Robot controlado desde internet (VII)

A continuación se muestra un esquema de bloques de la parte electrónica del robot de Guillem Cuberes.

Sobre la placa entrenadora se encuentra colocado el servidor web EZWeb Lynx. Como que el robot dispone de una cámara web con conexión de red, se necesita de un switch que permita conectar entre si los tres elementos: servidor web, cámara de video y punto de acceso inalámbrico, que nos facilita la conexión con el robot desde cualquier punto de internet, para controlar sus movimientos y ver lo que se encuentra en su cercanía.

La placa entrenadora controla entradas y salidas.

La única entrada utilizada es la de una pequeña placa fotovoltáica, que se utiliza como sensor de luz que permite el encendido automático de los LEDs de iluminación.

Para el control de los dos motores del robot se utilizan cuatro salidas digitales, dos para cada motor. Los LEDs también se ponen en marcha gracias a otra salida de la placa entrenadora.

Para poder accionar los motores con 6 voltios se utiliza un driver de motores L298 y una placa de relés con entrada optoacoplada, lo que permite separar eléctricamente la salida de la placa entrenadora del resto del circuito, impidiendo de esta manera cualquier problema que pudiera causar una avería en la placa entrenadora.

La fuente principal de electricidad del robot es una batería de 12 voltios, pero como los diferentes elementos utilizan voltajes de alimentación diferentes se necesitan distintas fuentes de alimentación para proporcionarlos.

Robot controlado desde internet (VI)

En la documentación escrita del fabricante del Ez Web Lynx se encuentra una extensa tabla con los diferentes comandos (Órdenes) que puede interpretar el servidor web. Estos comandos pueden utilizarse para comunicarse con el servidor web desde el HyperTerminal, desde la consola de Ms2, mediante una conexión con protocolo UDP a través de la red Ethernet, desde una interficie de control (Página alojada en el servidor web) e incluso desde un navegador web (En este último caso solamente se pueden dar órdenes de encendido o apagado, pero no hacer preguntas).

Al EZ WEB LYNX se le pueden hacer preguntas poniendo un interrogante detrás del comando o dar órdenes poniendo un igual y especificando un valor.

Robot controlado desde internet (V)

Para configurar el servidor web Ez Web Lynx tambien se puede utilizar la aplicación del HyperTerminal de Windws, conectando el servidor web al ordenador mediante un cable para el puerto serie.

Primeramente, tal como se indica en el manual de instrucciones, se ha de conectar el servidor web al ordenador mediante el cable para el puerto serie. Después se han de colocar los interruptores DIP en la posición correcta, es decir, los dos correspondientes al puerto serie activados y el resto desactivados. En este momento ya puede conectar el adaptador de corriente en el conector correspondiente.

Interruptores DIP del puerto serie y del sensor de temperatura.

Para abrir el Hyperterminal en el Windows XP se ha de ir a "Todos los programas > Accesorios > Comunicaciones > HyperTerminal". Lo primero que se ha de hacer es nombrar la conexión y asignarle un icono ("Prueba1" en este caso).

A continuación se ha de seleccionar el puerto paralelo al que hemos conectado el servidor web (También se podría establecer una conexión TCP/IP o mediante un modem).

En la aplicación HyperTerminal se han de hacer unos ajustes con los siguientes valores, una vez seleccionado el puerto paralelo (COM1, COM2, etc):

Bits por segundo: 9600
Bits de datos: 8
Paridad: Ninguno
Bits de parada: 1
Control de flujo: Ninguno (8-N-1)

Una vez introducida la configuración ya se le pueden enviar ordenes al servidor web. Para confirmar que el servidor web se comunica realmente con el HyperTerminal, se le envía la orden "AT", a lo que el servidor ha de contestar con un "OK", lo que significará que todo es correcto.

En Windows Vista y Windows 7 no viene la aplicación HyperTerminal, pero se puede ejecutar si se dispone de sus archivos. Estos archivos se pueden copiar de un Windows XP o descargarlos de algún sitio, como por ejemplo este.

Mediante el HyperTerminal se puede conocer cual es la IP del servidor web, cambiarla y activar o desactivar el protocolo DHCP (De fábrica viene desactivado).

