A. 1ª FASE. DEFINICIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES DEL...

CAPÍTULO IV

RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN

En este capitulo final se desarrolló y explicó las etapas que

fueron utilizadas de acuerdo a la metodología propuesta la

construcción y funcionamiento de la tarjeta de control del fotómetro, y

los resultados de la misma.

A. 1ª FASE. DEFINICIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES DEL

PROYECTO.

Se realizó una tarjeta de control electrónico para la

autocalibración de sodio y potasio en los diferentes tipos de muestras

sanguíneas u orina.

Este diseño contiene un micro-controlador de la familia 16f84,

el cual obtiene una entrada digital, proveniente de un convertidor

analógico a digital (adc0804), dicha entrada es analizada con un valor

determinado que esta almacenado en la memoria del micro-

controlador, si el valor no es el correcto, el micro-controlador enviara

87

CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN

88

una señal de salida digital al convertidor digital análogo para que se

incremente la señal analógica de entrada al ADC.

Este procedimiento se realizará continuamente, hasta que el

resultado de la conversión sea igual al valor que esta almacenado en

la memoria del microcontrolador, al finalizar la comparación el

resultado obtenido es visualizado a través de los display.

Este proceso de auto calibración se realizará en las muestras de

sodio y la muestra de potasio, manteniendo una lectura estándar de

5 para la calibración del potasio y 140 para la calibración del sodio.

En este proceso, si la comparación es valida, el

microcontrolador estará listo para realizar la química sanguínea,

mostrando en un display la letra S para el sodio y P para el potasio de

acuerdo a la selección que realice el operador por medio de las teclas

de control que se encuentran acopladas al microcontrolador y su

entrada para la validación es el pin RA4 del mismo.


89

B. 2ª FASE. ESQUEMA GENERAL DEL HARDWARE.

En esta fase se realizó el diagrama del sistema de control para

la tarjeta de autocalibración, el cual esta conectado de la siguiente

manera:

ESQUEMA GENERAL DEL HARDWARE

FUENTE: FERRAY Y ORTIZ, 2000

Sensor

Amplificad

or

Convertidor Analógico

Digital

PIC

Fuente de Tensión Decodificador

De Direcciones

Diferenciador de Tensión

Tecla

Amplificador

Sumador

Displays

Convertidor Digital

Analógico

Registro de datos


90

Sensor: Recibe una señal de luz que es originada por la flama

la cual es transformada a una tensión de 0 a 88 mv para ser

comparado con la tensión de la muestra.

Amplificador: Éste toma la salida del sensor y se encarga de

amplificar la tensión de la señal que tiene un valor muy bajo el cual

es aumentado de 0 a 5 voltios para poder ser convertido a analógica

digital.

Convertidor Analógico Digital: Toma la entrada analógica o

cambiante en el tiempo para ser convertido en forma digital para un

mejor manejo del microcontrolador (PIC).

Microcontrolador: Con los datos obtenidos del convertidor el

PIC realiza las operaciones propias del control de proceso la cual

puede ser cambiada por el bloque de tecla; también prepara la señal

para mostrar el valor requerido.

Teclas: En el que tiene como función alterar en forma manual

los parámetros incluidos en el proceso.

Registro de datos: Se encarga de almacenar los datos

procesados del microcontrolador esperando un tiempo para procesar

hacia el convertidor.


91

Convertidor Digital Analógico: Se encarga de cambiar la señal

digital a analógica para poder ser tomada como tensión de

retroalimentación.

Amplificador Sumador: Suma la señal proveniente del PIC con

la señal que proviene del sensor que se toma como señal patrón y el

resultado será llevada al diferenciador siendo brevemente amplificada.

Diferenciador de tensión: este entrega una señal de voltaje en

su salida cuando las tensiones de alimentación en el positivo y del

negativo se desbalancea, siendo esta señal la principal para el proceso

de auto calibrado, ya que aumenta o disminuye la entrada de tensión

al convertidor analógico / digital.

Fuente de tensión: Es la que entrega la energía necesaria a los

dispositivos que forman la tarjeta de control.

Decodificador de Direcciones: permite alimentar cada uno de

los displays; permite encender el búfer y el convertidor digital /

analógico.

Display: este dispositivo muestra un valor binario en su

equivalente decimal.


