Sistema de comunicación embebido para pruebas experimentales de transferencia sincronizada de variables eléctricas

Abstract

Este trabajo presenta el diseño, implementación y validación de un sistema de comunicación embebido para la transferencia sincronizada de variables eléctricas, orientado a la adquisición y reconstrucción numérica de tramas de datos. El objetivo principal consiste en implementar y validar la comunicación maestro-esclavo entre diferentes microcontroladores, incluyendo Arduino, ESP32 y dispositivos de Texas Instruments, verificando la integridad y estabilidad de los datos transmitidos mediante análisis experimental con osciloscopio. La metodología empleada se fundamenta en una arquitectura maestro-esclavo, donde el dispositivo maestro gestiona la señal de reloj, la selección de esclavos y la sincronización del intercambio de datos. Se definieron parámetros comunes para garantizar la interoperabilidad entre los microcontroladores, tales como frecuencia de reloj, modo SPI y orden de bits MSB. La transferencia de información se realizó mediante tramas estructuradas de 13 bytes, compuestas por un valor booleano y tres variables en formato flotante IEEE 754. La validación experimental incluyó configuraciones con uno y múltiples esclavos, evaluando las señales SPI mediante un osciloscopio y verificando la correspondencia entre las tramas binarias transmitidas y los valores numéricos reconstruidos en el dispositivo receptor. Los resultados evidencian una transmisión confiable y consistente de los datos, además de identificar limitaciones asociadas a la velocidad de procesamiento en modo esclavo en algunos dispositivos. Finalmente, se desarrollaron tableros de visualización en Streamlit y ThingsBoard, permitiendo diferentes modalidades de monitoreo y supervisión del sistema, desde visualización local mediante puerto serial hasta supervisión remota a través de comunicación WiFi.

This work presents the design, implementation, and validation of an embedded communication system for the synchronized transfer of electrical variables, aimed at the acquisition and numerical reconstruction of data frames. The main objective is to implement and validate master-slave communication between different microcontrollers, including Arduino, ESP32, and Texas Instruments devices, verifying the integrity and stability of the transmitted data through experimental oscilloscope analysis. The methodology is based on a master-slave architecture, where the master device manages the clock signal, slave selection, and synchronization of data exchange. Common parameters were defined to guarantee interoperability among the microcontrollers, such as clock frequency, SPI mode, and MSB bit order. Information transfer was carried out using structured 13-byte frames composed of one boolean value and three variables in IEEE 754 floating-point format. The experimental validation included configurations with both single and multiple slaves, evaluating SPI signals using an oscilloscope and verifying the correspondence between the transmitted binary frames and the numerical values reconstructed by the receiving device. The results demonstrate reliable and consistent data transmission, while also identifying limitations associated with slave-mode processing speed in certain devices. Finally, visualization dashboards were developed in Streamlit and ThingsBoard, enabling different system monitoring and supervision modalities, ranging from local visualization through a serial port to remote supervision via WiFi communication.