señal hacia el cerebro de la alarma instalada, una vez recibida la instrucción por la
alarma, esta se comunica a través de su canal auxiliar
con nuestro control de
encendido es entonces cuando el módulo envía un voltaje hacia el sistema de ignición
del automóvil para ponerlo en marcha.
iii
Declaratoria de Originalidad.
Nosotros Luis Eduardo Chávez Muñoz y Pablo Gutiérrez Torres, declaramos que el
material contenido en este documento es original y no ha sido copiado de ninguna otra
fuente, ni ha sido usado para obtener otro título o reconocimiento en ésta u otra
institución de educación superior.
_______________________
Luis Eduardo Chávez Muñoz
_____________________
Pablo Gutiérrez Torres
iv
Dedicatoria.
Quiero dedicar este trabajo, que representa el último esfuerzo en esta carrera, a mi
familia cuyo esfuerzo ha sido posible este logro. En especial a mi madre y mi padre que
ellos son los que me han dado la fortaleza de seguir estudiando y de culminar mis
estudios pero sobre todo por haberme ayudado a ser la persona que soy, igualmente
quiero agradecer a mi tío Santiago Gutiérrez por su apoyo en toda mi carrera
También le agradezco a mi esposa por el apoyo que me brindo durante tantos años de
estudio, por su cariño, y su comprensión.
Pablo Gutiérrez Torres.
v
Dedicatoria.
Este proyecto es el paso final en un largo camino, quiero dedicar este esfuerzo a toda la
gente que de una u otra forma ha formado parte de mi vida y ha contribuido en ella con
enseñanzas y cariño.
A toda mi familia por estar siempre ahí, a mis padres y a mi hermano por alentarme
siempre a seguir adelante, por la paciencia y apoyo incondicional a lo largo de mi vida,
por ser ejemplo de responsabilidad, lucha y dedicación; a ti abuela Juanita, siempre
llevo tus consejos y tu confianza en mi corazón.
A todos los maestros que a lo largo de mi vida estudiantil han estado dispuestos a
entregar sus conocimientos y su experiencia para hacer de mí una mejor persona.
A mis amigos, ustedes saben quiénes son, por estar ahí en los momentos buenos y en
los momentos malos, siempre dispuestos a tender una mano y decir una palabra de
aliento.
Luis Eduardo Chávez Muñoz.
vi
Agradecimientos.
Queremos agradecer a todas las personas que colaboraron de alguna manera durante
el desarrollo de este proyecto, aportando su tiempo y sus conocimientos.
A la maestra Ana Luz Portillo y al responsable del laboratorio de sistemas digitales
Carlos Cano por el tiempo y conocimientos que aportaron.
Al Doctor Víctor Manuel Hinostroza por el tiempo, la paciencia, la confianza y por
proporcionarnos las bases para realizar este documento.
Y finalmente deseamos agradecer también a todos los profesores de esta institución,
que en algún momento de esta carrera nos guiaron para hacer de nosotros mejores
personas y mejores profesionistas.
Los autores.
vii
Lista de figuras.
Figura 2.1 Diagrama de relevadores…………………………………………………6
Figura 2.2 Símbolo de diodo…………………………………………………………..7
Figura 2.3 Transistores NPN y PNP………………………………………………….9
Figura 3.1 Modulación ASK…………………………………………………………..14
Figura 4.1 Diagrama de bloques de modulo transmisor…………………………..19
Figura 4.2 Diagrama de bloques de modulo de receptor…………………………19
Figura 4.3 Codificador HT12E………………………………………………………..20
Figura 4.4 Transmisor TWS-434……………………………………………………..21
Figura 4.5 Diagrama del circuito transmisor de RF……………….……………….22
Figura 4.6 Antena del transmisor…………………………………………………….23
Figura 4.7 Antena del receptor……………………………………………………….23
Figura 4.8 Receptor RWS-434……………………………………………………….23
Figura 4.9 Decodificador HT12D…………………………………………………….24
Figura 4.10 Diagrama del circuito receptor de RF…………………………………24
Figura 4.11 Transistor 2N2222……………………………………………………….25
Figura 4.12 Relevador RAS-1210……………………………………………………26
Figura 4.13 Diagrama del módulo de relevadores…………………………………26
Figura 5.1 Pruebas en protoboard…………………………………………………...30
Figura 5.2 Diseño de las tablillas…………………………………………………….30
Figura 5.3 Tablillas impresas…………………………………………………………31
Figura 5.4 Relevador adicional……………………………………………………….31
viii
Lista de tablas.
Tabla 4.1 Precios de alarmas automotrices………………………………………..28
ix
Índice.
Resumen…………………………………………………………………………………………iii
Declaración de originalidad…..…………...………………………………………..……….…iv
Dedicatorias..………………………………………………...…………………………………..v
Agradecimientos…………………………………………...……………….………............….vii
Lista de figuras……… …………………………………………………………………………viii
Lista de tablas………….………………..…………………………………………..……..……ix
Capitulo 1. Introducción. ......................................................................................................... 1
Capitulo 2. Alarmas automotrices. ......................................................................................... 3
2.1 Fundamentos. ................................................................................................................ 3
2.2 Tipos de alarmas. .......................................................................................................... 4
2.3 Componentes de una alarma. ...................................................................................... 4
2.4 Interruptores mecánicos. .............................................................................................. 5
2.5 Relevadores. .................................................................................................................. 5
2.6 Sensores. ....................................................................................................................... 6
2.7 Diodo. ............................................................................................................................. 7
2.8 Principio de operación de un diodo. ............................................................................ 8
2.8.1 Polarización directa. ............................................................................................... 8
2.8.2 Polarización inversa. .............................................................................................. 8
2.9 Transistor. ...................................................................................................................... 9
Capitulo 3. Radiofrecuencia...................................................................................................11
3.1 Espectro radioeléctrico. ...............................................................................................11
3.2 Frecuencia de transmisión. .........................................................................................12
3.3 Modulación de portadoras. ..........................................................................................13
x
3.4 Modulación lineal. .........................................................................................................13
3.5 Transmisor y receptor de RF. ......................................................................................14
3.5.1 Tipos de transmisores. ..........................................................................................14
3.5.2 Tipos de receptores...............................................................................................15
3.6 Codificador y decodificador. .......................................................................................16
3.7 Antenas. ........................................................................................................................17
3.8 Parámetros fundamentales. ........................................................................................17
Capitulo 4. Diseño del sistema. .............................................................................................19
4.1 Diagrama de bloques. ..................................................................................................19
4.2 Pulso. .............................................................................................................................19
4.3 Componentes................................................................................................................20
4.3.1 El codificador HT12E. ...........................................................................................20
4.3.2 Módulos de comunicación RF. .............................................................................20
4.3.3 El decodificador HT12D. .......................................................................................23
4.3.4 Transistor 2N2222. ................................................................................................24
4.3.5 Relevadores. ..........................................................................................................25
4.3.6 Módulo de relevadores. ........................................................................................25
4.4 Funcionamiento. ...........................................................................................................26
4.5 Costos. ..........................................................................................................................27
Capitulo 5. Resultados. ..........................................................................................................30
Capitulo 6 Conclusiones y recomendaciones. .....................................................................32
Referencias. ............................................................................................................................33
Apéndice A. Codificador HT12E............................................................................................34
Apéndice B. Transmisor TWS-434........................................................................................38
Apéndice C. Receptor RWS-434...........................................................................................40
Apéndice D. Decodificador HT12D. ......................................................................................43
xi
Apéndice E. Transistor 2N2222. ...........................................................................................48
Apéndice F. Relevador RAS-1210. .......................................................................................53
xii
Capitulo 1. Introducción.
