UNIVERSIDAD DON SOSCO FACULTAD DE INGENIERIA Prototipo Experimental de un Sistema de Adquisición de Datos de Tiempo Diferido Compatible con una Computadora IBM TRABAJO PRESENTADO POR: Carlos Roberto Zapata Osear Wenceslao Rivas COMO REQUISITO PARA OPTAR AL TITULO DE: INGENIERO ELECTRONICO AGOSTO 1991 SAN SALVADOR, EL SALVADOR, CENTRO AMERICA. \ \ UNIVERSIDAD DON BOSCO PRESIDENTE DEL COlVSE-fO DIRECTIVO: R e..11 ~o Pa..cv,_e.. Lc.c.,,i...6 RLc..a,,ulo e~. RECTOR: LLc..e..n.c.,.,uz,do G.,.¡_¿b ~:.o Ag~ A u~ • DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERIA: Ing. Robe..,rxo A"-IIICLIUÍ.o C.JULZ. .. SECRETARIO GENERAL DE LA UNIVERSIDAD DON BOSCO: V-'L. Jo~é. · Ge.,r.a.,r.do . LLé.11an..o Ch.o-'VLO. JURADO / MIEMBRO \ • - ABSTRACTO DISEÑO E IMPLEMENTACIOO' DE :PROfO'fIPO EXPffiIMEm'AL DE UN SISTIMA DE ~ISICIOO DE DA.TOS CXMPATIBLE CXJN UNA CXMPUT~ IEM. Por: Osear Wenceslao Rivas Carlos Roberto Zapata En el campo de estudio de la geotennia, la Comisión Ejecutiva del Río Lempa (CEL) realiza proyecto de investigación, que consiste en tomar muestras de presión y temperatura en los pozos geotérmicos de Ahuachapan para determinar las condiciones termales en ellos. Para lograrlo se re - quiere de un dispositivo electrónico que pueda tomar esos datos a las condiciones ambi.entales del pozo y ser~ programado por un operario. Es así como la tesis tiene como finalidad diseñar e implementar un prototipo ex­ perimental que mida las variables físicas de presión y temperatura dentro del pozo almacenándolas digitalmente esa información, para que después de procesar esos datos en el pozo, será transmitida la información a una computadora donde un operario interpretará los datos obtenidos. El sistema anterionne..nte descrito se conoce COIOO sonda electrónica y para este caso se busca que el prototipo sea económico, portátil y compatible con cualquier c~utadora IIM que tenga puerto serie via RS- 232C. Para lograr que la sonda electrónica almacene los datos de presión y temperatura se valdrá del uso de transductores, convertidor analógico­ digi tal, memorias y microprocesador que real izará las decisiones de cuando tomar datos en el pozo. Además rm programa que consta de una serie de menus donde la sonda pueda ser fácilmente programada en base a las ne­ cesidades que la empresa CEL requiere. De esta manera el prototipo ClilIIPle con los requerimientos estable­ cidos por CEL para que posteriormente pueda llevarse a cabo un estudio de como proteger a la sonda de las condiciones ambientales de un pozo geotérmico. • DEDICACION. - Al nuestro Dios Jehová, a su hijo Jesucristo y que por su Santo Espíritu hemos sido inspirados para la elaboración de las ideas de la tesis y alcanzar este triunfo que desde el principie es dedicado para la gloria de su nombre. - A mis padres, quien porporcionaron los medios necesarios a través de estos cinco años para ver coronada la carrera, quienes tuvieron paciencia para coJEigo instandome en todo tiempo a superarme. A mis hermanos en Cristo que mediante sus oraciones me proporcionaron el aliento necesario para no desmayar. A mi novia quien fue paciente para cormigo y dándome fuerzas y motivándome a continuar para llegar a la meta final. Mi agradecimiento: A la Divina Provider1cia por proveerme de todo cuanto he necesitado,por darme la voluntad de alcanzar mis metas y por guiarme en los momentos precisos de más exigente labor. A Maria Santisima, madre de Dios, por su incesante atención, auxilio y protección. A mis papás Vicente Osear Rivas y Ana María Zaldaña de Rivas y a mi tia Haydée Elena Zaldaña, por que jamás han medido esfuerzos ni superación. sacrificios en buscar mi bienestar y A la comunidad Salesiana del Instituto Técnico Ricaldone por haberme permitido usar el excelente equipo del taller de mantenimiento. En este espacio deseo agradecer a todos aquellos que de una u otra manera nos ayudaron en este trabajo¡ al mencionarlos a todos seria una lista demasiado larga y aun así la memoria puede fallarme y pueda olvidar a alguno; pero lo importante es que ellos y Yo sabemos quienes son y cuanto nos ayudaron a facilitarnos la tarea, cuando no fue que sin esa ayuda no hubierarnos finalizado con éxito este proyecto. En una manera especial he de mencionar a Luis Roberto Granados Paz que nos ayudó en el simulador de presiones y en el acople neumático de nuestro sistema. Al Ing. Manuel Monterrosa que aunque no consiguió que CEL nos ayudara tanto corno deseábamos, he de reconocer y agradecer por que la ayuda en elementos que nos proporcionó, en buena medida alivió nuestra carga económica. Y finalmente a Carlos Roberto Zapata, por su dedicación al trabajo. Osear Wencesla c Rivas Zaldaña TABLA DE CONTENIDO Lista de figuras, x Lista de tablas, x11 Prefacio, xiii 1 Sistem.a de adquisición 1.1 Descripción global, 1 1.2 Antecedentes del proyecto, 1 1.3 Descripción general del circuito, 4 1.4 Operación de funcionamiento, 7 2 Software de 1-a PC. de datos. 2.1 Funciones del sistema y generalidades, 8 2.2 Rutina de programación del sistema, 9 2.2.1 Justificación de la calibración, 12 2.3 Rutina de lectura y presentación de datos, 34 2.4 Direccionamiento del puerto serie de la PC, 41 3 Hardware del sistem.a. 3.1 Diseño del circuito del prototipo experimental, 44 3.1.1 Sistema digital del sistema de adquisición de datos, 45 3.1.1-1 Sección de control, 45 3.1.1-2 Sección de memorias y decodificador de direcciones, 48 3.1.1-3 Sección de interfaces, 50 3.1.1-4 Convertidor Analogo-Digital, 51 3.1.1-5 Circuito para pruebas. Control externo, 53 3.1.1-6 Circuito para pruebas. Visualización, 54 3.1.2 Parte analógica del sistema, 54 3.1.2-1 Transductores, 54 3.1.2-2 Circuito de la sección analógica, 58 V1J. 3. 1.2-3 Proceso del diseño del circuito en el sistema analógico, 61 3.1.2-4 Proceso de calibración, 64 Esquemas, 66 4 Software del sistema. Programa monitor 4.1 Estructuración de las rutinas principales, 73 4.1.1 Inicio, 73 4.1.2 Estadol, 74 4.1 . 3 Vector de subrutinas, 74 :4.1.4 Programar, 74 4.2 Estructuración de las subrutinas, 75 4.2.1 Transmisión, 76 4.2.2 Pruebal, 76 4.2.3 Autocalibración, 77 4.2.4 Adquisiciórt~ 77 4.2.5 TESTRAM, 79 4.2.6 RESETRAM, 80 4.2.7 Verificar, 80 4.2.8 TX, 80 4.2.9 Retardo, 80 Vl.11 5 D i seño de1 sistema de adquisiciqn de datos de tie~po diferido. Modelo reaL. 5.1 Software de la PC, 96 5.2 Hardware del sistema, 97 5.2.1 Sistema digital, 97 5.2.2 Convertidor Analogo-Digital, 98 5.2.3 Transductores, 100 5.2.4 Sistema analógico. Diseño 102 5.2.5 Proceso de autocalibración, 108 5.3 Análisis del consumo de potencia, 109 5.4 Sugerencias, i12 5.5 Cambios en el programa que gobierna al sistema de adquisición de datos, 114 5.5.1 Rutina de adquisición de dato·s, 119 5.5.2 Autocalibración , 122 5.5.3 TESTRAM, 122 5.5.4 RESETRAM, 123 6 Aplicaciones alternativas del sistema de adquisición de datos. 6.1 Descripción de la opción, 135 6.2 Cambios en el programa de la PC, 135 6.3 Cambios en el hardware, · 135 6.4 Cambios en el programa monitor, 136 • Apendice A. Listado del programa monitor. Apendice B. Listado del programa en Turbo Basic. Apendice C. Hojas técnicas. \ 1X LISTA DE FIGURAS CAPIWLO 1. 1.1 Diagrama a bloques del sistema CAPIWLO 2. 2.1 Menu de programación de la PC. 2.2 Presentación de menus de la PC. 2.3 TestRAM, Prueba! y Autocalibración cuando se programa al sistema. 2.4 Mensajes automáticos de la programación. 2.5 (a) Inicialización de la programación. 2.5 (b) Selección de la variable a medir. 2.5 (c) Ventana de programación de tiaJI>O antes de ~ezar. 2.5 (d) Ventana de programación de ti~ entre muestras. 2.5 (e) Selección de la toma de datos. 2.5 (f) Preparar la cantidad de muestras. 2.5 (g) Cálculo de la cantidad de dato:s a temar. 2.5 (h) Selección del número de estaciones. 2.5 (i) Resumen de las variables de programación. 2.5 (j) Transmisión de los datos de programación. 2.5 (k) Verificación. 2.5 (1) Resumen de los datos programados y datos sonda. 2.5 (m) Ventana de retransmisión de dat os de programac1on. 2.5 (n) Selección de borrado de los datos en la sonda. \ 2.6 Parámetros de programación del sistema. 2.7 Transmisión y verificación de los datos en la sonda. 2.8 Menu de lectura de datos y presentación en pantalla. 2.9 (a) Inicialización de lectura de datos en la sonda. 2.9 (b) Recibiendo los datos de la sonda. 2.9 (c) Unidades para t~eratura. 2.9 (d) Unidades para presión. 2.9 (e) Menu del programa de recepc1on. 2.9 (f) Tabla de T~eratura VRS TiaJI>O. CAPITUW 3 • 3.1 Mapa de memorias_ del sistema de adquisición de datos. 3.2 mapa de periféricos del sistema de adquisición de datos. 3.3 Características R vrs t de los termistores 3.4 Diagrama de conexiones para el transmisor, receptor y fuente de alimentación. 3.5 Puente de iBpedancias. 3.6 Circuito de acondicionamiento de señal de t~eratura. 3.7 Circuito de acondicionamiento de señal de presión. 3.8 Esquema de la sección de los voltajes de referencia. 3.9 Red de corrección de offset en un aJq?lificador inversor. 3.10 Sección de control. Prototipo. 3.11 Sección de memorias y decodificador de direcciones. 3.12 Sección de interfaces. Prototipo. 3.13 Sección de control. Prqtotipo. 3.14 Sección de visualización. Circuito de prueba del prototipo. 3.15 Sección de acondicionamiento de señal. 3.16 Sección de ~lificador común y voltajes de referencia. .. X CAPITUW 4. 4.1 Programa monitor. 4.2 Rutina de programación de la sonda. 4.3 Subrutina de transmisión. 4.4 Subrutina de prueba de línea. 