Indice1. Introducción 2. Presentación 3. Comunicación inalámbrica de PC’s 4. Definición De Antena 5. Proceso de muestreo 6. Interrupciones en el puerto SPP 7. Bibliografía
El simple hecho de ser seres humanos nos hace desenvolvernos en medios donde tenemos que estar comunicados. Por eso la gran importancia de la transmisión y la recepción de información, y en la época actual donde los computadores hacen parte de la cotidianidad, es necesario establecer medios de comunicación eficaces entre ellos. Una de las tecnologías más prometedoras y discutidas en esta década es la de poder comunicar computadoras mediante tecnología inalámbrica. La conexión de computadoras mediante Ondas de Radio o Luz Infrarroja, actualmente está siendo ampliamente investigado. Las Redes Inalámbricas facilitan la operación en lugares donde la computadora no puede permanecer en un solo lugar, como en almacenes o en oficinas que se encuentren en varios pisos. Pero la realidad es que esta tecnología está todavía en pañales y se deben de resolver varios obstáculos técnicos y de regulación antes de que las redes inalámbricas sean utilizadas de una manera general en los sistemas de cómputo de la actualidad. No se espera que las redes inalámbricas lleguen a remplazar a las redes cableadas. Estas ofrecen velocidades de transmisión mayores que las logradas con la tecnología inalámbrica. Mientras que las redes inalámbricas actuales ofrecen velocidades de 2 Mbps, las redes cableadas ofrecen velocidades de 10 Mbps y se espera que alcancen velocidades de hasta 100 Mbps. Los sistemas de Cable de Fibra Óptica logran velocidades aún mayores, y pensando futuristamente se espera que las redes inalámbricas alcancen velocidades de solo 10 Mbps. Sin embargo se pueden mezclar las redes cableadas y las inalámbricas, y de esta manera generar una "Red Híbrida" y poder resolver los últimos metros hacia la estación. Se puede considerar que el sistema cableado sea la parte principal y la inalámbrica le proporcione movilidad adicional al equipo y el operador se pueda desplazar con facilidad dentro de un almacén o una oficina. Una muy buena opción que existe en redes de larga distancia son las denominadas: Red Pública De Conmutación De Paquetes Por Radio. Estas redes no tienen problemas de pérdida de señal debido a que su arquitectura está diseñada para soportar paquetes de datos en lugar de comunicaciones de voz. Las redes privadas de conmutación de paquetes utilizan la misma tecnología que las públicas, pero bajo bandas de radio frecuencia restringidas por la propia organización de sus sistemas de cómputo.
El proyecto que intentamos desarrollar busca establecer una comunicación confiable entre dos PC’s a través de señales de radio, para este fin lo hemos dividido en tres etapas, que a continuación describiremos.
Etapa 1 El espectro electromagnético, el recurso natural de las comunicaciones por el espacio, se encuentra en su punto máximo de congestionamiento. Esto constituye evidencia de que a pesar del uso extenso de medios de transmisión como la fibra óptica; la transmisión de información por el aire continúa siendo el mecanismo más económico y versátil de cuantos existen para el transporte de información. El desarrollo de tecnologías modernas que permite la fabricación de dispositivos de comunicaciones portátiles y de bajo costo, ha incrementado la necesidad de comunicaciones inalámbricas que liberen al usuario de la necesidad de conectar sus equipos a puntos fijos servidos por una red física de cobre o fibra. La congestión radioeléctrica del espacio se ha visto aliviada en parte gracias a nuevos esquemas de modulación y de compresión de información. No obstante, el recurso del espacio, como canal de comunicaciones es cada vez mas demandado en la medida en que los avances tecnológicos permiten el acceso a tecnologías de punta a un mayor sector de la población. Las ondas electromagnéticas viajan desde una antena transmisora hasta otra receptora. Podemos definir una antena como un dispositivo construido de material metálico que tiene la capacidad de emitir y percibir dichas ondas y que posee idénticas características si se usa para transmisión o para recepción. En el presente proyecto intentamos establecer una comunicación confiable entre dos PC’s haciendo uso de las ondas electromagnéticas y capturándolas mediante una antena, de esta manera no se necesitaría ninguna conexión física a un punto de alguna red y por lo tanto se obtendría el beneficio de la comunicación inalámbrica.
