0d
tO 117VS0
J.2003
6 /
7(/c,e/,iey
e1'Y4,
UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE
LOJA
ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES
•y
TELEMETRIA DE SIGNOS VITALES PARA
CONTROL DE LA SALUD
TESIS
Trabajo de grado presentado coino requisito
para obtener el tltulo de Ingeniero en Electrónica
y Telecomunicaciones
A utores:
Alberto Eduardo Bravo Briceflo
Juan Carlos Macas Fernández
Director de Tesis:
Ing. Carlos Carrion Betancourth
Universidad Tecnica Particular de Loj a
Electrónica Telecomunicaciones
CERTIFICACION
Loja, 17 de Diciembre de 2007
Ing. Carlos Carrion Betancourth
DOCENTE DE LA CARRERA DE ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES
DE LA UNIVERSIDAD TECNICA PARTICULAR DE LOJA
CERTIFICA:
Que la tesis titulada "TELEMETRIA DE SIGNOS VITALES PARA EL
CONTROL DE LA SALUD" presentada pot los señores estudiantes Alberto
Eduardo Bravo Briceño y Juan Carlos Macas Fernández, cumple con los requisitos
metodoldgicos y con los aspectos de forma y fondo exigidos en las Normas
Generales previstas en la obtención de TItulo de Ingeniero en Electrónica y
Telecomunicaciones, vigentes en la Universidad Técnica Particular tie Loja y de
manera especial en la Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones, por lo que
luego dc haberla revisado rninuciosamente autorizo su presentacidn, sustentacián y
de fens a.
Universidad Tecnica Particular de Loja
Electrónica Telecomunicaciones
CESION DE DERECHO
"Yo, Alberto Eduardo Bravo Briceño declaro conocer y aceptar la disposici6n del Art.
67 del Estatuto Orgnico de la Universidad Tcthca Particular de Loja que en su parte
pertinente textualrnente dice: "Forman parte del patnmonio de la universidad la
propiedad intelectual de investigaciones, trabajos cientIficos o técnicos y tesis de grado
que se realicen a travs, o con el apoyo financiero, acadérnico o institucional (operativo)
de la Universidad"
F... ... Autor
J
"Yo, Juan Carlos Macas Fernandez declaro conocer y aceptar la disposición del Art. 67
del Estatuto Orgánico de la Universidad Técnica Particular de Loja que en su parte
pertinente textualmente dice: "Forman parte del patrimonlo de la universidad la
propiedad intelectual de investigaciones, trabajos cientIficos o técnicos y tesis de grado
que se realicen a través, o con el apoyo frnanciero, académico o institucional (operativo)
de la Universidad"
Universidad Tecnica Particular de Loja Etectrónica Telecomunicaciones
DEDICATORIA
Para mi Dios que puso los medios Para entrar en esta carrera, me dio la fortaleza
espiritual y fisica.
Para Eduardo Bravo y Lucia Briceflo, mis padres por estar siempre aill y confiar que todo esto podia ser posible.
Para mis hermanas Sandra y Biby que siempre me desearon lo mejor.
ALBERTO
Dedicado especialmente para mis hermanos Maria, Csar pero en especial a las dos
personas que con su esaierzo y sacrificio me han apoyado, gracias a mi Padre y a mi hermano Rommel por todo, ya que lo que he conseguido no hubiera sido posible sin
ustedes y Para d mami que aunque ya no estés, tu eres la razón de mi vida.
AGRADECIMIENTOS
A nuestro asesor Carlos Carrion Betancourth que nos permitiO estar en este proyecto de
tesis, por su apoyo incondicional y depositar su confianza en ml. Admiro su calidad
humana.
A todos mis profesores, por darme la herrarnienta de pensar y ejercer ci pensamiento.
A esta Universidad y en especial al Ing. Jorge Jaramillo por hacer posible el apovo
económico para realizar este proyecto de tesis.
A todos ustedes. MIL GRACLAS de todo corazOn, que Dios los bendiga, porque han
sido una bendiciOn en mi vida.
