u754074

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PROYECTO DE GRADO
Presentado a
LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
Para obtener el t́ıtulo de
INGENIERO ELECTRÓNICO
por
Alix Camila Gutiérrez Castillo
SISTEMA DE COMUNICACIÓN TIERRA-AIRE-TIERRA DE UN
VEHÍCULO AEROESPACIAL A 1 KM DE ALTURA
Sustentado el 06 de Diciembre de 2016 frente al jurado:
- Asesor: Johann F. Osma PhD, Profesor Asociado, Universidad de Los Andes
- Jurados : Juan Carlos Bohórquez Reyes PhD, Profesor Asociado , Universidad de Los Andes
FES
Gracias a Dios en primer lugar por permitirme estar donde estoy, a mis papás por
motivarme y ayudarme a cumplir cada uno de mis sueños, a mi hermana por siempre
estar conmigo y finalmente al universo entero por conspirar para alcanzar cada una de
mis metas.
Agradecimientos
Quiero agradecer a mi asesor de tesis Johann F. Osma por permitirme involucrarme en el grupo de
investigación PUA-Saturn y de esta forma poder llevar a cabo este proyecto. A todos mis profesores
quienes aportaron el conocimiento necesario para el desarrollo e implementación de mi tesis.
También quiero agradecer a todos aquellos quienes a lo largo del proyecto y de la carrera estuvieron
apoyándome, especialmente a Sara Rojas y Camilo Gómez quienes estuvieron conmigo en las altas y
bajas de toda la carrera y aportaron en la concepción del proyecto.
Finalmente quiero agradecer a todo el equipo del Proyecto Uniandino Aeroespacial por permitirme
implementar mi tesis en sus poryectos y futuras misiones y por llenarme de conocimiento multidisci-
plinario durante todo el tiempo que estuve involucrada.
i
Índice general
1. Introducción 1
1.1. Descripción de la problemática y justificación del trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2.2. Objetivos Espećıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2. Marco teórico, conceptual e histórico 2
2.1. Marco Teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.1.1. Long range modules: LoRa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.1.2. RFM95 Radio módulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.1.3. Chip SX1276/77/78/79 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2. Marco Conceptual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2.1. Definición de conceptos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.3. Marco Histórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.3.1. Proyecto Uniandino Aeroespacial (PUA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3. Normatividad técnica 8
3.1. Resolución Número 000473 del 23 de Abril de 2010 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.2. Resolución Número 002544 del 14 de Octubre de 2009 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4. Metodoloǵıa del trabajo 10
4.1. Diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4.1.1. Selección de dispositivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4.1.2. Diseño de antena lambda cuartos y código de transmisión . . . . . . . . . . . . . 11
4.2. Implementación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4.2.1. Prueba de transmisión a corta distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4.2.2. Prueba de transmisión de 175m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4.3. Prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.3.1. Montaje de la prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.3.2. Medidas de distancia de env́ıo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.3.3. Env́ıo de paquetes de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.3.4. Registro de tiempos de env́ıo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.3.5. Análisis de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
5. Resultados 15
5.1. Diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.1.1. Selección de dispositivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.1.2. Diseño de circuito y código de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5.2. Implementación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5.2.1. Prueba de transmisión de corta distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5.2.2. Prueba de transmisión de 175m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5.3. Prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5.3.1. Presupuesto de enlace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5.3.2. Montaje de prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5.3.3. Medida de distancia de env́ıo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5.3.4. Env́ıo de paquetes de datos y registro de tiempos de env́ıo . . . . . . . . . . . . . 24
5.3.5. Análisis de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6. Discusión y conclusiones 30
6.1. Trabajos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
ii
ÍNDICE GENERAL iii
Bibliograf́ıa 31
A. Resumen Ejecutivo 33
B. Materiales y proveedores 41
C. Instrumentos 43
D. Códigos de programación 44
D.1. Módulo emisor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
D.2. Módulo receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Índice de figuras
2.1. Diagrama de transmisión y recepción del módulo. Imagen tomada de referencia [1] . . . 2
2.2. Secuencia de env́ıo de modulación LoRa. Imagen tomada de referencia [1] . . . . . . . . 3
2.3. Secuencia de recepción de modulación LoRa .Imagen tomada de referencia [1] . . . . . . 4
2.4. Estructura del Proyecto Uniandino Aeroespacial (PUA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.5. Logo del grupo PUA-Saturn del DIEE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.6. Historial y futuras misiones en las que ha participado PUA-Saturn . . . . . . . . . . . . 6
4.1. Metodoloǵıa implementada para el desarrollo del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4.2. Módulo RFM69HCW Transceiver Radio Breakout - 433 MHz. Imagen tomada de https :
//www.adafruit.com/products/3071 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
4.3. Diseño de prueba corta: a)Computador con Arduino para ver puerto serial; b)Arduino
que tiene la función de programador; c)Módulo Adafruit RFM69HCW Transceiver Radio
Breakout - 433 MHz; d)antena lambda cuartos de 16.5cm . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4.4. Prueba de transmisión de 175m realizada en Universidad de los Andes. Imagen tomada
de Google Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4.5. Configuración de antenas en prueba Antena dipolo-Antena Yagi (a) Antena de recepción
Yagi(Receptor) (b) Antena de transmisión dipolo a 433MHz(Emisor) . . . . . . . . . . 13
4.6. Configuración de antenas en prueba Antena lambda cuartos-Antena dipolo (a) Antena
lambda cuartos (Emisor) (b) Antena de transmisión dipolo a 433MHz(Receptor) . . . . 13
5.1. Módulo de comunicación RF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.2. Configuración de conexion entre arduino y RFM69HCW (a) Conexión entre arduino y
módulo RFM69HCW para la programacióndel mismo. (b) Esquemático conexión entre
arduino y módulo RFM69HCW para la programación del mismo. . . . . . . . . . . . . 16
5.3. Diagrama de flujo de la configuración del módulo emisor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5.4. Diagrama de flujo de la rutina de env́ıo del módulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5.5. Diagrama de flujo de la configuración del módulo receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5.6. Módulo de emisión del modelo de comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5.7. Módulo de recepción del modelo de comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5.8. Módulo de emisión del modelo de comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5.9. Módulo de recepción del modelo de comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5.10. Ubicación satelital del lugar de la prueba de 100m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.11. Ubicación satelital del lugar de la prueba de 200m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5.12. Ubicación satelital del lugar de la prueba de 500m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.13. Ubicación satelital del lugar de la prueba de 1000m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5.14. Gráfica tiempo vs distancia paquete 1 en prueba 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.15. Gráfica tiempo vs distancia paquete y y 3 en prueba 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.16. Reenv́ıos de paquetes 1, 2 y 3 en prueba 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5.17. Gráfica tiempo vs distancia paquete 1 en prueba 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
5.18. Gráfica tiempo vs distancia paquete 2 y 3 en prueba 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5.19. Reenv́ıos de paquetes 1, 2 y 3 en prueba 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
A.1. Imagen del proyecto final: Módulo de comunicación de 1 km para misiones aeroespaciales
PUA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
B.1. Adafruit Feather M0 RFM96 LoRa Radio - 433MHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
B.2. Cable coaxial(U.FL TO RP-SMA (U.FL TO RP-SMA)) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
B.3. Conector superficial de antena(CON U.FL SMD M (CON U.FL SMD M)) . . . . . . . . 41
B.4. Antena dipolo omnidireccional a 433MHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
B.5. Antena Yagi 895-980 MHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
B.6. Convertido coaxial conector SMA a tipo N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
iv
ÍNDICE DE FIGURAS v
C.1. RS R©FSH Handheld Spectrum Analyzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Índice de cuadros
4.1. Especificaciones del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5.1. Especificaciones eléctricas del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.2. Especificaciones eléctricas del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.3. Especificaciones de programación del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.4. Presupuesto de enlace para las distintas pruebas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5.5. Resultados promedio de los env́ıos por paquete en la prueba 1 . . . . . . . . . . . . . . . 28
5.6. Resultados promedio de los env́ıos por paquete en la prueba 2 . . . . . . . . . . . . . . . 29
vi
1. Introducción
Este documento contiene todos los aspectos relacionados con el proyecto de grado que establece un sis-
tema de comunicación tierra-aire-tierra de un veh́ıculo aeroespacial a 1 km de altura. Tiene 6 caṕıtulos
a través de los cuales se explica el proceso de elección, diseño, implementación y prueba del sistema.
1.1. Descripción de la problemática y justificación del trabajo
El Proyecto Uniandino Aeroespacial es un macroproyecto de la Universidad de los Andes que incluye
distintos departamentos de la facultad de ingenieŕıa, entre ellos el departamento de ingenieŕıa eléctrica
y electrónica, que se encargan, entre otras cosas, de la comunicación del cohete en vuelo. Esta comu-
nicación es de vital importancia para el desarrollo de la misión. Para las misiones futuras se quiere
implementar un sistema que garantice el env́ıo de los datos desde el cohete hasta las estaciones en
tierra y que se puedan recibir peticiones desde las mismas estaciones, es decir, se desarrolle una comu-
nicación bilateral cohete-estación en tierra. Por otro lado, se quiere garantizar la recuperación de toda
la información enviada. El rango de alcance de las comunicaciones actuales es limitado, por esta razón
este nuevo sistema de comunicación es de largo alcance.
Por otro lado, también se piensa en la recuperación del cohete, por esta razón se quiere garantizar la
comunicación de 1km para que cuando se esté sobrevolando buscando la señal de comunicación sea