El primer caso documentado de un robo de automóvil sucedió en el año de 1896, desde
ese momento hasta la fecha este delito ha ido en crecimiento, colocándose como uno
de los negocios ilícitos más rentables en el mundo, surge de ahí la necesidad de
desarrollar tecnologías que brinden protección para los automóviles. Estos sistemas de
seguridad han evolucionado a través de los años brindándonos mejores prestaciones
para el usuario. En la actualidad podemos encontrar alarmas vehiculares de diversas
gamas, con diversas funciones; una de estas prestaciones es poder encender el motor
de un automóvil desde el control remoto de la alarma, esta función ha brindado mayor
comodidad al usuario protegiéndolo de condiciones climáticas adversas, ahorrándole
tiempo, y dándole mayor seguridad en el momento de abordar el automóvil.
A continuación se muestra el desarrollo de un proyecto para dotar casi cualquier alarma
con el sistema de arranque automático, para lograr este propósito será necesario contar
con una alarma que tenga un canal auxiliar disponible; en la actualidad las alarmas que
cuentan con dicha función, tienen un precio elevado a comparación de alarmas más
sencillas, también es posible encontrar en el mercado el módulo arrancador en forma
independiente sin embargo su precio sigue siendo elevado, por lo tanto se busca
abaratar los costos en la fabricación de este módulo; reduciendo los costos se busca
hacer accesible al mayor número posible de personas este tipo de tecnología.
En este proyecto se sustituye el módulo de arranque automático, construido
normalmente mediante circuitos electrónicos programables, por un simple arreglo de
relevadores. Los relevadores nos ofrecen la posibilidad de controlar un dispositivo a
distancia mediante el uso de pequeñas señales de control. El proyecto consta
básicamente de dos partes, la parte transmisora y la parte receptora, que será la que
active el módulo de relevadores. Para establecer la comunicación por radiofrecuencia
entre el transmisor y el receptor que enviará la señal de control al módulo de
relevadores, fue necesario aplicar los conocimientos adquiridos en el área de
comunicaciones. Para realizar los circuitos que entreguen los voltajes requeridos para
encender el vehículo, se utilizaron los conocimientos adquiridos en los campos de los
1
sistemas digitales y la electrónica. También se llevó a cabo una investigación dentro del
mercado local de las alarmas automotrices para poder comparar los costos de las
opciones disponibles con el módulo aquí presentado
Por motivos de seguridad decidimos no trabajar directamente sobre el vehículo, así que
construimos una maqueta para probar el proceso. La maqueta está conformada por un
bloque transmisor y un bloque receptor. La comunicación entre ambos bloques se
realiza mediante radiofrecuencia. El bloque transmisor representa el control remoto
encargado de enviar la señal que recibirá la alarma, por lo que fue necesario construir
una tablilla con el circuito necesario para conseguir esta función. El bloque receptor
simula el sistema a ser instalado en el vehículo, consta de un receptor y un
decodificador; estos componentes realizan la función de la alarma encargada de enviar
la señal necesaria para accionar el sistema de relevadores que ponen en
funcionamiento la ignición y la marcha del automóvil, representados en la maqueta
mediante luces de 12 volts, voltaje que maneja el vehículo para arrancar. Se
implementó además una señal de seguridad en el freno del automóvil, representada por
un interruptor. El funcionamiento de ambos bloques se explica a detalle en el capítulo
cuatro.
El funcionamiento del sistema se explica más a detalle en los capítulos siguientes.
2
Capitulo 2. Alarmas automotrices.
A través de los años el robo de automóviles se ha convertido en uno de los delitos con
más incidencia, debido a que resulta muy rentable para los delincuentes, por ello se han
desarrollado sistemas de seguridad para los automóviles. Las alarmas automotrices
tienen el fin de suministrarles a los conductores mecanismos que les permitan
conservar de forma segura su vehículo cuando se encuentran lejos de él, además de
actuar como elemento disuasivo de ladrones, representa la opción más económica,
pues de acuerdo con la marca, la capacidad y la instalación, su costo puede oscilar
entre los $850 y los $5000 pesos.
2.1 Fundamentos.
Estos sistemas están formados por una computadora central que monitorea todos los
equipos de detección que permiten que la alarma se active; cuenta con sensores tanto
de presión, térmicos y de varios tipos colocados en lugares estratégicos. Tienen
baterías auxiliares por si la principal es desconectada, y equipo de radiofrecuencia para
poder conectar y desconectar el módulo desde la llave. El sistema de alarma más
sencillo está formado por un sensor conectado a una puerta, que cuando es abierta,
activa una alarma sonora.
En general el funcionamiento de una alarma vehicular es bastante elemental: cada vez
que usted oprime el botón del control remoto, está activando un código, el cual contiene
subcódigos que se van anulando para dar paso al siguiente, dentro de una gama que
llega a las cuatro billones de posibilidades. Este mecanismo electrónico exige la
presencia de un módulo, que se encarga de recibir las señales que capta un sensor
que, a su vez, funciona por vibración (golpes) o por ultrasonido. La instalación de una
alarma vehicular es un proceso que requiere intervenir los cables de los interruptores de
las puertas, el encendido del carro, las luces, el cofre, la cajuela y la corriente del
vehículo que viene de la batería. Entonces, cuando el módulo percibe una acción no
autorizada tiene dos salidas: sirena y luces, es decir, se dispara y avisa por efecto de
sonido y encendiendo los sistemas eléctricos de las luces.
3
Las alarmas modernas permiten que con
presionar una clave desde el celular, un
vehículo quede totalmente bloqueado. Algunos sistemas constan de pequeños
dispositivos conectados a la alarma del vehículo; una vez estos se disparan realizan
una llamada al teléfono móvil del propietario, alertando al propietario del posible robo de
su carro.
2.2 Tipos de alarmas.
Las alarmas automotrices se pueden dividir en 2 categorías:
OEM: Integrado en el vehículo en la fábrica.
Casi todas las alarmas OEM suelen ser activadas y desactivadas mediante un control
remoto Estos dispositivos permiten a menudo que al tocar el automóvil o al percibir
ruidos de alta frecuencia la alarma se active sin motivo aparente. Este comportamiento
ha dado lugar a una epidemia de bocinazos.
Del mercado.
