En mi post anterior vimos dos practicas sobre antenas satélites. La primera consistía en buscar la orientación de los satélites Astra e Hispasat con una app. La segunda fue comprobar con el medidor de campo una antena parabólica. Hoy os voy a mostraros un video practico de como orientar una antena parabólica en elevación (angulo vertical) y azimut (angulo horizontal). Se trata de una parabólica hacia el satélite Astra y el técnico por su acento parece del sur y que ya a orientado muchas antenas ya que conoce el angulo de elevación, la orientación azimut (dice que hacia el este) y el angulo LNB, dice que a las 7h). Después de esta colocación aproximada, la ajustara de una manera mas fina con el medidor de campo.
Los cálculos podían haberlos realizado numéricamente como hemos visto en post anteriores o obtener los datos de la app Satfinder.
En entradas anteriores os había hablado de temas relacionados con la TV satélite. Por ejemplo cuando hable de su recepción en el equipo de cabecera y cuando hice una introducion a la tv satélite. En el presente post os hablare en mayor profundidad sobre la TV satélite.
1. Enlaces de radiofusión satélite.
La comunicación vía satélite se puede resumir en 4 pasos
1.1 En el centro de producción de programas de TV se graban los telediarios, shows, etc y también se controla la programación no grabada (Películas, series, documentales, etc) para ser enviados vía fibra, cable o ondas hacia la estación terrestre transmisora.
1.2 La estación terrestre transmisora convertirá las señales recibidas en ondas electromagnéticas y las enviara hacia el satélite. La frecuencia típica de las ondas ascendentes es de 14 GHz.
1.3 Los satélites recibirán estas ondas ascendentes, su modulo transpondedor las transformara en ondas descendentes que volverá a direccionar hacia la tierra, pero con una frecuencia típica de 12 GHz.
1.4 Las antenas parabólicas de recepción que están orientadas a un satélite especifico, recibirán las señales descendentes en forma de onda, la transformaran en señales eléctricas que serán decodificadas para que el televisor pueda reproducir cada pixel RGB.
2. Características de los canales satélite.
Las principales características que definen un canal de televisión satélite son: Frecuencia de transmisión, Banda de transmisión y la polaridad de la señal (vertical u horizontal). Tambien debemos tener en cuenta la posición del satélite en la orbita geoestacionaria (fija desde un observador que este situado en la tierra)
Podemos ver en la imagen un bloque LNB (Low Noise Block) con las cuatro salidas posibles:
Banda baja horizontal
Banda alta horizontal
Banda baja vertical
Banda alta vertical
La modulación utilizada para la transmisión de TV satélite es la modulación QPSK, una modulación complicada de la que os pongo un enlace por si queréis saber mas. Si os fijáis PSK ya lo vimos en el post sobre modulación.
Por tanto en PSK los 0s son cuando la onda se iniciaba con una fase negativa y los 1s cuando la onda se iniciaba con una fase positiva. La Q de QPSK significa Quadrature, debido a que se trata de una onda compleja con 4 polos distintos: Uno a 45º, otro a 135º, 225º y 315º.
Por tanto los bits de información se transmitirán en el espacio de la siguiente forma:
3. Elementos de recepción de la señal de TV satélite.
El presente blog tiene como protagonista las ICTs, por ello es importante que nos centremos en los elementos de recepción de señales satélites en la ICT, es decir las antenas parabólicas receptoras y su unidad de decodificación. Podemos considerar que los elementos de recepción son tres:
Reflector: Se trata de una superficie parabólica capaz de concentrar las ondas de satélite en un punto llamado foco.
LNB (Low Noise Block): Se coloca justo en el foco para recibir la señal electromagnética concentrada y transformarla en una señal eléctrica. Como hemos visto al principio del post, si es capaz de captar 4 señales diferentes tendrá 4 salidas.
Unidad decodificadora: Es capaz de decodificar la señal eléctrica modulada en la señal eléctrica capaz de reproducir los colores en los pixeles de la televisión. En ICT 2 se exige que la unidad decodificadora sea colectiva. Por supuesto en las viviendas que no exista esta instalación colectiva el receptor se encuentra en el interior de la vivienda individual
Elementos recepción individual
Unidad interior de decodificación en un edificio colectivo (debajo del equipo de cabecera)
4. Ajuste y orientación de las antenas parabólicas.
Para la correcta orientación hacia un satélite (Astra o Hispasat), sera necesario ajustar los dos parámetros básicos:
Elevación: Orientara hacia la altura que se encuentra el satélite
Azimut: Orientara la proyección horizontal de la posición del satélite
Obtención de la elevación:
La formula de la elevación es:
Siendo
Donde θ es el ángulo de la latitud norte del lugar donde se encuentra la antena y el Φ es la diferencia entre la longitud oeste del lugar y la longitud oeste del satélite
Ejemplo de obtención de la elevación:
Vamos a obtener los datos de elevación de una antena ubicada en Daimiel (latitud norte de 39,08º, longitud Oeste de - 3,62º' y declinación magnética de 4,5º).
