Saber Electrónica 263 Ed. Argentina

SABER

EDICION ARGENTINA

ELECTRONICA

Año 22 - Nº 263 JUNIO 2009

Ya Ya está está en en Internet Internet el el primer primer portal portal de de electrónica electrónica interactivo. interactivo. Visítenos Visítenos en en la la web, web, yy obtenga obtenga información informacióngratis gratiseeinnumerables innumerablesbeneficios. beneficios.

www.webelectronica.com.ar www.webelectronica.com.ar SECCIONES FIJAS Sección del Lector

26

ARTICULO DE TAPA Electromedicina. Los equipos de diagnóstico y tratamiento Tomógrafos y Electrobisturís

3

LIBRO DEL MES Robótica desde cero

17

MONTAJE Construcción de proyectos sencillos con PIC en Proteus Estetoscopio electrónico Unidad de memoria universal Manejo de displays de 7 segmentos con PICAXE-40

27 57 62 67

SERVICE Curso de funcionamiento, mantenimiento y reparación de amplificadores de audio digitales - Lección 13 Proyecto de un amplificador PWM. Amplificador de salida con TIP

37

CUADERNO DEL TECNICO REPARADOR Cómo se repara el teclado de un teléfono celular

49

RADIOARMADOR Construcción de una antena para ver toda la TV por aire

72

AUTO ELECTRICO Aplicación de gas licuado en el funcionamiento de los vehículos a nafta

Distribución en Capital Carlos Cancellaro e Hijos SH Gutenberg 3258 - Cap. 4301-4942

Distribución en Interior Distribuidora Bertrán S.A.C. Av. Vélez Sársfield 1950 - Cap.

I m p res ión: WEBEN S. A. - Moreno 165 - Lanús- Bs. As. - Arg e n t i n a

Uruguay RODESOL SA Ciudadela 1416 - Montevideo 901-1184

77

Publicación adherida a la Asociación Argentina de Editores de Revistas

EDICION ARGENTINA - Nº 263 Director Ing. Horacio D. Vallejo Producción José María Nieves Columnistas: Federico Prado Luis Horacio Rodríguez Peter Parker Juan Pablo Matute En este número:

Ing. Alberto Picerno Ing. Ismael Cervantes de Anda Ing. Luis Roberto Rodríguez Enrique Célis

EDITORIAL QUARK S.R.L. Propietaria de los derechos en castellano de la publicación mensual SABER ELECTRONICA Herrera 761 (1295) Capital Federal T.E. 4301-8804 Administración y Negocios Teresa C. Jara Staff Olga Vargas Hilda Jara Liliana Teresa Vallejo Mariela Vallejo Diego Vallejo Ramón Miño Ing. Mario Lisofsky Fabian Nieves Sistemas: Paula Mariana Vidal Red y Computadoras: Raúl Romero Video y Animaciones: Fernando Fernández Legales: Fernando Flores Contaduría: Fernando Ducach Técnica y Desarrollo de Prototipos: Alfredo Armando Flores Atención al Cliente Alejandro Vallejo [email protected] Internet: www.webelectronica.com.ar Club SE: Luis Leguizamón Editorial Quark SRL Herrera 761 (1295) - Capital Federal www.webelectronica.com.ar La Editorial no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial. Tirada de esta edición: 12.000 ejemplares.

DEL DIRECTOR AL LECTOR QUEREMOS OFRECERLE LA MEJOR OPCION Bien, amigos de Saber Electrónica, nos encontramos nuevamente en las páginas de nuestra revista predilecta pa ra compartir las novedades del mundo de la electrónica. Últimamente empleo este espacio para dar mi parecer sob re diferentes aspectos de la actualidad tanto en Argentina como en diferentes países de la región. Quienes me conocen saben que recorro el continente y tengo la oportunidad de conocer el pensamiento de los ciudadanos y su opinión sobre la famosa “globalización”. Los Argentinos estamos sufriendo los efectos del dengue y estamos alertas ante los embates de la gripe porcina (el ya famoso virus H1N1); lamentablemente me declaro ignorante en el tema y desconozco cuáles son lo recaudos a tener en cuenta para minimizar los efectos de estas “pestes” pero hay otros temas más tangibles… pero que de igual manera me sorprende y asustan… Anoche miraba un informe sobre “las maras” en El Salvador (bandas de delincuentes) y planteaban el tema como un peligro instalado, creciente y cada vez más arraigado en dicho país y comentaban que era imposible vivir en dicho país por el nivel de delincuencia; hace 15 días vine de dictar cursos en El Salvador y si bien he notado pobreza y no me caben dudas que hay delincuencia, no he notado más violencia que en las calles de Bs. As. Claro que hay zonas por donde no se puede circular de noche, pero todos los días he salido a cenar… y entonces me pregunto: ¿será que tuve suerte o que no hay imparcialidad en la información? Pero comentando temas que nos tocan más de cerca, desde hace más de un mes que estamos asistiendo a la “batalla mediática” por las bancas legislativas. Por un lado hubo un apuro extremo en tratar de adelantar las elecciones y una vez conseguido dicho objetivo fue casi imposible lograr consenso para la elaboración de las famosas listas. Por un lado se dice “nosotros o el caos” y por el otro se afirma “si ganamos no hay caos, no va a pasar nada” y los dos discursos me dejan sin palabras ya que los primeros afirman que “no sabemos vivir en democracia” y que por ende necesitamos que nos guíen sin chistar y los segundos dicen “cambiemos para que nada cambie”. Ahora bien, digo todo esto porque, como siempre, somos los ciudadanos los que pagamos el precio de tantas incoherencias, ya sea en la información como en la conducción ya que cada vez que pensamos que las cosas se van a estabilizar “cada vez nos cuesta más seguir adelante”. Por eso, cada vez que nos reunimos para decidir los nuevos productos a lanzar y las “ofertas” que vamos a realizar tanto a nuestros lectores como a los socios del Club SE, lo primero que deberíamos plantearnos es “cuáles son los recursos mínimos que necesitamos para salir adelante” y en base a eso tendríamos que hacer nuestra planificación y, en realidad, el planteo debería ser al revés, es decir, “qué es lo que nuestros lectores necesitan para capacitarse y así estar más preparados para afrontar tiempos de crisis”. Precisamente, como tenemos que tener presente “los tiempos que corren” y como somos una empresa que no posee subvención alguna y las espaldas económicas no son muy anchas, solemos ser cautelosos y por eso le pedimos su apoyo para que nos diga qué es lo que necesita y cómo desea que se lo ofrezcamos. En nuestra web encontrará una encuesta cuyos resultados nos van a ayudar a mejorar nuestros servicios para que Ud. encuentre, en Saber Electrónica, la mejor opción en capacitación electrónica. ¡Hasta el mes próximo!

Ing. Horacio D. Vallejo

ARTÍCULO

DE

TAPA

Electromedicina Desde la aparición de la electrónica en la vida cotidiana, los técnicos han tratado de aplicarla en beneficio de la salud y de la investigación del cuerpo humano. Así, el diagnóstico por imágenes ha ido avanzando hasta convertirse en la actuali dad en un método indispensable para el estudio y seguimiento de infinidad de tratamientos. Desfibriladores y marcapasos son instrumentos eléctricos (electrónicos) indicados en diferentes tratamientos; los electrobisturís y los láser per miten cirugías con menores riesgos y equipos como tomógrafos, electrocardiógrafos o ultraso nidos entregan datos más que importantes para detectar diferentes anomalías en el cuerpo huma no. Evidentemente, en el desarrollo de los equi pos que hemos mencionado han participado téc nicos e ingenieros en electrónica y en todo hos pital o centro de salud que posea al menos uno de estos equipos debe haber un técnico que rea lice mantenimiento y, por ende, tiene que estar capacitado para entender su funcionamiento. Hace un tiempo fui invitado a dictar un seminario sobre la generación de imágenes que permiten realizar diagnósticos y tuve que “estudiar” dife rentes temas relacionados con electrónica y medicina (biomedicina) para poder explicar diferen tes fenómenos electroquímicos para que puedan comprenderse con facilidad; esto me ha dado “pie” como para que pueda reunir información y, con ayuda de especialistas, brindárselas a nues tros lectores. En Saber Electrónica, periódicamente publicamos artículos relacionados con la electromedicina pero ¿qué es en realidad la electromedicina? ¿qué estudia? ¿qué debe saber un técnico electrónico para poder dar servicio y mantenimiento a equipos electromédicos? ¿se pue den construir equipos con pocos recursos?. En este artículo damos comienzo a una serie desti nada a explicar conceptos elementales sobre electromedicina con los que trataremos de dar res puesta a éstas y otras preguntas que pueden formularse los interesados en este tema. Además, publicaremos proyectos completos de equipos, tratando de combinar el hecho de que sea de fácil construcción con la necesidad de tener prestaciones profesionales. Aquí explicamos qué es una tomografía, cómo deben ser los tomógrafos, en qué se basa el electrobisturí y cómo debe ser un equipo electrónico de estas características. Informe preparado por Horacio D. Vallejo Con el Asesoramiento de Dr. Aurelio García Llamas y el aporte de Fabián Peralta

Saber Electrónica 3

Artículo de Tapa Introducción Como una breve introducción se puede decir que la “electromedicina” es la especialidad de las Ciencias de la Salud que estudia y analiza el cuidado de la Salud desde el punto de vista de la Tecnología Sanitaria con el aporte de Técnicos e Ingenieros en Electricidad y Electrónica. Esta asignatura o especialidad estudia la correcta planificación, aplicación y desarrollo de equipos y técnicas utilizadas para realizar estudios y tratamientos médicos, normaliza el control de calidad de los equipos empleados y evalúa el control y prevención de los riesgos asociados con el empleo de estos equipos en el cuerpo humano. Por todo esto, los profesionales de la Electromedicina son Ingenieros, Físicos, Técnicos y Profesionales de la Salud especializados en solucionar y facilitar cualquier problema relacionado con la tecnología eléctrica y electrónica aplicada a la medicina, desde su uso a su adquisición. Algunos de los equipos o especialidades asociadas a la electromedicina son: Tomografia Electrobisturí Desfibrilador Marcapasos Electrocardiograma Resonancia Magnética Electroencefalografía Ultrasonido Cirugías Láser Terapias Láser para diagnóstico Radioinmunoanálisis

La Tomografía En medicina, la Tomografía es el procesado de imágenes de determinadas zonas del cuerpo


humano por secciones. El equipo que procesa estas imágenes se llama tomógrafo, mientras que la imagen producida es un tomograma. Este método no sólo se usa en medicina, sino que aporta excelentes resultados en arqueología, biología, geofísica, oceanografía, ciencia de los materiales y otras ciencias. En la mayoría de los casos se basa en un procedimiento matemático llamado reconstrucción tomográfica. Hay muchos tipos de tomografías aplicadas a la salud, pero se destacan las tomografías por emisión de positrones y la tomografía computada o computarizada. Una tomografía de varias secciones de un cuerpo es conocida como politomografía. Figura 1

Tomografía PET La tomografía por emisión de positrones (PET: por las siglas en inglés de Positron Emission Tomography), figuras 1 y 2 es un tipo de procedimiento de medicina nuclear que mide la actividad metabólica de las células de los tejidos del cuerpo. La PET, es en realidad, una combinación de medicina nuclear y análisis bioquímico. Se utiliza principalmente en pacientes que tienen enfermedades del corazón o del cerebro y cáncer, la PET ayuda a visualizar los cambios bioquímicos que Figura 2 tienen lugar en el cuerpo, como el metabolismo (proceso por el cual las células transforman los alimentos en energía después de que han sido digeridos y absorbidos en la sangre) del músculo cardíaco. La Tomografía por Emisión de Positrones es una técnica no invasiva de diagnóstico e investigación por imagen capaz de medir la actividad metabólica de los diferentes tejidos del cuerpo humano, especialmente del sistema nervioso central. Al igual que el resto de téc-

Artículo de Tapa nicas diagnósticas en Medicina Nuclear, la TEP se basa en detectar y analizar la distribución que adopta en el interior del cuerpo un radioisótopo administrado a través de una inyección. La diferencia entre este estudio y otros exámenes de medicina nuclear es que la PET detecta el metabolismo dentro de los tejidos corporales, mientras que otros tipos de exámenes de medicina nuclear detectan la cantidad de sustancia radioactiva acumulada en el tejido corporal en una zona determinada para evaluar la función del tejido. Esta técnica mide la producción de fotones gamma como resultado de la destrucción de un positrón. Para obtener una tomografía PET se inyecta una sustancia que se desea investigar unida a un isótopo que emite positrones (radionúclidos), y se evalúa el paso de la sustancia por la barrera hematoencefálica. Se toman imágenes en tiempo real observándose imágenes bidimensionales utilizando técnicas matemáticas de construcción de imágenes. Los radionúclidos que se emplean en las PET son sustancias químicas como la glucosa, el carbono o el oxígeno, que son utilizadas naturalmente por el órgano o tejido en cuestión durante el proceso metabólico. Se agrega una sustancia radioactiva a la sustancia química requerida para las pruebas específicas. Por ejemplo, en las PET cerebrales, se aplica una sustancia radioactiva a la glucosa (azúcar en la sangre) para crear un radionúclido denominado fluorodeoxiglucosa (FDG), ya que el cerebro utiliza glucosa para su metabolismo. La FDG se utiliza en gran medida en los estudios de PET. Pueden utilizarse otras sustancias para los estudios de PET, según el propósito del examen. Si se estudia el flujo de sangre y la perfusión de un órgano o tejido, el radionúclido puede ser un tipo de oxígeno, carbono, nitrógeno o galio radiactivo. La PET utiliza un dispositivo de exploración (una máquina con un gran hueco en el centro) que detecta los positrones (partículas subatómicas) emitidos por un


Figura 3 radionúclido en el órgano o tejido que se estudia. La figura 3 esquematiza el proceso de captura de la PET. La posibilidad de poder identificar, localizar y cuantificar el consumo de glucosa por las diferentes células del organismo, ofrece un arma de capital importancia al diagnóstico médico, puesto que muestra qué áreas del cuerpo tienen un metabolismo glucídico elevado. Un elevado consumo de glucosa es, precisamente, la característica primordial de los tejidos neoplásicos. De esta manera es factible localizar los focos de crecimiento celular anormal en todo el organismo ya que la TEP no evalúa la morfología de los tejidos, sino su metabolismo y, por ende, se puede detectar un crecimiento anormal de las células, tema que trata la oncología. El radionúclido se administra por vía intravenosa o se inhala como un gas. Luego, el escáner de la PET se mueve lentamente sobre la parte del cuerpo en estudio. La descomposición del radionúclido emite positrones. Durante la emisión de positrones se generan los rayos gama, que luego serán detectados por el escáner. Una computadora analiza los rayos gama y utiliza la información para crear un mapa de imagen del órgano o tejido en estudio. La cantidad de radionúclidos concentrados en el tejido afecta el brillo con el que aparece el tejido en la imagen e indica el nivel de funcionalidad del órgano o tejido. Se suelen emplear estos estudios para: * Para detectar la propagación del cáncer a otras par tes del cuerpo desde el sitio en que apareció original mente y para evaluar la eficacia de un tratamiento contra este mal. También para ayudar a controlar y tratar el cán cer de pulmón mediante la clasificación por etapas de las lesiones y el seguimiento del progreso de las lesiones después del tratamiento. * Para diagnosticar demencias (trastornos relaciona dos con el deterioro de la función mental) como la enfer medad de Alzheimer, así como otros trastornos neuroló gicos como: Enfermedad de Parkinson (enfermedad pro -

Artículo de Tapa gresiva del sistema nervioso en la que se observa un leve temblor, debilidad muscular y un modo de caminar parti cular), Enfermedad de Huntington (enfermedad heredita ria del sistema nervioso que causa demencia progresiva, movimientos extraños involuntarios y una postura anor mal), Epilepsia (trastorno cerebral que provoca convul siones recurrentes), etc. * Para localizar la zona donde se realizará un proce dimiento quirúrgico en el cerebro. * Para evaluar el cerebro después de un traumatismo y detectar hematomas (coágulos de sangre), hemorra gias o perfusión (flujo de sangre y oxígeno) del tejido cerebral. * Para identificar y cuantificar lesiones pulmonares o masas detectadas en radiografías o TC de tórax. * Etc.

administrárselos). Por ello será necesario firmar un consentimiento escrito de aceptación de los posibles riesgos. Se recomienda acudir en ayunas, aunque no es estrictamente necesario. Se lo indicarán al darle la cita. Si el estudio es digestivo, procurar no comer alimentos que produzcan "gases" el día anterior, ni que contengan residuos. Al darle la cita le indicarán una lista de alimentos a evitar. La prueba la realiza un técnico en radiodiagnóstico y posteriormente un médico especialista en radiología es el encargado de interpretar las imágenes. Las TAC más comunes son: TAC abdominal TAC craneal TAC torácico TAC lumbosacro TAC de órbitas

La figura 4 muestra un tomógrafo PET típico.

Tomografía Axial Computarizada (TAC) La tomografía axial computarizada (TAC) es una prueba de diagnóstico radiológica mediante la utilización de rayos X y procesamiento de las imágenes por ordenador. Mediante el ordenador se reconstruyen los planos atravesados por los rayos X. La imagen se construye midiendo la absorción de rayos X por el tejido atravesado. Al procesar las imágenes se pueden ver como cortes tridimensionales en un monitor de televisión o en una radiografía. Con este método se consiguen imágenes muy precisa del interior del organismo y de sus diferentes órganos, permitiendo diagnósticos muy precisos. Para obtener una TAC, el paciente permanece tumbado en una camilla, y ésta se desliza dentro del tubo que genera los rayos X, que gira alrededor del paciente. No causa dolor ni molestia alguna. Tampoco produce claustrofobia ni ruido como la RMN (resonancia magnética nuclear). El técnico de radiología permanece en comunicación con el paciente constantemente a través de un sistema de comunicación, indicándole los pasos a seguir. En algunas ocasiones es necesario el uso de contrastes radiológicos intravenosos u orales para ver la función de determinados órganos. Si es usted alérgico a estos productos, debe advertirlo previamente (aunque se lo preguntarán antes de


Para explicar el funcionamiento de esta técnica, digamos que el equipo emite un haz muy fino de rayos X. Este haz incide sobre el objeto que se estudia y parte de la radiación del haz lo atraviesa. La radiación que no ha sido absorbida por el objeto, en forma de espectro, es recogida por los detectores. Luego el emisor del haz, que tenía una orientación determinada (por ejemplo, estrictamente vertical a 90º) cambia su orientación (por ejemplo, haz oblicuo a 95º). Este espectro también es recogido por los detectores. La computadora “suma” las imágenes y las promedia. Luego, el emisor cambia su orientación (por ejemplo, a 100º de inclinación). Los detectores recogen este nuevo espectro, lo “suman” a los anteriores y “promedian” todos los datos. Esto se repite hasta que el tubo de rayos y los detectores den una vuelta completa, momento en el que se dispone de una imagen tomográfica definitiva y confiable. En la figura 5 se explica el procedimiento que permite la toma de una TAC. La parte “a” representa el resultado en imagen de una sola incidencia o proyección (vertical, a 90º). Se trata de una representación esquemática de un miembro, por ejemplo un muslo. El color negro representa una densidad elevada, la del hueso. El color Figura 4

Electromedicina: Tomógrafo y Electrobisturí Figura 5

gris representa una densidad media, los tejidos blandos (músculos). El hueso, aquí, deja una zona sombreada. Los músculos, una zona de penumbra. La parte “b” también representa el resultado en imagen de una sola incidencia o proyección, pero con un ángulo diferente (horizontal, a 180º). En la parte “c” se grafica qué hace la CPU con las dos imágenes. Aquí la zona de sombra ya está limitada al centro de la figura, pero la imagen presenta unos perfiles muy diferentes al objeto que se estudia (un cuadrado en vez de un círculo). En la parte “d” de la figura 5 la CPU dispone de datos de cuatro incidencias: 45º, 90º, 135º y 180º. Los perfiles de la imagen son octogonales, lo que la aproximan mucho más a los contornos circulares del objeto real. Una vez que ha sido reconstruido el primer corte, la mesa donde el objeto reposa avanza (o retrocede) una unidad de medida (hasta menos de un milímetro) y el ciclo vuelve a empezar. Así se obtiene un segundo corte (es decir, una segunda imagen tomográfica) que corresponde a un plano situado a una unidad de medida del corte anterior. A partir de todas esas imágenes transversales (axiales) la CPU reconstruye una imagen bidimensional que permite ver secciones de la pierna (o el objeto de estudio) desde cualquier ángulo. Los equipos modernos permiten incluso hacer reconstrucciones tridimensionales. Estas reconstrucciones son muy útiles en determinadas circunstancias, pero no se emplean en todos los estudios, como podría parecer. Esto es así debido a que el manejo de imágenes tridimensionales no deja de tener sus inconvenientes. Como casi todos los cuerpos son opacos, la interpo-

sición de casi cualquier cuerpo entre el observador y el objeto que se desea examinar hace que la visión de éste se vea obstaculizada. La representación de las imágenes tridimensionales sería inútil si no fuera posible lograr que cualquier tipo de densidad que se elija no se vea representada, con lo que determinados tejidos se comportan como transparentes. Aun así, para ver completamente un órgano determinado es necesario mirarlo desde diversos ángulos o hacer girar la imagen. Pero incluso entonces veríamos su superficie, no su interior. Para ver su interior debemos hacerlo a través de una imagen de corte asociada al volumen y aun así parte del interior no siempre sería visible. Por esa razón, en general, es más útil estudiar una a una todas las imágenes consecutivas de una secuencia de cortes que recurrir a reconstrucciones en bloque de volúmenes, aunque a primera vista sean más espectaculares.

