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Un analizador de protocolos es un instrumento que permite observar los distintos protocolos que circulan por la red, de forma que analizando dichos protocolos se puede conocer si dos dispositivos intercambian información correcta o por el contrario no pueden comunicarse debido a la falla en el protocolo.

Se debe tener en cuenta que el analizador de protocolos puede ser una herramienta software implementada en un ordenador.

Actividades

4. Describa de forma resumida dos protocolos de comunicaciones que actualmente se utilizan en la comunicación de redes de datos.

Kit de medición de potencia óptica

En la actualidad multitud de instalaciones de redes se están realizando a partir de cableado de fibra óptica, por lo que es necesario dispositivos que permitan comprobar el correcto funcionamiento de estas.

Por lo general, un kit de medición de potencia óptica constará de una fuente emisora láser que permita la emisión de las longitudes de onda adecuadas a la instalación, así como un equipo receptor de la señal tras su paso por la fibra. Este segundo dispositivo es el que proporcionará la medida de la potencia óptica en el extremo de la fibra tras la atenuación que se produce en su tránsito.

Verificación de sistemas de video

Los sistemas de video en la actualidad son cada vez más importantes a la hora de realizar una instalación de automatización de un edificio. Estos sistemas pueden tener distintas vertientes, desde el ocio hasta la videovigilancia del edificio.

Para su correcta instalación y ajuste existen diversos dispositivos de apoyo que es necesario conocer y que serán comentados brevemente en este apartado.

Medidor de intensidad de campo

Un medidor de intensidad de campo es un instrumento usado para la verificación de las señales de video que se transmiten por los diversos medios existentes.

Estos dispositivos permiten comprobar la potencia de la señal a una frecuencia o canal determinado. También dan información sobre la modulación y codificación de la señal, así como permiten conocer si estos están de acuerdo a los estándares establecidos para la transmisión de video.

Medidor de campo

Estos dispositivos ampliamente utilizados por las empresas de instalación de ICT son también muy útiles a la hora de la instalación de automatización de un edificio, siendo necesarios para la verificación de sistemas de circuitos cerrados de televisión (CCTV), así como para la implementación de sistemas multimedia en el hogar.

Sabía que...

En la actualidad se está implementando ampliamente el estándar HD-SDI (High Definition Serial Digital Interface), en el cual el sistema de CCTV permite la visualización de las imágenes captadas por el sistema de video vigilancia en Full-HD permitiendo su conexión a un TV Full-HD por medio de conexión HDMI.

Tester para CCTV

El analizador de intensidad de campo es un instrumento muy versátil y con posibilidad de usar en multitud de aplicaciones, pero existen instrumentos más específicos a la hora de verificar instalaciones de CCTV.

El tester para CCTV es un dispositivo empleado específicamente para este fin. Estos dispositivos están dotados de un conjunto de entradas que permiten conectar las cámaras de video vigilancia para realizar una verificación directa de ellas. Los tester incluyen facilidades para verificar los protocolos y estándares más usados en CCTV.

Actividades

5. Busque información en catálogos de fabricante de diversos tester de CCTV y realice un esquema con las características y especificaciones que tienen.

Generador de cartas patrón

El generador de cartas patrón genera una señal de video con un patrón determinado de forma que permite el control y ajuste de un determinado canal de televisión o de un monitor. Este dispositivo se utiliza para ajustar los monitores de CCTV.

Sabía que...

Las cartas de ajuste que emiten ciertos canales de televisión son cartas patrón para el ajuste y configuración de dicho canal.

Por lo general, estos dispositivos permiten la comprobación de diversos tipos de estándares de pantallas, siendo los más habituales en la actualidad HDMI, RGB y VGA, aunque en sí el patrón o patrones que un dispositivo concreto genera no está estandarizado y por lo tanto se deberá consultar el manual de fabricante para conocer los parámetros concretos que definen el patrón.

Carta de ajuste para verificación y calibración de un sistema de visualización de vídeo (© Fotografía: Ebnz, vía web-CC BY-SA 3.0)

Un patrón determinado permite la comprobación y el ajuste de multitud de parámetros.

Actividades

6. Las señales de video se generan según dos estándares, PAL y NTSC. ¿Cuáles son las diferencias básicas existentes entre ellos?