Se escribe AT*DHCP=1 para activar el protocoloDHCP y se reinicia el servidor utilizando el botón RESET de la placa entrenadora. En este momento el router de nuestra red ya le puede asignar una IP que le permita conectarse a la red, aunque en principio esto no nos reporta mayor utilidad, pues queremos saber cual es en realidad su IP, para podernos conectar con él mediante un navegador.

En el HyperTerminal le preguntamos cual es su IP escribiendo, AT*IP? a lo que él contesta con un 192.168.1.38. Poniendo este valor en el navegador podremos ver la página que viene cargada por defecto en el servidor, que es una página de control y de configuración del propio servidor web.

Robot controlado desde internet (IV)

El servidor web Ez Web Lynx viene con una página de configuración cargada de fábrica. Se trata de una página de utilidades y demostración. Permite cambiar el número de IP del servidor, medir los voltajes que pueda haber en las entradas y también encender y apagar salidas, para mostrar su funcionamiento. También muestra el estado de todos los pines y proporciona botones y formularios para cambiar absolutamente todo. Una vez cargada una página nueva en el servidor, esta página original se pierde, sin posibilidad de recuperarla, ya que no pueden convivir dos páginas a la vez en el interior del mismo.

Con esta página que tiene cargada el fabricante se podrían implementar aplicaciones de control. Para acceder desde cualquier punto, a través de internet, se ha de conocer a que IP de nuestra red local apunta la dirección IP pública de nuestro router. Siempre y cuando el Ez Web Lynx tenga como IP esta a la que apunta (Se dirige) la IP pública, poniendo este valor (El de la IP pública del router) en el navegador podremos ver la página cargada en el servidor web y, de este modo, controlar cualquier proceso.

Protocolos de comunicación del servidor web

Para poderse comunicar con el servidor web a través de una red Ethernet se ha de conocer su número de IP (Esto se puede investigar con un programa típico de escaneo de red, que nos indica todas las IPs que están conectadas). Si el servidor Ez Web Lynx lo conectamos directamente a la tarjeta de red de nuestro ordenador debemos utilizar un cable de red cruzado, aunque algunas tarjetas de red modernas crean una red por si mismas, sin necesidad de un router, con lo cual se podría utilizar un cable de red normal para unir el ordenador y el servidor web. Si se utiliza el cable de red cruzado (Para conectar de máquina a máquina) se ha de tener deshabilitado el protocolo DHCP.

Una vez conectado a la red local, se puede establecer conexión con el servidor web mediante diferentes protocolos.

UDP: Es el protocolo utilizado por los diferentes programas incluidos en el kit para dar órdenes al servidor web.
HTTP: Mediante este protocolo se puede acceder desde un navegador a la interficie web alojada en el servidor web. También se utiliza para dar ordenes al servidor web
mediante los comandos POST y GET.
TFTP: Se utiliza para cargar las interficies web en el servidor web de forma manual, mediante un software específico para este protocolo que viene con el kit. La mayoría de sistemas operativos incluyen un programa que puede trabajar medianteTFTP (En Windows XP se utiliza desde la consola (linea de comandos) de MS2, lo que se conoce como "símbolo del sistema".
SMTP: Mediante este protocolo el servidor web es capaz de enviar correos electrónicos para dar a conocer su estado, o algunos parámetros medidos en su entorno, de forma automatizada.
ICMP: Este es el protocolo utilizado cuando hacemos los llamados "pings". Al hacer un "ping" podemos saber si un determinado elemento conectado a una red local está
en funcionamiento, es decir, si nos podemos conectar con él.
DHCP: Si conectamos nuestro servidor web EZ WEB LYNX en una red local que soporte este protocolo, no será necesario configurarlo (Con sus IPs y demás) y se
conectará directamente a la red sin más.

Software de desarrollo del Ez Web Lynx

El software de programación que viene en el CD del kit de desarrollo del servidor web Ez Web Lynx simplifica el proceso de desarrollo y se puede descargar de la página del fabricante, siempre y cuando se sea un usuario registrado. Los usuarios avanzados no necesitarían utilizar este software llamado EZ Web Lynx IDE, puesto que la descarga de ficheros en el servidor web también puede realizarse a través del protocolo TFTP.