Electrobisturí La unidad electroquirúrgica, también conocida como electrobisturí o bisturí caliente es un equipo electrónico capaz de transformar la energía eléctrica en calor con el fin de coagular, cortar o eliminar tejido blando, eligiendo para esto corrientes que se desarrollan en frecuencias por encima de los 200.000Hz ya que éstas no interfieren con los procesos nerviosos y sólo producen calor. Está compuesta por una serie de unidades individuales que en conjunto conforman un circuito eléctrico: la corriente debe fluir desde un generador hasta un electrodo activo, a través del tejido, y volver al generador vía electrodo de dispersión inactivo. Al ser el electrobisturí un aparato eléctrico, su uso no está libre de complicaciones. El mayor peligro es la quemadura eléctrica. Este equipo consta de dos partes, una estéril y una no estéril. Lo estéril, sería el cable (partiendo desde el aparato) y el mango con la punta del electrobisturí. Lo que no es estéril es la plancha que va por debajo del paciente a la hora de utilizar el electrobisturí. Las puntas, de carga positiva, pueden ser de tipo: Cuchillo (la más utilizada), Aguja (para zonas de menor tamaño) o punta bola (para coagular mucosas). Algunas suelen ser de teflón para que el tejido no quede adherido


Artículo de Tapa al quemarse. El mango puede ser a pedal o puede tener botones para operar el electrobisturí. El botón amarillo, es el del corte. El botón azul, es el de coagulación. La plancha es de carga negativa. Puede ser de metal, plomo o autoadhesiva descartable. Se coloca cerca de donde se va a hacer la incisión antes de que se acomode al paciente en la camilla, quedando por debajo de el antes de preparar el campo operatorio. Hay que tomar precauciones con respecto a pacientes con marcapasos, prótesis, uniones metálicas, entre otros. En aplicaciones de odontología podemos encontrar dos tipos de instrumentos que se diferencian en la frecuencia portadora de su generador: Electrobisturís, con frecuencias hasta 3MHz y los Radiobisturís con frecuencias por encima de 3.5MHz. En cuanto a las funciones que realizan, existen pocas diferencias. Todos realizan electrosección pura y combinada, así como electrocoagulación. Algunos incluyen toma bipolar y/u otros fulguración. Todos garantizan potencias eficaces entre 50W y 100W e incluyen entre sus accesorios todo lo necesario para funcionar inmediatamente, a excepción de un juego de pinzas bipolares que es opcional. Tan sólo un accesorio delata claramente el tipo de equipo. El electrodo neutro, que en el caso del radio bisturí toma el nombre de antena. La antena se encuentra forrada por un material aislante que impide la conducción eléctrica a través de ella pero que sí permite la recepción y emisión electromagnética. Podemos afirmar que el funcionamiento del electrobisturí se basa en las tres siguientes afirmaciones: La radiación electromagnética aparece siempre que se produce una variación en la posición de los electrones de la materia. La radiación electromagnética es portadora de ener gía. La circulación de corriente eléctrica variable, por lo tanto, permite la radiación de energía. Como es objeto de esta sección darle a nuestros lectores circuitos de equipos de electromedicina, creemos aconsejable realizar una breve introducción teórica que permita explicar el funcionamiento de un bisturí electrónico. Adoptando el modelo de Niels Bohrl (1913) podemos afirmar que la materia está compuesta por átomos con partículas mínimas elementales, el electrón, el protón y el neutrón que son a las que se deben todas sus propiedades. Estas partículas mínimas se agrupan siguiendo leyes, para formar estructuras más complejas, precisamente los átomos (figura 6). Los átomos se agrupan entre sí formando moléculas, que a su vez pueden agruparse en compuestos más complicados como, por ejemplo, la


Figura 6

doble espiral del ADN (figura 7) que identifica el “genoma humano” Si tuviéramos un átomo aislado podríamos identificar dos partes bien diferenciadas, el núcleo y la corteza. El núcleo está constituido por protones y neutrones y la corteza por electrones. Al núcleo se debe la identidad de la materia (Oro, Plata, Hidrógeno, etc.) y su ordenamiento en la Tabla Periódica de los Elementos (tabla que usamos en química), y a la corteza o “bandas” se deben sus propiedades químicas, eléctricas y magnéticas. La corteza del átomo está formada por electrones que giran en ciertas órbitas alrededor del núcleo. Estos pesan menos que la milésima parte de un protón aunque ambos tienen la misma carga y signos opuestos. Dado que la masa de un neutrón es, aproximadamente igual, a la del protón, no es difícil con un sistema planetario en miniatuFigura 7

Electromedicina: Tomógrafo y Electrobisturí Figura 8

ra, con un enorme núcleo en su centro y unos minúsculos satélites eléctricos orbitando a su alrededor (figura 8). Estos electrones no pueden ocupar, en el espacio del átomo, cualquier lugar; sino unos determinados por la propia naturaleza del mismo. A estos lugares se los llama estados permitidos, son llamados orbitales y provocan que cada elemento de la naturaleza tenga su propia "huella dactilar": el espectro atómico. Todo ello nos permite intuir que la energía de un electrón está cuantificada. De hecho la energía que posee un electrón se define con cuatro parámetros llamados "números cuánticos". Un átomo con orbitales vacíos presenta un desequilibrio eléctrico ya que tendrá cargas positivas en el núcleo y “vacíos” en las órbitas o bandas. Esto le crea una cierta avidez en captar electrones errantes o ajenos. Potencialmente tenderá a subsanarlo manteniendo siempre llenos, en orden creciente, los más próximos al núcleo. Estos son los de menor energía. Cuando aplicamos un impulso extra al electrón, éste tiende a ocupar órbitas más elevadas. Si esta energía es suficiente, puede incluso abandonar el volumen de influencia del átomo y salir de él. A una cierta distancia del núcleo los orbitales posibles de energía desaparecen y se habla de un "continuo" de energía. Las perturbaciones sufridas por los electrones son las causantes de las radiaciones electromagnéticas. Para explicar mejor este efecto, recuerde que los electrones son portadores de energía y además de girar alrededor del núcleo, lo hacen también alrededor de su propio eje, particularidad llamada espín y cuyas perturbaciones tienen mucha relación con las propiedades magnéticas de la materia.

Cuando un electrón pasa de un nivel de energía a otro lo hace absorbiendo o emitiendo una radiación electromagnética dada. Físicamente, para cambiar de nivel energético se acerca o aleja del núcleo, ocupando un lugar en otra banda u orbital. Usando los postulados introducidos por Einstein, a este paquete de energía radiada (quantum / cuanto de acción) lo llamaremos fotón. Esto quiere decir que si el electrón pasa de un nivel energético superior a otro inferior, se liberará energía en forma de fotón. Podemos imaginarnos pues, una radiación, como una sucesión de fotones emitidos en todas las direcciones (figura 9). Un fotón tiene como característica fundamental una energía y una frecuencia determinadas que están relacionadas por la conocida expresión E= hf, siendo, E, la energía del fotón; f, la frecuencia y h, la constante de Planck. Observemos que el fotón se emite, como energía discreta y única por un electrón, cuando salta de una energía mayor a una menor. Luego una radiación continua exige una emisión continua de fotones y por tanto un trasiego continuo de uno a otro nivel. La radiación electromagnética se produce a consecuencia de las perturbaciones sufridas por los electrones. Esta definición nos dice que si hacemos vibrar un átomo en su conjunto también se perturbarán los electrones y por tanto habrá emisión de fotones. Esta vibración radiaría fotones térmicos (calor) principalmente. Lo mismo es aplicable a una vibración, o rotación, molecular y a una macromolecular. Curiosamente las estructuras más complejas también tienen energías “cuánticas” características. Cuando un electrón se encuentra en un “continuo” es decir, que no posee una energía cuantificada, lo podemos someter a perturbaciones por medio de campos eléctricos y magnéticos provocados, haciendo que se desplaFigura 9


Artículo de Tapa cen a lo largo de un hilo conductor y, por lo tanto, provocando la emisión de radiación. Podemos afirmar que la radiación electromagnética es algo universal, común a todos los cuerpos radiantes y que se caracterizan por su energía fotónica, por su frecuencia y que siempre se produce por perturbaciones de carga, bien sea al desplazarla por un conductor, como en la corriente eléctrica, o por que salta de un nivel de energía a otro. En la figura 10 se puede observar el espectro de radiación electromagnética. La energía de los fotones de radiación se mide en e.v. (electrón-volt) que es una unidad, muy apropiada, para estas escalas de energía. Por otra parte la velocidad de transmisión de estas radiaciones es siempre la misma, 300.000 km/segundo, sin importar su frecuencia o energía (velocidad de la luz). Ahora bien, supongamos un material conductor de la electricidad por ejemplo, un cable de cobre. Si se lo pone en contacto por uno de sus extremos con una sustancia con avidez de electrones (defecto de electrones), y por el otro extremo, con una sustancia con exceso de electrones, se producirá entre los mismos una diferencia de potencial eléctrico (que se mide en volt). El extremo deficitario capturará electrones del metal, dejando sus átomos proximales desequilibrados. Estos, a su vez, capturarán electrones de sus vecinos, y así sucesivamente. El fenómeno es similar al de la difusión de la tinta en el agua, pero se produce a la velocidad de la luz. Estas capturas se van extendiendo hasta que se alcanza el otro extremo del cable. Allí, la sustancia con electrones en exceso cede algunos a los átomos desequilibrados que van apareciendo. El fenómeno es equivalente a considerar un flujo de electrones circulando de una a otra sustancia. A este flujo lo llamamos corriente eléctrica y se mide en ampere (A). Este proceso se repetirá hasta que las sustancias de los extremos alcancen un equilibrio relativo entre sí y la diferencia de potencial se anule. Las sustancias de que hablamos, bien pudieran ser las que constituyen una batería o una pila eléctrica común.


Figura 10

Como se sabe, la corriente eléctrica puede ser continua o alterna. La primera implica que el flujo de electrones va siempre en un mismo sentido, de un extremo al otro del conductor. Mientras que la corriente alterna implica un cambio de sentido del flujo, debido a un cambio de polaridad. La corriente continua puede ser, constante o variable. La constante produce campos magnéticos estáticos y por ello se utiliza para activación de electroimanes, electro válvulas, etc. La corriente continua constante no emite radiación alguna, sólo crea campos magnéticos estáticos en su entorno. La corriente continua variable y la alterna sí producen emisión de radiación. Vemos que estas conclusiones se corresponden perfectamente con lo visto sobre radiación: Una variación en la distribución electrónica radiará energía. Todas estas corrientes las podemos representar gráficamente, incluso cuando tienen formas de lo más complicadas. No obstante, se tienden a representar como ondas senoidales periódicas con el fin de facilitar la comprensión. Se puede demostrar matemáticamente que cualquier tipo de onda, de cualquier forma y amplitud se puede considerar como una suma de ondas senoidales

(series de Fourier). En la figura 11 se pueden ver representados dos de los parámetros característicos de una onda: longitud de onda y amplitud. Se ha elegido, la onda de vibración de una cuerda común, por ser un ejemplo muy intuitivo y didáctico, en donde se puede, de forma sencilla, ver las características de las ondas. Recordamos en este punto que las ondas tienen propiedades similares, sea cual sea su naturaleza. Los cuantos de vibración sonora son llamados fonones, por ejemplo.

Figura 11

Volviendo a las corrientes eléctricas, sabemos que estas se propagan por una sustancia en función de su resistencia. Por ser esta una propiedad de las sustancias que es fundamental para entender los principios de actuación del electrobisturí, vamos a extendernos un poco sobre ella. La resistencia eléctrica es la propiedad de una sustancia que tiene relación directa con la disponibilidad de electrones sueltos o con poca energía de unión al núcleo (región del continuo), en los átomos considerados y se mide en OHM. Si están muy equilibrados y en orbitales muy profundos (cercanos al núcleo), la resistencia a la captura puede ser tan grande que podríamos hablar de auténtico aislante eléctrico. Esta propiedad también tiene relación con la temperatura, o sea, con la vibración de los átomos y con las dimensiones de la sustancia. Si la sección de paso del flujo de electrones disminuye o la distancia a recorrer por los mismos aumenta, entonces la resistencia crece. Resumiendo, la resistencia de las sustancias puede ir de prácticamente desde cero ohm, llamados superconductores, a varios millones, llamados aislantes. El cuerpo humano, que es nuestro objetivo, tiene una resistencia equivalente entre 5.000 y 10.000 ohm (tomando dos electrodos entre las manos, con la piel seca), pero este valor baja de forma importante en los tejidos húme-


Artículo de Tapa dos de la boca (100 a 500 ohm) y drásticamente cuando hemos traspasado la piel; esto lo debemos de tener en cuenta siempre (figura 12). Aunque hemos hablado de aislantes no debemos de olvidar que hay diferencias de potencial para las que una sustancia deja de serlo. Incluso el aire, como sabemos puede convertirse en conductor cuando aplicamos miles de volt entre dos puntos cercanos (se produce un arco voltaico). Para hacer circular un flujo de electrones debemos emplear una cierta cantidad de energía. Por el principio de la conservación de la energía, esta energía no puede desaparecer. Efectivamente, así se comprobó: la energía eléctrica se convertía en calorífica. Esta conversión es, cuantitativamente igual, al producto de la resistencia por el cuadrado de la intensidad (ley de Joule). Este concepto es muy importante para explicar la actuación del bisturí eléctrico sobre los tejidos vivos. Las corrientes eléctricas y las diferencias de potencial desempeñan un papel vital en los sistemas nerviosos de los animales. La conducción de los impulsos nerviosos es fundamentalmente un proceso eléctrico, aunque el mecanismo de conducción es mucho más complejo que en las sustancias sencillas tales como los metales. A esta naturaleza de la transmisión del impulso se debe la gran sensibilidad del organismo a las corrientes eléctricas exteriores. Corrientes del orden de 0.1 amper, muy pequeñas para generar calentamientos importantes, interfieren con procesos nerviosos esenciales para funciones vitales tales como el latido cardíaco. Corrientes más pequeñas, del orden de 0.01 amper, producen acciones convulsivas en los músculos y mucho dolor. Con 0.02 amper (20 miliamper), por ejemplo, una persona no podría soltar un conductor y llegaría al shock. Vemos que grandes corrientes, pero también algunas tan pequeñas como 0.001 amper, pueden producir fibrilación ventricular. Aquí se ve la importancia de disponer, en la consulta médica, de una instalación eléctrica segura y fiable que tenga incorporadas las medidas de seguridad más adecuadas para esta especialidad. Los efectos de la corriente sobre las personas, es casi independiente de la frecuencia, hasta unos 1.000Hz, no importando si ésta es continua o alterna. Por debajo de este valor aparecen fenómenos térmicos, farádicos y electrolíticos, principalmente. Para frecuencias por encima de las 350kHz, las corrientes no interfieren apreciablemente con los procesos nerviosos y sólo producen calor. Podemos entender así, cómo y por qué, las corrientes elegidas para la electro cirugía, se desarrollan en frecuencias, por encima de los 500kHz (0.5MHz). A estas frecuencias la conducción eléctrica y la absorción orgánica de las ondas se hace más compleja. A


Figura 12

medida que la frecuencia aumenta, la energía tiende a ser radiada. Así aparecen dos mecanismos de producción de calor: por efecto Joule, debido a la resistencia eléctrica, y por absorción de radiación electromagnética, debido a las estructuras moleculares. Un efecto y otro tomarán más relevancia a medida que vayamos aumentando la frecuencia. En electrocirugía los dos efectos son importantes y se emplean frecuencias hasta 1MHz. Para frecuencias entre 1MHz y 3MHz predomina el efecto electromagnético. En los llamados Radiobisturís, de 3.5MHz a 4MHz, sólo la componente radiada adquiere importancia. Visto todo lo anterior no es difícil deducir que si hacemos circular una corriente de gran frecuencia entre dos electrodos de, por ejemplo 100 centímetros cuadrados y colocados en buen contacto con la piel, y le damos la amplitud suficiente, se producirá una cierta cantidad de calor en la parte del organismo situada entre los mismos, debido a los efectos explicados. Supongamos que medimos la potencia eléctrica entregada, resultando ser de 70 Figura 13

Electromedicina: Tomógrafo y Electrobisturí watt (esa es la potencia que normalmente emite un ser humano en promedio en todo su cuerpo). Esto implica que una de las placas transferirá 70 watt en total o 0,7 watt por cada centímetro cuadrado (vea la figura 13). Esta densidad de energía, no es suficiente para comprometer los tejidos vivos pero si disminuimos la superficie de contacto a 1 mm cuadrado, por ejemplo, la densidad de energía subirá a 70/0.1 = 800 watt por centímetro cuadrado, lo que implica una cantidad importante. Esta energía es suficiente como para evaporar o volatilizar 1 gramo de agua de los tejidos en contacto por cada dos segundo de emisión de energía. Esto nos da idea de lo que ocurre: En el corte electroquirúrgico evaporamos el agua de los tejidos y sustancias en contacto, con tanta violencia que, literalmente, las células explotan. Además, la temperatura de contacto y el vapor sobrecalentado producido, aseguran la esterilización del corte. Estamos ante, lo que en Figura 14 electrocirugía se llama, corte puro. Para obtener técnicamente estas condicioSi lo que pretendemos es la destrucción superficial de nes, utilizaremos electrodos de contacto lo más cortantes y delgados posible; se genera una onda senoidal de alta tejidos por deshidratación, también llamado desecación, frecuencia, por encima de 350kHz, llamada portadora, podemos generar una modulación por onda amortiguada con una amplitud suficiente (alrededor de 1.000Vpp) para y gran amplitud, más de 2.500V, capaz de ionizar el aire suministrar la energía que necesitamos. A esta onda se la y, por lo tanto, de crear arcos eléctricos entre el electrodo y los tejidos. Este se aproximará a la zona a tratar y sin llama: onda totalmente filtrada. Si el efecto que queremos obtener es el de coagular llegar a tocarla (se debe evitar contacto prolongado para los tejidos en contacto, debemos rebajar el calor transmi- evitar crear agujeros en los tejidos). También podríamos tido a los tejidos con el fin de que tan sólo hiervan en sus obtener estos arcos de un generador eléctrico de chispas (spark gap generator). propios líquidos y formen coágulo rápidamente. A esta técnica en electrocirugía se llama fulguración. Para dispersar la energía se usan electrodos de gran superficie de contacto (bolas y cilindros) y se realizan La electrodesecación se pude obtener usando electrodos ligeros toques sobre los tejidos. Si a la onda generada apropiados, y en los modos de coagulación eligiendo una para el corte puro se la modula con una semionda parcial potencia adecuada. Los aparatos que incluyen salida micro bipolar puesenoidal, aumentando ligeramente la amplitud, obtendremos los efectos deseados. En este caso estamos en lo den realizar desecaciones sin chispas, lo que es ideal que en electrocirugía se llama: coagulación. A esta onda para ciertas aplicaciones (figura 14). se la llama: parcialmente rectificada. Si deseamos obtener efectos intermedios entre el Diagrama en Bloques de un Electrobisturí corte y la coagulación emplea una modulación que no rebaje tanto el calor transmitido. Conseguimos así una En la Figura 15 se puede ver un diagrama de bloques hemostasia en el corte muy importante. A la onda la modularemos con una semionda completa senoidal, interno de este instrumento. La energía necesaria es manteniendo los mismos parámetros que en el caso ante- tomada de la red eléctrica de 110V ó 220V y transformarior. Estamos ante lo que en electrocirugía se llama corte da por la Fuente de Alimentación interna. Este módulo se combinado/ corte con coagulación. A esta onda se la encarga de proveer energía a todos los demás bloques. El Oscilador de RF se encarga de crear la onda portadoconoce por completamente rectificada.


Artículo de Tapa Figura 15

ra y el Oscilador de Coagulación, la señal moduladora. Estas dos ondas son mezcladas en el Modulador. Luego son ampliadas en el Amplificador de Potencia, para salir según selección, por la toma monopolar hacia el mango porta electrodos, o la toma bipolar, hacia la pinza electro coaguladora. El circuito se cierra por la toma de neutro o antena para el monopolar y entre terminales de pinza para la bipolar. Siguiendo normas, estos equipos deben avisar con señal luminosa y acústica, la activación de los electrodos, con el fin de advertir a los operadores cercanos y evitar así accidentes. También deben disponer de un circuito de desconexión de emisión en caso de placa neutra desconectada, con el fin de evitar quemaduras. En el caso de electrodo tipo antena el problema se invierte, ya que aquí lo problemático es que se rompa el aislante y se produzcan con ello quemaduras de contacto. Los modernos equipos de electro cirugía presentan un nivel de seguridad elevado. No obstante se recomien-


da a los usuarios que sigan detenidamente las instrucciones del fabricante para evitar males mayores. Una buena costumbre es hacer revisar el equipo todos los años por un técnico competente en la materia con emisión de informe escrito si procediera en donde se hiciera constar las potencias entregadas por el equipo, las derivas de corriente detectadas y el estado de electrodos. En ediciones futuras continuaremos desarrollando este tema, explicando el funcionamiento de otros equipos de electromedicina y brindando proyectos completos para que monte el equipo de su preferencia. ✪ Bibliografía: Young H, Baum R, Cremerius U, et al.: Measurement of clinical and subclinical tumour response using [18F]fluorodeoxyglucose and positron emission tomography: review and 1999 EORTC recommendations. European Journal of Cancer, Vol. 35, Issue 13, 1999. http://es.wikipedia.org/wiki/Electromedicina Juan Chicón: http://www.geocities.com/madisonavenue/4364/bistur01.html www.deia.com/es

Los tiempos modernos “nos obligan” a programar material que combinen electrónica con otras disci plinas. Es por eso que este mes, se encuentra en los mejores kioscos del país el tomo Nº 53 de la Colección Club Saber Electrónica: “Curso Práctico de Robótica Industrial”. Hoy es común hablar de mecatrónica (carrera que combina técnicas de electricidad, electrónica y mecánica, entre otras); domótica (electrónica aplicada al hogar); bioelectrónica, etc. En todos los casos mencionados, el uso de automatismos o robots es “moneda corriente” y por eso programamos este libro, en el que cada capítulo es una unidad independiente que posee conceptos teóricos y se detallan montajes prácticos para sistemas robotizados. Los lectores de Saber Electrónica están acostumbrados a leer artículos sobre robótica ya que desde el comienzo de nuestra querida revista, hace casi 22 años, que publicamos material referente a dicho tema; sin embargo, no nos habíamos dedicado de lleno a las aplicaciones de robótica en la industria y, por ello, decidimos encarar la edición de un libro que “compile” material que hemos publicado, pero adaptándolo de modo que conforme un curso de electrónica industrial que arranca desde los conceptos

básicos. Para la elaboración de la misma invitamos a diferentes autores (Ings. Ismael Cervantes de Anda, Claudio Rodríguez, Carlos Alberto Téllez, Carlos Manuel Sánchez González, etc.) y es coordinado por Horacio Daniel Vallejo. En los tiempos que corren es muy normal escuchar la palabra robótica, oír hablar de sistemas robóticos, servos, motoroes, sensores, actuadores etc. Pero ¿cuántos de nosotros sabemos de qué se trata? Es por ese motivo que con varios especialistas en el tema decidimos desarrollar esta edición de la colección del CLUB SE, para que Ud. aprenda desde cero ¿ué es la Robótica, qué es un robot, qué son y para qué sirven los actuadores?. El capítulo 1 es una introducción al tema, describe los antecedentes de la robótica y brinda una clasificación sobre las diferentes disciplinas que abarca, en el capítulo 2 explicamos las bases necesarias para el diseño de sistemas de robótica, en el capítulo 3 analizamos un sistema robótico destacando sus unidades funcionales, en el capítulo 4 nos referimos a las principales características de los robots, en el capítulo 5 desarrollamos las configuraciones clásicas, en el capítulo 6 mostramos los actuadores más usuales, en el capítulo 7 observamos el funcionamiento y caracterís-

Club Saber Electrónica 17

ticas de los sensores , tanto internos como externos y, por último, en el capítulo 8 le proponemos el armado de un sistema multicanal de potencia para uso en robótica industrial. Desde ya que éste es sólo el comienzo… que el texto que comentamos en este artículo sirve como introducción a un tema que nos permitirá desarrollar informes técnicos especializados y que oportunamente serán puesto a consideración de nuestros lectores.

