3.1. Sistemas de suministro y respaldo de energía.

Introducción 

Los sistemas para respaldar energía permiten, entregar energía a una carga para que esta pueda funcionar, la operación normal es tomar la energía de la red y enviarla a la carga. Cuando se produce un corte, del suministro de energía domiciliario, el sistema de respaldo, utiliza una fuente de energía propia para seguir alimentando la carga.

Cuando se trata de alimentar computadoras, hay que considerar el tiempo de transferencia, es decir cuanto tiempo transcurre: desde que la energía de la red desaparece, hasta que llega la energía propia del sistema respaldado. La idea es minimizar el tiempo de transferencia, para que la computadora no detecte el corte de energía. 

Es común utilizar como nombre genérico de los equipos de respaldo, la sigla inglesa UPS, que significa "Uninterruptable Power Supply", y cuya traducción es "Fuente de Poder Ininterrumpida". La palabra ininterrumpida, se refiere a que el tiempo de transferencia es cero.

Sistema UPS

Una UPS posee tres módulos fundamentales: 

• Rectificador 
• Inversor 
• Baterías y Cargador de Baterías 

La función de rectificador es tomar la tensión alterna proveniente de la red eléctrica, y convertirla en tensión continua. 

La función del inversor es convertir la tensión continua de entrada, en tensión alterna de salida, 220Volts @ 50Hz. Este modulo produce la energía que alimenta nuestra computadora.

Las baterías almacenan energía eléctrica, de ellas se obtiene la energía para el funcionamiento del PC cuando no hay energía en la red domiciliaria. La función del cargador de baterías es recuperar y mantener la energía almacenada en las baterías.

                                          Fig.1 Diagrama de un UPS

Funcionamiento 

• Cuando la tensión de la red domiciliaria, esta dentro del rango de entrada de la UPS, la energía de la red pasa por el rectificador hacia la entrada del inversor, y la salida del inversor alimenta el PC. Las baterías son cargadas. 

• Al producirse un corte de energía o si la tensión de la red esta fuera del rango de entrada, las baterías entregan energía al inverso, y la salida del inversor alimenta el PC. Las baterías son descargadas. 

Una característica fundamental de este tipo de UPS es que el inversor siempre esta funcionando, y para evitar confusión con otros tipos se les llama UPS On Line.

                                           Fig.2 Funcionamiento del UPS

Sistema SPS

La sigla inglesa SPS significa "Stand-by Power Supply" que se puede traducir como "Fuente de Poder a la Espera". En la actualidad se le domina UPS Off Line, por su funcionamiento parecido al de una UPS.

Una SPS posee tres módulos fundamentales:

• Inversor 
• Rele de transferencia 
• Baterías y Cargador de Baterías 

La primera diferencia, no tiene rectificador, esto se refleja en menor costo.

La función del inverso es convertir la tensión continua de entrada, en tensión alterna de salida, 220Volts @ 50Hz. Este modulo produce la energía que alimenta nuestra computadora

Funcionamiento

Cuando la tensión de la red domiciliaria, esta dentro del rango de entrada de la SPS, el rele transfiere energía desde la red al PC, en este modo de operación, todas las señales indeseadas presentes en la red, pasan a la carga, es decir no existe un rechazo a los transientes ni a los ruidos. 

Al producirse un corte de energía o si la tensión de la red esta fuera del rango de entrada, el inversor comienza a generar sacando energía desde las baterías, y el rele transfiere energía, desde la salida del inversor al PC. 

                                              Fig.3 Esquema de diferencia entre SPS y UPS

Rele de transferencia tiene tiempo de transferencia, por esto la tensión de salida de una SPS tiene una pequeña interrupción, por esta razón en estricto rigor no es una UPS.

3.2. Sistemas de audio, video y datos. 

Sistema de Audio

En sistema de audio la sensación del sonido es producida por una onda acústica. un micrófono funciona en una forma similar cuando una sola onda acústica golpea un micrófono, este genera ondas magnéticas que representan el sonido en función del tiempo.

Un convertidor Analógico Digital (Analog Digital Converter, ADC) puede convertir las ondas de sonido en ondas digitales, un ADC toma el voltaje eléctrico como entrada y genera un numero binario con salida.

De esta forma el sonido se convierte en datos que pueden ser transportados de un equipo a otro a través de una red.

                                          Fig.4 Convertidor Analogico Digital (ADC)

Sistema de Video

Un sistema de vídeo es un medio que se percibe con la vista para obtener información por medio de imágenes.

Cuando una imagen es proyectada sobre la retina, esta se detiene por unos mili-segundos antes de perderse; si se proyectan 50 o mas imágenes por segundo, el ojo no detecta que esta viendo imágenes discretas. así se produce un efecto de movimiento.

El vídeo se representa con una secuencia de frames. cada uno se compone de una cuadricula de pixeles. un pixel puede ser un bit, para representar blanco o negro, o mas bit para representar un rango mas amplio de colores.

