Instituto Tecnológico de Mérida.
Presentado por: A. Cortés Mánica1, S. Narváez Samuel1, E. Uicab Santos1, O. Carvajal Espinoza1, R. Atoche Enseñat1, O. Sánchez Siordia1, O. Moreno Franco1
1. CIESD – Instituto Tecnológico de Mérida
Mérida, Yucatán, México 2006.
En este artículo muestra un sistema de adquisición de datos inalámbrico para la medición de temperatura llamado Datalogger SAX-06, con el cual el operador tiene la posibilidad de descargar la información del registro a su computadora personal de manera inalámbrica para realizar su estudio correspondiente. El aparato es escalable y permite el crecimiento del mismo a través de módulos de sensores configurables y compatibles con el sistema de adquisición. La transferencia inalámbrica de información se realiza de manera segura y rápida, aprovechando su alta velocidad de transferencia de datos. Cuenta con una interfaz visual para PC con la cual el operador podrá controlar las diversas funciones del administrador de registros, utilizando un layer amigable para su operación.
De Código a Ejecución: El Papel Fundamental del MSIL en .NET
Administrador de registros de información de condiciones térmicas
1. ADMINISTRADOR DE REGISTROS DE INFORMACIÓN DE CONDICIONES
TÉRMICAS
A. Cortés Mánica1, S. Narváez Samuel1, E. Uicab Santos1, O. Carvajal Espinoza1, R.
Atoche Enseñat1, O. Sánchez Siordia1, O. Moreno Franco1
1. CIESD – Instituto Tecnológico de Mérida
Dir: Av. Tecnológico km. 4.5, C.P. 97118, Mérida, Yucatán, México.
Teléfono (9999) 44-81-13 Fax (9999) 44-81-81 E-mail: {acmanica, nassam10,
lossehelin, ozzcarbajal, oskrsasi}@hotmail.com, jatoche@itmerida.mx, kingalo@ciesd.net
Resumen –– En este artículo muestra un autómatas que apoyen en la búsqueda de
sistema de adquisición de datos inalámbrico resultados. Las comunidades científicas
para la medición de temperatura llamado necesitan de herramientas que proporcionen
Datalogger SAX-06, con el cual el operador
de una solución a los diferentes problemas
tiene la posibilidad de descargar la
información del registro a su computadora
que encuentran el los objetos de estudio [1].
personal de manera inalámbrica para realizar
su estudio correspondiente. El aparato es Los instrumentos de medición de
escalable y permite el crecimiento del mismo a condiciones ambientales son una
través de módulos de sensores configurables herramienta útil para el registro y estadística
y compatibles con el sistema de adquisición. de un proyecto. Un Sistema de Adquisición
La transferencia inalámbrica de información se de Datos no es mas que un equipo
realiza de manera segura y rápida, electrónico cuya función es el control o
aprovechando su alta velocidad de
simplemente el registro de una o varias
transferencia de datos. Cuenta con una interfaz
visual para PC con la cual el operador podrá
variables de un proceso cualquiera. El
controlar las diversas funciones del sistema debe tener una estructura y
administrador de registros, utilizando un layer organización muy equilibrada que le permita
amigable para su operación. su buen funcionamiento de ello depende de
que éste mismo rinda al máximo y sin ningún
Abstract –– This paper shows a wireless data defecto [2].
acquisition system for measuring temperature
conditions named Datalogger SAX-06, the El objetivo básico de estos sistemas de
operator is able to download the information to
adquisición de datos es la integración de los
a notebook or a desktop computer for analyze
it in back off. The device can expand its
diferentes recursos que lo componen :
functions using sensors slots, witch must be tranductores de diferentes tipos y naturaleza,
compatible with the hardware interface. multiplexores, amplificadores, conversores
Wireless data transfer its made on quick and A/D y D/A, además el uso de
safe mode, getting advantage in the high speed microcontroladores, utilizando todas sus
data transfer. The system links with a prestaciones: interrupciones, temporizadores,
computer software where the operator is able comunicación serie así como hacer uso de
to control, manage, and restart the different memorias y puertos externos y creando con
functions of the wireless data acquisition
todo ello un sistema que se encargue de una
system, through a friendly computer layer.