92

C. 3ª FASE. ORDINOGRAMA GENERAL.

Se representa en esta fase un diagrama general que defina la

operación del sistema que efectuara el programa para la realización

del proceso de lectura en el sodio y el potasio. Este proceso se realiza

mediante la lectura de un dato donde cumplirá una serie de

actividades, seleccionando la calibración para el potasio, sodio, cero y

realizar el estándar. En el momento de seleccionar alguna de las

alternativas nombradas anteriormente, él cumplirá una trayectoria.

En la calibración del potasio se lee el dato proveniente del ADC,

y se realiza la comparación con el valor estándar del mismo. Si el

resultado es exacto, el microcontrolador guarda el valor del dato en la

memoria EEPROM y lo mostrará por los displays, si no, se realizará

una comparación para decrementar o incrementar el valor del

registro interno del PIC hasta obtener el valor exacto.

Este proceso se repite para la calibración del sodio, con la única

diferencia, de que el valor estándar es de 140. Con el cero se realiza

también una comparación donde tan sólo se incrementará un valor de

un registro interno del micro controlador, que luego será enviado

hacia el convertidor digital análogo hasta que la lectura sea cero y

luego será visualizada en los displays.


93

El proceso es representado de la siguiente manera:

DIAGRAMA DEL FOTOLLAMA

B

1 1Wednesday, July 19, 2000

Title

Size Document Number Rev

Date: Sheet of

VCC

VCC

VCC

AL SENSOR

1 R A 22 R A 3

4 MCLR#3 RA4/TOCKI

5 V S S6 RB0/INT7 R B 18 R B 29 R B 3 RB4 10

RB5 11RB6 12RB7 13Vdd 14

OSC2/CLKOUT 15OSC1/CLKIN 16

RA0 17RA1 18

PIC16F84

D1

15 10 6 7

4 1 2 3 14125

D3

15 10 6 7

4 1 2 3 14125

D5

15 10 6 7

4 1 2 3 14125

U?

74LS373

D03

D14

D27

D38

D413

D514

D617

D718

OC1

G11

Q02

Q15

Q26

Q39

Q412

Q515

Q616

Q719

U?

74LS138

A1

B2

C3

G16

G2A4

G2B5

Y015

Y114

Y213

Y312

Y411

Y510

Y69

Y77

159

159

U?

ADC0804

DB018

DB117

DB216

DB315

DB414

DB513

DB612

DB711

CS1

RD2

WR3

INTR5

AGND8

VI+6

VI-7

CLKR19

CLK4

VREF9

U?

DAC0808

A812

A711

A610

A59

A48

A37

A26

A15

VR+14

VR-15

IOUT4

IOUT2

COMP16

S3

S3

S3

S3

159

15947

159

D4

15 10 6 7

4 1 2 3 14125

D2

15 10 6 7

4 1 2 3 14125

470MCAP

12

10K

5kPOT

1k

U?

74ALS244

1A12

1A24

1A36

1A48

2A111

2A213

2A315

2A417

1G1

2G19

1Y118

1Y216

1Y314

1Y412

2Y19

2Y27

2Y35

2Y43

D?

LEDD?

LED

1k

D?

LED

D?

LED

4.0000MXT

22P

22P

123APNPN

330

0.1UC

+

-UA741

3

26

7 14 5

10KPOT

6.2K

6.2K

+

-

U?

UA741

3

26

7 14 5

+

-

U?

UA741

3

26

7 14 5

D1 D21k

1k

5kPOT

FUENTE: Ferray Y ORTIZ, 2000


94

D. 4ª FASE. ADAPTACIÓN ENTRE EL HARDWARE Y EL

SOFTWARE.

El Hardware electrónico utilizado es principalmente el

microcontrolador PIC16f84 de MICROSHIP. Por otro lado, el software

utilizado en el Laboratorio para el microcontrolador PIC, es el MPLAB,

en el cual se incluye un Editor/Ensamblador MPASM y el Emulador

MPSIM.

A razón que el hardware y el software pertenecen a una misma

compañía fabricante, la compatibilidad entre ellos es de un 100%.

La comunicación entre el hardware y el software se puede

describir como una comunicación sencilla, debido a que el

microcontrolador controla los dispositivos hardware, a razón del

software que contiene, a través del decodificador de direcciones, que

es controlado por el puerto A del PIC. Para la adquisición de los datos

el decodificador selecciona el buffer que contiene los datos del ADC y

el dato es ingresado al PIC por medio del puerto B.

