IMPLEMENTACION TOTAL DEL DISPOSITIVO

Al haber realizado un análisis exhaustivo del dispositivo de proyección, el ultimo paso, es realizar una mirada global a este. El dispositivo es una implementación hardware de un algoritmo de proyección matemática con dominio R3 y rango R2 que maneja proyecciones paralelas ortogonales a una trayectoria tridimensional compuesta por tres señales eléctricas las cuales sus valores en todos los instantes de tiempo están “cercanas” a cero voltios, entendiendo cercanas a señales que no sobrepasen las características eléctricas de los dispositivos que conforman el circuito hardware.

Este dispositivo de proyección esta compuesto por tres etapas las cuales manejan ángulos de rotación de los tres ejes coordenados y cuya función, de cada etapa, es rotar la trayectoria tridimensional con respecto a un eje.

El dispositivo tiene diversos submodulos por cada modulo los cuales se vieron en las secciones anteriores. Estos módulos tienen características de tratamiento análogo de señal, tratamiento digital y tratamiento mixto de las señales. El control del dispositivo se realiza por medio de un panel de control hacia el usuario el cual fija el estado del sistema por medio de los valores de la rotación (ángulo o velocidad) con respecto a los tres ejes coordenados. En este trabajo se observaron y se dieron posibilidades para diferentes implementaciones de los submodulos de acuerdo a disponibilidad de elementos y de las características deseadas. En resumen, se consiguió un tratamiento interesante de señales eléctricas tridimensionales para observar características de correlación a través de una interfase grafica en el modo XY de un osciloscopio convencional.

3.4.1. Interconexión de bloques

La interconexión de bloques en el dispositivo es muy simple ya que cada submodulo tiene sus entradas y sus salidas definidas. En primer lugar existen tres señales de prueba, llamadas Xin, Yin y Zin, luego cada modulo principal contiene tres entradas las cuales se llaman en esta sección entrada 1, entrada 2 y entrada 3, a la salida de cada modulo principal se tienen tres terminales llamadas salida1, salida 2 y salida 3. ya con estas definiciones se puede observar cual es la interconexión de los bloque con el esquema mostrado en la figura 3-30.

ENTRADA 1 ENTRADA 2 ENTRADA 3 SALIDA 1 SALIDA 2 SALIDA 3 ENTRADA 1 ENTRADA 2 ENTRADA 3 SALIDA 1 SALIDA 2 SALIDA 3 ENTRADA 1 ENTRADA 2 ENTRADA 3 SALIDA 1 SALIDA 2 SALIDA 3 Xin Yin Zin X’ X’’ Xout Y’ Y’’ Yout Z’ Z’’ Zout MODULO DE PROYECCION 1 MODULO DE PROYECCION 3 MODULO DE PROYECCION 2 SELECTOR MANUAL ENTRADA 1 ENTRADA 2 ENTRADA 3 SALIDA 1 SALIDA 2 SALIDA 3 ENTRADA 1 ENTRADA 2 ENTRADA 3 SALIDA 1 SALIDA 2 SALIDA 3 ENTRADA 1 ENTRADA 2 ENTRADA 3 SALIDA 1 SALIDA 2 SALIDA 3 Xin Yin Zin X’ X’’ Xout Y’ Y’’ Yout Z’ Z’’ Zout MODULO DE PROYECCION 1 MODULO DE PROYECCION 3 MODULO DE PROYECCION 2 SELECTOR MANUAL

Figura 3-30: Interconexión de módulos principales de tratamiento en el dispositivo

Una vez interconectados estos bloques, para escoger el plano de proyección en R2 se realiza una escogencia manual de las señales provenientes del ultimo bloque, así, si se desea proyectar sobre el plano XoutYout, la señal Zout no se conecta con ningún canal del osciloscopio. Si por el contrario se desea proyectar la señal en el plano XoutZout , entonces la señal Yout no se conecta al osciloscopio, y por ultimo si se desea proyectar sobre el plano YoutZout, en este caso la señal Xout queda desconectada del osciloscopio.

El lector no debe olvidar la teoría expuesta en el capitulo 2 ni en el capitulo 3 y debe recordar que estos planos están siendo modificados por los ángulos introducidos por el usuario mediante el panel de control.

3.4.2. Implementación en PCB

Habiendo simulado, construido y probado el circuito de proyección, el siguiente paso es realizar un prototipo en circuito impreso. Este circuito se realizo teniendo como precedente que el problema esta dividido en módulos principales de tratamiento, así que la implementación del dispositivo se realizo separadamente para cada modulo. En la figura 3-31 se muestra el diseño en circuito impreso para lograr un modulo principal del prototipo, en esta figura se muestran los caminos eléctricos diseñados en dos capas, la figura 3-31a muestra la capa superior y la figura 3-31b muestra la capa inferior.