Para orientar hacia el Satélite: HISPASAT (longitud de 30º Oeste).
Solución:
Para calcular E:
Necesitamos hallar β
Donde θ = latitud norte del lugar = 39,08º
Φ= longitud oeste del lugar - longitud oeste del satélite= -3,62º - (-30º) = -3,62 +30 = 26,38º
arctg (cos 46,21º - 0,15127) / sen 46,21º= arctg 0,743 = 36,6º Angulo de elevación respecto a la horizontal de la antena de Daimiel hacia el satélite Astra
Obtención del Azimut:
Para conocer el giro de la antena respecto a un eje vertical usaremos la siguiente formula
Donde los ángulos son antiguos conocidos: θ es el ángulo de la latitud norte del lugar donde se encuentra la antena y el Φ es la diferencia entre la longitud oeste del lugar y la longitud oeste del satélite
Calculamos el Azimut para Daimiel e Hispasat según los datos del ejercicio anterior del calculo de la elevación:
Hoy os voy ha mostrar una web que he desarrollado capaz de recoger los datos de una ICT y enviarlos automáticamente a una hoja de calculo mía. La cual he programado mediante formulas para que sea capaz de hallar la atenuación hasta una toma, así como el nivel de señal en dicha toma.
La dirección URL de mi web calculadora de ICTs es:
Ahora voy a tratar el tema con una mayor profundidad.
1. Definición
La fibra óptica es uno de los mecanismos de transporte de datos mas usados en la actualidad, debido a que permite transmitir ingentes cantidades de datos a increíbles velocidades (todos conocemos la velocidad a la que viaja la luz c=300.000km/sg, para hacernos una idea, una vuelta al mundo por el ecuador son 40.000km).
Una de las ventajas con respecto a los medios basados en electrones es que los pulsos de luz son inmunes a interferencias electromagnéticas.
En la fibra óptica los pulsos de luz (1s) o su ausencia (0s) se transmiten a lo largo de un núcleo central de vidrio o plástico cubierto de un revestimiento que imposibilita la salida de luz al exterior.
El fenómeno óptico que posibilita la transmisión continua del pulso de luz a lo largo del núcleo central, es el TIR (Total Internal Reflection): Cuando un rayo de luz debería atravesar de un medio a otro, con un determinado angulo, puede ocurrir que se reflecte completamente la luz en la frontera de los distintos medios, de forma que la luz no atraviese esa frontera y pueda continuar sin perdidas. Para entenderlo mejor podéis ver el siguiente video a partir de 1m 50sg
Tambien podemos ver el fenómeno de reflexión interna total en el siguiente esquema:
2. Sistema de transmisión
El conjunto de los elementos para transmisión de información mediante fibra óptica pueden resumirse en los siguientes elementos:
Codificador de la información eléctrica al medio de luz.
Fuente de luz, generalmente Laser (Light Amplification by Stimulated Emision of Radiation) o LED (Light Emitting Diode)
Fibra óptica como medio de transmisión
Receptor de luz
Decodificador para transformar la información en la señal eléctrica original
Estos elementos podéis verlos en el siguiente esquema:
3. Cables de fibra óptica
La composición básica de este medio de transmisión es la siguiente:
Núcleo óptico (core). Parte interna donde se propagan los pulsos de luz con la información. Posee un alto indice de refracion tal que con el angulo de incidencia de la luz es capaz de producirse la reflexión total en la superficie. Las fibras monomodos tienen un diámetro de 9 μm y las multimodo entre 50 y 62,5 μm.
Funda óptica (cladding), Es el recubrimiento intermedio que actúa de elemento con diferente indice de refracción para confinar los pulsos ópticos dentro del núcleo. Generalmente es del mismo material que el núcleo, pero con aditivos que le hacen variar el indice de refracción.
Revestimiento de protección (coating). Se trata de un revestimiento de plástico que sirve para envolver la fibra, aislándola y protegiéndola de ralladuras, cortes, etc. En ocasiones para aumentar la protección y el tamaño del conductor, después del coating, existen unas fibras aislantes y otro nuevo recubrimiento plástico.
A continuación os muestro un esquema de la composición de un cable de fibra óptica:
4. Tipos de fibra óptica.
Existen dos tipos básicos: monomodo y multimodo. Siendo la definición de modo como un camino de propagación de los pulsos de luz a traves de un único núcleo.
