Proyecto Con Tecnologia Gsm.docx

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"AÑO DE LA CONSOLIDACIÓN DEL MAR DE GRAU"

TEMA “Sistema de control de tableros industriales mediante el uso de Tecnología GSM en la cuidad de chincha en el año 2016” Estudiante: Job Spencer Yáñez Laura Docente: Julio purizaca Carrera: Electrónica industrial Asignatura: Proyecto de investigación

2016

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El presente trabajo va dedicado a mi querida madre Alicia, quien me apoya constantemente para la consecuencia de mis objetivos 3

INTRODUCCIÓN El uso de la tecnología para facilitar algunos aspectos de nuestra vida cotidiana es algo común , el uso del internet , los celulares , las computadoras el GPS , Etc , nos han permitido disponer mejor de nuestros recursos y nuestro tiempo , ya que con lo acelerado que esta la sociedad ahora, el estudio ,trabajo ,la familia no nos damos abasto muchas veces y recurrimos al uso de la tecnología para enviar algún mensaje importante, saber en que lugar estamos y a qué lugar queremos ir, guardar alguna información para revisarla después detenidamente y con más calma o activar algún aparato y/o sistema remotamente ya que estar en el mismo lugar nos va tomar tiempo. Visto todo este ejemplo del uso de tecnología para nuestro bien podemos decir que dependemos de ella en diferentes niveles , algunos mas que otros y esto puede tener sus ventajas y desventajas como promover el sedimentarismo, pero este trabajo de investigación no trata de eso ,sino mas bien del uso correcto y necesario de un sistema que puede activar un sistema remotamente haciendo uso de la tecnología GSM. Podemos decir que todos tenemos acceso a la tecnología , pero no todos tecnología de punta , aun vemos en la ciudad de chincha y alrededores usando aparatos y sistemas obsoletos que son propensos a errores ,cuyo fallo puede ocasionar pérdidas materiales ,económicas y hasta humanas . Por eso se tuvo la idea de hacer un sistema de control inalámbrico para activar algún tablero y estos puedan encender algún dispositivo como motores, alarmas, motobombas etc. Todo esto solo con una simple llamada a un dispositivo móvil que soporte la tecnología GSM que irá conectado a nuestro sistema que será el encargado de hacer funcionar determinado dispositivo puesto por el usuario

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RESUMEN En este presente trabajo se mostrará las ventajas de un sistema de activación remoto, veremos sus ventajas y la explicación del funcionamiento, que es lo que se plantea solucionar con este proyecto y a quienes va dirigido. También se verán los pasos para armar el sistema y los materiales que se usarán, y qué impacto tendrá esto en la mejora de la calidad de vida de los usuarios. Cabe resaltar que para la activación de este sistema no se usará tecnologías inalámbricas como el bluetooth, infrarrojos o el internet mediante paquete de datos o una conexión WIFI , sino que se usará la tecnología GSM que es la que se usa para enviar y recibir llamadas y mensajes de texto, y está disponible en todos los dispositivos celulares de hoy en día ,abriendo así más posibilidades para el control de este sistema , permitiendo a los usuarios poder controlar todo el circuito con su propio móvil sin importar de que marca, sistema operativo, empresa operadora o tecnología de datos use (2G,3G,4G) .

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ÍNDICE CARATULA

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DEDICATORIA

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INTRODUCCIÓN

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RESUMEN

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1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ………………………………………………………… 7 1.1 DETERMINACION DEL PROBLEMA ………………………………………………………… 7 1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA ………………………………………………………… 8 1.3 OBJETIVOS ………………………………………………………… 8 1.3.1 OBJETIVO GENERAL ………………………………………………………… 1.3.2 BJETIVOS ESPECIFICOS ………………………………………………………… 8 1.4 IMPORTANCIA Y ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN …………………………………8 1.5 LIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ………………………………………………………… 9 2. ASPECTOS TEORICOS ………………………………………………………… 9 2.1 ANTECEDENTES DEL PROBLEMA ………………………………………………………………9 2.2 BASES TEORICAS ………………………………………………………… 13 2.3 DEFINICION DE TERMINOS BASICOS ………………………………………………………… 54

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1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 1.1 DETERMINACION DEL PROBLEMA. Siendo chincha una provincia cuyas actividades principales son agrícolas y algunas de la ganadería, se hace uso de los pozos que se encuentran alejados de la ciudad, los agricultores y ganaderos muchas veces tienen que ir hasta el lugar solo para activar algún tipo de motor y llenar sus tanques y reservas, ya que no siempre disponen de agua y solo lo tienen por horas, lo cual les lleva siempre estar pendientes del líquido vital. Siendo está a veces una labor diaria o semanal , se planteó implementar un sistema remoto que haga el trabajo de activar un determinado dispositivo en este caso una motobomba para que llene sus tanques sin necesidad de estar presentes , pero cuando se habla de sistemas de automatización muchas veces se piensa en lo caro que sale y la inversión que se necesitará hacer para que esta funcione , o incluso muchas veces el desconocimiento de estas mismas que hace que se siga invirtiendo tiempo y dinero en un control manual operado por una persona que fácilmente podría ser reemplazado por un control automático y remoto . La mala manipulación a veces de estos tableros también podría ocasionar accidentes a los que manejan este tipo de sistemas, todo esto representa un riesgo muy alto ya que se está manipulando corriente eléctrica. Este tipo de sistemas de control remoto se usa ya en empresas, pero usan equipos muy sofisticado que representa un costo excesivo y que las personas que deseen tener un control así sobre su maquinaria no puedan acceder, también lo complejo que resulta la maniobrabilidad de estos sistemas que muchas veces necesita de un personal calificado para el control de los dispositivos, lo cual representa otro gasto, también el mantenimiento que solo se puede dar por personas capacitadas , todas estas requerimientos hacen que el posible interesado en obtener un dispositivo de control pierda el interés sobre el producto. Dejando de lado el sector rural y empresarial , las personas de la ciudad también sufren estas desventajas de los sistemas de control que ya existen, muchas veces las personas solo quieren controlar una que otro aparato , algo simple y sencillo como activar alguna alarma de la casa porque se olvidó al salir de encenderla ,o prender algún dispositivo como una computadora para la transmisión de datos a otro lugar, ,la activación de la iluminación de la casa ,etc., y se ven que son demasiado caros , lo cual no es factible en estos días con tanta tecnología a nuestro alrededor. 7

1.2 FORMULACION DEL PROBLEMA Viendo toda esta problemática entonces uno se plantea soluciones, para distintos problemas que ya se ha visto, los cual no lleva a cuestionarnos y formular algunas preguntas como: ¿Cómo ofrecer un sistema accesible a todos los usuarios? ¿Qué tipo de sistema se debe de usar? ¿Hay empresas en chincha que ya ofrecen este tipo de sistemas? Las personas en chincha no cuentan con este sistema, por desconocimiento o por los costos elevados que conlleva tener un sistema así, esto nos da material para diseñar y crear un sistema de control remoto que solucione sus problemas. 1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN OBJETIVO GENERAL 

Ofrecer un sistema de control remoto que optimice los recursos y el tiempo de las personas.

OBJETIVOS ESPECIFICOS   

Diseñar un dispositivo accesible a todas las personas. Crear un sistema fácil de manipular. Investigar sobre el uso de este tipo de tecnologías y su nivel de aplicación.

1.4 IMPORTANCIA Y ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN La importancia del presente trabajo de investigación es dar las especificaciones técnicas necesarias para la implementación de un sistema de control remoto de bajo costo y fácil manipulación. Se documentará todo el proceso de la creación del circuito desde el principio para el cual se adjuntarán imágenes de la fabricación, tanto como el código fuente que se usará para la programación del microcontrolador y el diagrama de conexiones, todos estos

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datos son de suma importancia y servirán de consulta para futuras modificaciones que se quiera hacer al sistema, también para cualquier interesado en crear su propio circuito. ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN El sistema de control de tableros industriales mediante tecnología GSM busca brindar a la población de chincha la posibilidad de controlar dispositivos a distancia solo con el uso de la tecnología celular, sin depender del internet siendo este una de sus mayores ventajas. El sistema puede ser usado para: 

Activación de dispositivos eléctricos como motores, motobombas, sistemas de

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iluminación, etc. Encendido de sistemas de alarmas y de seguridad o alerta temprana ya que podrá ser configurado para enviar algún mensaje si hay algún inconveniente y esta

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pueda ser tomado en cuenta. Poner en funcionamiento máquinas de alto consumo de corriente, previo configuración y utilización de un sistema de fuerza acorde a la potencia de la máquina.

1.5 LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN 

Se necesita un nivel medio - alto de programación de microcontroladores y eso conlleva a saber lenguajes de programación, para el cual se usará los

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compiladores basados en BASIC Y C. Conocer sobre comandos AT, para lograr conectar el dispositivo al

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microcontrolador y proceder a su control mediante la programación. Disponer de un celular que soporte comandos AT, para el cual se piensa usar un Nokia 1100, actualmente ya no se produce y son muy escasos.

2 ASPECTOS TEORICOS 2.1 ANTECEDENTES DEL PROBLEMA AUTOR Julio Cesar Montesdeoca Contreras TITULO DE LA INVESTIGACIÓN Tecnología GSM aplicada en automatización a través de micro-controladores 9

AÑO 4 de febrero del 2012 OBJETIVOS 

El servicio más importante y utilizado que presenta GSM son los mensajes cortó SMS. El servicio de mensajes cortos SMS permite él envió/recepción de mensajes breves de texto, el tamaño máximo es de 160 caracteres. Al recibir el mensaje además del texto se obtiene una serie de datos como es el remitente, la

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hora y la fecha de recepción. El SMS usa un protocolo sin conexión, cuando se trasmiten un mensaje no se

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produce ninguna conexión directa entre el terminal que envía y el que recibe. Para el envió de un SMS, es necesario que el dispositivo GSM tenga configurado el número telefónico del centro de mensajes propio del operador. Una vez enviado el SMS es transmitido desde la red hacia el teléfono destino. Si este permanece apagado o fuera de cobertura, la red reintentara enviar el

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mensaje durante 48 horas pasado este lapso de tiempo el sms no se entrega En el estándar GSM hay especificados dos tipos diferentes de SMS. SMS point to point: enviar un texto de un teléfono GSM a otro. SMS cell broadcast: enviar uno o más mensajes simultáneamente.

CONCLUSIONES 

Una vez encendido el modulo tiene un tiempo de reconocimiento de red y para la conexión tarda alrededor de 20 segundos. Se aconseja esperar unos 10 segundos más para que la sincronización con el micro-controlador sea la

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adecuada. En la recepción de SMS se recibe destinatario, fecha y se almacenan en un vector de datos, la dirección que debe considerarse para su reconocimiento es la

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posición 46, a partir de aquí los datos son válidos y sirven para procesarlos. La velocidad de transferencia del módulo GSM, así como la del microcontrolador deben ser la mismas para que exista sincronía en el envío y recepción de datos.