ALBERTO
Si bien en cuak1uier proyecto intervienen mas de una persona, no necesariamente de
forma directa y seria injusto de ml parte no agradecer a mis estimados panas que siempre
estuvieron para darme su apoyo en especial a Carlos CarriOn por depositar su confianza
en mi en ci desarrollo de este tema, Manuel QuinOnez que siempre me gui6 con sus
acertados consejos, Mayra por su cariño y comprensiOn, Juan P Puchaicela, Carlos
Chalaco, Victor Rojas, Luis Canchutas, que siempre estuvieron apoyándome.
Universidad Técnica Particular de Loja
Electrónica y Telecomunicaciones
INDICE CAP ITULOS
INTRODUCCION 1
1. C A P 1 T U L 0 1. TELEMETRIA DE SIGN OS VITALES 3
1.1. Descripción 3
1.2. CaracterIsticas del sistema de telemedicina 4
1.2.1 Estación de captura y envIo de la información médica 4
1.2.2. Red de comunicaciones de la información médlica 5
1.2.3 Estación de recepción de la información médica 5
1.3. OxImetro de pulso 5
1.3.1. Funcionamiento de oxImctros digitales. 6
2. CAPITULO 2. DESCRIPCION DEL HARDWARE 9
2.1. Descripción del entomb dc desarrollo TINI. 9
2.2. CaracterIsticas del dispositivo TINI 10
2.3. Aplicaciones de la plataforma hardware 11
2.4. Configuración hardware interna de la tarjeta TINI 12
2.5. Mapa de memoria del sistema 14
2.6. Sistema E/S integrado 15
2.7. Software de la TINI 16
2.8. Sistema operativo de la TINI 18
2.9. El Socket ElO 19
3. CAPITULO 3. IMPLEMENTACION DEL DISENO 20
6,
Universidad Técnica Particular de LojaE!ectrónica y Telecomunicaciones3.2. Conversion de protocolos 22
3.2.1. Cliente 22
3.2.2. Servidor 22
3.3. Funcionamiento del sistema 22
3.3.1. Diseño del diente 23
3.3.2. Diseño del servidor 23
3.4. Aplicación. 24
4. CAPITULO 4. ANALISIS DE RESULTADOS 25
4.1. Bjifer de entrada y salida 25
4.2. Analisis de Tiempo y Velocidades 28
4.3. Ancho de Banda 31
5. CAPITULO 5. CONCLUSIONES 32
6. REFERENCIAS BIBIOGRAFICAS 37
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Electrónica y Telecomun icaciones
[image:9.555.71.487.83.726.2]INDICE FIGURAS
Fig, 1: Esquema General 3
Fig. 2: TINT como un protocolo de conversion. 10
Fig. 3: Aplicaciones de la TINT 12
Fig. 4: Esquema del Hardware de la TINT 12
Fig. 5: Mapa de Memoria de la TINT --- 14
Fig. 6: Esquema del Software de la TINT --- 17
Fig. 7: Tnterfaz de Monitoreo --- 20
Fig. 8: Tarjeta TINT Fig. 9: Sensor Oximétrico Fig. 10: ComunicaciOn Sensor - Tim - Ethernet -25 Fig. 11: Estructura trama Ethernet que envia TTNI 27 Fig. 12: Estructura de la trama Ethernet --- 28
Fig. 13: Esquema de Velocidades --- 29
Fig. 14: Monitoreo de Red--- 30
Fig. 15: Esquema de Cone y-ion --- 40
Fig. 16: ConexiOn Basica 60
0
Universidad Técnica Particular de Loja Electrónica y TelecomunicacionesINDICE ANEXOS
A NE X
A
39
ANEXO
B
40
ANEXO
C
46
A N EXO
D
48
ANEXO
E
49
ANEXO
F
51
A N EX 0
G
56A NEXO
H
58
A N EX 0
I
59
ANEXO
J
52
A N E X 0
K
63A NE X0
L
66
Universidad Técnica Particular de Loja
Electrónica y Telecomunicaciones
I N T R 0 D U C C I O N
El siguiente trabajo describe Ia implementación de un sisterna de monitoreo de
constantes vitales por medio de sisternas integrados (embedded systems) basados en
redes locales.
