Circuitos de transmisión y recepción.
Se realiza el diagrama esquemático de los circuitos completos tanto transmisor y receptor.
Fig. III.5.2.- Diagrama esquemático para el circuito de receptor con actuadores.
.Los circuitos de aplicación se muestran en la figura III.5.1 y en la figura III.5.2. Todos los valores empleados en estos circuitos son recomendados por el fabricante, los cuales resultan ser adecuados para un correcto funcionamiento.
Fig. III.5.3.- Diagrama esquemático para el módulo de transmisión RCT-433-AS.
Fig. III.5.4.- Diagrama esquemático para el módulo de recepción RCT-433-AS.
El diagrama de circuitos así como el diseño de los mismos, para la tablilla fenólica se realizó en el programa PCB Wizard.
Fig. III.5.5.- Diagrama para el circuito impreso del acelerómetro.
Fig. III.5.7.- Diagrama para el circuito impreso del receptor.
Construcción del Transmisor.
Fig. III.5.9. Caja con fuente de alimentación para el transmisor.
Fig. III.5.12. Transmisor.
Construcción del vehículo (circuito receptor).
Para la construcción del vehículo se utilizo el chasis de un juguete que ya se tenía. El juego de engranes para el movimiento adelante/atrás y derecha/izquierda está representado por la siguiente imagen.
Fig. III.5.14. Chasis del Vehículo.
Fig. III.5.16. Vehículo con circuito receptor y antena.
Pruebas de laboratorio
Se realizaron las siguientes pruebas de laboratorio.
Prueba 1.- Comprobación circuitería de las placas transmisión y recepción.
Parte 1a. Circuitería del microcontrolador.
Se programó el ATmega8 con una secuencia de salida en el puerto B, y con una punta de prueba se comprobó que realmente se tuviera la misma secuencia. Dado que se obtuvo la secuencia deseada en el puerto B, concluimos que la placa del circuito esta bien realizada.
#include <avr/io.h> //Librer“as de entrada y salida e interrupciones #include <avr/interrupt.h>
void config_io(void) {
DDRB=0xFF; //Configuración de puerto b como Salida }
void retardo(void) {
int16_t i; //Define entero de 16 bits
for(i=0;i<6000;i++); //Tiempo de retardo de aproximadamente 1 segundo }
void secuencia1(void) //Secuencia de corrimiento en los primeros 4 pines del puerto b { PORTB=0x01; retardo(); PORTB=0x02; retardo(); PORTB=0x04; retardo(); PORTB=0x08; retardo();
}
int main(void) //Función principal {
config_io(); //Llamada a función config_io
sei(); //Habilitación de interrupciones generales while(1)
{
secuencia1(); //Llamada a secuencia1 }
}
Programa 1a. Secuencia en el puerto B, para el microcontrolador
Parte 1b. Circuitería del transmisión/recepción.
Para poder comprobar que las placas funcionan correctamente, se realizo el programa 1, para el microcontrolador que transmite un “1” constante.
Como en la recepción se obtuvo este 1 constante, se demuestra que las placas funcionan apropiadamente.
#include<avr/io.h> // Llamada a librer“as
#include<avr/interrupt.h>
uint8_t data=0; //Declaración de variable data de 8 bits void init_USART(void) //Función inicio de registros de USART
{
UBRRL=51; //4800 baudios de velocidad de transmisión UCSRA=0; //Registro UCSRA = 0
UCSRB=0b01001000; //Habilitar interrupcion por Tx Completa // Habilitar transmisor
UCSRC=0b10110110; //Frame de 8 bits de datos, Modo as“ncrono //Paridad impar, 1 bit de parada
void TX_USART(void) //Función de transmisión {
UDR=0b11110101; //Enviar byte de encendido y dirección
loop_until_bit_is_set(UCSRA,UDRE); //Enviar hasta que no existan bits //en el registro UDRE }
ISR(SIG_UART_TRANS) //Vector de interrupción por env“o completado {
data = 0b11001100; //Valor de dato a enviar
UDR=data; //Enviar data
loop_until_bit_is_set(UCSRA,UDRE); //Enviar hasta que no existan bits en el registro UDRE
}
int main (void) //Función principal
{
while(1) //Realizar Infinitamente {
sei(); //Activación de interrupciones generales init_USART(); //Llamada a función init_USART TX_USART(); //Llamada a función TX_USART
} }
Programa 1b. Para transmitir un 1 constante.
Transmisión de datos:
Los problemas que se tuvieron con respecto a la transmisión de datos fue que en primera instancia, no se colocaron los pulsos de sincronía para el receptor y esto genero que no hubiera comunicación.