Verificación de los sensores y actuadores de la instalación

Para que la red domótica e inmótica funcione de forma adecuada es necesario la verificación y en su caso calibración de los diversos sensores y actuadores que pueden encontrarse en las mismas.

En este punto es importante comentar que existe una gran cantidad de sensores en el mercado de la domótica con diversas formas de operar. Para su comprobación y calibración será necesario atender al manual del fabricante de forma que se cumplan los parámetros establecidos, parámetros que deberán ser comprobados.

Sensor de humedad y sensor de movimiento (© Fotografía: Guillaume Piolle y Oomlout, vía web-CC BY-SA 2.0)

Debido a esto disponer del equipo necesario para la prueba de estos dispositivos es complejo.

Algunos aspectos que se deben de comprobar son:

1 Comprobación del conexionado. Muchos sensores tendrán terminales para alimentación y terminales para datos o señal. Será conveniente verificar que estos terminales están conectados de forma correcta. Para ello, se realizará una inspección visual.

2 Confirmación de la alimentación de los sensores y actuadores.

3 Confirmación de que la transmisión de señales de los sensores es correcta y se encuentra dentro del rango de medida. Para ello, se deberá escoger el instrumento adecuado en función de las señales que proporciona el sensor. En muchas ocasiones un multímetro permite conocer la tensión que proporciona el sensor según su estado; en otros casos se deberá recurrir a instrumentos más específicos como por ejemplo un analizador de protocolos.

4 Comprobación de que los sensores están correctamente calibrados y proporcionan una información real.

5 Confirmación de que los actuadores reciben de forma correcta las órdenes y operan de forma adecuada.

Aplicación práctica

Se requiere verificar un sensor de iluminación para el que el fabricante proporciona sus características técnicas en el manual del dispositivo, siendo las principales:

1 Tensión de alimentación: 230 V.

2 Tensión de señal de datos: 0 V / 5 V.

3 Tipo de comunicación: Digital (0 V-No hay luz/5 V-Hay luz).

Realice el proceso de verificación de este sensor indicando los instrumentos de medida que se usarían.

SOLUCIÓN

En primer lugar, se debería hacer una comprobación visual del dispositivo viendo que este esté conectado de forma adecuada en cuanto a los diversos terminales que presente, es decir, los terminales de alimentación estén conectados a los cables de alimentación y los terminales de datos a los cables de datos del sistema domótico.

Tras la verificación de que la conexión es correcta se procede a alimentar el dispositivo. En este caso se tiene un dispositivo que se puede alimentar directamente a la tensión de la red de alimentación de la vivienda.

La medida de la alimentación se realizará utilizando un voltímetro colocándolo en paralelo con los terminales de alimentación del sensor.

En cuanto a la señal de datos, la comprobación se realizará también por medio del voltímetro midiendo la tensión en los terminales de datos del sensor. Habrá que comprobar las tensiones tanto en estado de oscuridad, en cuyo caso se deberán obtener 0 V y en estado de iluminación 5 V.

4. Verificación de parámetros

A la hora de la comprobación de una instalación domótica o inmótica será necesaria la comprobación de diversos parámetros, tanto generales de la instalación como particulares de diversos dispositivos o subsistemas.

Recuerde

Las instalaciones domóticas son aquellas realizadas sobre edificios de viviendas, mientras que las instalaciones inmóticas son llevadas a cabo en edificios de uso terciario.

En este punto se estudiarán los parámetros básicos que es necesario verificar.

4.1. Parámetros de las instalaciones domóticas e inmóticas

Debido a la existencia de multitud de posibilidades a la hora de la automatización de un edificio determinado, será necesario comprender un conjunto de parámetros que definen el tipo de instalación y sus características.

Entre estos parámetros se deberán considerar y conocer aspectos como los requisitos de la instalación, teniéndose en cuenta tanto los requisitos generales a todas las instalaciones como los particulares de cada instalación concreta.

También se deberán conocer las tecnologías actuales con mayor aceptación a la hora de implementar la domotización de una vivienda o realizar un sistema inmótico en un edificio. Estas tecnologías definen cómo será la estructura y el funcionamiento de la instalación.

Por ello, en este punto se va a realizar una introducción a los requisitos de la instalación, así como a las tecnologías más habituales en la actualidad.