4.5 Subrutina de calibración I. 4.6 Subrutina de calibración II. 4.7 Subrutina de adquisición de datos I. 4.8 Subrutina de adquisición de datos II. 4.9 Subrutina de adquisición de datos III. 4.10 Subrutina de prueba de RAM (TESTRAM). .. 4.11 Subrutina de borrado de memoria RAM (RESETRAM). 4.12 Subrutina de verificación y transmisión. 4.13 Subrutina de retardo de tiempo. CAPITULO 5. 5.1 Amplificador de instrl.BDentación. 5.2 Montaje! del transductor de t~eratura RTD en el puente de Wheatstone. 5.3 Arreglo de la etapa de entrada de la sección de presión. 5.4 Flujograma de adquisición de datos I. 5.5 Adquisición de datos II. 5.6 Adquisición de datos III. 5.7 Adquisición de datos IV. 5 . 8 Subrutina de TES'IR4..~ I. 5.9 Subrutina de TESTRAM JI. 5.10 Subrutina de RESETRAM. 5.11 Sección de control. Sonda. \ 5.12 Sección de memorias y decodificador de direcciones. Sonda 5.13 Sección de interfaces . 5.14 Sección de acondicionamiento de señal. CAPITULO 6. 6.1 Eliminador de rebote. 6.2 Subrutina de opción manual. xi LISTA DE TABLAS CAPITULO 2 • 2.1 Problemas de transmisión y soluciones. CAPITULO 3. 3.1 Tabla de verdad del decodificador de direcciones. Parte de memorias. La línea de control IO/M=0. 3.2 Tabla de verdad del decodificador de direcciones. Parte de periféricos. La línea de control IO/M=1. 3.3 Problemas y soluciones. CAPITULO 4. 4.1 Resumen de los códigos de programación. 4.2 Problemas y soluciones. CAPITULO 5. 5.1 Consumo de potencia de los elementos de la sondaº 5.2 Restnnen de las memorias utilizadas en el sistema. Xl l .. xiii PREFACIO I:sta tesis es acerca de un sistema de adquisición de datos digital con el microprocesador 8088 para recolectar información de variables físicas tales como presión y tell'.peratura dentro de un pozo geotérmico y la lectura de éstas a través de un programa en Turbo Basic para presentar la información en forma de tabla de datos. Este documento incluye le pro­ ceso de diseño tanto analógico como digital para la implementad_ón del prototipo experimental. OOGANIZACION. Se divide en cuatro partes. En la primera (Capítulo 1) se describe en que consiste la tesis, su alcance, su importancia y el funcionamiento general. La segunda parte consiste de los capítulos 2 al 4 que detallan ex­ clusivamente el software y el hardware del prototipo experimental. Se ilustran con flujogramas y esq:.iemas eléctricos de la circuitería. El capítulo 2 hace referencia al programa realizado en Turbo Basic, en el capítulo 3 se desarrollan las técnicas de diseño empleadas para el cir­ cuito, tanto analógicas como digitales y en el capítulo 4 explica el desarrollo del programa monitor que gobierna al sistema de adquisición de datos con el microprocesador 8088. En la tercera parte correspondiente al capítulo 5 se hacen notar los cambios necesarios para pasar del prototipo al sistema real conocido como "sonda". Esta sección es proyectada para un futuro cuando se desee implementar el circuito para operar a las condiciones ambientales en un pozo geot6rmico. ; ¡ Finalmente el capítulo 6 provee una aplicación alternativa del sis- xiv tema de adquisición de datos. ASUNCIONES. Para hacer efectiva la lectura de la tesis, se debe estar familia­ rizado con elementos y circuitos digitales, W1a comprensión de los sis- temas binarios y hexadecimal, lll1 profW1do conocimiento del microproce - sador 8088 o estar familiarizado con el 8088 ó 8085, conocer el flll1ciona­ mi ento de operacional es, convert idorcs analogo/digi tal y transductores de temperatura tipo termistor y P.TD y de presión tipo transmisor diferencial y strain gage. Compresión del leguage BASIC. REOONOCIMIENTOS • Agradecemos el apo;yo bi bl ióg-raf i coy técnico que proporcionaron las siguientes personas: Rodolfo Machón. quien nos proporcionó material sufi-\ . cien te para la compresión del micro y enlaces de comW1icación con el puerto serie de la computadora y utilizar su computadora para editar cierta parte d e es te documento~' Franc isco Arbizú proporcionando sugeren- ciasen cuanto al software. Especial ag-radecimi ento a mi novia Lisse1. te Zapata y su madre Zoi la Agui lar quienes contribuyeron en gran medida de prestar su computadora para realizar este documento~- a la impresión del mismo, que sin su ayuda hubiera resultado menos exitosa. Carlos Roberto Zapata. CAPITULO 1 SISTEMA DE ADQUISICION ~ DE DATOS. 1 1.1 Descripción global. Las siguientes páginas tiene como finalidad describirle al lector cual es el alcance que lleva este doct.nnento, se establece además la di­ ferencia entre el prototipo experimental y la sonda real. Con la infor­ mación aquí presentada se entenderá cual es la función que lleva a cabo el sistema de adquisición de datos, por tanto, la comprensión que se ten­ ga en este capítulo le será úti 1 para continuar con la lectura de la tesis, • 1. 2 Antecedentes dlel Proyecto. La Comisión Ejecutiva Hidroeléctrica del Río Lempa (CEL) empresa encargada de la producción y distdbución de energía, así como de la investigación sobre nuevas fuentes de r~cursos energéticos, ha creado una división en el cual se encarga de desarrollar proyectos de investigación en el área geotérmica, cuyo nombre es GEDCEL; que consta de un departa­ mento de diseño e instrumentación que apoya a la institución con equipo que pueda utilizarse en las áreas de investigación geotérmica. Uno de sus proyectos consite en una sonda electrónica la cual sea utilizada en pozos geotérmicos donde se presentan t~eraturas superiores a 400ºC y presiones alrededor de 400Psig y ambiente altamente corrosivo. La sonda debe medir variables físicas geotérmicas tales como: presión y temperatura. El circuito electrónico almacenará digitalmente esa información y después de procesar esos datos en el pozo, será trans­ mitida esa información a una computadora donde un operario interpretará los datos obtenidos. La empresa en la actualidad cuenta con una sonda que realiza la función anteriormente especificada con el inconveniente de sofo poder I utilizarse hasta 125ºC, mientras que la mayoría de los pozos presentan temperaturas superiores a los 400°C, y además el computador que inter­ preta los resultados es una computadora de superficie que ha sido dise­ ñada solo para esa función; y el costo del computador y la sonda es de alrededor de $35,000.00. Lo anteriormente expuesto motivo al départamente de investigación para crear un diseño alternativo que clUilpliera con los requesitos ante­ riores y cuyo rango de funcionamiento, como temperatura, supere al que ya posee y se adecúe a los pozos geotérmicos y además resultare de bajo costo y utilizarse una computadora de uso comercial. El departamento de instrumentación hizo un estudio previo de la ope-ración del sistema, evualando entre dos posibilidades, es decir: a. Electrónica de fondo, esto es, que gran parte del sistema (cir - cuitería) debe es i ar dentro del pozo. b. · Electrónica de superficie, es decir 9 que sólo los tranductores estarán dentro del pozo. Dentro de la alternativa de electrónica de fondo existe las posibi -lidades de toma de datos de tiempo diferido o de tiempo real. La tiempo diferido es aquella donde solo se almacenana los datos en la sonda mien - tras está en el pozo; y cuando se se ha sacado se recuperan para su pro - cesamiento; esto implica que no existe ninguna conexión eléctrica entre la sonda y el computador de superficie durante la medición. La de tieot><> real transfiere y procesa inmediatamente la información para su procesa - miento final y presentacióR en la computadora de superficie, esto in:t>lica una permanente conexión eléctrica entre la sonda y el c~utador de su - perificie. El departamento de instrumentación; se inclinó por el sistema de i electrónica de fondo de ti~ diferido, debido a que el costo de un \ ... 3 cable que estuviera protegido a las condiciones de un pozo geotérmico es de precio elevado y además la profundidad de un pozo puede sobrepasar los 1000 mts. En términos generales el sistema consta de dos partes: a. Sistema electrónico. b. Sistema termodinámico-mecánico. El sistema electrónico es todo el hardware de adquisición de datos y su transferencia al computador, así como el software de la computadora,. El sistema termodinámico-mecánico es la cubierta que lleva el sistema electrónico para protegerlo de las altas temperaturas y presiones así como de la corrosión y también de la disipación de calor de los sistemas internos. Con lo anteriormente expuesto el departamento de instrumentación ha establecido un medio por el cual estudiantes de ingeniería a nivel de tesis, elaboren proyectos que dicho departamento tiene proyectado ejecutar y que no han sido elaborados por falta de material humano capacitado en diversas especialidades; y como el sistema de adquisición de datos necesita a personas con conocimientos en electrónica, termodinámica, química y otros; el departamento ha estable­ cido que la sonda sea ejecutada en dos fases, lo primero es elaborar el diseño e implementar a nivel de laboratorio la circuiteria electrónica y la programación que ella requiere, ésta la realizarán personas especiali­ zadas en el área de electrónica, de esta primer fase se obtendrán datos iq>artantes tales como las dimensiones reales de la circuitería dentro de la sonda, así como la disipación de potencia del circuito y demás especificaciones del mismo. Estos datos son muy io:portantes en el diseño de la cubiert, protectora para obtener las características óptimas en ¡ ésta. El diseño de la cubierta protectora y ensamble final está 4 ... comprendido en la segunda fase del proyecto la cual piensa ser encomen­ dada a personas o ~resas con los recuros y la especialización que ello requiere. 