fácil encontrar el cohete.
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo General
En el marco del Proyecto Uniandino Aeroespacial desarrollar la nueva generación de electrónica de
comunicaciones tierra-aire-tierra.
1.2.2. Objetivos Espećıficos
Diseñar un algoritmo de reconstrucción de información incompleta.
Implementar un sistema de comunicación RF entre dos estaciones base y un objeto aéreo elevado
a 1 kilómetro de altura.
Probar el sistema a través de la elevación del mismo en un globo o cualquier objeto que esté a
un kilómetro de altura.
1
2.Marco teórico, conceptual e histórico
2.1. Marco Teórico
2.1.1. Long range modules: LoRa
Según LoRa AllianceTM Technology: ”LoRa R© es la capa f́ısica o la modulación inalámbrica utilizada
para crear el enlace de comunicación de largo alcance”. [2]Se basa en la modulación del espectro
de dispersión chirp, tiene baja potencia y aumenta significativamente el rango de comunicación. Ha
sido utilizado en la industria militar y espacial durante décadas. Tiene un cubrimiento de cientos de
kilómetros.
2.1.2. RFM95 Radio módulo
Módulo de largo alcance que proporciona una gama ultra larga de comunicación y es inmune ante la
interferencia alta además de reducir el uso de corriente. Tiene una sensibilidad de -148 dBm y una
portencia de salida de 20 dBm. Por otra parte utiliza una corrección de errores ćıclicos que mejora su
rendimiento. Un esquema simplificado de los procesos de transmisión y recepción también se muestra
en la figura 2.1:
Figura 2.1: Diagrama de transmisión y recepción del módulo. Imagen tomada de referencia [1]
Tiene un buffer de datos de puerto dual independiente FIFO que se accede a través de una interfaz
SPI común a todos los modos.
La secuencia de env́ıo se puede ver de forma detallada en la figura 2.2.
2
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO, CONCEPTUAL E HISTÓRICO 3
Figura 2.2: Secuencia de env́ıo de modulación LoRa. Imagen tomada de referencia [1]
Ahora, la secuencia de rececpción se muestra en la figura 2.3 de forma detallada.
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO, CONCEPTUAL E HISTÓRICO 4
Figura 2.3: Secuencia de recepción de modulación LoRa .Imagen tomada de referencia [1]
2.1.3. Chip SX1276/77/78/79
Es el chip que tiene el módulo RFM95. Por ende, presenta las caracteŕısticas anteriormente menciona-
das. Por otro lado, en él se define el formato de paquete de longitud de env́ıo que se van a tratar.
2.2. Marco Conceptual
2.2.1. Definición de conceptos
Los siguientes conceptos se involucraron en el desarrollo del presente trabajo:
Comunicación punto a punto: Enlace radioeléctrico en el cual toda la comunicación se produce
entre dos puntos fijos determinados, y sólo entre éstos.[3]
Modulación digital: Proceso en el cual las caracteŕısticas de una onda portadora son reemplazadas
por valores discretos determinados por un tipo de modulación en particular. [3]
Radiocomunicación:Telecomunicación transmitida por ondas radioeléctricas.[3] Las ondas radio-
eléctricasson ondas electromagnéticas que se propagan a través del espacio.[4]
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO, CONCEPTUAL E HISTÓRICO 5
Telemetŕıa: El uso de equipos eléctricos o electrónicos para detectar, acumular y procesar datos
f́ısicos en un lugar, para después transmitirlos a una estación remota donde puedan analizarse y
almacenarse.[5]
Telecontrol: Control de equipos operacionales a distancia haciendo uso de telemetŕıa y telecomando.[6]
Espectro para libre utilización: Según la Agencia Nacional del Espectro (ANE): Üso sin necesidad
de contraprestación o pago, de algunas frecuencias o bandas de frecuencias del espectro radio-
eléctrico, atribuidas, permitidas y autorizadas de manera general y expresa por el Ministerio de
Tecnoloǵıas de Información y Comunicaciones, definición contenida en la Resolución 2544 de
2009 del Ministerio de Tecnoloǵıas de la Información y las Comunicaciones.”[7]
2.3. Marco Histórico
2.3.1. Proyecto Uniandino Aeroespacial (PUA)
El Proyecto Uniandino Aeroespacial (PUA) hace parte de la iniciativa de los Departamentos de In-
genieŕıa Mecánica (IMEC), Ingenieŕıa Eléctrica y Electrónica (DIEE) e Ingenieŕıa de Sistemas (ISIS)
de poner un satélite civil en órbita a través de medios y desarrollos colombianos universitarios.[8] El
grupo PUA se divide en sus actividades como se puede observar en el organigrama [Ver figura 2.4],
resultado del trabajo conjunto de distintos grupos de investigación.[9]
Figura 2.4: Estructura del Proyecto Uniandino Aeroespacial (PUA)
El DIEE ha creado el proyecto PUA-SATURN (Satélite Uniandino) [Ver figura 2.5]encaminado al desa-
rrollo de los componentes eléctricos y electrónicos de los veh́ıculos y puestos en tierra y el subsiguiente
desarrollo de la parte electrónica de un satélite artificial.
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO, CONCEPTUAL E HISTÓRICO 6
Figura 2.5: Logo del grupo PUA-Saturn del DIEE
PUA-SATURN involucra aquellos aspectos referentes al sensado, control de procesos y procesamiento
de información dentro de los veh́ıculos, aśı como los sistemas inalámbricos de información entre el
veh́ıculo y los puestos en tierra. Se han desarrollado distintas misiones desde la creación del grupo y
de igual forma se tienen proyectadas mas misiones, en la figura 2.6 se nombran algunas de ellas.
Figura 2.6: Historial y futuras misiones en las que ha participado PUA-Saturn
A lo largo de la historia de PUA se han estudiado distintas aplicaciones que involucran nodos de
control para la interacción con veh́ıculos y equipos remotos en misiones aeroespaciales.[10] También la
creación de un módulo de seguridad perimetral[11] acude a distintos protocolos de comunicación para
misiones aeroespaciales. Los centros de control móvil[12] implementaron protocolos de comunicación
con el veh́ıculo aeroespacial que fueron instrumentos de ayuda al momento de realizar este proyecto.
Por parte de PUA-Saturn, en el año 2013 se diseñó e implementó el centro de control e ignición de
cohetes experimentales sobre un sistema embebido.[13] Este proyecto buscaba poder verificar el estado
del cohete antes del lanzamiento (sensores y comunicación), iniciar el conteo regresivo y enviar la señal
de despegue del veh́ıculo. Los trabajos anteriormente mencionados no se enfocaban en una comunica-
ción robusta y de larga distancia.
La necesidad de establecer una comunicación de largo alcance fue la promotora de genenerar este
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO, CONCEPTUAL E HISTÓRICO 7
proyecto. El sistema de comunicación establecido en las misiones del Proyecto Uniandino Aeroespacial
son de corto alcance y esto limita el rango de cobertura del cohete y la recuperación de los datos luego
de que la misión finalice. Por esta razón, se implementó un nuevo sistema de comunicaciones de largo
alcance, económico, pequeño y ligero, de tal forma que no agrege peso a la carga útil del cohete. Los
objetivos a cumplir con este módulo son los siguientes:
Peso ligero
Distancia de cubrimiento de 1km
Protocolo de recuperación de paquetes
3.Normatividad técnica
El proyecto se rige con la siguiente normativa:
3.1. Resolución Número 000473 del 23 de Abril de 2010
[6] “Por la cual se atribuyen, a t́ıtulo secundario, unas frecuencias y bandas de frecuencias radioeléctri-
cas para su libre utilización, dentro del territorio nacional, mediante dispositivos de radiocomunicacio-
nes de corto alcance y baja potencia y se dictan otras disposiciones”
En su art́ıculo 4o define que las condiciones operativas y las frecuencias y bandas de frecuencias
para aplicaciones de telemetŕıa y telecontrol son las siguientes:
Frecuencia o bandas de frecuencias (MHz): 433 a 434,79
Aplicación: Telecomando, Telecontrol, Controles remotos para modelos.
Ĺımite de potencia o de intensidad de campo: 10 mW
En su art́ıculo 5o limita las condiciones de operación a t́ıtulo secundario con el cumplimiento de las
siguientes condiciones:
1. No debe causar interferencia perjudicial a las estaciones de un servicio primario a las que se les
hayan asignado frecuencias con anterioridad o se les puedan asignar en el futuro.
2. No pueden reclamar protección contra interferencias perjudiciales causadas por estaciones de un
servicio primario a las que se les hayan asignado frecuencias con anterioridad o se les puedan
asignar en el futuro.
De no cumplir estas condiciones, se deberá suspender la operación del equipo.
3.2. Resolución Número 002544 del 14 de Octubre de 2009
[3] “Por la cual se atribuyen unas bandas de frecuencias para su libre utilización dentro del territo-
rio nacional, mediante sistemas de acceso inalámbrico y redes inalámbricas de área local, que utilicen
tecnoloǵıas de espectro ensanchado y modulación digital, de banda ancha y baja potencia, y se dictan
otras disposiciones.”
En su articulo 6o define las condiciones operativas para los sistemas de espectro ensanchado por salto
de frecuencia y de modulación digital, en las bandas de 902 a 928 MHz, de 2.400 a 2.483,5 MHz, y de
5.725 a 5.850 MHz:
A.1. Los sistemas de salto de frecuencia tendrán frecuencias portadoras por canal de intercala-
miento separadas como mı́nimo por el mayor valor entre 25 KHz y el ancho de banda del canal
a 20 dB. EI sistema saltara a los canales de frecuencias que son seleccionados, a I rata de salto
del sistema, de una lista de frecuencias de salto ordenada seudo aleatoriamente. Cada frecuencia
se debe utilizar igualmente en promedio, p)r cada transmisor. Los receptores del sistema harán
coincidir sus anchos de banda de entrada con los anchos de banda del canal de salto de sus
correspondientes y cambiaran frecuencias en sincronización con las señales transmitidas.
A.2. Los sistemas de salto de en la banda de 902 a 924 MHz deben aperar de la siguiente forma:
Si el ancho de banda del canal de salto a 20 dB es menor que 250 KHz, el sistema utilizara por
10 menos 50 frecuencias de salto y el tiempo medio de la ocupación de cualquier frecuencia no
será mayor a 0.4 segundos dentro de un periodo de 2(’1 segundos. Si el ancho de banda del canal
de salto a 20 dB es de 250 KHz o mayor, el sistema utilizara 10 menos 25 frecuencias de salto y
8
CAPÍTULO 3. NORMATIVIDAD TÉCNICA 9
el tiempo medio de la ocupación de cualquier frecuencia no será mayor a 0.4 segundos dentro de
un periodo de 10 segundos. EI ancho de banda máximo permitido del canal de salto es a 20 dB,
es 500 KHz.
A.3. Los sistemas de salto de 1frecuencia que operan en la banda de 5 725 a 5 850 MHz deben
usar por lo menos 75 frecuencias de intercalamiento. EI ancho de banda máximo permitido a
20 dB del canal de intercalamiento corresponde a 1 MHz. EI tiempo promedio, de ocupación de
cualquier frecuencia no deberá ser mayor que 0.4 segundos dentro de un periodo de 30 segundos.
A.4. Los sistemas de Salto de Frecuencia en la banda de 2 400 a 2 483,5 MHz deberán utilizar
al menos 15 canales no sobrelapados. EI tiempo promedio de ocupación de cualquier canal no
deberá ser mayor a 0.4segundos dentro de un periodo de 0.4 segundos multiplicado por el
numero de canales de salto empleados. Los sistemas de salto de frecuencia que utilicen menos de
75 frecuencias de salto pueden emplear técnicas inteligentes de salto para evitar interferencias a
otras transmisiones. Los sistemas de salto de frecuencia pueden evitar o suprimir transmisiones
en una frecuencia particular de salto siempre y cuando se emplee un mı́nimo de 15 canales n)
sobrelapados.
B.3. Para sistemas que utilicen modulación digital en las bandas de 902 a 928 MHz, de 2400 a
2483, 5MHz, y de 5725 a 5850 MHz: 1Vatio.
4.Metodoloǵıa del trabajo
La metodoloǵıa que se implementó en el proyecto se muestra en la figura 4.1:
Figura 4.1: Metodoloǵıa implementada para el desarrollo del proyecto
A continuación se explicará cada una de las etapas de diseño, implementación y prueba que conforman