Robótica Industrial La robótica industrial puede definirse como el estudio, diseño y uso de robots para la ejecución de procesos industriales. La forma en que esta disciplina se desarrolla queda enmarcada en el estándar ISO (8373:1994) que establece normativas y vocabularios sobre robots industriales manipuladores. Dicha norma define un robot industrial como un manipulador programable en tres o más ejes multipropósito, controlado automáticamente y reprogramable. Hay que diferenciar robótica industrial de cibernética quien estudia los procesos de control y comunicación mediante sistemas complejos que se adaptan a su ambiente externo. Esta capacidad es natural en los organismos vivos y se ha imitado en máquinas y organizaciones. La palabra cibernética proviene del griego kybernetes y significa "arte de pilotar un navío”. Se trata de un término genérico antiguo pero aún usado para muchas áreas que están incrementando su especialización bajo títulos como: sistemas adaptativos, inteligencia artificial, sistemas complejos, teoría de complejidad, sistemas de control, aprendizaje organizacional, teoría de sistemas matemáticos, sistemas de apoyo a las decisiones, dinámica de sistemas, teoría de información, investigación de operaciones, simulación e Ingeniería de Sistemas. La cibernética es la rama de las matemáticas que estudia los sistemas de control, recursividad e información. Stafford Beer, filósofo de la teoría organizacional y gerencial define a la cibernética como “la ciencia de la organización efectiva”. Según sus propias palabras, la cibernética estudia los flujos de información que rodean un sistema, y la forma en que esta información es usada por el sistema como un valor que le permite

18 Club Saber Electrónica

controlarse a si mismo: ocurre tanto para sistemas animados como inanimados indiferentemente. La cibernética es una ciencia interdisciplinar, estando tan ligada a la física como al estudio del cerebro como al estudio de los computadores, y teniendo también mucho que ver con los lenguajes formales de la ciencia, proporcionando herramientas con las que describir de manera objetiva el comportamiento de todos estos sistemas. Mucha gente asocia la cibernética con la robótica, los robots y el concepto de cyborg debido al uso que se le ha dado en algunas obras de ciencia ficción, pero desde un punto de vista estrictamente científico, la cibernética trata acerca de sistemas de control basados en la retroalimentación. La cibernética presenta algunas desventajas por ejemplo: La creación de máquinas complejas que reemplacen a los trabajadores provocaría un recorte de personal. En un futuro ya no se ocuparía personal "viejo" y contratarían técnicos jóvenes para el mantenimiento de las máquinas. Es una tecnología muy potente pero su gran limita dor es encontrar la relación máquina-sistema nervioso; ya que para esto se debería conocer el sis tema nervioso perfectamente. Algunas ventajas son: la reducción de las jornadas laborales, los trabajos complejos o rutinarios pasarían a ser de las máquinas. Además, la cibernética brinda un gran aporte al campo medicinal.

Composición de un Robot Industrial Un robot se compone básicamente de una unidad de control, que físicamente es parecido a un armario eléctrico y el robot propiamente dicho o parte mecánica del conjunto. Unidad de control: La unidad de control la podemos dividir en: - Consola de programación, que es el panel desde donde accedemos a programar, cambiar parámetros, mover robot. - Unidad de proceso y memoria, Sería como la CPU

de un ordenador, es donde se gestiona toda la informa ción introducida para controlar el robot. - Cartas de control de ejes, son las que dan potencia a los motores de robot, también leen la información de sensores y tacómetros para realizar un control comple to sobre cada eje. - Cartas de entradas y salidas, son las que leen información de exterior y accionan salidas (ordenes del robot) o comunicación con el resto de los equipos. - Unidad de alimentación de todo el conjunto. - Cartas de seguridad, el trabajar con un robot es una tarea delicada y compleja, ya que a la mínima se puede estrellar contra objetos o personas, por eso requiere de un mínimo de seguridades para que podamos llevar nuestra tarea a buen puerto. Los robots pueden tener desde los 2 a los 6 ejes o más dependiendo si esta montado en un carro de traslación o controla mas ejes externos como pinzas de soldadura. Un t robot tipo posee de 3 a 6 ejes de actuación. Programación básica: Los sistemas de programación de robots, se parecen bastante el lenguaje de programación Basic, en el que hay un programa principal y una serie de subprogramas o subrutinas llamados desde el principal. Así se van insertando una serie de líneas de instrucciones que para resumir podríamos decir que serían básicamente de 4 tipos: - Instrucciones de movimiento. - Control de entradas/ salidas. - Control de programa. - Gestión de datos.

Forma de hacer movimiento: Para hacer un movimiento de un punto a otro tan solo se necesitan la definición de 2 puntos. Formas de trabajo: Automático, en el que el robot esta supeditado a funcionar según se le ha programado.

Construcción de un Robot Rastreador de Luz A los fines didácticos queremos mostrarles un robot rastreador de luz, que si bien no constituye un “robot industrial por si mismo” puede formar parte de un sistema de robótica industria, diseñado para encontrar un punto de luz dentro de su ángulo de detección de 180º frontales y dirigirse lo mas rápido posible hacia tal fuente de luz. Dicho proyecto, cuyo desarrollo completo puede tomar de www.x-robotics.com, está bajo una licencia de Creative Commons y no puede ser empleado con fines comerciales (figura 1). Dispone de 3 sensores de luz LDR dispuestos en ángulo de 60º los unos de los otros y metidos en una bocina dividida en 3 partes y echa al efecto con cartulina negra para evitar que la luz ambiente afecte a la buena detección de la fuente de luz a encontrar, también dispone de 3 circuitos comparadores analógicos de tensión en torno a amplificadores operacionales en modo comparador y lógica digital programable (a mano) en torno a circuitos integrados de la serie 74, el driver controlador de los motores es un ULN2003 con lo que se controla el encendido de los dos motores

Para que un robot se desplace de un lugar a otro en modo automático, necesita tener programados puntos. Estos puntos son coordenadas en el espacio (del tipo x, y, z) a partir de un punto de origen o TCP. Este TCP puede estar situado en la base del robot, en la herramienta o en cualquier punto que le indiquemos. Forma de programar el movimiento: Se podría realizar de 2 formas diferentes: 1- Introducir las coordenadas x, y, z manualmente. 2- Mover el robot en manual por medio de un Joystick y una vez que le tengamos en posición lo mem orizamos.

Figura 1


independientemente, al usar el ULN2003 no se dispone de control de dirección de giro y las ruedas en ningún caso correrán hacia atrás, por ultimo y terminar con la descripción, se usa una base móvil con dirección de giro diferencial (tipo tanque) construida a partir de 2 kits motorizados 4x4 a escala 1/32 de camiones de mina que comercializa TAMIYA, como los motores actúan sobre las dos ruedas de un costado e juntado dos camiones y ahora cada motor de cada camión actúa sobre un lado con lo que ya tenemos el sistema diferencial de dirección. La alimentación de la parte lógica de control es mediante una pila de 9V y la parte de potencia y motores es mediante las mismas pilas que trae cada camión compuesta por 2 pilas LR6 de 1,5V, estos dos grupos de pilas los e conectado en paralelo para disponer de mas corriente y que se agoten por un igual los dos grupos de pilas, como puede deducirse los motores son de 3V cada uno y gastan una media de 400mA aunque el pico de arranque es bastante elevado y ronda 1 Amper. El circuito principal del robot contiene la lógica digital compuesta por circuitos integrados de la serie 74xx, el diseño del circuito es tal que se puede programar de manera manual y sin tener grandes conocimientos de electrónica digital, mediante cableado entre los conectores J7 y J6. De esta manera seremos nosotros mismos los que programemos la actitud del robot según las condiciones o eventos externos captados por los sensores, como se verá mas adelante la configu-

Figura 2


ración optima de la parte programable no se describe y no puede verse en ninguno de los esquemas, no obstante estará explicado de una forma muy sencilla y completa el modo de hacerlo y cada cual tendrá que programarse el robot a gusto ya que de esta manera será mas satisfactorio el montaje de este robot y de paso aprenderá un poco sobre circuitos digitales simples. La figura 2 muestra el circuito utilizado para poder ajustar la sensibilidad o histéresis del nivel luz a detectar y de este modo poder dejar fuera de acción a la luz ambiente u otras posibles fuentes de luz. La LDR varia su resistencia interna en función de la luz que incide sobre ella, a mas luz menos resistencia y viceversa, si nos fijamos en el circuito anterior veremos que lo que se a hecho es un divisor de tensión simple en base a dos resistencias, una de ellas es la LDR que variara su valor en función de la luz y la otra es una resistencia fija de 10kΩ, al variar la LDR de valor lo que también hará es variar la tensión en el punto intermedio entre las dos resistencias, con lo que ya tenemos un nivel de tensión proporcional a la luz. Seguidamente lo que se hace es comparar el nivel de tensión proporcionado por el conjunto divisor de tensión LDRResistencia con otra tensión variable esta vez obtenida de un potenciómetro, el amplificador operacional lo que hace es activar su salida o desactivarla en función de si los valores en su entrada positiva es igual o mayor al de su salida negativa, de este modo podemos ajustar el

nivel de histéresis del circuito es decir con que valor mínimo de luz se activara su salida. En la salida del amplificador operacional se a dispuesto un diodo LED para tener una indicación de visual del estado de salida del circuito y de este modo poder ajustar fácilmente sin instrumento externo alguno, también se a dispuesto un jumper en el caso que no queramos que los leds luzcan una vez ajustado el circuito. El robot consta de dos circuitos idénticos como este, como cada uno maneja dos LDR en total serian 4 pero como en este caso tan solo necesitamos 3 sensores LDR podemos dejar sin montar media parte de uno de los circuitos si así lo creemos conveniente. El circuito de la figura 3 representa la mitad del corazón del sistema lógico de control que se describirá en dos partes. El problema principal que se me planteaba en el diseño de este robot era el uso de 3 sensores LDR ya que no podía hacerlo tan simple como si hubiese sido con 2 LDR, aunque ni que decir de las ventajas de usar 3 sensores en la práctica. 3 LDR permiten 8 posibles estados de salida en conjunto, que en forma binaria no nos son muy útiles a no ser que usemos un microcontrolador o sistema complejo con lo que la siguiente fase será convertir los 3 bits binarios en 8 salidas independientes y para tal efecto usaremos el circuito integrado 74LS138 que es un conversor BCDDecimal de 3 bits, las salidas de este integrado son pull-up y se activan a nivel bajo (siempre están a 5V menos cuando se activa la salida que pasa a ser 0V o GND). Note la inclusión de

Figura 3

disparadores trigger schmitt tipo 74LS14 en las entradas, esto es debido a que los amplificadores operacionales LM358 no dan mas que 3,3V a sus salidas y si los dirigiésemos directamente al 74LS138 este ni se enteraría de los niveles lógicos y tomaría todo como 0. La figura 4 muestra la segunda parte del circuito de control y el problema ahora es que tenemos 8 salidas del 74LS138 y solo 2 motores que actuar. Vamos a pensarlo al revés, tenemos 2 motores, el control que vamos a tener sobre ellos va a ser tal que solo podamos activarlos o desactivarlos en una dirección con lo que para girar el robot mantendrá un lado frenado mientras las Figura 4


otras ruedas giraran (como un tanque) el radio de giro de este sistema es mas grande que haciendo girar un lado en un sentido y el otro lado en otro sentido, pero como es mas sencillo usaremos lo primero. Para controlar los motores usaremos un circuito integrado driver especifico para motores modelo ULN2003 que es suficiente para pequeños motores de juguetería. Bien ahora lo tenemos así; el motor tiene 2 cables, uno de ellos lo llevamos a Vcc y el otro lo hacemos pasar por el driver que actuara como un interruptor y activara o no el motor, ahora tenemos 2 cables para el control de los 2 motores, 2 cables son 4 posibles estados;

Adelante, Giro derecha, Giro izquierda, Parado, de esta manera tenemos un control simple de todas las posibles acciones del robot. Para solucionar el problema planteado anteriormente sobre las 8 salidas y los 2 motores se coloca un codificador de prioridad o conversor Decimal-BCD, Figura 5 en este caso un 74LS147 que dispone de 9 entradas independientes y una salida binaria de 4 bits equivalente a la entrada activa, para activar los motores usaremos (tal como se ve en el esquema) solamente las salidas A y B, las entradas del codificador de prioridad se han puesto a pull-up mediante resistencias y se activaran a nivel bajo, recordemos que el 74138 activaba sus salidas a nivel bajo también, con lo que los 2 integrados se acoplan entre si a la perfección. En el esquema también podemos ver el regulador de tensión en torno a un 7805 que regulara a +5V los +9V obtenidos de la pila que alimenta el circuito. Figura 6

Montaje El robot consta en total de 3 placas de circuito impreso, dos para los sensores y una con la lógica de control, conectadas entre si tal como puede verse en la figura 5. También tenemos que construir una bocina plana de 180º en total dividida en 3 sectores a 60º en donde ubicaremos las LDR. tal como puede verse en la foto de la derecha, en la figura 6 puede ver el plano de armado


Figura 7

Figura 8 sugerido por el autor. En mi caso el sector central lo e estrechado con tiras de cartulina negra para así tener una mejor detección de lo que realmente es el frente (en esta foto no están puestas tales tiras). Esto se debe de probar sobre la marcha una vez el robot ya funcione y hagamos diferentes pruebas. Programación Llegados a esta fase supongo que ya tendréis montado el robot por completo y solo os quedara la progra-

Figura 9

mación del circuito. La tabla de la verdad del circuito integrado 74LS138 se muestra en la figura 7 y como puede verse cada combinación de entrada de los sensores LDR equivale a que una de las salidas del integrado tome el valor lógico bajo. Tendremos en cuenta para la programación que las señales provenientes de las LDR son invertidas al pasar por el trigger schmitt con lo que en ausencia de luz captaremos todas las entradas a nivel lógico alto. Como puede verse hay dos campos rellenados correspondientes a oscuridad y luz en todos los sensores, los demás deberán de rellenarlos cada cual ya que de esta manera será mas divertido y satisfactorio el trabajo. Los números de salida equivalen a cada pin del conector J7 del circuito de control. En la tabla de la verdad de la figura 8 podemos ver la equivalente al circuito integrado 74LS147 codificador de prioridad, que como vemos saca un valor binario equivalente a la entrada que tiene puesta a nivel bajo. Como podemos observar las salidas C y D están representadas en un color mas apagado ya que en no se usan en este montaje para nada y no se tienen en cuenta. También podemos observar que no está rellenada la descripción de lo que harán los motores en todos los casos posibles y como en el la tabla anterior será tarea de cada uno averiguarlo aunque en este caso es mas fácil ya que teniendo el circuito alimentado y probando con un cable conectado a masa podremos ver lo que hacen los motores cada vez que pinchamos el cable en una posición de conector J6 (cuidado de no poner mas de un cable a masa o hacer contactos entre pines adyacentes). La primera posición cuya descripción es "todas al aire" corresponde al caso en que no tengamos ningún calecido puesto y estén todos los pines de J6 al aire con lo que en realidad estarán a Vcc por las resistencias de polarización y por lo tanto los dos motores se moverán hacia delante.


Figura 11

La figura 9 muestra el circuito impreso correspondiente a la parte de sensores y en la figura 10 la placa de la lógica de control. Más información sobre éste y otros temas de robótica puede encontrar en www.x-robotics.com. Creo que es bastante fácil encontrar las comLista de Materiales del Sensor R1,R2 - 220Ω R3,R4 - 10kΩ C1 - 100nF - Cerámico U1 - LM358N D1,D2 - LED de 5 mm Varios: J1,J2 - JUMPER J3 - CONN-H4 - Conector LDR1,LDR2 - LDR (cualquiera) RV1,RV2 - 10kΩ - Pre-set

binaciones para programar el robot y que haga lo que queramos pero de todas formas si alguien encontrase demasiadas complicaciones se puede poner en contacto conmigo y le mandaría la forma mas correcta de funcionamiento. ✪

Lista de Materiales de la Lógica de Control R1 - 10kΩ C1,C2 - 1nF - Cerámicos C4 - 10µF - Electrolítico U1 - 74LS138 U2 - 74LS147 U3 - ULN2003A U4 - 78L05 U5 - 74LS14


Varios: J1 - Sensor1-2 J2 - Sensor3-4 J3 - Motor Derecho J4 - Motor Izquierdo J5 - Tensión de alimentación J6 - Prog2 J7 - Prog1 J8 - Alimentación del motor RP1 - 10kΩ - Pre-set Cables, estaño, etc.

S E C C I O N . D E L . L E C T O R Seminarios Gratuitos Vamos a su Localidad Como es nuestra costumbre, Saber Electrónica ha programado una serie de seminarios gratuitos para socios del Club SE que se dictan en diferentes provincias de la República Argentina y de otros países. Para estos seminarios se prepara material de apoyo que puede ser adquirido por los asistentes a precios económicos, pero de ninguna manera su compra es obligatoria para poder asistir al evento. Si Ud. desea que realicemos algún evento en la localidad donde reside, puede contactarse telefónicamente al número (011) 4301-8804 o vía e-mail a: [email protected]. Para dictar un seminario precisamos un lugar donde se pueda realizar el evento y un contacto a quien los lectores puedan recurrir para quitarse dudas sobre dicha reunión. La premisa fundamental es que el seminario resulte gratuito para los asistentes y que se busque la forma de optimizar gastos para que ésto sea posible.

Respuestas a Consultas Recibidas Para mayor comodidad y rapidez en las respuestas, Ud. puede realizar sus consultas por escrito vía carta o por Internet a la casilla de correo:

De esta manera tendrá respuesta inmediata ya que el alto costo del correo y la poca seguridad en el envío de piezas simples pueden ser causas de que su respuesta se demore. Pregunta 1. Amigos de Saber Electronica, les comento que he asistido al seminario que el Ing. Horacio Vallejo dicto en la Republica de El Salvador, y quiero aprovechar este espacio para felicitarlo por sus conocimientos y su capacidad de enseñanza, ya que sus respuestas fueron muy fundamentadas y apropiadas. Tengo mucho interés en los temas de microcontroladores y telefonía celular que me he propuesto aprender y tomar dichos cursos de

OFERTA!!!

CADA DVD A SOLO

$30

Ve a l o s e n s u P C o R e p r u c t o r d e D V D


Saber Electrónica, pero me gustaría de acuerdo a su disponibilidad de tiempo si me podrían responder algunas preguntas que tengo: 1.¿Donde puedo encontrar información sobre los microcontroladores de las tarjetas musicales? 2.Tengo un celular Nokia modelo 1600c-2b que me enviaron de EE UU con proveedor AT&T, quisiera saber si usted puede proporcionarme el manual de servicio, y la guía necesaria para su desbloqueo de proveedor (tarjeta SIM). De antemano, gracias Ing. Boris Adalberto Chávez Respuesta 1. Antes que nada muchas gracias por tus palabras. Te comentamos que, en la pagina de microchip tenés la información que requieres. Se denominan componetes DSP superficial y el más común es el 12FDS609. Sobre el manual del celular, lo podes descargar de nuestra pagina web con la clave telcel. Y al celular podes liberarlo directamente con el FREIA. ✪

MONTAJE

Construcción de Proyectos Sencillos Con PIC en Proteus En Saber Electrónica Nº 262 comenzamos a explicar el uso del programa de simulación electrónica Proteus. Dijimos que hay una gran variedad de paquetes EDA (Herramientas de CAD Electrónico) entre los que podemos citar: TangoPCB, Elegance, Livewire, Proteus VSM, ExpresPCB, Eagle, etc. Si bien hay algunos de bajo costo, todos son produc tos con licencia, algunos de ellos disponen de ver siones demo que pueden servir para conocer su funcionamiento. Desde hace unos años, nosotros empleamos el Livewire para diseño y simulación y el PCB Wizard para diseño de impresos debido a su bajo costo comparado con las prestaciones que presentan estas aplicaciones. Sin embar go, hemos decidido “probar y comentar” el PROTEUS©, ya que se disponen de manuales en español muy buenos, con aplicaciones gratuitas y, lo que es mejor, hasta permite simu lar el funcionamiento de circuitos microcontrolados. En este artículo veremos cómo se construye un circuito con PIC, cómo se escribe el programa y cómo se realiza la simula ción. De esta manera, queremos poner en manos del estudiante, lector y hobbysta, las bases mínimas para poner en práctica diferentes proyectos, por lo tanto, damos una sínte sis sobre el uso de esta herramienta de diseño y análisis electrónico, dejando para otras notas la labor de desarrollar en profundidad su conocimiento a fondo.

Autor: Horacio Daniel Vallejo [email protected]

Introducción La aplicaciónn PROTEUS© es un entorno integrado diseñado para la realización completa de proyectos para construcción de equipos electrónicos en todas sus etapas. Proteus el Sistema Virtual de Modelado (VSM) combina el modo mixto la simulación de circuito de S P I C E, componentes animados y modelos completos de diseños basados en microprocesador para facilitar la cosimulación del microcontrolador. Esta herramienta dispone de los módulos

conocidos por: Captura de esquemáticos ISIS, Layout de ARES PCB y Simulador (ProSpice/VSM). Por primera vez, es posible desarrollar y probar diseños antes de construir un prototipo físico. Tal como explicamos en saber Electrónica 262, una vez instalado el programa, se debe iniciar ISIS, se presenta la suite de diseño en la que se aprecian dos zonas, a la izquierda un visor del plano del proyecto, debajo, la ventana para mostrar dispositivos y a la derecha la zona de trabajo propiamente dicha, en la que el dise-

ñador trazará los circuitos eléctricos con sus componentes, posteriormente podrá ejecutar un modelo virtual que simule su proyecto en funcionamiento. En la columna de la izquierda pulsamos sobre el botón P que nos antepone la ventana de librerías, en esta ventana elegiremos el dispositivo que necesitemos con doble-click, eligiendo otros componentes del mismo modo, lo que enviará dichos dispositivos a la ventana principal, en la columna de la izquierda donde aparecen los componentes a usar.


MONTAJES Incorpora una librería de más de 5.000 modelos de dispositivos digitales y analógicos. En posteriores tutoriales se describirá su funcionamiento. ARES PCB es la herramienta que permite la elaboración de placas de circuito impreso, ARES dispone de un posicionador automático de elementos, con generación automática de pistas. El diseñador con experiencia ya no tiene que hacer el trabajo duro, es el PC quien se encarga de esta tarea. PROSPICE es la herramienta de simulación de circuitos según el estándar industrial. La versión básica, suministrada con todas las versiones de P r o t e u s, sólo soporta análisis de transitorios. VSM es la herramienta integrada que incluye PROTEUS, se trata de un completo simulador para esquemas electrónicos que contienen microprocesador. El corazón de VSM es ProSPICE, un producto que combina un núcleo de simulación analógica usando el estándar SPICE3f5, con modelos animados de los componentes electrónicos y los microprocesadores que comprenden el circuito, tanto si el programa se ha escrito en ensamblador como si se ha utilizado un lenguaje

de alto nivel, permitiendo interactuar con nuestro diseño, utilizando elementos gráficos animados realizando operaciones de indicadores de entrada y salida. La simulación se realiza en tiempo casi real, los efectos se pueden considerar prácticamente como a tiempo real. Incorpora prácticos controles de depuración paso a paso y visualización del estado de las variables. La característica más sorprendente e importante de VSM es su capacidad de simular el software que se ejecuta en el microcontrolador y su interacción con cualquier componente electrónico digital o analógico conectado a él. Si desea conocer más sobre este programa, puede descargar el manual de uso publicado en saber Nº 262. Para ello, puede dirigirse a nuestra web: www.webelectronica. com.ar, haga click en el ícono password e ingrese la clave: “mateus”.

