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Sistema Supervisor de Variable Analógica Héctor González – González – 1161092 1161092 Dúmar Hidalgo – Hidalgo – 1161079 1161079 Brian Araque – Araque – 1160983 1160983 I. INTRODUCCIÓN ste informe tiene como finalidad supervisar una variable analógica a través de una interfaz de usuario utilizando transmisión digital. Teniendo en cuenta el uso de la tarjeta Arduino como herramienta de adquisición de datos. Generalizando, La transmisión digital consiste en el envío de información a través de medios de comunicaciones físicos en forma de señales digitales. Por lo tanto, las señales analógicas deben ser digitalizadas antes de ser transmitidas. Sin embargo, como la información digital no puede ser enviada en forma de 0 y 1, debe ser codificada en la forma de una señal con dos estados.
E
II. OBJETIVOS Supervisar una variable analógica a través de una interfaz de usuario utilizando transmisión digital. Identificar los componentes del sistema de transmisión digital de un solo canal. Determinar la señal de entrada analógica y los parámetros de diseño de los componentes del sistema de transmisión digital. Implementar la interfaz de usuario. Implementar el sistema supervisor.
III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El problema que se busca solucionar en esta práctica es encontrar la manera correcta de supervisar una variable analógica (temperatura) a través de una interfaz de usuario utilizando transmisión digital, además, es necesario identificar los componentes del sistema de transmisión digital de un solo canal; teniendo en cuenta la señal de entrada analógica y los parámetros de diseño de los componentes del sistema de transmisión digital a implementar. IV. HERRAMIENTAS UTILIZADAS Los requerimientos necesarios para el correcto desarrollo de la práctica de laboratorio fueron los siguientes:
Guía de la Práctica de Laboratorio “SISTEMA SUPERVISOR DE VARIABLE ANALÓGICA”. ANALÓGICA”. Arduino software v1.8.5. Computador personal con especificaciones: Procesador i5-
4210U 1.7GHz, memoria RAM de 4GB, disco duro sólido de 240 GB, sistema operativo Windows 7 de (64 bits). Arduino/Genuino Mega 2560. Display LCD 16*2. Potenciómetro de 10kohm. Gadget Bluetooth HC06 Arduino/Genuino. Puentes protoboard. Resistencias eléctricas. Sensor de temperatura LM35. Smartphone Android V. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
A. Primera sesión sesión del proyecto proyecto 1) Identificar los componentes del sistema de transmisión digital de un solo canal.
Los componentes del sistema de supervisión se enlistan a continuación:
Microcontrolador Arduino ATmega2560. Software de programación Arduino 1.8.5. Cables de protoboard. Sensor de temperatura LM35. Gadget de Arduino Bluetooth HC06. Celular Android 5.0 o superior
2) Se representa mediante un diagrama de bloques el sistema supervisor de la variable analógica.
El diagrama de bloques del sistema supervisor se aprecia en la Fig. 1.
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información entre circuitos integrados en equipos electrónicos. El bus de interfaz de periféricos serie o bus SPI es un estándar para controlar casi casi cualquier dispositivo electrónico electrónico digital que acepte un flujo de bits serie regulado por un reloj (comunicación sincrónica). Incluye una línea de reloj, dato entrante, dato saliente y un pin de chip select, que conecta o desconecta la operación del dispositivo con el que uno desea comunicarse. De esta forma, este estándar permite multiplexar las líneas de reloj. B. Segunda sesión del proyecto 1) Se define la señal de entrada analógica y el dispositivo electrónico que la detecta.
La señal analógica de entrada corresponde a la temperatura del ambiente que puede verse modificada por el usuario a razón de evaluar el comportamiento del sistema. Por otra parte, el dispositivo electrónico que detecta la señal analógica (Temperatura) es el sensor de temperatura LM35. Fig. 1. Diagrama de bloques del sistema supervisor. 3) Se obtienen las especificaciones componentes del sistema.
técnicas
de
los
2) Se establecen las condiciones de operación y de interconexión de los componentes del sistema supervisor.
