2.- Estado del Arte
Temas relevantes a tratar en el trabajo de título
Como etapa inicial de este proyecto se debe realizar el diseño del hardware por lo que se requiere buscar componentes que sean apropiadas para dar solución al problema que se plantea. Para que este trabajo se concrete es fundamental poder diseñar, fabricar y ensamblar una PCB, ya que las componentes que se utilizarán para el módem USB especializado son en su mayoría SMD por lo que requieren ser montadas en forma superficial, como por ejemplo los módulos celulares y microcontroladores de la serie MSP430. Por ello, la segunda etapa debe ser el diseño del plano esquemático, el cual una vez terminado, se procede a realizar el proceso de PCB layout que corresponde básicamente al diseño del físico de la tarjeta a fabricar. Para realizar esta tarea se emplea una aplicación CAD como Altium Designer o Cadence OrCAD.
Como tercera etapa se debe diseñar el software del microcontrolador (comúnmente llamado firmware), que como en casi todo sistema embebido, requiere ser realizado utilizando conocimiento de sistemas operativos, ya que deberá realizar varios procesos en forma concurrente. Ejemplo de ello es el manejo de interrupciones, las cuales se presentarán cuando algún ASIC (Application Specific Integrated Circuit) tal como un controlador USB o módulo celular, tenga datos en su buffer de salida producidos por algún evento que deben ser leídos por el microcontrolador. Este software es el que se debe encargar en comunicarse con el módulo celular y el PC del cliente.
Como cuarta etapa se debe diseñar el software que será ejecutado en el lado cliente. Este software está pensado para ser desarrollado en Microsoft C# (CSharp) y ejecutarse en un PC con sistema operativo Microsoft Windows 7. En esta etapa se debe desarrollar el código que se encargará de controlar al modem USB especializado, como también la interfaz gráfica o GUI que verá el usuario final.
Como quinta y última etapa se debe diseñar el software que será ejecutado en el lado servidor. Este software se desarrollará también en Microsoft C# y será ejecutado en un sistema operativo Microsoft Windows XP, Vista o 7. Este software estará encargado de controlar el módem del PC que estará instalado en el servidor que será uno interno convencional conectado a un puerto COM. Para ello es necesario familiarizarse con los comandos AT generales utilizados en módems para realizar operaciones como colgar, discar entre otras.
Trabajos relacionados con los temas a tratar
Tal como se señaló en el documento resumen, se debe desarrollar un módem USB especializado, el cual requiere de varias componentes hardware claves para poder funcionar. Estas componentes claves son: el módulo celular, circuito de multiplexación de simcards, microcontrolador, controlador USB y fuente de alimentación. En cuanto al firmware éste se realizará en ANSI C y el software que controla el módem USB especializado en el lado cliente tanto como el módem convencional en el lado remoto serán realizados en Microsoft C#.
La elección del módulo celular se realizó en base a una nota de aplicación [1] encontrada en internet donde se mostraba un esquema de implementación para conseguir funcionalidad con dualidad de tarjetas SIM. Esta nota de aplicación permitió definir el módulo celular a utilizar (SIM900) y definir en parte el circuito de multiplexación de simcard el cual será modificado durante el diseño para producir la funcionalidad requerida.
Al consultar el datasheet del módulo celular SIM900 [2], se aprecia que cuenta con un puerto de comunicaciones serial asincrónico UART para ser conectado a un microcontrolador o microprocesador maestro el cual debe controlar al módulo. En cuanto al circuito de multiplexación de simcards, se utilizará como conmutador el integrado CD4053 tal como se señala en la nota de aplicación [1].
Para que el módem USB especializado pueda ser conectado a un puerto USB standard en un PC, el hardware a diseñar debe poseer un circuito integrado que permita transformar la señalización USB a una UART convencional que pueda ser conectada directamente al microcontrolador. Este circuito integrado contiene todo el hardware y firmware necesario para realizar la conversión de una manera transparente para el diseñador, de tal forma que no sea necesario estudiar el protocolo USB para poder utilizar las bondades de esta forma de conexión. El circuito integrado más común y recomendado es el FT232R USB UART IC de FTDI [3] que se conecta mediante una UART al microcontrolador.
El microcontrolador que será utilizado para realizar este módem USB especializado es el TI MSP430F5436 [4], el cual cuenta con varios periféricos, entre ellos, varias UARTs para poder conectar distintos dispositivos como es el caso del módulo celular y controlador USB.
Para que exista conectividad entre el PC y el módem USB especializado debe existir un software de alto nivel en el PC lado cliente que tenga la capacidad de comunicarse con el microcontrolador que forma parte del módem USB especializado. Para ello es necesario conocer la forma en como enviar datos al circuito integrado FT232R (controlador USB), cuyo fabricante provee un driver junto con toda su documentación [5] para ser utilizado mediante un entorno de programación como MS Visual C#.
Con toda esta información se tiene un sólido punto de partida para diseñar el plano esquemático y PCB (circuito impreso) del módem USB especializado tanto como el software de PC y firmware del microcontrolador.
Bibliografía
[1] Implementing Dual SIM Functionality using the SIM900, Otto Wireless Solutions.
http://www.otto.co.za/store/dataSheets/product/be6207b0a3442dc3a0a08bd2529300e7.pdf
[2] Sim900 Hardware Design, SIMCom.
http://www.simcom.us/act_admin/supportfile/SIM900_HD_V1.01(091226).pdf
[3] FT232R – USB UART IC, Future Technology Devices International Ltd.
http://www.ftdichip.com/Products/ICs/FT232R.htm
[4] MSP430F5436 - 16-Bit Ultra-Low-Power Microcontroller, 192KB Flash, 16KB RAM, 12 Bit ADC, 4 USCIs, 32-bit HW Multi.
http://www.ti.com/product/msp430f5436
[5] Software Application Development D2XX Programmer's Guide, Future Technology Devices International Ltd. http://www.ftdichip.com/Support/Documents/ProgramGuides/D2XX_Programmer's_Guide(FT_000071).pdf