1.3 Descripción general del cir.cuito En la f ig.1.1 se muestra el diagrama a bloques del sistema de adquisición de datos de tiempo diferido. El circuito dentro de la sonda debe medir variables físicas propias de los pozos geotérmicos, en el diseño que se implementa se trabaja con mediciones de temperatura y presión. El sistema funciona de la siguiente manera: Primeramente debe traducir los valores de presión y temperatura a un có - digo digital, para eso se vale de transductores, circuitería analógica asociada a ellos y un ; convertidor analogo/digital y un multiplexor dado ' que son dos señales analógicas a medir y convertir. El sistema tiene como base un microprocesador el cual se encarga de recoger los datos del códi­ go digital correspondiente a los valores medidos, procesarlos y luego guardarlos en una memoria; todo este proceso se efectua en base a un pro­ grama maestro (monitor) interno al sistema pero que ~lea datos asigna­ dos desde el exterior (programación externa previa a la operación) que involucran la variable tiempo y diversas formas de operación del sistema. El sistema lo completan circuitos de direccionamiento, de temporización y la interfaz de comunicación serie en formato RS-232C. Además el circuito de la sonda, para obtener la información de la cOIJt)utadora se tiene un interfaz y un programa de comunicación y procesa­ miento final y presentación de los datos; y es por medio de un programa donde el usuario selecciona el modo de operación del sistema, lo cual in- volucra los siguientes parámetros: ···············-···················· ·················· ················· ······································•··························································· ·················-··········································································--·································· Etapa anal~glca y de conversl6n analógica-digital - Transductores RAM - Datos de, prograrnaclon - Datos d~ 1 nf'orrnac Ion recogida .__ _______ _, 7 Sal Ida digl­ t al 12 b I t s ' ' Decodificador de Direcciones - -- ---1"- ,-- B B u u s s d d e e d d a 1 t r r 1 ' ROM - Programa rno n I to r ' ,, Adaptador de¡¿____ 1 nt erfaz ~-~ o - ,----~' Interfaz de / puerto ser,! e ! s ; - Acondicionado­ res de senal. - Multiplexores analógicos - ADC programable ¡~ 3 puertos paralelos . PPI = 8255 1 Seleccl¿n de 1 os rnuxs : ~;~~: ~, Cable RS-232 . i ¡ / t ' ' 1 / lf'uente de energla de la sonda i Limite L-·-------------····-·······-···-·····················--···---- -- - -- Manejadores de buses - Transce I ver - Latches - D a t o s / D 1 r .. - - - D 1 r .. - ~~~•ctado a la i t Sena( A';JAa J de re~ et Circuito de 1 _._r::.~.:t. ___ . i microprocesador -/-=-e--~ Circuito --==i_i ~ de c:::=::i i 8088 'Re lo J re l O J ----==r- ¡ ---·····-·-······--··-··················-·-··················-·····-·-·-········ Cr 1. s t a l ¡ Fig. 1. 1 Diagrama a bloques del sistema 6 a. Cuales son las variables a medir. b. Cuál es el tiempo antes de empezar la toma de datos. c. Cuanto tienl)o debe esperar entre cada toma de datos en el pozo. d. Cuántas es el número de muestras por variable. e. Cómo se realizará la toma de datos: Simple o Promedio. f. Cuántas estaciones se realizaran dentro del pozo. Todos los literales anteriores son los que el usuario utiliza durante la programa'dón a través de una PC. En resumen el trabajo de tesis comprende lo siguiente: 1.- Diseño del Hardware y el Software. El hardware ccmprenderá los transductores, acondicionador d ,e señal, AOC, microprocesador, memorias RAM, EPRCM, adaptador de interfaz y reloj del sistema. El software se ' divide en dos secciones que corresponden a uno en Ensamblador y otro en lenguaje de alto nivel, que para este caso es el Turbo Basic; esto permi-· tirá al usuario una programación que le sea fácil de entender. 2.- Diseño y quemado del programa monitor. Es el que se encargará de controlar las funciones de la sonda en el pozo. 3.- Diseño de la , interfaz. Es el hardware y el software que requiere para establecer una comunicación con el computador a través del puerto serie. (RS-232C) 4.- Especificaciones del consumo de potencia de todo el sistema. 5.- Sugerencias en cuanto al uso de baterías y otras en cuanto a la circuitería. Esta en función de los problemas que se presentaron a lo largo del proyecto. Queda establecido que se trata de un prototipo experimental y que la implementación que se llevo a cabo se realizó a nivel de breadboard, esto es lo que lo diferencia con el sistema real proyectado de la sonda 7 y un capítulo ha sido editado para enmarcar los cambios necesarios en la circuiteria para la implementación que se requiere en el campo de los pozos geotérmicos. 1.4 Operación de fnncionamiento. Cuando el sistema arranca, éste por medio de su circuitería borra todas las localidades de memoria (RAM1 y RAM2), en este momento el puerto de comunicación serie esta en espera de recibir las órdenes que va a eje­ cutar. La secuencia para este proceso se define así: > a. Una señal de la computadora debe iniciar la comunicación. b. Se manda la primera palabra de petición de lectura o programación. c. Al final de la primera palabra se detiene la transmisión y el programa monitor accesa la subrutina correspondiente (lectura o programación). d. En el caso de programación, el sistema pedirá el envío de palabras, códigos para la programación y las guardará en RAM1. Cuando se pro - grama el retardo en el inicio del proceso, el programa monitor compara con su reloj el tiempo en que debe arrancar. e. Con un código de fin de transmisión el sistema deshabilita los puertos de comunicación y el sistema de adquisición de datos se queda en espe­ ra del proceso. f. Las palabras código almacenadas en RAM1 son accesadas por el programa monitor para habilitar adecuadamente al convertidor analógo-digital y a la memoria RAM2. g. Cuando la PC haga la petición de lectura, el sistema de adquisición de datos enviará los datos obtenidos. En el programa de la PC verificará la programación del sistema de manera de conocer el orden en que los datos fueron procesados y así presentarlos en forma de tabla de datos. • 8 2.1 Ftmciones del sistema y generalidades. El Software de la PC consiste en un programa (realizado en alto nivel) que tendrá una serie de opciones donde un operador le indicará al sistema como va a realizar su trabajo. Las opciones como: Variable a me­ dir, nwnero de muestras a tomar, cómo será la toma de datos, etc; son convertidas a una serie de códigos hexadecimales que el sistema pueda en­ tender, y una vez listos cada uno de los códigos, son transmitidos por medio del puerto serie RS-232C de la computadora. El Software no solo in­ cluye la programación del sistema sino también la recuperación de los da­ tos almacenados en la sonda. Este programa consiste en que el computador le pedirá a la sonda toda la información recabada, esa información por si solano significa mucho; por lo cual es necesario interpretar esos resul- ' tados antes de ser mostrados al operador en forma de tabla de datos. Resumiendo, · el Software de la PC consiste en dos grandes programas que son de programación y lectura; en el primero a través de códigos se le dice a la sonda que es lo que va a hacer, y en el segundo, se le piden los datos obtenidos y son interpretados y pasados a unidades físicas que el operador pueda entender. CAPITULO 2 SOF,TWARE DE LA PC. \ .. 9 2.2 Rutina de programación del sistema. l. Esquema Funcional La función principal de esta rutina es preparar cada uno de los códigos necesarios para que la sonda trabaje. Esta programación se basa en una serie de funciones que el programa solicita al operador . El programa esta basado en una serie de peticiones que están en función de la tarea que la sonda va a realizar. Los datos que el programa le pide\ al operador son los siguientes: a . Variable a medir. Como el sistema esta definido para Temperatura y/o Presión el operador definirá con cual(es) trabajará. b. Cuanto ti~ debe esperar el sistema antes d.e iniciar. Para la aplicación que la sonda requiere, no se encuentra cerca del lugar donde va a trabajar con respecto al computador, por tant o, el sistema debe perder tiempo en lo que es· trasladada al lugar de adquisición y se prepara el equipo necesario para descenderla al pozo. Es . por esta razón necesaria esa información. c. Cada cuanto ti~ el sistema tomará un nuevo dato. Las variables que la sonda receje están en función del tiempo y el sistema debe saber en que momento (respecto al tiempo) tomará datos. d. Cuantas muestras quiere tanar. Estas muestras se refieren a la cantidad de datos a tomar en un mismo punto; el número de muestras esta limitado a un máximo de diez. e. Quiere que el sistema tome datos Siill)le o Promedio. Esto se entiende con el siguiente ejemplo: Va a tomar cinco muestras y quiere que el sistema tome datos simple, esto conlleva que la sonda tanará cinco datos de la misma variable y las guardará en su memoria, pero si quiere que ei sistema tome datos promedio, de las cinco muestras obtendrá el promedio • 10 y ese único valor lo almacenará en memoria. r. Cuanto tieq><> piensa dejar la sonda en el pozo (Horas, minutos). Este