Sistema de comunicaciones por propagación de ondas guiadas a través de cables multi-conductores
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Resumen
Existe una necesidad de alternativas de sistemas de comunicaciones en industrias que operan en ambientes adversos, como la industria de hidrocarburos. La propagación de ondas guiadas ultrasónicas a través de estructuras metálicas sólidas, tales como placas, barras y cables multi-conductores se han investigado con el propósito de transmisión de información digital. En este contexto, los cables multi-conductores se han explorado como canal de comunicaciones para la transmisión de ondas guiadas codificadas. Esta tesis presenta el diseño propietario e implementación de hardware de un sistema de transmisión de datos automático basado en la propagación de ondas guiadas ultrasónicas usando como canal de comunicaciones tres tipos de cables multi-conductores: AWG12 comúnmente usado en instalaciones eléctricas; y 4H18RPP y 1K22 MP-35N ambos usados en la industria de hidrocarburos debido a su diseño resistente a altas temperaturas y corrosión. Un protocolo de comunicaciones dedicado fue diseñado e implementado en las capas físicas y de enlace de datos, que involucra la modulación por posición de pulsos (PPM por sus siglas en inglés), el procesamiento digital de señales (DSP por sus siglas en inglés), y la validación de la integridad de la transmisión. El sistema de transmisión de datos está compuesto por un módulo transmisor de ondas guiadas codificadas en PPM, un segmento de cable multi-conductor como canal de comunicación, y un módulo receptor compuesto por una etapa de pre-amplificación, un módulo de adquisición de datos, un demodulador con DSP en tiempo real (RT por sus siglas en inglés) implementado en una plataforma de National Instruments® LabVIEW™, y una interfaz humano-máquina (HMI por sus siglas en inglés) que se ejecuta en una computadora personal. El transmisor genera paquetes de energía acústica a 60 𝑘𝐻𝑧 codificados en PPM y contiene distintos bytes de datos con sus respectivos bytes de integridad. Los experimentos conducidos en el laboratorio, usando cables de 1 𝑚 y 10 𝑚 de longitud, demuestran el funcionamiento exitoso del sistema de comunicaciones en un canal de transmisión sólido elástico con comportamiento dispersivo. Se obtuvieron tasas de transmisiones de datos digitales de hasta 470 𝑏𝑝𝑠, incluyendo la validación de los datos transmitidos.