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Integración de kits Arduinosenlazados mediante Xbee paraaplicaciones de CartomagiaAutor:Javier Abascal CarrascoTutor:Jose ...
Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y env...
Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y env...
1. Introducción• Soporte de pesado sensible (Cartas Póker)– Rápido, fiable y adaptable• Comunicación inalámbrica con recep...
Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y env...
2. Antecedentes y motivaciones• Antecedentes: (Por Juan Mayoral)– Robert Houdin (Francés) pionero en el siglo XIX. Electro...
Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y env...
3. SensorForce Sensitive Resistor (FSR)- Película de polímetro (PTF)- Resistencia variable según la presión ejercida- Baja...
Product Name Load CellRated Load 1Kg/2.2lbsRated Output 1mV/VZero Output 0.05%F.SOverall Precision 0.02%F.SPrecision Tempe...
3. Acondicionamiento de la señal08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 10
3. Acondicionamiento de la señal• Puntos a cumplir para generar una señal útil:– 1. Referencias de tensión para el sensor ...
3. Acondicionamiento de la señal.(Amplificación correcta)• Si ajustamos la amplificación a toda la escala de medida del se...
3. Acondicionamiento de la señal.(Amplificación correcta)• Si ajustamos la amplificación sólo a 60 cartas:• Ajustamos el p...
3. Acondicionamiento de la señal• Puntos a cumplir para generar una señal útil:– 1. Referencias de tensión para el sensor ...
3. Amplificador INA 125• Amplificador de instrumentación– Amplificación variable de 4 a 10000 unidades– 4 Referencias de t...
3. Diseño del PCB• Programa de CAD EAGLE v6.3.0• Versión de prueba (con limitaciones)• Editor de Layout, editor de esquema...
3. Diseño del PCB08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 17
3. Acondicionamiento de la señal08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 18
Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y env...
4. Kits Arduinos• Arduino nos ofrece:– Microcontrolador instalado y preparado en una placa– Variedad de pines I/O analógic...
4. Kits Arduinos• Productos Adquiridos:– Arduino Duemilanove– Arduino Fio– Dos módulos Xbee y Xbee Shield08/05/2013 Proyec...
4. Módulos Xbee• Módulos de radio basados en el estándar IEEE 802.15.4• Comunicaciones por aire punto a punto y punto a mu...
4. Programación de losmicrocontroladores• Arduino ofrece su propio entorno de desarrollo– Simplifica la conexión con los d...
Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y env...
5. Posicionamiento de los elementos08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 25
5. Camuflaje08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 26
Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y env...
6. Funcionamiento y aplicacionesmágicas• Disponemos de dos lugares donde obtener la información• Pulsadores de control tot...
Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y env...
7. Futuras líneas de trabajo• Versión 1.0• Mejorar la fiabilidad y tamaño• Multitud de cosas por realizar:– Reunir todos l...
Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y env...
8. Conclusiones• Plena satisfacción por el trabajo realizado• Gran adquisición de conocimientos prácticos sobre lasmateria...
Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y env...
9. Referencias• Bibliografía recopilada en el PFC“Integración de kits Arduinos enlazados mediante Xbee paraaplicaciones de...
4. Módulos Xbee• Configuración de los módulos Xbee• Digi Internacional proporciona el software X-CTU– Interfaz sencilla– B...