En segundo lugar la instrucción donde se coloca la variable de salida al registro ADCH, tomaba el valor de cero, y no se obtenía el valor que contenía ese
registro para poder ser transmitida, es por esto que un principio no se transmitía nada.
El último problema que se tuvo fue que los cables que están conectados entre el acelerómetro y el circuito transmisor se desoldaron por el movimiento brusco en la muñeca, lo que no generaba señales de entrada para el convertidor ADC del microcontrolador.
Recepción de datos:
Uno de los problemas que surgieron en esta etapa fue en el circuito de potencia para los actuadores, dado que los pulsos de activación para el circuito integrado L293 fueron erróneos (de 9Volts en vez de 5 Volts) y no generaba señales de salida.
El presente capítulo justifica los costos de diseño y construcción del prototipo de interpretación del movimiento humano para su aplicación en fisioterapias de rehabilitación para su venta.
Se consideran precios aproximados en pesos mexicanos y dólares norteamericanos con una tasa de cambio a la venta de $ 13.03 MXN al día jueves 19 de noviembre de 2009.
Presupuesto estimado para el diseño y elaboración del prototipo de interpretación del movimiento humano y venta.
Cantidad Descripción Precio (MXN) Precio (USD)
2 Salario a estudiantes de ingeniería en comunicaciones y electrónica (6 meses)
40000.00 3069.83
1 Prototipo de interpretación del movimiento humano 956.20 73.38
6 Pago de Servicios (Luz, agua, teléfono, internet) 16080.00 1234.07
1 Pago por depreciación de activos fijos 2819.00 216.34
TOTAL
59855.20+impuestos
4593.62 +impuestos
* Vigencia: Los precios tendrán una vigencia de 30 días naturales
Desglose del prototipo de interpretación del movimiento humano.
Cantidad Material Precio (MXN) Precio (USD)
Elementos Activos 2 Pilas de 9V 66.00 5.06 Elementos Pasivos 5 Resistor 10 KΩ a ¼ Watt. 5.00 0.38 5 Resistor 330 Ω a ¼ Watt. 5.00 0.38 5 Resistor 150 Ω a ¼ Watt. 5.00 0.38 5 Resistor 10 Ω a ¼ Watt. 5.00 0.38 1 Capacitor 10 µF de aluminio. 1.00 0.07 2 Capacitor 100 nF de tantalio. 4.00 0.30 4 Capacitor 100 nF cerámicos. 4.00 0.30 4 Capacitor 22 pF cerámicos. 4.00 0.30
4 Capacitor 8.2 pF cerámicos. 4.00 0.30
4 Capacitor 100 pF cerámicos. 4.00 0.30
4 Inductor 18 nH a 5% de tolerancia (SMD). 22.50 1.72
2 Inductor de tipo Resistivo de 0.1mH. 20.00 1.53
Elementos piezoeléctricos.
2 Cristal de cuarzo a 4 MHz. 16.00 1.22
Elementos semiconductores.
2 Microcontroladores ATmega8 de Atmel. 94.00 7.21
2 LED de 20mA de consumo. 8.00 0.61
1 L293 CI amplificador de corriente. 12.00 0.92
2 C.I. 7805 regulador de tensión a 5V. 15.00 1.51
4 Diodos de propósito general. 4.00 0.30
2 Acelerómetro Motorola MMA2260D. 300.00 23.02
Sistemas Micro Electromecánicos (MEMS)
1 Acelerómetro MEMS LIS244ALH. 47.20 3.62
Elementos electromecánicos.
2 Motor DC a 9V. 48.00 3.68
Elementos de radiofrecuencia.
2 Antena de 50 Ω. 200.00 15.34
1 Módulo transmisor RCT-433-AS a 433.92MHz de Radiotronix. 22.50 1.72 1 Módulo receptor RCR-433-RP a 433.92MHz de Radiotronix. 40.00 3.06
TOTAL
956.20 +impuestos 73.38 +impuestos* Vigencia: Los precios tendrán una vigencia de 30 días naturales
Desglose del pago de servicios.
Cantidad Descripción Precio (MXN) Precio (USD)
6 Luz 1500.00 115.11 6 Agua 300.00 23.02 6 Internet 1200.00 92.09 6 Renta 13080.00 1003.83
TOTAL
16080.00 +impuestos 1234.07 +impuestos* Vigencia: Los precios tendrán una vigencia de 30 días naturales
Desglose del pago por depreciación de activos fijos.
