UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA

TELECOMUNICACIONES DIGITALES

“SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DIGITAL

APLICADO EN LA SEGURIDAD PARA EL

BARRIO DE ALTO PUNO UTILIZANDO

MODULADORES FSK”

Apaza Quispe Abel 121921

Maydana Huanca Elmer 120404

Huallpa Vargas Jose Vizcardo 121018

Docente:

Ing. Ferdinand Pineda Ancco

Puno, diciembre del 2014

INFORME FINAL DE PROYECTO

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“SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DIGITAL APLICADO EN LA SEGURIDAD

PARA EL BARRIO DE ALTO PUNO UTILIZANDO MODULADORES FSK”

I. RESUMEN

Implementar un sistema de seguridad para una zona determinada en este caso para el

barrio Alto Puno lo cual será tomado como un experimento para realizar este mismo

proyecto en lugares con parecido a este ámbito.

Investigar más a fondo sobre el concepto de los moduladores FSK y con los respectivos

demoduladores aplicados en este proyecto.

En un sistema de transmisión digital, la información de la fuente original puede ser en

forma digital o analógica. Si está en forma analógica, tiene que convertirse a pulsos

digitales, antes de la transmisión y convertirse de nuevo a la forma analógica, en el

extremo de recepción. En un sistema de radio digital, la señal de entrada modulada y la

señal de salida demodulada, son pulsos digitales.

II. ABSTRACT

Implement a security system for a given area in this case to the district Alto Puno which

will be taken as an experiment for the same project in places like this area.

Further investigate the concept of FSK modulators and demodulators with the respective

applied in this project.

In a digital transmission system, the information of the original source may be in digital

or analog form. If in analog form, must be converted to digital pulses, before transmission

and converted back to analog form, at the receiving end. In a digital radio system, the

modulated input signal and the demodulated output signal are digital pulses.

INFORME FINAL DE PROYECTO

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III. CONTENIDO

I. RESUMEN 2

II. ABSTRACT 2

III. CONTENIDO 3

IV. INTRODUCCION 3

V. ESTADO DEL ARTE. 4

VI. SECCIONES. 9

VII. RESULTADO Y RECOMENDACIONES. 18

VIII. BIBLIOGRAFIA. 18

IX. ANEXOS. 19

IV. INTRODUCCION

Comunicaciones digitales comprende el área de técnicas de comunicaciones, incluyendo

transmisión digital y radio digital. La transmisión digital es la transmisión de pulsos

digitales, entre dos o más puntos, de un sistema de comunicación.

El radio digital es la transmisión de portadoras analógicas moduladas, en forma digital,

entre dos o más puntos de un sistema de comunicación.

Dentro del área de la electrónica, uno de los usos más recientes que se le da a los equipos

de cómputo es el de las telecomunicaciones, es decir, la comunicación (intercambio de

datos) entre dos o más PC’s con lo cual se generan grandes ventajas para el procesamiento

de datos como podrían ser el intercambio de información; mediciones a distancia; control

a distancia; y transferencias de archivos por citar solo algunas.

INFORME FINAL DE PROYECTO

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Los sistemas de transmisión digital requieren de un elemento físico, entre el transmisor y

el receptor, como un par de cables metálicos, un cable coaxial, o un cable de fibra óptica.

En los sistemas de radio digital, el medio de transmisión es el espacio libre o la atmósfera

de la Tierra.

En lo cual se aplicara un sistema de seguridad para el barrio alto puno basado en la

comunicación y transmisión de datos del modulador FSK.

V. ESTADO DEL ARTE.

Durante los últimos años, se ha registrado una tendencia a nivel mundial que indica un

importante crecimiento en la actividad de la seguridad privada. Es decir, de aquellas

empresas que brindan servicios de protección tanto a hogares como a personas fuera de

la vivienda. Estas empresas contratan a expertos en el asunto, los cuales se encargarán de

desarrollar sistemas de seguridad, en la mayoría de los casos, pero también de

seguimiento de personas.

Para ello, utilizan la última tecnología en sistemas de telecomunicaciones, incorporando

de esta forma elementos que ya forman parte de las vidas de millones de personas

alrededor del mundo como lo son los celulares y las computadoras (portátiles o de

escritorio, lo único esencial es que puedan conectarse a Internet), lo cual facilita

enormemente el monitoreo permanente tanto del hogar como de una persona y agiliza el

proceso de aviso a las autoridades ante una eventual situación de peligro.