Etapa 2 El procesamiento en un computador digital de información sobre fenómenos físicos –como temperatura, velocidad, humedad, ondas radiales, etc.– es el campo donde más resultados asombrosos y revolucionarios se han obtenido. Cualquier variable física puede llevarse al interior de un computador y procesarse con la misma facilidad y eficiencia con la cual se computa una nómina o un flujo de caja. En la industria la conquista de la antigua instrumentación análoga por parte del computador, es casi total. Una vez tenidos los valores o datos dentro del computador, se pueden realizar toda clase de cálculos para implementar control, estadística, graficación, etc. La mayoría de los fenómenos naturales, de los cuales formamos parte, son de naturaleza análoga o de variación continua en el tiempo. El computador digital procesa información compuesta solamente por dos niveles: alto y bajo. Para llevar las variables físicas al lenguaje de un computador, se necesita realizar un proceso de conversión previa de los datos del formato análogo a código digital de unos y ceros o niveles de voltaje. A esta acción se le conoce como conversión análogo-digital. Los PC’s poseen un circuito controlador para la impresora, el cual puede ser aprovechado por el usuario del mismo, para comunicarse con el mundo exterior, realizar procesos de variables físicas o efectuar procesos completos de medición y control. Originalmente el puerto paralelo viene con la destinación específica de permitir la comunicación del PC con la Impresora. El propósito del presente proyecto es realizar la producción de un fenómeno físico y la adquisición de datos del mismo, por medio de la adquisición de datos, la conversión digital-análoga, y la propagación de ondas radiales, se propone llevar a cabo la comunicación entre dos PC’s. Así, el fenómeno físico a medir son las mismas ondas radiales. Utilizando los sensores adecuados, este mismo proyecto, con algunas variaciones, permitirá monitorear diferentes medios de transmisión, como lo son: infrarrojos, cableado telefónico, etc.
Etapa 3 Un medio de comunicación entre un computador y sus diferentes periféricos es los Puertos de Comunicación, ya sean puertos Paralelos, Seriales, de Juegos, o USB, que son los puertos a los que actualmente se tiene acceso. Los puertos seriales son utilizados para la conexión de dispositivos que permiten un protocolo o sistema de comunicación en forma serial, los Puertos de Juegos están destinados a brindar conexión con dispositivos que permiten interactuar con juegos de computadora, y los Puertos USB permiten una comunicación mucho más rápida y directa con la board. El primer puerto paralelo del PC compatible era unidireccional, permitiendo una transferencia de solo 8 bits de datos del PC hacia el periférico. Este primer puerto paralelo fue llamado en principio Centronics y actualmente Compatible o SPP (Standard Parallel Port). Más tarde apareció el puerto paralelo PS/2 bidireccional; este puerto bidireccional simplemente adicionó la capacidad de leer 8 bits de datos desde el periférico hacia el PC.
3. Comunicación inalámbrica de PC’s
EL flujo de información que estamos proponiendo se realizara a través de dos dispositivos emisores – receptores (antenas) que obtendrán la señal análoga del medio físico en que se encuentren, posteriormente esta señal ha de ser sometida a un proceso de converso análogo – digital o viceversa según sea el caso, finalmente con la información digital se hace su captura a través del puerto paralelo y de esta manera los ordenadores pueden trabajar con dicha información.
