Comunicaciones Digitales

Comunicación Bluetooth y generación de señales analógicas mediante modulación por ancho de pulso

López, Juan Manuel Matrícula: 11.036

1

Comunicaciones Digitales Introducción Se realizó una comunicación Bluetooth entre un teléfono celular con sistema operativo Android y un módulo HC-06 controlado por un microcontrolador. En éste se implementó un DDS sencillo, que a partir de tablas almacenadas en su memoria genera distintas señales de salida (senoidal, cuadrada, triangular y diente de sierra) mediante Modulación d Ancho de Pulso (PWM), que luego son demoduladas utilizando un filtro pasa bajos. Desde el celular puede seleccionarse el tipo de señal de salida.

Bluetooth Para recibir la información del teléfono celular, se utilizó un microcontrolador S08SH8 de Freescale junto con un módulo Bluetooth HC-06, el cuál utiliza modulación GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying). Este tipo de modulación es similar a FSK, pero previamente a la modulación de los pulsos, se les aplica un filtro Gaussiano para limitar su espectro. Especificaciones del módulo HC-06: Protocolo Bluetooth V2.0. Frecuencia 2.4Ghz ISM Band. Modulación GFSK. Distancia 10 metros. Tensión de operación: 3.3VDC. Baud rate ajustable: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200. Corriente de operación: < 40 mA Corriente en modo sleep: < 1mA

Por el lado del teléfono, se realizó una aplicación para el sistema operativo Android mediante la plataforma App Inventor. Esta aplicación se encarga de realizar la conexión Bluetooth y de enviar información al microcontrolador.

2

Comunicaciones Digitales

3

Comunicaciones Digitales Generando una señal analógica mediante PWM La Modulación por Ancho de Pulso (PWM) consiste en generar una onda cuadrada con una frecuencia fija, pero con un ciclo de trabajo variable. Esto puede utilizarse para producir una señal analógica en un microcontrolador que no posea un DAC integrado. El proceso consiste en almacenar una tabla en memoria con los valores de amplitud de un período de una señal que son utilizados para definir el ancho de los pulsos PWM. De esta manera, habremos modulado la señal almacenada y a la salida obtendremos lo siguiente:

Como puede observarse, el período de PWM está fijo, pero el ciclo de trabajo es proporcional a la amplitud de la señal original sin modular. Para recuperarla, solo debe utilizarse un filtro pasa bajos con una frecuencia de corte inferior a la frecuencia de PWM (para eliminarla) y también obtener el valor medio de los pulsos.

Para generar la señal deseada, se implementó un DDS (Síntesis Digital Directa) en un microcontrolador, que consta de un Acumulador de Fase que sirve para recorrer los valores de amplitud de la tabla almacenada en memoria. Para variar la frecuencia, se suma un valor M al acumulador de fase, produciendo así saltos en la lectura de la tabla y

4

Comunicaciones Digitales por lo tanto un aumento en la frecuencia, ya que ésta está dada por fOUT

M . f PWM , 2n

siendo n la cantidad de puntos.

Implementación

El módulo HC-06 recibe la información de selección de onda enviada desde el celular, y la transmite mediante el pin Tx al módulo SCI (Interface de Comunicación Serie) del microcontrolador. En el microcontrolador se encuentran almacenadas tablas de 256 puntos que contienen los valores de amplitud de un período de la señal que se quiere reproducir. Se utiliza el módulo TPM (Timer Modulador de Ancho de Pulso) para generar la salida de frecuencia fija, pero con ciclo de trabajo proporcional a la amplitud de la señal deseada. La frecuencia se controla mediante un potenciómetro como divisor resistivo conectado a la entrada de uno de los ADC (Conversor Analógico Digital) del microcontrolador. Este valor se utiliza para modificar el acumulador de fase, y asi variar la frecuencia de salida. Para demodular la señal se implementó un filtro activo pasa bajos del tipo Sallen Key con una frecuencia de corte de aproximadamente 900Hz.

5