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AUTOR Alberto castro Dominguez TITULO DE INVESTIGACIÓN Sistema de control de temperatura a atreves de arduino y la tecnología GSM/GPRS AÑO España, 9 de setiembre 2013 OBJETIVOS 

Como se introducía en el apartado anterior, la idea de partida para el desarrollo del proyecto se basaba en el diseño de una plataforma de control de la temperatura por medio de una aplicación móvil. La intención desde un principio era llegar a programar nuestra propia aplicación Android, a través de la cual pudiésemos llegar a controlar a distancia la plataforma Arduino, que a su vez, se encargaría de la gestión de una red de sensores y actuadores capaces de detectar la temperatura ambiente en todo momento, regular un termostato, incluso activar una serie de alarmas en función del valor de temperatura detectado.

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El tipo de tecnología que utilizaríamos para la comunicación entre el dispositivo móvil y la plataforma Arduino siempre estuvo un poco en el aire. Se barajaban tres posibilidades: Wi-Fi, GPRS/GSM, o una combinación de las mismas. Tras evaluar las distintas shields compatibles con Arduino, vimos que cualquiera de las tres opciones era posible.

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Una de las premisas que fijamos desde un principio fue tratar de reducir al máximo los costes del posible dispositivo, de manera que obtuviésemos como resultado una herramienta de bajo coste que estuviese al alcance de un gran público. Además, sería necesario que la gran mayoría de la población (posibles usuarios) contase con los medios necesarios para la utilización de dicho dispositivo.

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

Tras evaluar los costes que conllevaría la elección de cada una de las tecnologías planteadas y la posibilidad de que los usuarios tuviesen a su disposición los medios necesarios para contar con esas tecnologías, siempre cobró más fuerza la idea de utilizar la shield GPRS/GSM para la comunicación con Arduino. De este modo, a pesar de que el coste en hardware no suponía una gran diferencia respecto a decantarnos por el uso de Wi-Fi, sí lo hacía el desembolso necesario para disponer de acceso a internet en determinadas circunstancias para las cuales estaba siendo diseñado el proyecto. Por ejemplo, una de las ideas para la creación de este dispositivo era poder instalarlo en una vivienda en la que normalmente el propietario no residiese, es decir, que muy probablemente no se tratase de una gran ciudad, sino más bien de una zona rural, donde al propietario le interesase mantener bajo control la temperatura de su domicilio o segunda vivienda.

CONCLUSIONES 

Tras la conclusión de esta primera fase del proyecto correspondiente a un sistema de control de la temperatura, hacemos balance entre los objetivos que

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nos planteamos al inicio del mismo y los que se han llegado a conseguir. Como ya se ha comentado a lo largo del proyecto, se trataba de un trabajo conjunto en el que dos compañeros pretendían desarrollar un sistema más completo. Al tener que separar el proyecto en dos partes, los objetivos finales también deben compartirse, y la intención es alcanzar nuestras metas de inicio

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tras el desarrollo de ambas fases del proyecto. En esta primera parte, el objetivo principal siempre fue el de construir una pequeña plataforma de pruebas sobre la que analizar las distintas funcionalidades que podría ofrecernos el equipamiento adquirido (Arduino, shield GPRS, sensor de temperatura y varios actuadores). Tras finalizar el proyecto se puede afirmar que dicho propósito ha sido conseguido con éxito, pues ahora tenemos claro cómo podemos comunicarnos a través del módulo GPRS/GSM e interactuar con varios sensores y actuadores, todo ello conectado

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sobre la plataforma Arduino, la cual también hemos aprendido a dominar. Por otro lado, una de las principales intenciones del proyecto era construir un dispositivo de bajo coste que pudiese estar alcance prácticamente de cualquier consumidor. Si analizamos el presupuesto total de este primer sistema, hemos

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logrado mantenernos entre los límites teóricos que nos habíamos fijado desde un primer momento, donde se impuso no superar la barrera de los 120€.

2.2 BASES TEORICAS HISTORIA DEL TELÉFONO MOVIL El teléfono móvil o teléfono celular es un aparato indispensable en la actualidad; sin embargo, su popularización ha sido un fenómeno muy reciente. En un principio el teléfono móvil solo podía ser usado en vehículos por su tamaño, reduciéndose posteriormente a una unidad portátil, y finalmente al tamaño de bolsillo que utilizamos hoy. Pero el teléfono en sí es solo una pequeña parte de un sistema de telefonía mayor. El sistema celular fue creado para satisfacer la demanda de comunicación móvil dentro de un espectro de radiofrecuencia limitado. Esta limitación es el factor original que motivó y sigue motivando el desarrollo del teléfono móvil, frente a otros de los varios factores como la duración de la batería o el tamaño del aparato. El sistema debe acomodar miles de usuarios dentro de un espectro reducido para transmitir cada vez más información. La transmisión de voz, pero actualmente también la demanda de imágenes, vídeos y acceso a internet, continúan aumentando los requisitos del sistema. PRIMEROS SISTEMAS DE RADIOTELEFONÍA La radio surgió como una alternativa a la comunicación por cable a finales del s. XIX. En un primer momento fue utilizada para comunicación marítima, pero a partir de la década del 1920 comenzaron los intentos de aplicarla también a la comunicación móvil en tierra. En 1923, el cuerpo de policía de Victoria, Australia, fue el primero en utilizar comunicación inalámbrica dúplex en coches, poniendo fin a la práctica de dar reportes policiales en las cabinas de teléfono públicas. Estos teléfonos móviles primitivos permanecieron restringidos al uso gubernamental hasta los años 40, cuando se extendió al público general. El primer servicio de telefonía móvil comercial apareció en 1946 en San Luis, EE. UU. La compañía AT&T comenzó entonces a operar el MTS, o Mobile Telephone System, que dos años después estaría disponible en más de 100 ciudades y autopistas. Debido a 13

las limitaciones en el espectro de radiofrecuencia, el sistema permitía un máximo de seis canales, lo que provocaba largas listas de espera. En los años 60 el Improved Mobile Telephone Service ofrecería un total de 44 canales por ciudad. En 1964, EE. UU. contaba con 1,5 millones de usuarios de teléfonos móviles.

En Europa, la primera red de telefonía móvil fue instalada por la compañía nacional de telefonía sueca, Televerket, en 1955. Los primeros equipos eran grandes y pesados, por lo que estaban casi exclusivamente destinados a un uso a bordo de vehículos. Generalmente se instalaba el equipo de radio en el maletero y se pasaba un cable con el teléfono hasta el salpicadero del coche. Si bien en los años 40 el equipo ocupaba todo el maletero, en los años 60 su tamaño se había reducido al de un maletín gracias al invento del transistor. El transistor, creado en 1948 en los Laboratorios Bell, sustituiría los tubos de vacío para amplificar y conmutar señales, inaugurando la era de la miniaturización de los aparatos electrónicos. En la URSS, L.I. Kupriyanovich desarrolló entre 1957 y 1961 una serie de modelos experimentales de teléfonos móviles portátiles. Uno de esos modelos, presentado en 1961, pesaba tan solo 70 gramos y cabía en la palma de una mano.9 10 Sin embargo la URSS tomó la decisión de desarrollar en primer lugar el sistema de telefonía móvil para coches Altay, que fue distribuido comercialmente en 1963. Estos sistemas todavía no eran celulares. Cada teléfono funcionaba como un transmisor que abarcaba toda la ciudad con una frecuencia fija, o en otras palabras, cada teléfono era una estación de radio para toda la ciudad, que transmitía señales con mucha potencia para poder ser recibido en el mayor área posible. Esto suponía un problema debido a la escasez de espectro de radiofrecuencia útil, lo que provocaba que solo unos 44 usuarios podían comunicarse simultáneamente en una ciudad. El sistema no cubría la demanda, el servicio estaba reservado a unos pocos privilegiados. TELEFONÍA CELULAR

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El sistema celular consiste en la subdivisión de un territorio en pequeñas áreas (llamadas celdas), cada una con una antena de transmisión, de forma que la misma frecuencia puede utilizarse en distintas zonas a la vez dentro de una ciudad. Esto permite un uso mucho más eficiente del espectro. Cuanto más pequeñas sean las celdas, más frecuencias pueden reusarse y más usuarios pueden utilizar el servicio. La primera descripción de un sistema celular apareció en un trabajo de D.H. Ring, de los Laboratorios Bell, en 1947. Pero no se pondría en práctica hasta dos décadas después por varios motivos. En primer lugar, los teléfonos celulares deben funcionar con frecuencias altas, donde las transmisiones pueden limitarse a celdas pequeñas. Pero la tecnología necesaria para poder trabajar con frecuencias tan altas no llegaría hasta más tarde. Además, para poder poner en práctica el sistema celular, un usuario atravesando la ciudad debería poder pasar de una celda a otra sin que la llamada se corte. Para ello es necesario que el sistema pueda saber dónde abandonó el usuario la primera celda, localizar la siguiente, e hilar automáticamente la conversación entre celda y celda. Es decir, el sistema necesita una base de datos con información sobre dónde estaba el teléfono, hacia dónde iba, y quién lo estaba usando; y esta base de datos debía ser rápida. En los años 40 no era posible hacer esto con la rapidez suficiente para no interrumpir la llamada. Por otra parte, para poder transmitir y recibir toda la información necesaria, el teléfono debía incluir un sintetizador de frecuencia, una pieza que cuando comenzó a desarrollarse para el ejército en los años 60 costaba tanto como un buen coche. En la década de los 60 todas las grandes compañías de telecomunicaciones conocían el concepto celular; la pregunta era qué compañía conseguiría hacer funcionar la idea, tanto técnica como económicamente, y quién conseguiría la patente del sistema en primer lugar. Finalmente, los Laboratorios Bell presentó un sistema que cumplía con los requisitos, cuya patente fue aprobada en 1972. Un año después, en 1973, Martin Cooper 15

y su equipo de Motorola demostraron el primer prototipo funcional de un teléfono celular "personal". PRIMERA GENERACIÓN El 3 de abril de 1973,18 Martín Cooper directivo de Motorola realizó la primera llamada desde un teléfono móvil del proyecto DynaTAC 8000X desde una calle de Nueva York.19 precisamente a su mayor rival en el sector de telefonía: Joel Engel, de los Bell Labs de AT&T. El DynaTAC 8000X es presentado oficialmente en 1984, año en que se empezó a comercializar. El teléfono pesaba cerca de 1 kg, tenía un tamaño de 33.02 x 4,445 x 8,89 centímetros y su batería duraba una hora de comunicación o una jornada laboral (ocho horas) en espera, con pantalla led. Ameritech Mobile Communications, LLC fue la primera empresa en los EE.UU. en proporcionar servicio de telefonía móvil al público general. En 1981 el fabricante Ericsson lanza el sistema NMT 450 (Nordic Mobile Telephony 450 MHz). Este sistema seguía utilizando canales de radio analógicos (frecuencias en torno a 450 MHz) con modulación en frecuencia (FM). Era el primer sistema del mundo de telefonía móvil tal como se entiende hasta hoy en día. Los equipos 1G pueden parecer algo aparatosos para los estándares actuales pero fueron un gran avance para su época, ya que podían ser trasladados y utilizados por una única persona. En 1986, Ericsson modernizó el sistema, llevándolo hasta el nivel NMT 900. Esta nueva versión funcionaba prácticamente igual que la anterior pero a frecuencias superiores (del orden de 900 MHz). Esto posibilitó dar servicio a un mayor número de usuarios y avanzar en la portabilidad de los terminales. Además del sistema NMT, en los 80 se desarrollaron otros sistemas de telefonía móvil tales como: AMPS (Advanced Mobile Phone System) en EE. UU. y TACS (Total Access Comunication System). El sistema TACS se utilizó en España con el nombre comercial de MoviLine. Estuvo en servicio hasta su extinción en 2003. SEGUNDA GENERACIÓN 16