Instalada en cualquier momento después de que el auto ha sido construido, como por el
nuevo distribuidor del vehículo, una tienda de accesorios de automóviles, o el dueño del
vehículo. Al igual que las alarmas OEM, los sistemas del mercado de accesorios suelen
ser activados y desactivados a través de control remoto. Nuestro proyecto va enfocado
para las alarmas que se encuentran en el mercado y no cuentan con la función de
encendido automático desde el control remoto.
2.3 Componentes de una alarma.
Las alarmas se componen básicamente de interruptores, relevadores y sensores. Los
sistemas de seguridad dependen de los interruptores para gobernar el flujo de la
corriente eléctrica, los cuales pueden ser mecánicos, electromagnéticos o electrónicos.
Los interruptores mecánicos y electromagnéticos emplean partes movibles; en cambio,
las de los interruptores electrónicos son fijas.
4
2.4 Interruptores mecánicos.
La función de un interruptor es controlar el flujo de la corriente eléctrica. Los tipos de
interruptores que se usan más a menudo poseen contactos normalmente abiertos (NA).
En la posición desconectada, los contactos se encuentran abiertos y no circula corriente
por el interruptor. En la posición conectada, los contactos están cerrados (se tocan entre
sí) para permitir que fluya la corriente por el interruptor.
2.5 Relevadores.
Un relevador es un dispositivo que controla el estado de un interruptor mediante una
entrada eléctrica. En su interior, posee comúnmente una bobina que al energizarse (por
ley de Faraday) induce una fuerza magnética que cambia el estado del interruptor.
Existen relevadores con interruptores normalmente (es decir sin flujo eléctrico) abiertos
y normalmente cerrados. Además de esa característica también existen relevadores con
múltiples entradas y múltiples interruptores.
Tipos de relevadores.
Relevador SPDT: (Único polo doble). Consisten en una bobina (terminales 85 y 86), una
terminal común (30), una terminal normalmente cerrada (87a) y una terminal
normalmente abierta (87). Cuando la bobina del relevador está en reposo (sin corriente),
la terminal común (30) y la terminal normalmente cerrada (87a) tienen continuidad.
Cuando la bobina tiene corriente, la terminal común (30) y la terminal normalmente
abierta (87) tienen continuidad. La figura 2.1 muestra en el centro el relevador en
reposo, con la bobina sin corriente. El diagrama a continuación de la derecha muestra el
relevador con la bobina bajo corriente. Como se puede ver la bobina es un electroimán
que activa el brazo que siempre está conectado a la terminal común (30) como pivote
cuando esta bajo corriente el contacto es roto desde la terminal normalmente cerrada
(87a) y con la terminal normalmente abierta (87). La bobina de un transmisor SPDT que
más comúnmente utilizamos entrega muy poca corriente (menos de 200 miliamperes) y
la cantidad de corriente que puede pasar a través común de un relevador, normalmente
cerrada, y contactos normalmente abiertos administrará hasta 30 o 40 amperes. Esto le
permite cambiar dispositivos como faros, luces de estacionamiento, etc., con salidas de
5
amperaje bajos como los que se encuentran en sistemas de alarma, encendido sin llave
y otros componentes.
Relevador SPST: (Único polo único). Consisten en una bobina (terminales 85 y 86), una
terminal común (30) y una terminal normalmente abierta (87). No tiene una terminal
normalmente cerrada como el relevador SPDT, pero puede usarse en lugar de SPDT,
en los relevadores en todos los diagramas que se muestran, no se usa la terminal 87a.
Figura 2.1 Diagramas de relevadores.
Cuando la bobina de un relevador se energiza, la polaridad de la bobina no importa a
menos que haya un diodo a través de la bobina. Si no hay un diodo presente, se podrá
adjuntar tensión positiva a cualquier terminal de la bobina y el voltaje negativo al otro,
de lo contrario se debe conectar la tensión positiva al lado de la bobina que está
conectado al lado de cátodo (lado con franja) del diodo y el negativo al lado de la bobina
que está conectado al lado de ánodo del diodo.
2.6 Sensores.
Un sensor consta de algún elemento sensible a una magnitud física ,como por ejemplo
la intensidad o color de la luz, temperatura, presión, magnetismo, humedad; y debe ser
capaz, por su propias características, o por medio de dispositivos intermedios, de
transformar esa magnitud física en un cambio eléctrico que se pueda alimentar en un
circuito que la utilice directamente, o sino en una etapa previa que la condicione
(amplificando, filtrando, etc.), para que finalmente se la pueda utilizar para el control de
la alarma.
6
Tipos de sensores.
Existe una amplia variedad de dispositivos diseñados para percibir la información
externa de una magnitud física y transformarla en un valor electrónico que sea posible
introducir al circuito de control.
Sensores de corriente.
Los sensores de corriente monitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen
sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Los
sensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir
una válvula o desconectar una bomba. La señal lineal duplica la forma de la onda de la
corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta para controlar
un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una máquina.
Sensores de presión y fuerza.
Los sensores de presión son pequeños, fiables y de bajo costo. Ofrecen una excelente
repetitividad y una alta precisión y fiabilidad bajo condiciones ambientales variables.
Además, presentan unas características operativas constantes en todas las unidades y
una intercambiabilidad sin recalibración.
2.7 Diodo.
El diodo semiconductor es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede
encontrar, prácticamente en cualquier circuito electrónico.
Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.
Figura 2.2 Símbolo del diodo (A - ánodo, K - cátodo).
7
Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separados por
una juntura llamada barrera o unión. Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el diodo
de germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.
2.8 Principio de operación de un diodo.
El semiconductor tipo N tiene electrones libres (exceso de electrones) y el
semiconductor tipo P tiene huecos libres (ausencia o falta de electrones).Cuando una
tensión positiva se aplica al lado P y una negativa al lado N, los electrones en el lado N
son empujados al lado P y los electrones fluyen a través del material P mas allá de los
límites del semiconductor. De igual manera los huecos en el material P son empujados
con una tensión negativa al lado del material N y los huecos fluyen a través del material
N. En el caso opuesto, cuando una tensión positiva se aplica al lado N y una negativa al
lado P, los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son
empujados al lado P. En este caso los electrones en el semiconductor no se mueven y
en consecuencia no hay corriente.
El diodo se puede hacer trabajar de 2 maneras diferentes:
2.8.1 Polarización directa.
Es cuando la corriente que circula por el diodo sigue la ruta de la flecha (la del diodo), o
sea del ánodo al cátodo. En este caso la corriente atraviesa el diodo con mucha
facilidad comportándose prácticamente como un corto circuito.
2.8.2 Polarización inversa.
Es cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido opuesto a la flecha (la
flecha del diodo), del cátodo al ánodo. En este caso la corriente no atraviesa el diodo, y
se comporta prácticamente como un circuito abierto.Los diodos más a menudo se
utilizan a través de la bobina para proporcionar una ruta de acceso para corriente
cuando se interrumpe la ruta actual a la retransmisión (es decir, desactivado, bobina ya
no bajo corriente). Esto permite que el campo de bobina se pueda contraer sin la púa de
voltaje que de lo contrario se genera. El diodo protege al interruptor o la retransmisión
de contactos y otros circuitos que pueden ser sensibles a picos de tensión.
