LABORATORIO 1: ELECTROESTIMULADOR

Resumen: en el presente documento se muestra, el diseño y la implementación de un Electroestimulador el cual tiene como señales de salida una onda cuadrada y onda china, de frecuencia variable cada una. La implementación se realizara en la tarjeta del AT89C51CC03.

MARCO TEÓRICO

Onda sinusoidal

Se considera onda, a la propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio. Esta propiedad del medio, o magnitud, suele variar en función del tiempo. Las ondas se pueden clasificar de diferentes maneras (según el medio de propagación, según la dirección de la perturbación, según su periodicidad, etc.)

Una onda periódica es aquella en la que la perturbación que las origina se produce en ciclos repetitivos, tal es el caso de las ondas senoidales, puesto que la magnitud oscila en función del tiempo f(t), y puesto que al cabo de un intervalo de tiempo T los valores de la magnitud se repetirán.

Una onda sinusoidal está determinada por un valor máximo de amplitud, llamado valor "pico", y un tiempo de desarrollo llamado "periodo".La función sinusoidal gráfica una onda sinusoidal, partiendo de "cero", con un valor pico positivo, y otro igual negativo.

DISEÑO DEL SISTEMA

Por medio del programa uVision se realizó el código para la solución del

problema, en este informe se presentara por medio de bloques de código y realizando una explicación de cada uno de ellos para comprender como se abordó el problema, cabe recordar que la finalidad es alternar entre una onda cuadrada como en la figura 1 y onda china de la figura 2, además de cambiarle la frecuencia en 4 valores distintos.

En esta primera parte del código se inician las dos interrupciones que tiene el Microcontrolador esto es debido a que con una se controlara que señal se va a ver mientras que con otra se cambiara la frecuencia, en condiciones iniciales hará por defecto la señal cuadrada que más adelante se observara, cabe recordar que la posición 0003H y 0013H son las necesarias para la configuración de estas interrupciones.

En esta segunda parte del código se crea todo lo que harán las interrupciones en la parte llamada “Iniciar:”, se ajusta la prioridad, los temporizadores e interrupciones que se van a usar con las instrucciones IE, IP. TCON, también se inicializa un registro en 0. En un estado inicial este R0 y R1 con valores cargados será una onda cuadrada con 15ms.

Cuando llega a la subrutina llamada ONDA: se verifica el valor del registro 0 y se hará un salto a la subrutina llamada “INICIA_CUADRADA” siempre y cuando el R0 no sea igual a 0. Si el usuario oprime la interrupción 0, cambiara de

onda esto se logra dado a que se llama OP1 que mueve el valor de R0 al acumulador y lo complementa es y lo vuelve a poner en R0, en pocas palabras OP1 hará el complemento de R0, en el código no se puede hacer complemento a un registro por eso se pone al acumulador de por medio, en ese momento retornara a donde estaba, es decir a ONDA, allí por su parte dará un salto a la otra subrutina llamada INICIA_CHINA.

Si se requiere cambiar la frecuencia, se utiliza el registro R1 que al tener un valor por defecto de 00H se mantendrá siempre en 15ms (25µs para el temporizador), en caso de oprimir el interruptor, OP2 lo que hace es incrementar en 1 el registro R1, en si esta parte del código se encarga de mover R1 al acumulador y luego por medio de saltos encontrar el valor correspondiente cuando encuentre la subrutina la cual se le ha sido iniciado envía al registro R3 el valor en decimal que representa los 15ms, 30ms, 45ms y 120 ms que son respectivamente 25µs, 50µs, 75µs y 200µs para el temporizador.

Allí de igual forma y dependiendo de lo que se halla oprimido se cambia la onda y la frecuencia.

A continuación se muestra como se crea las señales

Generación de Onda cuadrada

Para realizar la cuadrada se tuvo en cuenta los temporizadores, en este caso con el menú TMOD este permite ajustar el modo al que los temporizadores trabajaran en este caso será #02H dado a que este modo es el de auto recarga en donde se define un valor predeterminado en TH0 mientras que TL0 cuenta desde el valor predefinido hasta FFH, luego se desborda creando un 1 en la bandera TF0, el TH0 en este caso responde al valor del registro R3 dado a que este es el encargado de ajustar la frecuencia de la onda es decir que si tiene más frecuencia el conteo hasta FF será menor por lo tanto se recarga con R3, en ese momento se impone un 1 lógico a TR0 para tener el temporizador funcionando, es igual que el enable de un contador programable.