Evolución del número de usuarios de telefonía móvil según el estándar que emplean. En la década de 1990 nace la segunda generación, que utiliza sistemas como GSM, IS136, iDEN e IS-95. Las frecuencias utilizadas en Europa fueron de 900 y 1800 MHz. El desarrollo de esta generación tiene como piedra angular la digitalización de las comunicaciones. Las comunicaciones digitales ofrecen una mejor calidad de voz que las analógicas, además se aumenta el nivel de seguridad y se simplifica la fabricación del Terminal (con la reducción de costos que ello conlleva). En esta época nacen varios estándares de comunicaciones móviles: D-AMPS (EE. UU.), Personal Digital Cellular (Japón), cdmaOne (EE. UU. y Asia) y GSM.

Muchas operadoras telefónicas móviles implementaron Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) y Acceso múltiple por división de código (CDMA) sobre las redes Amps existentes convirtiéndolas así en redes D-AMPS. Esto trajo como ventaja para estas empresas poder lograr una migración de señal analógica a señal digital sin tener que cambiar elementos como antenas, torres, cableado, etc. Inclusive, esta información digital se transmitía sobre los mismos canales (y por ende, frecuencias de radio) ya existentes y en uso por la red analógica. La gran diferencia es que con la tecnología digital se hizo posible hacer Multiplexion, tal que en un canal antes destinado a transmitir una sola conversación a la vez se hizo posible transmitir varias conversaciones de manera simultánea, incrementando así la capacidad operativa y el número de usuarios que podían hacer uso de la red en una misma celda en un momento dado. El estándar que ha universalizado la telefonía móvil ha sido el GSM (Global System for Mobile communications). Se trata de un estándar europeo nacido de los siguientes principios:    

Buena calidad de voz (gracias al procesado digital). Itinerancia (Roaming). Deseo de implantación internacional. Terminales realmente portátiles (de reducido peso y tamaño) a un precio

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accesible. Compatibilidad con la RDSI (Red Digital de Servicios Integrados). Instauración de un mercado competitivo con multitud de operadores y fabricantes. 17

El GSM fue el estándar por mucho tiempo, sin embargo empezó a ser insuficiente debido a que ofrecía un servicio de voz o datos a baja velocidad (9.6 kbit/s) y el mercado empezaba a requerir servicios multimedia que hacían necesario un aumento de la capacidad de transferencia de datos del sistema. Es en este momento cuando se empieza a gestar la idea de 3G, pero como la tecnología CDMA no estaba lo suficientemente desarrollada se optó por implementar un velocidad intermedia denominada 2.5G.

GENERACIÓN 2.5G Dado que la tecnología de 2G fue incrementada a 2.5G, en la cual se incluyen nuevos servicios como EMS y MMS: 

EMS es el servicio de mensajería mejorado, permite la inclusión de melodías e

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iconos dentro del mensaje basándose en los sms; un EMS equivale a 3 o 4 sms. MMS (Sistema de Mensajería Multimedia) Este tipo de mensajes se envían mediante GPRS y permite la inserción de imágenes, sonidos, videos y texto. Un MMS se envía en forma de diapositiva, la cual cada plantilla solo puede contener un archivo de cada tipo aceptado, es decir, solo puede contener una imagen, un sonido y un texto en cada plantilla, si se desea agregar más de estos tendría que agregarse otra plantilla. Cabe mencionar que no es posible enviar un vídeo de más de 15 segundos de duración.

Para poder prestar estos nuevos servicios se hizo necesaria una mayor velocidad de transferencia de datos, que se hizo realidad con las tecnologías GPRS y EDGE. 

GPRS (General Packet Radio Service) permite velocidades de datos desde 59

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kbit/s hasta 120 kbit/s. EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) permite velocidades de datos hasta 384 kbit/s.

TERCERA GENERACIÓN 3G nace de la necesidad de aumentar la capacidad de transmisión de datos para poder ofrecer servicios como la conexión a Internet desde el móvil, la videoconferencia, la televisión y la descarga de archivos. En este momento el desarrollo tecnológico ya

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posibilita un sistema totalmente nuevo: UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). UMTS utiliza la tecnología CDMA, lo cual le hace alcanzar velocidades realmente elevadas (de 144 kbit/s hasta 7.2 Mbit/s, según las condiciones del terreno). CUARTA GENERACIÓN La generación 4, o 4G, es la evolución tecnológica que ofrece al usuario de telefonía móvil, internet con más rapidez un mayor ancho de banda que permite, entre muchas otras cosas, la recepción de televisión en alta definición. Como ejemplo, podríamos citar al concept mobile Nokia Morph. Hoy en día, existe un sistema de este nivel, operando con efectividad sólo con algunas compañías de EEUU, llamado LTE. Por otro lado, cabe la posibilidad de fabricar, uno mismo, teléfonos móviles utilizando: Arduino. GSM El sistema global para las comunicaciones móviles (del inglés Global System for Mobile communications, GSM, y originariamente del francés groupe spécial mobile) es un sistema estándar, libre de regalías, de telefonía móvil digital. Un cliente GSM puede conectarse a través de su teléfono con su computador y enviar y recibir mensajes por correo electrónico, faxes, navegar por Internet, acceder con seguridad a la red informática de una compañía (red local/Intranet), así como utilizar otras funciones digitales de transmisión de datos, incluyendo el servicio de mensajes cortos (SMS) o mensajes de texto.

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Logotipo para identificar las terminales y sistemas compatibles. GSM se considera, por su velocidad de transmisión y otras características, un estándar de segunda generación (2G). Su extensión a 3G se denomina UMTS y difiere en su mayor velocidad de transmisión, el uso de una arquitectura de red ligeramente distinta y sobre todo en el empleo de diferentes protocolos de radio (W-CDMA).

ALCANCE MUNDIAL Y PORCENTAJE DE USO La Asociación GSM (GSMA o GSM Association), dice que GSM es el estándar en telecomunicaciones móviles más extendido en el mundo, con un 82% de los terminales mundiales en uso.1 GSM cuenta con más de 3000 millones de usuarios en 159 países distintos, siendo el estándar predominante en Europa, América del Sur, Asia y Oceanía, y con gran extensión en América del Norte.2 La ubicuidad del estándar GSM ha sido una ventaja tanto para consumidores (beneficiados por la capacidad de itinerancia y la facilidad de cambio de operador sin cambiar de terminal, simplemente cambiando la tarjeta SIM) como para los operadores de red (que pueden elegir entre múltiples proveedores de sistemas GSM, al ser un estándar abierto que no necesita pago de licencias). En GSM se implementó por primera vez el servicio de mensajes cortos de texto (SMS), que posteriormente fue extendido a otros estándares. Además, en GSM se define un único número de emergencias a nivel mundial, el 112, que facilita que los viajeros de cualquier parte del mundo puedan comunicar situaciones de emergencia sin necesidad de conocer un número local. FRECUENCIAS La interfaz de radio de GSM se ha implementado en diferentes bandas de frecuencia.

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BANDAS DE FRECUENCIA GSM Las Bandas de frecuencia GSM son las bandas para telefonía móvil designadas por la Unión Internacional de Telecomunicaciones para la operación de redes GSM. Hay catorce bandas definidas, con sus respectivas asignaciones de canal, en el estándar técnico TS 45.0051 del consorcio 3GPP, que reemplaza al TS 05.05:

GSM-900, GSM-1800 y EGSM-900

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Las bandas GSM-900 y la GSM-1800 son las más usadas en Europa, Oriente Medio, África, Oceanía y la mayor parte de Asia. GSM-900 usa 890–915 MHz para enviar información desde la estación móvil a la estación base (uplink o subida) y 935–960 MHz para la otra dirección (downlink o bajada), proveyendo 124 canales de radiofrecuencia (números de canal del 1 al 124) espaciados a 200 kHz. Se usa el espaciado dúplex de 45 MHz. Las bandas de guarda de 100 kHz de ancho están situadas en cada extremo del rango de frecuencias. E-GSM En algunos países se ha ampliado la banda GSM-900 para cubrir un rango de frecuencias mayor. Esta GSM extendida, denominada E-GSM, usa para el enlace de subida la banda desde 880 hasta 915 MHz y para el de bajada, la de 925 a 960 MHz, añadiendo 50 canales (desde el canal 975 hasta el 1023 y el 0) a la banda GSM-900 original. Las especificaciones de la GSM también describen la denominada Railways GSM (GSM Ferroviaria) o GSM-R, que usa la banda de 876 a 915 MHz en subida y de 921 a 960 MHz para bajada, ocupando los canales desde el 955 al 1023. La GSM-R proporciona canales adicionales y servicios especializados para su uso por personal de los ferrocarriles, de ahí su nombre en idioma inglés. Los teléfonos para "E-GSM" o "EGSM 900" soportan la banda GSM 900 original y la banda extendida. Los teléfonos antiguos provistos con "GSM 900" puede que no soporten la EGSM. La mayoría de teléfonos nuevos con "GSM 900" soportan la EGSM, aunque no lo especifiquen ya que se asume que los teléfonos nuevos la soportan. Todas esas variantes se incluyen en la especificación GSM-900. GSM-1800 La GSM-1800 usa la banda de 1710 a 1785 MHz para enviar información desde la estación móvil al transceptor de la estación base y la de 1805 a 1880 MHz para la otra dirección, proporcionando 374 canales numerados desde el 512 hasta el 885. El espaciado dúplex es de 95 MHz. La GSM-1800 también se llama DCS (Digital Cellular Service, Servicio Digital de Celulares) en el Reino Unido, mientras que en Hong Kong se llama PCS. Esto no debe ser confundido con la GSM-1900 que se suele llamar PCS en el resto del mundo. GSM-850 y GSM-1900 22