Microcontrolador ATmega2560 Voltaje de entrada de – de – 7-12V 7-12V 54 pines digitales de Entrada/Salida (14 de ellos son salidas PWM) 16 entradas análogas 256k de memoria flash
El Arduino Mega posee 10 ADC con una resolución de 10 bits cada uno. Es decir, para cada entrada analógica tenemos disponibles 1024 pasos o valores discretos. Según la hoja de especificaciones del ATmega1280, el tiempo de conversión del ADC varía entre 13 μs y 260 μs lo que implica una frecuencia de muestreo teórica entre 3.8 kHz y 76.92 kHz . Obviamente el ATmega1280 no es lo suficientemente rápido como para alcanzar la máxima frecuencia de muestreo teórica del ADC. Para el Arduino Mega, según las especificaciones técnicas el rango de entrada va desde 0v hasta VCC (5V). El Arduino Mega puede utilizar dos valores como referencia para realizar la conversión, el primero es el voltaje de alimentación (5V) y el otro es un voltaje externo en tanto este no supere el voltaje de alimentación (VCC). 4) Se identifican los protocolos de comunicación entre los componentes del sistema.
Comunicación serial SPI: es un estándar de comunicaciones, usado principalmente para la transferencia de
Fig. 2. Configuración de pines LM35.
Fig. 3. Configuración de pines Display LCD.
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C. Tercera sesión del proyecto 1) Se establece el protocolo de comunicación para la interfaz de usuario.
El protocolo de comunicación que se usará en la implementación del proyecto será la comunicación serial para emparejar la tarjeta de desarrollo Arduino y el computador portátil. Por otro lado, se realizará la comunicación co municación bluetooth mediante el gadget de Arduino HC06 para enviar los datos obtenidos hacia una interfaz en un dispositivo móvil. 2) Se establece el lenguaje de programación de la interfaz de usuario del sistema supervisor.
El lenguaje de programación que se llevará a cabo para la implementación implementación del proyecto será el lenguaje C++. El lenguaje de programación de Arduino está basado en el funcionamiento funcionamiento general de este tipo de lenguaje, por lo tanto, también se podrán usar instrucciones nativas del lenguaje C++. 3) Se determinan los parámetros de operación de la interfaz.
Fig. 4. Configuración de pines Arduino Mega 2560.
Con base en el datasheet de la tarjeta Arduino, el display LCD y el sensor de temperatura LM35, se llevará a cabo la conexión del sistema supervisor.
La interfaz del usuario debe contemplar aspectos como visualización de datos en tiempo real, ya sea por medio de gráficas y por medio de tabulaciones de datos. A partir de esto, dicha interfaz contará con:
3) Se diseñan los circuitos electrónicos del sistema supervisor.
Gráfica de tiempo contra temperatura (Serial Plotter, herramienta de Arduino). Lista de datos en tiempo real de la temperatura medida (Monitor Serie, herramienta de Arduino). Interfaz gráfica en un Smartphone Android donde se muestren los dos últimos datos medidos por el sensor de temperatura. temperatura. Display LCD donde se muestre en valor entero, la magnitud de la temperatura actual medida por el sensor.
4) Se desarrolla la interfaz de usuario.
Fig. 5. Diseño completo del sistema supervisor.
Para el desarrollo de la interfaz se utilizará la aplicación Arduino Bluetooth LM35 descargada directamente desde la Play Store y el módulo Bluetooth HC06 para la sección de transmisión de datos por bluetooth. Una vez instalada la aplicación en el Smartphone establecido para realizar la comunicación, se ejecutará en Arduino el programa del ANEXO 1 que destinará los datos obtenidos del sensor hacia todos los canales de la interfaz de usuario mencionados en el inciso anterior. Por medio del programa en cuestión, se activaron las interfaces de usuario LCD por comunicación directa y PantallaSmartphone por medio de Bluetooth. La Fig. 6. muestra la interfaz LCD.