Etapa 1 Se ha hecho un recuento de los mecanismos mas importantes que contribuyen a la propagación de ondas de radio. Se concluye que estos son muchos y muy diversos fundamentándose en diferentes principio físicos que definen el alcance de su propagación y sus limitaciones. En general, todos son inherentemente complejos, además de estar sujetos a las naturales variaciones en las condiciones atmosféricas debidas a efectos climatológicos de origen local y también extraterrestre, como el caso de las manchas solares y la radiación cósmica las cuales ejercen un marcado efecto sobre la ionosfera. Sin embargo el estudio sistemático de los mecanismos y las condiciones que los favorecen, a permitido el uso confiable de la propagación de ondas de radio en el espacio para comunicaciones de largo alcance. A pesar de las muchas variables y factores que tienden a degradar la calidad de las comunicaciones obtenidas, los ingenieros de comunicaciones han desarrollado técnicas tales como la diversidad espacial y de frecuencia, que mejoran considerablemente la confiabilidad y calidad de las transmisiones por ondas de radio. En una antena podemos conocer la intensidad de los campos o de las densidades de potencia en distinta posiciones angulares, por medio del patrón de radiación. Esto permite interpretar el patrón de radiación absoluto en términos de la intensidad del campo eléctrico E o de la densidad de potencia P. De otro lado, es posible relacionar la densidad de potencia o la intensidad del campo en un determinado punto con su valor máximo, denominado a esto patrón de radiación relativo. Campos de radiación cercano y lejano: Estos dos campos de radiación, el cercano y el lejano, son de particular importancia en el tema de las antenas. El primero hace relación al patrón de radiación del campo que se encuentra en los alrededores de la antena. Es también llamado campo de inducción debido a sus características particulares en el proceso de emisión de potencia. El campo lejano es todo aquello referido al patrón de campo localizado a grandes distancias de la antena. La potencia radiada en este campo no regresa a la antena (Campo de radiación). Cuando a una antena se le conecta un generador en ella se inducen campos electromagnéticos capaces de alcanzar grandes distancias. Una antena empieza a ser un buen radiador cuando su longitud es comparable a la longitud de onda de la señal que se desea radiar.
Conjunto de conductores debidamente asociados, que se emplea tanto para la recepción como para la transmisión de ondas electromagnéticas, que comprenden los rayos gamma, los rayos X, la luz visible y las ondas de radio.
Carácteristicas De Las Antenas Resistencia de radiación: Debido ala radiación en las antenas se presenta perdida de potencia . Por ello se ha establecido un parámetro denominado resistencia de radiación Rr , cuyo valor podemos definir como el valor de una resistencia típica en la cual, al circular la misma corriente que circula en la antena, disipara la misma cantidad de potencia. Eficiencia de una antena: Se conoce con el nombre de eficiencia de una antena (rendimiento) a la relación existente entre la potencia radiada y la potencia entregada ala misma. Impedancia de entrada de una antena: En general, la impedancia de entrada de la antena dependerá de la frecuencia, estando formada por una componente activa Re, y una reactiva Xe. De esta forma, Re se puede asimilar a la resistencia total de la antena en sus terminales de entrada. Generalizando, podemos decir entonces que la impedancia de entrada de la antena es simplemente la relación entre el voltaje de entrada de la antena y la corriente de entrada. Ganancia de una antena: La ganancia de una antena representa la capacidad que tiene este dispositivo como radiador. Es el parámetro que mejor caracteriza la antena. La forma más simple de esquematizar la ganancia de una antena es comparando la densidad de potencia radiada en la dirección de máxima radiación con el valor medio radiado en todas las direcciones del espacio, ofreciéndose en términos absolutos. Aquellas antenas que radian por igual en todas las direcciones se llaman isotrópicas y su ganancia es de 1. Basados en esta definición, podemos hablar de la ganancia como la relación entre la potencia y campo eléctrico producido por la antena (experimental) y la que producirá una antena isotrópica (referencia), la cual radiará con la misma potencia. Longitud eficaz de la antena: Sobre una antena se inducen corrientes y voltajes. Por tal razón, a la antena receptora se le puede considerar como un generador ideal de voltaje (V), con una impedancia interna que resulta ser igual a la de entrada. Polarización de la antena: La onda electromagnética posee el campo eléctrico vibrando en un plano transversal a la dirección de propagación, pudiendo tener diversas orientaciones sobre el mismo. La polarización de la antena hace referencia a la orientación del campo eléctrico radiado. De esta forma, si un observador en un punto lejano a la antena "visualizara" el campo eléctrico lo podría mirar de las siguientes formas: Describiendo una elipse. En este caso se dice que la onda esta polarizada elípticamente. Describiendo una circunferencia (polarización circular). Polarización horizontal o vertical, describiendo una línea recta. Es importante anotar que, para que una antena "responda" a una onda incidente, tiene que tener la misma polarización que la onda. Por ejemplo, un dipolo vertical responderá a una onda incidente si la polarización de dicha onda es vertical también. Ancho de haz de una antena: Podemos hablar del ancho de haz de una antena como el espaciamiento angular entre dos puntos determinados de potencia media (-3dB), ubicándolos con respecto a la posición del lóbulo principal perteneciente al patrón de radiación de la antena. Ancho de banda de la antena: Se puede describir como los valores de frecuencia para los cuales la antena desarrolla su trabajo de manera correcta. De igual forma, el ancho de banda de una antena depende de las condiciones de los puntos de potencia media.