aplicación especifica para verificar diferentes
variables (PH, humedad relativa,
1. INTRODUCCIÓN temperatura, iluminación, concentración, etc.)
para un posterior uso de la información en la
Automatizar una aplicación es un generación de estadística [3].
proceso complejo, involucra diferentes usos
de técnicas, metodologías y tecnologías para
2. EL ADMINISTRADOR DE
realizarlo. El estudio de las diferentes
variables que afectan a la aplicación consiste REGISTROS
en el uso del método científico para su
estudio, y existen pocas herramientas
2. La arquitectura del sistema Datalogger Cuando se trata del manejo de
SAX-06 se compone por cuatro etapas mediciones y estadísticas resulta necesario
esenciales: los sensores de temperatura, el llevar un control sobre las fechas de los
sistema de adquisición y acoplamiento de muestreos utilizando un reloj en tiempo real.
señales, la etapa de procesamiento y control La funcionalidad del DS1302 provee de una
digital, y el módulo de transmisión útil herramienta para la estadística del
inalámbrica de información. tiempo.
La etapa de sensores de temperatura Este dispositivo contiene un
esta formada por un dispositivo reloj/calendario y una RAM estática de 31
semiconductor que varía su voltaje de salida Bytes, se comunica con un microprocesador
con respecto a la temperatura que se a través de una interfase serial SPI. Posee
encuentra midiendo, este sensor es el LM35 una característica importante la cual permite
[4]. conectar una fuente de alimentación
secundaria como lo es una batería, esto con
La etapa de adquisición de señales el fin de no perder los datos de configuración.
contiene circuitos de comparación analógica, El DS1302 provee información de segundos,
así como de muestreo y retención. A través minutos, horas, días, meses, años. El fin de
de un convertidor analógico- digital, se mes es ajustado de forma automática así
acopla la señal adquirida a la etapa de como las correcciones para los años
procesamiento digital. Se utiliza el conversor bisiestos. El reloj opera en formato de 24 y
análogo digital para obtener muestras 12 horas ya que posee un indicador interno
periódicas de las condiciones térmicas del de AM/PM. Sólo se requiere de 3 cables para
ambiente con el termómetro. Dichas conectar el RTC a un microcontrolador
muestras son almacenadas en una unidad de CE(chip enable), I/O (data line), y SCLK
memoria para completar el registro. (serial clock) [6].
La etapa de procesamiento digital 2.2. Almacenamiento de Información
contiene un microcontrolador PIC16F877A
[5], con el cual se procesa la información El dispositivo de almacenamiento del
obtenida para almacenarla en unidades de registrador de datos lo componen tres
memoria. El sistema cuenta con un reloj en
memorias 24AA1025 del fabricante Microchip
tiempo real, el cual contiene la información
las cuales se comunicaban a través de un
completa de la fecha y la hora actual, que es
bus I2C (Ver Figura 2) se trata de memorias
proporcionado al microcontrolador para tomar EEPROM que a su vez pueden trabajar en
las muestras en un periodo de tiempo rangos de voltaje que van desde los 1.8 a
seleccionado por el usuario. Además incluye
5.5V orientadas a aplicaciones de bajo
una pantalla de cristal líquido para desplegar
consumo. El sistema se vuelve escalable
información.
hasta para 4 memorias por cada par de
cables de comunicación. Posee lecturas de
Finalmente la etapa de transmisión de acceso aleatorio o secuencial. La memoria se
datos es controlada por el microcontrolador, encuentra dividida en dos paginas, la primera
contiene una transmisión vía serial que es
va de la dirección 0000h a la FFFFh y la
conectada directa al puerto RS232 de la PC,
segunda va de la dirección 10000h a la
y una transmisión de información inalámbrica
dirección 1FFFFh [7].
a través de un transceiver. Existe el módulo
de transmisión del lado del sistema de 2.3. Comunicación Inalámbrica:
adquisición y un módulo de recepción del Transceiver
lado de la PC, con un total de dos
transceivers.