Para la salida de los datos, el decodificador de direcciones

selecciona al registro tipo D y envía los datos a través del puerto B.

El software interno selecciona y configura el puerto B como entrada o


95

salida dependiendo de la operación que se requiera en el momento de

la ejecución de una rutina.

El puerto A se configura para que el pin RA4 sea entrada para

las teclas y los pines restantes sean de salida para el control de

decodificaciones de las direcciones para seleccionar los dispositivos.

RA4 RA3 RA2 RA1 RA0 1 0 0 0 0

RA0, RA1, RA2: son las que controlan el decodificador de

direcciones.

El puerto B se configura como entrada para la lectura del dato

del ADC.

RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0

1 1 1 1 1 1 1 1

Luego de la lectura del dato y al momento de enviar datos al

los displays, DAC, o a las teclas el puerto B se configura como salida

parta tal fin


0 0 0 0 0 0 0 0

El proceso se repite cíclicamente hasta que se apague el equipo.


96

E. 5ª FASE. ORDINOGRAMAS MODULARES Y

CODIFICACIÓN DE PROGRAMAS.

Esta fase se basa en la materialización del proyecto, la

construcción de una tarjeta electrónica. Esta conexión se inicia con

el montaje de puertos de las entradas y salidas del Pic 16F84 en el

protoboard. Luego se procede a conectar un decodificador para el

display, un buffer amplificador para el acople de los datos del

convertidor hacia el puerto de entrada del pic (puerto b), y un teclado

de 4 teclas para el control del proceso respectivo.

Una vez terminada esta etapa, se procede a la adaptación de las

otras etapas de la tarjeta que son: La etapa amplificadora de la señal,

los convertidores analógico-digitales y digital-analógicos para

convertir la señal, el diferenciador de tensión para realizar una

comparación detención formando con ésta la tarjeta de

autocalibración para el fotómetro de llama.

El lenguaje de programación que fue utilizado para los

microcontroladores fue el lenguaje máquina para PIC (lenguaje de

bajo nivel). En esta ocasión se usó el editor simulador de la

MICROCHIP que tiene por nombre MPLAB, con el cual se realizo la

programación, la simulación y por último se uso el software bolkpro

para la grabación del microcontrolador.


97

Etapa E-1.- Definición de Objetivos para el Programa

principal

El programa de control para la lectura y visualización de los

datos del fotómetro de llamas que esta ubicado en el microcontrolador

PIC16F84, en él se cumplirán los siguientes objetivos:

• Configurar el puerto A como salida.

• Controlar las salidas del puerto A para direccionar los datos

tanto para la entrada como para la salida.

• Configurar el puerto B como entrada para obtener la lectura

del ADC.

• Configurar el puerto B como salida para la visualización y

calibración dependiendo del comando aplicado

internamente.

Etapa E-2.- Construcción del Diagrama de Flujo para el

programa.

En esta etapa se crearon todos pasos ejecutables para el

programa, éste esta constituido principalmente por los siguientes puntos y

orden respectivo:

• Inicio


98

• Configurar puerto A.

• Configurar puerto B.

• Leer datos de entrada

• Leer datos de teclas

• Verificar en que modo opera modo 0, modo 1.

• Si esta en modo 1, realiza calibración (Cero, Potasio, Sodio).

• Guardar valor de calibración en la memoria EEPROM.

• Verificar si hay paciente seleccionado, si hay Ir a leer en

memoria EEPROM, de acuerdo a la selección de paciente (

Sodio Potasio). Seleccionar puerto de salida y enviar los datos

al DAC

• Realizar paciente seleccionado.

• Visualizar dato de entrada.