Desde esta aplicación se puede diseñar la página web, integrar en ella los comandos que nos permitirán obtener información del entorno, o controlar algún proceso a distancia y cargar la página web en la memoria interna del servidor web para su acceso desde cualquier punto de la red (Local o internet). Para que el software de desarrollo se conecte con el servidor web, éste se ha de conectar a la misma red LAN que el ordenador en el que se esté ejecutando el software.

A juicio de Guillem Cuberes este software de desarrollo no es la mejor opción para crear los contenidos web de nuestro Ez Web Lynx, ya que genera mucho código basura, tanto en formato htm, como una vez compilado, por lo que se recomienda utilizar otro editor de páginas web y compilar los diferentes archivos (htm, jpg, ...) desde la consola de MS2 (En Windows XP), lo que genera un único archivo (Con extensión .cds) que luego se ha de cargar en el servidor web. Este tipo de archivo solamente se puede editar con un editor hexadecimal.

Para realizar esta operación de transferencia del archivo compilado, desde nuestro ordenador hasta el servidor web, no se ha podido utilizar el software de desarrollo del fabricante, por lo que se ha tenido que usar el protocolo TFTP desde la consola de Ms2. Parece ser que los nuevos modelos de servidor web EZ Web Lynx tienen un nuevo firmware que solventa estos problemas de comunicación. Es probable que en los modelos antiguos de servidor web se pueda actualizar el firmware a través del conector para programación avanzada de la placa de desarrollo.

Robot controlado desde internet (III)

El servidor web Ez Web Lynx se puede utilizar directamente conectado a una placa protoboard o a un conector adecuado, pero es más práctico utilizar la placa entrenadora del mismo fabricante, sobre la que se sujeta el servidor web mediante un tornillo.

Dado que las dos versiones del servidor web trabajan a voltajes diferentes, las placas entrenadoras también son diferentes. Guillem Cuberes utilizó en su robot el servidor web de 3,3 voltios y la fotografía siguiente muestra como queda la misma entre el resto de electrónica.

El siguiente dibujo muestra la placa entrenadora de 5 voltios y sus diversos elementos.

Descripción de la placa entrenadora de 3,3 V

La placa entrenadora tiene los siguientes elementos.

Conectores del Ez Web Lynx. La placa entrenadora dispone de tres conectores en paralelo: el rotulado en el esquema como conector principal, el conector secundario y el conector Ez Web Lynx. Los tres tienen la misma numeración, aunque en el alojamiento del Ez Web Lynx están invertidos los números, ya que el conector hembra del servidor web va invertido para entrar en el conector macho de la placa entrenadora. A la hora de conectar a la placa entrenadora alguna entrada o salida es indiferente que se haga sobre el conector principal o sobre el secundario.

Los diferentes pines del Ez Web Lynx están protegidos contra inversiones de polaridad, siempre que se utilice la tensión proporcionada por la placa entrenadora.

A continuación se describen los usos de los diferentes pines de estos conectores, y claro también del servidor web.

Entradas digitales. Los 17 primeros pines de la placa entrenadora del servidor web se pueden utilizar como entradas digitales (Todo o nada), y permiten hacer saber al servidor web cuando llega corriente por aquel pin y cuando no.

Salidas digitales. Cualquiera de los 17 primeros pines de la placa entrenadora del servidor web también se pueden utilizar como una salida digital. Mediante las órdenes oportunas se puede conseguir que el servidor web saque tensión por uno de estos pines.

Entradas analógicas. Los pines del 1 al 6 de la placa entrenadora del servidor web se pueden utilizar como entradas analógicas. El servidor web puede medir exactamente la tensión que le llega a una de estas entradas analógicas (Si está fuera del rango que puede medir se habrá de adaptar mediante el uso de resistencias, o de otra forma).

Conexión para el puerto serie. Para la conexión de la placa entrenadora, mediante el puerto serie, con un ordenador se utilizan los pines 8 y 9. El pin 8 se utiliza para enviar datos al dispositivo serie y el pin 9 para recibirlos. Las dos lineas del puerto serie (Los pines 8 y 9 de la placa entrenadora) están unidas a un conector coaxial de audio, tipo jack, en donde entra el cable para el puerto serie que viene incluido en el kit. Sobre la placa se encuentra un interruptor doble que permite aislar los pines 8 y 9 del conector coaxial para poderlos utilizar como dos entradas-salidas más.