8
2.9 Transistor.
El transistor bipolar es el más común de los transistores, y como los diodos, puede ser
de germanio o silicio.
Existen dos tipos transistores: el NPN y el PNP, y la dirección del flujo de la corriente en
cada caso, lo indica la flecha que se ve en el gráfico de cada tipo de transistor. El
transistor es un dispositivo de 3 patillas con los siguientes nombres: base (B), colector
(C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la patilla que tiene la flecha en el
gráfico de transistor. El transistor es un amplificador de corriente, esto quiere decir que
si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus patillas (base), el entregará
por otra (emisor), una cantidad mayor a ésta, en un factor que se llama amplificación.
Este factor se llama b (beta) y es un dato propio de cada transistor.
Figura 2.3 Transistores NPN y PNP.
Región de corte: Un transistor esta en corte cuando:
Corriente de colector = corriente de emisor = 0, (Ic = Ie = 0)
En este caso el voltaje entre el colector y el emisor del transistor es el voltaje de
alimentación del circuito. (Como no hay corriente circulando, no hay caída de voltaje).
Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base = 0 (Ib =0)
Región de saturación: Un transistor está saturado cuando:
Corriente de colector = corriente de emisor = corriente máxima, (Ic = Ie = I máxima)
En este caso la magnitud de la corriente depende del voltaje de alimentación del circuito
y de las resistencias conectadas en el colector o el emisor o en ambos, ver ley de Ohm.
Este caso normalmente se presenta cuando la corriente de base es lo suficientemente
9
grande como para inducir una corriente de colector β veces más grande. (Recordar que
Ic = β * Ib).
Región activa: Cuando un transistor no está ni en su región de saturación ni en la región
de corte entonces está en una región intermedia, la región activa. En esta región la
corriente de colector (Ic) depende principalmente de la corriente de base (Ib), de β
(ganancia de corriente de un amplificador, es un dato del fabricante) y de las
resistencias que hayan conectadas en el colector y emisor). Esta región es la más
importante si lo que se desea es utilizar el transistor como un amplificador.
Configuraciones: Hay tres tipos de configuraciones típicas en los amplificadores con
transistores, cada una de ellas con características especiales que las hacen mejor para
cierto tipo de aplicación. y se dice que el transistor no está conduciendo. Normalmente
este caso se presenta cuando no hay corriente de base (Ib = 0).
.-Base común
- Emisor común
-Colector común
10
Capitulo 3. Radiofrecuencia.
El término radiofrecuencia, también denominado espectro de radiofrecuencia o RF, se
aplica a la porción del espectro electromagnético, situada entre unos 3 Hz y unos 300
GHz. El Hertz es la unidad de medida de la frecuencia de las ondas radioeléctricas, y
corresponde a un ciclo por segundo. Las ondas electromagnéticas de esta región del
espectro se pueden transmitir aplicando la corriente alterna originada en un generador a
una antena. En los últimos años se ha producido un fuerte desarrollo de las aplicaciones
basadas en radio comunicaciones. Este desarrollo ha estado generado por importantes
avances de miniaturización de los circuitos de radiofrecuencia y de los sistemas
digitales, aprovechando la unión de ambas tecnologías.
3.1 Espectro radioeléctrico.
El espectro radioeléctrico se trata del medio por el cual se transmiten las frecuencias de
ondas de radio electromagnéticas que permiten las telecomunicaciones (radio,
televisión, Internet, telefonía móvil, televisión digital terrestre, etc.), y son administradas
y reguladas por los gobiernos de cada país. La definición precisa del espectro
radioeléctrico, tal y como la ha definido la Unión Internacional de Telecomunicaciones
(UIT), organismo especializado de las Naciones Unidas con sede en Ginebra, Suiza es:
“Las frecuencias del espectro electromagnético usadas para los servicios de difusión y
servicios móviles, de policía, bomberos, radioastronomía, meteorología y fijos.” Este
“(…) no es un concepto estático, pues a medida que avanza la tecnología se aumentan
(o disminuyen) rangos de frecuencia utilizados en comunicaciones, y corresponde al
estado de avance tecnológico.”
El espectro radioeléctrico se divide en bandas de frecuencia que competen a cada
servicio que estas ondas electromagnéticas están en capacidad de prestar para las
distintas compañías de telecomunicaciones avaladas y protegidas por las instituciones
creadas para tal fin de los estados soberanos. Un repaso corto a las bandas de
frecuencia nos indica que:
11
Banda UHF: En este rango de frecuencia, se ubican las ondas electromagnéticas que
son utilizadas por las compañías de telefonía fija y telefonía móvil, distintas compañías
encargadas del rastreo satelital de automóviles y establecimientos, y las emisoras
radiales como tal. Las bandas UHF pueden ser usadas de manera ilegal, si alguna
persona natural u organización cuenta con la tecnología de transmisión necesaria para
interceptar la frecuencia y apropiarse de ella con el fin de divulgar su contenido que no
es regulado por el Gobierno.
Banda VHF: También es utilizada por las compañías de telefonía móvil y terrestre y las
emisoras radiales, además de los sistemas de radio de onda corta (aficionados) y los
sistemas de telefonía móvil en aparatos voladores. Es una banda mucho más potente
que puede llegar a tener un alcance considerable, incluso, a nivel internacional.
Banda HF: Tiene las mismas prestaciones que la banda VHF, pero esta resulta mucho
más “envolvente” que la anterior puesto que algunas de sus “emisiones residuales”
(pequeños fragmentos de onda que viajan más allá del aire terrestre), pueden chocar
con algunas ondas del espacio produciendo una mayor cobertura de transmisión.
3.2 Frecuencia de transmisión.
Con el término de frecuencia de portadora o simplemente frecuencia de transmisión, se
hace referencia a la frecuencia de la señal radioeléctrica en ausencia de modulación. El
valor de la frecuencia de portadora en una transmisión está determinado por el canal, el
alcance deseado, la banda asignada, etc. En el caso de un sistema de
radiocomunicaciones, que ha de compartir con otros sistemas el medio natural de
propagación, la frecuencia asignada depende mucho de la aplicación, ancho de banda
de la transmisión, alcance y cobertura deseadas. Actualmente se utilizan sistemas de
radiocomunicaciones con frecuencias de portadora muy bajos (VLF), hasta infrarrojos, y
para cada aplicación pueden definirse bandas más o menos óptimas.
12
3.3 Modulación de portadoras.
Los sistemas de comunicaciones trabajan con información en forma de señales
electrónicas que ocupan una banda limitada del espectro, por la naturaleza de la señal y
por el filtrado previo a la transmisión. La transmisión de estas señales se puede realizar
en banda base o modulando una portadora. Cuando se utiliza el canal radioeléctrico, es
muy difícil la transmisión de señales en banda base. Primero porque el tamaño de las
antenas debe ser, al menos, del orden de un cuarto de longitud de onda (λ/4 donde λ =
c/f con c = 3·10^8 m/s) para que su eficiencia sea alta. Esta condición elimina la
posibilidad de transmitir señales de frecuencia baja que aparecen en la banda base de
muchos sistemas. Por otra parte, la banda relativa que puede transmitirse en un sistema
dado suele ser pequeña (B/f <<1), limitando la banda en las portadoras de frecuencia
más baja. En estas condiciones se hace imprescindible trasladar la información a otra
zona del espectro diferente de la banda base, a través de los distintos tipos de
modulación.