De acuerdo a Ia información obtenida de los equipos medicos y sus prestaciones
se analizó que estos equipos medicos contaban con una interfase serial y/o con una
interfase PS2 para poder set monitoreados ünicamente por un ordenador local, sin tener
la capacidad automática de enviar esos datos a distancia, en este contexto se ha dedicado
este trabajo de investigación a la implementación de Ia interfaz de red para la
telecomunicación de estos datos, los cuales por su caracteristica necesitan de Ia más alta
precision y fidelidad al momento de ser tratados.
El dispositivo elegido para implementar la interfaz entre Ia red y el sensor
oximétrico es un servidor integrado ilamado TINT (Tiny InterNet Interface) el cual fue
programado usando el lenguaje JAVA.
La telemetria perrnite ci monitoreo de signos vitales: EGG', EEG 2 , EMG,
presión arterial, temperatura, pulso, oximetrIa, espirometria y exámenes de laboratorio
mediante funciOn digital para medición de enfermedades metabólicas que requieren
controles frecuentes.
En la primera pane. El sistema de telernetrIa se expone en profundidad, la
finalidad del sistema y se detalla la manera en que se Ileva a cabo su implementación.
En Ia segunda pane. Descripción del hardware, se presenta en detalle las
caracterIsticas de cada uno de los elementos que conforrnan el sistema de telemetrIa
ECG: electroca,'diorama para medir /a acth'ic/ad e/ctica c/cl cori'hn
-LI iG: e/t odnce/z/ora/Za se bce.ca en ci regLctro c/c la ac/ii'idac/ bioclIctriu cere/,,,/
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ElectrOnica y Telecornunicaciones
implernentado y el papel que desempeñan en el sistema completo. Se realiza un análisis
exhaustivo de la tarjeta y hardware TINT.
En la tercera parte. Descripción del software, se describe la forma en que se
desarrollaron los algoritmos y programación de los mismos, además se explica Ia
funcionalidad que brindan y la interacción entre los diversos componentes de software.
No obstante conviene matizar, que a pesar del extraordinario interés tanto
medico como económico que puede suponer ci desarrollo progresivo de là telemedicina,
ci acto medico en sí mismo, que vincula Intimamente al paciente con su medico, es y
seguirá siendo un acto insustituible.
Finalmente, en ia ültima pane se exponen los resultados y conclusiones del
PPOENrE
OFVEO
TIErA TIM
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1. CAP1TULO 1
TELEMETRIA DE SIGNOS VITALES PARA EL CONTROL DE LA SALUD
1.1. Descripción
El sisterna de telernetria está basado en un protocolo de comunicación, diseñado
para permitir al equipo medico tal como sensores oximétricos que cuentan con salida
serial y otros tipos de dispositivos fisicos de entrada/salida seriales, comunicarse sobre
una red de datos.
La mayorIa de los dispositivos medicos solo cuentan con una interfase serial para
comunicación, sin embargo, el envIo de informaciOn hacia el operador en un sistema de
telemetrIa se realiza tipicamente mediante comunicaciOn inalámbrica, aunque también se
puede realizar por otros medios (teléfono, redes de ordenadores, enlace de fibra optica,
etcetera), por lo cual se ha visto la necesidad de crear un sistema que nos permita
cornunicar al sensor oximétrico con la red de datos de la ML, para lo cual se hizo uso
de la tarjeta TINF como interfaz.
La interfaz nos permitirá dar conectividad a dispositivos con solo salida serial
(RS-232) a la red de area local. Se ha desarrollado una aplicación JAVA, para la plataforma
[image:13.555.152.394.558.666.2]TINI, que implementa un puente entre protocolos RS-232 (serie) y Ethernet.