La GSM-850 y la GSM-1900 se usan en la mayoría de países en América:               

Argentina - GSM-850 y 1900 MHz. Bolivia - GSM-850 y 1900 MHz. Brasil - GSM-850, 900, 1800 y 1900 MHz. Canadá - GSM-850, 1900 MHz. Chile - GSM-700,GSM-850 y 1900 MHz. Colombia - GSM 850 Y 1900 MHz. Ecuador - GSM-850, 1900 MHz. Estados Unidos - GSM-850, 1900 MHz. Nicaragua - 850-2500 MHz. Panamá - GSM-850, 1900 MHz. Perú - GSM 850-1900 MHz. Venezuela - GSM 850,900,1900,2100 MHz. México - GSM 850 - 1900 MHz. Paraguay - GSM 850 - 1900 MHz. Uruguay - ANTEL compañía de teléfonos fijos y móviles:

Usando la tecnología UMTS-GSM (2G) funciona en la banda 1800 (1800MHZ) (banda europea) y su código de red es 74801 o URY01. Usando la tecnología HSDPA (3G) funciona en la banda 2100 (banda europea). Los números telefónicos de ANCEL comienzan con 091, 098, 099 (discando desde el país) o con +59891, +59898 y +59899 (discando desde el exterior). Número de SMSC: +59899998932 MOVISTAR URUGUAY: Funciona en la banda 850(850MHZ). Los números telefónicos de MOVISTAR comienzan con 093, 094 o 095 (discando desde el país) o con +59893, +59894 y +59895 (discando desde el exterior). Número de SMSC: +59894000080 CLARO URUGUAY: Funciona en la banda 1900(1900MHZ). Los números telefónicos de CLARO comienzan con 096 o 097 (discando desde el país) o con +59896 y +59897 (discando desde el exterior). Número de SMSC: +59896998001 GSM-450 Otra versión menos común de la GSM es la GSM-450. Usa la misma banda que el antiguo sistema analógico NMT, con el que puede coexistir. El NMT es un sistema de teléfonos móviles de primera generación (1G) que fue usado principalmente en los países nórdicos, la comunidad Benelux, los países alpinos, Europa del este y Rusia antes de la introducción del GSM. Opera entre los 450.4–457.6 MHz emparejados con los 460.4–467.6 MHz (números de canal del 259 al 293), o 478.8–486 MHz emparejados con los 488.8–496 MHz (números de canal del 306 al 340). La Asociación GSM asegura que uno de sus 680 operadores afiliados tiene una licencia para operar una red 23

GSM 450 en Tanzania. Sin embargo, actualmente todos los operadores públicos activos en Tanzania usan la GSM 900/1800 MHz. En conjunto, donde exista la banda NMT 450 MHz, ésta sigue funcionando o ha sido reemplazada por la CDMA. La GSM-450 no ha tenido despliegue comercial. USO MUNDIAL DE FRECUENCIAS GSM AMÉRICA En Norteamérica, la GSM opera sobre las principales bandas de comunicaciones móviles de 850 MHz y 1900 MHz. En Canadá, la GSM-1900 es la banda primaria usada en áreas urbanas con la 850 como reserva, y la GSM-850 como banda primaria rural. En los Estados Unidos, están reguladas las bandas que se pueden usar en cada zona. La GSM-1900 y la GSM-850 son usadas en la mayor parte de América Central y del Sur, y tanto Ecuador como Panamá usan la GSM-850 exclusivamente, aunque éste último país ahora cuenta con dos operadores en GSM-1900.6 7 En Brasil y Venezuela, se usa GSM-850 y GSM-900/1800 mezclando las bandas de Europa y América. Algunos países de América usan la GSM-900 o la GSM-1800, otros usan combinaciones

tales

como:

GSM-850/900/1900,

GSM-850/1800/1900,

GSM-

900/1800/1900 o GSM-850/900/1800. A futuro, en algunos países se usará la combinación GSM-850/900/1800/1900 MHz como Brasil, República Dominicana, Trinidad y Tobago y Venezuela. En Brasil, la banda de 1900 MHz está emparejada con la de 2100 MHz para formar la banda IMT 2100 MHz para servicios 3G. El resultado es una mezcla de usos en América que hace que los viajeros necesiten confirmar que sus teléfonos sean compatibles con la banda de las redes de su destino. Los problemas de compatibilidad de frecuencias se pueden evitar mediante el uso de teléfonos multibanda (tri-banda o cuatri-banda). ÁFRICA, ASIA, EUROPA Y ORIENTE MEDIO En estas regiones, la mayoría de las empresas operadoras usa las bandas de 900 MHz y 1800 MHz. La banda GSM-900 es la más ampliamente usada. Pocas empresas usan las bandas DCS-1800 y GSM-1800. Se necesita un teléfono de doble banda que trabaje con 900 y 1800 MHz para que sea compatible con la mayoría de empresas. Al menos debe soportar la banda GSM-900 para poder optar a trabajar con el estándar más utilizado por los operadores. 24

TELÉFONOS MULTI-BANDA Y MULTI-MODO En la actualidad, la mayoría de teléfonos soportan múltiples bandas como las usadas en distintos países para facilitar el denominado roaming. A estos se les conoce como teléfonos multi-banda. Los teléfonos de banda doble pueden cubrir redes GSM en pares tales como en las frecuencias 900 y 1800 MHz (Europa, Asia, Australia y Brasil) o 850 y 1900 (Norteamérica y Brasil). Los teléfonos europeos tri-banda típicamente suelen cubrir las bandas 900, 1800 y 1900 dando buena cobertura en Europa y permitiendo su uso limitado en Norteamérica, mientras que los teléfonos tri-banda de Norteamérica utilizan las bandas 850, 1800 y 1900 para el servicio general en esta área pero con uso mundial limitado. Los teléfonos cuatri-banda se han incorporado como una nueva variante. Estos soportan todas las principales bandas GSM, permitiendo su uso global (excluyendo los países sin GSM tales como Japón o Corea del Sur). Además hay teléfonos multi-modo que pueden operar en GSM así como en otros sistemas de teléfonos móviles usando estándares técnicos o tecnologías propietarias. A menudo esos teléfonos usan además múltiples bandas de frecuencia. Por ejemplo, una versión del teléfono 6340i GAIT de Nokia vendido en Norteamérica puede operar en las bandas GSM-1900, GSM-850 y en las heredadas TDMA-1900, TDMA-800, y AMPS800, haciéndolo tanto multi-modo como multi-banda. HISTORIA Y DESARROLLO

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Los primeros equipos GSM de 1991. El estándar GSM fue desarrollado a partir de 1982. En la conferencia de telecomunicaciones CEPT de ese año fue creado el grupo de trabajo Groupe Spécial Mobile o GSM, cuya tarea era desarrollar un estándar europeo de telefonía móvil digital. Se buscó evitar los problemas de las redes analógicas de telefonía móvil, que habían sido introducidos en Europa a fines de los años 1950, y no fueron del todo compatibles entre sí a pesar de usar, en parte, los mismos estándares. En el grupo GSM participaron 26 compañías europeas de telecomunicaciones. En 1990 se finalizaron las especificaciones para el primer estándar GSM-900, al que siguió DCS-1800 un año más tarde. En 1991 fueron presentados los primeros equipos de telefonía GSM como prototipos. De manera paralela, se cambió el nombre del grupo 26

a Standard Mobile Group (SMG) y las siglas GSM a partir de este momento se usaron para el propio estándar. En 1992 las primeras redes europeas de GSM-900 iniciaron su actividad, y el mismo año fueron introducidos al mercado los primeros teléfonos móviles GSM, siendo el primero el Nokia 1011 en noviembre de este año.3 En los años siguientes, el GSM compitió con otros estándares digitales, pero se terminó imponiendo también en América Latina y Asia. En 2000, el grupo de trabajo para la estandarización del GSM se pasó al grupo TSG GERAN (Technical Specification Group GSM EDGE Radio Access Network) del programa de cooperación 3GPP, creado para desarrollar la tercera generación de telefonía móvil (3G). El sucesor del GSM, UMTS, fue introducido en 2001, sin embargo su aceptación fue lenta, por lo que gran parte de los usuarios de telefonía móvil en 2010 siguen utilizando GSM. ARQUITECTURA DE RED Al diseñar la estructura de red para un sistema de telefonía móvil, el problema a encarar es el de la limitación en el rango de frecuencias disponibles. Cada "conversación" (o cada cliente de tráfico de datos) requiere un mínimo de ancho de banda para que pueda transmitirse correctamente. A cada operador en el mercado se le asigna cierto ancho de banda, en ciertas frecuencias delimitadas, que debe repartir para el envío y la recepción del tráfico a los distintos usuarios (que, por una parte, reciben la señal del otro extremo, y por otra envían su parte de la “conversación”). Por tanto, no puede emplearse una sola antena para recibir la señal de todos los usuarios a la vez, ya que el ancho de banda no sería suficiente; y además, deben separarse los rangos en que emiten unos y otros usuarios para evitar interferencias entre sus envíos. A este problema, o más bien a su solución, se le suele referir como reparto del espectro o control de acceso al medio. El sistema GSM basa su división de acceso al canal en combinar los siguientes modelos de reparto del espectro disponible. El primero es determinante a la hora de especificar la arquitectura de red, mientras que el resto se resuelve con circuitería en los terminales y antenas del operador:

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

Empleo de celdas contiguas a distintas frecuencias para repartir mejor las frecuencias (SDMA, Space Division Multiple Access o acceso múltiple por división del espacio); reutilización de frecuencias en celdas no contiguas;



División del tiempo en emisión y recepción mediante TDMA (Time Division Multiple Access, o acceso múltiple por división del tiempo);



Separación de bandas para emisión y recepción y subdivisión en canales radioeléctricos (protocolo FDMA, Frequency Division Multiple Access o acceso múltiple por división de la frecuencia);



Variación pseudoaleatoria de la frecuencia portadora de envío de terminal a red (FHMA, Frequency Hops Multiple Access o acceso múltiple por saltos de frecuencia).