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Fig. 6. Interfaz de usuario vía LCD. 5) Se verifica la digitalización de la señal analógica en el ADC.
Por medio de la visualización de la información obtenida del sensor a través del Smartphone, se verifica la digitalización de la señal leída por medio del sensor de temperatura. A continuación, se muestra la interfaz gráfica por la cual se evidenció el conjunto de datos tomados del sensor. La Fig. 7. muestra la interfaz Pantalla-Smartphone Pantalla-Smartphone donde se visualizan los dos últimos valores detectados por el sensor de temperatura en determinado momento. Por otro lado, el ANEXO 2. evidencia que la medida de temperatura es relativamente constante y se establece en unos 30 °C. La visualización de esta gráfica, representa implícitamente la digitalización de la señal de temperatura del ambiente, pues para poder graficar cada punto de temperatura, se necesita primeramente un haber codificado codificado la información. información.
Fig. 7. interfaz Pantalla-Smartphone.
D. Cuarta sesión del proyecto. 1) Se implementa en protoboard el sistema supervisor.
La Fig. 8. muestra el circuito final del sistema de supervisión para una variable analógica. Como se puede observar, este cuenta con una interfaz de LCD, un módulo Bluetooth HC06 y una tarjeta de desarrollo Arduino.
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que el arduino Mega cuenta con una resolución de 10bits, lo que 024 y el valor de 0 voltios analógico equivale a 2 = 1024 analógico es expresado en digital como B0000000000 (0) y el valor de 5V analógico es expresado en digital como B1111111111 (1024). Por lo tanto, todo valor analógico intermedio es expresado con un valor entre 0 y 1023, es decir, se adiciona un 1 en binario cada 4,883 mV. EFERENCIAS R EFERENCIAS
[1] Andi, M. (2015) “Monitoring Suhu dengan Android dan
Arduino”, Arduino”, Disponible en: http://www.boarduino.web.id/2015/07/monitoring-suhudengan-android-dan.html?m=1 [2] Andi, M. (2016) “Thermometer Digital dengan Arduno”, Disponible en: http://www.boarduino.web.id/2014/12/thermometerdigital-dengan-arduino.html [3] Puerto, K. (2017) “SISTEMA SUPERVISOR DE VARIABLE ANALÓGICA” ANALÓGICA”, pp. 1-2.
Fig. 8. Circuito final del sistema de supervisión para una variable analógica.
2) Se realizan pruebas de operación y se depura el sistema supervisor.
A partir de las pruebas realizadas y el análisis que se le hizo al sensor LM35, fue razonable diseñar un filtro RC pasa bajos para que la señal de voltaje voltaje del sensor sensor garantizara un poco más más de fidelidad y la salida fuera de carácter constante. El filtro se muestra en el ANEXO 3. VI. CONCLUSIONES Para mejorar la estabilidad en la medición de la temperatura, se implementó un acondicionamiento de señal, realizando una etapa filtro RC con frecuencia de corte baja para reducir el ruido, de esta manera la lectura por parte de los canales analógicos del microcontrolador no presentaba mayores oscilaciones debido a las fuentes de alimentación En la selección adecuada de la rapidez de cambio de entrada por segundo o “Baudios” para transmitir la información de modo serial de arduino a bluetooth se concluyó que el valor de 9600 baudios es el adecuado para la trasmisión digital y cambios mayores o menores a 9600 producían errores en el envió de datos. Por último, último, se estableció estableció que el valor de 0.48828125 (ver (ver anexo.1) es el dato adecuado para la conversión conversión de un valor 5∗ analógico ha digital y este se obtiene a partir de debido a
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ANEXO 1. Programa que destinará los datos obtenidos del sensor hacia todos los canales de la interfaz.
ANEXO 2. Grafica que evidencia que la medida de temperatura es relativamente constante y se establece en unos 30 °C.
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ANEXO 3. Filtro RC pasa bajos.
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