-Universidad Técnica Particular de Loja
Electrónica y Telecomunicaciones
El objetivo del siguiente sisterna es extender ci enlace serie a través de la red IP,
el cual proporciona una mayor funcionalidad, ya que se podrIan obtener los datos del
dispositivo de medición, ubicado en cualquier parte del mundo, siempre y cuando se
disponga de conexión a Internet.
Hasta ahora Ia ünica manera era a través de un PC, ci cual hacla de puente entre
los dos protocolos. La idea actual es sustituir el PC por ci dispositivo TINT, lo que
permite seguir disfrutando de las mismas funciones y con un tarnaño y coste muy
reducidos, y dando la potencialidad de trabajar con sistemas embebidos.
1.2. CaracterIsticas del sistema de telemedicina
Para ci desarrollo de sistemas y redes de telemedicina, se debe tener en cuenta las
estructuras básicas de un sistema de telemetrIa medico. Un sistema de telernetrIa consta
de tres estructuras básicas:
a) Estación de captura y envió de la inforrnación médica.
b) Red de comunicaciones de la información médica.
c) Estación de recepción de la información médica.
1.2.1. Estación de captura y envIo de la información médica
Consiste en la infraestructura informática que permite generar y/o capturar La
información médica, manejarla, digitalizarla y enviarla a las estaciones remotas a través de
una red que conecta a estas estaciones con la estación de captura.
La misma que sera realizada por la sonda oxirnétrica de pulso. Como ci sensor solo
dispone de una interfase serial se hizo uso de los mOduios TINT el que nos permitirá
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Electrónica y Telecomunicaciones
El uso y descripción de los módulos TINT se detalla mas adelante.
1.2.2. Red de comunicaciones de la información médica
Consiste en la infraestructura de comunicaciones que permite, a través de medios
fIsicos y mediante la utilización de protocolos especIficos, transmitir Ia inforrnación
médica entre Ia estación de envIo, y ]as de recepción de dicha información.
Para ello haremos uso de La infraestructura de la red Lan de la Universidad
Técnica Particular de Loja.
1.2.3. Estación de recepción de La información médica
Consiste en la infraestructura informática que permite recibir y recuperar la
información médica en su forma original, asI como procesarla y reproduciria, de acuerdo
a las necesidades médicas correspondientes a la aplicabilidad que se le de a la misma.
El PC es ci encargado de monitorear, recibir y manipular la información a través
del software que viene incluido con el sensor.
1.3. OxImetro de pulso
El oxIrnetro de pulso permite la visualización, adquisicion continua de las
consumes vitales de un paciente, tales corno la saturación de oxIgeno y la frecuencia
cardiaca
Las constantes vitales obtenidas serán transmitidas por el puerto RS232 que
disponc para interactuar con ci rnedio.
El dispositivo utilizado para la medición de signos vitales es de coste económico,
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ElectrOnica y Telecomunicaciones
funcionalidad para base de datos, de gran importancia para ci registro constante de
pacientes con enfermedades del tipo crónicas.
1.3.1. Funcionamiento de oxImetros digitales.
Los oxIrnetros de pulso monitorean de forma no invasiva l la saturación de
oxIgeno (expresada como porcentaje o en decimales) de la hemoglohina arterial
midiendo los cambios de absorción de luz que resultan de las pulsaciones del flujo de la
sangre arterial. Su uso permite ci monitoreo continuo e instantáneo de la oxigenación.
Los oxImetros de pulso proporcionan una evaluación espectrofotométrica2 de la
oxigenación de la hemoglobina (Sp02) al medir la luz transmitida a través de un ]echo
capilar, sincronizada con el pulso. El sistema de detección consta de diodos emisores de
luz (LED) de una sola longitud de onda, fotodetectores y microproces adores.
Los oxIrnetros de pulso se basan en ci principio de la absorción diferencial de la
luz para determinar ci porcentaje de saturación de oxIgeno de la hemoglobina en Ia
sangre arterial (Sp02; este valor se denomina SaO2 cuando se determina a partir de una
muestra de sangre arterial).