4.2. Requisitos de la instalación

Los requisitos de una instalación domótica o inmótica se pueden clasificar como requisitos generales de la instalación y requisitos particulares.

Los requisitos generales son comunes a todas las instalaciones y en estos se deben considerar la verificación de los sistemas de alimentación, y la seguridad funcional de las instalaciones.

En cuanto a los requisitos particulares para cada instalación, se deberán considerar su topología, forma de instalación, protocolos de comunicación entre dispositivos, tipos de cables utilizados, sistemas de comunicaciones inalámbricos, etc.

Dentro de los requisitos particulares a la hora de implementar una red de automatización de un edificio es importante considerar cómo serán controlados los distintos elementos que comportan la red y conocer las tecnologías existentes que permiten realizar el control domótico en las distintas formar.

En este punto cabe decir que en la actualidad existen un gran número de tecnologías tanto propietarias, como de carácter abierto a la hora de diseñar una red domótica, lo que conferiría a este estudio una gran extensión y complejidad por lo que se comentarán a continuación.

Tipos de control y arquitectura de la red

Se puede decir que el sistema de control de la red domótica e inmótica permite que la instalación funcione de forma correcta sincronizando actuadores y sensores de forma adecuada.

El tipo de control que se emplee en la instalación domótica va a determinar en gran medida los instrumentos de medida y procesos de ajuste que requiere la instalación.

Además, dependiendo del tipo de control a emplear en la instalación se determinará su topología, el tipo de cableado y de dispositivos a usar en ella.

A continuación, se van a examinar los principales tipos de control para tener una idea de las necesidades que cada uno de ellos introduce a la hora de su verificación y ajuste.

Sistema de control centralizado

En este todas las funciones de control se centran en un único dispositivo o centralita sobre la que se conectan todos los sensores actuadores e interfaces.

La información recibida por los sensores es procesada por la centralita domótica, que en respuesta al estímulo recibido enviará la correspondiente señal al actuador adecuado para que se realice la función requerida.

Como ventajas este sistema suele tener un menor coste y suele ser más fácil de implementar aunque requiere mucho cableado, ya que hay que conectar cada nodo de la red con la centralita.

Actividades

7. Vantage y Crestron son dos marcas comerciales para la automatización de edificios. Seleccione 2 productos para el control de la iluminación de cada uno de estos fabricantes y realice un resumen con sus características principales.

El inconveniente fundamental del sistema de gestión centralizado radica en que si falla la centralita el sistema completo quedaría en desuso. Además un sistema centralizado dificulta las posibilidades de ampliación de la instalación de automatización.

Sistema de control distribuido

En este caso no existe un elemento principal de control, todos los dispositivos de la instalación domótica se interconectan por medio de un bus de comunicación donde se difunden las señales procedentes de sensores, actuadores e interfaces. Cada componente de la red deberá tener la capacidad de procesamiento suficiente para poder interpretar las señales provenientes de los otros componentes y actuar en consecuencia. Se puede decir en este caso que cada elemento contiene su propio sistema de control domótico.

En este caso el protocolo de comunicaciones entre dispositivos es muy importante para evitar colisiones en la red.

En este tipo de sistemas si falla un dispositivo, el resto puede seguir funcionando gracias a la capacidad propia de procesamiento.

Por otro lado, los sistemas distribuidos son modulares y por lo tanto pueden ser fácilmente ampliados simplemente conectando nuevos dispositivos al bus.

Eso sí, su coste suele ser mayor que en el sistema centralizado principalmente debido al coste individual de cada dispositivo de la red.

Actividades

8. Actualmente el sistema distribuido con mayor difusión en Europa es KNX. Acceda a la página web de la organización KNX, en la zona de comunidad (http://www.knx.org/es/comunidad/index.php) y realice un listado con los 6 fabricantes de España que aparecen en él listado.

Sistema de control mixto

Este sistema de control es una combinación de los dos anteriores, en este coexisten centralitas de control domótico con dispositivos con cierto grado de procesamiento y por lo tanto de control. Las centralitas controlan ciertos elementos de la red comunicándose directamente con ellos.

Por otro lado, unas centralitas pueden estar conectadas con otras por medio de buses de comunicación para intercambiar información del estado de la instalación. Además, en este sistema se pueden encontrar dispositivos autónomos o interconectados entre si gracias a su propia capacidad de procesamiento.