• Ir a leer dato de entrada de paciente

• Fin

Obsérvese cada uno de los pasos mencionados:

• Configurar Puertos:

En esta rutina de configuración e inicialización de puertos se

trabajaron los puertos A y B. En un principio el puerto A será


99

limpiado para luego ser configurado como entrada RA4 y salida resto

de los pines; es decir:

RA4 RA3 RA2 RA1 RA0

1 0 0 0 0

Luego se limpiará el puerto B para ser configurado como

entrada (1), como se observa :


1 1 1 1 1 1 1 1

• Leer datos de entrada:

En esta parte el microcontrolador envía al decodificador de

direcciones, la dirección para seleccionar el buffer amplificador para

leer los datos provenientes del ADC, a través del puerto A. La lectura

se realiza mediante el puerto B que esta configurado como entrada

• Leer datos de teclas:

Esta es la rutina se coloca el bit RB3 en 1, luego se rota y se

lee el puerto B, se realiza una comparación lógica, si se pulsa

cualquiera de las cuatro teclas, internamente se colocaran en 1, las

banderas de identificación de teclas, llamadas:


100

• INDTEC: Indicadora de tecla presionada

• TECLA1: Indicador de tecla 1 presionada



• TECLA4: Indicador de tecla 4 presionada.

A medida que avance al programa se realiza el reconocimiento

de las teclas y se activan los comandos correspondientes a cada tecla.

• Verificación del modo de trabajo:

En esta rutina se explora el estado que tiene la bandera que

contiene el modo de operación, si la bandera esta en modo 0, en el

programa se pueden realizar las pruebas de pacientes por medio de

los comandos de las teclas; si está en 1, le indica al programa que

cualquier comando que se active por medio de las teclas, se realizará

una calibración y finalizada esta se guardará el resultado de la

calibración en una localidad de memoria EEPROM.

• Verificar sin hay paciente seleccionado:

Esta rutina consiste en verificar que el modo de trabajo sea el

modo 0, y que haya sido pulsado una de las teclas de realizar


101

pacientes, este va hacia la memoria de acuerdo con la selección y lee

el valor que se guardo al momento de calibrar ese parámetro, luego de

leído el dato, por medio del puerto A se selecciona el DAC y se le envía

el valor leído de la memoria; realizado esto, se comienza con la toma

de datos para paciente seleccionado.

• Realizar paciente seleccionado:

Esta rutina se encarga de tomar los datos de la entrada y

visualizarlos continuamente, quedándose en un ciclo infinito o hasta

que el operado interrumpa la acción.

• Leer datos de paciente:

En esta rutina el programa se encarga de seleccionar por medio

del puerto A el ADC, para tomar los datos que ingresarán al

microcontrolador, luego de esto se encarga de realizar el proceso

descrito, para luego visualizar los dato tomados y previamente

analizados.

Después de esto el programa se mantendrá en un ciclo infinito

realizando cada una de las operaciones que se le indique por medio

del teclado, departe del operario.


102

DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROGRAMA

Inicio

Calibrar Sodio

Calibrar Cero

Si

Si

Si

Leer dato de tecla

Calibrar Potasio

No

No

No

1

4

3

Realizar Standard

5

2

Esperar 2ms

Si


103

Obsérvese las subrutinas implicadas en el anterior diagrama:

Leer Dato

Dato = 0

Dato > 0

Incrementar Valor

Enviar al DAC

Guardar Valor

Mostrar en Display

Si

Si

No

No

No

1

No

4


104

Standard Potasio

Standard Sodio

Leer dato de tecla

No

No

5

1

Si

Leer Rom

Enviar al DAC

Leer dato

Mostrar en Display

Leer dato de tecla

Standard Potasio

Si

1

No

Leer Rom

Enviar al DAC

Leer dato

Mostrar en Display

Leer dato de tecla

Standard Potasio

Si

1

No

Si


105

3

Dato < 140

Dato >140

Incrementar Valor

Enviar al DAC

Decrementar Valor

Enviar al DAC

Mostrar en Display

Leer Dato del ADC

Dato = 140

Si

Si

Si

NO

NO

Guardar valor

1


106

Leer Dato del ADC

Dato = 5

Dato < 5

Dato > 5

Incrementar Valor

Enviar al DAC

DecrementarValor

Enviar al DAC

Guardar Valor

Mostrar en Display

Si

Si

Si

No

No

1

2

FUENTE: FERRAY Y ORTIZ, 2000


107

F. 6ª FASE. IMPLEMENTACIÓN DEL HARDWARE

Al obtener los resultados deseados con el software se procede a

la conexión de comunicación con el hardware

Etapa F. 1.- Diseño, Construcción de la tarjeta.