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  1. 1. Integración de kits Arduinosenlazados mediante Xbee paraaplicaciones de CartomagiaAutor:Javier Abascal CarrascoTutor:Jose Ramón Cerquides BuenoFecha:Jueves, 8 de Mayo de 2013Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones
  2. 2. Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y envío de la señal• 5. Sistema completo• 6. Funcionamiento y aplicaciones mágicas• 7. Futuras líneas de trabajo• 8. Conclusiones• 9. ReferenciasDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones08/05/2013 2Proyecto fin de Carrera
  3. 3. Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y envío de la señal• 5. Sistema completo• 6. Funcionamiento y aplicaciones mágicas• 7. Futuras líneas de trabajo• 8. Conclusiones• 9. ReferenciasDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones08/05/2013 3Proyecto fin de Carrera
  4. 4. 1. Introducción• Soporte de pesado sensible (Cartas Póker)– Rápido, fiable y adaptable• Comunicación inalámbrica con receptor– Instantánea, segura y fiable.Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones08/05/2013 4Proyecto fin de Carrera
  5. 5. Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y envío de la señal• 5. Sistema completo• 6. Funcionamiento y aplicaciones mágicas• 7. Futuras líneas de trabajo• 8. Conclusiones• 9. ReferenciasDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones08/05/2013 5Proyecto fin de Carrera
  6. 6. 2. Antecedentes y motivaciones• Antecedentes: (Por Juan Mayoral)– Robert Houdin (Francés) pionero en el siglo XIX. Electroimán– Anverdi, Klingsor y Christian Fechner– Miniaturización  Electrónica moderna y al alcance de todos• Motivaciones:– Hobby desde el año 2006– Experiencia recibida durante mi formación– Poca diversidad de funcionamiento– Nulo procesamiento de señalDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones08/05/2013 6Proyecto fin de Carrera
  7. 7. Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y envío de la señal• 5. Sistema completo• 6. Funcionamiento y aplicaciones mágicas• 7. Futuras líneas de trabajo• 8. Conclusiones• 9. ReferenciasDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones08/05/2013 7Proyecto fin de Carrera
  8. 8. 3. SensorForce Sensitive Resistor (FSR)- Película de polímetro (PTF)- Resistencia variable según la presión ejercida- Baja sensibilidad (enfocado a pulsadores)Load cells (células de carga)- Elemento activo- Convierte la fuerza ejercida en una señal electrica- Galgas extensiómetricas en configuración puente deWheatstone- Etapa de amplificación posterior necesaria- Alta sensibilidad08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 8Sensor
  9. 9. Product Name Load CellRated Load 1Kg/2.2lbsRated Output 1mV/VZero Output 0.05%F.SOverall Precision 0.02%F.SPrecision Temperature 0.02%F.SWorking Temperature -10°C~+50°CCompensated Temperature Range -10°C~+40°CSafety Overload 150%Recommend Excitation Voltage 10V DCMax Excitation VoltageM 15V DCTotal Size 80 x 13 x 12mm / 3.1" x 0.5" x0.47"(L*W*T)Thead Hole Diameter3.5mm / 0.138"4.3mm / 0.169"Cable Length 230mm/ 9Material Aluminium AlloyColor Silver ToneWeight 29gPackage Content 1 x Load Cell3. Sensor• Load cell adquirida:– 9.89 $/unidad. Desde Mainland (China)– Hoja de especificaciones– Cálculos básicos (1 carta ≈ 1.7g)• A carga completa (1kg) generamos una salida de 10 mV. Es decir, generamos una señal desalida de:• El error de precisión (0.02% F.S) produce un error de:• Lectura de un gramo supera un 500% la precisión del error. Gran margen de seguridad08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 9gmVgmV/01.0100010mVmV002.010002.0·10
  10. 10. 3. Acondicionamiento de la señal08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 10
  11. 11. 3. Acondicionamiento de la señal• Puntos a cumplir para generar una señal útil:– 1. Referencias de tensión para el sensor y el amplificador fijas yestables– 2. Amplificación correcta de la señal de salida de la load cell. Será leídapor el microcontrolador (kit Arduino)– 3. Limitador de tensión para el CAD del kit Arduino 5V– 4. Puesta a cero del sensor• Soluciones:– Amplificador INA125, reguladores de tensión (LM337 y ua7800) ydiodo Zenner.08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 11
