Para este proyecto se tiene como objetivo principal diseñar una aplicación que funcione con un módulo inalámbrico BLE, y se dispone de una pizarra LED del tipo B incorporándosele el módulo HM-10, conectado de forma serie con un microcontrolador AT89S52 que es compatible con la familia MCS-51™ y de esta forma esta pizarra se puede controlar remotamente por medio de un dispositivo portátil que incorpore esta tecnología Bluetooth. Este sistema contará con el software de diseño electrónico Proteus para comprobar el funcionamiento y la implementación de una aplicación en el programa Android Studio para la interfaz gráfica de comunicación en el dispositivo móvil.
3.1.1 Proteus®
Proteus® Professional es un completo entorno de diseño que permite realizar todas las tareas de diseño de circuitos electrónicos, tales como: dibujo de esquemas de circuitos, simulación interactiva de circuitos analógicos, digitales y con microcontroladores, con animación en tiempo real además de diseño de circuitos impresos. Cuenta con una extensa
librería de componentes genéricos y específicos. Es un poderoso paquete para el diseño de circuitos impresos (PCB) de una o más capas. Consta de los dos programas principales: Ares e Isis, y los módulos VSM y Electra (BANZI, 2010), (CONCEPCION, 2016).
Ventajas
• Cuenta con Captura de esquema. • Diseño de PCB.
• Simulación.
• Forma de Router base. • Visualización 3D. • Notas del Proyecto. • Asistente de cotización. • Forma Demo.
• Fácil de aprender.
• Amplia galería de componentes.
• Reduce el tiempo y costos de elaboración en una PCB.
• Durante la elaboración de un circuito, se puede realizar simulaciones avanzadas con las herramientas Pro-Spice (simulación de circuito electrónico) y VSM (Simulación de la lógica del programa cargado en el microprocesador).
Por estas prestaciones, en este trabajo se utilizó Proteus para las simulaciones de la pizarra y del módulo BLE.
3.1.2 Arquitectura y diseño de la conexión Bluetooth en la placa de control
La pizarra, es una matriz de LED formada por una serie de filas y columnas. Este panel es un módulo Alfanumérico donde se pueden mostrar las letras desde la A hasta la Z y además los números del 0 al 9. En la imagen 3.1 se muestra la placa de control.
La distribución de los LED está dada por una matriz de 24x40, con un total de 960 LED, que está construida a partir de matrices más pequeñas de 4x4 y esta a su vez está controlada por medio del integrado SCT2024, el cual es un driver de LED conversor serial a paralelo de 16 bit de corriente constante.
Figura 3.1. Placa de control.
Integrado SCT2024
Las pastillas SCT 2024 que no se encuentran en la placa de control sino en la parte trasera de la pizarra, maneja 16 LED de forma uniforme, con 16 bit de entrada serie y salida en paralelo siendo ideal para aplicaciones con carteles LED, señales de tráfico o iluminación, y que posee las siguientes especificaciones (STARCHIPS TECHNOLOGY INC, 2011).
• Alimentación de 16 LEDs.
• Corriente directa desde los 5 – 45 mA.
• Suministro de voltaje directo de 3.3 – 5 V.
• Regulación de voltaje, carga y temperatura. • Frecuencia de trabajo de hasta 25 MHz.
En general estos integrados son las que distribuyen la corriente en los LEDs de la pizarra electrónica.
Lafamilia MCS-51™ y el microcontrolador AT89S52
La compañía Intel Corporation desarrolla, fabrica y comercializa la familia de microcontroladores MCS-51™. Otros fabricantes de circuitos integrados, tales como Siemens, Advanced Micro Devices, Fujitsu, Atmel y Philips, tienen licencia como “proveedores secundarios” de dispositivos de la familia MCS-51™. Cada microcontrolador que integra esta familia posee características que satisfacen algún propósito específico de diseño (MACKENZIE, 2007).
El encargado de todo el procesamiento de trabajo de la pizarra es el microcontrolador AT89S52 que es compatible con la familia MCS-51™. La Empresa Productora y Comercializadora de Artículos Deportivos (EPCAD) dispone de este microcontrolador de Atmel y ya tiene experiencia en el desarrollo de diferentes equipos electrónicos aplicados al deporte usando este microcontrolador, por lo que es de gran interés para ellos el desarrollo de aplicaciones con este dispositivo.
Este microcontrolador presenta las siguientes características (ATMEL, 2008).
• Microcontrolador de 8 bits de bajo consumo y alto rendimiento
• Compatible con la familia MCS-51™
• 8K Bytes de memoria flash programable mediante ISP (In-System Programmable)
• Voltaje de operación de 4.0 a 5.5 volts
• Memoria RAM de 256 bytes
• Cuatro puertos de E/S (Entrada/Salida) de 8 bits
• Tres temporizadores de 16 bits
• Una interfaz serial UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)
• Frecuencia de trabajo de hasta 33 MHz.
Con estas características y potencialidades, este microcontrolador es capaz de servir como el dispositivo de control principal en estos paneles para interconectarle los módulos Bluetooth.
Buffer 74HC541
Los circuitos integrados (IC por sus siglas en inglés intergrated circuit) 74HC541 (TOSHIBA, 1998) son un buffer CMOS de alta velocidad y de ocho entradas. Estos circuitos integrados están conectados al microcontrolador y están encargado de aislarlo del
sistema visualizador y de proporcionar la corriente mínima necesaria a este sistema. Estos integrados cuentan con dos compuertas de habilitación G1 y G2. Para habilitar el circuito integrado estos deben estar en 0 volts o tierra y operan en un rango de voltaje de 2V ~ 6V. Esta arquitectura de control es resultado de otros trabajos realizado sobre estos paneles electrónicos (CONCEPCION, 2016), (MORFFI, 2015) y (ACOSTA, 2017). Seguidamente en la figura 3.2 se muestra el circuito electrónico de la placa de control de la pizarra con la conexión del módulo Bluetooth de forma serial.
Figura 3.2. Circuito electrónico de la placa de control de la pizarra y el módulo Bluetooth.
3.2 Implementación y funcionamiento del sistema compuesto por el módulo BLE de