Conexión para sensores de temperatura. Los pines 10 y 11 de la placa entrenadora del servidor web están especialmente dedicados a la conexión de un sensor de temperatura (DS1631) mediante bus I2C. A través de cualquier otro pin de entrada analógica también se puede medir la temperatura, utilizando un termistor, pero se necesita diseñar una interficie gráfica en donde se muestre ese valor en grados centígrados una vez hecha la conversión de voltaje a grados (Mediante un algoritmo que hace esa operación aritmética). Sobre la placa se encuentra un interruptor doble que permite aislar los pines 10 y 11 del conector coaxial para poderlos utilizar como dos entradas-salidas más.

Sensor de temperatura integrado. La placa entrenadora dispone de un sensor (Sensor DS1631) de temperatura integrado en su placa de circuito impreso y unido a los pines 10 y 11.

Indicadores luminosos LED. Para saber en que estado se encuentran los 17 pines de entrada/salida de la placa entrenadora del servidor web, esta dispone de LEDs. Si el pin tiene tensión el LED se ilumina de color verde, si no es así se ilumina de color rojo.

Alimentación eléctrica. La placa entrenadora del servidor web dispone de otro conector coaxial para la alimentación de corriente a 9V, mediante el adaptador que viene con el kit. Este adaptador le proporciona 9V de corriente alterna, ya que la fuente de alimentación conmutada, integrada en el circuito impreso de la placa entrenadora dispone de su puente rectificador de diodos.

Conector para una pantalla LCD. Sobre la placa entrenadora está situado un conector para una pantalla LCD (Que no está incluida en el kit). La placa también dispone de un potenciómetro para regular el contraste de esta pantalla LCD.

Interruptores DIP. La placa entrenadora dispone de dos bloques de interruptores DIP, que permiten simular ordenes dadas (Entradas) al servidor web, sin necesidad de disponer de un ordenador, cuando aún no se dispone de una interficie web y se quieren hacer pruebas del funcionamiento de la placa entrenadora. El bloque de interruptores situado más hacia el exterior de la placa controla los primeros pines del 1 al 8, de forma que se pueda simular una entrada analógica. El bloque de interruptores situado más hacia el interior de la placa controla los primeros pines del 1 al 8, de forma que se pueda simular una entrada digital. Sobre la placa de circuito impreso de la placa entrenadora también se encuentra un potenciómetro que permite regular el voltaje que proporcionan a los pines de entrada analógica, los interruptores DIP.

Conector ICD (In-Circuit Debugger/Programmer) es del tipo RJ12 de 6 pines y se utiliza para la conexión con otros equipos especiales que se utilizan para programar el servidor web en lenguaje C.

Placa entrenadora del servidor web de 3,3 voltios.

Robot controlado desde internet (II)

Vamos a comenzar a desgranar el funcionamiento del robot controlado desde internet, construido por Guillem Cuberes.

Kit de desarrollo del EZ WEB LYNX

Comenzaremos a describir los componentes que forman parte del kit EZ WEB LYNX de 3,3 V.

a) Dos servidores EZ WEB LYNX, para poder utilizar dos configuraciones y entornos diferentes. Estos servidores disponen de un conector RJ45 para poderlos conectar a una red local, utilizando un cable normal, o a un ordenador, utilizando un cable cruzado.
b) Una placa entrenadora, que permite una conexión más sencilla de las entradas y salidas del microcontrolador asociado al servidor web.
c) Un cable-cinta para conectar las entradas y salidas de la placa entrenadora con los aparatos a controlar.
d) Un cable de red normal con conectores RJ45.
e) Un cable para puerto serie, para conectar el servidor web a un ordenador y poderlo configurar.
f) Un adaptador de 9V para conectar la placa entrenadora directamente a la red electrica (Corriente alterna de 240V).
g) Un CD con el software necesario para el diseño de las interficies web y para controlar y configurar el servidor web a través de la consola de comandos del ordenador.
h) Un manual en papel con la descripción y las instrucciones de uso del servidor web (En inglés).