  12. 12. 3. Acondicionamiento de la señal.(Amplificación correcta)• Si ajustamos la amplificación a toda la escala de medida del sensor(10mV):• Debido a que el CAD del Arduino posee una precisión de10bits, obtendremos 1024 pasos.• Al ser el peso de una carta cercano a 1.7g, la salida del CAD no es segura08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 12unidadesmVV500105pasogpasosg/9765625.02100010pasomVpasosV/8828.42510Número de cartas sobreel sensorSalida del sensor antesde la amplificaciónSalida del sensor tras laamplificación(multiplicamos por 500)Lectura del CAD (4.8828mV/bit)1 (1.7 g)1.7g · 0.01 mV/g= 0.017 mV8.5 mV 1.7408 = 22 (3.4 g) 0.034 mV 17 mV 3.4816 = 33 (5.1 g) 0.051 mV 25.5 mV 5.2224 = 54 (6.8 g) 0.068 mV 34 mV 6.9632 = 75 (8,5 g) 0.085 mV 42.5 mV 8.704 = 96 (10.2 g) 0.102 mV 51 mV 10.4448 = 10… … … …
  13. 13. 3. Acondicionamiento de la señal.(Amplificación correcta)• Si ajustamos la amplificación sólo a 60 cartas:• Ajustamos el peso máximo de la lectura en el CAD a 102 (10% de la cargamáxima). La amplificación queda multiplicada por 10. Es decir, 5000unidades.• Obtenemos:– La lectura del Cad no disminuye la sensibilidad del sensor– Nos permite equivocarnos incluso en 3 bits– Diferencias entre cartas de 17-18 unidades08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 13gcartagcartas 1027.1·60Número de cartas sobreel sensorSalida del sensor antesde la amplificaciónSalida del sensor tras laamplificación(multiplicamos por5000)Lectura del CAD (4.8828mV/bit)1 (1.7 g)1.7g · 0.01 mV/g= 0.017 mV85 mV 17.408 = 172 (3.4 g) 0.034 mV 170 mV 34.816 = 353 (5.1 g) 0.051 mV 255 mV 52.224 = 524 (6.8 g) 0.068 mV 340 mV 69.632 = 705 (8,5 g) 0.085 mV 425 mV 87.04 = 886 (10.2 g) 0.102 mV 510 mV 104.448 = 104… … … …
  14. 14. 3. Acondicionamiento de la señal• Puntos a cumplir para generar una señal útil:– 1. Referencias de tensión para el sensor y el amplificador fijas yestables– 2. Amplificación correcta de la señal de salida de la load cell. Será leídapor el microcontrolador (kit Arduino)– 3. Limitador de tensión para el CAD del kit Arduino 5V– 4. Puesta a cero del sensor• Soluciones:– Amplificador INA125, reguladores de tensión (LM337 y ua7800) ydiodo Zenner.08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 14
  15. 15. 3. Amplificador INA 125• Amplificador de instrumentación– Amplificación variable de 4 a 10000 unidades– 4 Referencias de tensión incluidas (1.24V, 2.5V, 5V y 10V)– Offset trimming incorporado  Puesta a cero08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 15
  16. 16. 3. Diseño del PCB• Programa de CAD EAGLE v6.3.0• Versión de prueba (con limitaciones)• Editor de Layout, editor de esquemas y el autorouter08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 16
  17. 17. 3. Diseño del PCB08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 17
  18. 18. 3. Acondicionamiento de la señal08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 18
  19. 19. Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y envío de la señal• 5. Sistema completo• 6. Funcionamiento y aplicaciones mágicas• 7. Futuras líneas de trabajo• 8. Conclusiones• 9. ReferenciasDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones08/05/2013 19Proyecto fin de Carrera
  20. 20. 4. Kits Arduinos• Arduino nos ofrece:– Microcontrolador instalado y preparado en una placa– Variedad de pines I/O analógicos y digitales– Compatibilidad con telecomunicaciones inalámbricas (CompatibilidadXbee)– Multitud de diferentes opciones según objetivos (energía, tamaño,compatibilidad…)– Fácil uso, reducido coste y gran soporte08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 20
  21. 21. 4. Kits Arduinos• Productos Adquiridos:– Arduino Duemilanove– Arduino Fio– Dos módulos Xbee y Xbee Shield08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 21
  22. 22. 4. Módulos Xbee• Módulos de radio basados en el estándar IEEE 802.15.4• Comunicaciones por aire punto a punto y punto a multipunto a una tasade hasta 250 kbit/s• Parecido al protocolo de comunicaciones para redes de sensores Zigbee:– Bajo consumo de potencia (1mW – 100mW)– Redes con identificadores únicos– 65.000 direcciones para cada uno de los 16 canales disponibles– Rango de hasta 25km• Módulo elegido Xbee 2mW PCB Antena –Series 2-– Hasta 120m (30 en interiores)– Consumo limitado a 2mW08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 22
  23. 23. 4. Programación de losmicrocontroladores• Arduino ofrece su propio entorno de desarrollo– Simplifica la conexión con los diferentes módulos– Comprobador de errores, compilador y volcado de texto propio– Lenguaje C/C++ con excepciones• Funciones a destacar en la programación:– Lectura ánalógica (10.000 lecturas por segundo)• 2000 lecturas oscilación estable– Activación de los displays 7-segmentos• Conmutación de 20 ms– Puesta a cero digital (2 lecturas separadas en el tiempo)08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 23