la metodoloǵıa.
4.1. Diseño
4.1.1. Selección de dispositivos
En esta sección se tuvieron en cuenta dos dispositivos para dar solución a las especificaciones [Ver
tabla 4.1]. Los posibles dispositivos fueron 2: El módulo de comunicación Xbee y el módulo Adafruit
Feather M0 RFM96 LoRaRadio.
10
CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA DEL TRABAJO 11
Cuadro 4.1: Especificaciones del proyecto
Descripción Mı́nimo Máximo Unidad
Voltaje de alimentación 1.8 3.7 V
Temperatura operacional -20 70 ◦C
*Frecuencia de transmisión 433.47 434.58 MHz
*Las especificaciones de la frecuencia de transmisión se obtuvieron al caracterizar la tarjeta con el
VNA y el ancho de banda son 3dBm por debajo de la frecuencia de transmisión que es 434 MHz.
Para el desarrollo del proyecto se buscaron módulos de peso ligero, por ende, se buscó en los principales
provedores de este tipo de tecnoloǵıa recomendados por el asesor. Él orientó la busqueda para poder
llegar a la selección apropiada del dispositivo.
4.1.2. Diseño de antena lambda cuartos y código de transmisión
Para definir el tamaño de la antena lambda curtos se utilizó la ecuación de longitud de onda (ecuación
4.1) para la frecuencia de transmisión deseada para una antena lambda cuartos. Se le resta el 5 %
porque las ondas no se transmiten a la misma velocidad que el aire.
λ =
v
4
f
− 0, 05(
v
4
f
) (4.1)
Aplicando la anterior fórmula con los siguientes parámetros:
v=velocidad de las ondas de radio
f =frecuencia de transmisión
Se obtuvo una longitud de cable de 16.5cm.
El código de transmisión se hizo en lenguaje C++,para ello se hizo uso de la interfaz de programación
de arduino y su puerto de comunicación serial para ver los paquetes enviados y el ACK de vuelta.
4.2. Implementación
4.2.1. Prueba de transmisión a corta distancia
La prueba de transmisión se hizo haciendo uso de los módulos Adafruit RFM69HCW Transceiver
Radio Breakout - 433 MHz [Ver figura 4.2] y para programarlos se hizo a través de un ATmega328P
con el código de transmisión implementado en el anterior paso. La prueba se hizo a una distancia de
40 cm entre los módulos con antena lambda cuartos de 16.5cm.
Figura 4.2: Módulo RFM69HCW Transceiver Radio Breakout - 433 MHz. Imagen tomada de https :
//www.adafruit.com/products/3071
CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA DEL TRABAJO 12
Si no se supera esta prueba, se debe replantear el código de transmisión implementado en el paso
anterior. Si se supera este paso, se avanza a la siguiente sección. El diseño de la prueba con los
elementos correspondientes se muestra en la figura 4.3. Se definió el paquete a enviar como ’Hola
mundo’ y el ’ACK’ de vuelta.
Figura 4.3: Diseño de prueba corta: a)Computador con Arduino para ver puerto serial; b)Arduino que
tiene la función de programador; c)Módulo Adafruit RFM69HCW Transceiver Radio Breakout - 433
MHz; d)antena lambda cuartos de 16.5cm
4.2.2. Prueba de transmisión de 175m
En esta prueba se env́ıan datos a una distancia de 175m, las pruebas se hicieron en la Universidad
de los Andes entre dos edificios [Ver figura 4.4]. En esta prueba se implementó el código con el cuál
se logró hacer el paso anterior. Por esta razón, se enviaba un paquete sencillo de ’Hola mundo’ y se
recib́ıa un ’ACK’ de vuelta.
Figura 4.4: Prueba de transmisión de 175m realizada en Universidad de los Andes. Imagen tomada de
Google Maps
Se manejó la misma estructura de materiales e instrumentos de prueba que se pueden ver en la figura
4.3, solo que la distancia varió a 175m. Al superar esta prueba, se procede a pasar a la etapa de prueba.
En caso contrario, se devuelve al paso de diseño de circuito y código de transmisión.
CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA DEL TRABAJO 13
4.3. Prueba
4.3.1. Montaje de la prueba
El montaje se hizo en Ubaté-Cundinamarca para asemejar las condiciones del lugar de lanzamiento
de las misiones. En esta etapa ya se teńıan las tarjetas Adafruit Feather M0 RFM96 LoRa Radio -
433MHz, se realizaron dos montajes variando únicamente las antenas del emisor y del receptor.
Prueba Antena dipolo-Antena Yagi
En esta prueba se asignó una antena Yagi al receptor y una antena dipolo al emisor. La antena del
receptor es Yagi PC904 de 896-980 MHz, tiene una ganancia de 8.15 dBi a una frecuencia de transmisión
entre 896-980 MHz [Ver imagen 4.5(a)]. Se manejó esta antena ya que era la única disponible y con
la que contaba el equipo de PUA-Saturn en su momento. Por otro lado, la antena del emisor es una
antena dipolo omnidireccional a 433MHz, esta antena tiene una ganancia de 2.5 dBi. [Ver imagen
4.5(b)]
(a) Antena de recepción Yagi 896-980 MHz (b) Antena dipolo omnidireccional a 433MHz
Figura 4.5: Configuración de antenas en prueba Antena dipolo-Antena Yagi (a) Antena de recepción
Yagi(Receptor) (b) Antena de transmisión dipolo a 433MHz(Emisor)
Prueba Antena lambda cuartos-Antena dipolo
En esta prueba se usó la antena dipolo omnidireccional de 433MHz al receptor [Ver figura 4.6(b)] y se
asignó una antena lambda cuartos [Ver figura 4.6(a)] como antena del emisor (antena lambda cuartos).
Las caracteŕısticas de la antena dipolo son las mismas que la de la prueba 1, ya que se utilizó la misma
antena.
(a) Antena de emisión
lambda cuartos
(b) Antena dipolo omnidireccional a 433MHz
Figura 4.6: Configuración de antenas en prueba Antena lambda cuartos-Antena dipolo (a) Antena
lambda cuartos (Emisor) (b) Antena de transmisión dipolo a 433MHz(Receptor)
CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA DEL TRABAJO 14
4.3.2. Medidas de distancia de env́ıo
La medición de la distancia se hizo a través de una aplicación móvil Runtastic GPS”que permite
calcular las distancia recorrida por una persona a cierta velocidad, haciendo uso de la conexión del
celular a GPS. Se debe tener en cuenta que estas medidas pueden contener cierto error dependiendo
de la velocidad a la que se está desplazando el dispositivo. Para prevenir esto siempre se tomaron las
medidas caminando a paso constante con el dispositivo.
Se planteó tomar 4 medidas para caracterizar los tiempos de env́ıo de los paquetes dependiendo de la
distancia de separación entre los módulos.
4.3.3. Env́ıo de paquetes de datos
Ahora, el tamaño de los paquetes de datos se definió como 255 bytes ya que se eligió la configuración de
formato de paquetes de longitud variable, porque los datos de sensores cambian de tamaño dependiendo
el sensor y el valor adquirido. En este modo, la longitud de la carga útil, indicada por el byte de longitud,
viene dada por el primer byte de la FIFO. El byte de longitud en śı no está incluido en su cálculo.
En este modo, la carga útil debe contener al menos 2 bytes, es decir, longitud + dirección o byte de
mensaje. Por ende, este mensaje está definido y es el que se env́ıa hasta cumplir el requerimiento de
los paquetes.
Para los env́ıos se plantearon 3 tamaños diferentes de paquetes queriendo representar los 3 tipos de
datos que se env́ıan durante la misión: datos de sensores, imágenes del vuelo y audio de la misión.
Si se logran los env́ıos se pasa a la siguiente sección, de lo contrario se devuelve al montajede prueba,
donde se revisa la ubicación de las antenas y la alimentación del módulo.
4.3.4. Registro de tiempos de env́ıo
Para el registro de los tiempos se planteó implementar una función de tic toc en Arduino y la otra
opción era imprimir los tiempos de incicio y final de la rutina de env́ıo de la totalidad de los paquetes
por transmisión.
4.3.5. Análisis de datos
Para el análisis de datos se planteó tener variedad de tomas de datos y de esta forma poder tener una
mejor visión del comportamiento de los módulos y hacer la prueba repetitiva. Se sugirieron hacer 10
tomas de transmisiones por paquete en cada una de las distancias.
5.Resultados
5.1. Diseño
5.1.1. Selección de dispositivos
Se teńıan las opciones que se nombraron en metodoloǵıa, luego de analizar factores como precio, rango
de transmisión, programación y portabilidad se eligió el módulo Adafruit Feather M0 RFM96 LoRa
Radio - 433MHz. En las tablas 5.1, 5.2 y 5.3 se muestran las caracteŕısticas f́ısicas, electronicas y de
programación del módulo.
Cuadro 5.1: Especificaciones eléctricas del proyecto
Descripción Valor Unidad
Tamaño 51 x 23 x 8 mm
Peso 5.8 g
Cuadro 5.2: Especificaciones eléctricas del proyecto
Descripción Valor Unidad
Consumo corriente 500 mA
Consumo voltaje 3.3 V
Potencia de salida 20 dBm
Sensibilidad -148 dBm
Cuadro 5.3: Especificaciones de programación del proyecto
Descripción Valor
Comunicación serial SPI/I2C
Procesador ATSAMD21G18
ARM Cortex
M0
El dispositivo f́ısico [Ver figura 5.1] es según las caracteŕısticas anteriormente mencionadas un módulo
pequeño, adaptable a cualquier tipo de módulo electrónico con facilidad por su lenguaje de programa-
ción.
Figura 5.1: Módulo de comunicación RF
15
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 16
5.1.2. Diseño de circuito y código de transmisión
Módulo Adafruit RFM69HCW
En el diseño de circuito para hacer las primeras pruebas se soldó el cable de 16.5cm (antena lambda
cuartos) al pin de antena del módulo para generar las primeras transmisiones. Como era el módulo
sencillo se hizo una conexión a Arduino [Ver figura 5.2(a) y 5.2(b)] para utilizarlo como programador.
(a) Conexión entre arduino y
módulo RFM69HCW para la
programación del mismo.
(b) Esquemático conexión entre arduino y módulo RFM69HCW para la
programación del mismo.
Figura 5.2: Configuración de conexion entre arduino y RFM69HCW (a) Conexión entre arduino y
módulo RFM69HCW para la programación del mismo. (b) Esquemático conexión entre arduino y
módulo RFM69HCW para la programación del mismo.
Para las primeras pruebas se utilizaron los códigos ejemplo presentes en la página de Adafruit [2]
disponibles para el público.
Módulo Adafruit Feather M0 RFM96 LoRa Radio
En el diseño de circuito para hacer las primeras pruebas se soldó el cable de 16.5cm (antena lambda
cuartos) al pin de antena del módulo para generar las primeras transmisiones. Toda la programación
se realizó en el microprocesador que trae incluido el módulo que es el ATSAMD21G18 ARM Cortex
M0. Para el código se realizaron dos códigos diferentes [Ver Apéndice D], uno para el módulo emisor
y otro para el módulo receptor.
1. Configuración módulo emisor En la figura 5.3 se muestra un diagrama de flujo del módulo
emisor:
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 17
Figura 5.3: Diagrama de flujo de la configuración del módulo emisor
La rutina de env́ıo se explica en la figura 5.4 de forma clara:
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 18
Figura 5.4: Diagrama de flujo de la rutina de env́ıo del módulo
En la rutina repetitiva de la figura 5.3 se definieron 3 tipos de paquetes:
Paquete 1
• Tamaño: 250 bytes
• Simulación: Se quiere emular los datos que env́ıan los sensores que tienen los cohetes
para adquirir datos en vuelo.
Paquete 2
• Tamaño: 33 kbytes
• Simulación: Se quiere emular las imágenes que se env́ıan desde el cohete mientras este
está en vuelo.
Paquete 3
• Tamaño: 32 kbytes
• Simulación: Se quiere emular el audio que se env́ıa durante la misión en vuelo.
La selección del paquete que se iba a enviar se definia por el puerto serial. En los casos del
paquete 2 y 3 se mandan 132 y 128 veces respectivamente el paquete definido en la rutina de
env́ıo que se explica más adelante.
2. Configuración módulo receptor En la figura 5.5 se muestra un diagrama de flujo del módulo
emisor:
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 19
Figura 5.5: Diagrama de flujo de la configuración del módulo receptor
5.2. Implementación
5.2.1. Prueba de transmisión de corta distancia
Se realizó en la Universidad de los Andes a 40 cm de distancia entre los módulos. En esta prueba se
lograron transmisiones exitosas del paquete predefinido como ’Hola mundo’ y el ’ACK’ de vuelta a la