corresponde al tiempo de trabajo de la sonda. El programa en base a la información anterior calculará la máxima cantidad de datos que puede obtener con esos parámetros de programación y al mismo tiempo el programa decidirá si puede aceptar esa cantidad de datos, de lo contrario tendrá que disminuir el tiempo que la sonda permanecerá en el pozo. Si el cálculo está dentro del rango, que es de 2000 datos de temperatura y 2000 datos de presión ó 4000 de temperatura o presión, entonces le dirá el máximo número de estaciones que puede realizar en el pozo. g. Cuantas estaciones va a realizar. Este dato se refiere al número de paradas que la sonda hará dentro del pozo durante su trabajo. Con toda esta información que el operador ha programado, el paso a seguir es transmitirla a la sonda. Esa información que la conforman códigos decimales son transmitidos y recibidos en formato hexadecimal. El programa monitor del sistema se encargará de almacenarlos en su memoria. La rutina de programación además contiene otras funciones importan­ tes al sistema, y se explican a continuación: 1. TESTRAM. Esta rutina se encarga de verificar el estado de la memoria de la sonda. En este caso un código es enviado a la sonda y cuando ésta lo recibe ejecuta un programa donde verifica c/u de las localidades de memoria, si la prueba fue pasada, la sonda enviará un código a la PC donde éste esperará recibir ese código, entendiéndose que la memoria del sistema no tiene daños. Si el código que espera el programa no es el correcto entonces el programa pondrá un mensaje en la pantalla, que dice: La memoria del ~istema no es confiable. Esto implica que los chips de memoria tiene daños internos. 11 .... 2. PRIJER.\L. Para asegurarse que la línea de comunicación se encuentran en buen estado, fue necesario crear una rutina que ejecutara una prueba de la línea y tomara decisiones en base a los resultados obtenidos de dicha prueba; es así como Prueba} cumple con estos requisitos, y la forma que ejecuta su trabajo es: Es necesario primero pedirle a la sonda que una Prueba de Línea va a realizarse, por tanto se le envía el código respectivo de Prueba!, la sonda al recibirlo y entenderlo se queda en espera de recibir los datos de prueba. Pruebal entonces comienza a enviar números decimales enteros de 1 a 100, al terminar de transmitirlos se queda en espera de recibirlos y preparar un contador de errores (Errores). Cuando la sonda recibió los 100 datos, ésta los almace~a en su memoria y ahora los tomará y comenzará a tramsmitir uno a uno. Prµebal espera a recibir en el mismo orden que transmitió; de haber disparidad en los datos recibidos Errores se va incrementando. Al finalizar la secuencia de recepción, Prueba! hace la decisión si existe el 10% de error, si esto ocurre muestra en pantalla Existen problemas en la línea. Con este debe enteder que bajo las actua­ les actuales condiciones no se puede transmitir y/o recibir confiablemen­ te. Al existir menos .del 10% de error el programa continua en su ejecu­ ción normal. Pareciera ser que permitir un 10% de error es bastante alto en el caso de comunicaciones, pero con este porcentaje se asegura que una rutina que se llama obtener la mayoría funcione correctamente, el uso de esta rutina se explica más adelante y al final,en el cuadro de problemas y soluciones se explica el ¿por qué? es necesario utilizarla. 3. AUTOCALIBRACIOO. El trabajo de esta rutina consiste en crear un archivo de los códigos enviados por la sonda, pero antes de realizar esto, se ejecutan una serie de cálculos. Como la sonda almacena sus datos 12 en forma de bytes, donde una palabra, contiene la información de un dato de calibración. El programa recibirá 2*n datos, donde n=# de códigos, y ese número de códigos es nueve. Por tanto la rutina de Autocalibración después de haber convertido a decimal los datos, debe de formar de los dos datos uno solo, y estos serán pasados por un proceso de comparación. Los nueve datos deben estar en un rango del 10% de los esperados, para asegurar que la parte analógica se encuentra trabajando bien; si tan solo un dato no se encuentra e11 ese rango entonces la rutina de Autocalibra­ ción vuelve a ejecutarse, naturalmente esto implica un contador que estará monitoreando cuantas veces se repite la rutina, si se encuentra que el contador exede un cierto rango, el programa mostrará en pantalla: La parte Analógica ya no es confiable. Nos da entender que no es posible obtener datos reales en la medición y el sistema se echo a perder, pero si el contador no sobrepasa el límite establecido hará el archivo de los códigos recibidos. Como dentro de los códigos recibidos también se encuentran el estado de las baterías, la rutina verificará si las baterías están o no agotadas de ocurrir el caso de que esten agotadas se le dirá al operador: Mal estado de las baterías, causando de inmediato el cambio del banco de baterías. 2.2.1 Justificación de la calibración. El Sistema que se ha diseñado, y en general, la mayoria de los sistemas en existencia siguen un proceso como el que sigue: Transductor1 1-->I Pre-amp 1--> -->G]-> Conver Selector tidor 1-->l t--> 1 A/D Transductor2 Pre-amp • 13 La razón por la cual una calibración es necesaria,es porque todo fabricante hace los ajustes necesarios para que cada valor de la variable de sal ida del transductor sea representada por un código binario más seguro de manejar (menos distorsión por ruido) y procesar que en etapas posteriores se recuperará y presentará como el valor medido en las unidades correspondientes. Puesto que la etapa conocida como acondiciona­ miento de la señal está compuesta de amplificadores de corriente contínua se encuentra expuesta a sufrir variaciones de respuesta debi?o al tiempo y a la temperatura, lo mismo es válido para el convertidor Analogo/DÍgi­ tal, e incluso para el transductor. La forma usual de calibración es usando señales de referencia, es decir, señales de valor conocido y constante con respecto a cualquier va­ riable, luego se aplica esta señal a ciertá parte del sistema y se recupe raen alguna de las etapas siguientes por lo que la señal debe pasar; y entonces comparar con el valor obtenido con el resultante típico esperado. Si el resultado es aceptable el sistema o la etapa sensada está operando bien, pero si existe un error, el sistema deberá proceder a corregirlo, esto implica tomar una de las dos alternativas: a) Hacer una realimentación, es decir, modificar una variable en la etapa que introduce error, a fin de eliminarlo o reducirlo. b) Compensar la señal de salida de la etapa a fin de llevarla al valor deseado. Ambas alternativas pueden ser llevadas a cabo en varias formas tales como: Proporcionalmente, por niveles, etc. 1.4 II. Secuencia de como operan cada una de las funciones. El progama real izado es ejecutable y el archivo principal para correr el progama se llama LIZA.EXE, que además se cuenta con otros dos programas más que son llamados desde LIZA, estos son los programas TOCLAS.TBC YRECIBA.TBC, sin estos archivos no se puede ejecutar comple­ tamente el programa. Además antes de echar a andar el programa ejecutable se recomienda que la sonda ya se encuentre conectada al puerto serie del' computador pues cuando se selecciona la opción de programar éste inmedia­ tamente empieza a correr la rutina de TESTRAM y para ello la sonda debe estar conectada, si por alguna razón el operador no la ha conectado en - tonces el programa después de cierto tiempo pondrá un mensaje en la pan­ talla indicándole que la sonda debe conectarse al puerto serie. Si la computadora con que esta trabajando tiene dos puertos serie utilize siem­ pre el puerto CXM1, pues el programa LIZA sólo reconoce la dirección de este puerto para establecer -la comunicación. Además si el computador no cuenta con puerto serie formato RS-232C, pero si con puerto de mouse cuya configuración es de nueve pines, entonces se desconectan las conexiones del puerto serie RS-232C cuyos pines son el 2, 3 y 7 y se conecta respec­ tivamente en el mismo orden en el mouse. Para ejecutar .el programa, si se encuentra en la unidad A, digi te lo siguiente:A>LIZA esto inmediatamente seguirá la secuencia mostrada en los diagramas presentados desde la Fig.2.1 hasta la Fig.2.8. En la Fig.2.1 se muestra el flujograma de la secuencia de decisio­ nes que el programa realiza en espera de recibir información desde el teclado y en la Fig.2.2 se muestra la ventana tal y como se ve en el computador que corresponde a la Fig.2.1. ' . i NO INICIO PRESENTACION MENU M ~ p SI 0 SI SI SI Pone!:' la hol:"a y sal il:" a DOS FIN NO Fig.2.1 Nenu de PrograMación de la PC. Pr-ogN1ian los datos .... almacenados en la l!llanoria ··-· del sistana. .·:_·_· F4. FINALIZAC[ON" Se termina con este programa. Vuelve a OOS • ..____ _____________ __, ... . ... :_: _ :_: _ :_: _:_: .. :_: _ :_: _:_: __ :_: _: .: .. :.: _ :_:_:. :_:_:_:_: __ :_:_: ,: _:_: _:_:_ :_: _ :_: _:, :_:_:_:. :_:_ :_:_:_: _:_: _:_ :_: _: _:. Fig. 2. 