Recuerde

Entre los sistemas domóticos e inmóticos se pueden encontrar tres arquitecturas básicas dependiendo de cómo se implemente el sistema de control de la instalación, pudiendo ser el tipo de control:

1 Control centralizado.

2 Control distribuido.

3 Control mixto.

Aplicación práctica

Se quiere realizar una red de automatización de un edificio en la que se pretende realizar una configuración mixta.

La configuración consta de 2 buses, un bus con un sensor y una interfaz de usuario y un segundo al que se conecta una centralita de control domótico que interconecta ambos buses, un sensor y dos actuadores.

Represente en un diagrama como sería la instalación.

SOLUCIÓN

Medios de transmisión

Además de la topología de la red el instalador debe conocer el tipo de medio o medios de transmisión que se pretende usar, ya que cada uno de ellos tiene sus características concretas a la hora de la instalación medida y ajuste.

A la hora de hablar de medios de transmisión se pueden hacer distintas clasificaciones. Se puede considerar como clasificación principal o básica aquella que diferencia el medio de transmisión entre medios de cableado para la transmisión de señales y medios de transmisión inalámbricos.

Cada uno de estos medios tendrá sus ventajas y desventajas, como se verán a continuación.

Medios de transmisión cableados

Los medios de transmisión cableados son aquellos en los que la comunicación entre los distintos dispositivos de la red se realizan por medio de un soporte físico, un cable, ya sea coaxial, cable de pares o fibra óptica.

Transmisión por medio de cable coaxial

Este medio de transmisión es poco utilizado en la actualidad debido a que presenta menos ventajas que otros. Pese a ello existen algunos estándares donde se ha usado este tipo de cableado para realizar instalaciones domóticas.

Cable coaxial (© Fotografía: FDominec, vía web-CC BY-SA 3.0)

Transmisión por medio de cable de par trenzado

En el mercado existen diversas alternativas de instalaciones de automatización que hacen uso de este tipo de medio de transmisión.

En edificios con una red de cableado estructurado, pueden ser utilizadas para implementar la red de automatización o parte de ella. Aunque también se pueden encontrar alternativas de bus realizado a partir de cable de par trenzado, pero independiente de la instalación de cableado estructurado.

Actividades

9. Entre sistemas de automatización de edificios por medio de cable de par trenzado se está extendiendo en gran medida el uso del sistema KNK. Busque información en internet sobre este sistema de automatización de vivienda e indica sus principales características.

En el mercado se pueden encontrar distintos tipos de cable de par trenzado con distintas características, entre los cuales son más habituales:

1 UTP (Unshielded Twisted Pair – par trenzado sin apantallamiento), cable par trenzado no apantallado. Estos cables se caracterizan porque su coste es bajo, en comparación con otros estándares aunque al no tener blindaje son más susceptibles a interferencias.Cable de red de pares UTP (© Fotografía: Agott, vía web-CC BY-SA 3.0)

2 STP (Shielded Twisted Pair – par trenzado con apantallamiento), cable par trenzado apantallado. Debido a la presencia de la pantalla la inmunidad al ruido es mejor, permitiendo velocidades de transmisión de datos más altas, aunque también aumenta su coste.Cable STP (© Fotografía: Hurzelchen, vía web-CC BY-SA 3.0)

3 FTP (Foil Twisted Pair) o ScTP (Screended Twisted Pair), cable de par trenzado con pantalla de papel de aluminio. Este es un caso particular de cable STP, pero debido a cómo se implementa el blindaje permite reducir los costes.

Transmisión por medio de corrientes portadoras

En este caso se utiliza la instalación eléctrica de baja tensión para llevar tanto la alimentación como para el intercambio de datos entre los elementos de la red. Es decir, el medio de transmisión por corrientes portadores utiliza la instalación de la red de alimentación eléctrica de la vivienda para la comunicación entre los dispositivos que se quieren automatizar.

La transmisión de datos se realiza a partir de la transmisión de señales a una frecuencia superior a la de la red eléctrica.

En esta señal de mayor frecuencia se envían tramas de bit con la dirección del dispositivo y la acción que se quiere tomar.