4.1 Fibra monomodo: Ofrece una gran capacidad de transporte de la información; aunque, debido a sus pequeñas dimensiones, su instalación es complicada; ya que el diámetro de sus fibras es muy pequeño. La propagación de la señal sigue longitudinalmente al eje de la fibra. Solo transmite un haz de luz, aunque a mucha distancia. En general el núcleo o core tiene una composición distinta a la funda o cladding, por lo que también se la conoce como fibra de indice escalonado.
4.2 Fibras multimodo: Tienen un diámetro de Core mucho mayor, lo que les permite que puedan transmitirse diferentes haces de luz por el mismo núcleo. En las fibras multimodo por utilizar diferentes caminos de transmisión al mismo tiempo, se producen fenómenos ópticos de dispersión lo que reducen la distancia de transmisión. Es decir, conducen mas canales de información, pero a menor distancia que las fibras monomodo. El núcleo, al tener un mayor tamaño, es mas económico de producir, por tanto la fibra multimodo es mas barata. Tambien por este mayor tamaño es mas sencillo su acoplamiento mediante fusión. Existen dos tipos de fibras multimodo:
4.2.1 De indice gradual: En las cuales la variación entre los indices de refracion núcleo/revestimiento es gradual, según el angulo de incidencia cada haz reflejara en una zona lo que permite que los rayos viajen a distinta velocidad, (menor cuando el angulo critico sea menor)
4.2.2 Salto de indice: Existe una discontinuidad entre los indices de refracción del núcleo y del revestimiento. Las reflexiones de loa distintos haces de luz se producirán siempre en la frontera única según el angulo de incidencia.
5. Clases de fibra óptica (según sus especificaciones)
La fibra multimodo esta disponible en 5 clases aquí tenéis sus especificaciones
La fibra monomodo solo tiene 2 clases: OS1 y OS2. Con un diámetro de núcleo mucho menor
6. Tipos de conectores para fibra óptica
Según su estructura física, podemos clasificar los conectores de la siguiente manera:
Conector FC(Fiber Conecctor): Conexion mediante rosca.
Conector ST de pinta recta (Straigh Tip). Fue impulsado por la empresa AT&P y durante unos años fue el mas utilizado para fibras monomodo.
Conector SC de conexión recta (Straigh Connector). Con el tiempo ha ido sustituyendo a los conectores ST por su facilidad de instalación y su tamaño reducido.
Conector LC (Lucent Technologies Connector). Lleva el nombre de la empresa que lo desarrollo. Sistema de anclaje/desanclaje muy similar al conector RJ45.
Según el tipo de pulido de los conectores, podemos clasificarlos de la siguiente manera:
Pulido plano. Método antiguo, actualmente en desuso por su mal acabado.
Pulido PC (Physical Contact). Pulido artesanal, con un angulo de 30º
Pulido SPC (Super Physical Contact). Pulido a maquina pocas perdidas
Pulido UPC (Ultra Physical Contact). Pulido mas fino, perdidas mínima.
Pulido APC (Angled Physical Contact). Pulido ultra fino y con un angulo de 8º.
Para una instalación ICT actual, los conectores deben ser SPC, UPC o APC, con su correspondiente adaptador para conexión en el registro principal óptico del edificio y en la roseta optica del PAU de cada vivienda.
7. Tipos de empalmes para la unión de cables de fibra óptica
Empalme por fusión: Unión mediante una maquina de fusión o fusionadora. Primero alineamos con precisión las dos fibras. Después en el punto de unión se genera calor mediante un arco eléctrico que las suelda (perdidas por debajo de 0,1 dB).
Empalme por unión mecánica: Unimos dos fibras alineadas mediante un conector de reducidas dimensiones que las asegura mecánicamente. Perdidas varían entre los 0,1 y 0,8 dB.
8. Cajas y rosetas de una red de fibra óptica:
Caja de interconexión: Es una caja que se conecta a la entrada del edificio y hará las funciones de registro principal óptico para dividir la señal óptica a las distintas viviendas. Se distinguen dos áreas: El modulo de entrada para las redes de distintos operadores de fibra y el modulo de salida hacia la red de fibra interior del edificio.
Caja de segregación: Se utilizan para proteger y mantener los nodos y empalmes dentro de la red interior del edificio. Discriminara (segregar) los lugares a donde dirigir los cables dentro de la red de distribución. Es importante señalar que la caja estará diseñada para garantizar que los cables mantengan un radio de curvatura mínimo de 15mm, puesto que radios de curva menores podrían romper la fibra
Roseta de fibra óptica: La roseta aloja la terminación de la red de fibra justo donde se conecta el usuario, generalmente mediante un Router que conexionara la red de internet y la red local de la casa mediante WiFi o cables JR 45.