distancia predefinida como 40 cm. No se presentaron reenv́ıos de paquetes ni env́ıos fallidos en esta
primera prueba.
5.2.2. Prueba de transmisión de 175m
Se realizó en la Universidad de los Andes a 175m de distancia entre los módulos. Esta prueba no tuvo
ningún reenv́ıo ni env́ıo fallido, teniendo en cuenta que se encontraban obstáculos y no hab́ıa linea de
vista directa camino al punto final. Se enviaron paquetes predefinidos como ’Hola mundo’ y el ’ACK’
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 20
de vuelta.
5.3. Prueba
5.3.1. Presupuesto de enlace
Para obtener el presupuesto de enlace se tiene que la potencia de salida de la tarjeta es de 20 dBm y la
sensibilidad es de -148 dBm. Por otro lado, se tienen las ganancias de las antenas implementadas en las
pruebas: antena dipolo omnidireccional de 2,5 dBi y antena Yagi direccional de 8,15 dBi. Las pérdidas
de trayectoria en espacio libre depende de la frecuencia de transmisión y de la distancia. En este caso,
estas últimas pérdidas se calculan para las cuatro distancias establecidas en las pruebas: 100m, 200m,
500m y 1000m. Las pérdidas son las siguientes:
1. 100m: 65,12975793 dB
2. 200m: 71,15035784 dB
3. 500m: 79,10915801 dB
4. 1000m: 85,12975793 dB
Para calcular el presupuesto de enlace se maneja la siguiente fórmula:
Potencia de salida - Perdidas cables + Ganancia antena 1 - Perdidas de trayectoria en espacio libre
+ Ganancia antena 2 - Perdidas cables
En la tabla 5.4 se presenta los presupuestos de enlace para los distintos montajes:
Cuadro 5.4: Presupuesto de enlace para las distintas pruebas
Prueba Distancia 1 (100m) Distancia 2 (200m) Distancia 3 (500m) Distancia 4 (1000m)
Antena dipolo-Antena Yagi -34,51204793 -40,53264784 -48,49144801 -54,51204793
Antena lambda cuartos-Antena dipolo -40,50354293 -46,52414284 -54,48294301 -60,50354293
Como se puede ver en la tabla anterior, la señal es mayor a la sensibilidad de la tarjeta, lo que garantiza
la conexión.
5.3.2. Montaje de prueba
El reultado final de la instalación de las antenas a los módulos fué el siguiente:
Prueba Antena dipolo-Antena Yagi
Para este montaje se adicionó a la conexión ciertos conectores para poder unir la antena con el módulo.
Por parte del emisor donde se teńıa antena dipolo ominiderccional [Ver figura 4.5(b)], se adicionó un
cable coaxial RG178 con una longitud de 15 cm y con una atenuación de 0.013785 dB con conector
SMA [Ver apéndice B, figura B.3]. El diagrama de conexiones se muestra en la figura 5.6(a) y el montaje
final de cómo se realizaron las pruebas se muestra en la figura 5.6(b).
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 21
(a) Diagrama de conexiones módulo emisor (b) Montaje final de módulo emisor
Figura 5.6: Módulo de emisión del modelo de comunicación
Por otro lado, para el módulo receptor se tubo que añadir otro conector con cable coaxial entre el
SMA (obtenido con el conector explicado anteriormente) y la entrada de la antena Yagi [Ver figura
4.5(a)] que es un conector tipo N. Este nuevo cable [Ver apéndice B, figura B.6] tiene una atenuación
de 0.00472 dB. El diagrama de conexiones se muestra en la figura 5.9(a) y el montaje final de cómo se
realizaron las pruebas se muestra en la figura 5.6(b).
(a) Diagrama de conexiones módulo receptor (b) Montajefinal de módulo receptor
Figura 5.7: Módulo de recepción del modelo de comunicación
Prueba Antena lambda cuartos-Antena dipolo
Para el módulo emisor solamente se soldó un cable de 16.5 cm (antena lambda cuartos) al conector de
la antena del módulo. El diagrama de conexiones se muestra en la figura 5.8(a) y el montaje final de
cómo se realizaron las pruebas se muestra en la figura 5.8(b).
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 22
(a) Diagrama de conexiones módulo emisor (b) Montaje final de módulo emisor
Figura 5.8: Módulo de emisión del modelo de comunicación
Para este montaje se utilizó el mismo cable coaxial con conector SMA [Ver apéndice B, figura B.3] en
uno de sus extremos para conectar la antena dipolo al módulo receptor. El diagrama de conexiones se
muestra en la figura 5.9(a) y el montaje final de cómo se realizaron las pruebas se muestra en la figura
5.9(b).
(a) Diagrama de conexiones módulo receptor (b) Montaje final de módulo receptor
Figura 5.9: Módulo de recepción del modelo de comunicación
5.3.3. Medida de distancia de env́ıo
Como resultado de la medición de las distancias se obtuvieron las siguientes ubicaciones para el módulo
receptor y emisor en cada una de las distancias:
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 23
Distancia de 100m:
Figura 5.10: Ubicación satelital del lugar de la prueba de 100m
Distancia de 200m:
Figura 5.11: Ubicación satelital del lugar de la prueba de 200m
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 24
Distancia de 500m:
Figura 5.12: Ubicación satelital del lugar de la prueba de 500m
Distancia de 1000m:
Figura 5.13: Ubicación satelital del lugar de la prueba de 1000m
5.3.4. Env́ıo de paquetes de datos y registro de tiempos de env́ıo
Prueba Antena dipolo-Antena Yagi
En las imágenes 5.14, 5.15 y 5.16 se pueden observar los tiempos de env́ıo de los paquetes a las distancias
establecidas en la sección anterior para las pruebas Antena dipolo-Antena Yagi, en las que la antena
del emisor es una dipolo omnidireccional y la antena del receptor es una antena Yagi direccional.
1. Paquete 1
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 25
Figura 5.14: Gráfica tiempo vs distancia paquete 1 en prueba 1
2. Paquete 2 y 3
Figura 5.15: Gráfica tiempo vs distancia paquete y y 3 en prueba 1
3. Reenv́ıos paquetes
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 26
Figura 5.16: Reenv́ıos de paquetes 1, 2 y 3 en prueba 1
Prueba Antena lambda cuartos-Anteba dipolo
Por otro lado, en las imágenes 5.17, 5.18 y 5.19 se pueden observar los tiempos de env́ıo de los paquetes
a las distancias establecidas en la sección anterior para las pruebas Antena dipolo-Antena lambda
cuartos, en las que la antena del emisor es una antena lambda cuartos y la antena del receptor es una
dipolo omnidireccional.
1. Paquete 1
Figura 5.17: Gráfica tiempo vs distancia paquete 1 en prueba 2
2. Paquete 2 y 3
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 27
Figura 5.18: Gráfica tiempo vs distancia paquete 2 y 3 en prueba 2
3. Reenv́ıos paquetes
Figura 5.19: Reenv́ıos de paquetes 1, 2 y 3 en prueba 2
5.3.5. Análisis de datos
Prueba Antena dipolo-Antena Yagi
Se hicieron 10 transmisiones de cada paquete por distancia, se tomó la mediana (que representa el
valor de la variable de posición central en un conjunto de datos ordenados) de cada una de estas
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 28
transmisiones para el tiempo del paquete en esa distancia. En la gráfica 5.14 se puede observar que
los tiempos de env́ıo son similares aunque en la distancia 2 (200m) disminuye porque no se presentan
reenv́ıos como se puede ver en la gráfica 5.16.
Ahora, en la gráfica 5.15 se puede ver que los tiempos de env́ıo se tienden a estabilzar, aunque se
observa en la distancia 2 que el paquete 3 tiene una disminución de 0,669s con respecto a la distancia
1, esto se debe a que en esa distancia se presentó solo 1 reenv́ıo de paquete durante las 10 transmisiones
[Ver figura 5.16]. Los tiempos tienden a aumentar un poco, ya que en cuanto aumenta la distancia
tiende a aumentar el número de paquetes reenviados durante las transmisiones.
Se ven más reenv́ıos durante esta preuba, ya que se añade la atenuación del segundo cable coaxial (el
convertidos tipo N a SMA [Ver apéndice B, figura B.6]. Por otro lado la antena Yagi es direccional,
aśı que tocaba estarla direccionando hacia el emisor y se pod́ıa presentar error humano al momento de
ubicar la antena en la posición que se pensaba era la indicada. En la tabla 5.5 se pueden observar los
tiempos promedio de env́ıo, el número de reenv́ıos y la tasa de env́ıo de cada uno de los paquetes.
Cuadro 5.5: Resultados promedio de los env́ıos por paquete en la prueba 1
Descripción Paquete 1 (250 bytes) Paquete 2 (33 kbytes) Paquete
3 (32
kbytes)
Tiempo de env́ıo promedio [s] 0.50 68.76 67.60
Reenv́ıos promedio 1.5 2 3
Tasa de env́ıo [bytes/segundo] 495.29 479.89 473.33
Prueba Antena lambda cuartos-Antena dipolo
Se hicieron 10 transmisiones de cada paquete por distancia, se tomó la mediana (que representa el
valor de la variable de posición central en un conjunto de datos ordenados) de cada una de estas
transmisiones para el tiempo del paquete en esa distancia. En la gráfica 5.17 se puede observar que los
tiempos de env́ıo son similares aunque aumentan un poco con la distancia. Por otro lado en la figura
5.19 se ve que el paquete 1 solo tuvo reenv́ıos (2) en la distancia de 1000m, por esta razón el tiempo
de env́ıo se ve aumentado en esta distancia.
Ahora, en la gráfica 5.18 se puede ver que los tiempos de env́ıo se tienden a estabilzar, aunque se
observa en la distancia 2 que el paquete 3 tiene un incremento 3,1965s con respecto a la distancia 1,
esto se debe a que en esa distancia se presentaron 17 reenv́ıos de paquetes durante las 10 transmisiones
[Ver figura 5.19]. Aún aśı el tiempo no se ve muy afectado reconociendo que el número de reenv́ıos
es notorio. Por otro lado el paquete 2 aumenta un poco su tiempo de env́ıo en las dos últimas dis-
tancias (500m y 1000m) esto se asocia a los reenv́ıos [Ver figura 5.19] que se hicieron en estas distancias.
Se destaca que en el uso de este tipo de tarjetas de largo alcance, este proyecto fue pionero, ya que
las tarjetas fueron lanzadas recientememente y no se encuentra literatura y documentación de su
funcionamiento fuera del que ofrece la página de Adafruit. En la tabla 5.6 se pueden observar los
tiempos promedio de env́ıo, el número de reenv́ıos y la tasa de env́ıo de cada uno de los paquetes.
CAPÍTULO 5. RESULTADOS 29
Cuadro 5.6: Resultados promedio de los env́ıos por paquete en la prueba 2
Descripción Paquete 1 (250 bytes) Paquete 2 (33 kbytes) Paquete
3 (32
kbytes)
Tiempo de env́ıo promedio [s] 0.50 69.51 67.76
Reenv́ıos promedio 0.5 3 4
Tasa de env́ıo [bytes/segundo] 494.31 474.71 472.23
En el paper [14] estan transmitiendo a 5.9GHz, enviando un paquete de 500 bytes, se env́ıan 10 paquetes
por segundo y presentan y de la misma forma que en el proyecto actual, reciben la totalidad de los
paquetes con retardos cercanos a cero y una tasa de env́ıo de 3Mbps. Las diferencias con el modelo
planteado son parámetros de transmisión como frecuencia y modelos de modulación alternos.
6.Discusión y conclusiones
En el desarrollo del trabajo se presentaron ciertas limitaciones como fueron la disposición de las antenas
que teńıa PUA-Saturn dispuestas para las misiones. La antena dipolo omnidireccional era a 433MHz,
pero por el contrario la antena Yagi teńıa un rango de cobertura de 895 a 980 MHz, es ddecir, no se
inclúıa la frecuencia de transmisión del módulo de comunicación que era 433MHz. Por esta razón se
presentaba una atenuación en la señal trasnmitida por la antena. Por tro lado, se añadió un convertidor
en cable coaxial de conector SMA a conector tipo N, este cable también atenuó la señal lo que hacia
que se generaran las pérdidas vistas.
Al ser la antena Yagi tan pesada, se teńıa una mayor probabilidad de que al movilizarla puediera
romper los cables que estaban conectados a ella, en especial el cable coaxial con conectorSMA, ya que
este era muy frágil. Por esta razón, el desplazamiento de la antena era dif́ıcil y se decidió dejar como
estación base de las pruebas. Esta decisión también se tomó, ya que la antena que iŕıa en el cohete es
la dipolo o en el caso de la prueba 2, el cable.
Se logró garantizar una comunicación tierra-aire-tierra a 1 km de altura con un algoritmo de re-
construcción de información incompleta. Ser pioneros en el diseño, implementación y prueba de los