La sonda del oxfmetro de pulso se aplica a una region del cuerpo; por ejemplo, a
un dedo de la mano o del pie, o al pabellón auricular. La sonda trans mite dos longitudes
de onda de luz (por ej., 660 nm [roja] y 930 nm [infrarroja]) a través de la pie1. Estas
longitudes son absorbidas diferencialmente por la oxihemog1obina, que es roja y
absorbe la luz infrarroja, y la desoxihernoglobina 4, que es azul y absorbe la luz roja. La
/ \ 0 inca/ia: iiic/ita cJIIC no in,'o/ucra/i in. tritmentos qzic rompdn in p/el o que pendIranPica mcn/c en ci iud/o.
- 11.-pectro/otomd/17a: oci mi/odo c/c ann/c/s o'p/ico qzie pc/v/lie COlfl1l/cli Id rat//ac/on a/;.coihide o 11-in.77lit//a
or ilna so/utib,i cjue contienc una can/ic/ad chconocida c/a solu/o.j li/hi qua co/i/ic//c 11//cl can/ic/ad conocida c/c la
misma sus/anta.
Oid/icmo/o/iina: s in iicrnog/o!nna cuando es/ti iiiiicia al oIeno, danc/o ci aecto rojo in/su.o l/vctcl7.tO c/c la sanre ar/er/al. (ua,,do pierde ci oxIeno, se clenolnhla hemo/obina reducicla. present / ci 101or rojo osduro c/c
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Electrónica y Telecomunicaciones
razón entre la luz roja y la infrarroja se usa para derivar la saturación de oxIgeno. El
fotodetector1 al otro lado del tejido transfoma la iuz transrnitida en señaies eléctricas
proporcionales a la absorción.
Luego, Ia señai es procesada por el microprocesador del equipo, que presenta una
lectura y activa una alarma silas condiciones satisfacen los criterios de aiarrna.
Cada pulso de la sangre arterial hace que ci lecho capilar se expanda y se relaje.
Las variaciones cIclicas resuitantes en la longitud de la trayectoria de la iuz transmitida
permiten al dispositivo distinguir entre la saturación de hemoglobina de la sangre arterial
(pulsante) y la de Ia sangre venosa, y los componentes tisulares 2 porque no hay ningn
puiso del tejido circundante y el puiso de la sangre venosa es insignificante. El
microprocesador compara la reiación entre los valores de absorción de la sangre arterial
puisátii con los datos almacenados derivados de los estudios invasivos en seres humanos
para calcular y presentar !a Sp02. Algunos equipos sincronizan ]as mediciones de
absorción con la onda R de la señal de electrocardiograma (EGG) para detectar
artefactos de movirniento (esta técnica impide que las seflales extrañas se confundan con
]as senales de pulso) y algunos tienen memoria para seguir la tendencia de la Sp02 de un
paciente a lo largo del tiempo.
A fin de reducir las pequenas variaciones de los valores presentados de
saturación de oxIgeno y contrarrestar los valores falsos de las fomas de onda resultantes
de dispositivos, los oxImetros de pulso emplean algoritrnos para prornediar los datos y
reconocer los posibles errores en dispositivos.
La mayorIa de los oxImetros de puiso también ofrecen otras caracterIsticas de
representación visual de los datos, incluida frecuencia de pulso, lImites de alarma
1 otoc1eI&'10171mncioiia coma transductor de Lu: que proporciona una señal elécirica coma respuesia a
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ElectrOnica y Telecomunicaciones
relativos a la saturación de oxIgeno y frecuencia de pulso, pletismogramas', graficos de
cálculo analogos o de barras que indican la amplitud del pulso, y diversos mensajes del
estado del sistema y de los errores. En los equipos modulares, esta representación visual
de datos forma parte del dispositivo principal al cual está conectado el equipo.
Las alarrnas sonoras generalmente se activan cuando se sobrepasan los Ilmites de
la Sp02 o de La frecuencia del pulso, y a menudo ci tono que marca cada pulso variará
conforme a los cambios de la Sp02. La rnayorIa de las alarmas sonoras pueden
desactivarse manualmente, ya sea momentánea o permanentemente.