Sistema de Datos

El uso de datos multimedia se ha vuelto popular en la actualidad. Hoy se cuenta con sistemas que soportan texto, audio, imágenes y vídeo. El poder de procesamiento de las computadoras de ahora (comúnmente I GB de RAM y 40 GB en disco duro) permite manejar estas capacidades. Además los datos multimedia no solo se tienen en una maquina local, sino que se comparten entre computadoras a través del Internet Literalmente, multimedia significa uno o más medios

3.3. Sistemas de transmisión y recepción inalámbrica. 

Las comunicaciones inalámbricas son aquellas que no utilizan un medio de propagación físico, sino que utilizan ondas electromagnéticas con una cierta modulación, que se propagan por el aire, sin necesidad de una conexión directa con los dispositivos a comunicar. 

Este tipo de tecnología usa unas bandas de frecuencia específicas, la cual depende de las aplicaciones de la comunicación, para transmitir y recibir la información. La velocidad y la distancia de cobertura de la comunicación inalámbrica, depende de forma exclusiva de la tecnología inalámbrica utilizada, así como de los dispositivos que forman parte de la red de comunicación.

Únicamente se analizarán con detalle, cuatro tecnologías inalámbricas (entre las múltiples que hay), para posteriormente implementar físicamente dos de las anteriores. Las cuatro tecnologías analizadas son Wi-Fi, RF, Bluetooth y ZigBee; y las implementadas RF y Bluetooth.

                                           Fig.5 Esquema de recepción y transmisión de datos

3.3.1. WiFi. 

Wi-Fi es un sistema de envío de datos sobre redes computacionales, que utiliza ondas de radio en lugar de cables, con el fin de permitir conectar un equipo a una red y entre ellos haber un intercambio de información sin necesidad de cables. Es una tecnología inalámbrica basada en el estándar IEEE 802.11. Actualmente, las principales tecnologías inalámbricas certificadas son 802.11b y 802.11g, compatibles entre ellas.

• Características generales

En primer lugar, es una red que ofrece una comodidad superior a las redes cableadas, porque cualquiera que tenga acceso a la red puede conectarse desde distintos puntos dentro de un rango suficientemente amplio de espacio. 

Además, una vez configurada, la red WI-FI permite el acceso de múltiples ordenadores al mismo punto de acceso sin problemas de gasto ni infraestructura, siempre que compartan la misma capacidad de transmisión de datos que el punto de acceso.

                                               Fig.6 WiFi

3.3.2. Bluetooth. 

Bluetooth es un estándar concebido para establecer conexiones sin hilos, de corto alcance, entre un amplio número de dispositivos. Ésta tecnología funciona a través de transmisores y receptores radio de alta frecuencia y baja potencia.

• Características generales

Bluetooth, está diseñado para operar en un entorno de radio frecuencia ruidosa, es por eso que utiliza un esquema de reconocimiento rápido y acceso múltiple por división en el código con saltos de frecuencia (CDMA-FH): 79 saltos en frecuencia desplazados 1MHz. Los módulos de radio Bluetooth eliminan la interferencia con otras señales saltando a una nueva frecuencia inmediatamente después de transmitir o recibir un paquete. Además, también se ve reducido el efecto del ruido aleatorio en enlaces de larga distancia gracias al empleo de una corrección de errores hacia delante (FEC), que incorpora Bluetooth.

                                              Fig.7 Bluetooht

3.3.3. Zigbee.

Es el nombre de la especificación de un conjunto de protocolos de alto nivel de comunicación inalámbrica de bajo consumo, basada en el estándar IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas de área personal. Su objetivo son las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y maximización de la vida útil de sus baterías. En principio, el ámbito donde se prevé que esta tecnología cobre más fuerza es en domótica debido a su bajo coste, su topología de red en malla y su fácil integración.

• Características generales

ZigBee puede constar de un máximo de 65535 nodos distribuidos en subredes de 255 nodos, lo que la hace más que suficiente para cubrir cualquier necesidad. Tiene un consumo de 30 mA cuando el dispositivo está transmitiendo y de 3uA cuando éste está en reposo. 

Además, el sistema ZigBee se queda la mayor parte del tiempo dormido, pudiendo pasar al estado activo en menos de 15 ms. Con velocidades de 20, 40 y 250 Kbps y un alcance en el rango de 10 a 75 metros, ZigBee puede funcionar en las bandas de frecuencia ISM de 2,405-2,480 GHz (16 canales), 902-928 MHz (10 canales) y 868 MHz (1 canal), aunque la mayoría de fabricantes optan por la primera. 

Está diseñado para proporcionar conectividad de alta eficiencia entre los pequeños paquetes de dispositivos y permite la conexión multipunto.

                                            Fig.8 Esquema de red ZigBee