módulos Feather de largo alcance permite a PUA-Saturn garantizar un mejor sistema de comunicacio-
nes para las misiones del Proyecto Uniandino Aeroespacial. Esto a su vez, permite desarrollar módulos
electrónicos con mayores atributos y sensores de adquisión para las misiones futuras y asegurar una
mayor cobertura durante el desarrollo y siguiente búsqueda de los cohetes involucrados en las misiones.
En IEEE Explorer se encuentran solamente 2 trabajos relacionados con LoRa y fueron publicados en
el año 2016. El primero de ellos es ”LORA: Loss Differentiation Rate Adaptation Scheme for Vehicle-
to-Vehicle Safety Communications” [14] y fue publicado en Mayo del presente año. Por otro lado, el
segundo art́ıculo ”Low-Power, Long-Range, High-Data Transmission Using Wi-Fi and LoRa” [15] fue
publicado en Septiembre del 2016. Por esta razón, se puede decir que el desarrollo de este proyecto es
pionero en el uso y manejo del módulo de comunicaciones con protocolo LoRa.
Tras cumplir con las pruebas se obtuvieron los siguientes resultados: los tiempos de env́ıo no eran de-
pendientes de la distancia a la cual se realizaba la transmisión sino del tamaño de los paquetes que se
enviaban. Por esta razón, para un paquete de 250 bytes los tiempos de env́ıo son aproximadamente 0.5
segundos con un promedio de 1 reenv́ıo y a una tasa de env́ıo de 495.2947 bytes/segundo. Ahora, para
un paquete de 33 kbytes los tiempos de env́ıo son aproximadamente 68.5 segundos con un promedio
de 2.5 reenv́ıos y a una tasa de env́ıo de 479.8996 bytes/segundo. Finalmente, para un paquete de 32
kbytes los tiempos de env́ıo son aproximadamente 67 segundos con un promedio de 3.5 reenv́ıos y a
una tasa de env́ıo de 473.333395 bytes/segundo. Cabe resaltar que los paquetes que se han enviado en
misiones anteriores no superan los 250 bytes, por ende este nuevo sistema de comunicación tierra-aire-
tierra seŕıa efectivo implementado en una misión aeroespacial de PUA.
6.1. Trabajos futuros
Para mejorar el sistema de comunicación de forma contundente se proponen diseñar, simular e imple-
mentar antenas que respondan a las caracteŕısticas del sistema de transmisión y que sean fáciles de
incorporar tanto al cohete como a la estación en tierra.
También se propone mejorar la estructura de la estación en tierra, de tal forma que la antena Yagi
quede fija y la electrónica empaquetada para aislamiento de las condiciones atmosféricas. El apoyo que
se le de a la antena debe permitir direccionar, es decir, girar y apuntar la antena hacia el objetivo para
30
CAPÍTULO 6. DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES 31
un mayor cubrimiento.
Realizar pruebas a mayor distancia hasta ver el ĺımite de transmisión del módulo, de igual forma pro-
bar la transmisión en movimiento.
Por otro lado también se puede implementar el sistema de comunicación en conjunto con la adquisición
de los datos de sensores en un microprocesador Raspberry.
Bibliograf́ıa
[1] HOPE MICROELECTRONICS CO.,LTD, “RFM95/96/97/98 datsheet.” https://cdn-learn.
adafruit.com/assets/assets/000/031/659/original/RFM95_96_97_98W.pdf?1460518717.
[2] Adafruit R©, “Adafruit RFM69hcw and RFM9x LoRa packet radio breakouts.” https://learn.
adafruit.com/adafruit-rfm69hcw-and-rfm96-rfm95-rfm98-lora-packet-padio-breakouts/
overview.
[3] Ministerio de Tecnoloǵıas de la Información y las Comunicaciones, “Resolución número 002544 del
14 de octubre de 2009.” http://www.mintic.gov.co/portal/604/articles-3770_documento.
pdf, 2009.
[4] J. G. Rodrigo and G. M. Santiago, Instalaciones de radiocomunicaciones. Editorial Paraninfo.
Google-Books-ID: Vjo3kbiD4fgC.
[5] Desconocido, “PRINCIPIOS BÁSICOS DE TELEMETRÍA.” http://www.oocities.org/
gabrielordonez_ve/Sistemas_de_comunicacion.htm.
[6] Ministerio de Tecnoloǵıas de la Información y las Comunicaciones, “Resolución número 000473 del
23 de abril de 2010.” http://www.ane.gov.co/images/ArchivosDescargables/Normatividad/
Planeacion_del_espectro/Resoluci\unhbox\voidb@x\bgroup\let\unhbox\voidb@x\
setbox\@tempboxa\hbox{o\global\mathchardef\accent@spacefactor\spacefactor}\
accent19o\egroup\spacefactor\accent@spacefactor\futurelet\@let@token\penalty\@M\
hskip\z@skipn%20473%20de%202010%20ANE.pdf, 2010.
[7] Agencia Nacional del Espectro, “ESPECTRO DE USO LIBRE.” http://www.ane.
gov.co/index.php/2015-12-08-19-09-44/13-preguntas-y-respuestas-frecuentes/
133-clasificacion-tematica-banda-450-mhz.
[8] CMUA. Centro de Microelectrónica Universidad de los Andes, “PUA - SATURN.”
https://cmua.uniandes.edu.co/index.php/es/projects/prueba/34-researchlines/
biomicrosistemas/218-puasaturn.
[9] “Proyecto Uniandino Aeroespacial.” https://pua.uniandes.edu.co/doku.php?id=principal:
somos.
[10] A. Santiago, “Desarrollo de un nodo de control para la interacción con veh́ıculos y equipos remotos
en misiones aeroespaciales c3-PUA.” https://biblioteca.uniandes.edu.co/visor_de_tesis/
web/?SessionID=L1Rlc2lzXzEyMDE0MjAvMzcxOS5wZGY%3D.
[11] C. A. Mariño, “Proyecto uniandino aeroespacial. módulo de seguridad perime-
tral.” https://biblioteca.uniandes.edu.co/visor_de_tesis/web/?SessionID=
L1Rlc2lzXzIyMDEzMjIwLzI0ODcucGRm.
[12] P. Silvana, “Centro de control y comando móvil-PUA (c3m).” https://biblioteca.uniandes.
edu.co/visor_de_tesis/web/?SessionID=L1Rlc2lzXzEyMDEzMjIwMC8xMjE5LnBkZg%3D%3D.
[13] V. Nicolás, “Diseño e implementación de centro de control e ignición de cohetes experimenta-
les sobre un sistema embebido.” https://biblioteca.uniandes.edu.co/visor_de_tesis/web/
?SessionID=L1Rlc2lzXzEyMDEzMjIwMC8xNzQxLnBkZg%3D%3D#page=38&zoom=auto,-19,403.
[14] Y. Yao, X. Chen, L. Rao, X. Liu, and X. Zhou, “LORA: Loss differentiation rate adaptation
scheme for vehicle-to-vehicle safety communications,” vol. PP, no. 99, pp. 1–1.
[15] D. H. Kim, J. Y. Lim, and J. D. Kim, “Low-power, long-range, high-data transmission using wi-fi
and LoRa,” in 2016 6th International Conference on IT Convergence and Security (ICITCS),
pp. 1–3.
32
https://cdn-learn.adafruit.com/assets/assets/000/031/659/original/RFM95_96_97_98W.pdf?1460518717
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https://learn.adafruit.com/adafruit-rfm69hcw-and-rfm96-rfm95-rfm98-lora-packet-padio-breakouts/overview
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http://www.mintic.gov.co/portal/604/articles-3770_documento.pdf
http://www.mintic.gov.co/portal/604/articles-3770_documento.pdf
http://www.oocities.org/gabrielordonez_ve/Sistemas_de_comunicacion.htm
http://www.oocities.org/gabrielordonez_ve/Sistemas_de_comunicacion.htm
http://www.ane.gov.co/images/ArchivosDescargables/Normatividad/Planeacion_del_espectro/Resoluci\unhbox \voidb@x \bgroup \let \unhbox \voidb@x \setbox \@tempboxa \hbox {o\global \mathchardef \accent@spacefactor \spacefactor }\accent 19 o\egroup \spacefactor \accent@spacefactor \futurelet \@let@token \penalty \@M \hskip \z@skip n%20473%20de%202010%20ANE.pdf
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http://www.ane.gov.co/images/ArchivosDescargables/Normatividad/Planeacion_del_espectro/Resoluci\unhbox \voidb@x \bgroup \let \unhbox \voidb@x \setbox \@tempboxa \hbox {o\global \mathchardef \accent@spacefactor \spacefactor }\accent 19 o\egroup \spacefactor \accent@spacefactor \futurelet \@let@token \penalty \@M \hskip \z@skip n%20473%20de%202010%20ANE.pdf
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http://www.ane.gov.co/index.php/2015-12-08-19-09-44/13-preguntas-y-respuestas-frecuentes/133-clasificacion-tematica-banda-450-mhz
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https://cmua.uniandes.edu.co/index.php/es/projects/prueba/34-researchlines/biomicrosistemas/218-puasaturn
https://cmua.uniandes.edu.co/index.php/es/projects/prueba/34-researchlines/biomicrosistemas/218-puasaturn
https://pua.uniandes.edu.co/doku.php?id=principal:somos
https://pua.uniandes.edu.co/doku.php?id=principal:somos
https://biblioteca.uniandes.edu.co/visor_de_tesis/web/?SessionID=L1Rlc2lzXzEyMDE0MjAvMzcxOS5wZGY%3D
https://biblioteca.uniandes.edu.co/visor_de_tesis/web/?SessionID=L1Rlc2lzXzEyMDE0MjAvMzcxOS5wZGY%3D
https://biblioteca.uniandes.edu.co/visor_de_tesis/web/?SessionID=L1Rlc2lzXzIyMDEzMjIwLzI0ODcucGRm
https://biblioteca.uniandes.edu.co/visor_de_tesis/web/?SessionID=L1Rlc2lzXzIyMDEzMjIwLzI0ODcucGRm
https://biblioteca.uniandes.edu.co/visor_de_tesis/web/?SessionID=L1Rlc2lzXzEyMDEzMjIwMC8xMjE5LnBkZg%3D%3D
https://biblioteca.uniandes.edu.co/visor_de_tesis/web/?SessionID=L1Rlc2lzXzEyMDEzMjIwMC8xMjE5LnBkZg%3D%3D
https://biblioteca.uniandes.edu.co/visor_de_tesis/web/?SessionID=L1Rlc2lzXzEyMDEzMjIwMC8xNzQxLnBkZg%3D%3D#page=38&zoom=auto,-19,403
https://biblioteca.uniandes.edu.co/visor_de_tesis/web/?SessionID=L1Rlc2lzXzEyMDEzMjIwMC8xNzQxLnBkZg%3D%3D#page=38&zoom=auto,-19,403
A.Resumen Ejecutivo
SISTEMA DE COMUNICACIÓN TIERRA-AIRE-TIERRA
DE UN VEHÍCULO AEROESPACIAL A 1 KM DE ALTURA
Estudiante: Alix Camila Gutiérrez
Asesor: Johann F. Osma PhD
En las misiones aeroespaciales las comunicaciones son de vital importancia para que estas sean exi-
tosas. Esta disciplina se ve aplicada cuando se desea obtener información del cohete durante el vuelo
como datos de sensores, de los factores ambienteles presentes durante la misión y de la recuperación
del cohete.
En el marco del Proyecto Uniandino Aeroespacial (PUA) y en función de las actuales y futuras mi-
siones, el grupo de investigación del Departamento de Ingenieŕıa Eléctrica y Electrónica PUA-Saturn
desarrolló una nueva generación de electrónica de comunicacines tierra-aire-tierra de largo alcance [Ver
figura A.1]. En la comunicación se utilizó el protocolo LoRa [2], cabe resaltar que es una tecnoloǵıa
moderna y que por ende el proyecto es pionero en el uso y manejo del módulo de comunicaciones con
protocolo LoRa.
Para el desarrollo de esta comunicación se estipularon tres etapas principales a través de las cuales se
logró la aplicación de este nuevo módulo. Estas etapas fueron:
1. Diseño: se eligieron los dispositivos que satisfaćıan los requerimientos y restricciones del proyecto.
2. Implementación: se hicieron las primeras pruebas del sistema para definir los parámetros de
transmisión deseados.
3. Prueba: se hicieron las pruebas con cuatro distancias y tres paquetes para caracterizar los tiempos
de env́ıo y la cobertura de los módulos de largo alcance.
Tras cumplir con las pruebas se obtuvieron los siguientes resultados: los tiempos de env́ıo no eran de-
pendientes de la distancia a la cual se realizaba la transmisión sino del tamaño de los paquetes que se
enviaban. Por esta razón, para un paquete de 250 bytes los tiempos de env́ıo son aproximadamente 0.5
segundos con un promedio de 1 reenv́ıo y a una tasa de env́ıo de 495.2947 bytes/segundo. Ahora, para
un paquete de 33 kbytes los tiempos de env́ıo son aproximadamente 68.5 segundos con un promedio
de 2.5 reenv́ıos y a una tasa de env́ıo de 479.8996 bytes/segundo. Finalmente, para un paquete de 32
kbytes los tiempos de env́ıo son aproximadamente 67 segundos con un promedio de 3.5 reenv́ıos y a
una tasa de env́ıo de 473.333395 bytes/segundo. Cabe resaltar que los paquetes que se han enviado en
misiones anteriores no superan los 250 bytes, por ende este nuevo sistema de comunicación tierra-aire-
tierra seŕıa efectivo implementado en una misión aeroespacial de PUA.
Finalmente, se logró implementar un nuevo sistema de comunicación de 1 km. Sin embargo, aún quedan
cosas por mejorar, como el diseño, implementación y prueba de antenas espećıficas para la frecuencia
de transmisión del módulo. Lo anterior con el objetivo de obtener una ganancia notoria y de esta
forma, aumentar la potencia de la señal.
33
APÉNDICE A. RESUMEN EJECUTIVO 34
Figura A.1: Imagen del proyecto final: Módulo de comunicación de 1 km para misiones aeroespaciales
PUA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA 
 
