Sistemas de transmisión de datos a través de la modulación FSK

Medidor de distancia de forma remota

David Ricardo López Barrios, Hernando José Mogollón Rocha

Universidad Del Magdalena – Ingeniería Electrónica

davidricardolopezbarrios@gmail.com, hernandomogollon24@gmail.com 

RESUMEN: en este artículo se abarca uno de los sistemas de transmisión de datos de forma remota más importante en las Telecomunicaciones como los es la modulación (proceso de adaptar una señal para ser transmitida por un medio) en este caso de forma digital utilizando el método ASK (Amplitude-shift keying) que es desplazamiento en amplitud de la onda portadora la cual se utiliza para poder transmitir la señal de información. En el artículo se presenta un sistema de medición distancias de forma remota el cual toma la lectura de los datos y los transmite hacia otro punto se encarga de recibir y visualizar dichos datos, para ello se utilizó el sensor ultrasónico HC-SR04 y dos microcontroladores Arduino, donde el primer Arduino se utiliza para recibir y codificar los datos que son introducidos al modulador que es el encargado de transmitir la información  hacia el receptor el cual manda los datos hacia el otro Arduino que se encarga de visualizar los datos para poder ser analizados. Los resultados fueron positivos en la etapa de modulación ya que se observó que apreciaba la forma de onda de la modulación ASK en el receptor no fue posible recuperar la señal de información.

PALABRAS CLAVE: modulación; portadora; señal de información; receptor

ABSTRACT: this article covers one of the most important remote data transmission systems in Telecommunications, such as modulation (the process of adapting a signal to be transmitted by a medium) in this case digitally using the ASK method ( Amplitude-shift keying) which is displacement in amplitude of the carrier wave which is used to transmit the information signal.

The article presents a distance measurement system which takes the reading of the data and transmits it

to another point. It is responsible for receiving and visualizing said data, for which the HC-SR04 ultrasonic sensor and two Arduino microcontrollers were used, where the first Arduino is used to receive and encode the data that is introduced to the modulator that is in charge of transmitting the information to the receiver which sends the data to the other Arduino that is in charge of visualizing the data in order to be analyzed. The results were positive since it was observed in the modulation process how the information signal was introduced and once the receiver received it, the recovery of the information signal was clearly noticed.

KEYWORDS: modulation; carrier; information signal; receiver

1. INTRODUCCION

Por lo general en muchas ocasiones los trabajos de campo requieren de un monitoreo de datos que muchas veces es necesario realizar de forma remota. A partir de ello se planteó la idea de realizar un sistema que sirviera para la supervisión y monitoreo de distancias que se necesiten medir sin necesidad de que lo haga una persona manualmente, fue como se decidió implementar un medidor de distancia que originalmente es un prototipo básico que trasmite información mediante la modulación, la cual permite enviar información desde un punto a otro sin necesidad de estar conectado. Para ello se utilizó un sensor de distancia que tiene la particularidad de su fácil    manejo debido a su interfaz con la placa Arduino (microcontrolador) que permite leer los datos enviados por el sensor y a su vez poder codificarlos para luego enviar esos datos a circuito modulador que es el que permite trasmitir la información hasta el otro punto garantizando que se pueda recuperar toda la información a través del circuito demodulador el cual se encarga se recibir y transportar los datos hasta el siguiente microcontrolador que se encarga de decodificar la información y así poder visualizarla para que luego pueda ser analizada y estudiada por los encargados de dicha medición. La principal razón por la cual se quiso implementar dicho prototipo es para mirar primero su comportamiento, pero también se desea llevarlo a gran escala donde se busca que pueda ser implementado en aplicaciones de movimientos de sistemas montañosos a causa de las placas tectónicas (causan pequeños corrimientos de tierra aun cuando no se presentan terremotos), donde es necesario estar al tanto para vigilar el comportamiento de las placas en dichas zonas y con el fin de que no sea necesario estar constantemente desplazándose al dichos lugares. A pesar de que se desea mejorar el diseño en un futuro el principal objetivo del proyecto es supervisar variables físicas de forma remota ya que es la base para que más adelante sea un sistema de alto rendimiento sin fallas y muy preciso, en el cual se pueda confiar los suficiente.

1. MARCO TEORICO

• Sensor de distancia:

El objeto por medio del cual es posible medir la distancia que se va a supervisar es un sensor de ultrasonido (el ultrasonido son ondas sonoras cuyas frecuencias superan el rango audible de las personas el de 20Hz a 20KHz [1]) llamado HC-SR04 cuyo funcionamiento es sencillo ya que envía una señal ultrasónica y entrega el tiempo que tarda en ir y venir del obstáculo con el cual choco. Cuenta con dos cilindros, uno al lado del otro donde uno de ellos emite la señal y el otro la recibe, puede medir distancias desde 3cm hasta los 3m y tiene una tasa de error de 3mm lo que lo hace preciso. Es importante aclarar que este sensor no es capaz de trabajar por si solo como otros sensores de distancia o de otras aplicaciones [2]. Para su adecuado uso es necesario contar con un microcontrolador (integrado que se programa desde un ordenador para seguir una secuencia [3]) Arduino (o cualquier otro pero que en este caso se trabajara con el) que activará el disparo de la señal ultrasónica a través de un pulso de 10µs enviado desde el Arduino y luego a través de otra función del Arduino será capturado el dato proveniente del sensor, es un gran complemento para robots como los zumo que detectan obstáculos para moverse [4].

• Modulación:

La etapa crítica por no decir la más importante será la modulación, pero es necesario conocer a fondo de que se trata este proceso. La modulación según la American National Standar for Telecommunications (ANST) consiste en variar una característica de una portadora a través de una señal de información (cambiar la portadora con respecto a las variaciones de la señal de información) [5]. Existen tanto modulación analógica como modulación digital, la modulación que se utilizó en este proyecto fue la modulación digital debido a que el microcontrolador al recibir los datos los codifica y los transporta al modulador de forma digital (cadena de bits de información). La modulación digital que se usó en el proyecto es de tipo binaria debido a que se transmite un bit por cada cambio en la portadora. Esta modulación recibe el nombre de ASK (Amplitude-shift keying) la que significa un desplazamiento en amplitud, en este caso la señal de información debido a que en esta modulación la señal modulada siempre tiene la misma amplitud que la portadora. Es parecida a la modulación AM (modulación en amplitud) con la diferencia de que la señal de información es analógica. La señal portadora al multiplicarse por la señal de información da como resultado una señal con la frecuencia de la portadora y su misma fase, pero en presencia de ceros lógicos la portadora desaparece. Tanto la modulación AM (analógica) y ASK (digital) son modulaciones sensibles al ruido atmosférico, distorsiones entre otros factores. En la modulación ASK el nivel de amplitud de la portadora se utiliza para representar los valores binarios 0 y 1. Se puede pensar en la señal portadora como un interruptor ON/OFF debido a que el valor lógico cero se caracteriza por la falta de portadora y el valor lógico 1 con la presencia de ella. Esta modulación también conocida como ON/OFF utilizada para la transmisión de código Morse por radio frecuencia [6]. A continuación, se mostrará la forma de onda en la modulación digital ASK para la transmisión de datos binarios:

...