Figura 3-31: Implementación en circuito impreso (a)capa superior;(b) capa inferior

Además para que el usuario tenga la idea de la complejidad de este circuito en la figura 3-32 se muestran las dos capas con los elementos y componentes eléctricos que lo conforman.

3.4.3. Características adicionales del circuito

Alimentación: 5voltios, -5 voltios, 15 voltios y -15 voltios

Modos de operación: manual y automático

Selección de modo: a través de un interruptor, el usuario cambia con un pulso entre operación automática y operación manual de cada modulo.

Operación manual: el usuario configura a través de dos interruptores, en cada modulo, los ángulos de rotación desde 0 grados hasta 359 grados. El cambio de valores del ángulo se realiza con una precisión de 1 grado.

Operación automática: el usuario configura a través de dos interruptores la velocidad de rotación de los ángulos en cada modulo. Los valores configurados previamente van desde 0,01 revoluciones por segundo hasta 1,00 revoluciones por segundo. El cambio de valores de velocidad se realiza con una precisión de 0,01 revoluciones por segundo.

Interruptor de aumento: con este interruptor se incrementa la velocidad de rotación o el ángulo de rotación dependiendo del modo de operación del dispositivo

Interruptor de disminución: con este interruptor se disminuye la velocidad de rotación o el ángulo de rotación dependiendo del modo de operación del dispositivo

Display de ángulo o velocidad: con un display se visualiza el ángulo de rotación o la velocidad de rotación según el modo de operación del sistema. Este display esta compuesto de tres displays LED de 7 segmentos los cuales muestran un valor entre 0 y 9 cada uno.

Potenciómetros de ajuste del modulo de conversión digital análogo:

existen cuatro potenciómetros de ajuste por cada modulo principal, dos de ellos, de valor 10K, definen el nivel de offset de los amplificadores operaciones LF351 que sirven para lograr las salidas de forma sinusoidal luego de los dispositivos DAC0808 del modulo de conversión digital análogo.

Otro potenciómetro, de valor 20K, sirve para fijar un voltaje de referencia para los dispositivos DAC0808 de 10,00 V, el segundo potenciómetro de valor 20K es parte de una fuente de voltaje necesaria para lograr a la salida del modulo las funciones sinusoidales sin nivel DC y con una amplificación de 10. que sirven para tratar las señales análogas del circuito de prueba.

Frecuencia máxima del modulo de tratamiento digital: el máximo valor posible que acepta el microcontrolador como frecuencia de oscilación de entrada es 20 Mhz y aunque el programa binario que se implemento esta para un reloj de 4,000 Mhz se puede modificar fácilmente para que opere a otras frecuencias. La máxima velocidad de rotación que es capaz de entregar el modulo de tratamiento digital al circuito análogo, con un reloj de 20 Mhz es de 555 revoluciones por segundo y con un reloj de 4 Mhz, es capaz de entregar una velocidad de rotación de 111 revoluciones por segundo. Esto equivale a una frecuencia de salida de 40Khz del modulo de tratamiento digital hacia el bloque de conversión digital análogo.

Frecuencia máxima del modulo de conversión digital análogo: este modulo tiene una respuesta aceptable en frecuencia, en donde la amplitud de la señal análoga a la salida no se modifica considerablemente para los requerimientos del dispositivo, este umbral esta entre los 0,5 Mhz y los 1,0 Mhz, después del cual la amplitud de la salida varia considerablemente con la frecuencia.

Frecuencia máxima del modulo de tratamiento análogo: los dispositivos AD633 pueden manejar señales de un ancho de banda máximo de 1Mhz sin producir una distorsión o atenuación considerable (-5dB). Se puede conseguir tratar una señal de hasta 10Mhz con una respuesta a la salida de

–20dB. Ya que la señales provenientes del modulo de conversión análogo digital son de una menores frecuencias en cualquier caso, la limitante queda en la frecuencia de las señales de los circuitos de prueba que se conectan al dispositivo.

Puntos de prueba: en el circuito hay 11 puntos de prueba, tres puntos de prueba para los interruptores de aumento, disminución y modo en el modulo de tratamiento digital, dos puntos de prueba para observar la señal a tratar antes de pasar por el modulo de tratamiento análogo, dos puntos de prueba para observar las señales de salida sinusoidales del modulo de conversión digital análogo, dos puntos de prueba para observar las señales análogas tratadas de salida, un punto de prueba para ver el voltaje de referencia de 10 Voltios y un punto de prueba para observar el voltaje de referencia utilizado para realizar la salidas sinusoidales del modulo de conversión digital análogo en la implementación del sumador con ganancia.

Numero de elementos por etapa: en cada etapa existen cuatro dispositivos AD633, dos dispositivos DAC0808, dos dispositivos LF351, un microcontrolador PIC16F877, cuatro potenciómetros, tres displays de 7 segmentos, cuatro condensadores, treinta resistencias de varios valores un diodo y un oscilador cristal de 4Mhz.