PRESENTACIÓN DE PROPUESTA DE PROYECTO DE GRADO 
 
SEMESTRE: 2016-01 
FECHA: 24/Mayo/2016 
 
PROYECTO O TESIS DE GRADO PARA OPTAR EL TÍTULO DE: 
Ingeniería Electrónica 
 
ESTUDIANTE: Alix Camila Gutiérrez Castillo CÓDIGO: 201314205 
TÍTULO DE LA TESIS O PROYECTO: 
Sistema de comunicación Tierra-Aire-Tierra de un vehículo aeroespacial a 1 Km de altura 
 
DECLARACIÓN: 
Soy consciente que cualquier tipo de fraude en esta Tesis es considerado como una falta 
grave en la Universidad. Al firmar, entregar y presentar esta propuesta de Tesis o Proyecto de 
Grado, doy expreso testimonio de que esta propuesta fue desarrollada de acuerdo con las 
normas establecidas por la Universidad. Del mismo modo, aseguro que no participé en ningún 
tipo de fraude y que en el trabajo se expresan debidamente los conceptos o ideas que son 
tomadas de otras fuentes. 
 
Soy consciente de que el trabajo que realizaré incluirá ideas y conceptos del autor y el Asesor 
y podrá incluir material de cursos o trabajos anteriores realizados en la Universidad y por lo 
tanto, daré el crédito correspondiente y utilizaré este material de acuerdo con las normas de 
derechos de autor. Así mismo, no haré publicaciones, informes, artículos o presentaciones 
en congresos, seminarios o conferencias sin la revisión o autorización expresa del Asesor, 
quien representará en este caso a la Universidad. 
 
 
 
 
_____________________________________ 
 Firma (Estudiante) 
Código: 
CC: 
 
 
_____________________________________ __________________________________ 
Vo.Bo. ASESOR (Firma) Vo.Bo. COASESOR (Firma) 
Nombre: Nombre: 
 
 
 
 
 
 
0. Caracterización	del	problema	(Justificación)	
El	Proyecto	Uniandino	Aeroespacial	es	un	macroproyecto	de	 la	Universidad	de	 los	Andes	
que	 incluye	 distintos	 departamentos	 de	 la	 facultad	 de	 ingeniería.	 La	 comunicación	 del	
cohete	en	vuelo	es	de	vital	importancia,	para	las	siguientes	misiones	se	quiere	implementar	
un	sistema	que	garantice	el	envío	de	los	datos	desde	el	cohete	hasta	dos	estaciones	en	tierra	
y	que	se	puedan	recibir	peticiones	desde	las	mismas	estaciones.	Por	otro	lado	la	calidad	y	la	
garantía	 de	 la	 recuperación	 de	 toda	 la	 información	 enviada	 hacen	 del	 proyecto	 un	
instrumento	de	gran	importancia	para	el	desarrollo	demisiones	futuras	con	éxito.	
	