La naturaleza de las ondas Cuando los electrones oscilan en un circuito eléctrico, parte de su energía se convierte en radiación electromagnética. La frecuencia (la rapidez de la oscilación) debe ser muy alta para producir ondas de intensidad aprovechable que, una vez formadas, viajan por el espacio a la velocidad de la luz. Cuando una de esas ondas encuentra una antena metálica, parte de su energía pasa a los electrones libres del metal y los pone en movimiento, formando una corriente alterna cuya frecuencia es la misma que la de la onda. Este es, sencillamente, el principio de la comunicación por radio. Como se ve en la siguiente figura, existen diferentes modos de propagación que pueden surgir como el resultado del lanzamiento de ondas electromagnéticas al espacio por medio de antenas de configuración adecuada. Si no existiera el aire ni las capas ionosféricas, esto es, en el vacío, las ondas de radio viajarían en línea recta. Sin embargo, debido a la presencia de gases de diferente composición en la atmósfera terrestre, la propagación de ondas se ve influenciada por una serie diversa de mecanismo. El modo de propagación más sencillo es aquel en que la onda sigue una trayectoria recta entre la antena de transmisión y la de recepción. A este tipo de onda se le conoce como directa o de línea de visión, LOS (Line Of Sight). Las microondas son el ejemplo clásico de este mecanismo de propagación. En condiciones óptimas las microondas pueden considerarse como un haz concentrado de energía electromagnética que hace la travesía desde la antena de emisión hasta la recepción desplazándose en línea recta. Más aún, debido a las longitudes de onda tan pequeñas en esta modalidad de aplicación, las antenas utilizadas, reflectores parabólicos, y en general todo el esquema de propagación, pueden analizarse como si fuera un sistema de características ópticas.
Diferentes modos de Propagación de Ondas de Radio Dependiendo del patrón de radiación de la antena involucrada, es posible que parte de la energía de la onda se dirija hacia tierra, a partir de lo cual, por reflexión, cambia su curso para dirigirse finalmente a la antena de recepción. Esta onda es conocida como la onda reflejada de tierra. Adicionalmente, puede generarse una componente de onda cuyo modo de propagación es directamente sobre la tierra, desde el mismo momento de abandonar la antena de transmisión. Esta onda, denominada de superficie o terrestre, continúa su curso sobre la tierra hasta llegas a su destino final en el sitio de la antena receptora. Finalmente, la onda electromagnética puede ser lanzada hacia el espacio, convirtiéndose así en una onda celeste u onda de cielo. Dependiendo de la frecuencia de la onda y del ángulo de lanzamiento, esta puede atravesar la atmósfera y salir al espacio libre, o en caso contrario, puede ser refractada hacia la tierra para ser posteriormente captada por la antena receptora.
Etapa 2 Se entiende por adquisición de datos a la acción de medir variables, convertirlas a formato digital, almacenarlas en un computador y procesarlas en cualquier sentido. Este proceso necesita de una interfase entre el mundo y el computador que se suele denominar como tarjeta de adquisición de datos. Para poder obtener información análoga y llevarla hacia una computadora o cualquier dispositivo digital es necesario hacer la conversión de un formato al otro sin alterar el valor de las variables leídas. Utilización de un sensor/transductor adecuado para la variable que se desea medir (en este caso ondas radiales), el cual permite detectar y convertir la variable física a una señal analógica de voltaje o corriente eléctrica, de manera que pueda ser registrada o manipulada mas fácilmente. Una señal análoga se muestrea observando y memorizando su amplitud instantánea a intervalos regulares e ignorándola el resto del tiempo. El procedimiento se ilustra gráficamente a continuación, cada muestra representa la amplitud de la señal análoga en un instante específico.
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