a. 1ª fase. definiciÓn de las especificaciones del...
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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.
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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.
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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.
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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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.
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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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
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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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
RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0
0 0 0 0 0 0 0 0
El proceso se repite cíclicamente hasta que se apague el equipo.
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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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.
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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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
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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• 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
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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 :
RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RB0
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:
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
100
• INDTEC: Indicadora de tecla presionada
• TECLA1: Indicador de tecla 1 presionada
• TECLA2: Indicador de tecla 2 presionada
• TECLA3: Indicador de tecla 3 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
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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.
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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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
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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.
CAPITULO IV RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
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.
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