Cantidad Descripción Precio (MXN) Precio (USD)
2 Computadora 300.00 23.02
1 Cautín de Estación Weller 119.00 9.13
2 Grabador TITAN EX 200.00 15.34 2 Multímetro Digital 260.00 19.95 1 Muebles y Enseres 1940.00 148.88
TOTAL
2819.00 +impuestos 216.34 +impuestos* Vigencia: Los precios tendrán una vigencia de 30 días naturales
Estimando que el costo total del prototipo de interpretación del movimiento humano sea vendido en un aproximado de $ 59855.20 MXN o su equivalencia en dólares norteamericanos ($ 4593.62 USD).
Este costo puede ser alto o no, dependiendo de la cantidad de unidades que se fabriquen.
Conclusiones.
Se logró el objetivo principal de este proyecto con una exitosa elaboración del prototipo de interpretación al movimiento humano, donde se concluyen los siguientes puntos:
Los sensores de aceleración elaborados con tecnología micromecánica, ya sea de material semiconductor (MEMS) o material capacitivo (G-CELL), otorgan una precisa respuesta que puede ser interpretada de manera digital por los microcontroladores.
Los microcontroladores ATMega8 resultaron ser confiables para el proceso de codificación y comunicación mediante el protocolo de la USART, para los circuitos de transmisión y recepción de datos.
Los circuitos RCR-433-RP, RCT-433-AS demostraron asegurar la comunicación por radiofrecuencia de los datos sin error alguno.
Las antenas mostraron su capacidad de alcance de transmisión y recepción de datos, por su impedancia de 50 ohms.
Tanto los actuadores como los engranes en el vehículo, fueron eficientes para el avance del mismo.
Recomendaciones:
El diseño de este prototipo puede ser ampliado aplicando más sensores MEMS, para las demás articulaciones que son codo y hombro del paciente, que representan una terapia de brazo completo.
El diseño de este prototipo puede ser utilizado también en la industria como un control para polipastos en zonas dañinas para la salud, ya que cuenta con todo el control para el movimiento de ello.
También el diseño resulta ser funcional para su aplicación en juguetes de niños, con edades de 3 años en adelante como vehículo de control remoto controlado por sensores de aceleración.
Bibliografía.
Joe Pardue. “C Programmingfor Microcontrollers”. Smiley Micros. 2005. Mohamed Gad-el-Hak. “The MEMS Handbook”. CRC Press. 2001
Revistas y Conferencias (Abstracts)
“Implementation of accelerometer sensor module and fall detection monitoring system based on wireless sensor network”. Proceedings of the 29th Annual International. Conference of the IEEE EMBS. Cité Internacinale, Lyon, France. August 23-26, 2007.
“A 3-axis acceleration sensor data acquisition instrument system”. IMTC 2004- Instrumentation and Measurement. Technology Conference. Como Italy, 18-20 2004.
“Wireless Static Hand Gesture Recognition with Accelerometers - The Acceleration
Sensing Glove”. Seth Hollar, John Kangchun Perng, Kristofer S. J. Pister. Berkeley Sensor & Actuator Center. University of California, Berkeley.
Manuales y Hojas de Especificación. RADIOTRONIX TM RCT-433-RP, RCT-433-AS.
http://www.radiotronix.com/products/proddb.asp?ProdID=189 http://www.radiotronix.com/products/proddb.asp?ProdID=148
MOTOROLA FREESCALE SEMICONDUCTOR, INC. ACELEROMETER MMA2260D.
MICROCONTROLADOR AVR ATmega8 de 8 bits con memoria Flash programable.
http://www.atmel.com/dyn/products/datasheets.asp?family_id=607#760
C.I. L293 Driver de 4 canales con diodos de protección.
http://www.datasheetcatalog.net/es/datasheets_pdf/L/2/9/3/L293.shtml Páginas de Internet www.atmel.com www.radiotronix.com www.motorola.com www.st.com http://www.educarm.es/templates/portal/images/ficheros/infantil/8/secciones/27/contenidos/8 20/edinfantilpsicomotricidad.pdf http://www.csi-csif.es/andalucia/modules/mod_sevilla/archivos/revistaense/n26/26040245.pdf http://www.deporteyescuela.com.ar/pdf15/juepsico.pdf http://www.efisioterapia.net/descargas/pdfs/282.pdf http://www.revistatog.com/num6/pdfs/revision1.pdf http://www.uclm.es/profesorado/jmfernandez/fisioterapiatro.htm http://healthlibrary.epnet.com/GetContent.aspx?token=0d429707-b7e1-4147-9947- abca6797a602&chunkiid=103421
Anexo I. Diagrama a bloques de la arquitectura de los microcontroladores AVR de Atmel.