Trabajando con Microcontroladores Para mi, la característica más sorprendente e importante de VSM es su capacidad de simular el software que se ejecuta en un microcon-

Figura 1


trolador y su interacción con cualquier componente electrónico digital o analógico conectado a él. Veamos un ejemplo sencillo: Vamos a utilizar un PIC16F84 para encender un led en el bit RA1 (pata 18 del micro) cada vez que accionamos un pulsador conectado en el terminal RB1 (pata 7). Trazamos un circuito sencillo compuesto por unos pocos componentes alrededor de un microcontrolador como el PIC16F84A. Armaremos un circuito como el de la figura 1. En el esquema se observa un pulsador P1, un LED con su resistencia limitadora R2 de 10k, la resistencia R1 para establecer la condición de trabajo en el terminal de predisposición y el micro PIC16F84A. Para armar este circuito, una vez iniciado el programa, elegimos los componentes que se van a usar pulsando sobre el ícono “P”. Esto abrirá una ventana como la que se muestra en la figura 3, en ella se aprecian distintas posibilidades, por un lado posee las librerías y al seleccionar una de ellas con un click se muestra en la ventana de abajo los elementos de dicha librería. Es aconsejable que “eche un vistazo” a cada librería ya que los componentes pueden estar clasificados por el nombre de su fabricante. Por ejemplo, el transistor BCV548 está dentro de la librería ZETEX. Si tiene dudas, le sugiero que lea el artículo publicado en Saber Nº 262. Al seleccionar el componente de la librería adecuada y hacer doble click sobre él ya lo habremos ingresado a nuestro listado de dispositivos (DEVICE) y aparecerá en la columna de la izquierda de la pantalla principal del programa. Deberá realizar esta operación tantas veces como componentes deba seleccionar y cuando no se tiene experiencia se puede complicar. En nuestro caso deberá seleccionar un PIC16F84, una resistencia, un LED y un pulsador. Es de especial interés que al elegir un componente (siempre que

CONSTRUCCIÓN DE PROYECTOS CON PIC

Figura 2

sea posible) nos decidamos por el que disponga de simulación animada, como pueden ser componentes

de entrada (generadores, motores) o de salida (LEDs, Display, LCD, motores). La figura 4 puede ayudar al lector a identificar los elementos esenciales para localizar, seleccionar, girar y emplazar cada uno de los componentes en un determinado circuito. En el menú, en la columna L I B R A RY hay una opción Pick Device/Symbol con la que podemos entrar el código del dispositivo deseado y podemos automatizar su búsqueda, para ello hemos de conocer el

Figura 3

Figura 4

nombre con el que figura en las librerías disponibles, en otro caso no dará buenos resultados. El botón “L” de la figura 4 corresponde a un administrador de las librerías y muestra el contenido de las mismas, esto no lo vamos a ver aquí. Una vez seleccionados todos los componentes necesarios para el desarrollo del circuito, procederemos a ubicarlos en el área de trabajo. Para ello, seleccio-

namos en la columna de la izquierda el componente a ubicar, por ejemplo el microcontrolador, y hacemos click en la zona de trabajo, en el lugar donde lo queremos fijar. En el visor de arriba a la izquierda, se muestra la posición del componente. Si es necesario mediante las flechas de girar y rotar podrá adecuar la posición del mismo con un click en el lugar elegido. Ahora seguirá con los demás componentes, procurando ubicarlos en lugares cercanos entre sí para que estén relativamente juntos. Luego deberá unir todos los componentes y para ello sólo se coloca con el cursor del mouse en el lugar que quiere colocar un cable, aprieta el botón izquierdo del mouse y lleva el cursor hasta el otro extremo. Para seleccionar los terminales de masa (GND) y Vcc, selecciona la librería desde la barra izquierda (figura 5). Ahora tenemos que “cargarle” el programa al PIC, para ello, utilizaremos un ejemplo sencillo como el que se muestra en la tabla 1. Puede usar el notepad y generar un archivo “.txt” que luego deberá renombrar a”.asm”. Si no quiere tipear el programa, puede bajarlo de nuestra web empleando las instrucciones dadas más arriba. Para evitar que surjan problemas derivados de la ruta entre el Proteus y el propio programa en assembler (asm), es conveniente que éste se ubique en una carpeta donde esté el Proteus. Si ya tenemos todo como se ha descripto, es el momento de seguir. Nota importante: Para poder realizar la simulación es necesario que tenga instalado el MPLAB con todos sus componentes. Ya tenemos el circuito terminado. Si queremos simularlo entonces debemos proceder de la siguiente forma. En la barra de menú, vaya a Source/Add/Remove (figura 6). Seleccione la opción Add/Remove Source files y se desplegará la pan-


MONTAJES

Figura 6 Figura 5

talla de la figura 7, en la que primero seleccionamos la herramienta para generar el código (Code Generation Tool), en este caso M PASM, luego seleccionamos el fichero en código “.asm” (en nuestro caso se llama progled.asm y se encuentra dentro de una carpeta de ejercicios) que contiene el programa que deseamos ejecutar en el micro, exactamente el mismo que deberíamos compilar para obtener el archivo progled.hex con el que cargaríamos al chip real; esto lo hacemos con el pulsando el botón “C h a n g e”, en Flags no colocamos nada y pulsamos “OK” para finalizar, se cerrará la ventana. De la misma opción del menú seleccionamos Define Code Generation Tools y se desplegará la ventana de la figura 8 El siguiente paso es elegir la herramienta para definir la generación del código (Code Generation Tools...), en la celda de la persiana “Tool” seleccio-

namos MPASM, el resto no se toca y para terminar pulsar OK. En la misma opción “Source” la opción “Setup External Text Editor”


sirve para indicarle al ISIS si queremos usar nuestro editor habitual, en otro caso no se toca. Cuando terminamos de configurar todo usaremos la opción “Build” para que nos genere el archivo HEX, podría ser que tuviéramos algún error en cuyo caso nos mostrará en Figura 7 una ventana indicando dónde y cuáles son las líneas que dan el error para su corrección. La última opción, nos sirve para editar el archivo en ASM, Figura 8 con el que podremos corregir los posibles errores. La figura 9 muestra la ventana que aparece cuando el programa fue compilado con éxito. Llegado el caso de la aparición de errores, mediante el MPLAB puede hacer la depuración del código. Una vez solucionado todos

CONSTRUCCIÓN DE PROYECTOS CON PIC los errores, haga una copia del programa terminado y reemplace el que estaba en el Proteus, ahora ya lo tiene depurado, Vuelve a seleccionar “Build” y se genera el código hexadecimal. Para la simulación, debemos indicarle al Proteus que el micro va a trabajar con el programa progled.hex, para ello seleccionamos el microcontrolador con el botón derecho del Mouse, en el esquema (en este caso PIC16F84A), estará resaltado en rojo, pulsamos el botón izquierdo del ratón y se abrirá la ventana de la figura 10. En “Program File:”, pulsaremos sobre la carpeta que aparece y buscaremos el archivo HEX que se ha generado (debe estar en el mismo sitio que el listado ASM, lo seleccionamos y pulsamos OK. Si fuera necesario, antes, cambiamos la frecuencia del reloj )(por defecto está en 1MHz). Con esto, el programa ISIS ya dispone de la información básica necesaria para proceder a la simulación virtual del programa.

La Simulación Las simulaciones interactivas son controladas por un panel que se sitúa en el lado izquierdo inferior de la pantalla. Si no es visible se debe seleccionar la opción de Animación de Circuito del menú de Gráfico. Hay cuatro botones con los que se suele controlar el flujo del circuito. - El botón Play, inicia la ejecución continuada del programa.

Figura 9

- El botón de modo PASO simple o paso a paso para seguir con detalle el proceso, lo que nos ayudará a la hora de depurar nuestro programa. Si el botón es presionado y liberado entonces avanzará la simulación un paso, si el botón se mantiene presio nado, los avances de animación con tinuarán hasta que el botón sea libe rado. - El botón de PAUSA suspende la animación y entonces puede ser reactivada pulsando el botón de PAUSA otra vez, o solo dado un paso presionando el botón de PASO. El simulador también entrará en el esta do de pausa si encuentran un punto de interrupción. - El botón de PARADA indica a PROSPICE deja de hacer la simula ción en tiempo real. Toda la anima ción es parada y el simulador es des -

Figura 10

cargado de la memoria. Todos los indicadores son reinicializados a sus estados inactivos pero los actuadores (interrup tores etc.) conservan sus ajustes existentes.

Se puede configurar el incremento de tiempo de paso simple, en el el cuadro de diálogo de Configuración de Circuito Animado (es decir la cantidad de tiempo avanzado por cada vez que se presione del botón) que se encuentra en la opción System del menú (figura 11). Note que el botón de paso simple sobre el panel de control de animación es usado para avances incrementales de sistema, pero no para pasos simples por el código donde requieren una regularidad específica. Durante una animación, el tiempo de simulación actual y la carga media de CPU se muestran en la barra de estado. Si la potencia de la CPU es insuficiente para controlar la simulación en tiempo real, la lectura mostrará el 100% y el tiempo de simulación dejará de avanzar en tiempo real. Aparte de esto, ningún daño a resaltar de simular muy rápido circuitos, como el sistema automáticamente regula la cantidad de simulación realizada por marco de animación. Si el programa escribe en uno de los puertos del micro, los niveles lógicos en los circuitos cambian de acuerdo con esto. Y si los circuitos provocan el cambio en el estado de alguno de los pines del microprocesador, entonces estos se visualizarán en pantalla de acuerdo al programa ejecutado. Exactamente como en la vida real. Los modelos de CPU uti-


MONTAJES lizados por VSM emulan por completo los puertos de entrada y salida, las interrupciones, los temporizadores, los puertos USART y cualquier otro periférico presente en cada uno de los microprocesadores soportados. A diferencia de un simulador de software más sencillo, la interacción de todos estos periféricos con los circuitos externos, se realiza completamente utilizando modelos de ondas. El simulador VSM, si el proyecto lo requiere, puede simular esquemas electrónicos que contengan más de un microprocesador. Para lo cual, simplemente se colocan los microprocesadores en el esquema y se cablean entre sí o con el resto de la circuitería. VSM es una herramienta única por su capacidad de ejecutar simulaciones cercanas al tiempo real de sistemas completos basados en microprocesadores. Sin embargo, su potencia real se descubre al realizar simulaciones en el modo de ejecución del programa paso a paso. Es entonces cuando se comprueba que VSM trabaja justo igual que el depurador de software preferido. En el circuito que estamos describiendo, al pulsar “Play”. En primer lugar, el circuito muestra unos puntos rojos en algunos extremos de ciertos componentes, si reparamos en ello, veremos que esto ocurre en los puntos que en un caso real estarían en nivel lógico alto, el color de los que están a nivel bajo se representan en azul, esto no indica en un primer momento, mucha información de los estados en los puntos que nos interesen controlar, como se puede ver en la imagen de la figura 12. Si reemplaza el LED estándar por un LED “animado”, es decir, que interactúa, cuando una corriente adecuada le atraviesa, el LED modifica su apariencia mostrando que está activado como en el mundo real.

Además, se observa que en este estado, los componentes que configuran el circuito, no pueden ser modificados, esto es debido al hecho de estar ejecutándose la simulación. En la barra de mensajes LOG, se muestra en verde, la cuenta del tiempo transcurrido de la simulación. Por otra parte, si actuamos con el puntero del mouse sobre el componente identificado como pulsador, observamos que el contacto del pulsador conectado al micro, cae de nivel al ser pulsado y esto conmuta el estado del LED, esto es debido al código que se está ejecutando junto con la simulación. Con cada pulsación, se conmuta el estado del LED. En definitiva, esto es lo que se esperaba en la simulación, lo que confirmaría que el código que hemos escrito es correcto y adecuado para nuestros requisitos.


Esto es una simulación simple y como ya está depurado el programa no ha habido problemas en los que hayamos tenido que entrar a discutir o describir, no obstante, es cierto que no siempre será tan simple, por ese motivo vamos a contemplar un caso en el que se tenga que solucionar un problema, en el que tengamos que localizar un tramo de código el cual tengamos que cambiar o modificar en algún modo. Cuando estamos simulando un programa, se pueden dar dos casos, uno como el anterior, donde todo va bien, aunque es más probable que se produzca algún tipo de error, en cuyo caso sería deseable poder acceder, en tiempo de ejecución al código que generamos, para ver in-situ su comportamiento. Y en este caso, para que podamos averiguar qué ocurre y en qué punto del programa se produce el resultado indeseado o el problema por llamarlo de algún modo, se encuentra la simulación al Paso. Como puede observar, es muy fácil… le proponemos que ponga en práctica estos conocimientos, ya que en próximas ediciones seguiremos con otros proyectos concretos. ✪

Figura 11

Figura 12

SERVICE

Ya existe una notable experiencia sobre nuestro amplificador PWM y considero que es hora que le realicemos algunos cambios circuitales debido a que en varios países de la región puede existir dificultad a la hora de conseguir determinados componentes. Por: Ing. Alberto Horacio Picerno [email protected]

Fe de Errata Nuestro amplificador de potencia PWM está basado en dos MOSFET complementarios; el IRF9540 y el IRF540. Nosotros hicimos el dibujo del impreso con el Livewire y su dibujador el PCB Wizard por ser uno de los más simples de usar. Pero el Livewire no tiene nuestros MOSFET en la librería y por lo tanto usamos dos MOSFET genéricos en su lugar. La simulación la hicimos con el Workbench Multisim 10 que tiene ambos componentes y por lo tanto no tiene ningún problema, aunque luego vamos a hablar de las diferencias con la realidad. Resulta que los MOSFET genéricos del Livewire tienen las patas dispuestas de un modo diferente a las de los MOSFET IRF. El MOSFET genérico tiene la compuerta en la pata central y el IRF en una punta. Mi ayudante se dió cuenta del problema y

consiguió MOSFET similares al IRF pero con la disposición de patas correctas para su plaqueta prototipo. Yo estuve trabajando sobre ella todo el tiempo sin saber que había un error. Por supuesto en cuanto los lectores comenzaron a armar el amplificador el problema saltó de inmediato y me escribieron una buena cantidad de correos indicándome el error en el circuito impreso. El otro problema grave son los componentes que se consiguen en América Latina comparados con los promedios indicados en los simuladores. Los MOSFET y los TIP29 y 30 que se consiguen (por lo menos en Argentina) están fuera de tolerancia sin ninguna duda. Los MOSFET tienen una capacidad de compuerta muy superior a la indicada como máxima en la especificación. Es decir, se trata de componentes muchos más lentos; seguramente son otros MOSFET remarcados. Y los TIP tienen el

beta mínimo debajo del valor de la especificación. Por último, como la librería del Workbench no tiene TIP29 y 30 nosotros utilizamos TIP31 y TIP32 que son para más corriente y tienen menos beta todavía. Como si nos persiguiera el fantasma de los transistores truchos, el programa de simulación de estos transistores está mal diseñado y aparecen con menos beta y más lentos que los reales. Workbench tiene un centro en Internet donde se pueden denunciar estos problemas con la simulación y me confirmaron que estaban modificándola. Pero en el circuito real, si sumamos los dos problemas (beta de los TIP y baja velocidad de los MOSFET) los mismos quedan mal excitados sobre todo cuando el período de actividad es extremo (alto o bajo) y es como si el amplificador tuviera un recorte de los picos cuando está a máxima potencia.

Service & Montajes 37

Service Es decir que se ven afectados los flancos de la señal de excitación a tal punto que se llega distorsionar la señal de salida del modulador. Por último aparece un problema de interferencia con radios de AM que implica el agregado de capacitores matapulsos cerámicos de 0,1µF en paralelo con los transistores de salida y sobre las fuentes. Hasta aquí explicamos cuál es el problema. Ahora vamos a hablar de la solución, la que tiene varios pasos o posibilidades. En principio podríamos lavarnos las manos del problema de los componentes que se consiguen en Argentina y otros países de América y dejar que el lector se arregle para conseguir componentes

que cumplan las normas de velocidad y beta. Por supuesto debemos reconocer el error en el circuito impreso y pedirle que cruce las patas de los MOSFET para compensar el error. Ver figura 1. Pero nosotros queremos que el proyecto pueda trabajar con cualquier componente más o menos aceptable y preferimos modificarlo a conciencia. Nuestros lectores saben que estamos haciendo punta con esta tecnología y los problemas son esperados. La primera medida que podemos tomar para compensar el problema de la baja velocidad de conmutación es bajar la frecuencia de portadora al valor mínimo que indica la regla de

Figura 1 - Cruzamiento de patas de los IRF.

Figura 2 - Circuito básico de excitación y salida.


Nysquit. Si la máxima frecuencia de audio que vamos a escuchar es de 20kHz podemos llevar la portadora a 50kHz. Con esto obtenemos una variación de mínimo a máximo del tiempo de actividad de mayor valor. La razón es que la curvatura de carga del capacitor equivalente de compuerta afecta menos cuando menor es la frecuencia de la portadora PWM porque los pulsos se repiten con mayor separación. Ahora debemos analizar por qué son más lentos los MOSFET. El problema que encontramos está relacionado con la capacidad de compuerta a fuente (Cgs). El pico de corriente para cargar este capacitor de compuerta no varía con la frecuencia de la portadora. Auque la frecuencia la reduzcamos a la mitad, los picos de carga y descarga del capacitor equivalente de compuerta pueden tener un valor exagerado. Y ese valor exagerado fuerza el push-pull de excitación que debe ser capaz de entregar el pico de carga. Esto implica una elevada corriente de excitación de base en los transistores o transistores de elevado beta. Si Ud. puede conseguir transistores TIP29 y TIP30 originales de RCA seguramente no va a tener problemas. En caso contrario le aconsejamos tratar de conseguir un superalfa NPN y un PNP en lugar de los TIP. Con los superalfa no es necesario realizar cambios en el circuito impreso. Muchos lectores me preguntan si no conviene usar el TIP29C y el TIP30C suponiendo que la letra indica el beta. Pero en realidad no es así: la letra indica la tensión de trabajo, la C significa 150V y sin letra 50V; es decir que con un A que es de 70V es suficiente. Y si no puede conseguir los superalfa puede fabricarlos Ud. mismo combinando TIP29 con un BC548 y TIP30 con un BC558. Pero debemos reconocer que son todos parches del diseño original. La solución real consiste en mo-

Cambios Circuitales dificar el circuito agregando un transistor excitador conectado a la fuente negativa que debe estar regulada para evitar el problema del zumbido de fuente. En lo que sigue vamos a tratar el tema de la excitación de un semipuente de MOSFET con mayor profundidad que la que vimos hasta el momento para mejorar nuestro diseño y hacerlo universal en el sentido de que funcione con cualquier transistor que se pueda conseguir por allí; bueno malo o regular. Es decir que proponemos un nuevo diseño que podríamos llamar “Amplificador de audio” DIGI2, para el cual diseñaremos una nueva plaqueta de circuito impreso, esta vez única para salida y modulador PWM

Figura 3 - Oscilograma de compuerta y de salida.

Características de los IRF540 y IRF9540 Se trata de MOSFET que pueden manejar 100V y 22A permanentes con una resistencia de conducción Rds(on) de 0,1 Ohm y que poseen una característica de entrada por la compuerta que se puede resumir como un capacitor de 1000pF. La tensión para la cual cambian del corte a la conducción plena es de 3V máxima con el signo correspondiente al tipo. El IRF540 positiva y el IRF9540 negativa. En verdad es una gran capacidad y se consiguen MOSFET de 250pF pero son especiales, caros y no manejan tanta corriente. Una carga capacitiva de este valor requiere una fuente de excitación de baja impedancia que generalmente es un push-pull de transistores complementarios. Cuanto más baja es la impedancia de salida más rápidamente se pueden cargar y descargar los capacitores de entrada y se puede usar una frecuencia de portadora mayor y un índice de modulación más profundo que llegue a pulsos más finos de excitación en los picos de la señal de

Figura 4 - Oscilograma de corriente por los excitadores.

Figura 5 - Oscilograma de corriente con resistor limitador.


Service audio. En la figura 2 se puede observar un circuito típico de excitación. Evidentemente las compuertas están excitadas al menor nivel de resistencia posible para que la capacidad equivalente no afecte la forma de señal. Si observamos la señal de salida

y la de compuerta superior veremos que prácticamente no hay desfasaje entre ellas. El sistema es el más rápido posible pero luego veremos los problemas que genera. Ver la figura 3. Podemos observar dos pequeños

sobrepulsos sobre la tensión de compuerta. Ellos se producen porque evidentemente debe estar circulando mucha corriente por el zener de protección y el diodo de polarización. Trabajando con el WB10 se pueden colocar sondas de corriente ajustadas a 1mV/mA para saber cuánta corriente se toma del push-pull. Y aquí nos llevamos la sorpresa indicada en el oscilograma de la figura 4. Con las sondas ajustadas a 1mA/mV, es decir 1A/V, observamos que prácticamente se observan pulsos de 5A por Q1 y de 10A por Q2 que aunque disipan poca potencia pueden quemar los transistores por superar la corriente máxima de 3A y eso usando transistores TIP31 y TIP32. Es evidente que se requiere una limitación de corriente aunque eso vaya en detrimento del Figura 6 - Amplificador de audio DIGI2. tiempo de conmutación de los MOSFET por la generación de una pendiente en la señal de excitación. En la figura 5 se agregó un resistor de 4,7 Ohm que limita la corriente a un valor de 1 A perfectamente compatible con los TIP31 y TIP32. Ahora la corriente es de 1A (en realidad elegimos el resistor R2 para lograr ese valor). Para que funcione cualquier transistor TIP consideramos que el Beta de los mismos es de 10. Figura 7 - Agregado de capacitores de 470pF para realizar una prueba límite. Eso significa que la co-


Cambios Circuitales rriente de base será de 100mA en los picos y ese valor es demasiado alto para el modulador. Se impone utilizar un transistor preamplificador que puede ser un simple BC546 que soporta 75V y 100 mA continuos y tiene un Beta de 500 para la categoría C. Ver la figura 6. Observe el sencillo circuito del preamplificador con el transistor Q1 que por precaución se debería reemplazar por un BC546, que admite 100V, o por lo menos un BC547 que es de 50V. El BC 548 es de 30V y las fuentes sumadas son de 24V por lo que difícilmente exista algún problema, pero es mejor realizar diseños con un buen factor de seguridad. Los transistores utilizados en la simulación son los TIP41C y TIP42C que tienen menos beta que los TIP31 y TIP32 para tomar un margen de seguridad. Ud. debe usar TIP31A y TIP32A (o B o C). El resistor R8 debe entregar una corriente de 1A dividido por el Beta mínimo esperado de los TIP, que puede ser de 20 ya que el

manual de RCA indica un beta mínimo de 30. Como el lector puede observar, tomamos todas las precauciones posibles para evitar un mal funcionamiento. Además para la prueba del circuito tomaremos una precaución extra. Vamos a colocar dos capacitores de 470pF en paralelo con los 1.000pF máximos declarados para las compuertas de los MOSFET. Ver la figura 7. Además, al utilizar el WB10 para realizar las pruebas, podemos usar el circuito completo con modulación PWM que elegimos como de 1000Hz de señal triangular para analizar el funcionamiento del recorte en los picos con señales de mínimo tiempo de actividad. En realidad, cuando se pretende comenzar la simulación, el programa indica un error en la predisposición de los parámetros de simulación y se detiene. Pero un instante después ofrece analizar los parámetros y modificarlos automáticamente (cosa el WB9 no hacia) para que la simulación pueda llevarse a cabo. Si

Figura 8 - Secuencia de señales PWM y sus correspondientes salidas sobre el parlante

se acepta la modificación automática demora un par de minutos y termina indicando que ahora el programa puede correr sin problemas, pero que tal vez lo haga a menor velocidad relativa. En nuestro caso, con la frecuencia horizontal del osciloscopio ajustada para ver la portadora de 50kHz se podrá observar el comportamiento de la excitación para los diferentes tiempos de actividad como si fuera un dibujo animado del cual le brindamos sólo cuatro cuadros correspondientes a diferentes períodos de actividad. Ver la figura 8. En la figura 9 se puede observar la señal de salida completa superpuesta sobre la señal PWM que excita al filtro (entre la unión de los MOSFET y masa). Vamos a explicar, a continuación, para qué sirve cada uno de los componentes del circuito que aún no analizamos. C6 es el capacitor de desacople de base. El electrodo común del transistor Q1 es el emisor que se encuentra conectado a la fuente regulada de 12V. La tensión de reposo del modulador es de 0V ya que se trata de una etapa balanceada que genera una PWM que varía entre -12 y +12V (en realidad algo menos). El capacitor C6 se carga entonces al alimentar el circuito con 12V y acopla ambas etapas evitando la circulación de CC. El diodo D2 conduce cuando la señal del modulador se hace negativa y la juntura BE cuando se hace

Figura 9 - Superposición de la señal sobre el parlante y la salida PWM.