Para la creación de la cuadrada se mueve el puerto uno 8 bits todos en 1 para crear el flanco positivo, esto se hará hasta que el contador de desborde y ponga TF1 en 1, luego se clarea y saldrá del ciclo cuando haya hecho el semiciclo completo, es decir que en el

modo 2 se permiten máximo 256µS, entonces se hacen muestreos hasta completar el valor en milisegundos requeridos y repetirá este ciclo hasta q dicha condición se cumpla, en ese momento se crea la señal cuadrada. Para este caso los valores de periodo necesarios para la aplicación desbordan de 1 byte por lo tanto se repiten 2 veces para quedar cubiertos con el número de Bytes, al final se vuelve a saltar a A2 para repetir todo el ciclo y dibujar no solo una sino varias señales cuadradas.

Generación de Onda China:

Al igual que la cuadrada R3 es el registro encargado de definir el periodo de la señal, también se elige el modo 2 de los temporizadores, la onda china como se observa en la figura 2 posee una parte exponencial, por lo tanto con ayuda de Matlab se generó esa señal se realiza un muestreo y se obtiene los valores, esto se hace con el fin de que el Microcontrolador “dibuje” punto a punto esta señal.

En la primera línea se observa el valor en binario del primer dato mostrado por Matlab, estará igualmente en este valor hasta que la bandera se desborde, y dependiendo del número que se necesita que esté presente en la gráfica así se coloca el valor de en la 5 línea, de igual manera puede variar dado a que habrán valores que se repitan, esto es gracias a los valores muestreados por Matlab, la otra parte de la señal es la cuadrada y por lo tanto se puede repetir el código anterior lo que se tiene q tener muy en cuenta en que la señal sube 1/3 del valor y se mantiene en el semiciclo negativo 2/3 del mismo. El 14H que se observa en la 5 línea es dado a que la parte que se está trabajando en el ciclo, es el 22.5% de toda la señal que tiene 17 tramos de la exponencial.

Al final cuando se termina de dibujar la señal se hace un salto a A2 para que este repita la señal y cree un tren de señales de onda china

SIMULACIÓN

Gracias a ISIS proteus, se carga en el Microcontrolador 80C51 el archivo

generado por uVision, con la extensión .hex, allí se le adicionan dos interruptores que serán los que simularan las interrupciones además de un DAC para poder observar la señal en el osciloscopio, de igual manera un amplificador operacional que cambia la corriente entregada por el DAC y loa convierte en tensión eléctrica

En la figura 3 se observa la señal cuadrada a 120mS y una tensión de 950mV en ambos semiciclos.

Figura 3. Señal cuadrada 8.33Hz

En la figura 4 se observa la misma señal esta vez con el valor de 45ms es decir aumentando la frecuencia de la señal cuadrada esto se logra luego de una interrupción

Figura 4. Señal cuadrada 22.2Hz

En la figura 5 se volvio a aumentar la frecuencia en este caso a 33Hz dado a que la aplicación de tipo biomedica usa estos valores para los electroestimuladores y asi lograr la relajacion del paciente

Figura 5. Señal cuadrada 33.3 Hz

Finalmente en la figura 6 se muestra el ultimo valor de frecuencia a la cual trabaja esta señal cuadrada.

Figura 6. Señal cuadrada 66.6Hz

En las figuras 7,8,9,10, se tiene la onda china y cumplen con el mismo orden 8.3Hz, 22.2Hz, 33.3Hz, 66.6Hz.

Figura 7. Señal onda China 8.33Hz

Figura 8. Señal onda China 22.2Hz

Figura 9. Señal onda China 33.3Hz

Figura 10. Señal onda China 66.6Hz

CONCLUSIONES

El Microcontrolador permite de una forma óptima y rápida la obtención de señales que por medio de la electrónica análoga serian complejas de hacer no solo por el circuito que debe ser robusto si no por la cantidad de factores que se deben tener en cuenta.

Se debe ser muy cuidadoso con la frecuencia y los niveles de tensión dado a que se podría generar un daño en vez de un beneficio al paciente que esté utilizando la onda china.

Las interrupciones es un método eficaz por el cual se permite que una misma señal tenga una variación ya sea en frecuencia o en la forma como esta se dibuja.

Es importante la generación de muestreos para las señales dado a que con estos valores se pueden tener el periodo exacto de la señal

BIBLIOGRAFIA

Electro estimulación. Disponible en: http://www.biolaster.com/productos/electroestimulacion_muscular

Onda Cuadrada. http://es.scribd.com/doc/4071838/Onda-cuadrada

Microcontrolador. Disponible en: http://ingenio-upp.blogdiario.com/1205186160/que-es-un-microcontrolador-/

ANEXOS

Anexo 1. CIRCUITO IMPLEMENTADO

Figura 11. Circuito implementado en ISIS Proteus.