En lo que refiere a seguridad del hogar, las empresas suelen prestar cuatro tipos de

servicios:

la instalación de alarmas de intrusión (es decir, aquellas que, ya sea que cuenten

con sistema infrarrojo como detectores de presencia para exteriores e interiores).

la instalación de alarmas técnicas (un ejemplo de este tipo de alarmas es aquellas

que se utilizan para detectar humo).

INFORME FINAL DE PROYECTO

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alarmas personales (monitoreo y seguimiento de un individuo puede mencionar

los pulsadores de asalto cuales pueden ser fabricadas personalmente)

sistemas de video vigilancia (también conocidos como “circuito cerrado de

televisión”).

Las alarmas de intrusión como las alarmas de acción volumétrica, que son aquellas que se

activan al detectar el calor corporal del intruso que ha ingresado al hogar. El inconveniente

que presentan estas alarmas de seguridad, además de su elevado costo, es que el uso de

aires acondicionados puede “confundir” a los sensores. En cuanto a las alarmas que poseen

un sistema de detección de presencia trabajan de diferentes maneras:

Sensores infrarrojos: Los detectores de movimiento utilizan luces infrarrojas

para detectar los cambios de calor, como por ejemplo cuando una persona se mueve

a través de una habitación, esta luz lo detecta con la ayuda del sensor infrarrojo. Si

una persona se mueve del rango del sensor de movimiento, se activa la alarma.

Sensores de vibración: Detectan a una persona a través de la vibración. Muchas

alarmas de autos tienen esta característica para poder alertar a sus dueños de que

alguien ha golpeado sus autos.

Sensores foto eléctricos: Algunos sistemas de detección de movimiento utilizan

lásers y rayos foto eléctricos. El láser se dispara hacia el otro lado de la habitación.

Si el láser es interrumpido, entonces se activa la alarma.

Sensores ultrasónicos: Utilizan una frecuencia de alrededor de 30 kHz. El

transmisor rebota las ondas de las paredes, muebles, ventanas y techo y cuando la

habitación se estabiliza, se arma la alarma.

Sensores acústicos: Pueden detectar la energía producida por cualquier tipo de

sonido, incluidos los vidrios rotos. En el caso de los vidrios rotos producidos por las

ventanas violadas, se emite una alarma sonora.

Barreras magnéticas: Se trata de un sensor que forma un circuito cerrado por un

imán y un contacto muy sensible que al separarse, cambia el estado (se puede

programar como NC o NA) provocando un salto de alarma. Se utiliza en puertas y

INFORME FINAL DE PROYECTO

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ventanas, colocando una parte del sensor en el marco y otra en la puerta o ventana

misma.

Los detectores de humo son de dos tipos como:

Detectores de humo ionicos: El detector de Humo Iónico, trabaja a base de una

cámara formada por dos placas y un material radiactivo (Americio 241), que

ionizara el aire que pasa entre las placas, generando una pequeña corriente

eléctrica permanente, que es medida por un circuito electrónico conectado a las

placas, esta es la condición "normal" del detector.

Figura 1:(a) ioniza el americio en el aire, (b) en estado normal de los

electrones, (c) efecto que produce en la combustión.

Cuando se genera la combustión, las partículas liberadas interfieren en la

ionización que se lleva a cabo en la cámara del detector, esto afecta en la

producción de corriente que se ve disminuida, por lo que la corriente medida por

circuito eléctrico será menor, y cuando sea inferior a un valor predeterminado se

genera la condición de alarma. Especialmente sensibles a los humos que contienen

pequeñas partículas (de .01 a 0.4 micrones) humo no visible, tal como el que se

genera en fuegos de combustión rápida provocados por:, gasolina, alcohol, aceites,

plásticos, líquidos químicos, etc.

Detectores de humo fotoelectricos: Estos detectores funcionan con el principio

de dispersión de luz, en el interior de la cámara del detector, se encuentra un LED

emisor de luz, y un fotocensor, la luz emitida por el LED, incide en un área de la

INFORME FINAL DE PROYECTO

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cámara donde no puede ser captada por el fotosensor, esta es la condición

"normal" del detector. Cuando se genera un incendio también se genera humo que

entra en la cámara del detector, y obscurece el medio en el que se propaga la luz

emitida por el LED, esto hace que la luz de dicho emisor se disperse y se

refleje hacia el fotosensor, que al recibir la luz genera la condición de alarma.

Figura 2: (a) estado normal, (b) estado de alarma cuando el fotosensor detecta la led

Son utilizados para detectar incendios de menor velocidad de propagación, que

generan humo negro visible (con partículas de humo que van de los 0.4 a los 10

micrones), como los que se generan en incendio donde tenemos combustibles

como: maderas, cuero, lana, y la mayoría de los polímeros.