Service positiva generando los dos estados de excitación de base sin que cambie demasiado la carga de C6. R9 limita la corriente de base de Q1 y directa del D2. U1 y U2 regulan la tensión de 32V hasta obtener 12V para alimentar a la etapa excitadora y al modulador. La tensión de entrada máxima es de 35V y en este caso lo estamos alimentando con 32V. El consumo del excitador es de 100mA y por lo tanto cada regulador disipa 20Vx100 mA = 2W es decir que trabajan tibios. Los capacitores C1 y C2 acoplan la alterna del excitador a las compuertas de la etapa de salida de modo que las mismas puedan variar su tensión entre los niveles correspondientes al corte y la conducción. Q5 tiene ese nivel en 32V - 3V = 29V y Q6 en -32V + 3V = 29V. El diodo D4 no permite que la tensión de compuerta supere los 32V aproximadamente cargando a C2. Como la salida del excitador es de 24V pap esto significa que la señal de la compuerta superior debería variar entre 32 y 32 - 24 = 8V, pero el zener D1 no permite que se reduzca mas allá de 32 - 12 = 20V protegiendo la compuerta. D3 cumple una fun-

ción similar para Q6. En realidad la barrera en directa de D1 podría efectuar la función del diodo D4, pero no lo hace con gran eficiencia y por eso se recurre a agregar un diodo muy rápido. Los transistores Q5 y Q6 generan una señal rectangular de 50kHz con 32Vpp con los flancos muy abruptos. Esta señal posee una gran cantidad de armónicos que caen sobre la banda de onda media de 530 a 1600kHz. Dentro de esta banda se puede escuchar una interferencia cada 5 estaciones de radio. El modo de evitar esta interferencia es con el agregado de los capacitores C4 y C5 que suavizan los flancos cortando las armónicas superiores a la décima; que cae en 500 KHz es decir casi al principio de la banda donde las interferencias son más altas. Al mismo tiempo estos capacitores evitan que las componentes de orden superior recorran un camino muy largo porque lo cierran inmediatamente alrededor de los generadores de la interferencia. El camino más largo es precisamente el de las fuentes de 32 y -32V que son externas al equipo cuando se realiza una prueba y entonces el cable de masa y vivo se

transforma en una hermosa antena de AM. El agregado de C4 y C10 filtran la fuente a masa y evitan la irradiación por la antena/fuente. El choque de filtro PWM es un caso aparte que trataremos en el apartado siguiente porque es también una de las fuentes de irradiación más importantes de acuerdo a su construcción y un problema a resolver para aquellos que no se dedican a la TV y no pueden desarmar un fly-back. Y más ahora que la inductancia debe llevarse al doble del valor anterior para filtrar 50kHz y no 100kHz como tenía el diseño original.

El Filtro PWM Muchos lectores nos escribieron indicando dificultades para construir el inductor L1. Nosotros indicamos la construcción con un núcleo de flyback de un TV color o un monitor. En la entrega 3 le indicamos cómo construir un inductor con un núcleo de flyback para TV color o para monitores con el entrehierro original. Bobinando 21 vueltas de alambre aislado, sacado de par telefónico para interiores, llegamos a una inductancia de

Figura 10 - Modulador con control de balance.


Cambios Circuitales 100uHy y como la inductancia varía con el cuadrado del número de espiras, para obtener el doble de inductancia deberíamos aumentar la cantidad de vueltas en un factor de 1,41 veces es decir 29 espiras. Por lo tanto indicamos construir un inductor de 30 espiras. Pero si el lector sólo se dedica al audio no tiene una fuente simple de núcleos de fly-back y entonces debe recurrir a otro tipo de núcleo. El intento de comprar algún núcleo fue infructuoso en la República Argentina (me imagino que en otros países de América Latina ocurre lo mismo). Por lo tanto se me ocurrió probar con una bobina con núcleo de aire. En forma matemática podemos decir que una bobina en donde el largo sea mucho menor que el diámetro se puede demostrar que: L (µHy) = 0,043 . r . n2 r : radio de la bobina en cm n : número de espiras Una bobina con un radio de 5 cm tendrá una inductancia: L = 0,22 . n2 de aquí deducimos que nuestro inductor de 220µHy debe tener: n2 = 220/0,22 = 1000

y entonces: n = 31 espiras Es decir que si Ud. toma un cilindro de 10 cm de diámetro y bobina 31 espiras de alambre esmaltado de 0,40 mm a granel, va a obtener la bobina buscada de 220µHy. Luego de sacarla del cilindro puede envolverla en cinta aisladora. Queda más profesional si la envuelve con cinta de enmascarar y luego la sumerge en barniz para motores eléctricos. También puede encargarla en un taller de rebobinado de motores. Es un poco voluminosa pero nuestro amplificador es tan pequeño que lo que sobra en el gabinete es espacio. Su mayor problema es que se trata de un irradiante casi perfecto porque el campo magnético no está confinado a un núcleo sino que se cierra por el aire. Si el gabinete del amplificador es metálico el campo quedará blindado por el gabinete y la solución es adecuada. Para gabinetes de plástico no hay más remedio que utilizar algún núcleo. Algunos lectores me preguntaron si se podía usar laminación de hierro silicio para transformadores y la respuesta es lamentablemente negativa porque la pérdida por histéresis es función de la frecuencia y esos nú-

Figura 11 - Corriente por los MOSFET con resistores limitadores.

cleos son adecuados sólo para 50Hz. Tal vez se podría usar laminación de grano orientado para transformadores de audio que se utiliza para fabricar transformadores de distribución de audio, pero no es algo muy fácil de conseguir.

Desbalance de los Transistores MOSFET En la simulación, la tensión de salida cuando no hay señal de audio es siempre nula como debe ser. En la realidad es posible que transistores MOSFET o excitadores desparejos puedan generar una tensión continua de reposo inadmisible. La tensión continua de reposo genera calentamiento en la bobina, pero sobre todo genera distorsión en el parlante. En efecto, para que el parlante no distorsione la bobina móvil debe estar inmersa en un campo magnético de densidad constante producido por el imán. Si el cono abandona la posición de reposo adecuada, por la tensión continua, producto del desbalance, el parlante distorsiona. En realidad habíamos diseñado un sistema de ajuste de la corriente de reposo sobre el circuito modulador, pero lo habíamos desestimado basados en el funcionamiento de nuestro prototipo. Dados los informes de los lectores, es hora de que volvamos a incluirlo en el circuito y a indicar el modo de ajuste. Si el circuito modulador es simétrico, cuando el audio es nulo, el período de actividad de la señal de entrada a la sección de potencia es exactamente del 50%. Pero si el amplificador de potencia no es simétrico hay que modificar el tiempo de actividad para compensar el desba-


Service lance y generar una continua nula sobre el parlante. Simplemente corte el audio de entrada poniendo la entrada a masa. Conecte un téster sobre el parlante y modifique el ajuste del preset de balance de la figura 10 para que el téster indique tensión nula. Si ajustamos el control de balance de punta a punta se obtiene una medición con el téster sobre el parlante de -12V a +12V. Si desea realizar un ajuste más suave puede llevar los resistores R12 y R13 a 2K2 para que la salida varíe de -6 a +6V. Nota: el ajuste de sensibilidad afecta el ajuste de balance así que deben ajustarse iterativamente. Recuerde que el preset R1 no es un control de volumen sino un ajuste de sensibilidad fijo. El control de volumen está previsto en un control de tono por octavas que estamos comenzando a diseñar. En el circuito de la figura 10 reemplazamos el generador de señal cuadrada con el 555 con un generador de funciones, para favorecer la simulación, que ya es bastante lenta. También anulamos el circuito de protección contra cortos en el parlante por la misma razón pero el circuito contempla ambos sistemas.

Funcionamiento con el Parlante en Cortocircuito Muchos lectores me preguntaron sobre la protección del circuito contra cortocircuitos en el parlante, que por lo general es el problema de todos los amplificadores analógicos.

Mi respuesta es siempre la misma. Un circuito debe ser autosuficiente contra cortocircuitos en la carga porque no hay un modo seguro de proteger a un semiconductor con ningún circuito de protección. En efecto, un semiconductor se puede quemar en tan poco tiempo de sobrecarga que cuando actúa la protección ya es demasiado tarde. En general las protecciones se colocan para evitar que el circuito siga funcionando en condiciones de sobrecarga o para una sobrecarga adaptada que haga aumentar la corriente al doble de lo normal o más. Nuestro circuito es autosuficiente porque un cortocircuito sobre el parlante no modifica prácticamente la corriente del par de MOSFET, debido a la existencia del inductor de filtro PWM que aísla al parlante de los MOSFET. Nuestra protección controla la corriente sobre las fuentes y opera si dicha corriente supera el límite prefijado. Pero sólo cortamos la excitación y no protegemos las fuentes contra cortocircuitos de algún transistor de potencia. Si el lector lo desea debe agregar relés sobre las salidas de fuente operados con la tensión de apagado del 555. Pero de cualquier modo encontramos que es conveniente agregar resistores de pequeño valor en serie con los MOSFET, para evitar corrientes pulsantes muy altas durante el único momento que conducen los transistores de potencia que es durante la conmutación. Si ambos transistores son de la misma velocidad nunca van a estar


funcionando los dos al mismo tiempo y los resistores son innecesarios. Pero si uno tarda en apagarse mientras el otro ya comienza a conducir la energía se disipa en los resistores. En la figura 11 se puede observar la corriente por los MOSFET medida con sondas de corriente ajustadas a 1A/V. Como se puede observar las corrientes más importantes ocurren durante la conmutación, durante el tiempo de conducción apenas se vislumbra la corriente que se dirige hacia el inductor de filtro.

Conclusiones En esta entrega le presentamos un nuevo proyecto de amplificador digital PWM con todas las modificaciones necesarias para que sea un proyecto que funcione con cualquier componente que se pueda comprar en América Latina. Si Ud. ya había armado el DIGI1 tiene las indicaciones para modificarlo. Si no lo armó espere hasta la próxima entrega en donde ya tendremos diseñado el nuevo circuito impreso para el DIGI2 con todas las correcciones. Le pedimos disculpas por los problemas, pero Ud. debe comprender que estamos por un camino muy poco transitado y es lógico que los circuitos se modifiquen a medida que los lectores se van animando a armarlos y me comentan sus experiencias. Yo no echo en saco roto ningún comentario y si hay que reconocer un error no tengo reparos en hacerlo. ✪

Cuaderno del Técnico Reparador

Mantenimiento y Reparación de Celulares Cómo se Repara el Teclado de un Teléfono Celular En general, uno de los componentes que suele pre sentar mayores fallas en un teléfono celular es el teclado; ya sea porque el equipo se mojó, porque recibió un golpe o por exceso uso del mismo. Sin importar la marca y el modelo del equipo, las técnicas de construcción de los teclados no difieren mucho, en algunos casos posee membrana y en otros simplemente la acción de una tecla es por variación de cargas estáticas pero, en todos los casos, un teclado sucio puede ocasionar fallas. En este artículo mencionaremos cómo se limpia un teclado y de qué manera se debe encarar la reparación para dos casos típicos: cuando no anda una tecla o cuando no funciona un grupo de teclas (o directamente no funciona). Trabajaremos en dos fallas reales, en un equipo Motorola y en otro genérico Autor: Ing. Horacio Daniel Vallejo e-mail: [email protected]

E

s común que un teléfono celular se moje y cuando se cae al agua “no precisamente lo hace en agua destilada”. Cuando esto ocurre, de inmediato hay que quitar la batería, desarmar el teléfono y limpiarlo. Si no lo hace, es probable que el aparato se dañe y que no se pueda recuperar. La mayoría de las unidades poseen un indicador que nos dice si el teléfono se ha mojado; dicho indicador es de color blanco y suele estar en el compartimento de la batería (figura 1) y su acción es similar a la de un papel de tornasol utilizado en química: “si está frente a un medio alcalino se pone rojo y si está en presencia de un medio ácido vira al color azul o morado”.

En general el agua sucia (el agua de la calle, el que se encuentra en el piso, etc.) suele ser alcalina por lo cual, cuando el teléfono se moja, dicho indicador se pone

rojo (figura 2) y si quitamos la batería, limpiamos a consciencia las partes eléctricas y lo secamos, al armar el equipo funcionará sin problemas. Ahora bien, muchas veces Figura 1


Cuaderno del Técnico Reparador el usuario prende igual al celular y es probable que algunos componentes o pistas del circuito impreso estén mojadas con dicho agua alcalina y en ese caso se produce un efecto “similar” al de la electrólisis, es decir, tenemos dos electrodos (componentes) recorridos por corriente y que están sumergidos en un electrolito (agua sucia). Este fenómeno, como sabemos, produce la corrosión de un electrodo, lo que implica que el componente o la pista de circuito impreso se dañe, produciéndose un vapor ácido que hace que el color del testigo vire al azul o morado. El técnico sabe que si el indicador está morado, es porque en el teléfono se ha producido una electrólisis y le advierte al cliente que es muy probable que no se pueda reparar. Ahora, si el testigo está rojo, tampoco es garantía de que la reparación sea sencilla. Cuando un teléfono se moja el teclado suele quedar sucio y presenta fallas tiempo después de haberse mojado, es por eso que se recomienda limpiar las partes eléctricas de la placa del teclado y para ello no se recomienda el uso de aguas o alcoholes de ningún tipo; se debe limpiar en una cuba (tina, recipiente) de ultrasonido, ya que el ultrasonido es un poderoso desengrasante y produce la limpieza sin ningún peligro. Ya sea que haya que limpiar al teclado o tengamos que repararlo, al teléfono se lo debe desarmar y para ello se debe contar con las herramientas apropiadas a saber (figura 3):

Adhesivo ins tantáneo. Cuba de ultraso nido con agua desti lada.

También un elemento sumamente necesario para realizar el mantenimiento a un teléfono celular es su Manual de Servicio, ya que en él se tiene una gran cantidad de datos imprescindibles para el técnico, como ser las instrucciones de desensamble, puntos de prueba, circuito eléctrico, fallas comunes, señales eléctricas, etc. Sin el manual se corre un serio riesgo de dañar al equipo cuando

Destornillador (desarmador) con puntas Thor o estrella de varias medidas (Nº 3 a Nº 6 por lo menos). Set de herramientas de peque ño porte. Bruselas o pinzas de agarre. Desarmadores de puntas varias de pequeño porte. Adhesivo de contacto


Figura 2

se lo intenta desarmar y por ello recomendamos que NO LO INTENTE si no posee las instrucciones, por más experiencia que posea en el mantenimiento de equipos electrónicos. Figura 3

Mantenimiento y Reparación de Celulares

Figura 4 Si bien he tenido la oportunidad de realizar el mantenimiento a varios teclados, para hacer este informe voy a explicar los pasos que he seguido para arreglar un teléfono Motorola T720 y otro genérico (de tecnología 3G, con TV y 4GB de memoria) marca Foston de los cuales hay muchos en el

Figura 5

mercado pero con diferentes marcas (ipone, C702, trialB, etc.). El T720 presentaba la falla en una tecla: “no se podía acceder al menú” y fallas intermitentes en varias otras teclas mientras que en el Foston había que apretar muchísimo a 4 teclas para que pudieran operar y, aún así, a veces tampoco

lograban hacer contacto. Lo primero que hice fue “hacerme” de los manuales de servicio. Para el Motorola fue fácil pero para el Foston tuve que recurrir a varios manuales hasta encontrar el adecuado, un “Honckua 702”. En dichos manuales se encuentra la explicación, paso a paso, de cómo

Figura 6



Figura 7

Figura 8

Figura 9

Figura 10

se debe desarmar cada celular (en inglés) de modo tal que siguiendo las instrucciones no he tenido problemas para hacerlo. En la figura 4 se muestra una secuencia de 6 páginas del manual Motorola T720 en la que se puede apreciar que los pasos a seguir se muestran en detalle. En primer lugar se quita la batería, para lo cual se debe quitar la tapa accionando la traba correspondiente (figura 5). Hecho esto se retira la batería accionando desde el lugar de los contactos eléctricos (figura 6) para evitar que se dañen. Habiendo quitado la alimentación, ahora retiramos la antena desenroscándola en sentido antihorario hasta que quede fuera de la unidad (figura 7). Acto seguido tomamos el desarmador con una punta Thor Nº6 y quitamos los tres tornillos que unen al gabinete (figura 8). Al respecto aclaramos que todas las empresas recomien-

dan NO REUTILIZAR los tornillos cosa que en América Latina (al menos) es muy difícil de cumplir por la falta de oferta de estos componentes, es decir, generalmente se vuelven a utilizar los mismos tornillos. Una vez quitados los tornillos, con un desarmador de punta plana de 3 mm se deben desmontar las pestañas en ambos costados del gabinete (figura 9) de forma que escuchará un pequeño “click” que indica que la contratapa se ha destrabado; luego se levanta con suavidad unos 15 a 30 grados la misma (con mucho cuidado) desde la base del teléfono (figura 10), se realiza un Figura 11


pequeño giro antihorario y notará que la tapa se destraba automáticamente. Tomamos una pinza de agarre tipo brusela (como las que suelen utilizar los dentistas) y retiramos la placa de circuito impreso que contiene los componentes principales del teléfono (figura 11). Con el destornillador tipo pala de 3 mm quitamos el conector que une el flexible del display con la placa del teclado


Figura 12

Figura 13

Figura 14 y ya podemos retirar la placa (figura 12). Una simple inspección ocular nos permite ver que la membrana del teclado está algo gastada en el área donde se encuentra la tecla con problemas y decidimos despegarla. Para ello tomamos nuevamente la pinza de agarre y tiramos desde el borde de la membrana en la zona que se observa gastada; de inmediato la membrana se despega (figura 13) y deja al descubierto Figura 17

Figura 16 una hojuela metálica que actúa de contacto con la placa impresa, notamos que la misma no tiene buena flexibilidad y decidimos cambiarla; para ello agudizamos nuestro ingenio buscando un teclado en desuso que posea un componente similar, tomamos una que esté en buen estado y la reemplazamos (recuerde que lo ideal sería cambiar la placa del teclado completa o, al menos, la membrana, o simplemente colocar una hojuela Figura nueva 4 pero como no conseguimos las partes tenemos que conformarnos con el procedimiento descripto) Colocamos la nueva hojuela en la posición correcta (figura 14) y volvemos

a pegar la membrana. No se requiere adhesivo ya que el existente en la membrana es suficiente. Antes de armar el teléfono decidimos limpiar las placas de circuito impreso y para ello no usamos ni alcohol, ni pincel, ni sopladora de aire… NADA DE ESO. Improvisamos la campana de un porta CDs de 50 unidades como cuba, le agregamos agua destilada, en su interior le colocamos el transductor de un generador de ultrasonido, lo ponemos en funcionamiento e introducimos las placas de circuito impreso (figuras 15 y 16), dejamos actuar durante 3 minutos, retiramos la placa con una pinza y con un secador de cabello las secamos, tomando la precaución de colocar un pedazo de papel de cocina en la toma de aire del secador para que actúe como filtro y así asegurarnos de no bombardear a la placa con aire contamina-



Figura 15

Figura 16

Figura 17 do con polvo. Aclaramos que el tiempo de actuación no es algo estricto, en alguna oportunidad dejé la placa en ultrasonido un fin de semana por olvido y al montar el celular, funcionó sin problemas. Fíjese si será bueno este método que los mecánicos de automóviles lo emplean para limpiar los eyectores de combustible. El ultrasonido es ideal para limpiar los contactos de un celular. En Saber Nº 239 Publicamos el circuito del generador que yo empleo para mis prácticas. Ud. puede bajar dicho circuito de nuestra web: w w w. w e b e l e c t r o n i c a . c o m . a r, haga click en el ícono password e ingrese la clave: “circuiultra”.

Dos Celulares, la Misma Falla La falla que voy a describir se me presentó en 2 celulares y,

Figura 18 casualmente, fueron debidas al mismo componente. En un teléfono genérico Foston, como el de la figura 15, cada vez que se accionaban las teclas “0, # y *” la respuesta era errática y en general había que ejercer mucha fuerza para obtener resultados. Lo mismo ocurría con la tecla de encendido. Casi al mismo tiempo, en uno de los Motorola V3 que poseo para el dictado de seminarios, también tuve respuestas anómalas cada vez que apretaba una tecla, a veces funcionaba bien y otras no. Fue curioso tener ambas fallas simultáneas (en realidad el V3 ya me venía fallando desde hacía un tiempo y el Foston me lo prestaron para “que juegue” un poco con él para que conozca su tecnología y de paso ver si podía encontrar la falla). Conseguir el manual del V3 fue sencillo, de hecho en nuestra web


tenemos manuales de unos 5000 celulares pero hacerme del manual del Foston me costó un poco más de trabajo. Para encontrarlo busqué entre diferentes teléfonos genéricos de procedencia china aquellos que tenían una apariencia similar y hallé el de un “Honckua 702” que resultó ser el mismo que el del que yo precisaba. Un tiempo antes de llegarme el Foston, como lo había hecho varias veces, desarmé el V3, realicé una inspección ocular, quité la chapa del teclado, desmonté el flexible, lo medí con un multímetro (el flexible retirado de su conector) “y nada”… Decidí colocarle el teclado de otro teléfono y creí que la falla había estado resuelta pero al poco tiempo comenzó a presentar el mismo problema. Como la falla a veces estaba y otras no y al teléfono no lo usaba seguido, “me despreocupé”. Al llegarme el teléfono genérico, de inmediato lo relacioné con el


V3 y decidí efectuar una “inspección” para intentar su reparación. Como es costumbre, retiré la tapa porta batería, quité la batería (figura 16) y comencé el despiece. Este teléfono posee 6 tornillos pequeños (desconozco la medida ya que en el manual la misma figura en un idioma que no domino) como los que suelen encontrarse en los lentes para sujetar el marco, los quité (figura 17) y posteriormente tuve que desarmar unas pequeñas trabas colocadas en los costados (figura 18). Conocer este procedimiento me llevó un poco de tiempo pero al final entendí que debía realizar una suave presión sobre dichas trabitas para que las tapas se separen. Una vez hecho esto, con un el mismo destornillador tuve que desarmar un par de trabas por encima y por debajo del teléfono (siguiendo las instrucciones del manual a través de sus fotografí-

Figura 21

as), tal como muestra la figura 19 y ya pude separar ambas partes del teléfono. Sobre una tapa quedó una parte del circuito eléctrico y sobre la otra el resto (figura 20). Lo primero que noté es que el Figura 19 teclado no funcionaba por intermedio de membrana con hojuelas metálicas o goma conductora sino que el principio de funcionamiento se basa en difusión de cargas estáticas. Al quitar el teclado de la placa, retirando suavemente su conector me pareció ver una rajadura en el conector

hembra (figura 21). Decidí que ésa podía ser la falla y como sabía que podía ser complicado conseguir dicha parte intenté su reparación; para ello simplemente eché una gotita muy pero muy pequeña de adhesivo instantáneo (apenas si humedecí la zona donde estaba la rajadura, figura 22) y luego con una pinza de puntas pequeñas ejercí una presión pequeña sobre el conector durante un par de minutos (figura 23), esperando que la rajadura quede subsanada. Dejé actuar al adhesivo durante 24 horas y al día siguiente armé el celular y éste funcionó perfectamente. Lógicamente mi temor era que la falla vuelva a presentarse de inmediato ya que si estando nuevo se rajó (y me aseguraron que el

Figura 20

Figura 22



Figura 23

Figura 24 teléfono no tuvo ningún golpe) ¿por qué no se iba a volver a rajar?. Al momento de escribir esta nota ya habían transcurrido 5 meses del arreglo y el móvil todavía seguía funcionando, aún cuando era utilizado en forma continua.