1. Marco	Teórico	
La	 comunicación	 entre	 vehículos	 espaciales	 y	 estaciones	 en	 tierra	 se	 puede	 clasificar	 de	
acuerdo	a	la	propagación	de	la	señal	y	el	rango	de	medición.	Esta	información	es	de	vital	
importancia	para	la	selección	de	modulación	y	demodulación.	Se	tienen		técnicas	y	factores	
que	 influyen	 en	 la	 elección1.	 Por	 otro	 lado,	 a	 lo	 largo	 del	 tiempo	 se	 ha	 utilizado	 la	
comunicación	aeroespacial	para	el	desarrollo	de	distintas	aplicaciones	como	los	rescates	de	
emergencia,	en	este	caso,	la	forma	de	comunicación	aeroespacial	con	redes	terrestres	ad	
hoc2	ha	producido	una	profundización	en	el	estudio	de	este	tema.	Esta	comunicación	es	e	
forma	inalámbrica,	para	ello	se	utilizan	sensores	inalámbricos	aeroespaciales	(EMA	por	sus	
siglas	en	inglés),	estos	sensores	reducen	los	problemas	de	cableado	y	facilitan	el	diseño	de	
las	estructuras	de	antena	de	los	vehículos3.		
Se	han	estudiado	distintas	aplicaciones	que	involucran	nodos	de	control	para	la	interacción	
con	vehículos	y	equipos	remotos	en	misiones	aeroespaciales4.	También	la	creación	de	un	
módulo	 de	 seguridad	 perimetral5	 acude	 a	 distintos	 protocolos	 de	 comunicación	 para	
misiones	 aeroespaciales.	 Los	 centros	 de	 control	 móvil6	 implementaron	 protocolos	 de	
comunicación	con	el	vehículo	aeroespacial	que	son	instrumentos	de	ayuda	al	momento	de	
realizar	este	proyecto	actual.	
	
a. Antecedentes	externos:	
Klaus	W.,	“Digital	Communications	Between	Aerospace	Vehicles	and	Stations	on	
the	Ground*”.	
Beriolli	M.,	“Aerospace	Communications	for	Emergency	Applications”.	
Jianhua	L.,	“COMMUNICATION	SCHEMES	FOR	AEROSPACE	WIRELESS	SENSORS”.	
	
a. Antecedentes	locales:	
																																																													
1	Klaus	W.,	“Digital	Communications	Between	Aerospace	Vehicles	and	Stations	on	the	Ground*”.	
2		Beriolli	M.,	“Aerospace	Communications	for	Emergency	Applications”.	
3	Jianhua	L.,	“COMMUNICATION	SCHEMES	FOR	AEROSPACE	WIRELESS	SENSORS”.	
4	Arteaga	S.,	“Desarrollo	de	un	nodo	de	control	para	la	interacción	con	vehículos	y	equipos	remotos	en	
misiones	aeroespaciales	C3-PUA”.	
5	Mariño	C.,	“Proyecto	Uniandino	Aeroespacial.	Módulo	de	seguridad	perimetral”.	
6	Pedraza	S.,	“Centro	de	control	y	comando	móvil	PUA-C3M”.	
Arteaga	S.,	“Desarrollo	de	un	nodo	de	control	para	la	 interacción	con	vehículos	y	
equipos	remotos	en	misiones	aeroespaciales	C3-PUA”.	
Mariño	C.,	“Proyecto	Uniandino	Aeroespacial.	Módulo	de	seguridad	perimetral”.	
Pedraza	S.,	“Centro	de	control	y	comando	móvil	PUA-C3M”.	
	
2. Caracterización	del	proyecto	
a. Objetivos	generales	
En	el	marco	del	Proyecto	Uniandino	Aeroespacial	desarrollar	 la	nueva	generación	
de	electrónica	de	comunicaciones	tierra-aire-tierra	basado	en	el	microprocesador	
RaspBerry.	
b. Objetivos	específicos	
• Diseñar	un	algoritmo	de	reconstrucción	de	información	incompleta.	
• Implementar	un	sistema	de	comunicación	FM	entre	dos	estaciones	base	y	
un	objeto	aéreo	elevado	a	1	kilómetro	de	altura.	
• Probar	el	sistema	a	través	de	la	elevación	del	mismo	en	un	globo	o	cualquier	
objeto	que	esté	a	un	kilómetro	de	altura.	
c. Alcance	(compromisos)	
El	 proyecto	pretende	 implementar	 un	 sistema	de	 comunicación	 tierra-aire-tierra	
bidireccional	 entre	un	 vehículo	que	esta	 elevado	 a	 un	 kilómetro	de	 altura	 y	 dos	
estaciones	en	tierra	aisladas	entre	sí.		
3. Contexto	del	proyecto	y	tratamientos	
a. Suposiciones	
• Se	tiene	un	objeto	elevado	a	un	kilómetro	de	altura.		
b. Restricciones	
	
• No	 se	 puede	 implementar	 el	 sistema	 en	 el	 cohete	 real	 para	 realizar	 las	
pruebas.	
• Se	manejan	frecuencias	de	transmisión	libres.	
	
c. Factores	de	Riesgo	
• Tiempos	de	envío	e	importación	de	los	elementos	necesarios	del	proyecto.	
4. Cronograma	
a. Identificación	y	descripción	de	hitos	
(a) Investigación	de	los	posibles	modelos	
(i) Lectura	de	artículos	relacionados	
(ii) Conocimiento	de	sistemas	implementados	
(b) Decisión	del	modelo	
(i) Qué	tipo	de	modulación	y	demodulación	se	va	a	implementar	
(ii) Búsqueda	de	implementos	
(iii) Caracterización	de	los	elementos	
(c) Implementación	del	modelo	
(i) C	ódigo	y	algoritmo	de	recuperación		
(ii) Implementación	del	modelo	de	comunicación	en	RaspBerry.	
(d) Prueba	del	modelo		
(i) Elevación	del	modelo	a	1	kilómetro		
(ii) Toma	de	datos	y	puesta	en	práctica	del	algoritmo	de	recuperación	
b. Cronograma	(Gantt	(tiempos,	dependencias,	recursos,	entregables))	
	
5. Recursos	
• Microprocesador	RaspBerry	
• Módulo	transmisor	FM	
• Receptores	FM	
• Objeto	elevado	a	1	Km	de	altura	
	
6. Bibliografía	
[1]	 Klaus	 W.,	 “Digital	 Communications	 Between	 Aerospace	 Vehicles	 and	 Stations	 on	 the	
Ground*”.	IRE	Transactions	on	Aerospace	and	Navigational	Electronics		(Volume:ANE-9	,		Issue:	
2	),	Junio	1962.	
[2]	 Beriolli	M.,	“Aerospace	Communications	for	Emergency	Applications”.	Proceedings	of	the	
IEEE		(Volume:99	,		Issue:	11	),	29	septiembre	2011.	
[3]	 Jianhua	 L.,	 “COMMUNICATION	 SCHEMES	 FOR	 AEROSPACE	 WIRELESS	 SENSORS”.	 2008	
IEEE/AIAA	27th	Digital	Avionics	Systems	Conference,	Octubre	2008.	
[4]		Arteaga	S.,	"Desarrollo	de	un	nodo	de	control	para	la	interacción	con	vehículos	y	equipos	
remotos	en	misiones	aeroespaciales	C3-PUA",	Universidad	de	los	Andes,	Facultad	de	ingeniería,	
Mayo	de	2014.	
Mes Diciembre
Semanas S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1 S2 S3 S4 S1
Investigación
Lectura	de	
artículos
Conocimiento	
de	sistemas
Decisión	 Entregables
Tipo	de	modelo Retiros
Busqueda	y	
pedido	de	
implementos
Caracterización
Implementación
Código	y	
algoritmo
Modelo	en	
RaspBerry
Prueba
Elevación	a	1	Km
Toma	de	datos	y	
análisis
Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre
[5]		Mariño	 C.,	 "Proyecto	 Uniandino	 Aeroespacial.	 Módulo	 de	 seguridad	 perimetral",		
Universidad	de	los	Andes,	Facultad	de	ingeniería,	2013-2.			
[6]	 Pedraza	 S.,	 "Centro	 de	 control	 y	 comando	 móvil	 PUA-C3M",	 Universidad	 de	 los	 Andes,	
Facultad	de	ingeniería,	Diciembre	de	2012.	
	
7. Anexos	
a. Formato	 de	 sesión	 de	 derechos	 de	 Autor	 (autorización	 de	 uso	 a	 nombre	 de	 la	
Universidad	de	los	Andes).	
	
	
	
	
	
 
TRABAJO DE GRADO 
AUTORIZACIÓN DE SU USO A FAVOR DE LA 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
 
 
 
Yo 
Alix Camila Gutiérrez Castillo
, mayor de edad, vecino de Bogotá D.C., identificado con la 
Cédula de Ciudadanía N° 
101546345
de 
Bogotá
, actuando en nombre propio, en mi calidad de autor del 
trabajo de tesis, monografía o trabajo de grado denominado: 
 
haré entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos del ser el caso, en formato digital o electrónico (CD-ROM) y 
autorizo a LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES, para que en los términos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de 
1993, Decisión Andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995 y demás normas generales sobre la materia, utilice y use 
en todas sus formas, los derechos patrimoniales de reproducción, comunicación pública, transformación y 
distribución (alquiler, préstamo público e importación) que me corresponden como creador de la obra objeto del 
documento. PARÁGRAFO: La presente autorización se hace extensiva no sólo a las facultades y derechos de uso 
sobre la obra en formato o soporte material, sino también para formato virtual, electrónico, digital, óptico, usos en 
red, internet, extranet, intranet, etc., y en general para cualquier formato conocido o por conocer. 
 
EL AUTOR - ESTUDIANTES, manifiesta que la obra objeto de la presente autorización es original y la realizará sin 
violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto la obra es de su exclusiva autoría y tiene la titularidad 
sobre la misma. PARÁGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en 
cuanto a los derechos de autor sobre la obra en cuestión, EL ESTUDIANTE - AUTOR, asumirá toda la responsabilidad, 
y saldrá en defensa de los derechos aquí autorizados; para todos los efectos la Universidad actúa como un tercero 
de buena fe. 
 