La BSS, capa inferior de la arquitectura (terminal de usuario – BS – BSC), resuelve el problema del acceso del terminal al canal. La siguiente capa (NSS) se encargará, por un lado, del enrutamiento (MSC) y por otro de la identificación del abonado, tarificación y control de acceso (HLR, VLR y demás bases de datos del operador). Este párrafo con tantas siglas se explica a continuación con más calma, pero sirve de resumen general de la arquitectura de red empleada. Por otra parte, las comunicaciones que se establezcan viajarán a través de distintos sistemas. Para simplificar, se denomina canal de comunicaciones a una comunicación establecida entre un sistema y otro, independientemente del método que realmente se emplee para establecer la conexión. En GSM hay definidos una serie de canales lógicos para el tráfico de llamadas, datos, señalización y demás propósitos. CAPA DE RADIO Y CONTROL DE RADIO: SUBSISTEMA DE ESTACIONES BASE O BSS Esta capa de red se ocupa de proporcionar y controlar el acceso de los terminales al espectro disponible, así como del envío y recepción de los datos.

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Esquema general de una red GSM.

DIVISIÓN EN CELDAS: ESTACIONES BASE O BS El sistema debe ser capaz de soportar una gran carga de usuarios, con muchos de ellos utilizando la red al mismo tiempo. Si sólo hubiera una antena para todos los usuarios, el espacio radioeléctrico disponible se saturaría rápidamente por falta de ancho de banda. Una solución es reutilizar las frecuencias disponibles. En lugar de poner una sola antena para toda una ciudad, se colocan varias, y se programa el sistema de manera que cada antena emplee frecuencias distintas a las de sus vecinas, pero las mismas que otras antenas fuera de su rango. A cada antena se le reserva cierto rango de frecuencias, que se corresponde con un cierto número de canales radioeléctricos (cada uno de los rangos de frecuencia en que envía datos una antena). Así, los canales asignados a cada antena de la red del operador son diferentes a los de las antenas contiguas, pero pueden repetirse entre antenas no contiguas. Además, se dota a las antenas de la electrónica de red necesaria para comunicarse con un sistema central de control (y la siguiente capa lógica de la red) y para que puedan encargarse de la gestión del interfaz radio: el conjunto de la antena con su electrónica y su enlace con el resto de la red se llama estación base (BS, Base Station). El área 29

geográfica a la que proporciona cobertura una estación base se llama celda o célula (del inglés cell, motivo por el cual a estos sistemas se les llama en algunas zonas celulares). A este modelo de reparto del ancho de banda se le denomina a veces SDMA o división espacial. El empleo de celdas requiere de una capa adicional de red que es novedosa en el estándar GSM respecto a los sistemas anteriores: es el controlador de estaciones base, o BSC, (Base Station Controller) que actúa de intermediario entre el “corazón” de la red y las antenas, y se encarga del reparto de frecuencias y el control de potencia de terminales y estaciones base. El conjunto de estaciones base coordinadas por un BSC proporcionan el enlace entre el terminal del usuario y la siguiente capa de red, ya la principal, que veremos más adelante. Como capa de red, el conjunto de BSs + BSC se denomina subsistema de estaciones base, o BSS (Base Station subsystem). Una estación base GSM puede alcanzar un radio de cobertura a su alrededor desde varios cientos de metros (en estaciones urbanas) hasta un máximo práctico de 35 km (en zonas rurales), según su potencia y la geografía del entorno. Sin embargo, el número de usuarios que puede atender cada BS está limitado por el ancho de banda (subdividido en canales) que el BSC asigna a cada estación, y aunque podría pensarse que las estaciones base deberían tener una gran potencia para cubrir mayor área, tienen una potencia nominal de 320 W como máximo (frente a las antenas de FM o televisión, que poseen potencias de emisión de miles de Watts, un valor casi despreciable) y de hecho siempre emiten al menor nivel de potencia posible para evitar interferir con celdas lejanas que pudieran emplear el mismo rango de frecuencias, motivo por el cual es raro que se instalen modelos de más de 40 W. Es más, en zonas urbanas muy pobladas o túneles se instala un mayor número de BSs de potencia muy limitada (menor que 2,5 W) para permitir la creación de las llamadas pico y microceldas, que permiten mejor reutilización de las frecuencias (cuantas más estaciones, más reutilización de frecuencias y más usuarios admisibles al mismo tiempo) o bien dan cobertura en lugares que una BS normal no alcanza o precisan de gran capacidad (túneles de metro o de carreteras, espacios muy concurridos, ciudades muy pobladas). Por tanto, en zonas donde exista una gran concentración de usuarios, como ciudades, debe instalarse un gran número de BSs de potencia muy limitada, y en zonas de menor densidad de uso, como áreas rurales, puede reducirse el número de estaciones y ampliar 30

su potencia. Esto asegura además mayor duración de la batería de los terminales y menor uso de potencia de las estaciones base. Además, el terminal no se encuentra emitiendo durante el transcurso de toda la llamada. Para ahorrar batería y permitir un uso más eficiente del espectro, se emplea el esquema de transmisión TDMA (Time Division Multiple Access, o acceso múltiple por división del tiempo). El tiempo se divide en unidades básicas de 4,615 ms, y éstas a su vez en 8 time slots o ranuras de tiempo de 576,9 μs. Durante una llamada, se reserva el primer time slot para sincronización, enviada por la BS; unos slots más tarde, el terminal emplea un slot para enviar de terminal a BS y otro para recibir, y el resto quedan libres para el uso de otros usuarios en la misma BS y canal. Así se permite un buen aprovechamiento del espectro disponible y una duración de batería superior, al no usar el emisor del terminal constantemente sino sólo una fracción del tiempo. HANDOVER: EL CONTROLADOR DE ESTACIONES BASE O BSC Al mismo tiempo, la comunicación no debe interrumpirse porque un usuario se desplace (roaming, deambular) y salga de la zona de cobertura de una BS, deliberadamente limitada para que funcione bien el sistema de celdas. Tanto el terminal del usuario como la BS calibran los niveles de potencia con que envían y reciben las señales e informan de ello al controlador de estaciones base o BSC (Base Station Controller). Además, normalmente varias estaciones base al mismo tiempo pueden recibir la señal de un terminal y medir su potencia. De este modo, el controlador de estaciones base o BSC puede detectar si el usuario va a salir de una celda y entrar en otra, y avisa a ambas MSCs (Mobile Switching Center, Central de Conmutación Móvil) y al terminal para el proceso de salto de una BS a otra: es el proceso conocido como handover o traspaso entre celdas, una de las tres labores del BSC, que permite hablar aunque el usuario se desplace. Este proceso también puede darse si la estación más cercana al usuario se encuentra saturada –es decir, si todos los canales asignados a la BS están en uso–. En ese caso el BSC remite al terminal a otra estación contigua, menos saturada, incluso aunque el terminal tenga que emitir con más potencia. Por eso es habitual percibir cortes de la comunicación en zonas donde hay muchos usuarios al mismo tiempo. Esto nos indica la segunda y tercera labor del BSC, que son controlar la potencia y la frecuencia a la que

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emiten tanto los terminales como las BTSs para evitar cortes con el menor gasto de batería posible.

SEÑALIZACIÓN Además del uso para llamadas del espectro, reservando para ello los canales precisos mientras se estén usando, el estándar prevé que el terminal envíe y reciba datos para una serie de usos de señalización, como por ejemplo el registro inicial en la red al encender el terminal, la salida de la red al apagarlo, el canal en que va a establecerse la comunicación si entra o sale una llamada, la información del número de la llamada entrante... Y prevé además que cada cierto tiempo el terminal avise a la red de que se encuentra encendido para optimizar el uso del espectro y no reservar capacidad para terminales apagados o fuera de cobertura. Este uso del transmisor, conocido como ráfagas de señalización, ocupa muy poca capacidad de red y se utiliza también para enviar y recibir los mensajes cortos SMS sin necesidad de asignar un canal de radio. Es sencillo escuchar una ráfaga de señalización si el teléfono se encuentra cerca de un aparato susceptible de captar interferencias, como un aparato de radio o televisión. En GSM se definen una serie de canales para establecer la comunicación, que agrupan la información a transmitir entre la estación base y el teléfono. Se definen los siguientes tipos de canal: 

Canales de tráfico (Traffic Channels, TCH): albergan las llamadas en proceso

  

que soporta la estación base. Canales de control o señalización: Canales de difusión (Broadcast Channels, BCH). Canal de control broadcast (Broadcast Control Channel, BCCH): comunica desde la estación base al móvil la información básica y los parámetros del



sistema. Canal de control de frecuencia (Frequency Control Channel, FCCH): comunica



al móvil (desde la BS) la frecuencia portadora de la BS. Canal de control de sincronismo (Synchronization Control Channel, SCCH): informa al móvil sobre la secuencia de entrenamiento (training) vigente en la



BS, para que el móvil la incorpore a sus ráfagas. Canales de control dedicado (Dedicated Control Channels, DCCH). 32

  

Canal de control asociado lento (Slow Associated Control Channel, SACCH). Canal de control asociado rápido (Fast Associated Control Channel, FACCH). Canal de control dedicado entre BS y móvil (Stand-Alone Dedicated Control

 

Channel, SDCCH). Canales de control común (Common Control Channels, CCCH). Canal de aviso de llamadas (Paging Channel, PCH): permite a la BS avisar al



móvil de que hay una llamada entrante hacia el terminal. Canal de acceso aleatorio (Random Access Channel, RACH): alberga las



peticiones de acceso a la red del móvil a la BS. Canal de reconocimiento de acceso (Access-Grant Channel, AGCH): procesa la



aceptación, o no, de la BS de la petición de acceso del móvil. Canales de Difusión Celular (Cell Broadcast Channels, CBC).

SUBSISTEMA DE RED Y CONMUTACIÓN O NSS El subsistema de red y conmutación (network and switching system o NSS), también llamado núcleo de red (core network), es la capa lógica de enrutamiento de llamadas y almacenamiento de datos. Notemos que, hasta el momento, sólo teníamos una conexión entre el terminal, las estaciones base BS y su controlador BSC, y no se indicaba manera de establecer conexión entre terminales o entre usuarios de otras redes. Cada BSC se conecta al NSS, y es éste quien se encarga de tres asuntos: 

Enrutar las transmisiones al BSC en que se encuentra el usuario llamado (central

 

de conmutación móvil o MSC); Dar interconexión con las redes de otros operadores; Dar conexión con el subsistema de identificación de abonado y las bases de datos del operador, que dan permisos al usuario para poder usar los servicios de la red según su tipo de abono y estado de pagos (registros de ubicación base y visitante, HLR y VLR).

CENTRAL DE CONMUTACIÓN MÓVIL O MSC La central de conmutación móvil o MSC (mobile switching central) se encarga de iniciar, terminar y canalizar las llamadas a través del BSC y BS correspondientes al abonado llamado. Es similar a una centralita telefónica de red fija, aunque como los usuarios pueden moverse dentro de la red realiza más actualizaciones en su base de datos interna.