2 . . Presentación de menus de la PC. En la ventana (Fig.2.2) puede apreciarse cuatro opciones diferen­ tes, de las cuales el programa espera la respectiva seleccion (Fl a F4). Si selecciona Fl, que es programar al sistema el programa inmedia­ tamente presentará en pantalla una serie de mensajes correspondientes a las rutinas que esta ejecutando (Fig.2.3). En pantalla se mostrará una pequeña ventana que dice: Revisando Ja maooria del Sistema, esto es, la rutina TESTRAM (Fig.2.4), se carga el código para TESTRAM y se va a la subrutina TXRX; al retornar de la subrutina se pregunta si es el código esperado, de ser falso se verá en pantalla: La memoria del sistema no es utilizable, y retornará al MENU, pues de lo contrario se ejecutará PREUBAL. Si la prueba de línea es satisfactoria se ejecutará a continua­ ción AUTOCALIBRACION y el operador verá en pantalla: Efectuando la Autocalibración. Revisando la MeMor-ia del sisteMa Car-gar- el código de TESTRAM TXRX La MeMor-ia del SisteMa no es utili­ zable, Real izando una 1r-ueba de inea Car-gar- el Código de Pr-ueba de Linea TXRX Tr-ansMi ti r- 100 Codigos de Pr-ueba Esper-ar- a Recibir 100 Codigos CoMparar los códigos r-ecibidos con los codigos transMitidos Obtner el nÚMeX'O de difer-encias existentes Var-i ables Di ff p 2 Existen pr-obleMas en la linea, Car-gar- el Codigo de Autocalibr-aci ón TXRX Esper-ar a ,r-ec1bir- los codigos de Cal Efectuar.una CQMPensac1on coo los codigos CAL p 3 Fig.2.3 TestRAM, Pruebal y Autocalibración cuando se programa al sistema 18 Se preparan los códigos de programación. RECIBIR DATOS DEL SISTEMA Se lee los datos de la sonda. F3. romAOO DE MEMORIA ' , Se 1 iq>ian los datos almacenados . en la memoria del sistema. F4. FINALIZACICN Se termina con este programa. Vuelve a OOS. Fig.2.4 Mensajes automáticos antes de la programación. Hasta el momento el operador ha observado los cambios en la pantalla y las rutinas TESTRAM, PRUEBAL y AlJ'IOCALIBRACION se han estado ejecutando sin que el operador intervenga. Cuando la rutina de Autocali­ bración ha concluído el programa solicita al operador que le suministre la información (I. Esquema Funcional). ... 19 Se preparan los códigos de programación. RECIBIR DATOS DEL SISTBIA Se lee los datos de la sonda. F3. Inm.AOODE~IA Se liq,ian los datos alma.cenados en la maooria del sistema. FINALIZACION Se termina con este programa. Vuelve a OOS. Fig.2.5(a). La Fig. 2. 5(a) muestra la primera información que el programa solicita al operador. El sistema está definido para operar con solamente dos variables, así de esta forma el operador digitará un máximo de 2. Si digita un número mayor a éste o menor a 1 el programa no lo aceptará y continuará en la misma pantalla hasta que digite el dato correcto. En la Fig.2.6 se muestra el flujograma que conlleva la secuencia de la introducción de la información. p 3 SI Real izar- un ar-chivo de los codigos CAL Cuantas var-iables va a i,,edir-: Var-iable a Medir-: !,TEMPERATURA 2,PRESIOH 3,AMBAS Cual elige: Cuanto debe esper-ar- el siste­"'ª antes de inicializar- la toMa de datos Cada cuanto el sisteMa toi,iar-a un nuevo dato p 4 HO COHTER = COHTER+l ; SI ' El sisteMa Analógico ya no es confiable HO SI Fig.2.ó ParaMetros de progt'afflación del siste111a. p 4 El Sistei,,a toi,,ar-a datos: 1. Sii,,ple 2. Pr-oMedio Cual elige:_ Cuantas i,,uestr-as quier-e toi,,ar-:_ Cuan to ti ei,,po piensa dejar, la sonda en el POZO? Cuantas estacio­ nes va a r-eali zar-:_ Mostr-ar- en panta- 11 a un r-esui,ien de las var-iables pr,ogr-ai,,adas que el oper-ador­ ha r-eallzado. NO ; p 5 Variable a medir: 1. TEMPmATURA. 2. PRESION. 3. AMBAS. Cual elige:_ Fig.2.5{b) 21 Se preparan los códigos de programación. RECIBIR DA'IDS DEL SISTIMA Se lee los datos de la sonda. F3. InmAOO DE MBDlIA Se lint>ian los datos almacenados en la memoria del sistana. ------------------- F4. FINALIZACIOO Se termina con este programa. Vuelve a OOS. --------------~ ... . .... :_:_:,: .. :.:_:_: __ :_:_:_:_ :_: __ :_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_: __ :_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_:_: En la Fig.2.5(b) se muestra una ventana donde el progama solicita del operador cual es la variable que va a medir. Para este caso se tiene que digitar un número entre 1 y 3, cualquier otro número causará un piti­ llo indicando que no es válida la opción seleccionada por el operador y nuevamente continua en esta pregunta hasta que se digi te el número esperado por el programa. En la Fig.2.5(a), el operador selecciono el nú­ mero de variables con que va a trabajar, luego si seleccionó 2 variables y solo quiere trabajar con Temperatura o Presión esto causará un error y el programa mostrará en pantalla: Usted ha programado dos variables, siendo necesaria la introducción del número 3. De igual manera si se­ leccionó 1 variable cuasará error que mostrará en pantalla: Solo puede trabajar con una variable, así de esta manera el operador si por algún error digita un dato incorrecto el programa se encargará de avisarle. \ 22 Una vez que el programa ha solicitado cual (es ) s on las variables a medir, continua de acuedo a la secuencia de la Fig.2.6 con el tiempo que debe es perar la sonda antes de iniciar la adquisición de los datos en el pozo, de esta manera en l a Fig.2.5(c) se muestra la ventana para esta información. Puede notarse que el operador está restringido a un tiempo entre 1 a 30 minutos, esto es así, pues los requerimientos que del sistema se exigen, cumplen con este parámetro. El operador puede digitar cualquier número fuera de este rango, pero esto causará dos pitillos por medio del parlante de la computadora que le indican que su dato está fuera del rango establecido y tiene que dar un número dentro del permi­ tido. Cuanto debe esperar el sistema antes de 1n1 cializar la tana de datos:_ Escoja de Se preparan los códigos de programación. i-------------------1 :: :: RECIBIR DATOS DEL SISTEMA Se lee los datos de la sonda. 1------------------1 ... . F3. :ocmwx) DE MBCRIA Se li.q>ian los datos almacenados en la memoria del sistema. . ·-· · i----------------:: :: F4. FINALIZACIOO Se termina con este programa. Vuelve a OOS. :: :_:_:_:_:_: :_: ::_:: :_: :: ::_:: :: ::_::_:; :: :: :: ::_:: :: ::_:_: :_:_:_: ::_:: :: :_:_ Fig.2.5(c). Cada cuanto ti~ el sistema deberá tomar un nuevo dato: .. .. -· Escoja de .... I=============== 23 Se preparan los códigos de programación. RECIBIR DA10S DEL SISTEMA Se lee los datos de la sonda. ··- ·· ------------------- F3. IarnAOO DE MEMCllIA Se liq>ian los datos 'almacenados en la memoria · del sistana.. F4. FINALIZACION Se termina con este programa. Vuelve a IX>S. Fig.2.5(d). Una vez establecido el tiempo de espera para que el sistema tome datos al ser desconectada del computador y llevada al pozo, es necesaria también la información del tiempo que debe tomar entre cada estación. Tal y como se muestra en la Fig.2.5(d), el tiempo está restringido de 3 a 30 minutos. El tiempo de 3 minutos puede parecer lento, pero esto es asi , puesto que la velocidad del transductor de temperatura es tal que hay que esperar aproximadamente 2. 5 minutos para tomar una lectura que sea estable en el transductor. Naturalmente este tiempo puede ser más corto pero no se asegura mediciones confiables. El sistema tODJará 1. SIMPLE • 2. PRCMEDIO Cual elige: __ 24 .. Se preparan los códigos de programación. RECIBIR DATOS DEL SISTEMA Se lee los datos de la sonda. --------------~ .... F3. BOORAOO DE MEM::RIA Se liq,ian los datos almacenados en la memoria del sistana. FINALIZACIOO Se termina con este programa.. Vuelve a OOS. . . .. ~: _:.: _:_: _:_: _:_:_:_: _ :_: _: .:_ :_: _ :_ :_ :_:_ :_: _: .:_ :_: _: _: _ :_:_ :_: __ :, : __ : .: .. :_ : __ :_: _:. : __ : _: _ :_: __ :_: _ :_ : __ :.: _: _: _:_:_ Fig.2-5(e). El sistema de adquisición de datos tiene la versatilidad de reali­ zar una toma simple o promedio de los datos. Esto es, que si se programa para un muestreo simple de datos, dato a dato es almacenado en la memoria del sistema y si es promedio, del total de datos sólo se obtiene uno que luego es almacenado en la memoria. Este último método implica un mejor aprovechamiento de la memoria cuando se está trabajando con una gran can­ tidad de información pero resulta desventajoso por el hecho de que un só­ lo dato no proporciona exactamente el comportamiento del pozo en ese punto . En la fig.2-5(e) el programa solicita esta información. 25 Ya sea que sea llila torna simple o promedio de los datos, el sistema debe tener además el dato del número de muestras que tomará por variable en un punto determinado de l pozo geotérmico. Para ello en la Fig.2-5(f) se muestra la ventana que el programa crea para obtener esa información. El número de muestras esta limitado a un máximo de 10, así que el operador puede seleccionar una cantidad dentro de ese rango, el prog rama no permitirá mayor número de muestras de las establecidas. Se preparan los códigos de programación. RECIBIR DATOS DEL SISTEMA Se lee los datos de la sonda. F3. BORRAOO DE MEMCRIA Se li~ian los datos almacenados en la memoria del sistana. ·· ·· . ·- ·. r-----------------1 FINALIZACION Se termina con este programa. Vuelve a OOS • .._ _____________ __. :. : ._._ ·; _.: -. _. _ · .. _._. _ · .. _.: _.; _ ·: -·: _ ... _._. _ ._._.: _ ... -. : _ ... _._._._._. _._._. _ ... _ · .. _ ... _ ... _. ;_·.--·: Fig.2.S(f). 