Cuando descubrí esta falla, me pregunté si mi V3 no podía tener una falla similar y al desarmarlo, quitar el conector (figura 24) y realizar una inspección ocular sobre el conector, noté una pequeña rajadura por lo cual asumí que las fallas


eran idénticas. Por supuesto apliqué el mismo procedimiento y hoy sigo utilizando el V3 para realizar las prácticas en seminarios y cursos de reparación de celulares que suelo dictar en el marco del Club Saber Electrónica. ✪

MONTAJE LX1655

Estetoscopio Electrónico En este artículo presentamos un “estetoscopio”, es decir un dispositivo que permite escuchar los latidos del corazón notablemente amplificados. Con este instrumento se pueden distinguir perfec tamente los diferentes tonos cardíacos, aunque también puede tener otras utilidades, como la rea lización de efectos sonoros.

L

os amantes de la música nunca podrán olvidar la famosa pieza musical de Pink Floyd que comienza con un efecto muy particular: El latido de un corazón bastante amplificado, efecto sobre el que progresivamente se mezcla la melodía musical. La amplificación de los latidos cardíacos ha sido solicitada en varias ocasiones por nuestros lectores. Este proyecto responde, como en muchas ocasiones, a diversas peticiones. De

hecho algunos lectores, deseosos de oír los latidos del corazón, han pensado que es suficiente conectar un pequeño micrófono a un amplificador. Enseguida han constatado que de esta forma no es posible escuchar los latidos, ya que los latidos cardíacos, aunque son fácilmente perceptibles al tacto, no son detectables a través de un micrófono común. Estos mismos lectores nos han escrito para que les propongamos una

solución. La solución no es tan inmediata como se podría pensar a primera vista, ya que cuando es preciso amplificar una señal de bajo nivel sonoro, como la generada por los latidos del corazón, la dificultad estriba en lograr reproducir únicamente el sonido que interesa, excluyendo el ruido de fondo. Para conseguir el resultado buscado, en primer lugar es indispensable contar con un transductor apropiado. Después de numerosas pruebas hemos localizado una cápsula piezoeléctrica que permite conseguir una óptima respuesta en frecuencia, generando un sonido limpio y exento de ruidos. Además de un transductor adecuado para obtener una buena reproducción, también es necesaria una adeFigura 1 - Con el estetoscopio LX1655 se pueden visualizar en la PC las pulsaciones cardíacas. Quien disponga de un editor de audio puede registrar, editar y escuchar las señales captadas. cuada filtración de


Montaje

Figura 2 - El primer estetoscopio construido por Laennec estaba for mado por un cilindro de madera de haya dentro del cual practicó un agu jero pasante de unos 2 mm. Con este instrumento su inventor fue capaz de diagnosticar muchas patologías y realizar importantes análisis de los sonidos cardíacos y pulmonares.

la señal, de forma que se reproduzcan únicamente las frecuencias apropiadas, y en el caso que nos ocupa entre 20Hz y 400Hz. Con estas premisas hemos desarrollado el Estetoscopio electrónico LX.1655, que aquí presentamos. Este dispositivo ha sido proyectado principalmente para amplificar el sonido de los latidos cardíacos, aunque también puede ser utilizado para otras aplicaciones: Auscultación de la inspiración y de la expira-

ción del aire, de la deglución, de la tos, etc. Gracias a este instrumento un estudiante de Medicina puede practicar la auscultación del corazón en los pacientes, aprendiendo a distinguir los diferentes tonos. Además se puede registrar el sonido con un grabador o con un ordenador personal, y crear un archivo con diferentes patologías cardíacas que puede resultar muy útil para mejorar el aprendizaje. No está lejos el tiempo en que, con la llegada de la Telemedicina, se transmitan al médico vía Internet las pulsaciones del corazón, y realizar de esta forma un chequeo rápido, tranquilizando al paciente sobre su estado de salud en el momento.

Latidos Cardíacos Con el Estetoscopio electrónico LX.1655 se pueden distinguir cómodamente los diferentes tonos cardíacos, es decir los sonidos que constituyen los latidos y que son producidos por el rítmico cierre de las válvulas del corazón.

Figura 3 - Esquema práctico de montaje del circuito impreso (derecha) en el que se pueden apreciar claramente los conectores para los auriculares y para el transductor piezoeléctrico. Fotografía del circuito impreso con todos los com ponentes montados e instalado dentro del mueble contenedor (izquierda).


El primer tono que se advierte en la pulsación cardíaca, un “tum” muy bajo y algo prolongado, es causado por el cierre de las válvulas mitral y tricúspide, mientras que el segundo tono, un “ta” más alto y más breve, es causado por el cierre de las válvulas aórtica y pulmonar (vea la figura 8). En los individuos jóvenes y normales también es posible advertir un tercer tono, más bajo, ocasionado por la irrupción de la sangre durante el rápido llenado del ventrículo. A título de curiosidad, la duración del primer tono es de unos 0,15 segundos y tiene una frecuencia entre 25 y 45Hz, mientras que el segundo tono tiene una duración de unos 0,12 segundos y una frecuencia de unos 50Hz. Además, quienes dispongan de un ordenador personal que incorpore tarjeta de sonido, pueden registrar los latidos cardíacos y visualizarlos en pantalla. Para realizar esta operación hay que conectar la salida de los auriculares del Estetoscopio LX.1655 a la entrada de la tarjeta de sonido del ordenador personal mediante un cable dotado de dos conectores jack macho. A continuación hay que ajustar a medio recorrido el potenciómetro de volumen del Estetoscopio. Para efectuar la grabación se puede utilizar el accesorio “Grabadora de Sonidos”, incluido en todas las versiones de Windows, o programas más potentes como Nero. Para utilizar la Grabadora de Sonidos hay que hacer click en el botón Inicio del escritorio de Windows. A continuación hay que seleccionar Programas, Accesorios, Entretenimiento y, por último, Grabadora de Sonidos. Al seleccionarlo se abrirá una pequeña ventana, similar a la mostrada en la figura 9. Ahora, después de haber situado el transductor en la región cardíaca, hay que pulsar el botón Grabar. Cuando se quiera finalizar la grabación basta con pulsar el botón Detener (ver figura 10). Si se desea se

Estetoscopio Electrónico puede salvar la grabación en un archivo seleccionando la función Guardar del menú Archivo.

Esquema Eléctrico La señal procedente del disco piezoeléctrico es mandada a la Puerta (Gate) del FET FT1, componente configurado para adaptar la impedancia del sensor piezoeléctrico a la impedancia de entrada del operacional IC1/A. La señal presente en el Drenador de FT1 se aplica a la entrada no inversora de IC1/A, que junto a los condensadores C3-C4 y a las resistencias R6-R7 constituye un filtro paso-alto configurado para bloquear todas las frecuencias inferiores a 20Hz. Del terminal de salida de IC1/A la señal es transmitida a la entrada no inversora de IC1/B que, junto a las resistencias R10-R11 y a los condensadores C6-C8, constituye un filtro pasobajo que bloquea todas las frecuencias superiores a 400Hz.

Cómo Nació el Estetoscopio René Théophile Hyacinthe Laennec (1781- 1826), genio francés de la Medicina, descubrió en 1816 el estetoscopio, como muchas veces en la

historia de la ciencia, por casualidad. Así lo expuso en su “Tratado sobre la auscultación indirecta”, obra publicada en el 1819. Un día acudió a su consulta una paciente que presentaba síntomas de cardiopatía, por lo que tuvo la necesidad de auscultarle el corazón, operación que se realizaba en aquellos tiempos acercando directamente la oreja al pecho del paciente. Al tratarse de una mujer joven trató de evitar la “incomodidad” que esta maniobra habría provocado. Recordó un fenómeno físico conocido: El efecto que se ocasiona cuando acercando a la oreja a un objeto sólido, por ejemplo un lado de una vara de madera, es posible percibir claramente el sonido en el otro lado de la vara. Intentando solucionar el problema con esta estratagema cogió un cuaderno que tenía a su alcance y lo enrolló, apoyando un extremo en el tórax de la paciente y el otro extremo en su propia oreja. Descubrió, con gran sorpresa, que el sonido de los latidos del corazón se transmitía perfectamente por el tubo de cartón, y además notablemente amplificado. Este acontecimiento inesperado despertó su curiosidad, por lo que decidió estudiarlo en profundidad. Enseguida se dio cuenta que este fenómeno no sólo era de gran ayuda para mejorar la auscultación de los latidos cardíacos, sino también para explorar

problemas respiratorios pulmonares. Aquel primer rudimentario instrumento dio paso a un tubo en cartón de unos 30 centímetros de longitud. Luego lo perfeccionó sustituyéndolo por un cilindro de madera en el que realizó un agujero pasante. Con este prototipo realizó numerosas pruebas, modificando su longitud, ancho, espesor y el diámetro del agujero central. Así llegó a realizar un instrumento que permitió una notable amplificación acústica y que llamó estetoscopio, del griego stethos (pecho) y skopein (observar), lo que constituyó una importante contribución al estudio de numerosas patologías como la tuberculosis pulmonar, el enfisema, el edema pulmonar, etc. Con el mismo instrumento Laennec fue capaz posteriormente de diagnosticar la pleuresía pulmonar. Dado lo evidente de la mejora que aportó para reailzar diagnósticos el instrumento de Laennec se difundió rápidamente en Francia, luego en Gran Bretaña y después al resto del mundo. Con el paso del tiempo el estetoscopio se ha ido perfeccionando hasta llegar al instrumento actual, en el que la amplificación del sonido ha sido aumentada y se ha potenciado su precisión mediante la utilización de una membrana cuya función es recoger las vibraciones generadas por la débil señal acústica procedente del cuerpo del paciente y transmitirla al instru-

Figura 4 - Esquema eléctrico del Estetoscopio electrónico. El integrado IC2 amplifica unos 30dB la señal procedente del transductor pie zoeléctrico. En la salida se pueden conectar auriculares cuya impedancia esté comprendida entre 8 y 32 ohmios.


Montaje

Figura 5 - Conexiones de los integrados LM358 y TDA7052B, vistas desde arriba. Las co nexiones del FET BF245 y del transistor BC.547 se muestran vistas desde abajo.

mento, haciéndolas perfectamente perceptibles para el médico. Después de contribuir de forma decisiva a la diagnosis médica y a la observación de las enfermedades pulmonares Laennec murió en el 1826, con tan solo 45 años. Murió a causa de la misma tuberculosis que estudió durante tanto tiempo, dejando como herencia a sus colegas este insustituible dispositivo, que es considerado a todos los efectos como el primer dispositivo de diagnóstico de la Medicina moderna. Como se puede apreciar observando el esquema eléctrico, tanto IC1/A como IC1/B son amplificadores con ganancia unitaria. La amplifica-

ción de la señal es realizada por el integrado TDA7052/B (IC2), que amplifica la señal unos 30dB. En los terminales 5 y 8 del integrado IC2 está presente la señal de salida, que es aplicada al conector jack hembra, en el que se conectan unos auriculares corrientes (impedancia entre 8 y 32 ohmios). El potenciómetro R14, conectado al terminal 4 de IC2, permite regular el volumen. Por otro lado el transistor TR1 tiene la función de limitar la señal en la salida, de forma que en caso de choques accidentales del disco piezoeléctrico no se alcanzan nunca niveles intolerables para el oído. La alimentación es proporcionada por una pila común de 9 voltios. El interruptor S1 está incluido en el potenciómetro del volumen R14. El diodo LED DL1 señala el encendido del dispositivo. El montaje de este circuito es tan sencillo que no presentará ningún pro-

Figura 6 Para montar el disco piezoe léctrico en el soporte de plástico cilín drico hay que soldar el hilo central del cable apantallado en el centro del dis co y la malla metálica en el borde exte rior. Una vez realizada la soldadura hay que fijar el disco al soporte utilizando pegamento.

Figura 7 Hay que introducir el cable apantallado en el agujero realizado en el cilindro de soporte, hasta llegar al nudo, que se ha de cerrar para que el cable quede bloqueado y permitir que se aloje dentro del cilindro. Se puede utilizar una brida en lugar del nudo pa ra bloquear el cable.


blema. Aconsejamos comenzar el montaje con la instalación, en el circuito impreso LX.1655, de los zócalos correspondientes a los integrados IC1 e IC2, como siempre teniendo cuidado en respetar la orientación de las muescas de referencia. A continuación se puede proceder al montaje de las resistencias, controlando su valor a través del código de colores, y del potenciómetro R14 (1 megaohmio) que incluye un interruptor, utilizado para encender el estetoscopio y para regular el volumen. Es el momento de instalar los condensadores, comenzando por los de poliéster y continuando con los electrolíticos, teniendo cuidado en estos últimos en respetar la polaridad de sus terminales, para lo que se ha de tener en cuenta su terminal más largo que corresponde al polo positivo. Ahora se puede montar el FET FT1, el transistor TR1, orientando el lado plano de sus cuerpos tal como se indica en la figura 3, y el diodo LED DL1, respetando la polaridad de sus terminales (el ánodo corresponde al terminal más largo). Los siguientes componentes a soldar en el impreso son los terminales tipo pin utilizados para conectar el portapilas de 9 voltios y al conector jack hembra de 2 mm utilizado para la conexión del transductor piezoeléctrico. Por último sólo queda montar el conector jack hembra de 3 mm utilizado para la conexión de los auriculares e instalar los integrados IC1 e IC2 en sus correspondientes zócalos, orientando sus muescas de referencia tal como se muestra en la figura 3. El circuito impreso, con todos sus componentes ya montados, ha de instalarse en el pequeño mueble de plástico (vea la figura 3), fijándose con los tornillos incluidos en el kit. Hay que hacer salir el conector de los auriculares a través del agujero central del mueble. A continuación hay que instalar el mando de regulación de volumen en el eje del potenciómetro R14 y conectar los cables del portapilas a los ter-

Estetoscopio Electrónico minales tipo pin del impreso, respetando la polaridad. Por último hay que instalar el conector jack hembra de 2 mm utilizado para conectar el transductor piezoeléctrico en el agujero correspondiente del mueble y soldar sus contactos a los dos terminales tipo pin del circuito impreso. En el kit se proporciona un disco piezoeléctrico, un trozo de cable apantallado de, aproximadamente, 1 metro de longitud y un cilindro de plástico perforado y perfilado, utilizado como soporte para el transductor. En primer lugar hay que pelar el cable apantallado descubriendo el hilo central y dejando también al descubierto 1,5 cm de malla metálica. A continuación hay que realizar un pequeño nudo en el cable, cerca del extremo y sin apretarlo mucho, tal como se muestra en la figura 6. Observando el disco piezoeléctrico se puede apreciar que presenta un lado metálico brillante, en el lado contrario se encuentra el material piezoeléctrico rodeado por un borde de latón. Es en este lado en el que se ha de soldar el cable apantallado. El hilo central del cable apantallado se ha de soldar a la zona central del disco piezoeléctrico, mientras que la malla metálica del cable se suelda al borde de latón. ATENCIÓN: Es aconsejable utilizar en las soldaduras muy poca cantiLISTA DE COMPONENTES R1 = 1kΩ R2 = 1MΩ R3 = 1kΩ R4 = 4,7kΩ R5 = 4,7kΩ R6 = 56kΩ R7 = 100kΩ R8 = 10kΩ R9 = 10kΩ R10 = 82kΩ R11 = 82kΩ R12 = 10kΩ R13 = 10Ω R14 = Potenciómetro 1MΩ C1 = 10µF electrolítico C2 = 10µF electrolítico C3 = 100nF poliéster

Figura 8. Los latidos cardíacos se componen fundamentalmente de dos tonos. El primer tono se produce por el cierre de las válvulas mitral y tricúspide, mientras que el segundo tono se produce por el cierre de las válvulas aórtica y pulmonar.

dad de estaño y proceder con mucho cuidado. Una vez realizadas no hay que doblar el cable apantallado ya que el disco cerámico es bastante frágil y podría romperse si el cable es sometido a torsión. A continuación hay que introducir el cable apantallado en el agujero realizado a tal efecto en el cilindro de soporte, hasta llegar al nudo, que se ha de cerrar para que el cable quede bloqueado y permitir que se aloje dentro del cilindro. NOTA: Se puede utilizar una brida para bloquear el cable en lugar del nudo. Después hay que proceder a fijar el disco piezoeléctrico a la superficie del soporte. Para realizar esta operación hay que utilizar unas gotas de peC4 = 100nF poliéster C5 = 10µF electrolítico C6 = 6,8nF poliéster C7 = 470nF poliéster C8 = 3,3nF poliéster C9 = 100nF poliéster C10 = 100µF electrolítico C11 = 1µF poliéster C12 = 100nF poliéster C13 = 100µF electrolítico DL1 = Diodo LED DS1 = Diodo 1N.4150 FT1 = FET BF.245 TR1 = Transistor NPN BC 547 IC1 = Integrado LM 358 IC2 = Integrado TDA 7052/B S1 = Interruptor (sobre R14) SENSOR = Cápsula piezoeléctrica Auriculares estéreo 32Ω

gamento, teniendo mucha precaución en depositarlo tal como se indica en la figura 6. Después de fijar el disco piezoeléctrico en el soporte hay que soldar el otro extremo del cable apantallado al conector jack macho de 2 mm incluido en el kit. Una vez conectado el transductor piezoeléctrico, los auriculares e instalada la pila de 9 voltios el Estetoscopio LX.1655 está listo para ser utilizado. ✪

Figura 9 - Para grabar los latidos del corazón se puede utilizar la Grabado ra de Sonidos de Windows. La graba ción se inicia pulsando directamente en el botón GRABAR (círculo rojo).

Figura 10 - Para terminar la graba ción hay que pulsar el botón DE TENER (rectángulo gris).


MONTAJE

Unidad de Memoria Universal Para Proyectos de Instrumentación con la Placa IGTV Es frecuente que en el diseño de proyectos digitales se requiera almacenar información, ya sea ésta en forma de caracteres o de datos digitales. La cantidad necesaria de memo ria dependerá de la aplicación en particular y en muchos casos del costo de su implementación. En este artículo dedi cado a la placa IGTV proponemos la construcción de un módulo universal de memoria, el cual podrá ser usado no solo en proyectos para la placa IGTV, sino en cualquier apli cación que requiera de memoria RAM o flash. Por: Luis Roberto Rodríguez

Características de Modulo de Memoria Con nuestro módulo tendremos la facilidad de poder seleccionar la cantidad de memoria deseada. Simplemente colocamos uno de tres integrados de memoria tipo RAM o flash, los cuales pueden ser de 128K, 256K o 512K, dependiendo de nuestras necesidades. Podremos seleccionar la dirección de forma paralela o bien a través de contadores digitales los cuales nos permitirán direccionar de forma secuencial las localidades. En aplicaciones donde no sea necesario el acceso aleatorio, el direccionamiento secuencial proporciona una gran flexibilidad y simplicidad del circuito, ya que solo se requiere de una pata para direccionar la memoria, la cual es simplemente la entrada al contador, cuya salida es realmente la que proporciona la dirección a la memoria.

¿Y el Osciloscopio? Los lectores que han estado siguiendo los artículos de la placa

IGTV donde estamos construyendo un osciloscopio de media frecuencia seguramente se estarán haciendo esta pregunta. Bien, cabe aclarar que una de las aplicaciones de este módulo de memoria será agregar más capacidad de almacenamiento a nuestro osciloscopio, esto lo implementaremos en nuestro próximo artículo. En cierta forma este artículo es la continuación de nuestro osciloscopio, sin embargo el módulo también podrá ser usado en otras aplicaciones. La versatilidad de este módulo se pondrá de manifiesto cuando lo utilicemos para agregar memoria a nuestro osciloscopio, ya que además podremos seleccionar la cantidad deseada en kilobytes, en función de nuestras necesidades.

Aplicaciones Futuras Si usted, estimado lector ha estado siguiendo los proyectos que hemos realizado con la placa IGTV, o piensa realizar algún diseño con dicha placa, le recomendamos que


arme o adquiera este módulo de memoria, ya que lo utilizaremos en proyectos futuros. Uno de tales proyectos será un osciloscopio de alta frecuencia (30MHz), el cual utilizará este módulo. Diseñando módulos reutilizables ahorraremos en costo y simplificaremos en gran medida el diseño de futuros proyectos. Otro proyecto que utilizará el módulo será un registrador de datos, el cual podremos utilizar para guardar datos digitales como temperatura, tensión o cualquier otro parámetro con el fin de graficarlo y analizarlo posteriormente. ¿Qué tal un grabador de voz? También lo utilizaremos en la construcción de un analizador de estados lógicos de alta velocidad y alta capacidad. Las posibles aplicaciones son innumerables, la imaginación es el límite.

Diagrama en Bloques En la figura 1 se muestra el diagrama en bloques de nuestro módu-

Unidad de Memoria Universal

Figura 1 - Diagrama en bloques

lo. El módulo básicamente consiste de 4 contadores síncronos 74HC193 conectados en cascada y de un integrado de memoria RAM o flash.

Funcionamiento Como podrá observar, la salida de los contadores alimentan las patas de direccionamiento de la memoria desde A1 hasta A16. Los restantes (A0, A17 y A18) se seleccionan directamente. Observe que para enganchar alguna localidad en los contadores se coloca en “cero” la pata LOAD. También se dispone de una entrada para borrar el dato en los contadores, dicha pata es la entrada CLR. Observe que A1 y A9 son comunes, igual que las patas sucesivas hasta A8-A16. Esto significa que debemos colocar la parte baja de la dirección y luego engancharla en los contadores de dirección baja (A1-A8) por medio de LD_L. Enseguida debemos colocar la dirección alta y enganchar de nuevo, pero en los contadores de la

dirección alta (A8-A16) por medio de LD_H. Es posible direccionar la memoria de dos maneras: paralelo y serie.

Direccionamiento Paralelo

6) Colocar la parte alta de la dirección deseada en A1/A9 … A8/A16. 7) Enviar un “cero” en LD_H. Esto enganchará la dirección alta. 8) Colocar _WR en “cero” por un instante. Esto grabará el dato.