En esta etapa se construyó una tarjeta para hacer pruebas y

modificaciones. La tarjeta esta constituida por un cristal de 4 Mhz, 1

PIC16F84, 1 ADC 0804, 1 DAC 0808, 3 CI LM741, 1 SN74LS373, 1

SN74ALS244, 6 transistores ECG 159, 5 displays ánodo comunes y 4

pulsadores normalmente abiertos.

Una vez construida y verificada la tarjeta, se procedió a verificar

el funcionamiento del programa y cada una de las etapas.

La verificación del funcionamiento de la tarjeta se llevó a cabo

de la siguiente manera: se comprobó la lectura y envío de datos

desde el convertidor análogo-digital hacia el PIC, se adaptó el

decodificador de direcciones para ver si se visualizaba los datos

recibidos.

Se le conectó cada una de las cuatro teclas y se comprobó que

realizaba las funciones correspondientes para las que fueron

programada, se adaptó el DAC y comprobó que los datos almacenados


108

salían perfectamente y por último se adaptaron los amplificadores de

la señal proveniente de foto sensor.

G. 7ª FASE. DEPURACIÓN DEL SOFTWARE.

En esta fase se ejecutaron y depuraron las rutinas

independientes a las cuales el programa principal hace el llamado en

un momento determinado en la ejecución del mismo.

H. 8ª FASE. INTEGRACIÓN DEL HARDWARE CON EL

SOFTWARE.

En esta fase, el programa principal y las rutinas fueron

ensamblados en el circuito electrónico y puestos en marcha para

verificar su funcionamiento y asegurar su correcta integridad.

I. 9ª FASE. CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO DEFINITIVO

Y PRUEBAS FINALES.

Esta fase se realizó en dos etapas:

Etapa I-1.- Ensamblaje de la Placa Controladora.

Para la finalización del diseño y ensamblaje de la tarjeta

controladora, se realizó el diseño de la pista bajo el software

TRAXMAKER, dando como resultado un trazo para la baquelita en


109

forma de doble cara en la cual se procederá a montar los

componentes descritos en la lista de materiales para finalizar la

construcción del diseño.

La elaboración de la baquelita se realizó por medio de la técnica

de la serigrafía; luego de elaboradas las pistas e impresa en una

impresora láser, se realizó un fotolito en negativo para luego obtener

un fotolito positivo, luego pintar una malla tendida en un recuadro de

30*25 cm con la emulsión foto sensitiva, se esperó que se secara,

luego de secada se le colocó los fotolitos positivos de cada una de las

caras y se colocó a la exposición de la luz uv por un lapso de 10

minutos aproximadamente.

Después de transcurrido el tiempo se retiró y se lavó con agua,

realizado todo este proceso se procedió a colocar la lámina de

baquelita de doble cara debajo de una de las caras impresas en la

malla, se le echó pintura esmalte y se regó con una espátula, esta

pintura pasó la malla por los surcos grabados y pintó la cara de la

baquelita, se espero que se secara el esmalte para luego proceder a

pintar el lado siguiente.

Esperado un tiempo de secado prudencial se introdujo la

baquelita en el ácido cloruro férrico, agitando y revolviendo hasta que

las partes no pintadas se cayeran y sólo quedaran las vías marcadas.


110

Por último se procedió a perforar la baquelita con una mecha

de 1/64 avos de pulgadas, montar y soldar los componentes para

obtener el acabado final del diseño.

Etapa I-2 Discusión de los resultados:

Luego de terminadas las fases del ensamblaje del hardware y la

realización del software para el microcontrolador se realizaron las

pruebas y ajustes para la lectura de las señales recibidas por el PIC.

Durante el desarrollo del equipo se utilizó la metodología de

Angulo J (1990), la cual muestra que el diseño fue creado cumpliendo

los paso que él describe, estructurando el diseño y el análisis del

mismo, asegurando el buen funcionamiento.

Para el proceso de calibración, se tomó un poco de tiempo, ya

que éste es muy sensible y se debe realizar con mucho cuidado y

paciencia para obtener los valores deseados, y que el funcionamiento

del equipo sea el adecuado.

Una vez culminada las calibraciones, se procedió a realizar

ciertas pruebas de funcionamiento, dando como resultado lo

esperado. Demostrando que todo lo realizado funcionó como se

esperaba, cumpliendo con los objetivos planteados.

A. 1ª FASE. DEFINICIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES DEL...

Documents

Transcript of A. 1ª FASE. DEFINICIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES DEL...