Descripción de las dos versiones de EZ WEB LYNX

La disposición de pines de los dos modelos de servidor web se puede ver en el dibujo anterior. A continuación se muestra el uso que puede tener cada uno de estos pines. En muchos de ellos se puede optar entre tres posibilidades. El primer cuadro muestra los usos de los pines del Ez Web Lynx de 3,3 V. El voltaje de alimentación (Vdd) para el modelo de 3,3 voltios ha de encontrarse entre un mínimo de 3,1 voltios y un máximo de 3,6 voltios. A 3,3 voltios el consumo mínimo de la placa es de 150 miliamperios (mA), se entiende que la placa no tiene nada conectado como LEDs, sensor de temperatura, etc.

A continuación se muestran las características del Ez Web Lynx de 5 V. El voltaje de alimentación (Vdd) para el modelo de 5 voltios ha de encontrarse entre un mínimo de 4,5 voltios y un máximo de 5,5 voltios. A 5 voltios el consumo mínimo de la placa es de 175 miliamperios (mA), se entiende que la placa no tiene nada conectado como LEDs, sensor de temperatura, etc.

A continuación se muestran las tensiones e intensidades que pueden soportar los diferentes pines en su configuración como entradas o como salidas.

Estos son los valores máximos de voltaje que el servidor web interpreta como estado bajo en una entrada.

En el cuadro anterior se muestra el rango en que se han de mover los voltajes de los pines de entrada, para que el servidor web los interprete como estado alto.

En el cuadro anterior se muestran los voltajes que proporcionan los diferentes pines en su configuración como salidas.

Por último, se pueden ver las intensidades que pueden soportar los diferentes pines de los dos modelos de servidor web.

Robot controlado desde internet (I)

Durante este curso escolar y parte del anterior he tenido el placer de tutorizar el trabajo de investigación de Guillem Cuberes Ramos, alumno de segundo de bachillerato. El proyecto fue creciendo a partir del análisis del funcionamiento del Servidor Web "Ez Web Lynx".

Se trataba de conocer el funcionamiento de este equipo e intentar controlar algún proceso a través de la red. En base a esto el proyecto acabó siendo un vehículo que se puede hacer avanzar, girar y retroceder, moviendo los dos motores que impulsan sus ruedas. El robot incorpora una cámara de video que permite ver la parte delantera del mismo para poder maniobrarlo a distancia. También dispone de dos LEDs de gran luminosidad para poder ver en todo tipo de condiciones.

Este robot fue presentado en el certamen ROBOLOT 09, celebrado en Olot (Gerona) el pasado 18 de octubre, en donde consiguió el premio al mejor robot de características especiales.

Muerte súbita de la placa Ez Web Lynx

Al conectar la placa de desarrollo del servidor de páginas web EZ Web Lynx a una batería de 12 voltios hemos tenido un percance. Una inversión de polaridad hizo arder el condensador señalado con la flecha roja. Este tipo de condensadores tiene polaridad y la conexión inversa puede destruirlos.

La destrucción de este componente hizo que dejara de actuar la fuente de alimentación y que al módulo EZ Web Lynx no le llegara la tensión de 3 voltios necesaria.

No conociendo las características del componente destruido, hicimos pruebas con algunos condensadores electrolíticos sin ningún éxito, por lo que tuvimos que pensar en otras estrategias.

La placa de desarrollo incorpora dos microcontroladores de Microchip.

Uno de elllos es el PIC16F884 y el otro un PIC16F886.

Ademas del conector para red Ethernet también dispone de conector para puerto serie, del tipo de audio, como los que incorporan los PICAXE.

Al lado del puerto serie existe un sensor de temperatura Dallas DS1631.

De la fuente de alimentación incorporada a la placa se pueden destacar el convertidor de voltaje DC-DC MAX 1626, el transistor de potencia MOSFET F7416 y el diodo rectificador Schottky de gran potencia 2BL4. En la fotografía siguiente (Marcado con una cruz) también se puede ver el condensador electrolítico con el que se hicieron pruebas y que posteriormente se retiró para hacer el puente.

El puente del polo positivo, para saltarse todos los elementos de la fuente de alimentación se situa tal como se muestra en la fotografía siguiente.

Para alimentar la placa hemos comprado en Power Stream un convertidor CC/CC que permite pasar de 12 voltios a 1,5 / 3 / 4,5 / 5 / 6 / 7,5 / 9 /12 voltios. Se vende a un precio de 19,5 $ y el coste del transporte supone otros 69,6 $.

Además de poder seleccionar el voltaje de salida, también se puede elegir entre una gran variedad de conectores.