Para completar el sistema es necesario un tablero de control es la CPU del sistema. En ella

se albergan la placa base, la fuente y la memoria central (ver el anexo 1). Esta parte del

sistema es la que recibe las diferentes señales que los diferentes sensores pueden emitir,

y actúa en consecuencia, disparando la alarma, comunicándose con la central por medio

de un modem, etc.

Del tablero general para una reacción rápida es la comunicación con GPRS al central de

monitoreo y para la video-vigilancia (ver anexo 2). GPRS, siglas de General Packet Radio

Service, se utiliza para dar mayor velocidad de datos a través de GSM. No es la sustitución

de GSM. Es sólo una extensión de la tecnología GSM más para ganar velocidad más rápida.

GPRS ofreció un tasa de bits hasta 171KB / s por el uso de una tecnología de paquetes

ligado a través de GSM mientras que solo GSM es de solo 9.6Kb / s y en cuanto a los MSM

Sobre una red GPRS se pueden enviar aproximadamente 30 SMS por minuto, frente a los

6 a 10 SMS que permite GSM.

INFORME FINAL DE PROYECTO

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Una conexión GPRS está establecida por la referencia a su nombre del punto de acceso

(APN). Con GPRS se pueden utilizar servicios como Wireless Application Protocol(WAP)

, servicio de mensajes cortos (SMS), servicio de mensajería multimedia (MMS), Internet y

para los servicios de comunicación, como el correo electrónico y la World Wide

Web (WWW). El acceso al canal utilizado en GPRS se basa en divisiones de frecuencia

sobre un dúplex y TDMA. Durante la conexión, al usuario se le asigna un canal físico,

formado por un bloque temporal en una portadora concreta. Ese canal será de subida o

bajada dependiendo de si el usuario va a recibir o enviar datos. Esto se combina con la

multiplexación estadística en el dominio del tiempo, permitiendo a varios usuarios

compartir el mismo canal físico, ya sea de subida o de bajada. Los paquetes tienen longitud

constante, correspondiente a la ranura de tiempo del GSM. El canal de bajada utiliza una

cola FIFO para los paquetes en espera, mientras que el canal de subida utiliza un esquema

similar al de ALOHA con reserva. En resumen, se utiliza un sistema similar

al ALOHA ranurado durante la fase de contención, y TDMA con una cola FIFO durante la

fase de transmisión de datos.

En la teoría, el GPRS original soportaba los protocolos IP y P2P, así como las conexiones

del X25, aunque este último se eliminó del estándar. En la práctica se utiliza IPv4, puesto

que IPv6 aún no tiene implantación suficiente y en muchos casos los operadores no lo

ofrecen. Para asignar la dirección IP se utiliza DHCP, por lo que las direcciones IP de los

equipos móviles son casi siempre dinámicas.

Desde el punto de vista del operador de telefonía móvil, es una forma sencilla de migrar la

red desde GSM a una red UMTS puesto que las antenas (la parte más cara de una red de

Telecomunicaciones móviles) sufren sólo ligeros cambios y los elementos nuevos de red

necesarios para GPRS serán compartidos en el futuro con la red UMTS.

Los sistemas móviles de segunda generación (2G), combinados con la tecnología GPRS

reciben a menudo el nombre de 2.5G, o de segunda generación y media. Esta nomenclatura

se refiere al hecho de que es una tecnología intermedia entre la segunda (2G) y tercera

(3G) generación de telefonía móvil.

Existen tres clases de dispositivos móviles teniendo en cuenta la posibilidad de usar

servicios GSM y GPRS simultáneamente:

INFORME FINAL DE PROYECTO

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Clase A: Estos dispositivos pueden utilizar simultáneamente servicios GPRS y GSM.

Clase B: Sólo pueden estar conectados a uno de los dos servicios en cada momento.

Mientras se utiliza un servicio GSM (llamadas de voz o SMS), se suspende el servicio

GPRS, que se reinicia automáticamente cuando finaliza el servicio GSM. La mayoría

de los teléfonos móviles son de este tipo.

Clase C: Se conectan alternativamente a uno u otro servicio. El cambio entre GSM

y GPRS debe realizarse de forma manual.