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Cada MSC está conectado a los BSCs de su área de influencia, pero también a su VLR, y debe tener acceso a los HLRs de los distintos operadores e interconexión con las redes de telefonía de otros operadores. REGISTROS DE UBICACIÓN BASE Y VISITANTE (HLR Y VLR) El HLR (home location register, o registro de ubicación base) es una base de datos que almacena la posición del usuario dentro de la red, si está conectado o no y las características de su abono (servicios que puede y no puede usar, tipo de terminal, etcétera). Es de carácter más bien permanente; cada número de teléfono móvil está adscrito a un HLR determinado y único, que administra su operador móvil. Al recibir una llamada, el MSC pregunta al HLR correspondiente al número llamado si está disponible y dónde está (es decir, a qué BSC hay que pedir que le avise) y enruta la llamada o da un mensaje de error. El VLR (visitor location register o registro de ubicación de visitante) es una base de datos más volátil que almacena, para el área cubierta por un MSC, los identificativos, permisos, tipos de abono y localizaciones en la red de todos los usuarios activos en ese momento y en ese tramo de la red. Cuando un usuario se registra en la red, el VLR del tramo al que está conectado el usuario se pone en contacto con el HLR de origen del usuario y verifica si puede o no hacer llamadas según su tipo de abono. Esta información permanece almacenada en el VLR mientras el terminal de usuario está encendido y se refresca periódicamente para evitar fraudes (por ejemplo, si un usuario de prepago se queda sin saldo y su VLR no lo sabe, podría permitirle realizar llamadas). Tengamos en cuenta que el sistema GSM permite acuerdos entre operadores para compartir la red, de modo que un usuario en el extranjero –por ejemplo— puede conectarse a una red (MSC, VLR y capa de radio) de otro operador. Al encender el teléfono y realizar el registro en la red extranjera, el VLR del operador extranjero toma nota de la información del usuario, se pone en contacto con el HLR del operador móvil de origen del usuario y le pide información sobre las características de abono para permitirle o no realizar llamadas. Así, los distintos VLRs y HLRs de los diferentes operadores deben estar interconectados entre sí para que todo funcione. Para este fin existen protocolos de red especiales, como SS7 o IS-41; los operadores deciden qué estándar escoger en sus acuerdos bilaterales de roaming (itinerancia) e interconexión.

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OTROS SISTEMAS Además, los MSC están conectados a otros sistemas que realizan diversas funciones. Por ejemplo, el AUC (authentication user center, centro de autentificación del usuario) se encarga del cifrado de las señales y de la identificación de usuarios dentro del sistema; el EIR (equipment identification register, registro de identificación de equipo) guarda listas de permiso de acceso al terminal, al que identifica unívocamente mediante su número de serie o IMEI, para evitar que los terminales robados y denunciados puedan usar la red; los SMSCs o centros de mensajes cortos; y así varios sistemas más, entre los que se incluyen los de gestión, mantenimiento, prueba, tarificación y el conjunto de transcodificadores necesarios para poder transferir las llamadas entre los diferentes tipos de red (fija y diferentes estándares de móvil). CÓDIGOS ESTÁNDAR EN REDES GSM Identificación de llamada (Call Identification, CID) Activación de envío u ocultación del número al realizar o recibir una llamada. Estos códigos dependen de la habilitación del servicio por parte de la proveedora del mismo. En algunos países, como Argentina, las empresas Personal, Claro, Perú (Movistar) y Venezuela (Digitel) ignoran los códigos y la activación/desactivación del servicio debe ser realizada desde el menú de cada teléfono. Al realizar una llamada:   

Activar: *31# [SEND] Cancelar: #31# [SEND] Estado: *#31# [SEND]

Al recibir   

Activar: *30# [SEND] Cancelar: #30# [SEND] Estado: *#30# [SEND]

Temporal (solo para una llamada)  

No mostrar: #31#NUMERO [SEND] Mostrar: *31#NUMERO [SEND] 35

Mostrar el código IMEI del teléfono 

Marcar *#06#

TARJETA SIM Una de las características principales del estándar GSM es el módulo de identidad del suscriptor, conocida comúnmente como tarjeta SIM. La tarjeta SIM es una tarjeta inteligente desmontable que contiene la información de suscripción del usuario, parámetros de red y directorio telefónico. Esto permite al usuario mantener su información después de cambiar su teléfono. Paralelamente, el usuario también puede cambiar de operador de telefonía, manteniendo el mismo equipo simplemente cambiando la tarjeta SIM. Algunos operadores introducen un bloqueo para que el teléfono utilice un solo tipo de tarjeta SIM, o sólo una tarjeta SIM emitida por la compañía donde se compró el teléfono, esta práctica se conoce como bloqueo de sim, y es ilegal en algunos países. En Australia, América del Norte y Europa, muchos operadores móviles bloquean los terminales que venden. Esto se hace porque el precio de la telefonía móvil es típicamente subvencionado con los ingresos procedentes de suscripciones, y los operadores para tratar de evitar subvencionar los móviles de la competencia pueden recurrir a esta práctica. Los abonados pueden ponerse en contacto con el operador, para eliminar el bloqueo o bien utilizar servicios privados para retirar el mismo, o hacer uso de software y sitios web para desbloquear el teléfono por sí mismos. Si bien la mayoría de los sitios web ofrecen el desbloqueo a un costo fijo, algunos lo hacen de manera gratuita. El bloqueo se aplica al teléfono, identificado por su identidad internacional del equipo móvil (IMEI) número y no a la cuenta (que se identifica con la tarjeta SIM). En algunos países como Bangladesh, Bélgica, Chile, Costa Rica, Indonesia, Malasia, Hong Kong y Pakistán, se venden los teléfonos desbloqueados. Sin embargo, en Bélgica, es ilegal que los operadores ofrezcan cualquier forma de subvención en el precio del teléfono. Este fue también el caso en Finlandia hasta el 1 de abril de 2006, cuando la venta de combinaciones de teléfonos subvencionados y los números se convirtió en legal, aunque los operadores por obligación tienen que desbloquear los teléfonos de forma gratuita después de un período determinado (pudiendo ser un máximo de 24 meses). Parecido es el caso de España, en el que los operadores también

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están obligados a la liberación a petición una vez finalizado el contrato, si bien, dicha operadora podría repercutir el gasto de la operación sobre el cliente. GSM EN ESPAÑA La tecnología móvil en España comenzó en 1976 con un servicio para vehículos limitado a Madrid y Barcelona llamado Teléfono automático en vehículo. Este servicio fue evolucionando para dar cabida a más usuarios con tecnologías como TMA-450 y posteriormente TMA-900, llegando hasta 900.000 en 1996. En 1995 dada la inferioridad tecnológica del servicio analógico respecto al digital proporcionado por GSM, se creó la primera red digital móvil llamada Movistar. Posteriormente, se concedieron licencias para una segunda operadora móvil llamada Airtel (actualmente Vodafone). En 1999 se crea una tercera operadora llamada Amena (actualmente Orange). A esta última se le asignaron frecuencias únicamente en la banda de 1800 MHz lo que suponía tener que desplegar más celdas que si se emplease la banda de 900 MHz para conseguir dar cobertura a una misma zona. Ya en 2005, el gobierno asignó a Amena nuevas frecuencias en la banda de 900 MHz, pero Movistar y Vodafone siguieron contando con un mayor número de frecuencias en esta banda.4 A principios del año 2000, empezaron los cierres de las redes analógicas y la asignación de licencias para la tecnología 3G, a la que años más tarde seguiría la tecnología 3,5G. Ese mismo año se concede licencia a la cuarta operadora llamada Xfera (actualmente Yoigo), aunque no empezaría a operar hasta 2006. Actualmente convivimos con tecnología 2G/3G/3,5G y, aunque 3,5G sea superior tecnológicamente, compañías como Vodafone utilizan red dual para ofrecer una mayor cobertura (si no hay cobertura 2G o 3G, el terminal móvil puede que tenga cobertura 3,5G y viceversa) y maximizar la duración de la batería de sus móviles.5 Según los datos ofrecidos por la Comisión del Mercado de las Telecomunicaciones de España6 correspondientes al año 2009 se puede apreciar que el número de estaciones base GSM es considerablemente mayor que el de estaciones 3G/UMTS.

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Tras mucho revuelo durante el año 2013, las 4 grandes compañías Españolas (Vodafone, Orange, Movistar y Yoigo) han implementado los primeros 4G entre los grandes núcleos urbanos. En mayo de 2013 se inició una "guerra" entre Yoigo y Orange para ver quién lanza más rápido la línea 4G, Movistar estaba a un lado prometiendo 4G a finales de año (sin cambios) y entre Vodafone y Yoigo para mediados de verano. La gran sorpresa la hizo Vodafone, quién sin decir nada, a la primera semana de mayo dijo que implementaría el servicio 4G para 7 grandes urbes en junio de éste mismo año, siendo así la primera operadora en ofrecer 4G y una velocidad móvil de 150Mbps en España. Las urbes que disfrutaron de 4G a partir de junio fueron: Madrid, Barcelona, Valencia, Bilbao, Sevilla, Málaga y Palma de Mallorca. La adaptación a nuevas líneas 4G en éstas 7 ciudades costó una inversión de 12.000 millones de euros por parte de Vodafone, Orange y Yoigo. Orange lo lanzó el 8 de julio de 2013 y Yoigo el 18 de julio de 2013, mientras que Vodafone estuvo disponible desde el 3 de junio de 2013. Finalmente, Movistar anunció en octubre de 2013 la disponibilidad del 4G a través de la red de Yoigo hasta que se liberase por parte del Gobierno la frecuencia de los 800 MHz GSM EN AMÉRICA LATINA De acuerdo con las cifras suministradas por la organización “3G Américas”, en Colombia el 89 por ciento de los teléfonos móviles operan bajo el estándar GSM, mientras que en Argentina esta cifra llega al 97 por ciento (al 2008 los operadores Movistar, Personal, y Claro solo operan con GSM), en Chile (primer país de Latinoamérica en operar redes GSM ya desde 1997) el 100% de los móviles operan bajo GSM, en México al 80 por ciento, en Brasil al 65 por ciento, en Uruguay 100 por ciento y en Venezuela Digitel al 100% puesto que fue el operador que empezó con esta tecnología, Movistar está en fase de ampliar al 100% su red GSM, y Movilnet opera en dualidad CDMA/GSM, países como Cuba que comenzó por TDMA, a partir de enero de 2009 emplea exclusivamente la tecnología GSM a través de la empresa estatal Cubacel. En Colombia la Comisión Reguladora de Comunicaciones (CRC), señaló que a partir del 1° de octubre las empresas de telefonía móvil están obligadas a entregar los celulares con las bandas abiertas (desbloqueados) para que éstos puedan funcionar con cualquier operador. Con esta medida el Gobierno busca promover la competencia en el 38