3.4 Modulación lineal.
Se agrupa como modulación lineal a todos los procesos de modulación que satisfacen
de forma estricta la condición de linealidad, es decir, que la señal obtenida al modular
con la suma de dos señales corresponde a la suma de las señales obtenidas por
modulación independiente con cada una de ellas. En particular se consideran las
modulaciones que resultan de multiplicar la portadora por una función lineal de la señal
de modulación. Esta modulación se caracteriza porque la potencia de la señal de salida
depende de la potencia de la señal de entrada y, sobre todo, porque la banda final de la
señal modulada no supera el doble de la frecuencia más alta de modulación, alrededor
de la frecuencia portadora o frecuencia característica.
Modulación ASK.
En el caso de modulación ASK (Amplitude Shift Keying), la amplitud de la portadora se
modula siguiendo la secuencia binaria, cambiando su valor de cero (correspondiente al
cero lógico) a V voltios (correspondiente al 1 lógico). Así, la expresión de una señal
modulada en ASK será:
13
El ancho de banda de una señal modulada en ASK es igual al régimen binario.
Figura 3.1 Modulación ASK.
3.5 Transmisor y receptor de RF.
Dentro de un sistema de comunicaciones se pueden distinguir dos subsistemas
claramente separados: el transmisor y el receptor. El primero tiene como funciones
principales la formación de la señal a transmitir o señal de banda base y la amplificación
de la señal obtenida hasta el nivel de potencia deseado.
3.5.1 Tipos de transmisores.
Se pueden distinguir dos conjuntos de transmisores según se realice la modulación
sobre la frecuencia final de emisión (transmisores homodinos) o sobre una frecuencia
intermedia
(transmisores heterodinos).
Transmisores homodinos o de modulación directa.
En un transmisor homodino la modulación se realiza directamente sobre la portadora,
de forma que la señal a la salida se filtra en la banda de transmisión y se envía a la
antena. Aunque el transmisor homodino se utiliza para cualquier tipo de modulación, en
la práctica es más frecuente verlo en modulación de amplitud. Esta coincidencia es
debida a que la modulación directa de la portadora es más fácil en frecuencias bajas,
14
donde los moduladores son más fáciles de implementar, y las aplicaciones de AM son
las que más se utilizan en esas frecuencias.
Transmisores heterodinos.
En un transmisor heterodino la portadora sobre la que se produce la modulación es de
frecuencia diferente de la de emisión. La conversión de una frecuencia en otra se hace
a través de un circuito, que, como se sabe, permite trasladar una señal en el espacio de
la frecuencia un valor fijo, sin modificar el tipo y la profundidad de modulación.
Por otra parte, el receptor debe separar la señal deseada del resto de las posibles
interferencias y ruido electrónico, amplificarla y demodularla para obtener la señal
original de banda base.
3.5.2 Tipos de receptores.
Existen distintos criterios para clasificar los receptores; los más utilizados en la práctica
son los que se refieren al tipo de servicio, a la forma de sintonía, al tipo de señal que
reciben, a la forma de modulación y a la forma de separar la señal de las interferencias.
Receptor hemodino.
La señal captada por la antena se selecciona y se amplifica directamente hasta el nivel
conveniente para que el demodulador funcione correctamente. Se demodula y a
continuación se amplifica la señal extraída en la banda base original, hasta el nivel
exigido por el dispositivo de representación. En la práctica este tipo de receptor es muy
poco utilizado en sistemas de comunicaciones, dado los graves inconvenientes que
posee a la hora de conseguir una buena selectividad por filtrado directo de la señal de
RF, pues es muy difícil obtener filtros estrechos en RF que definan la banda de
frecuencia deseada con precisión, sobre todo si el receptor es de sintonía variable. Por
lo tanto, las aplicaciones quedan reducidas a receptores con una gran anchura de
banda, normalmente para aplicaciones diferentes de la de comunicaciones, como
radiometría, radar, etc., y que trabajan a una frecuencia fija.
15
Receptor superheterodino.
En un receptor superheterodino la frecuencia de señal en RF se traslada, mediante
mezcla con el tono puro y constante de un oscilador, a una frecuencia diferente
(normalmente menor que la de RF), llamada frecuencia intermedia. En la frecuencia
intermedia es donde se realiza el filtrado y selección de la banda deseada antes de
alcanzar el detector. De este modo, la amplificación puede hacerse en dos etapas a
frecuencias diferentes, logrando así una mayor estabilidad en el conjunto.
3.6 Codificador y decodificador.
En un sentido general, se puede decir que un codificador es un circuito hecho para
pasar información de un sistema a otro con clave diferente, y en tal caso un
decodificador sería el circuito o dispositivo que retorne los datos o información al primer
sistema. Debido a que el caso que nos ocupa es el de la lógica digital, y en especial la
aritmética binaria, hemos de dar sentido más directo a los términos codificador y
decodificador. Un codificador es un bloque combinacional hecho para convertir una
entrada no binaria en una salida de estricto orden binario. En otras palabras, es un
circuito integrado por un conjunto de componentes electrónicos con la habilidad para
mostrar en sus terminales de salida un código binario (01101, 1100, etc.), equivalente al
número presente en sus entradas, pero escrito en un código diferente.
El decodificador es un circuito combinacional diseñado para convertir un código binario
(entrada) en un número binario (niveles altos y bajos de voltaje) con un orden distinto,
para ejecutar un trabajo especial. En otras palabras, el número binario que sale es
diferente al código binario que entró, aunque tenga la misma cantidad de bits.
Los decodificadores son también usados en los microprocesadores para convertir
instrucciones binarias en señales de tiempo, para controlar máquinas en procesos
industriales o implementar circuitos lógicos avanzados.
Utilizaremos el codificador y decodificador recomendados por el fabricante del
transmisor y receptor, estos son el codificador HT12E y el decodificador HT12D que
permiten direccionar los datos y así evitar interferencias. Sus principales características
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son: voltaje de operación: de 2.4 a 12 V, bajo consumo de energía y alta inmunidad al
ruido (tecnología CMOS) y baja corriente en espera.
3.7 Antenas.
Las antenas son las partes de los sistemas de telecomunicación específicamente
diseñadas para radiar o recibir ondas electromagnéticas. También se pueden definir
como los dispositivos que adaptan las ondas guiadas, que se transmiten por
conductores o guías, a las ondas que se propagan en el espacio libre. Los sistemas de
comunicaciones utilizan antenas para realizar enlaces punto a punto, difundir señales
de televisión o radio, o bien transmitir o recibir señales en equipos portátiles. La misión
de la antena es radiar la potencia que se le suministra con las características de
direccionalidad adecuadas a la aplicación. Por ejemplo, en la radiodifusión o
comunicaciones móviles se querrá radiar sobre la zona de cobertura de forma
omnidireccional, mientras que en radiocomunicaciones fijas interesará que las antenas
sean direccionales.