A continuación se muestran los pasos que se debe seguir para grabar un dato en la memoria en modo paralelo:

A continuación en la tabla 1 se muestra el código en ensamblador de Microchip para grabar un dato, en este caso el dato es “40”. Supongamos que el dato está 1) Poner _WR (Write) y _OE disponible en el PUERTOB y las (Output Enable) en “uno” lógico. direcciones A1-A16 en el puerto C. Esto hace que la memoria quede Para el siguiente código se debe en modo lectura (por lo pronto) y que definir con anterioridad la asignación la salida de datos pase a tercer esta - de las patas que corresponderán a do (alta impedancia). A0, LD_L, LD_H, _OE y _WR. A17 y 2) Colocar en D0-D7 el dato que A18 no se utilizarán, ya que suponse desea grabar. dremos que la memoria es de 128K 3) Colocar en A0, A17 y A18 el (Igual a la utilizada en la placa dato apropiado de la localidad IGTV). El dato lo grabaremos en la deseada. localidad 255 (FF). Probablemente 4) Colocar la parte baja de la se estará preguntando por qué en la dirección deseada en A1/A9 … parte baja se grabó FE en lugar de A8/A16. FF. Recuerde que A0 ya se había 5) Enviar un “cero” en LD_L. Esto colocado con anterioridad a “uno”. El enganchará la dirección baja. código para leer un dato es seme-


Montaje GRABAR

MOVLW 40 MOVWF PORTB BSF A0 MOVLW 0xFE MOVWF PORTC BCF LD_L BSF LD_L CLRF PORTC BCF LD_H BSF LD_H BCF _WR BSF _WR

; Cargar W con el número 40. ; Mover W al puerto B (Dato a grabar). ; Poner A0 a “uno”. ; Poner la parte baja de la dirección en W. ; Mover W al puerto C. ; Enganchar la parte baja de la dirección. ; Dirección alta en puerto A. ; Enganchar la parte alta de la dirección. ; Escribir en la memoria el dato.

Tabla 1 - Direccionamiento paralelo jante, sólo que para leer habilitamos _OE en lugar de _WR y leemos el dato en el puerto B, el cual debemos habilitar como entrada.

Direccionamiento Serie o Secuencial La ventaja del direccionamiento en paralelo es la velocidad cuando se requiere acceder en forma aleatoria a la memoria, ya que simplemente se engancha la dirección en los contadores. La desventaja es que requiere de muchas patas para su funcionamiento (datos, direcciones y control). Existe otro método, el cual utiliza menos patas y en algunas aplicaciones es mucho más eficiente, dicho método es el direccionamiento secuencial. Supongamos que de un sensor obtenemos cada cierto tiempo un dato y deseamos almacenarlo en la memoria. Con este método iniciamos borrando los contadores colocando un “uno” momentáneamente en la pata CLR. Enseguida, y cada vez que tengamos un dato disponible lo grabamos colocando un “cero” momentáneamente en _WR. Luego para la siguiente localidad simplemente aplicamos un pulso

en la pata UP (Arriba). Con cada dato disponible lo haremos de esta manera hasta agotar las localidades. Simple, ¿no cree usted, estimado lector? Seguramente estará imaginando cómo se implementará este método en nuestro osciloscopio. Cada dato disponible en el convertidor analógico digital se grabará colocando _WR a “cero” seguido de un pulso en UP para seleccionar la siguiente localidad del siguiente dato. Como podrá observar, estimado lector, este método es muy rápido, lo que nos permitirá una mayor velocidad para el muestreo de nuestro osciloscopio. Aunque el acceso para lectura aleatoria con este método es relativamente lento, realmente para leer los datos en la aplicación de osciloscopio no requerimos de una velocidad alta, no así en la grabación, donde entre más velocidad tengamos,


mayor será la frecuencia de muestreo. De cualquier manera, nuestro módulo opera de los dos modos, lo que nos brindará flexibilidad en aplicaciones futuras.

Diagrama Esquemático Observe que la pata de dirección A0 es accesible directamente. Esto es así con el fin de que si unimos esta pata con la entrada UP obtendremos mayor velocidad de direccionamiento en serie, ya que no tendremos que esperar la división por 2 del primer contador para empezar a direccionar.

Circuitos Integrados 74HC Y 74LS Aunque se recomienda el uso de integrados lógicos HC, es posible usar la serie LS. Aunque la velocidad de la serie HC es mucho más alta, no siempre se consiguen en el mercado local. De cualquier manera, en la mayoría de los casos puede sustituir los contadores 74HC193 por 74LS193 sin ningún problema.

Memoria RAM y FLASH Es posible utilizar cualquiera de los dos tipos de memoria, RAM o flash en nuestro módulo. Afortunadamente los fabricantes se pusieron de acuerdo y prácticamente todas las marcas de memorias de este tipo son compatibles en cuanto a disposición de patas. Todas son de 32 pines y se puede colocar cualquiera de las 3 capacidades disponibles (128K, 256K y 512K). La memoria flash tiene

Unidad de Memoria Universal

Figura 2 - Diagrama esquemático.


Montaje la ventaja de que conserva la información al desconectarse de la energía, sin embargo su escritura, (y frecuentemente su lectura) es mucho más lenta que en la RAM, aunque esta diferencia tiende a disminuir con el avance tecnológico.

Construcción Usted puede optar por armar el módulo en un par de tarjetas “protoboard” o “perfoboard”. En las figuras 3 y 4 se muestra el diseño del circuito impreso en caso de que desee construirlo. El impreso es de dos caras y la figura 5 muestra el diagrama pictórico. Yo utilicé un par de tarjetas “protoboard” sin mayor problema. Los condensadores deben colocarse lo más cerca posible de los integrados, ya que su función es filtrar la alimentación de éstos debido a lo largo del cableado. La conexión a la tarjeta será por medio de un cable plano con conectores DIP de 28 patas en los extremos, uno de los cuales se insertará en el módulo en J1. Si no consigue conectores de 28 patas puede usar de 24 pines corridos a la derecha. En la mayoría de las aplicaciones no utilizaremos A17, A18 y CUP, por lo que sólo deberemos agregar un cable para VCC en caso de usar conectores de 24 patas.

Figura 3 - Cara superior del circuito impreso

Figura 4 - Cara inferior del circuito impreso

Figura 5 - Localización de componentes

Comentarios Finales En el próximo artículo continuaremos con la construcción de nuestro osciloscopio donde agregaremos este módulo con el fin de poder grabar una muestra de datos muy amplia, debido a la alta capacidad de memoria disponible en nuestro módulo.

Al mismo tiempo, al utilizar este módulo obtendremos una velocidad de muestreo más alta, ya que el direccionamiento en serie permite mayor velocidad de grabación de los datos. Recuerde que hasta ahora la memoria que hemos utilizado es la


disponible internamente en el microcontrolador, la cual aparte de ser de baja capacidad (192 bytes), el software de acceso es muy lento. Compare esta capacidad con la que tendrá nuestro módulo… ¡128 kilobytes! Bien, es todo por este mes. ¡Hasta la próxima! ✪

MONTAJE

Manejo de Display de 7 Segmentos con

PICAXE-40 Existen ocasiones en que se requiere desplegar resultados sobre un display, que además tiene que ser de 7 segmen tos. Por lo tanto, a continuación mostraremos la manera en que se tiene que programar al microcontrolador PICAXE – 40 (sobre la “Tarjeta Entrenadora PICAXE-40” cuya clave es ICA-026), para que la información sea desplegada en un displador conformado por 3 displays de 7 segmentos. Autor: M. en C. Ismael Cervantes de Anda Docente ESCOM IPN [email protected]

S

i nos ponemos a contabilizar todo el conjunto de información que tiene que salir por el puerto correspondiente de algún microcontrolador para manipular un display, necesitaríamos de una gran cantidad de líneas que se reserven para ese uso exclusivo. De hecho no alcanzarían todas las líneas que tuviera disponible el microcontrolador, razón por la cual tenemos que emplear una técnica que nos ayude a solventar esta problemática. En este ejemplo haremos uso de displays de 7 segmentos para así aprender a enviarles la información a éstos. La técnica que emplearemos es la de múltiplexación de la información, por lo que procederemos a explicar, en primera instancia, el circuito que se empleará con los displays de 7 segmentos, el cual incluye un total de 3 displays cátodo común. El circuito de los displays recibe el nombre de “Display de 3 dígitos”. El principio de operación es muy bá-

sico: se le hacen llegar 4 bits que son lo que generan el código BCD además de 3 bits que son los que indican qué número es el que se estará desplegando, esto es, se controla el encendido del display correspondiente con las unidades, decenas o centenas. Si se requiere mostrar el valor “578” entonces se requiere enviarle al circuito del “Display de 3 dígitos” la combinación “1000” (8) y después el bit que enciende el display de las unidades, después se tiene que enviar el “0111” (7) posteriormente después el bit que enciende el display de las decenas y por último el “0101”. Como paso siguiente se tiene que enviar posteriormente después el bit que enciende el display de las centenas. Este proceso se tendrá que repetir muchas veces, dando la impresión de que siempre están encendidos los displays. Lo que se pretende con esta nota es adquirir el conocimiento de cómo se tiene que generar la información

en un microcontrolador PICAXE, para que posteriormente ésta sea enviada a las terminales de su puerto de salida. Por lo tanto, y de acuerdo a la descripción líneas anteriores que se hizo de la manera en cómo funciona el circuito auxiliar denominado “Display de 3 dígitos”, se tiene lo siguiente: De alguna manera ya se debe contar con datos, los cuales tuvieron que ser adquiridos previamente por algún proceso por el microcontrolador PICAXE (por ejemplo la lectura a través del convertidor ADC descrito anteriormente en esta serie). Una vez procesados estos datos y de acuerdo con nuestra aplicación puede ser muy importante desplegar un dato numérico, porque a lo mejor estamos diseñando un voltímetro digital, por ejemplo. En la figura 1 se muestra la manera de conectar el circuito auxiliar “Display de 3 dígitos” a la tarjeta entrenadora, por lo que ahí se observan las líneas de conexión entre las ter-


Montaje

Figura 1. Tarjeta entrenadora PICAXE–40 y tarjeta del Display de 3 dígitos.

minales de salida del puerto de la tarjeta entrenadora que van hacia las terminales de entrada del circuito auxiliar. Cabe aclarar que ésta es tan sólo una sugerencia de cómo hacerlo, ya que cada quien puede realizar las conexiones de la mejor manera posible y así optimizar los recursos de la tarjeta entrenadora. Sobre la misma figura 1 no se hace mención de la conexión de la energía al Display de 3 dígitos, pero ésta se puede tomar de las terminales disponibles sobre la tarjeta entrenadora que tienen la identificación de +5VCD, y hacer llegar este voltaje al borne identificado como +Bat. Una vez descrita la disposición de la circuitería procedemos a explicar el desarrollo del programa del microcontrolador PICAXE. Para este desarrollo, como ya se había establecido en líneas anteriores, la información que será desplegada de alguna manera ya fue adquirida o procesada por el microcontrolador por lo que la única tarea que se tiene presente es la de mostrarla a través del display. Supongamos que se requiere desplegar la información “246” a través del display por lo tanto, en primera instancia se tiene que leer el dato de una localidad de memoria temporal que ahí fue alojado para su

posterior utilización. El dato a ser desplegado lo tenemos que seccionar en tres partes para su mejor manejo por ello se tiene que el número cuenta con las siguientes partes: unidades, decenas y centenas, por ser 3 las cifras que componen al número total. En esta ocasión, y como sugerencia, el dato de las unidades se encontrará ubicado en la localidad de memoria temporal representada por el registro del microcontrolador PICAXE b0, el dato de las decenas se encontrará en el registro b1 y las centenas en el registro b2. En el programa que se va a describir observe la figura 2. Los primeros bloques muestran la manera de cómo se guarda un dato en los registros antes mencionados (b0, b1 y b2), este fragmento del programa puede omitirse o reemplazarse totalmente dependiendo de la aplicación, y nuevamente recordamos que esta parte del programa es para uso específico de esta aplicación. El comando “let” permite la asignación de valores a variables. Esta asignación se puede dar de una forma directa como está expresado en esta aplicación, o también se puede efectuar la asignación del resultado de una operación aritmética (+, -, *, /) ó por el resultado de una operación lógica (and, or, negación, etc.). En


este ejercicio se está empleando el comando de asignación de manera directa sobre los registros para alojar los valores que corresponden a las unidades, decenas y centenas en b0, b1 y b2 respectivamente. Antes de continuar con la explicación del desarrollo del programa, regresemos por un instante al circuito de la figura 1 para saber de qué manera están organizados los datos que salen por el puerto de salida del microcontrolador PICAXE, ya que así será más sencillo seguir el desarrollo del programa. En la figura 1 se muestra la forma de conectar el display a la tarjeta entrenadora y del circuito se observa lo siguiente: las terminales de salida S0, S1, S2 y S3 representan los 4 bits que generan las diferentes combinaciones BCD (Binary Codde Decimal o en español Código Binario Decimal) de acuerdo con la tabla 1. De la tabla 1 podemos obtener el peso específico de cada uno de los bits que generan el valor numérico BCD, siendo S0 el bit menos significativo (bms), mientras que S3 representa el bit más significativo (BMS). Esta información BCD se hace llegar a los 3 displays al mismo tiempo, razón por la cual se tiene que indicar cuál de estos displays estará activo de acuerdo con la cifra que se quie-

Tarjeta Entrenadora PICAXE-40 re desplegar, ya que de otra manera los 3 se encenderán con la misma información. La solución a lo anteriormente descrito se encuentra en el circuito de la figura 1, en donde se observa que las terminales S4, S5 y S6 corresponden al control de las cifras de las unidades, decenas y centenas, respectivamente, de acuerdo con la información que se encuentra en la tabla 2. Una vez que hemos visualizado la manera en cómo se encuentra ordenada la información del puerto de salida del microcontrolador PICAXE, ahora procederemos a explicar la manera de cómo se envían los datos al circuito del display de 3 dígitos. Recapitulando se mencionó en líneas anteriores que en esta aplicación solamente se desplegará la información que se encuentre contenida en los registros b0, b1 y b2 que para un programa de un proceso completo de alguna manera estos registros tendrán que ser manipulados, por lo tanto consideramos que esa actividad ya se realizó y los datos ya se encuentran en los registros antes mencionados. Como siguiente paso procedemos a la acción de enviar cada una de las cifras del número completo a los displays y que en esta ocasión se trata del valor “246”, por lo que comenzamos con el armado de la información que será enviado al puerto de salida del microcontrolador PICAXE. La primera cifra que sufrirá la manipulación es la correspondiente con la de las unidades, razón por la cual en primera instancia emplearemos un nuevo registro, el “b3”, ahí alojaremos un dato de manera directa a través del comando de asignación “let” tal como se ilustra en la figura 3, el valor que se está guardando en el registro b3 es el 16(10) que

ce uso nuevamente del comando de asignación “let”, pero en esta ocasión el resultado de esta asignación la enfocaremos directamente a las terminales de salida por lo que se selecciona después del comando “let” el destino “pins”, ahora tenemos que unir el dato que se encuentra en el registro b0 (unidad cuyo valor es 6) con el que se encuentra en el registro b3 (control del encendido del display de la unidades), por lo que empleamos el operador lógico conocido como OR (O en español), cuyo símbolo es “|”, el resultado de la operación lógica se da de la manera como se ilustra en la tabla 3. En la figura 3 se muestra el bloque que genera la operación lógica OR y como el resultado lo envía a las terminales de salida del microcontrolador PICAXE, y de esta forma aunque el valor numérico 6 está llegando al mismo tiempo a los 3 displays, sólo se encenderá el que tiene la cifra significativa de las unidades, mien-

tras que los otros 2 displays (decenas y centenas) permanecerán apagados. En la figura 4 se ilustran los bloques que se han implementado hasta este momento, y que controlan el encendido del display de las unidades. Como paso siguiente al envío de la información para encender el display de las unidades, ahora se tiene que proseguir con el dato correspondiente a la siguiente cifra significativa que es la decena, recordando que el valor numérico que se quiere desplegar es el “246”. Por tanto continúa el turno del valor 4. Para ello, a través del registro temporal b3, almacenaremos la información correspondiente al encendido del display de las decenas. Sobre este registro alojaremos nuevamente un dato de manera directa utilizando el comando de asignación “let” tal como se ilustra en la figura 5, el valor que se estará guardando en el registro b3 es el 32(10) que equivale a la combinación binaria 00100000(2), que es precisamente la que controla el encendido del display de las decenas. De nueva

Figura 2 Bloques de asignación de valores a los registros b0, b1 y b2.

Tabla 1 Números BCD y su equiva lente decimal.

equivale a la combinación binaria 0010000(2), que es precisamente la que controla el encendido del display de la unidades. Posteriormente para enviar la información completa al puerto de salida del PICAXE, se ha-

Tabla 2 Activación y desactivación de los displays.


Montaje cuenta se tiene que complementar la información que será enviada al puerto de salida del microcontrolador PICAXE, para lo cual hacemos uso una vez más del comando de asignación “let” dirigiendo el resultado directamente a las terminales de salida del PICAXE, por lo que en el comando “let” marcamos el destino a donde dirigiremos la información que es a las terminales denominadas “pins”. Posteriormente unimos el dato que se encuentra en el registro b1 (decenas cuyo valor es 4) con el que se encuentra en el registro b3 (control del encendido del display de las decenas), por lo que nuevamente empleamos el operador lógico conocido como OR (O en español), cuyo símbolo ya lo habíamos expresado y que es “|”, el resultado de la operación lógica se da de la manera como se ilustra en la tabla 4. En la figura 5 se muestran los bloques correspondientes al control de los displays de las unidades y las decenas, lo que nos da la posibilidad de mostrar el dato “46” faltando tan sólo el control del display de las centenas que a continuación explicamos. Por último corresponde controlar la tercera cifra significativa que es la centena, por lo que el valor numérico que falta por desplegar es el “2”. Para ello, en el registro temporal b3 almacenaremos la información correspondiente al encendido del display de las centenas, que de manera directa utilizando el comando de asignación “let” guardamos el valor 64(10) en el

registro b3 que es el que equivale a la combinación binaria 01000000(2), y que es precisamente la que controla el encendido del display de las centenas. Como ya se ha explicado detalladamente la forma de cómo se arma el dato que será enviado al puerto de salida del PICAXE, procederemos a controlar el display de las centenas de una manera más simplificada que las anteriores cifras significativas. Por medio del comando “let” uniremos el dato que se encuentra en el registro b2 (centenas cuyo valor es 2) con el que se encuentra en el registro b3 (control del encendido del display de las centenas), empleando el operador lógico OR. El resultado de la operación lógica se ilustra en la tabla 5. En la figura 6 se muestran los bloques completos al control de los 3 displays que corresponden al de las unidades, decenas y centenas, por lo que ahora sí contamos con el poder de mostrar cualquier número completo de 3 cifras. Con las notas anteriores ya estamos en posibilidad de diseñar una aplicación en la que esté involucrado un teclado y un display para desplegar los datos que se van generando. Recuerden que necesitamos del programa llamado “PICAXE Programming Editor”, por lo que nuevamente hacemos la invitación de que lo descarguen de nuestra página de internet que es www.webelectronica.com.ar y empleen la clave “picaxe”, en su defecto también lo pue-

den adquirir en la página www.picaxe.uk.co. Una vez que ya se tiene el programa en basic posteriormente descargamos el programa al microcontrolador PICAXE que se encuentra instalado en tarjeta programado-

Figura 3 Bloques de asignación de valores al registro b3 y terminales de salida del PICAXE.

Tabla 3 Resultado de la operación lógica OR entre los registros b0 y b3.



Figura 4 Bloques de asignación a los registros b0, b1, b2 y b3 además de las terminales de salida del PICAXE.

Tarjeta Entrenadora PICAXE-40 Lista de componentes para utilizar la tarjeta controladora PICAXE–40 Tarjeta entrenadora PICAXE–40. Módulo Display de 3 dígitos Varios: Cable de programación, ó cable serie y adaptador, cables de conexión, pila de 9 VCD. ra.. Sobre esta tarjeta entrenadora para un PICAXE – 40 se tiene la posibilidad de desarrollar un sinnúmero de proyectos los cuales iremos abordando poco a poco, motivo por el cual los invitamos a que sigan esta serie de ejemplos de utilización para que estos tips de programación les sean útiles a todos. Hasta la próxima. ✪

Figura 6 Diagrama de flujo completo.

Figura 7 Programa en código Basic.

Figura 5 Bloque de control de los dis plays de las unidades, y decenas.



RADIOARMADOR

Construcción de una Antena para ver Toda la TV por Aire SIN NECESIDAD DE PAGAR A UN PROVEEDOR

Los lectores de Saber Electrónica saben que se pueden captar muchas señales de canales de TV por UHF y que hacerlo NO ES DELITO. Se puede fabricar una antena casera de UHF que tenga una ganancia aceptablemente buena para captar señales libres o codificadas cortada aproximadamente para los canales del centro de banda. Autor: Ing. Alberto H. Picerno [email protected], [email protected]

Introducción ¿Para qué se usa la banda de UHF desde los 250MHz hasta 1GHz? Hasta el momento sólo se usaba para la transmisión de señales de TV analógicas, similares a las señales de la banda I y III de VHF. Una frecuencia de 250MHz está algo por encima del canal 13 de TV y todos los TVs y videos pueden captar desde el canal 14 hasta el 99 de UHF. ¿Qué puedo observar en mi TV si coloco una antena de UHF en el techo de mi casa? Todo depende de dónde se encuentre ubicado su domicilio, de la ganancia de la antena que está utilizando y de la altura de su techo. En la mayoría de las ciudades más importantes de la Argentina existen emisoras locales de TV con informaciones propias o retransmitidas. Muchas de esas transmisiones son libres, pero otras están codificadas formando parte de un sistema de TV pago por aire. Experimentar en forma personal y solo con el ánimo de aprender sobre el tema de transmisión y recepción de

señales de TV no es delito. Si una señal llega hasta su casa por el aire Ud. puede recibirla, amplificarla, decodificarla, convertirla y observarla todas las veces que quiera en forma privada. Es totalmente lógico que si recibe una señal la abra para saber de qué se trata. Pero si en función de lo aprendido, Ud. fabrica un equipo y lo explota comercialmente obteniendo un beneficio económico o lo regala o lo presta de modo que alguien pueda observar señales codificadas por otras personas o empresas, está cometiendo un delito penado por la ley y que podríamos calificar como “robo de señal de TV”. Codificar una señal de TV y transmitirla por aire o por cable no es un delito en sí mismo en tanto la información de video transmitida no esté protegida por algún derecho de autor. Si por ejemplo Ud. la captó con su cámara, puede disponer libremente de ella y transmitirla por cable a quien Ud. se le ocurra en tanto el cable no utilice terrenos privados o postes privados para su tendido. En ese caso deberá solicitar los correspondientes permisos por escrito. El espacio aéreo encima


del territorio nacional de cada país es propiedad de ese país y esto incluye el uso de ese espacio aéreo para las transmisiones electromagnéticas. Si Ud. desea realizar una transmisión de ese tipo debe solicitar la debida autorización a la Secretaría de Comunicaciones, salvo que se trate de una transmisión de muy baja potencia que no utilice antenas externas fijas. Por ejemplo las transmisiones de teléfonos inalámbricos no requieren autorización porque se supone que no llegan más allá de su propia casa.

Lo que se Puede Recibir con una Antena de UHF Todo depende de dónde se encuentre su domicilio. Como criterio general, donde hay muy poca densidad de población, un sistema por cable se vuelve muy costoso y entonces es más conveniente colocar un sistema codificado por aire de UHF. Por esa razón en el interior de nuestro país existen innumerables ciudades que cuentan con este sistema de transmisión y todos los días aparece uno nuevo.