El transceiver es un simple chip de radio,
transmisor-receptor cuyo modelo es
2.1. Sistema de Adquisición en Tiempo
nRF2401, trabaja en la banda frecuencia
Real
mundial ISM 2.4 - 2.5 GHz. El nRF2401
3. consiste de un sintetizador de frecuencia poder, un oscilador de cristal y un modulador-
totalmente integrado, un amplificador de demodulador. La potencia de salida y los
Sensor de Temperatura PIC16F877A Transceiver
REAL TIME MEMORY
CLOCK BLOCK
Fig. 1. Diagrama a Bloques del Sistema de Adquisición de Datos Dtalogger SAX-06.
canales de frecuencia son fácilmente
bloques programables mediante el uso de enviados vía serial por el PIC16f877A al
una interfaz serial de 3 vías. Su consumo módulo de radiofrecuencia transceiver y
actual es muy bajo, sólo 10.5mA con una recibidos en el puerto serial de la
potencia de -5dBm en el modo de computadora por otro módulo transceiver.
transmisión y 18mA en el modo de recepción Contiene una pantalla principal en modo de
[8]. menú para poder acceder a cada función
correspondiente (Ver Figura 2).
3. SOFTWARE DE ADQUISICIÓN DE
DATOS
Para poder descargar los datos
adquiridos con el Sistema fue necesario
desarrollar un software visual para configurar
el Administrador de Registro en modo de
configuración o adquisición (Administrador
del Datalogger SAX-06), configurar su reloj
interno y descargar los datos. De igual
manera se desarrolló el un programa servidor
llamado Appserv 2.4.5 entre sus
características importantes contiene una
base de datos en MYSQL, el servidor Web Fig. 2. Pantalla Principal del Software Administrador del
llamado Apache que se utilizó con la Datalogger SAX-06.
finalidad de manipular, guardar, y mostrar la
información vía Web respectivamente El software tiene 4 pantallas diferentes
(Sistema de Consulta del Datalogger “SAX- en las que se pueden hacer las siguientes
06). funciones:
3.1. Software Administrador del Datalogger Configuración del reloj interno.
SAX-06 Descarga de datos.
Visualización en tiempo real de la
El software visual Administrador del temperatura Ambiente.
Datalogger SAX-06 sirve para poder Configuración del dispositivo en
Administrar los datos adquiridos del sistema modo de Adquisición.
de adquisición de datos. Los datos son
4. 3.1.1. Configuración del Reloj Interno puerto serial de la computadora de manera
inalámbrica. La figura 5 muestra el contenido
En la figura 3 se muestra la pantalla de de esta pantalla.
configuración de reloj en la que básicamente
el programa de la PC manda la hora y fecha
del sistema al PIC16f877A para poder
configurar el reloj interno del Datalogger
“SAX-06” a una hora establecida vía
inalámbrica.
Fig. 5 Pantalla redescarga de Visualización de
Temperatura.
Fig. 3. Pantalla de configuración del reloj interno. 4. Configuración del dispositivo en modo de
Adquisición
3.1.2. Descarga de datos
La principal función de esta parte del
En esta opción del menú y parte del software es la de configurar al Datalogger
programa es donde se reciben los datos “SAX-06” en modo de Adquisición; esto con
directamente del Datalogger “SAX-06” y los la finalidad de que el dispositivo empiece a
guarda en una base de datos para su futura medir la temperatura a un tiempo deseado.
visualización en este mismo programa. La En esta pantalla se selecciona de igual
figura 4 muestra el contenido de esta manera el tiempo de muestreo. La figura 6
pantalla. muestra la pantalla completa.
Fig. 4. Pantalla de descarga de Datos. Fig. 6. Pantalla de Modo de Adquisición.