3.8 Parámetros fundamentales.
La ganancia.
La característica más importante de una antena es la ganancia.
Esto viene a ser la
potencia de amplificación de la señal. La ganancia representa la relación entre la
intensidad de campo que produce una antena en un punto determinado, y la intensidad
de campo que produce una antena omnidireccional (llamada isotrópica), en el mismo
punto y en las mismas condiciones. Cuanto mayor es la ganancia, mejor es la antena.
La unidad que sirve para medir esta ganancia es el decibelio (dB). Esta unidad se
calcula como el logaritmo de una relación de valores. Como para calcular la ganancia
de una antena, se toma como referencia la antena isotrópica, el valor de dicha ganancia
se representa en dBi.
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Relación de señal ruido.
Siempre que se emite o se recibe una señal de radio, lleva acoplada una señal de ruido.
Obviamente, cuanto menor sea la relación de ruido con respecto a la señal, más óptima
se considerará la señal "valida". Incluso en las transmisiones digitales, se tienen que
usar métodos de modulación que reduzcan el ruido y amplifiquen la señal de radio.
El resultado de dividir el valor de la señal de datos, por la señal de ruido es lo que se
conoce como relación señal/ruido. Cuanto mayor es, mejor es la comunicación.
Se expresa en decibelios (dB), y en escala exponencial, lo que quiere decir que una
relación señal ruido de 10 dB, indica que la señal es 10 veces mayor que la de ruido,
mientras que 20 dB indica 100 veces más potencia.
Potencia transmitida.
Se utiliza la unidad dBm (decibelios relativos al nivel de referencia de 1 milivatio). 1 mW
es igual a 0 dBm y cada vez que se doblan los milivatios, se suma 3 a los decibelios. La
radiación máxima emitida por una antena (que puede terminar muy por encima de los
vatios de entrada), que admite la FCC en los EEUU es de 1 vatio (equivalente a 30
dBm). En Europa, el límite es de 250 mW (24 dBm).
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Capitulo 4. Diseño del sistema.
En este capítulo se describirán las partes que componen el sistema, los componentes
que utilizamos para simular el funcionamiento de cada una de las partes del sistema en
nuestra maqueta y como se logra el encendido del automóvil a distancia.
4.1 Diagrama de bloques.
En las siguientes figuras se muestra el funcionamiento del sistema dividido en dos
bloques, el bloque transmisor compuesto por el pulso, el codificador y el transmisor; y el
bloque receptor formado por el receptor, decodificador, transistor y relevadores
conectados a la marcha, ignición y freno del automóvil.
4.2 Pulso.
El circuito se activa con un pulso que activa la transmisión de datos, este pulso es
generado desde el control remoto de la alarma.
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4.3 Componentes.
Dado que este proyecto va enfocado a reducir los costos de los sistemas similares
existentes en el mercado, se utilizó el menor número posible de componentes, los que
fueran más económicos y fáciles de conseguir, pero que al mismo tiempo brindaran el
rendimiento necesario para el funcionamiento correcto del sistema. Para la
comunicación, se encontraron módulos de radiofrecuencia en el mercado con su
respectivo sistema de modulación y demodulación.
4.3.1 El codificador HT12E.
Es un codificador que antecede al transmisor de ASK, el cual admite datos en paralelo y
los envía en forma serial hacia el transmisor. Las entradas A0 – A7 son las selectoras
de canal. El canal seleccionado en este decodificador debe de ser el mismo que el
receptor. Las entradas AD8 – AD11 sirven para introducir la información en forma
paralela al codificador. Cuando se mantiene en bajo la entrada TE (habilitación de la
transmisión), el integrado transmite constantemente, repitiendo el código una y otra vez.
En estas condiciones, si se modifica el valor de las entradas de datos se observa que el
valor va cambiando en el receptor, por lo cual esta entrada se debe de dejar habilitada.
Figura 4.3 Codificador HT12E.
4.3.2 Módulos de comunicación RF.
Debido a que el medio de transmisión es un medio no guiado, es decir, no se encausan
las ondas electromagnéticas a través de ningún elemento físico, el medio de
propagación es el aire. Se elige una transmisión por radiofrecuencia, ya que permite un
mayor alcance y al no tener un medio físico para la comunicación, le da una mayor
movilidad al usuario.
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Para la comunicación se utiliza una salida de datos de modo serial, porque maneja dos
líneas de transmisión y para su utilización no requiere gran cantidad de elementos
físicos. Este modo de transmisión maneja una codificación NRZ (no retorno a cero), es
decir, cuando la línea de transmisión se encuentra sin uso permanece en estado alto,
para iniciar una transmisión en este código se emplea una transición a cero como
indicador de inicio y fin de transmisión.
Transmisor TWS-434.
Para realizar nuestra maqueta hemos elegido el transmisor TWS-434, ideal para la
construcción de controles remotos, trabaja en la frecuencia de los 433.92 MHz y con
modulación ASK, tiene un alcance de 120 m en exterior y 60 m en interior
aproximadamente, lo cual consideramos suficiente para nuestro proyecto.
El transmisor TWS-434 acepta entradas lineales y digitales, opera con una tensión que
va desde 1.5 V hasta los 12 V-DC cuenta con una potencia de salida de hasta 8 mW.
Figura 4.4 Transmisor TWS-434.
En la figura 4.5 se muestra el diagrama del circuito transmisor de la señal de
radiofrecuencia.
Antena del transmisor.
Estos módulos se utilizan frecuentemente con una antena mono polo omnidireccional,
su longitud está determinada por λ/4, donde λ es la longitud de la señal de onda de la
transmisión.
21
Figura 4.5 Diagrama del circuito transmisor de RF.
Figura 4.6 Antena del transmisor.
Antena del receptor.
Para el bloque receptor se utiliza otro tipo de antena que permita reducir el tamaño del
circuito para comodidad del usuario. Pueden utilizarse antenas de tipo helicoidal,
aunque resulta menos eficiente que la anterior.
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Figura 4.7 Antena del receptor.
Receptor RWS-434.
El receptor que hemos utilizado es el receptor RWS-434, también funciona en la
frecuencia de 433.92 MHz y con modulación ASK, se alimenta con una tensión de entre
4.5 V y 5.5 V-DC, su sensibilidad es de 3μV y cuenta con salidas lineales y digitales.
Figura 4.8 Receptor RWS -434.
4.3.3 El decodificador HT12D.
Los pines A0-A7 son las selectoras de canal. Los pines AD8 a AD11 son las salidas
paralelas de datos digitales.
En el integrado decodificador HT12D, la señal VT significa Valid Transmission
(Transmisión Válida), es decir, cada vez que esta señal va a un nivel alto es porque el
código presente en la salida de datos es un dato válido para ese dispositivo. Si el
dispositivo no cumple con la dirección que viene en la palabra que ha recibido,
obviamente no se produce esta señal.
Figura 4.9 Decodificador HT12D.
