Práctica de desarrollo de una red de sensores basada en la programación de microcontroladores para sistemas en tiempo real

Abstract

Este artículo presenta una práctica de laboratorio impartida mediante una metodología de aprendizaje basado en proyectos cuyo objetivo principal es adquirir la capacidad de programación de microcontroladores para el diseño e implantación de una red de comunicación inalámbrica de bajo consumo en el ámbito de las comunicaciones industriales. Este proyecto se desarrolla en las sesiones prácticas de la asignatura Comunicaciones Industriales del Máster Universitario en Sistemas Inteligentes en Energía y Transporte cuyas competencias contemplan la capacidad para planificar la instalación de redes de comunicación en entornos industriales, así como la aplicación de los conocimientos adquiridos en la resolución de problemas multidisciplinares. El proyecto de laboratorio expuesto en este trabajo abarca ambas competencias, ya que propone establecer una red de control jerárquica en las comunicaciones industriales mediante la programación de microcontroladores, abordando el desarrollo de sistemas empotrados en tiempo real. Los dispositivos empleados para establecer la red de sensores son módulos XBee conectados a un puerto UART de un microcontrolador ARM Cortex-M0 para establecer comunicación serie asíncrona entre el módulo XBee y el microcontrolador. La arquitectura de la red está basada en la topología estrella. El módulo XBee central está conectado a través de un puerto COM Virtual a un PC. En el PC se ejecuta una interfaz de usuario desarrollada en lenguaje C# usando el entorno Visual Studio basada en la interfaz gráfica Windows Forms.

This article presents a laboratory practice taught by project-based learning methodology whose main objective is to acquire the ability to program microcontrollers for the design and implementation of a low-power wireless communication network in the field of industrial communications. This project is developed during the practical sessions of the Industrial Communications subject of the Máster Universitario en Sistemas Inteligentes en Energía y Transporte, whose skills include the ability to plan the communication network installation in industrial environments, as well as the application of the knowledge acquired in the resolution of multidisciplinary problems. The laboratory project exposed in this work covers both skills because it proposes to establish a hierarchical control network in industrial communications through the programming microcontrollers, addressing the development of embedded real time systems. The devices used to establish the sensor network are XBee modules connected to a UART of an ARM Cortex-M0 microcontroller to establish asynchronous serial communication between the XBee module and the microcontroller. The network’s architecture is based on a star-shaped topology. The central XBee module is connected through a Virtual COM port to a PC. A user interface is executed on the PC; it is developed in C# language using the Visual Studio environment based on a graphical interface Windows Forms.