Construcción de una Antena para Ver Toda la TV por Aire ¿Como pedirle a nuestros lectores que compren una antena de alta ga nancia para probar si se recibe algo en su casa? Es algo que no concuerda con los problemas económicos reinantes. Es por eso que recordé un excelente trabajo de un amigo que el mismo bautizó como antena CUADRI. Las pruebas las puede realizar entonces con una antena CUADRI de fabricación casera cuya construcción será explicada en este mismo artículo. Utilicé un amplificador de antena (vulgarmente llamados booster) marca Icusi o similar por ser los de mejor calidad. Tanto la antena como el booster deben montarse sobre un mástil de 6 metros amurado al tanque de agua o en la mayor altura de su casa, aproximadamente una altura de 8 metros. Una experiencia bien realizada implicaría un arduo trabajo de orientación de la antena en todas las direcciones para cada uno de los canales de la banda de UHF. Nosotros aconsejamos dirigir la antena con una brújula en los 360 º de 10 en 10 grados y dejar que el TV haga búsqueda automática.

Qué Tipo de Experiencia se Puede Realizar en Cada Zona En el momento actual Ud. puede experimentar en el tema de la recepción de señales de TV por UHF, decodificación de señales de TV por aire, codificación y decodificación de señales de TV, transmisión de señales codificadas de TV, distribución de señales de TV por cable, etc. Si le interesa el tema, un buen plan de trabajo podría ser el siguiente:

un TV, una video o un conversor con salida audio/video. Como el lector puede observar, el sistema no puede hacerse más económico y todos los abonados pueden observar un canal de TV codificada con la misma definición que cualquier Por supuesto que todo depende sistema profesional. Cuando un abode su lugar de residencia. Como nado deja de pagar simplemente se le ejemplo podemos indicar lo que se desmonta el microprocesador al deco. puede llegar a hacer con nuestro kit Veamos los problemas y la legali“Curso de codificación y decodifica- dad de este sistema. Los abonados se ción de señales de TV”. deben constituir en una sociedad de Imaginemos que Ud. vive en un hecho del tipo cooperativa y deben pueblo del interior de nuestro país solicitar los correspondientes permidonde no llega ningún operador de sos en la Secretaría de Comunicaciocable y donde no hay oferta de TV por nes para explotar una frecuencia de aire de VHF o UHF o la oferta local se TV. El único equipamiento que deben encuentre bloqueada por algún acci- adquirir especialmente es el pequeño dente geográfico (una montaña que transmisor de UHF. Por supuesto que bloquea el paso de las ondas del casi va a difundir algún canal comercial nal de VHF local). Su pueblo tiene qui- deberán solicitar el correspondiente zás 500 habitantes y no es precisa- permiso. Por lo general este tipo de mente un lugar codiciado por las em- cooperativas comienza difundiendo presas explotadoras de cable. películas grabadas en DVD, algún Lo mínimo que pretenden los habi- programa de noticias locales grabado tantes de un pueblo así, es construir con un camcorder y una repetición de un sistema comunitario cooperativo algún canal comercial de la zona. El para poder observar por lo menos un responsable de la cooperativa debe canal de TV. saber que para que el sistema sea absolutamente legal debe tener la auto¿Cuánta potencia se necesita pa - rización de la Secretaria de Comunira que una transmisión de TV llegue caciones por el espacio radioeléctrico, con buena señal en un radio de 2 ó 3 el permiso de la compañía cinematokm? gráfica para difundir la película y el Se requiere muy poca potencia. permiso del canal local para autorizar Tan poca que me animo a decir que la repetición. basta con la potencia del modulador de canal 3 ó 4 de videograbador o tal vez el videograbador con el agregado La Antena “CUAGUI” para de un booster de recepción. Recepción de Señales de UHF 4) Codificar las señales de TV an tes de transmitirlas. 5) Decodificar las señales emiti das por su transmisor. 6) Distribuir señales de VHF y/o UHF.

¿Hay que usar un sistema de an tena especial para transmisión? En realidad podemos decir que no existen las antenas específicamente 1) Investigar las posibilidades de de transmisión. Una buena antena rerecepción de UHF desde su zona y ceptora, es además, una buena antecon su sistema de antena/booster. na transmisora. 2) Construir e instalar un decodifi En cada abonado se colocará una cador de las señales codificadas reci - antena receptora y su equipo de rebidas. cepción modificado con una placa co3) Construir un transmisor casero di/deco usada como deco. La plaquede TV por UHF o VHF. ta de modificación se puede agregar a

Vamos a ir revisando cada uno de los pasos necesarios para que Ud. pueda instalar un sistema de codificación y decodificación de señales de TV. El primer paso es formarse una experiencia en la recepción de señales de VHF/UHF. En principio no es necesario que estas señales estén codificadas, la experiencia de recibir señales de VHF/UHF no codificadas sirve para recibir posteriormente las señales codificadas.


Radioarmador Si Ud. compró el kit que fabrico arme la plaqueta, pruébela con una señal de cable y guárdela hasta que tenga instalado el sistema de UHF. Luego le explicaremos los pequeños cambios que debe realizar sobre ella para usarla en los diferentes sistemas de UHF vigentes en la actualidad y que pueden codificarse con nuestro kit. El primer componente de la cadena receptora, y tal vez el más importante, es la antena. La recepción de la señal debe ser impecable. En efecto, si una señal no codificada puede llegar a admitirse con una relación señal a ruido del 30%, cuando se trata de una señal codificada el ruido debe ser despreciable porque los pulsos de ruido desenganchan el microprocesador que requiere un par de segundos para volver a enganchar. Si hay ruido, la recepción de señales codificadas es prácticamente inaceptable. La antena más conocida para recepción de TV y la madre de todas las otras antenas es la Yagui. Entre todas las disposiciones estudiadas por Yagui, la más difundida es la Yagui con un dipolo, un reflector y varios directores. Otra antena muy conocida desde

la época de la radio de AM es la antena de cuadro. La antena que experimentamos es una combinación de ambas antenas y su diseño es una adaptación de una antena para frecuencias más bajas realizada por el señor Guillermo Necco. La construcción del prototipo fue realizada con una gran habilidad manual por el señor Eduardo Rico LU7DOA (SK) a quien enviamos un agradecimiento póstumo por su colaboración desinteresada. ¿Cuánto puede costar la antena Cuagui para UHF? Puede tener un valor prácticamente nulo si Ud. sigue al pie de la letra nuestros consejos ya que los materiales necesarios para su construcción pueden encontrarse en cualquier taller de reparaciones o pueden ser solicitados en algún taller de rebobinado de motores. En la figura 1 se puede observar una fotografía de la antena Cuagui que es muy ilustrativa de su construcción. Al primer golpe de vista parece una antena difícil de construir pero en realidad es muy simple y económica.

Figura 1 Aspecto general de la antena Cuagui.

Figura 2 Antena Cuagui con soporte central.


Comencemos con el botalón que es la base de toda antena y el lugar donde se montan los elementos activos y pasivos. Esta construido sobre un caño de plástico del tipo para agua fría y caliente de aproximadamente 35 mm de diámetro por un metro cuarenta de largo. Los directores son simples trozos de alambre de cobre de 2,5 mm de diámetro aproximadamente y los cuadros están hechos con el mismo material formando un cuadro de 12,5 cm de lado. El cuadro reflector forma una espira cerrada en tanto que el cuadro activo está abierto y conectado directamente al cable coaxil entre el conductor central y la malla. Por último sólo queda analizar el soporte que está realizado con chapa de hierro de 1mm de espesor y una varilla roscada de 1/4 de pulgada. El soporte admite muchas variantes dependiendo de las habilidades mecánicas del lector. En realidad toda la construcción de la antena puede ser modificada de acuerdo a la habilidad del constructor y a los materiales que pueda conseguir más fluidamente. Primero intente conseguir el alambre de cobre de 2,5 mm aproximadamente del cual va a necesitar aproximadamente unos 3 metros. Si consigue un alambre entre 2 y 3 mm sirve perfectamente bien ya que el diámetro sólo afecta a la fortaleza mecánica de la antena. Los directores podrían construirse de aluminio pero el cuadro activo y el cuadro reflector requieren soldaduras y por esos elegimos un alambre de cobre. ¿Dónde se consigue una pequeña cantidad de alambre de cobre esmal tado de ese diámetro? Lo mejor es hacerse amigo de algún bobinador de motores y/o transformadores ya que este alambre se usa para bobinar transformadores de máquinas de soldadura. En los comercios dedicados a material para bobinadores se puede conseguir alambre de cobre esmaltado fraccionado. Una vez obtenido el cobre consiga

Construcción de una Antena para Ver Toda la TV por Aire el botalón. Póngase en contacto con su plomero y pregúntele si no tiene algún sobrante de caño para instalaciones de agua fría y caliente. Aproveche para analizar la posibilidad de construir un soporte con el mismo caño de plástico colocando una derivación en “T” entre los dos directores más cercanos al cuadro activo. En la figura 2 se puede observar esta variante de soFigura 3. Detalle de la colocación de los Figura 4. Detalle del cuadro activo. porte. directores. Como se pude observar, el soporte central permite balancear mejor la evitar distorsiones del lóbulo de capta- diámetro del alambre utilizado. Ver la antena desde el punto de vista mecá- ción. Si son de soga plástica debe ser figura 3. La construcción de los dos cuanico y sobre todo permite resolver el adecuadas para exteriores, resistendros admite muchas variantes. En problema del costo del mástil de hierro tes a los rayos ultravioletas del sol. principio se pueden comprar dos plagalvanizado ya que un tramo de caño cas de “Lucite” de 2 mm de espesor, de 4 metros de hierro galvanizado de Construcción de la Antena para construir los cuadros de cobre 3/4 de pulgada puede costar unos sobre ellas. Luego hay que hacerles U$S 10, en tanto que el caño de plásLos directores se construyen de un agujero del diámetro del botalón y tico puede costar alrededor de U$S 3. De esto modo solucionamos un pro- un modo muy simple. Realizando agu- pegarlas en el lugar correcto. Esta blema práctico ya que ahora no nece- jeros en el botalón con una mecha de construcción es muy resistente pero sitamos conseguir un tramo corto de un diámetro tal que el alambre pase difícil de construir y muy cara por el caño sino que podemos comprar un muy ajustado. Luego se coloca algo valor de las placas de “Lucite”. Otra posibilidad mucho más ecotramo de 4 metros y utilizar tres me- de adhesivo disolvente sobre los agutros para el mástil y 1 metro para el jeros y se coloca el alambre bien cen- nómica es perforar el botalón como trado. Otro forma de colocar los direc- para colocar otros caños pasantes del botalón. Nota: Cuando se trabaja con caño tores es lijando el esmalte y soldando tipo rígido para instalaciones eléctride plástico las uniones derivaciones y dos pequeños anillos de alambre de cas, de modo de realizar dos cruces codos no requieren la fabricación de cobre para que no se pueda correr. En de caño sobre los que se arma el verroscas. Simplemente se agrega un esta tarea se requiere usar un solda- dadero cuadro de alambre de cobre adhesivo especial que disuelve par- dor de por lo menos 100W dado el esmaltado. El cuadro reflector se cerrará con un rollito de alambre cialmente el plástico; luego de cobre estañado y una bueque el disolvente actúa sobre na soldadura sobre este rollito las partes a pegar, se arma y con un soldador de buen tase deja secar. maño. El cuadro activo se Si Ud. usa un mástil de 3 cortará de modo que quede metros es muy probable que un centímetro de luz entre las no necesite utilizar riendas puntas que se aplanan con un de alambre para evitar el momartillo y se perforan de movimiento del mástil con el do que admitan el agregado viento. No obstante todo dede los terminales del cable pende de la magnitud del coaxil. Otra posibilidad más viento. Los lectores de las segura es soldar directamenzonas patagónicas deberán te el coaxil al cuadro activo. tomar todas las precauciones Nota: dada la absoluta simedel caso para evitar accidentría de la antena, cualquiera tes. Si se requieren riendas de las dos puntas del cuadro recuerde lo siguiente: si son puede ser la de masa. En la fimetálicas (hierro galvanizagura 4 se puede observar una do, por ejemplo) no debe toconstrucción usando barras marse a menos de 1 metro Figura 5. Detalle de los dos cuadros vista desde atrás del cuadro reflector. de “Lucite” en lugar de una por debajo de la antena para


Radioarmador placa completa. En la figura 5 se puede observar un detalle de los dos cuadros en la misma fotografía y cómo se realiza el cierre del cuadro reflector mediante un rollito de alambre que posteriormente se estaña para mejorar la resistencia de contacto. Sólo nos queda indicar las posiciones y el largo de cada uno de los elementos de la antena para una frecuencia centrada en la banda de UHF. En la figura 6 se pueden observar dichas posiciones medidas con referencia al cuadro reflector y el largo de cada elemento director. Por separado se observa el plano en planta de ambos marcos.

Conectando la Antena El primer paso está dado. Ud. ya tiene fabricada su antena de UHF y todos sus amigos están pendientes de la pruebas que va a realizar. Ahora viene el segundo problema. ¿Cómo conectar la antena al TV o la video? Las señales de TV que pretende recibir están en la gama de los 500MHz. A esas frecuencias no todos los cables coaxiles de 75 Ohms funcionan correctamente. Los cables coaxiles se caracterizan por su impedancia característica y sus pérdidas a alta frecuencia. Exteriormente se observa que hay cables muy gruesos y otros muy finos. Ambos son de 75 Ohms pero el más grueso tiene menos pérdidas a altas frecuencias. Eso de “grueso” o “fino” es el modo en que habitualmente se reconoce el cable, pero en realidad se lo debe comprar por su verdadero nombre. El que Ud. necesita se llama RG59 o RG6 y es el mismo que se usa para la TV satelital. Ese cable no es fácil de conseguir y además es bastante más caro que el cable común. En realidad aún no podemos asegurar que el cable común no sirva para su zona. Es necesario hacer una primer prueba para tener una idea más clara de la situación. Si

Ud. tiene la antena sobre una terraza no sería mala idea llevar el TV a la misma. De ese modo reduce el largo del cable y tal vez con un coaxil común se puedan observar señales fuertes. Por otro lado, para orientar la antena es conveniente mirar directamente la pantalla. Para este trabajo es necesario usar el TV desde el control remoto y solicitar canal por canal con el teclado numérico hasta que la antena esté debidamente orientada. Recién después podrá utilizar la prestación de búsqueda automática de canales para que los canales de UHF de su zona queden habilitados para el zaping.

Conclusiones En este artículo le dimos todas las indicaciones como para que los lectores puedan construir sus propias antenas de UHF y comenzar a explorar el espacio redioeléctrico de su zona. No espere un resultado excelente a la primer prueba. Es posible que las señales sean débiles.


Las diferentes alternativas para amplificar las señales las vamos a ir dando a medida que transcurren los artículos pero siempre con el criterio de no gastar nada más que lo imprescindible para que Ud. pueda investigar el tema sin mayores inversiones. Más adelante le indicamos cómo predisponer nuestra plaqueta codi/deco para tomar las señales que pueden captarse en las principales ciudades de cada país. Nuestra intención es que Ud. tenga funcionando su decodificador para luego incursionar en la transmisión de señales codificadas. Es decir que vamos a ir por pasos, primero necesitamos saber si nuestra plaqueta codi/deco funciona bien como decodificadora o si tiene algún problema de armado a pesar de la claridad de las indicaciones entregadas con el kit. Luego, cuando se obtenga una adecuada recepción de señales codificadas de aire, vamos a incursionar en el tema de la transmisión de señales codificadas de TV con nuestra plaqueta codi/deco usada como codificadora. ¡Hasta la próxima! ✪

Figura 6. Dimensión de la antena para el centro de UHF.

AUTO ELÉCTRICO

Aplicación de Gas Licuado en el Funcionamiento de los Vehículos a Nafta La transformación de un vehículo propulsado por un motor de gasolina a otro que utilice el GLP (Gas Licuado del Petróleo) no es complicada, además, se hace de tal forma que el vehículo mantenga todos los elementos necesarios para seguir funcionando "también" con gasolina y que el conductor con tan sólo accionar un interruptor (conmutador) pueda elegir qué combustible usar en el momento deseado, inclusive estando el vehículo en marcha. Es por ello que al instalar el equipo de GLP no modificamos en nada la estructura interna del vehículo; solo le añadimos un nuevo equipo. En esta nota explicamos algunos aspectos eléctricos de este sistema. Sobre un Artículo de www.automecanico.com

E

n la figura 1 se ve un esquema, el vehículo normalmente se equipa con dos botellas de combustible, el GLP en estado líquido se conduce por unas tuberías de cobre recocido hasta una llave de paso que selecciona una u otra botella (conmutador). después pasa un filtro para seguir a un reductor de presión gasificador. De éste en estado de gas pasa a otro reductor de presión que lo suministra a la espita o surtidor del carburador a una presión inferior a la atmósfera, de forma que si los cilindros no aspiran el gas, éste no sale, de igual forma que el nivel de la cuba es inferior al de surtidor de la gasolina

y si no hay vacío en el colector de admisión ésta no sale (el vacío evidentemente se genera con el giro

del motor, a motor parado no hay vacío). Se observa como entra el GLP Figura 1


Auto Eléctrico en estado líquido al gasificador / reductor y una válvula accionada por un flotador (igual a la cuba de un carburador) cierra el paso cuando llega a un nivel máximo de combustible. Este recipiente está rodeado por otro que contiene agua del sistema de refrigeración del motor, el GLP en estado líquido toma de aquí el calor de vaporización que es bastante considerable. A continuación el gas pasa al reductor de presión de gas, cuando el gasto hace bajar la presión y la cantidad, baja el flotador y pasa el GLP en estado líquido. Al alcanzar el gas una determinada presión en esta cámara, por no haber gasto, cesa la vaporización del líquido coexistiendo las dos fases de líquido-gas. En la figura 2 podemos observar la disposición de componentes de un sistema de gas licuado en un vehículo propulsado con un motor a gasolina o nafta. El reductor de presión de gas que es un doble reductor, y cuya estructura interna puede ver en la figura 3, posee el primer reductor accionado por un resorte helicoidal y el segundo por una membrana, también incorpora una electroválvula de paso de forma que el gas llega a ésta y de aquí al primer reductor (vea la figura 4). Para vaporizar el GLP se precisa gran cantidad de calor, por ello sobre todo en tiempo frío, los vehículos equipados con este sistema se ponen en marcha con gasolina y cuando están calientes pasan a funcionar con GLP. Actualmente este paso de gasolina a GLP puede ser automático, el selector tiene 3 o 2 posiciones, según fabricantes y equipos: gasolina, gas y automático. En la última posición siempre que no haya una temperatura adecuada y gas para el arranque, éste se hace a gasolina. El selector hace imposible que los dos combustibles puedan alimentar a la vez, las electroválvulas

Figura 2


Figura 3

Figura 4

Aplicación de GLP en Vehículos a Gasolina que dan paso a uno u otro combustible están cerradas cuando no se activan, de forma que un fallo de corriente deja al vehículo sin alimentación, para prevenir esto, en la de gasolina hay un paso en derivación para puentearlo en caso de avería. La figura 5 muestra un equipo para alimentar un motor con GLP. El gas pasa del tanque (que lleva su válvula de Figura 5 cierre) al filtro / electroválvula de paso y de allí al reductor gasificador (que comprende en este caso el gasificador y los dos reductores) y por fin el gas se transfiere al colector de admisión donde se carbura la mezcla. Se cuenta también con una derivación del GLP que va después de la mariposa para mantener el ralentí del motor. El reductor gasificador es calentado por medio de las tuberías de refri-

geración del motor. La alimentación de gasolina (nafta) sigue intacta con su electroválvula de mando y la válvula en derivación de mando manual. Los detalles de la figura son los siguientes: 1 - Tubo de gas licuado (GLP) 2 - Tuberías de cobre 3 - Unión flexible de tuberías 4 - Reservorio, conducto

5 - Válvula eléctrica de paso de gas 6 - Reductor gasifi cador 7 - Tubería de conduc ción al carburador 8 - Carburador 9 - Filtro de aire 10 - Derivación para ralenti 11 - Colector de admisión 12 - Colector de escape 13 - Conducto de agua de refrigeración 14 - Radiador de líqui do refrigerante 15 - Inyección de gasolina o nafta 16 - Válvula eléctrica de paso de gasolina 17 - Llave manual de derivación de líquidos

Los motores con sistemas de inyección gasolina también pueden adaptarse para el uso de GLP. Se

Figura 6


Auto Eléctrico puede adaptar tanto motores con sistemas de inyección monopunto como multipunto. Como hemos visto anteriormente con los motores con carburador el equipo de GLP se instala de forma paralela al sistema de inyección de modo que puedan convivir los dos sistemas, dejando al conductor la opción de decidir qué combustible utilizar. El equipo de GLP es igual al estudiado anteriormente siendo el proceso de carga, almacenaje, gasificación y conducción hasta el inyector, del cuerpo de mariposa (en la inyección monopunto) o los inyectores en el colector de admisión (en la inyección multipunto), tal como se observa en la figura 6. El equipo que instalamos en la parte delantera del vehículo sirve para procesar el gas y permitir su integración al motor y el tanque que va en la parte trasera, usado para almacenamiento de combustible (vea la figura 7). El tanque tiene una electroválvula múltiple que bloquea la salida del gas en caso de accidente. Los motores de gasolina funcionan con otros combustibles que no sean la gasolina sin variaciones sustanciales en su construcción. Estos combustibles pueden ser el alcohol, "petróleo" y keroseno. Con el alcohol van bien, con el petróleo

y keroseno pican bielas y hacen autoencendido (se puede corregir). el otro problema es que queman válvulas sobre todo en motores antiguos preparados para gasolina "Super" con aditivos de plomo. El GLP que se usa en el automóvil se le conoce con el nombre genérico de "butano" y en realidad es una mezcla que puede llegar al 50% de propano. El GLP se almacena en botellas de forma licuada a una presión que depende de la temperatura (5 kp/cm2 a 20ºC). Características del butano: * Temperatura de vaporización próxima a 0ºC, lo que puede originar problemas de arranque con temperaturas inferiores a 0ºC. * Indice de octano (IO) equivalente a 93 de la gasolina. * Más barato que el propano se licúa mas fácil y hay más reservas de estos gases en la tierra. * El butano comercial tiene hasta el 25% de propano. Características del propano: * Temperatura de vaporización 40ºC, no hay problemas de arranque en tiempo frío. * Indice de octano (IO) hasta 125. * Más caro, menos abundante y más difícil de licuar que el butano. Figura 7

* El propano comercial lleva hasta el 15% de butano y a 40ºC esta licuado a una presión de unas 15 atmósferas. El Gas Licuado de Petróleo (GLP) utilizado como carburante para automoción es una mezcla de hidrocarburos, fundamentalmente Propano y Butano (en una proporción de 60% propano y 40% butano), obtenidos de la destilación del petróleo en las refinerías o en la destilación del gas natural húmedo.

Ventajas e inconvenientes del GLP Como ventajas podemos enumerar: * Funcionamiento suave, buenas aceleraciones, motor más elastico, no hay picado ni autoencendido. * Igual o mayor potencia, más vida útil del motor, menos mantenimiento. * Combustible más barato y seguro contra incendios en caso de accidente debido a la robustez de las botellas. * El consumo y el mantenimiento por km se reduce casi a la mitad. * Los aceites lubricantes del motor se mantienen limpios más tiempo debido a la ausencia de depósitos carbonosos. * Mayor potencia y mayor par motor a carga parcial (arranques, paradas, aceleraciones y deceleraciones) que suele ser el régimen de funcionamiento usual del autobús, taxis y demás servicios públicos. Como inconvenientes podemos señalar: * Espacio que ocupan las botellas o depósitos. * El suministro es muy puntual. * Políticamente está restringido su uso a vehículos de SP (Servicio Público: taxis, autobuses, etc.). ✪


Saber Electrónica 263 Ed. Argentina

Recommend Documents