Para que un dispositivo de clase A pueda transmitir en dos frecuencias a la vez, necesitaría

dos radios. Para resolver este costoso problema, un móvil con GPRS suele implementar la

característica conocida como modo de transferencia dual (dual transfer mode, DMT). Un

móvil DMT puede usar a la vez el canal de datos y el de voz, puesto que es la red la que

coordina y se asegura de que no se requiera transmitir en dos frecuencias diferentes a la

vez. Los móviles DMT se consideran de clase A, pero simplificados.

VI. SECCIONES.

Se realizaron prueba el siguiente circuito hasta el momento: Los cuales se realizaron en

los laboratorios de este curso.

Figura 3: circuito del modulador FSK.

INFORME FINAL DE PROYECTO

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El CI XR2206 consta de cuatro bloques funcionales, un oscilador controlado por voltaje

(VCO), un multiplicador analógico, un amplificador de ganancia unitaria (buffer), y un

conjunto de switches de corriente.

El VCO produce una frecuencia de salida proporcional a la corriente de entrada, la cual es

determinada por una resistencia conectada de una de sus terminales a tierra. Con dos de

estas terminales, dos frecuencias discretas de salida pueden ser producidas

independientemente una de otra, facilitando así la generación FSK.

Las resistencias antes mencionadas se localizan en el diagrama del XR2206 como R1y R2,

las cuales se conectan a los pines 7 y 8 respectivamente. Dependiendo de la polaridad de

la señal lógica en el pin 9, una de estas resistencias es activada. Si en el pin 9 se tiene un

voltaje ≥ 2V, solamente R1 con TP1 es activada. Similarmente, si el nivel de voltaje en el

pin 9 es ≤ 1V, se activa solo a R2 con TP2.

Entonces, la frecuencia de salida puede ser acotada a dos niveles, 𝑓1y 𝑓2 como:

(1)

(2)

Para nuestro caso, dicho circuito se diseñó para los siguientes valores de frecuencias esto

reemplazando en la ecuación 1 y 2:

𝐶 = 22𝑛𝑓

𝑅1 = 33 y TP1 = 2.30𝑘 → 𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙1 = 35.30𝑘 De aquí 𝑓1 = 1.28𝑘𝐻𝑧

𝑅2 = 15 y TP2 = 3.58𝑘 → 𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙2 = 18.58𝑘 De aquí 𝑓2 = 2.44𝑘𝐻𝑧

Al probar el modulador FSK se dio como resultado esta señal, a continuación se muestra

con cada frecuencia de entrada:

INFORME FINAL DE PROYECTO

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• A 200 Hz

• 100 Hz:

Al realizarse con éxito la prueba del circuito modulador que funciono con errores

corregibles, se realizara la prueba de su demodulador se muestra en la siguiente figura:

INFORME FINAL DE PROYECTO

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Figura 4: circuito del demodulador FSK.

Para hallar 𝑓0:

𝑓0 = √𝑓1 × 𝑓2 (3)

Donde:

𝑓1 = 2.44𝑘𝐻𝑧

𝑓2 = 1.28𝑘𝐻𝑧

Entonces en 3:

𝑓0 = √1.28 × 2.44

𝑓0 = 1.77𝑘𝐻𝑧

Calculando 𝑅0:

𝑅0 = 15𝐾Ω + 1.96𝐾Ω = 16.96𝑘Ω

INFORME FINAL DE PROYECTO

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Para 𝐶0:

𝐶0 =1

𝑅0×𝑓0 (4)

En 4:

𝐶0 =1

16.96𝑘 × 1.77𝑘= 0.33𝑛𝐹

Ahora 𝑅1:

𝑅1 =𝑅0×𝑓0

𝑓1−𝑓2× 2 (5)

𝑅1 =16.96𝑘 × 1.93𝑘

2.44𝑘 − 1.28𝑘× 2 = 28.21𝑘Ω

Calculando 𝐶1:

𝐶1 =1250 × 𝐶0

𝑅1 × 𝜏2 (6)

𝐶1 =1250 × 0.33𝑛

28.21𝑘 × 0.52= 58.48𝑝𝐹

Para 𝑅𝑓:

𝑅𝑓 = 5 × 𝑅1 (7)

𝑅𝑓 = 5 × 28.21𝑘Ω = 141.05𝑘Ω

En 𝑅𝑏:

𝑅𝑏 = 5 × 𝑅𝑓 (8)

𝑅𝑏 = 5 × 141.05𝑘Ω = 705.25𝑘Ω

Calculando 𝐶𝑓:

𝐶𝑓 =0.25

𝑅𝑠𝑢𝑚×𝐵𝑎𝑢𝑑 𝑅𝑎𝑡𝑒 (9)

