Diseño e implementación de una interfaz hardware en lazo cerrado Wi-Fi adaptable para redes de comunicación con múltiples protocolos

Abstract

En esta tesis se presenta la investigación, diseño, desarrollo e implementación de tres interfaces para simulaciones y validaciones hardware-in-the-loop. Estás interfaces tienen la flexibilidad de ser elegidas dependiendo de la aplicación, así como de la distancia entre la planta y la ECU para elegir el protocolo más idóneo. Este trabajo aporta tres interfaces funcionales y verificadas en tiempo real con diferentes familias y arquitecturas de microcontroladores. También, se aportan prototipos funcionales de bajo costo como solución a los elevados precios que representa adquirir equipos para simulaciones de sistemas digitales en tiempo real de marcas comerciales. Dichos sistemas a pesar de sus elevados costos no aportan flexibilidad y variedad en los protocolos que las actuales aplicaciones demandan. En los últimos años y con el auge del internet de las cosas la interconectividad de los sistemas digitales se ha vuelto una prioridad. A diferencias de las mayoría de estos dispositivos, cuando se habla de sistemas robustos con procesamiento de ecuaciones y modelos matemáticos más que una alta transferencia de datos la importancia está en los tiempos de latencia con que se comunican los sistemas. Este trabajo se une y aporta a los diferentes esfuerzos e investigaciones hechas por diferentes universidades para poder realizar simulaciones y verificaciones de sistemas distribuidos y que son presentadas en el estado del arte. Se presenta un amplio resumen de cada uno de los protocolos; CAN, IEEE 802.15.4, y Wi-Fi. También, se presenta la metodología y los códigos para la implementación de cada uno de ellos en diferentes familias y arquitecturas de microcontroladores. La parte más fuerte se encuentra en el diseño e implementación de las interfaces en tiempo real que se forman con estos protocolos que dan flexibilidad y mayor alcance para sistemas hardware-inthe- loop distribuidos. Por ultimo se compara el desempeño de las interfaces contra sistemas comerciales e interfaces seriales UART en tiempo real. Primero se trabaja con una plataforma comercial dSPACE para validar tanto el modelo matemático de la planta y los algoritmos de control super-twisting. Se estable una interfaz UART propia de la dSPACE y se verifican los algoritmos de control para establecer un punto de comparación. Después, esta respuesta es la referencia para validar los prototipos desarrollados, así como los modelos generados por el generador de código automático sin costo que serán utilizados en cada una de las interfaces Los resultados son presentados y avalados con las publicaciones derivadas de esta tesis, así como una patente para un sistema de adquisición de datos con múltiples protocolos.