Para descripción del sensor véase Anexo K.
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Electrónica y Telecomunicaciones
2. CAPITULO 2
DESCRIPCION DEL HARDWARE Plataforma Internet Interface Tiny (TINT)
2.1. Descripción del entomb de desarrollo TIM.
Tiny InterNet Interface (TINT) es una plataforma desarrollada por Dallas
Semiconductor que proporciona un medio simple, flexible y económico para diseñar una
extensa variedad de dispositivos hardware, capaces de conectarse a redes corporativas y
locales. La caracteristicas de la plataforma son expuestas al desarrollador de software a
través de un set de interfaces de programación de aplicaciones (APIS)' en JAVA,
brindando un poderoso entorno de prograniación orientado a objetos y facultando al
prograrnador en la creación de aplicaciones utilizando la potencia y bondades que ofrece
el lenguaje JAVA..
La plataforma es la combinación de un microcontrolador y un entorno de
ejecución programable en JAVA. El microcontrolador proporciona procesamiento,
control, manejo de puertos de E/S ycapacidad de trabajo en redes IP.
El objetivo primordial de esta plataforma es la de proporcionar conectividad a
redes IP a dispositivos con conexión serie; estos son, desde sensores y actuadores hasta
equiparniento autornático industrial. De ésta manera, esta plataforma extiende Ia
conectividad de cualquier dispositivo embebido, interaccionando con sistemas remotos y
usuarios a través de aplicaciones de red estándares como pueden ser los navegadores
web.
En la figura 2. se muestra un modelo de uso en el cual TINT es utilizado como
un conversor de protocolos entre un dispositivo embebido y una red Ethernet. Dc este
W I: (In/) ja d tridflhklO// de1pIiaoiie) es ci COnjunlo detUnCiofleSy procCdi/flieflIOS (o IflL'tOdOS
si se reflere a program ación orientada a objet Os) que ofrece cierta librerla para ser utiii:ado por otro
Serial, 1 Wire, CAN,..
NI EMBEBI DOS
In"-Universidad Técnica Particular de Loja
Electrónica y Telecomunicaciones
modo, el dispositivo embebido puede comunicarse con el mundo exterior usando
cualquier protocolo como podrIa ser RS232, protocolo
Controller Area Network (CAN), 1-Wire, SPI, 12C, o cualquier otro protocolo no
definido.
[image:20.555.127.417.196.331.2]RED TCP/IP
Fig. 2: TINT como un protocolo de conversion.
2.2. CaracterIsticas del dispositivo TINT
La tarjeta TINT es una tarjeta SIIvlIvF (31.8mm x 102.9rniri) de 92 pines. Es una
implementacion hardware con Ethernet y soporta toda la funcionalidad suministrada por
cualquier sistema embebido. La tarjeta incluye las siguientes caracterIsticas:
1Mbyte de memoria flash para codigo del sistema.
S 1Mbyte de memoria SRAM no-volátil.
Controlador Ethernet lOBase-T.
Reloj de tiempo real.
• Tres puertos seriales
• Puerto CAN2.OB
• Interfaz de red 1-Wire.
• Requiere una fuente de alimentación ünica de 5V DC.
.V LL\1: Single In-line Memory'emory Module), un tipo de encapsulado consistente en una pequena placa de
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El sistema operativo es actualizado constantemente y puede ser cargado
directamente a la mernoria flash.
2.3. Aplicaciones de la plataforma hardware
La TINT está diseñada para satisfacer los requerimientos de las aplicaciones de
red embebidas tanto industriales corno comerciales. Sin embargo, a causa de su bajo
costo y La disponibilidad de herrarnientas de desarrollo de software gratuito, tarnbién está
incursionando en el hogar y en entornos educativos. La TINT puede ser usada para
tareas embebidas tradicionales stand-alone', pero la mayorfa de aplicaciones utilizan Las
capacidades de interconectividad de la tarjeta. Algunas aplicaciones de la tecnologIa TINT
incluyen ]as siguientes:
• Monitoreo y control de equipo basado en Web. La TINT puede ser usada para
establecer comunicación con equipos especificos, para proveer recolección de
datos y diagnostico remoto para propósitos tales como el rnonitoreo sobre la
utilización de un dispositivo particular.