𝐵𝑎𝑢𝑑 𝑅𝑎𝑡𝑒 = 10𝑘

𝑅𝑠𝑢𝑚 =(𝑅𝑓 + 𝑅1)𝑅𝑏

(𝑅𝑓 + 𝑅1 + 𝑅𝑏)=

(141.05𝑘 + 28.21𝑘)705.25𝑘

(141.05𝑘 + 28.21𝑘 + 705.25𝑘)= 136.5𝑘Ω

INFORME FINAL DE PROYECTO

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Entonces en 9:

𝐶𝑓 =0.25

136.5𝑘×10𝑘= 18.31𝑛𝐹

Para esta prueba se realizó junto con el modulador y los resultados fueron las siguientes

se observa que el canal 2 es del generador de señal digital y el canal 1 es la salida desde

el demodulador:

Se realiza la comparación con la salida del modulador:

La conexión de laptop será utilizado el conector RS232 con 9 pines

INFORME FINAL DE PROYECTO

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Figura 5: terminales del RS232 con su diagrama.

En el software se utilizara del propio computador que es el hyperterminal. Se realizara

la prueba con las siguientes conexiones:

Figura 6: circuito del MAX232 para modificar la salida serial a TTL

Para usar el serial necesitamos un convertidor de puerto USB a serial para esto se usara

lo siguiente:

INFORME FINAL DE PROYECTO

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Figura 7: Cable para convertir USB A Puerto Serial RS232

Procedimientos realizados con el hyperterminal:

Paso 1:

Abrir el hyerterminal.

Paso 2:

Aparecerá una ventana así:

Colocar el nombre que desee y seleccione MCI seguido “aceptar”

Paso 3:

Seleccione el puerto donde esta conectado el USB-SERIAL.

INFORME FINAL DE PROYECTO

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Paso 4:

En esta ventana se da la opcion de la velocidad de envio se recomienda

restableser los valores predeterminados y aceptar.

Paso 5:

Esta listo para enviar

Nota: los datos que se enviados no se muestran en el hyperterminal de envió sino

solo en el receptor

INFORME FINAL DE PROYECTO

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VII. RESULTADO Y RECOMENDACIONES.

Se observó para realizar una demodulación FSK exacta es necesario trabajar con su

modulador simultáneamente por que el ultimo mencionado debe producir una

señal FSK exacta para su demodulador ya que se realizó el análisis matemático

especifico.

Se vio también que el MAX232 no puede proporcionar la conversión para dos

puertos diferentes ya que este circuito integrado calentó en la primera prueba.

Se usó el convertidor USB-SERIAL para obtener datos ya que el GPRS es el tipo de

comunicación que se estaba usando y está diseñado solo para el puerto serial.

Además se observó que es necesario establecer en todo el circuito del FSK a una

máxima frecuencia como de 1KHz para configurar en el hyperterminal con mayor

velocidad de transmisión (bps).

VIII. BIBLIOGRAFIA.

• Tomasi, Wayne. (1996) Sistemas de Comunicaciones Electrónicas, (2º edición)

Editorial Prentice Hall.

• Stolfi, Daniel. 2009. The Baycom Modem (XR2206-XR2211). Malaga.

www.danielstolfi.com; disonible en:

http://en.danielstolfi.com/packet/fizcom.php: internet accedió el octubre del

2014.

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• EngineersGarage http://www.engineersgarage.com/tutorials/rs232-serial-

cable (consultado el 24 de noviembre de 2014).

• Hilgraeve http://www.hilgraeve.com/hyperterminal-trial/ (consultado el 25 de

noviembre de 2014).

• Texas Instruments. Datasheet MAX232x Dual EIA-232 Drivers/Receivers. Texas.

Texas Instruments Incorporated; disponible en:

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/max232.pdf; internet consultado el 15 de

noviembre de 2014.

• Wikipedia. Servicio General De Paquetes Vía Radio

http://es.wikipedia.org/wiki/Servicio_general_de_paquetes_v%C3%ADa_radio;

consultado en diciembre de 2014.

• Tyco; Empresa De Sistemas De Alarma;

http://www.tyco.es/mercados/seguridad-de-hogar/; consultado el 28 de

diciembre de 2014.

• Leal, Gabriel. Detectores de humo

http://es.slideshare.net/gaboparde2/detectores-de-humo-15211822;

consultado el 28 de diciembre de 2014.

IX. ANEXOS.

Anexo 1: comunicación del tablero a los sensores.

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Anexo 2: modo de transmisión del central de vigilancia al tablero de hogar vía GPRS.