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En la figura 4.10 se muestra el diagrama que se empleó para hacer la tablilla del circuito
receptor de radiofrecuencia.
Figura 4.10 Diagrama del circuito receptor de RF.
4.3.4 Transistor 2N2222.
La función del transistor en el sistema es la permitir el paso de la señal de 5 volts ya
que ha sido recibida y decodificada, para con ella alimentar el sistema de relevadores,
también aquí es donde se incrementa el voltaje hasta los 12 volts necesarios para
accionar los relevadores.
Figura 4.11 Transistor 2N2222.
24
4.3.5 Relevadores.
La gran ventaja de los relés electromagnéticos es la completa separación eléctrica entre
la corriente de accionamiento, la que circula por la bobina del electroimán, y los circuitos
controlados por los contactos, lo que hace que se puedan manejar altos voltajes o
elevadas potencias con pequeñas tensiones de control, además con una sola señal de
control, podemos controlar varios relés a la vez.
Relevador RAS-1210.
Es un relevador compacto de 1 polo, 2 tiros (SPDT) y bobina de 12 Vcc. Es ideal para
equipos y proyectos electrónicos. Sus características técnicas son:
- Contactos de aleación de plata
- 24 Vcc / 10 A
- 120 Vca / 10 A
- 250 Vca / 7 A
- Terminales de aguja
- Dimensiones: 19,2 x 14,8 x 15,4 mm
- Fabricado en plástico sellado con resina epóxica
Figura 4.12 Relevador RAS-1210.
4.3.6 Módulo de relevadores.
Este módulo se activa mediante la señal enviada desde el control remoto, y realiza la
función que realizan ciertos circuitos digitales programables en los módulos que existen
en el mercado, esto es, liberar determinados voltajes, hacia la marcha y el sistema de
ignición para encender el automóvil, anteriormente se han mencionado las
características que permiten a los relevadores realizar estas mismas operaciones,
siendo su costo menor y su desempeño confiable.
25
El funcionamiento del arreglo de relevadores es muy sencillo, una vez recibida la señal
necesaria y habiendo realizado las conexiones correctas, se desencadena una serie de
cambios de estado en ellos, permitiendo que llegue el voltaje necesario hasta el sistema
de encendido del automóvil. En la figura 4.10 se muestra el diagrama de las conexiones
necesarias para lograr este propósito, cabe señalar que esta conexión puede ser
modificada, se pueden agregar señales de seguridad según se desee, en el cofre o en
la cajuela por ejemplo, en nuestro caso solo se ha implementado una señal de
seguridad en el freno, incluso estas señales se pueden eliminar si así se desea.
FRENO
D1
PULSO DE LA ALARMA
DIODE
V1
12V
RL5
RL4
L2
RL3
RL2
L1
12V
IGNICION
12V
MARCHA
Figura 4.13 Diagrama del módulo de relevadores
4.4 Funcionamiento.
Con este sistema se puede poner en funcionamiento el automóvil sin la necesidad de
una interface y dependiendo de la conexión que realicemos y los relevadores que
utilicemos será la seguridad que ofrezca el sistema, es decir puede llegar a tener las
mismas funciones de la interface pero el tiempo de trabajo de la marcha será
manipulado directamente por la señal del control de la alarma. (De un canal auxiliar).
Para esto se debe de tener una alarma, con algún canal auxiliar disponible para realizar
esta conexión. La señal de la alarma es recomendable que dure mientras este pulsado
el botón del canal auxiliar así se podrá calcular tiempo de encendido; será como darle
marcha pero a control remoto. Para esto debemos programar la alarma para que la
señal del canal auxiliar dure mientras presionamos el botón, ya que hay señales que
duran 2 o 3 segundos y algunos motores tardan un poco más en encender.
26
La señal del freno es solo por seguridad. Esto significa que si se omite aun así funciona
la conexión. Una vez encendido, si se llega a presionar el freno se apagará el motor.
La forma en que funciona este sistema es solo para hacer el encendido desde una
distancia lejos del vehículo, una vez dentro del vehículo se inserta la llave y se gira
hasta la posición de ignición sin dar marcha y así si se presiona el freno no se apagará
el motor.
Si el automóvil prende presionando el embrague, es porque cuenta con un dispositivo
de seguridad instalado en la parte superior del pedal y para que el sistema funcione se
debe de desactivar este interruptor, este se desactiva con solo hacer un puente entre
los cables de este interruptor. O en caso de que se quiera dejar original se tiene que
conectar la línea que va a la marcha a este mismo interruptor para que pueda encender
el automóvil, esto si es una señal de corriente y si es una señal de tierra, se tendrá que
instalar otro relevador para hacer el cambio de corriente a tierra.
4.5 Costos.
Se llevó a cabo una investigación de campo en diferentes negocios dedicados a la
instalación de alarmas automotrices en la localidad, de donde se obtuvo la información
que se muestra en la tabla 4.1. Esta información sirvió de base para obtener el monto
de ahorro en los costos del sistema desarrollado en el proyecto, en comparación con las
opciones disponibles en el mercado. Los costos de los sistemas empleados en nuestra
maqueta para lograr la comunicación entre la señal emitida por el control remoto y el
arreglo de relevadores, no fueron considerados ya que una vez que se implemente el
sistema en el automóvil estos circuitos no serán necesarios pues estas funciones son
realizadas por la alarma instalada previamente.
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Empresa
Costo de una
Costo de una
Costo del
alarma con
alarma
módulo
función de
sencilla
arrancador
encendido
independiente
automático.
Bolt-Audio
Desde $2514
Desde
hasta
$1131,20 hasta
Fuentes.
$5656,50
$2011,2
Express
Desde
Desde $ 850
$1382,70 hasta
hasta
$5028
$3393,90
Av. Valentín
Av. Triunfo de
la república.
River’s
Audio
Systems
Desde $1600
Desde
$750
hasta $3500
hasta $1500
$755
$900
$880
Aguirre Laredo
y El Portal
Tabla 4.1 Precios de alarmas automotrices.
*Precios en pesos mexicanos.
**Los precios que nos fueron proporcionados en dólares se convirtieron a un tipo de cambio de $12.57
***Todos los precios incluyen instalación.
Como se puede observar de las opciones disponibles en el mercado la opción más
económica sería adquirir la alarma sencilla más barata en River’s Audio Systems, con
un precio de $750 pesos y agregarle el módulo arrancador más económico disponible
en Bolt – Audio por $755 pesos. Esto nos representaría un gasto total de $1555 pesos.
Como se mencionó anteriormente, en el desarrollo del módulo se tomará en cuenta
únicamente el costo del arreglo de relevadores, y los aditamentos necesarios para
conectarlo al automóvil, además del importe por la instalación.