26 El programa presenta además la cantidad exacta de datos que puede tomar en un determinado tiempo de trabajo, esto lo realiza de acuerdo a los parámetros anteriores que se ha establecido. Como se aprecia en la Fig.2.S(g) el programa solicita del operador el tiempo en horas y minutos a continuación de ello se le presenta en pantalla cuantos datos de cada variable podrá tomar y el número de estaciones que podrá ejecutar. Con esta información el operador tendrá a su mano la cantidad de paradas que la sonda puede ejecutar dentro del pozo para . una determinada cantidad de datos. Se establece además que el operador pueda manejar mayor cantidad de datos, tan solo modificando los primeros parámetros de información o aumentando el tiempo en que permanecerá la sonda en el pozo. Cuanto ti~ piensa dejar la sonda en el pozo: HCEAS =2 1 ~~~~;~= :: t~::;:,:~- 1 ted puede tomar: 250 datos de tenperatura 250 datos de presión Total : 500 datos Y un total de estaciones de: 50 Si desea obtener más datos se le recomienda al.Dlelltar el ti~ que permanecerá la sonda en el pozo. Se preparan los códigos de programación. t----------------1 ·· .. F2. RECIBIR DA'IOS DEL SISTEMA Se lee los datos de la sonda. F3. BCERA.00 DE :MEJdCE.IA Se li.n(>ian los datos almacenados en la maooria del sistema. F4. FINALIZA.CION Se termina con este programa. Vuelve a 00S. Fig.2.5(g). Cuanto tieq><> piensa dejar sonda en el pozo: HOOAS =2 MINUTOS =30 Con los datos que ha programado y con este tieq:>o de trabajo,us- Cuantas estaciones realizará: Total : 500 datos 27 Y un total de estaciones de: 50 Si desea obtener más datos se le recomienda aumentar el tieq><> que permanecerá la sonda en el pozo. Se preparan los códigos de programación. RECIBIR DATOS DEL SISTEMA Se lee los datos de la sonda. F3. InmAOO DE MEMCRIA Se limpian los datos almacenados en la memoria del sistema. F4. FINALIZACION Se termina con este programa. Vuelve a OOS. Fig.2.5(h). La Fig.2.5(h) nos muestrá que el programa solicita el nfunero de estaciones que se van a realizar dentro del pozo, como ejemplo el máximo que se permite es de 50, si el operador solicita más de esta cantidad el . programa simplemente lo invalidrá hasta encontrar W1a cantidad permitida dentro del rango. Así, de esta manera, el proceso de programación de los datos necesarios para que la sonda trabaje ha concluído, solo basta para que sean enviados a ella y verificados para estar seguro de la información grabada en la memoria del sistema. A continuación el programa realiza un resumen de todos los paráme­ tros que el operador ha realizado (Fig.2.5(i)). Variable a medir: TFMPERATIJRA PRESION Tiempo antes de enpezar:10 min Tienpo entre adquisición:5 min El sistema tomará datos:SIMPLE La cantida de muestras es:5 Total de estaciones es: 35 Total de datos a tomar: 350 28 Se preparan los códigos de programación. RECIBIR DATOS DEL SISTEMA Se lee los datos de la sonda. F3. BOORAOO DE MEMORIA Se lil1')ian los datos almacenados en la memoria del sistema. F4. FINALIZACIQ~ Se termina con programa. Vuelve a Fig.2.S(i). En este momento el operador tiene la ventaja de recordar cada uno de los pasos que realizó anteriormente y con la oportunidad de modificar algunas de ellas si es que asi lo desea. El programa pregunta si quiere realizar modificaciones, para ello bastará oprimir la tecla~ e inmedia­ tamente vifurcará a la Fig. 2. S(b), y cambiará ya sea algunos de los parámetros o totalmente iniciará una nueva programación. El programa no ofrece la posibilidad de modificar solamente un dato, sino más bien de modificar todos, por tanto tenga presente esto si quiere modificar la programación. Si está satisfecho con la programación realizada, entonces es el momento de transmitir cada uno de esos datos que se ven en la pantalla a la sonda, esto se ejecutará inmediatamente si presiona la tecla Ji, pravo- cando que se real ize la secuencia como se muestra en la fig. 2 .. 7. p 5 Se estan tr-an~Mitiendo los datos de pr-ogl"aMacion, VERIFICANDO Hostl"al" en pantalla . un r-esui,ien de las val"iables pl"09'l"aMadas y los cod1gos ali,ia­ cenados en la MeMor-ia del sisteMa ·SI Cr-eal' un al'chi vo de los datos de pr-ogN.Macion NO Tr-ansMitiendo nuevaMente los datos de pr-o gl"aMac ion Fig.2.7 TranS111isiÓn y Verificación de los datos en la sonda. \ 30 Se preparan los códigos de programación. t----------------1 :: :: RECIBIR DATOS DEL SISTFMA Se lee los datos de la sonda~ F3. BaIBAOO DE MEMOO.IA Se liq>ian los datos almacenados en la memoria del sistema. F4. FINALIZACION Se termina con este programa. Vuelve a OOS • .__ ____________ _____, .. .. :/:::}:\:=:::=:::=:::}:::::=:::=:/:::=:::=:::=:::=:::=:::=:::=:::=:::}:=:::=:::::::=:::=:::=:::=:::::::: Fig.2.5{j). Se preparan los códigos de programación. RECIBIR DATOS DEL SISTEMA Se lee los datos de la sonda. F3. InmAOO DE MEMCRIA Se liJit)ian los datos almacenados en la memoria del sistema. r----------------1 .... FINALIZACIOO Se termina con este programa. Vuelve a OOS. Fig.2.5(k). . ·- ·· 31 Cuando el programa ha realizado la transmisión de los datos, éste además ejecuta otra ru1 ina automáticamente que se 1 l éilllo. Verificación, que tiene como objetivo leer los datos que se acaban de enviar a la sonda. El mensaje como se muestra en la Fig.2.S(k) se encuentra parpadeando hasta que finalize de recibir los datos de programación de la sonda. El operador no oprimirá alguna tecla hasta el momento, cualquier tecla que oprima será almacenada en el buffer 'j' ejecutada después de final :izar las rutinas anteriores. Al finalizar la rutina de verificación, el operador verá en pantalla un resumen de los datos programados y los datos de la sonda (Veáse Fig.2.5(1)). Datos programados Variable a medir: TEMPffi.A.'ruRA PRES I 0N. Tiaq:>e> antes de·eupezar :10 min Tiempo entre adquisición: 5 min El ~istema tomará datos :SIMPLE Total de muestras a tomar: 5 Total de estaciones son: 35 Total de datos a tomar :350 SISTEMA Se lee los datos de Variable a medir: TBIPmATURA PRES ION Tiaq:>e> antes de empezar :lOmin Tieq,o entre adquisición:5 min El sistema tomará datos :SIMPLE Total de DRJ.estras a tomar: 5 Total de estaciones son: 35 Total de datos a tomar: 350 · Fig.2.5(1). • 32 El resumen de la Fig.2.5(1) le indicará al operador que realmente los datos que programó se encuentran almacenados en el si stema(Hardware). Además si existe alguna disparidad de los datos programados y los datos en la sonda se podrá transmitir nuevamente los datos de programación para confirmar la igualdad en ellos, para ello en la parte inferior del recua­ dro se muestra el mensaje si está satisfecho con los datos recibidos. Al oprimir la tecla N se visualizará en pantalla la Fig.2.S(m) y con ello se tendrá que esperar hasta que termine la rutina de retransmisión. Datos programados Variable a medir: TEMPERATURA PRES ION. SISTEMA Se lee los datos de Variable a medir: TFMPFJU.TURA PRESION Tieupo antes I lde enpezar :lOmin Ti~ entre 'IBANSMITIENOO NUEVAMENTE LOS adquisición:5 min El sistema to · DA'IDS DE ~CION. mará datos :SIMPLE Total de mues'------------------'tras a tomar: 5 Total de estaciones son: 35 Total de estaciones son: 35 Total de datos a tomar :350 Total de datos a tomar: 350 Fig.2.5(m). 33 Si el operador está satisfecho con los datos recibidos, al oprimir la tecla~ retornará a] menu principal de la Fig.2.2. r:n este momento se recomienda que el operador borre la memoria del sistema que está des-tinada para datos, para el lo se oprime F3 y verá en pantalla el mensaje como se muestra en la Fig.2.5(n). Se preparan los códigos de programación. RECIBIR DATOS DEL SISTEMA Se lee los datos de la sonda. F3. BORRAOO DE MEMORIA Se limpian los datos almacenados en la memoria del sistema. FINALIZACION Se termina con este programa. Vuelve a OOS. Fig.2.5{n). Fig.2.5 (a) Inicialización de la programación. (b) Selección de la variable a medir • (e) y (d) Ventana de programación de tiempo. (e) Selección de la tema de datos. ( f) Preparar la cantidad de muestras • (g) Cálculo de la cantidad de datos a temar. (h) Selección del número de estaciones. (i) RestDDen de las variables de programación. (j) Transmisión de datos de programación. (k) Verificación. (1) Resumen de los datos programados y datos sonda. (m) Ventana de retransmisión de datos de programación. (n) Selección de borrado de datos del sistema (F3). ,..34 2.3 Rutina de lectura y presentación de datos. Cna vez que el sistema ha sido programado para operar dentro del pozo y se extrajo de éste, es el momento de recopilar toda la informa­ ción que obtuvo durante si trabajo. De esta manera en esta sección se explican cada una de las opciones que presenta este programa de lectura y presentación de los resultados en el computador. La secuencia de como trabaja este programa se muestra en la Fig.2.8, en donde a través de un flujograma se presentan cada una de las opciones que el operador tendrá a su disposición. Para accesar a esta rutina . de lectura hay que real izarlo por medio del menú principal presentado en la Fig.2.2, para ello se oprimirá la tecla de función F2, luego después se presenta en pantalla el mensaje mostrado en la Fig.2.9(a)., en e'(Ste momento el programa espera a que el operador conecta - la sonda al puerto serie del computador para inicial-izar .la transferencia de datos.Una vez que el operador haya conectado la sonda tendrá que oprimir < cuando este listo pax-a hacer la tx-ansfex-encia SI Recibiendo los datos del SisteMa Enviar Codigo de Recepcion TXRX R 1 NO R 1 Recibix- todos los datos alMace­ nados en la sonda Co1o1pax-ar los dato de la sonda con el ax-chivo de . los datos de px-ogx-aMacion SI En que unidades de teMpex-atux-a Ya a t>!'abajax- R 2 NO .. R 2 En que unidades de px-esion tx-a.bajax-a: HENU 1. Tabla • 2. Convex-s ion. 3. Listar. 4. Hacex- • 5. Sal ix- Existen px-obleMas en la linea 1 r------------_J 2, 3. 4. 