Aquí se puede ver el selector de voltaje.

Vista inferior de la placa del convertidor CC/CC. En el centro, en amarillo, se puede ver el selector de tensión.

En esta placa se encuentra un integrado de control por modulación de impulsos PWM. Se trata del integrado TL494C de Texas Instruments.

En esta vista superior de la placa del convertidor CC/CC se pueden observar diversos elementos, como los condensadores electrolíticos, otros condensadores, un diodo y una autoinducción. Tambien se puede ver el refrigerador de un regulador de tensión. Nosotros lo desmontamos para identificar el cable positivo y el negativo. El cable positivo resultó estar marcado con unas lineas blancas.

Para 1,5 voltios de salida, la fuente de alimentación proporciona 3 A de salida, con un autoconsumo de 10 mA y una tensión mínima de entrada de 6 V. Para 3 voltios de salida, la fuente de alimentación proporciona 2,75 A de salida, con un autoconsumo de 10 mA y una tensión mínima de entrada de 6 V. Para 4,5 voltios de salida, la fuente de alimentación proporciona 2,2 A de salida, con un autoconsumo de 10 mA y una tensión mínima de entrada de 8 V. Para 6 voltios de salida, la fuente de alimentación proporciona 2,2 A de salida, con un autoconsumo de 20 mA y una tensión mínima de entrada de 9 V. Para 7,5 voltios de salida, la fuente de alimentación proporciona 2,1 A de salida, con un autoconsumo de 20 mA y una tensión mínima de entrada de 10 V. Para 9 voltios de salida, la fuente de alimentación proporciona 2,1 A de salida, con un autoconsumo de 20 mA y una tensión mínima de entrada de 10 V. Para 12 voltios de salida, la fuente de alimentación proporciona 2 A de salida, con un autoconsumo de 30 mA y una tensión mínima de entrada de 14 V.

La tensión máxima a que se puede conectar la placa es a 30V. El sistema de conectores de salida permite cambiar de forma sencilla la polaridad.

Servidor de páginas web EZ Web Lynx

Este pequeño módulo de 40 x 18 x 26 mm se alimenta con 5Vcc e integra un completo servidor de páginas web que permite el control de procesos on line a través de la red. Se puede integrar de forma sencilla en todos nuestros proyectos y aplicaciones que requieran un control remoto reduciendo así los tiempos de desarrollo. Las páginas web se pueden programar de forma dinámica en HTML sin necesidad de otros conocimientos técnicos o lenguajes de programación. Ingenieria de Microsistemas Programados lo vende a un precio de 43 €.

Entre las características mas relevantes del EZ Web Lynx cabe citar las siguientes:

Alimentación única de 5Vcc.
Hasta 11 líneas digitales de entrada.
Cualquiera de las líneas de entrada se puede también configurar como líneas digitales de salida.
Hasta 5 entradas analógicas con valores de entrada de 0 a 5V.
2 Líneas para comunicación serie a 9600 baudios, 8 bits de datos, 1 de stop y sin paridad.
2 Líneas para comunicación I2C con los sensores de Dallas y monitorizar así temperatura en Fahrenheit o Celsius.
Posibilidad de bloquear el módulo mediante el empleo Password, evitando así que pueda ser modificada su configuración.
Posibilidad de bloquear la configuración de cualquiera de las líneas de E/S.
256 registros de propósito general volátiles y otros tantos no volátiles.
Buffer de entrada serie que permite capturar tramas de datos desde un controlador Host.
Capacidad de envío de e-mails en función de eventos externos y de estados internos.
Permite definir un código ID que identifica cada módulo EZ Web Lynx en una aplicación en particular.
Permite una total configuración de los parámetros propios de una red como la dirección IP, máscaras, etc.

El módulo EZ Web Lynx tiene un manual en inglés y se suministra con un CD con el programa EZ Web Lynx IDE. Esta aplicación consiste en un completo entorno de desarrollo que permite la edición de la página web en el lenguaje HTML, simulación de funcionamiento de la misma, compilación para obtener una imagen binaria de esa página y la descarga o grabación sobre el propio módulo EZ Web Lynx.

La empresa que fabrica el servidor EZ Web Lynx también distribuye un kit de desarrollo a un precio de 149 dólares. La descripción del kit de desarrollo la podemos encontrar aquí.