_________________________________EL AUTOR - ESTUDIANTE. 
 
(Firma) ................................................................. 
Nombre Alix Camila Gutiérrez Castillo
 
C.C. N° 101546345de 
Bogotá
 
 
 
	
	
B.Materiales y proveedores
Adafruit Feather M0 RFM96 LoRa Radio - 433MHz: Este dispositivo se compró por la tienda
de Adafruit, el link se adjunta a continuación: [https://www.adafruit.com/product/3179]
Figura B.1: Adafruit Feather M0 RFM96 LoRa Radio - 433MHz
Conector superficial de antena(CON U.FL SMD M (CON U.FL SMD M)): Este accesorio se
compró en Sigma, la página se muestra a continuación: [http://www.sigmaelectronica.net/con-
ufl-smd-m-p-1700.html]
Figura B.2: Cable coaxial(U.FL TO RP-SMA (U.FL TO RP-SMA))
Cable coaxial(U.FL TO RP-SMA (U.FL TO RP-SMA)): Este accesorio se compró en Sigma, la
página se muestra a continuación: [http://www.sigmaelectronica.net/ufl-to-rp-sma-p-1629.html]
Figura B.3: Conector superficial de antena(CON U.FL SMD M (CON U.FL SMD M))
Antena dipolo omnidireccional a 433MHz: Ya se encontraba dentro del inventario de PUA-Saturn
Figura B.4: Antena dipolo omnidireccional a 433MHz
41
APÉNDICE B. MATERIALES Y PROVEEDORES 42
Antena Yagi 895-980 MHz: Ya se encontraba dentro del inventario de PUA-Saturn
Figura B.5: Antena Yagi 895-980 MHz
Convertidor coaxial conector SMA a tipo N: Este cable se compró en la carrera 9 con 19, centro
comercial, 2o piso, local Redes y computadores.
Figura B.6: Convertido coaxial conector SMA a tipo N
C.Instrumentos
Se utilizó el R$S R©FSH Handheld Spectrum Analyzer para medir de forma experimental la potencia
de salida de las tarjetas RF.
Figura C.1: RS R©FSH Handheld Spectrum Analyzer
43
D.Códigos de programación
D.1. Módulo emisor
//HISTOGRAMA
// Agosto y Septiembre : Adelantos en d e f i n i c i n de p ines de s a l i d a
// Viernes 21 de Octubre : Pruebas de m d u l o s con antenas y conec tores SMA
s u p e r f i c i a l e s
//Lunes 24 de Octubre : Cambios y d o c u m e n t a c i n en p a r a m e t r i z a c i n d e l c d i g o .
Pruebas con ”Hola mundo”
// M i r c o l e s 2 de Noviembre : D e f i n i c i n ru t ina de paquetes
// Martes 8 y j u e v e s 10 de Octubre : Pruebas m i l l i s
// I n c l u s i n de l i b r e r a s n e c e s a r i a s
#include <RHReliableDatagram . h>
#include <RH RF95 . h>
#include <SPI . h>
#include <Time . h>
// D e f i n i c i n de l o s s e r v i d o r e s y c l i e n t e s e s t a b l e c i d o s en l a c o m u n i c a c i n
#define CLIENT ADDRESS 1
#define SERVER ADDRESS 2
// D e f i n i c i n de p ines de uso en l a f e a t h e r M0
#define RFM95 CS 8
#define RFM95 RST 4
#define RFM95 INT 3
#define l ed 13
// A s i g n a c i n de p a r m e t r o s a l a t a r j e t a
RH RF95 r f 95 (RFM95 CS , RFM95 INT) ;
// Clase para g e s t i o n a r l a entrega de mensajes y l a r e c e p c i n , u t i l i z a n d o e l
cont ro lador dec larado anter iormente
RHReliableDatagram manager ( r f95 , CLIENT ADDRESS) ;
// D e f i n i c i n de r u t i n a s
void t i empo trans ( ) ;
void env ia r ( int n paquetes ) ;
// C o n f i g u r a c i n de p a r m e t r o s de t r a n s m i s i n
void setup ( )
{
// I n i c i a c i n d e l puerto s e r i a l
S e r i a l . begin (9600) ;
// I n i c i a c i n de l a t a r j e t a f ea t h er , cuando e l proceso de i n i c i a l i z a c i n no se
pueda l l e v a r
//a cabo , se lanza un mensaje de a l e r t a .
i f ( ! manager . i n i t ( ) )
S e r i a l . p r i n t l n ( ” i n i t f a i l e d ” ) ;
// I n i c i a c i n d e l m d u l o RF95 , cuando e l proceso de i n i c i a l i z a c i n no se pueda
l l e v a r
//a cabo , se lanza un mensaje de a l e r t a . De l o c o n t r a r i o se a v i s a que se l o g r
i n i c i a l i z a r
while ( ! r f 9 5 . i n i t ( ) ) {
S e r i a l . p r i n t l n ( ”LoRa rad io i n i t f a i l e d ” ) ;
while (1 ) ;
}
S e r i a l . p r i n t l n ( ”LoRa rad io i n i t OK! ” ) ;
// Si se usa e l FRM95, se pueden tener p o t e nc ia s de t r a n s m i s i n entre 5 a 20 dBm.
r f 9 5 . setTxPower (20 , f a l s e ) ;
44
APÉNDICE D. CÓDIGOS DE PROGRAMACIÓN 45
//Led ind icador de t r a n s m i s i n
pinMode ( led ,OUTPUT) ;
}
void loop ( )
{
// D e f i n i c i n de v a r i a b l e s
u i n t 8 t dataP [ ]= ”pruebaNueva” ;
u i n t 8 t paquete [ ] = ”0” ;
int t i empoIn i ;
int tiempoFin ;
while ( t rue )
{ // Si e l s e r i a l e s t h a b i l i t a d o :
i f ( S e r i a l . a v a i l a b l e ( ) )
{ //Lea e l v a l o r i n t r o d u c i d o por s e r i a l
dataP [0 ]= S e r i a l . read ( ) ;
// Si e l v a l o r es ”1” corresponde a l e n v o d e l paquete 1
i f ( dataP[0]== ’ 1 ’ ) // Paquete 1 −−>250 b y t e s
{
t i empo trans ( ) ; //Tiempo de i n i c i o de e n v o
S e r i a l . p r i n t ( ”\n” ) ;
env ia r ( 1) ; //Llama a l a ru t ina de e n v o
t i empo trans ( ) ; //Tiempo f i n a l de e n v o
S e r i a l . p r i n t ( ”\n” ) ;
}
// Si e l v a l o r es ”2” corresponde a l e n v o d e l paquete 2
else i f ( dataP[0]== ’ 2 ’ ) // Paquete 2 −−>33KBytes b y t e s
{
t i empo trans ( ) ; //Tiempo de i n i c i o de e n v o
S e r i a l . p r i n t ( ”\n” ) ;
env ia r ( 132) ; //Llama a l a ru t ina de e n v o
t i empo trans ( ) ; //Tiempo f i n a l de e n v o
S e r i a l . p r i n t ( ”\n” ) ;
}
// Si e l v a l o r es ”3” corresponde a l e n v o d e l paquete 3
else i f ( dataP[0]== ’ 3 ’ ) // Paquete 3 −−>32KBytes b y t e s
{
t i empo trans ( ) ; //Tiempo de i n i c i o de e n v o
S e r i a l . p r i n t ( ”\n” ) ;
env ia r ( 128) ; //Llama a l a ru t ina de e n v o
t i empo trans ( ) ; //Tiempo f i n a l de e n v o
S e r i a l . p r i n t ( ”\n” ) ;
}
break ;
}
}
}
// Rutina de e n v o
void env ia r ( int n paquetes )
{
// D e f i n i c i n de v a r i a b l e s
int i = 0 ;
// E n v a hasta que se cumplan l o n paquetes ingresados por p a r m e t r o
for ( i = 0 ; i < n paquetes ; i++ )
{ //Dato a env iar : d e f i n i d o como 250 b y t e s por d e f e c t o
u i n t 8 t data [ ] = ”Lorem ipsum do lo r s i t amet , c on s e c t e tu r ad i p i s c i n g e l i t .
Aliquam ve l bibendum to r t o r . Donec eu dictum f e l i s . Suspend i s se ve l l i g u l a
t o r t o r . I n t eg e r n i s i nibh , mo l l i s eu odio vel , condimentum l o b o r t i s n i s l . Nam
APÉNDICE D. CÓDIGOS DE PROGRAMACIÓN 46
ac rutrum v e l i t . In f auc ibus sed nullam . ” ;
// D e f i n i c i n d e l b u f f e r que es e l t a m a o d e l paquete a env iar
u i n t 8 t buf [RH RF95 MAX MESSAGE LEN ] ;
S e r i a l . p r i n t l n ( ”Enviando a R95 s e r v i d o r ” ) ;
d i g i t a lWr i t e ( led ,HIGH) ;
// E n v o de mensaje a s e r v i d o r
i f (manager . sendtoWait ( data , s izeof ( data ) , SERVER ADDRESS) )
{
d i g i t a lWr i t e ( led ,LOW) ;
// Ahora esperar una r e s p u e s t a d e l s e r v i d o r
u i n t 8 t l en = s izeof ( buf ) ;
u i n t 8 t from ;
i f (manager . recvfromAckTimeout ( buf , &len , 2000 , &from ) )
{
S e r i a l . p r i n t l n ( ( char∗) buf ) ;
}
else
{
S e r i a l . p r i n t l n ( ”No hay respuesta , hay a l g n s e r v i d o r escuchando ?” ) ;
}
}
else {
S e r i a l . p r i n t l n ( ” En v o f a l l i d o ” ) ;
d i g i t a lWr i t e ( led ,HIGH) ;
de lay (100) ;
d i g i t a lWr i t e ( led ,LOW) ;
de lay (100) ;
}
}
}
// Rutina de tiempo
void t i empo trans ( )
{
unsigned long tiempo ;
S e r i a l . p r i n t ( ”Tiempo : ” ) ;
tiempo=m i l l i s ( ) ;
S e r i a l . p r i n t ( tiempo ) ;
}
D.2. Módulo receptor
//HISTOGRAMA
// Agosto y Septiembre : Adelantos en d e f i n i c i n de p ines de s a l i d a
// Viernes 21 de Octubre : Pruebas de m d u l o s con antenas y conec tores SMA
s u p e r f i c i a l e s
//Lunes 24 de Octubre : Cambios y d o c u m e n t a c i n en p a r a m e t r i z a c i n d e l c d i g o .
Pruebas con ”Hola mundo”
// I n c l u s i n de l i b r e r a s n e c e s a r i a s
#include <RHReliableDatagram . h>
#include <RH RF95 . h>
#include <SPI . h>
// D e f i n i c i n de l o s s e r v i d o r e s y c l i e n t e s e s t a b l e c