5. TeMperatura VRS TieMPO TeMperatura VRS Profundidad Presion VRS TieMpo Pres1on VRS Profundidad TeMperatura VRS Presion Realizar un caMbio de las unidades fisicas Muestra en pantalla el directorio ~e los archivos alMacenados en el disco de trabaJo Realiza un archivo de los datos alMacenados en MeMoria con las unidades actuales de las variables, Sale de e$t~ progra.r1a y regresa al MENU principal Fig.2.8 Nenu de Lectura de datos y presentación en pantalla. 36 Fig.2.9(a). Cuando el usuario oprime ENTER, se inicial iza la rutina de petición de datos en la sonda, para ello se presenta en pantalla el mensaje de la Fig.2.9(b), mensaje que estará parpadeando mientras realiza la tarea de leer cada uno de los datos 4el sistema de adqusición de datos. El programa se .encarga primero de recibir los datos con que se pro­ gramó al sistema, éstos datos los compar8:rá con un archivo que fue real i­ zado en la sección de programación para verificar exactamente que la sonda ha pasado por su proceso de recolección de información. Si existe diferencias entre los datos recibidos y los datos que fueron almacenados anteriormente en un archivo, el programa le presentará al usuario cual - quiera de dos alternativas: El sistema no ha sido programado, por tanto lo$ datos que se reciben son simplemente basura del sistema y el usuario retornará al menú principal. 37 Fig.2.9(b). Cuando la rutina de recepción de datos haya crnnpletado su tarea, comienza a moni torear cada uno de los datos de programación para establecerle al usuario cuales son las unidades físicas con que se va a trabjar, de ello se presenta en la Fig.2.9(c) y (d) las unides con que se pueden trabajar ya sea la presión o la temperatura. Estas ventanas no siempre se presentarán al operador, sino que serán válidas si solamente han sido programadas previamente, esto es, que si solo se programó para tomar datos de temperatura la Fig.2.9(d) no se visualizará en pantaUa. En la f ig. 2. 9( c) el programa espera reconocer con que variable física de temperatura el usuario desea trabajar. El programa solamente esperará algunos de los nínneros 1 ó 2 para continuar con su ejecución y cualquier otra selección del parte del usuario será invalidada. 1 38 Fig.2~. 9(c). Fig.2. 9(d). 39 Cuando se haya finalizado de preparar las unidades físicas con que va a trabajar las variables , corresponde el prog-rama a presentar el menú donde se mostrará en pantalla una serie de opciones que el usuario pueda ejecutar para interpretar los resultados. En la Fig.2.9(e) se presenta un menú que contiene las siguientes opciones: Tabla: tiene como objetivo realizar una tabla de datos en función del tiempo o la profundidad. Conversión: real iza un cambio en las unidades en que se está •. trabajando. Listado: presenta en pantalla cada uno de los archivos de trabajo almacenados en el disco. (Torna por omisión la unidad A) Hacer: graba en el disco la informadón residente en memoria , asig­ nándole un nombre para que después pueda ser llamado en otra oportunidad. Salir: concluye con la ejecución del programa de lectura de datos. "===Tabl~===Conversión=====Listado== ==Hacer=====Sali Como va a realizar la tabulación: Temperatura VRS Tiempo Temperatura VRS Profundidad Presión VRS Tiempo Presión VRS Profundidad Temperatura VRS Presión Fig.2.9(e). .. 40 "'===Tabl ====Convers i ón====Li s t adn====~Hacer====Sal i 1 Como va a realizar la tabulación: Hora a que se' Temperatura Temperatura VRS Tiempo Temperatura VRS Profundidad tomo el dato ºC Presión VRS Tiempo Presión VRS Profundidad Tell()eratura VRS · Presión 9:45:35 :45:38 :45:41 :45:44 :45:47 9:50:28 :50:31 :50:34 :50:37 :50:40 9:55:04 :55:07 :55:10 :55:13 :55:16 89.23 90.55 95.67 98.05 99.45 104.78 106.21 106.78 108.44 109.38 111.09 112.47 113. 05 115.86 116 .oo PRESIO:t\"E ALGlT:\A TECL.\ PARA COXTINCAR Fi_g.2.9(f). Fig.2.9 (a) Inicialización de lectura de los datos en la sonda. (b) Recibiendo los datos de la sonda. (e) Unidades para teoperatura. (d) Unidades para presión. (e) Menú del programa de rececpc1on. (f) Tabla de Tell{>eratura VRS •Ti~. Inicialmente el programa se ubica en TABLA y el usuario para acce­ sar a alguna de las opciones debe oprimir la tecla que se mirá más repin.:.. tada en la pantalla. Como ejemplo se ilustra en la Fig.2.9(f) cuando el operador oprime la tecla I, correspondiente a una tabla de Temperatura VRS Tiempo. En este momento se visualizan cada uno de los datos que la sonda tomó mientras estaba en el pozo y a la hora que realizó las mues­ tras. Si la cantidad de datos es tal que no se pueden mostrar todas de una vez en el cuadro de la Fig.2.9(f) se muestra en la parte inferior del recuadro, ; el mensaje: PRESIONE ALGUNA TECLA PARA C01\1THRJAR. Cuando se 1 haya finalizado de mostrar los datos correspondientes, el usuario podrá 41 seleccionar alguna otra opción que se presenta en TABLA o las restantes funciones del menú. Puede posicionarse en cualquier sección de 1 a pan tal la para el menú con las teclas de cursor -+ ... l ! . 2.4 Direccionamiento del puerto serie de la PC . . Todas las XT/PC y AT/PS de hoy día, cuentan en su configuración de hardware con un IC de 40: pines (8250) conocido como Cniversal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART), encargado de la transferencia de datos paralelos del microprocesador a datos serie con el mundo exterior. Este puerto debe ser progrrunado por medio de cierto códigos a unas direcciones específicas; para el caso, se muestra a continuación la inicialización del puerto serie (CCMl) en Turbo Basic: 10 OL'T &H3FB,&H80 20 OUT &H3F9,0 30 OL'T &H3F8,&H60 40 Ol'T &H3FB,&H1F 50 Ol.'T &H3F9, O 60 Ol'T &H3FB,3 Para que la UART sea inicializado, 4 pasos son i~rtantes: a. Estblecer el bit rate. b. Definir el formato de la palabra (especificar paridad, número de stops bits y longitud del caracter). c. Enmascarar todas las interrupciones de comunicación. d. Habilitar las líneas DTR y RTS. De acuerdo al ejemplo, en la línea 10 el octavo bit del registro 3FB es ajustado a 1 para preparar el bit -rate de la comunicación, de las 1 íneas 20 y 30 se carga en los registros 3F9 ;y 3F8 el número di visor para 42 la ecuación: bit rate = 1,843,200 -;- (16*divisor) bps . El divisor lo conforman dos bytes en donde para 3F9 se localiza el MSB y en 3F8 el LSB, para el ejemplo el número es 0060H; luego el bit rate = 1200 bps, que es una de las velocidades estándar en comunicaciones. A continuación en la 1 ínea 40 se prepara el formato de la palabra ( registro 3FB) con 8 bits de datos, 2 stops bits y paridad par. En la línea 50 las interrupciones son habilitadas y fjnalmente en la línea 60 las señales bTR y RTS son activas, preparando así lso buffers para Transmitir y/o Recibir, de esta manera, con todas las instrucciones anteriores ya se ha preparado el puerto serie RS-232 de la PC para la comunicación con el exterior. Ya sea, que se quiera transmitir/recibir, es le registro 3F8 que se logra esto, y las instrucciones que lo permiten son: OL'T &H3FC, 2 OL'T &H3F8,DATO OUT &H3FC,1 Z=INP(&H3F8) PRCGRA.;VIA ca.1O TR.Ai'\SMI SOR ENVIA L'N DATO m~ocroo PRffiRAi\1A cx:.MO RECEPTOR CARGA A Z EL DATO RECIBIOO Tabla 1.1 Problemas de TransMision y Soluciones. 1 P~OBLEl1A 11 EXPLICACION 11 SOLUCION 1 I. El coMputador Cuando se realizaba las Se dinensionaron vectores se quedaba Pruebas de TransMision de acuerdo a la cantid;id bloqueado. y Recepcion de Mas de de datos que se uti I iz¡m. 12 datos I I. Se perdia Al transMitir o recibir Para resolver el caso que la informa- algunos datos no eran un dato le caia a otr~, cion. los esperados, algunos que era proble111a de sincro- presentaban errores coMo: nisMo, se utilizaron las Paridad, estructura y banderas del puerto dato que le caia para asegurarse cuando el enciMa a otro dato, buffer estaba listo para este ulti1110 conocido trans111itir o recibir un COIIIO Ouerrun. nuevo dato. Para 111ejorar las condi- cienes de transJllision y l"ecepc ion y tener datos correctos, se traT1S111ite el 111iStr10 dato 10 veces y se recihe tall'lbien 10 veces y luego es pasado todos los datos a una rutina la se encargaría de buscar en' grupos de diez, cual es el dato que aas se repite, y ese dato sera el valido. CAPITULO 3 HARDWARE DEL SISTEMA. 44 3.1 Diseño del circuito del prototipo experimental En esta sección se describirá en ensación y ajustes; Y pueden proveer una salida en forma digital. u "' "' e: ---e: 100 50 10 5 0.5 0. 1 0.05 0.01 0.005 0.001 0.0005 0.0001 -50 o 1 _ L -1-------+---- ·- ·· ----- - - - --+----< 1 1 1 1 j _ 1 1 1 1 ¡ . 1 . J 1 1 1 1 II 100 200 300 Temperature ('' C) (a) 5 4 3 u •. o ér: ----a: 2 --- . / o j I I I I I j 1 / ... N. 7 / 1/ / ' , V' ./ I I V V . . . V - ·-· -- ) t/ . - - - · " -- -- ·-- Thermistor ' ·, \... o 200 400 600 80C Temperature (" C) (b) ------·- --···- --···- ···. - · · . . ·-----·-·---- - . - ···- _______________ .,_ ____ _ Fig.3.3 Curva caracteristica de los Termistores . R vrs. T Fig.3.4 Diagrama de conexiones para el trasmisor y receptor . Transmitter Input resisto r 4 to 20 mA d.c . 250 D. Receiver Fig . 