A continuación podéis ver un video de funcionamiento de una fusionadora de fibra:
Hoy os presento el desarrollo de una app de internet de las cosas avanzada.
Os había mostrado en una entrada anterior una app capaz de enviar la apertura/cierre de un riego a un canal de servicios IoT.
Hoy voy a ampliar mas esta app, con una segunda pantalla, en la cual se podrá realizar una consulta al servidor IoT de cual es el estado del riego, en el caso de que el riego este cerrado pondrá una foto de un aspersor sin funcionamiento y un texto de que no trabaja: en cambio si el riego esta en 1, el algoritmo de programación hará que se ponga una foto de un aspersor abierto y pondrá que esta funcionando.
La pantalla de diseño para la ampliación de la app sera:
Los bloques de programación para la nueva pantalla son:
Explicación de los bloques:
1. Cuando se pulse el botón "pantalla inicio" ira a la pantalla de envió de datos.
2. Cuando se pulse el botón "ver estado del canal de riego":
* Pondrá en web 1 la URL de captura del json con el ultimo estado del canal (vimos esta URL en mi ultima entrada)
* Conseguirá el texto que produce esta URL.
3. Creamos la variable ultimo dato y la iniciamos con el valor 2.
4. Bloque muy largo en resumen:
* Una vez se ha conseguido el texto de la web pone la variable ultimo dato como el tato del json que esta pareado con el field 1
* Si la variable del ultimo dato es 0, pone la foto del riego cerrado y el texto del "riego cerrado".
* Si la variable del ultimo dato es 1, pone la foto del riego abierto y el texto del "riego abierto".
En anteriores entradas habíamos visto como escribir datos en una canal de IoT, pero los actuadores necesitan leer estos datos para poder actuar. Es decir, un sensor o un botón envía los datos al servidor IoT (os lo he mostrado con los botones ON y OFF de mi app IoT), pero luego el actuador motor, riego, bombilla, alarma, etc debe leer estos datos para encenderse y apagarse. ¿Como puede leerlos?
Como vamos a ver lo hace a traves de una consulta o pregunta por medio de una URL, cuando se envía esta, instantáneamente se abre una web en el navegador con la respuesta, veamoslo como un ejemplo:
La URL de consulta de últimos datos en mi canal RMN-IoT - Riego en thinkspeak esta en: API Keys - > Read a Channel.
Enviando esta URL en el navegador, nos dará como respuesta los datos de los dos últimos envíos que se han realizado al canal (si pusiéramos al final 5, nos devolvería los 5 últimos datos). Enviamos la URL y obtenemos este resultado:
{"channel":{"id":2079861,"name":"RMN - IoT - Riego","description":"Canal para abrir/cerrar un aspersor para riego","latitude":"0.0","longitude":"0.0","field1":"Field Label 1","created_at":"2023-03-24T16:42:08Z","updated_at":"2023-03-24T16:42:35Z","last_entry_id":15},"feeds":[{"created_at":"2023-03-29T18:05:11Z","entry_id":14,"field1":"0"},{"created_at":"2023-03-29T18:08:43Z","entry_id":15,"field1":"1"}]}
Analizando el texto resultante, vemos que pone el nº identificativo del canal, el nombre, la descripción, cuando se creo, numero de entradas totales y finalmente la fecha y dato (1 o 0), de los dos últimos envíos.
Ejemplo de consulta de 5 últimos datos:
En la siguiente entrada veremos un ejemplo práctico con una app capaz de leer los datos de mi canal y poner una foto de un riego abierto si el último dato es un 1 o un riego cerrado si el último dato es un 0.
Pero antes, vamos a simplificar toda la respuesta, para tener solo lo relativo al último dato, es decir, sin nombre del canal, descripción, etc... El último paréntesis con los datos separados por comas: (created at..., entry id..., field1...), lo que en informática se conoce como un json.
Para ver solo el último dato de forma abreviada en un json, hacemos los siguientes paso:
Primero: Borramos en la URL de lectura (https://api.thingspeak.com/channels/2079857/feeds.json?results=2) a partir del símbolo ? y escribimos tras ? api_key= junto a la Read key de lectura de nuestro canal: api_key=HCCH2UNNI7O9WDGL:
Como veremos en la próxima entrada, hay formas de conseguir solo el dato asociado a field1 para que pueda ser utilizado por cualquier recurso domótico/electrónico. En nuestro caso será una aplicación de un móvil.