mercado de telefonía celular, en la cual el ganador será el usuario final y evitar el hurto y tráfico ilegal de móviles no solo en Colombia, si no a nivel Latinoamérica, según diálogos entre los distintos gobiernos. En Chile, se utilizan dos modalidades de proveer los terminales; Venta (principalmente para los abonados de prepago, aunque hay clientes de postpago que prefieren comprar el terminal) y Arriendo con opción de compra (modalidad muy difundida en la modalidad postpago, ya que el terminal resulta a un precio más económico); Todos los equipos se entregan bloqueados para operar solo con tarjetas SIM de la operadora que vende el terminal, sin embargo por ley, las operadoras deben desbloquear gratuitamente los terminales que sean propiedad del abonado (modalidad venta, y una vez ejercida la opción de compra si se obtuvo en arriendo), si el abonado así lo solicita. COMANDOS AT El conjunto de comandos Hayes es un lenguaje desarrollado por la compañía Hayes Communications que prácticamente se convirtió en estándar abierto de comandos para configurar y parametrizar módems. Los caracteres «AT», que preceden a todos los comandos, significan «Atención», e hicieron que se conociera también a este conjunto de comandos como comandos AT. Midiendo la longitud de los bits se puede determinar en detalle la velocidad de transmisión. Un aparato que implemente el conjunto de comandos Hayes se considera compatible Hayes. Parte del conjunto de comandos Hayes fue incluido por la ITU-T en el protocolo V.25ter, actual V.250. La adopción de este estándar hizo el desarrollo de controladores específicos para distintos módems superfluo. A partir de la versión 3.x de Windows el sistema operativo contaba con una implementación de controlador para módems compatibles con Hayes. Sin embargo, a partir de Windows 95 se desarrollaron controladores específicos para cada modem, así que la compatibilidad con Hayes dejó de ser importante y por esta razón cada vez menos módems la implementaron. Esto dificultó su uso en otros sistemas operativos, pues no resulta frecuente que haya controladores disponibles. COMANDOS

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En la especificación de los comandos, se especifica que deberán ser enviados en mayúsculas, aunque actualmente, casi todos los proveedores de modulos GSM admiten comandos en minúsculas BÁSICOS 123 AT Este es el comando base de los comandos Hayes. Con él, comprobamos la disponibilidad del dispositivo, es una manera de conseguir comprobar que todo vaya bien AT OK AT+CGMI=? ATA Para contestar una llamada, también se configura en respuesta automática. Si no hay ninguna llamada entrante, respondería así: ATA NO CARRIER ATB Para elegir el estándar de comunicación, a la hora de iniciar la conexión. En un principio se diseñó para elegir la velocidad, 300 o 1200bps y más tarde los vendedores, al introducir mayores velocidades, lo utilizaron para establecer el máximo de velocidad. En la actualidad, la mayoría del los modems ignoran este campo, respondiendo OK para compatibilizar. ATB0 OK ATB1 OK ATB2 40

OK ATB3 OK ATD Este Comando se usa típicamente para realizar una llamada. ATDXXXXXXXXXXX; Ejemplo: ATD04261164440; (esta seria una llamada a un número móvil en Venezuela) OK ATE Activación/Desactivación del eco del módem ATE0 desactiva el eco del módem ATE1 activa el eco del módem ATH Permite colgar la llamada actual ATH OK ATL Controla el volumen del altavoz del dispositivo. Los dispositivos con botones de volumen no disponen de este comando. ATM ATO Extendidos AT+CBC

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Batery Charge. Sirve para conocer el estado de la batería del teléfono, devolviendo los valores de estado y los niveles de batería. AT+CBC=? +CBC: (0-3),(0-100)

OK AT+CBC +CBC: 0,72 OK AT+CBST AT+CDS AT+CGMI Para solicitar información sobre el fabricante del modem. AT+CGMI=? OK AT+CGMI WAVECOM MODEM OK AT+CGMM Para solicitar información sobre el número de modelo del modem. AT+CGMM=? OK AT+CGMM MULTIBAND 900E 1800 OK 42

AT+CGMR Para solicitar información sobre la versión del firmware.

AT+CGMR=? OK AT+CGMR 657c09gg.Q24PL001 1956992 042407 11:29 OK AT+CGSN Para solicitar el IMEI AT+CGSN=? OK AT+CGSN 322011001011024

AT+CIMI AT+CCLK Con este comando AT se consulta la fecha y hora en el modem o teléfono. Saldrá en el siguiente formato: YYYY/MM/DD,HH:MM:SS. El comando no posee parámetros. AT+CCLK? +CCLK: 1980/01/06,00:41:36 OK

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AT+CMEE

AT+CMGF

AT+CMGR

AT+CMGC

AT+CMGL

AT+CMGS

AT+CMGD

AT+CMGL="ALL"

AT+CMGW

AT+CNMI

AT+CPBF

AT+CMSS

AT+CNUM

AT+CPBR

AT+CMT

AT+COPS

AT+CPBW

AT+CNMA

AT+CPAS

AT+CPI

AT+CPIN=?

+CPIN: SIM PIN

AT+CPIN?

OK

AT+CPIN=5284

+CPIN: READY

AT+CPIN?

OK

AT+CPMS

AT+CREG

AT+CRLP

AT+CSCS

AT+CRES

AT+CSASAT+CSCA

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Para definir la codificación de caracteres a usar. AT+CSDH AT+CSMP AT+CSMS AT+CSQ Este comando sirve para conocer la calidad del nivel de señal recibida por el dispositivo. Tabla equivalencias entre rangos CSQ y niveles de recepción en expresados en dBm. Nivel CSQ / Nivel de señal (dBm) INTRODUCCIÓN AL MUNDO DE LOS MICROCONTROLADORES Los principiantes en electrónica creen que un microcontrolador es igual a un microprocesador. Esto no es cierto. Difieren uno del otro en muchos sentidos. La primera y la más importante diferencia es su funcionalidad. Para utilizar al microprocesador en una aplicación real, se debe de conectar con componentes tales como memoria o componentes buses de transmisión de datos. Aunque el microprocesador se considera una máquina de computación poderosa, no está preparado para la comunicación con los dispositivos periféricos que se le conectan. Para que el microprocesador se comunique con algún periférico, se deben utilizar los circuitos especiales. Así era en el principio y esta práctica sigue vigente en la actualidad.

Por otro lado, al microcontrolador se le diseña de tal manera que tenga todas las componentes integradas en el mismo chip. No necesita de otros componentes especializados para su aplicación, porque todos los circuitos necesarios, que de otra manera correspondan a los periféricos, ya se encuentran incorporados. Así se ahorra tiempo y espacio necesario para construir un dispositivo. ¿QUE PUEDEN HACER LOS MICROCONTROLADORES? Para entender con más facilidad las razones del éxito tan grande de los microcontroladores, vamos a prestar atención al siguiente ejemplo. Hace unos 10 años, diseñar un dispositivo electrónico de control de un ascensor de un edificio de varios pisos era muy difícil, incluso para un equipo de expertos. ¿Ha pensado alguna vez en qué requisitos debe cumplir un simple ascensor? ¿Cómo lidiar con la situación cuando dos o más personas llaman al ascensor al mismo tiempo? ¿Cuál llamada tiene la prioridad? ¿Cómo solucionar las cuestiones de seguridad, de pérdida de electricidad, de fallos, de uso indebido? Lo que sucede después de resolver estos problemas básicos es un proceso meticuloso de diseñar los dispositivos adecuados utilizando un gran número de los chips especializados. Este proceso puede tardar semanas o meses, dependiendo de la complejidad del dispositivo. Cuando haya terminado el proceso, llega la hora de

diseñar una placa de circuito impreso y de montar el dispositivo.¡Un dispositivo enorme! Es otro trabajo difícil y tardado. Por último, cuando todo está terminado y probado adecuadamente, pasamos al momento crucial y es cuando uno se concentra, respira profundamente y enciende la fuente de alimentación. Esto suele ser el punto en el que la fiesta se convierte en un verdadero trabajo puesto que los dispositivos electrónicos casi nunca funcionan apropiadamente desde el inicio. Prepárese para muchas noches sin dormir, correcciones, mejoras… y no se olvide de que todavía estamos hablando de cómo poner en marcha un simple ascensor. Cuando el dispositivo finalmente empiece a funcionar perfectamente y todo el mundo esté satisfecho, y le paguen por el trabajo que ha hecho, muchas compañías de desarrollo estarán interesadas en su trabajo. Por supuesto, si tiene suerte, cada día le traerá una oferta de trabajo de un nuevo inversionista. Sin embargo, si lo requieren para trabajar en el control de los elevadores de un nuevo edificio que tiene cuatro pisos más de los que ya maneja su sistema de control. ¿Sabe cómo proceder? ¿Cree acaso que se pueden controlar las demandas de sus clientes? Pensamos que usted va a construir un dispositivo universal que se puede utilizar en los edificios de 4 a 40 pisos, una obra maestra de electrónica. Bueno, incluso si usted consigue construir una joya electrónica, su inversionista le esperarará delante de la puerta pidiendo una cámara en el ascensor o una música relajante en caso de fallo de ascensor. O un ascensor con dos puertas. De todos modos, la ley de Murphy es inexorable y sin duda usted no podrá tomar ventaja a pesar de todos los esfuerzos que ha hecho. Por desgracia, todo lo que se ha dicho hasta ahora sucede en la realidad. Esto es lo que “dedicarse a la ingeniería electrónica” realmente significa. Es así como se hacían las cosas hasta aparición de los microcontroladores diseñados – pequeños, potentes y baratos. Desde ese momento su programación dejó de ser una ciencia, y todo tomó otra dirección … El dispositivo electrónico capaz de controlar un pequeño submarino, una grúa o un ascensor como el anteriormente mencionado, ahora está incorporado en un sólo chip. Los microcontroladores ofrecen una amplia gama de aplicaciones y sólo algunas se exploran normalmente. Le toca a usted decidir qué quiere que haga el microcontrolador y cargar un programa en él con las instrucciones apropiadas. Antes de encender el dispositivo es recomendable verificar su funcionamiento con ayuda de un simulador. Si todo funciona como es debido, incorpore el microcontrolador en el sistema. Si alguna

vez necesita cambiar, mejorar o actualizar el programa, hágalo. ¿Hasta cuándo? Hasta quedar satisfecho. Eso puede realizarse sin ningún problema.