La ventaja principal que aporta este sistema es la facilidad de conectividad, ya que simplemente hay que conectar los dispositivos a la red de baja tensión del edifico. Esto permite la instalación en edificios más antiguos que carecen de preinstalación o que el uso de otras alternativas sería complejo.

Este tipo de instalaciones también suelen conllevar un coste menor que otras tecnologías.

Por contra la posibilidad de interferencias, así como de distorsión de las señales que transportan los datos es mayor que en otros casos y por lo tanto se puede dar una mayor tasa de error. Esto implica también una baja velocidad de transmisión de datos.

Otro aspecto importante y negativo de este tipo de instalaciones es el de la seguridad, ya que puede resultar fácil, la intersección o inyección de tramas en la red eléctrica del hogar.

Los elementos básicos de los que consta esta tecnología son:

1 Centralita de control: se encarga de gestionar la comunicación entre los distintos dispositivos de la red, arbitrando de esta forma entre los distintos elementos.

2 Sensores y actuadores: conectados a la red de baja tensión.

3 Interfaces: son dispositivos que permiten la interconexión de la instalación domótica con otro tipo de dispositivo o instalación, realizando la conversión del protocolo.

4 Filtros: debido a que las señales de datos conviven con señales de baja tensión para alimentación de dispositivos será necesario la separación de estas de forma adecuada para que no haya interferencias.

Transmisión por medio de fibra óptica

La transmisión de la información se lleva a cabo por medio de la transmisión guiada de luz. En domótica es poco utilizado, ya que la infraestructura es cara, aunque en edificios con instalaciones de telecomunicaciones realizadas en fibra óptica podría ser una alternativa.

Existen diversos ámbitos en los que el empleo de fibra óptica es una opción de gran valor añadido como por ejemplo ocurre cuando se quieren integrar en el edificio sistemas de ocio en el hogar como la transmisión de audio/vídeo, donde se requieren grandes anchos de banda para una transmisión adecuada.

En cuanto a otros aspectos de la automatización de un edificio las velocidades de transmisión de datos no son tan altas como para que la instalación de fibra óptica resulte adecuada desde el punto de vista coste-eficiencia.

Medios de transmisión inalámbricos

En la actualidad se están realizando grandes avances en lo que respecta a los sistemas de transmisión inalámbrica de datos. Las mejoras en los aspectos de velocidad, fiabilidad y seguridad están haciendo que estos sistemas sean candidatos ineludibles a la hora de realizar una instalación de automatización de un edificio.

A la hora de elegir el medio de transmisión se debe diferenciar entre dos grandes grupos que se comentan a continuación.

Transmisión por medio de radiofrecuencia

La comunicación entre los dispositivos se lleva a cabo por medio de la transmisión de ondas electromagnéticas. En el mercado existen multitud de dispositivos para implementar redes de área doméstica, siendo los protocolos más usados wifi, Bluetooth y Zigbee aunque existen otros.

Actividades

10. Realice una búsqueda de información en internet y realice un cuadro comparativo de estos tres protocolos de comunicaciones inalámbricas donde se incluyan los siguientes puntos:

1 Versiones.

2 Frecuencia de operación.

3 Velocidades de transmisión.

4 Distancia mínima entre dispositivos.

5 Norma o estándar que lo define.

La principal ventaja es su facilidad de instalación y de ampliación, ya que no necesita de la realización de obras para la infraestructura.

Transmisión por medio de radiación infrarroja

En este sistema de comunicaciones se lleva a cabo por medio de la emisión y recepción de luz infrarroja. Como principal ventaja para este sistema se encuentra que la comunicación es inmune a las interferencias electromagnéticas, sin embargo requiere de visión directa (ángulo de visión máximo de 17º a 30º) entre los dispositivos, lo que le confiere muy poca flexibilidad. Además la distancia de comunicación entre los dispositivos que se quieren comunicar es muy corta con un máximo de 10 m usando emisores específicos.

Las velocidades de transmisión de datos, aunque son suficientes para muchas aplicaciones domóticas son bajas.

Ejemplo

Como ejemplo de protocolo de comunicación inalámbrico se encuentra el estándar IrDA. Este permite la comunicación entre dispositivos a velocidades de 4 Mb/s. Una extensión de este protocolo denominada VFIR llega a velocidades de 16 Mb/s.