  24. 24. Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y envío de la señal• 5. Sistema completo• 6. Funcionamiento y aplicaciones mágicas• 7. Futuras líneas de trabajo• 8. Conclusiones• 9. ReferenciasDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones08/05/2013 24Proyecto fin de Carrera
  25. 25. 5. Posicionamiento de los elementos08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 25
  26. 26. 5. Camuflaje08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 26
  27. 27. Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y envío de la señal• 5. Sistema completo• 6. Funcionamiento y aplicaciones mágicas• 7. Futuras líneas de trabajo• 8. Conclusiones• 9. ReferenciasDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones08/05/2013 27Proyecto fin de Carrera
  28. 28. 6. Funcionamiento y aplicacionesmágicas• Disponemos de dos lugares donde obtener la información• Pulsadores de control total a distancia• Interruptor de visionado sin manos• Experiencia mágica necesaria para sacar el máximo partido• Multitud de efectos posibles:– Localización de cartas– Forzajes– Distinguir entre diferentes objetos– Adivinaciones directas– Etc.08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 28
  29. 29. Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y envío de la señal• 5. Sistema completo• 6. Funcionamiento y aplicaciones mágicas• 7. Futuras líneas de trabajo• 8. Conclusiones• 9. ReferenciasDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones08/05/2013 29Proyecto fin de Carrera
  30. 30. 7. Futuras líneas de trabajo• Versión 1.0• Mejorar la fiabilidad y tamaño• Multitud de cosas por realizar:– Reunir todos los efectos y técnicas posibles con el dispositivo– Mejorar la programación (Consumo e introducir rutinas)– Ampliar el número de sensores a utilizar (matriz 3x3)– Crear diferentes receptores según las circunstancias (estuche de cartas)– Crear un producto comercial (Maletín todo en uno)08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 30
  31. 31. Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y envío de la señal• 5. Sistema completo• 6. Funcionamiento y aplicaciones mágicas• 7. Futuras líneas de trabajo• 8. Conclusiones• 9. ReferenciasDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones08/05/2013 31Proyecto fin de Carrera
  32. 32. 8. Conclusiones• Plena satisfacción por el trabajo realizado• Gran adquisición de conocimientos prácticos sobre lasmaterias recibidas en los estudios universitarios• Agradecer la oportunidad recibida• 32º Congreso Mágico Nacional de Magia08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 32
  33. 33. Índice• 1. Introducción• 2. Antecedentes y motivaciones• 3. Sensor y acondicionamiento de la señal• 4. Procesamiento y envío de la señal• 5. Sistema completo• 6. Funcionamiento y aplicaciones mágicas• 7. Futuras líneas de trabajo• 8. Conclusiones• 9. ReferenciasDepartamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones08/05/2013 33Proyecto fin de Carrera
  34. 34. 9. Referencias• Bibliografía recopilada en el PFC“Integración de kits Arduinos enlazados mediante Xbee paraaplicaciones de Cartomagia” (Javier Abascal Carrasco / 24abril de 2013)• Gracias por vuestra atención08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 34
  35. 35. 4. Módulos Xbee• Configuración de los módulos Xbee• Digi Internacional proporciona el software X-CTU– Interfaz sencilla– Base de datos con los diferentes módulos existentes08/05/2013 Proyecto fin de Carrera 35Comando Descripción Valores válidos Valor pordefectoIDEl ID de la red delmódulo Xbee.0 - 0xFFFF 3332CHEl canal del móduloXbee.0x0B - 0x1A 0X0CSH y SLEl número serie delmódulo Xbee(SH devuelve los 32 bitssuperiores, SL los 32inferiores). De solo-lectura.0 - 0xFFFFFFFF(para ambos SH y SL)Diferente para cadamóduloMYLa dirección de 16-bit delmódulo.0 - 0xFFFF 0DH y DLLa dirección de destinopara las comunicacionesinalámbricas (DH son los32 bitssuperiores, DL son los 32inferiores).0 - 0xFFFFFFFF(para ambos DH y DL)0 (para ambos DH y DL)BDLa velocidad detransmisión usada paralas comunicaciones conel Arduino o elordenador.0 (1200 bps)1 (2400 bps)2 (4800 bps)3 (9600 bps)4 (19200 bps)5 (38400 bps)6 (57600 bps)7 (115200 bps)3 (9600 bps)
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