11 Wiring connection for transmitter. receiver and power supply ---------------~--------------··· ·· . -· . Power supply Power supply 58 Balance adjustment Pressure Transducer ---·-·--··- --- ----· ----- ·- ~ig.3.5 Puente de impedancias para un transductor de presion capacitivo. Para finalizar lo que al transmisor se refiere resta únicamente por decir que ha sido ajustado para medir de O a 350n:mHg con respecto a la presión atmosférica local (lado de baja presión al aire) y para obtener una salida de voltaje se conectará una resistencia de 10Q y el voltaje de salida serán entonces de 40 a 200mV. 3.1.2-2 Circuito de la sección analógica Esta sección se divide en 5 y a continm,tción se explican la operación de cada una: a) Acondicionamiento de la señal de temperatura (Fig.3.6) Por medio de una fuente de corriente constante, las variaciones de resistencia del termistor son convertidas a una señal de voltaje (V1) y esta señal es 1 amplificada por el Amp1. La señal V2 es un vol taje constante y su valor es igual al que toma V1 cuando la temperatura es OºC, de esta manera ajustando adecuada- mente V2 se consigue que V3 tome el valor de cero voltios. El control RV en la Fig­ .3. 6 representa el ajuste de ganancia del Ampl. 59 ,.. V3 mu 11: i.pl •xox: v:, Fig.3.6 Circuito de acondicionamiento de la señal de temperatura. b) Acondionamiento de .la señal de presión (Fig.3.7) VI Q.-ct• vs Fig.3.7 Circuito de acondicionamiento de la señal de presión. El diagrama es parecido al de temperatura, pero la diferencia básica está a la entrada en donde la variable no es la resis­ tencia sino la corriente lp, ésta es la señal de salida proporcionada por el transmisor de presión diferencial. El buffer aisla etapas para no cargar la caída en R, siendo V4 la señal de vol taje útil a amplificar por medio de Amp2, que posee para este caso una ganancia constante y al igual que el Ampl para t~eratura funciona como restador, porque la señal V5 tiene la función : de anular el voltaje de salida V6 cuando la presión sea cero, cuando esto ocurra la corriente Ip 60 tendrá cierto valor que provocará caída en R y un cierto valor de V4 que deberá ser entonces igual a V5. c) Sección de voltajes de referencia (Fig.3.8) Los voltajes se obtienen creando una red divisora de tensión a partir de un vol taje constante y muy estable V7, -luego a t.i-a­ vés de las líneas de se- lección se hace que el v, .... ■,JJ. l. aaff•r •• .t.l nlt.ipl•s.•s: ;Li••·· 4"' ••l.-oeioa vol taje de sal ida V8 tome el valor de cualquiera de los voltajes creados a Fig.3.8 Esquema de la seccion de los voltajes de refe~encia. partir del divisor de tensión. Finalmente el buffer nuevamente aisla a los vol tajes de referencia para que no se alteren por la carga del amplificador de salida. d) Sección de nivel de la batería. No es más que un di visor de tensión que proporciona un vol taje pequeño que pueda ser aplicado al ~lificador de salida común del circuito y que además represente el nivel de la batería. e) Sección del amplificador común de salida. Al extremo -común del multiplexor principal se encuentra el ~lificador de salida, el cual proporciona la mayor amplificación a cada una de las señales del sistema y los lleva al rango de voltaje en que puedan ser convertidas a código digital por el AOC. 61 3.1.2-3 Proceso de diseño del circuito en su sistema analógico. a) Corrección del voltaje offset Debido al error prodicido por los voltajes offset en los circuitos opera­ cionales de las diferentes etapas del circuitose optó por usar la red de corrección de offset de la Fig.3.9 en los operacionales IC33, IC35, IC37 e IC38 de las Fig.3.15 y 3.16 2.:1. V:I.~ ------n...r,.,r------1 vo •V--~ R3..//R:f': -v--- Fig 3.9 Red de corrección de offset en un amplificador inversor. b) ~lificador común La ganancia de este· ~lificador para ser empleado por igual por las distintas señales se tomó con ganancia de -16.6 producto de: G = -Rf/Ri = -lOOK/5.lK = -19.6 c) Acondicionamiento de la señal de t~eratura (Fig.3.6 y 3.15) El IC42 proporciona un vol taje constante de +2.5V que aplicado a la resistencia de precisión de 15K proporciona la corriente constante de: I = 2.5 / 15K = 166.66µA La resistencia del termistor a OºC es de: 6750Q Por lo que para que V3 sea OV, V2 debe valor: 62 V2 = R(OºC)*I = 6750 * 166.66 = 1.125V El potenciómetro de precisión RV6 es el encargado de que se logre este valor, por lo que viene a ser el ajuste de cero de temperatura. Para conocer la ganancia necesaria para Ampl se procede así: La resistencia del termistor a 150°C es aproximadamente 50Q entonces: Vl = -IR{1SO 'C) = 166.66µA * 50Q = -8.33mV si t= 150º, Vi1¾ADC) = 5V, entonces V3 = 5V/~ut = 5V/-19.6 = -255mV Ecuación del Ampl: V3 = G(Alpl) [V2+V1] G(Alpl) = V3/(V2+V1) = -255mV/1.125-8.33mV = -0.228 ~Aapl) = -0. 228 si la Ri del Ampl valen 10K, Rf debe ser aproximadamentJ = 2. 28K, ajustando RV4 se ajustará entonces la ganancia del Ampl. La ecución general de la sección de acondicionamiento de la señal de temperatura es: Vl = -I~t') V3 = G(Aapl) * [V2 + Vl] Vo = Gout V3 Vo = Grot,[V2-I~t')] Vo = 4.48 [1.125 - (166.66itl¾t'))] d) Acondicionamiento de señal de presión (Fig.3.7 y 3.15) lpmin = 4mA (Presión = Ormilg) I¡:eax = 20mA (Presión = 350ouiig) R = 10Q (R63) V4min = 40mV V4max = 200inV " 63 .. Para que V6 sea cero voltios, cuando V4 sea mínimo, V5 debe valer -40mV, para ello se vale de IC43=2.5V constantes y con RV7 se logra el valor de V5 deseado, siendo RV7 el ajuste de cero de presión. La ganancia necesaria para el Amp2 es: VG(aax) = 5V/-19.6 = -255mV VG(aax) = G(Alp2) (V4 + V5 )m G(Aap2) = VG(aax)/V4aax + V5 , V5 = -40mV G(Aapi) = -255mV/(200mv - 40mV) = -1.594 En este caso se optó por usar ganancia de 1.5 con resistencia fijas de 15:KQ y 10:KQ para evitar ajustes y aunque de esta manera no se ocupe todo el rango de entrada del convertidor, la linealidad de la variable de entrada y la gran resolución del ADC E)ermi ten que la precisión no se vuelva inaceptable. Ecuación de transferencia de la sección de acondicionamiento de la señal de presión: Vo = ~otal (V4 + V5) V4 = Rlp, lp=4mA +KP Vo = 29.4 [10"2(4+0.0457P)-4*10-2] P [=] DIIiig Vo = 0.01343P P[=] DDiig K = 0.0457mA/nnilg e) Sección de voltajes de referencia (Fig.3.16) En este caso se ajusta RV9 para que cuando se accese el vol taje de referencia de mayor valor a la salida de V8 se obtenga -0.255V que es la máxima escala en esta etapa. El resto de la red divisora está c~uesta por 8 resistencias de precisión y de valor idéntico, los voltajes de re­ ferencia se obtendrán en pasos de -31.9mV desde O hasta -255mV. f) Nivel de la bateria. Se seleccionó el di visor de tensión para obtener un voltaje de ; sal ida ¡ Vo=2.21V cuando el voltaje de la bateria este correcto, y que conforme 64 este vaya bajando a Vo le sucederá lo mismo y el sistema podrá detectar­ lo. 3.1.2-4 Proceso de calibración 1. Colocando a tierra la entrada de cada amplificador se ajusta el offset a fin de reducirlo a lo menos posible. 2. Calibración de voltaje de referencia ajustando RV9. 3. Calibración parte de temperatura: a) ajuste a cero para cero grados centígrados se ajusta RV6 de modo que Vosea cero. b) ajuste de ganancia. Para un valor conocido de la resistencia del termistor se ajusta RV4 a fin de obtener a la salida Vo el valor esperado que fue obtenido por medio de la ecuación de transferencia del sistema. 4. Calibración parte de presión: a) ajuste a cero: para diferencia de presión de cero (Ip=4mA) se ajusta RV7 para que Vo se igual a cero. 5. Haciendo uso de la computadora y con todo el sistema funcionan­ dose comprueba la exactitud de las ecuaciones de transferencia, sobre todo en el caso de temperatura en donde, además de la ecuación obtenida en la etapa de diseño interviene la ecuación de transferencia T vrs R del termistor. El proceso es si~lemente hacer trabajar al sistema tomando distintos datos de presión y t~eratura y confrontarlos con las lecturas de presión y temperatura para cada caso tomados con medidores confiables y dependiendo de los resultados se debiere hacer un nuevo ajusta en el hardware o modificar la ecuación de transferencia en el software, sobre todo hay que recordar que la lineal ización lo hace a través de la ecuación de transferencia del transductor. Tabla 3.3 ProhleMas y Soluciones PROBLEl1AS EXPLICACION SOLUCIONES Producia alteracion en lfflpleMentar las redes a. Offset, el COfllportaJ11iento del de cofflpensacion a Sistema. Los resultados todos los de la etapa analogica operacionales. no eran los esperados. h. Ruido. De este existieron dos Tanto en las lineas de tipos: la del propio alirwntacion corw en circuito y el otro de los pines de los ruidos parasitos que operacionales se colocaron se introducian al capacitares, El valor sisteffla. de estos fueron del orden los ~icrofaradios para las 1 i neas de alinentacion y de 0.1 y 0.01 en los operacionales c, Lineas de Dependiendo de la distancia Para reducir los errores tierra. y debido a la caida en de este tipo, fue ellas(breadboard), pro- crear el ~yor null!8?'0 ducia diferencias de de pasos posibles entre potencial que introducía lineas de tierra para error entre etapas cuando reducir las caidas se trabajaha con pequenas de potencia l. senales, e inclusive en un l!lmltfflto el rwltiplexor de los voltajes de refe- rencia no interpretaba el nivel logico cero. •• 150 +';V •• 101( ~ C4 :::!1: Cl :::r:: .. , 0 ,1 u, u... 1 S1 µ_ j ~ µ_ IC1 8284 vcc CSYMC = S//; ~NO RDYl PCLK ~-"-• ____ ___, ::; ::} ~¡,i¡_ = Lz. RDY2 li,::'__ +';V .. READY ~-"-e ______ ,¡,..;,:~ RESE:1 !''"'-"------._..~ CLK ~-"-•-------"2.1 X2 !'-""------~ . ,. * .... v • ._ ____ x_1~u... --J~B1-- •• Sl.0 1Spf" 1 .. . 218 lK RS RUM~ STEP l _Ji_ 1 0 IC13 .... V_...ll vcc 74 L5 ~ 1CLft cu -- 74 ~, 0,1 u, ..i..: 10 ...z_.; eHO ... V NHZ Rl 510 :::~ C2 .;v O. luF" IC12 74L500 ~~ -L LJ.:¡: L.ui ~ UJ. -2li vcc ?onl--"•------~ IC23 -(4 L=:i 390 2 1 8 1 .. ¡ .Je,- e:: G +';V