Los cuatro relevadores necesarios para implementar el sistema se pueden adquirir en
electrónica Steren a un precio unitario de $41 pesos, esto representa un gasto de $164
pesos, además se necesitarán 16 terminales de latón tipo faston, hembra, se
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recomienda usar las de forro completo para tener una mayor seguridad en las
conexiones, estas terminales tienen un costo de $6 pesos por unidad, siendo el total de
$ 96 pesos, a esto hay que sumar el costo del cable necesario, se recomienda usar
cable estañado para conexiones calibre 22 AWG, con un costo de $5 pesos el metro,
con dos metros será suficiente, lo que da un total de $10 pesos,
Entonces sumando el costo de los componentes necesarios, la construcción del módulo
requiere un gasto total de $ 270 pesos. El precio por instalación de un módulo
semejante tiene un costo de $250 pesos en promedio, por lo que la construcción e
implementación del módulo descrito nos representa un gasto total de $520 pesos. Esto
arroja un ahorro de $235 pesos en comparación con la opción más económica
encontrada en el estudio.
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Capitulo 5. Resultados.
Después de diseñar los circuitos necesarios, se procedió a armarlos físicamente,
primero en una tablilla de pruebas, y una vez comprobado su correcto funcionamiento
se hicieron los circuitos en tablilla impresa. Para diseñar las tablillas necesarias se
utilizó el software LiveWire – PCB Wizard, que resultó de gran utilidad por su sencillez y
eficiencia, aunque se experimentaron ciertas dificultades en el momento de elaborar las
tablillas debido a la falta de experiencia y equipo necesario, al final se obtuvieron
resultados satisfactorios, ya que ambos bloques efectuaron las funciones esperadas.
Figura 5.1 Pruebas en protoboard.
.
Figura 5.2 Diseño de las tablillas.
Una vez armadas las tablillas de transmisión y recepción, se realizaron las pruebas
correspondientes; aunque el transmisor trabaja con un voltaje de entre 1.5 y 12 volts, el
transmisor solo opera en rangos muy cercanos a los 5 volts, si se sobrepasa esta
tensión el circuito se quema inmediatamente. En el caso del decodificador HT12D, no
se deben usar las salidas para actuar algo directamente, se deben usar junto con la
señal VT (transmisión válida) en alto. Para cumplir esto se puede colocar una
compuerta AND o un circuito similar, que cumpla la misma función de una compuerta
AND (un transistor y resistencias pueden servir). En este caso se implementó un
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transistor 2N2222 con una resistencia de 330 Ohms para poder activar el módulo de
arranque.
Figura 5.3 Tablillas impresas.
Después de probar las primeras tablillas en conjunto con el módulo de encendido, se
experimentaron problemas pues el pulso emitido por el transistor es un nivel lógico alto
y los relevadores se accionan mediante un nivel lógico bajo, para solucionar este
problema se agregó otro relevador a la señal que es enviada por el emisor del
transistor, de este modo se logró un cambio de estado en la señal para poder accionar
los relevadores.
Figura 5.4 Relevador adicional.
Una vez resueltos estos problemas en los bloques componentes del sistema se probó la
maqueta y se obtuvo un resultado satisfactorio.
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Capitulo 6 Conclusiones y recomendaciones.
Después de llevar a cabo el diseño e implementación de los circuitos necesarios para el
proyecto y realizar las pruebas pertinentes se obtuvo el resultado esperado, esto es, el
módulo cumple con la función de enviar los voltajes requeridos para poner en marcha el
automóvil. La señal de seguridad que se puso en el freno también cumple su cometido,
una vez encendido el vehículo, si se presiona el freno, el motor se apagará siempre que
no se haya introducido la llave en la ignición.
También se comprobó que la construcción e instalación del módulo resulta más
económica que las opciones similares disponibles en el ramo de las alarmas
automotrices.
Se observaron como desventajas del sistema en comparación con los sistemas
existentes que una vez encendido el automóvil, no es posible apagarlo desde el control
remoto, además el automóvil permanecerá encendido hasta que se apague
manualmente desde el interior del automóvil. Por lo que se podrán implementar mejoras
en este sentido en el futuro.
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Referencias.
[1] Leo G. Sands, “Sistemas electrónicos de seguridad”, Diana, México, segunda
edición.1979.
[2] Manuel Sierra Pérez, et al, “Electrónica de Comunicaciones”, PEARSON, España.
2003.
[3] Ángel Cardama Aznar, et al, “Antenas”, Alfaomega, México, 2004.
[4] http://www.the12volt.com/relays/relays.asp
[5] http://www.unicrom.com/Tut_diodo.asp
[6] http://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar.asp
[7] http://www.rentron.com/PicBasic/RemoteControl.htm
[8] http://robots-argentina.com.ar/Prueba_RFLink.htm
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Apéndice A. Codificador HT12E.
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Apéndice B. Transmisor TWS-434.
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Apéndice C. Receptor RWS-434.
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Apéndice D. Decodificador HT12D.
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Apéndice E. Transistor 2N2222.
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Apéndice F. Relevador RAS-1210.
RAS - RELEVADOR COMPACTO DE 1P/2T
CARACTERISTICAS
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Seguridad aprobada UL, CUR y TUV
Corriente alta disponible arriba de 15 A, y uno especial de 20 A para uso en
automóviles.
Tipo de sello epóxico y libre de flux.
Satisface todos los requerimientos de uso en automóviles y aplicaciones
eléctricas en casa.
Voltaje
Nominal
(VDC)
Resistencia
de la
Bobina (Ω)
(+/- 10%)
69 Ω
100 Ω
225 Ω
400 Ω
1600 Ω
5V
6V
9V
12 V
24 V
Consumo
de
Energía
(W)
0.36W
ITEM
Resistencia de Contacto
Corriente
Nominal
(mA)
(+/- 10%)
72mA
60mA
40mA
30mA
15mA
TIPO
Voltaje para el
Accionamiento
(VDC)
Voltaje
de
Ruptura
(VDC)
Voltaje
Máximo
Permitido
(VDC)
10%
Min.
130%
75% Max.
10 A
15 A
50mΩ Máx. (valor inicial)
Tiempo de Operación
10mseg Máx.
Tiempo de liberación
5mseg Máx.
Fuerza del Dieléctrico
Entre bobina y contacto
Entre contacto
20 A
AC 1500V (1min)
AC 750V (1min)
100MΩ Min. (DC 500V)
Resistencia de aislamiento
-30°C ~ +80°C
Temperatura de Operación Ambiente
35% to 85% RH
Humedad
Resistencia de Vibración
10G (10~55Hz) (Amplitud dual:1.5mm)
Resistencia de Choque
10G
Expectativa de Vida
Peso
Mecánicamente
10,000,000 ops. min. (1800 ops./h)
Eléctricamente
100,000 ops. Min. (1200 ops./h)
9.5g(aprox.)
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ITEM
TIPO
Promedio de Corriente Transmitida
10 A
AC 120V 10A
AC 250V 7A
DC 24V 10A
Corriente Máx. Permitida
Voltaje Máx. Permitido
15A
Corriente Máx. (continua)
Material de Contacto
10A
15 A
AC 120V 15A
AC 250V 7A
DC 24V 10A
15A
AD 240V
DC 110V
15A
Aleación de plata
20 A
AC
120V
10A
AC
250V 7A
DC 24V
10A
15A
20ª
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