MICROCONTROLADORES PIC

Los

microcontroladores

PIC

desarrollados

por Microchip

Technology son

probablemente la mejor opción si es principiante. Hay varias razones por lo que esto es verdadero… El nombre verdadero de este microcontrolador es PICmicro (Peripheral Interface Controller), conocido bajo el nombre PIC. Su primer antecesor fue creado en 1975 por la compañía General Instruments. Este chip denominado PIC1650 fue diseñado para propósitos completamente diferentes. Diez años más tarde, al añadir una memoria EEPROM, este circuito se convirtió en un verdadero microcontrolador PIC. Hace unos pocos años la compañía Microchip Technology fabricó la 5 billonésima muestra. Si está interesado en aprender más sobre eso, siga leyendo. If you are interested in learning more about it, just keep on reading. La idea principal de este libro es proporcionar la información necesaria al usuario para que sea capaz de utilizar los microcontroladores en la práctica después de leerlo. Para evitar explicaciones pesadas y las historias infinitas sobre las características útiles de los microcontroladores diferentes, este libro describe el funcionamiento de un modelo particular que pertenece a la “clase media alta”. Es PIC16F887 – bastante poderoso para ser digno de atención y bastante simple para poder ser utilizado por cualquiera. Así, los siguientes capítulos describen este microcontrolador en detalle y también se refieren a la familia PIC entera. Todos los microcontroladores PIC utilizan una arquitectura Harvard, lo que quiere decir que su memoria de programa está conectada a la CPU por más de 8 líneas. Hay microcontroladores de 12, 14 y 16 bits, dependiendo de la anchura del bus. La tabla anterior muestra las características principales de estas tres categorías. Como se puede ver en la tabla de la página anterior, salvo “los monstruos de 16 bits” PIC 24FXXX y PIC 24HXXX – todos los microcontroladores tienen la arquitectura Harvard de 8 bits y pertenecen a una de las tres grandes grupos. Por eso, dependiendo del tamaño de palabra de programa existen la primera, la segunda y la tercera categoría de microcontroladores, es decir microcontroladores de 12, 14 o 16 bits. Puesto que disponen del núcleo similar de 8 bits, todos utilizan el mismo juego de instrucciones y el “esqueleto” básico de hardware conectado a más o menos unidades periféricas. Los microcontroladores PIC con palabras de programa de 14 bits parecen ser la mejor opción para los principiantes. Aquí está el porqué…

JUEGO DE INSTRUCCIONES El juego de instrucciones para los microcontroladores 16F8XX incluye 35 instrucciones en total. La razón para un número tan reducido de instrucciones yace en la arquietectura RISC. Esto quiere decir que las instrucciones son bien optimizadas desde el aspecto de la velocidad operativa, la sencillez de la arquitectura y la compacidad del código. Lo malo de la arquitectura RISC es que se espera del programador que haga frente a estas instrucciones. Por supuesto, esto es relevante sólo si se utiliza el lenguaje ensamblador para la programación. Este libro se refiere a la programación en el lenguaje de alto nivel C, lo que significa que la mayor parte del trabajo ya fue hecho por alguien más. Así, sólo se tienen que utilizar instrucciones relativamente simples.

TIEMPO DE EJECUCIÓN DE INSTRUCCIONES Todas las instrucciones se ejecutan en un ciclo. La únicas excepciones pueden ser las instrucciones de ramificación condicional o las instrucciones que cambian el contenido del contador de programa. En ambos casos, dos ciclos de reloj son necesarios para la ejecución de la instrucción, mientras que el segundo ciclo se ejecuta como un NOP (No operation). Las instrucciones de un ciclo consisten en cuatro ciclos de reloj. Si se utiliza un oscilador de 4 MHz, el tiempo nominal para la ejecución de la instrucción es 1μS. En cuanto a las instrucciones de ramificación, el tiempo de ejecución de la instrucción es 2μS. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN El microcontrolador ejecuta el programa cargado en la memoria Flash. Esto se denomina el código ejecutable y está compuesto por una serie de ceros y unos, aparentemente sin significado. Dependiendo de la arquitectura del microcontrolador, el código binario está compuesto por palabras de 12, 14 o 16 bits de anchura. Cada palabra se interpreta por la CPU como una instrucción a ser ejecutada durante el funcionamiento del microcontrolador. Todas las instrucciones que el microcontrolador puede reconocer y ejecutar se les denominan colectivamente Conjunto de instrucciones. Como es más fácil trabajar con el sistema de numeración hexadecimal, el código ejecutable se representa con frecuencia como una serie de los números hexadecimales denominada código Hex. En los microcontroladores PIC con las palabras de programa de 14 bits de anchura, el conjunto de instrucciones tiene 35 instrucciones diferentes.

LENGUAJE ENSAMBLADOR

Como el proceso de escribir un código ejecutable era considerablemente arduo, en consecuencia fue creado el primer lenguaje de programación denominado ensamblador (ASM). Siguiendo la sintaxis básica del ensamblador, era más fácil escribir y comprender el código. Las instrucciones en ensamblador consisten en las abreviaturas con significado y a cada instrucción corresponde una localidad de memoria. Un programa denominado ensamblador compila (traduce) las instrucciones del lenguaje ensamblador

a

código

máquina

(código

binario).

HEste programa compila instrucción a instrucción sin optimización. Como permite controlar en detalle todos los procesos puestos en marcha dentro del chip, este lenguaje de programación todavía sigue siendo popular. Ventajas de lenguajes de programación de alto nivel A pesar de todos los lados buenos, el lenguaje ensamblador tiene algunas desventajas: 

Incluso una sola operación en el programa escrito en ensamblador consiste en



muchas instrucciones, haciéndolo muy largo y difícil de manejar. Cada tipo de microcontrolador tiene su propio conjunto de instrucciones que un



programador tiene que conocer para escribir un programa Un programador tiene que conocer el hardware del microcontrolador para escribir un programa

Programa escrito en C (El mismo programa compilado al código ensamblador):

Los lenguajes de programación de alto nivel (Basic, Pascal, C etc.) fueron creados con el propósito de superar las desventajas del ensamblador. En lenguajes de programación de alto nivel varias instrucciones en ensamblador se sustituyen por una sentencia. El programador ya no tiene que conocer el conjunto de instrucciones o características del hardware del microcontrolador utilizado. Ya no es posible conocer exactamente cómo se ejecuta cada sentencia, de todas formas ya no importa. Aunque siempre se puede insertar en el programa una secuencia escrita en ensamblador. Si alguna vez ha escrito un programa para un microcontrolador PIC en lenguaje ensamblador, probablemente sepa que la arquitectura RISC carece de algunas instrucciones. Por ejemplo, no hay instrucción apropiada para multiplicar dos números. Por supuesto, para cada problema hay una solución y éste no es una excepción gracias a la aritmética que permite realizar las operaciones complejas al descomponerlas en un gran número operaciones más simples. En este caso, la multiplicación se puede sustituir con facilidad por adición sucesiva (a x b = a + a + a + … + a). Ya estamos en el

comienzo de una historia muy larga… No hay que preocuparse al utilizar uno de estos lenguajes de programación de alto nivel como es C, porque el compilador encontrará automáticamente la solución a éste problema y otros similares. Para multiplicar los números a y b, basta con escribir a*b. LENGUAJE C El lenguaje C dispone de todas las ventajas de un lenguaje de programación de alto nivel (anteriormente descritas) y le permite realizar algunas operaciones tanto sobre los bytes como sobre los bits (operaciones lógicas, desplazamiento etc.). Las características de C pueden ser muy útiles al programar los microcontroladores. Además, C está estandarizado (el estándar ANSI), es muy portable, así que el mismo código se puede utilizar muchas veces en diferentes proyectos. Lo que lo hace accesible para cualquiera que conozca este lenguaje sin reparar en el propósito de uso del microcontrolador. C es un lenguaje compilado, lo que significa que los archivos fuentes que contienen el código C se traducen a lenguaje máquina por el compilador. Todas estas características hicieron al C uno de los lenguajes de programación más populares. La figura siguiente es un ejemplo general de lo que sucede durante la compilación de programa de un lenguaje de programación de alto nivel a bajo nivel.

2.3

DEFINICIONES DE TÉRMINOS BÁSICOS

Código compilado Un código compilado hace referencia a la programación, código es un programa que se escribe en un lenguaje de alto nivel. El Proceso de compilarlo es para que un microprocesador lo pueda ejecutar. Un código compilado es un código que previamente fue un código simbólico interpretable por un compilador, y luego ese compilador lo convirtió en un código directamente interpretable por un controlador (Código máquina). Sistema binario llamado también sistema diádico1 en ciencias de la computación, es un sistema de numeración en el que los números se representan utilizando solamente dos cifras: cero y uno (0 y 1) Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. GSM El sistema global para las comunicaciones móviles (del inglés Global System for Mobile communications,, y originariamente del francés groupe spécial mobile) es un sistema estándar, libre de regalías, de telefonía móvil digital. Un lenguaje de programación es un lenguaje formal diseñado para realizar procesos que pueden ser llevados a cabo por máquinas como las computadoras. Pueden usarse para crear programas que controlen el comportamiento físico y lógico de una máquina, para expresar algoritmos con precisión, o como modo de comunicación humana.

RS-232 (Recommended Standard 232) “Estándar Recomendado 232”, también conocido como EIA/TIA RS-232C, es una interfaz que designa una norma para el intercambio de una serie de datos binarios entre un DTE (Data Terminal Equipment, “Equipo Terminal de Datos”) y un DCE (Data Communication Equipment, Equipo de Comunicación de Datos), aunque existen otras en las que también se utiliza la interfaz RS-232. Una definición equivalente publicada por la UIT se denomina V.24. El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor tablero eléctrico de automatización es aquel que está constituido por equipos electromagnéticos, tales como relés auxiliares, contadores, temporizadores electrónicos, temporizadores neumáticos, etc. Puerto serie Mientras que otras interfaces (como Ethernet, FireWire, y USB) mandaban datos como un flujo en serie, el término "puerto serie" normalmente identifica el hardware más o menos conforme al estándar RS-232, diseñado para interactuar con un módem o con un dispositivo de comunicación similar. Programador es un dispositivo electrónico que configura circuitos programables no volátiles tales como EPROM, EEPROM, Flash, PALs, GALs, FPGA u otros. Componentes electrónicos aquellos dispositivos que forman parte de un circuito electrónico. Se suelen encapsular, generalmente en un material cerámico, metálico o plástico, y terminar en dos o más terminales o patillas metálicas. Se diseñan para ser conectados entre ellos, normalmente mediante soldadura, a un circuito impreso, para formar el mencionado circuito.