3.1.3. Visualización en tiempo real de la 3.2. Sistema de Consulta del Datalogger
temperatura Ambiente “SAX-06”
Con esta pantalla se puede visualizar la Para poder visualizar las temperaturas
temperatura que esta muestreando en tiempo registradas con sus respectivas fechas y
real el Datalogger “SAX-06”, este a su vez horas se realiza una conexión a una base
tiene que estar enviando información al datos para habilitar la opción de almacenar y
5. manipular en tablas los datos de la memoria En esta pantalla de la figura 8 se muestra
que han sido descargados, de la misma información sobre el manejo del sistema,
forma, se despliega la información en una donde el operador puede ingresar las
pagina de Web en la que se muestran las palabras clave de búsqueda.
temperaturas con sus respectivas fechas y
horas. Se realizó la integración de diversos
programas de cómputo para crear una
plataforma software en la PC que funcione
como servidor de información, utilizando los
siguientes lenguajes:
Lenguaje PHP: Usado para crear
paginas web dinámicas.
Lenguaje HTML, JAVA SCRIPT: Fig. 8. Pantalla de autentificación del Sistema de
Usados para crear páginas Web. Consulta del Datalogger “SAX-06”
Sentencias SQL: Usado para crear
comunicación entre las bases de En la figura 9 se muestra la pantalla de
datos. consulta de una hora y fecha específica de
los datos descargados del sistema de
El Sistema de Consulta del Datalogger adquisición de datos.
“SAX-06” se divide en las siguientes etapas:
Acceso al Sistema.
Manejo del Sistema.
3.2.1. Acceso al Sistema
Para consultar los datos es necesario
entrar al Sistema de Consulta del
Fig. 9. Pantalla de inicio del Sistema de Consulta del
Datalogger “SAX-06” se introduce el Datalogger “SAX-06”.
nombre de Usuario y el Password y se
siguen las instrucciones que indica la página.
4. FUNCIONAMIENTO
La figura 7 muestra la pantalla de acceso
al Sistema de Consulta del Datalogger “SAX- El Datalogger “SAX-06” tiene dos modos
06”; aquí es necesario que el operador de operación el de Configuración y
ingrese el nombre de usuario y contraseña Adquisición. Para el Modo Configuración el
para poder acceder. dispositivo está listo para ser conectado a la
computadora a través del transceiver para
configurar sus funciones. En el Modo
Adquisición el dispositivo esta listo para
empezar a Adquirir datos y almacenarlos
El Datalogger “SAX-06” está configurado
para que se cargue en modo de
Configuración al momento de encenderlo,
esto con la finalidad de poder cargar la hora
Fig. 7. Pantalla de inicio del Sistema de Consulta del actual.
Datalogger “SAX-06”.
4.1. Modo Configuración
3.2.2. Manejo del Sistema
Para la Configuración del Reloj Interno
se selecciona el botón de la
6. pantalla del Menú Principal esto hará que el leer las primeras 100 direcciones de las tres
software muestre la pantalla de Configurar memorias y mandarlas a la PC. Cada dato
Reloj interno, una vez abierta la pantalla se es procesado y guardado en un tabla de la
base de datos; todo eso se hace con el
selecciona el botón para preparar al evento que se dispara en el “Administrador
Datalogger “SAX-06” en modo de recibir del Datalogger SAX-06”. Una vez que
datos; Después de seleccionar este botón se termina el Datalogger “SAX-06” de transmitir
activara en la parte superior izquierda el los datos de al memorias dentro del
programa “Administrador del Datalogger
siguiente Botón este le mandará al SAX-06” se crea una nueva tabla en la base
Microcontrolador PIC 16f877A del Datalogger de datos con todos los datos descargados
la rutina de inicio_CLK que es la encargada (Ver Tabla 1).
de configurar y desplegar en el LCD la hora
Temperatura Horas Minutos Segundos
que ha sido enviada desde la computadora,
26.3 19 00 5
una vez realizado esta operación se
26.3 19 10 5
27.8 19 20 5
selecciona el botón de cerrar y pondrá 26.9 19 30 5
al microcontrolador PIC16f877A en la rutina 31.1 19 40 5
de modo de espera. 30.5 19 50 5
30.2 20 00 5
29.9 20 10 5
4.2. Modo Adquisición
28.2 20 20 5
Tabla 1. Muestra de base de datos en el software
Para entrar a este modo se selecciona el “Administrador del Datalogger SAX-06”.
botón , se abrirá la ventana de Modo Integrando las etapas anteriores se
De Adquisición, aquí se selecciona cuanto obtiene el sistema de Administrador
tiempo de muestreo se desea, esto pondrá al Inalámbrico de Registros de Información de
microcontrolador PIC16f877A en la rutina Condiciones Térmicas, con lo que el usuario
donde espera el valor de muestreo y luego podrá introducir los sensores de temperatura
activa el ADC, para tomar la temperatura, a los contenedores donde desee obtener la
después guarda la temperatura, hora, fecha medición de temperatura, el sistema cuenta
en las memorias, regresa de nuevo y espera con una pantalla de cristal líquido para
el tiempo de muestreo que se selecciono visualizar en el lugar donde se toma la
para repetir la función. medición el valor de la temperatura actual, el
operador si lo desea podrá llevar su
4.3. Descarga de Datos computadora al lugar de las mediciones para
descargar los valores obtenidos en un
Para descargar los datos del Datalogger periodo de tiempo, ó descargarlos de manera
“SAX-06” se selecciona el siguiente botón remota a través de la transmisión
inalámbrica.
del menú principal, se abrirá una 5. CONCLUSIONES
nueva ventana que será la de Descarga de
El sistema de adquisición de datos
datos , se selecciona el botón para inalámbrico Datalogger SAX-06, ofrece un
informar al microcontrolador PIC16f877A que comportamiento estable al momento de realizar
prepare los datos a enviar hacia la PC, las muestras de temperatura. El uso de tecnología
inmediatamente se activará un botón en el inalámbrica provee al operador la comodidad de
colocar el sistema en algún lugar deseado para
realizar la medición y de manera remota descargar
la información a una base de datos, sin tener que
lado superior izquierdo ; cuando se
llevar todo el equipo hasta el punto donde se
presiona mandará al microcontrolador toman las muestras, esto para evitar que se dañe
PIC16f877A a ejecutar la rutina encargada de el equipo de cómputo en el trayecto.
7. Measurement”, Universita di L'Aquila,
Una vez descargada la información el March 16, 2005.
operador podrá compartir la base de datos con [2] MAXIM Semiconductor, “Electrical
cualquier persona que tenga acceso a la Internet, Engineering Glossary Definition for Data
utilizando el software de acceso. Así los Acquisition System”, USA, 2007.
operadores remotos pondrán obtener la [3] B. Griffith, “Essential Components of Data
información de las muestras y actualizar sus Acquisition Systems”, Agilent
bases de datos para generar la estadística que Technologies, January 11, 2002.
necesiten. [4] National Semiconductor, “LM35 -
Precision Centigrade Temperature
El sistema ofrece escalabilidad por lo que en Sensor Data Sheet”, USA, 2007.
futuras implementaciones es posible añadir mayor [5] Microchip, “8 Bit Microcontroller
número de sensores para incrementar las PICMICRO 16F877A Data Sheet”, USA,
funciones del sistema de adquisición de datos,
2007.
siendo estos módulos nuevos configurables y
[6] Maxim Integrated Circuits, “Trickle-
compatibles en diseño y adaptación con el sistema
Charge Timekeeping Chip Data Sheet”,
base.
USA, 2007.
[7] Microchip, “24AA1025 1024K I2C CMOS
6. REFERENCIAS Serial EEPROM Data Sheet”, USA, 2007.
[8] Nordic Semiconductor, “2.5 GHz
[1] G. Bucci, F. Ciancetta, and E. Fiorucci, nRF2401 Transceiver Data Sheet”, USA,
“A DSP-Based Wireless and Modular 2007.
Data Acquisition Unit for Real-Time