• Sistemas de medición remota. Es posible construir aplicaciones para rnediciOn
distribuidas en una red. La TINT estarIa equipada con dispositivos de medición,
asI como, de un servidor que se controla desde un cliente remoto.
• Control industrial. Utilizando el soporte integrado de la TINT, como el bus CAN
(Controller Area Network) para Ilevar a cabo la automatización de equipos.
• Monitores ambientales. Usando el soporte construido en La TINT de
interconexión 1-Wire, una aplicación puede interrogar a sensores y reportar los
resultados a hosts remotos, enviar señales de alarma y a hacer un control rernoto.
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Serial, lWire CAN. ... modem PPP
PSIN
TIMI
Embedded Device
L
TCPIIP ethernet Networkwireless
[image:22.554.106.413.95.224.2]I
I
Fig. 3: Aplicaciones de la TINI
2.4. Configuración hardware interna de la tarjeta TINT
La TINT esta desarrollada con diversos chips LSF. Un esquerna del hardware que
compone la TINT es presentado en la Fig. 4.
Dirección/ Flash
Datos Room
Microcontrolador
L
E!S Integrado SRAM CircuiteriaBateria de
Respaldo
Serial, CAN, 1 Wire,.. Controlador de Ethernet
Bus de Expansion Reloj
E/S Paralela
Fig. 4: Esquema del Hardware de la TINI
La TINT está compuesta principalmente de los siguientes elementos:
• Microcontrolador. • Memoria flash
• Mernoria RAIVI estática.
[image:22.554.110.423.364.540.2]4
-
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El corazón de la TINT es ci microcontrolador DS8OC400 de la compañIa Dallas
Semiconductor.
El DS80C400 integra soporte para diversas formas de E/S incluyendo puertos
seriales, enlace 1-Wire y bus CAN. El microcontrolador también provee distintos pines
de propósito general que pueden ser usados para desempeñar tareas de control simples
tales comb manejar relés y LEDs de estatus.
La memoria flash almacena ci entorno ni,ntiine2 de la TINT y satisface los siguientes
dos requerimientos importantes:
1. El contenido de rnemoria es mantenido igual, inciuso en ausencia de
alimentación en ci sistema.
2. La memoria es reprogramable, y por tanto ci entorno rH//time puede ser
actuaiizado cuando sea requerido.
La memoria RAM estática contiene el area de datos, la pila (heap), al iguai que los
archivos de datos del sistema. La SRAM es no-volátil, ya que posee una circuiterIa con
baterIa de respaldo de forma que el contenido de la memoria persiste en ausencia de
alimentación. La baterla es una muypequeña celda de htio.
Otros dispositivos periféricos, aparte de la memoria, pueden también ser
interfazados directarnente a los buses de datos ydirecciones del microcontroiador.
Dos de tales periféricos usados en ci sistema TINT son un controlador Ethernet
yun reloj en tiempo real.
Esta configuracion extiende ci alcance de los dispositivos cmbebidos a redes
Ethernet yprovee una referencia exacta de tiempo para propósitos especIficos.
DS80( 400: mia'oon/ro/ador Dallas Semi(ondiector
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La baterla de respaldo también mantiene corriendo el reloj en ausencia de
potencia, asegurando que un tiempo exacto es siempre leldo desde ci reloj.
2.5. Mapa de memoria del sistema
Un mapa de memoria, especifica dónde Ia memoria y otros dispositivos
periféricos son decodificados en el espacio de direcciones del rnicrocontrolador. El mapa
de mernoria utilizado por la TINT, mostrado en la Fig. 5., consiste de los siguientes tres
segmentos:
• Segmento de codigo. • Segmento de datos. • Segmento de periféricos.
Ox000000
Entorno Runtime (TINI OS + Java
API) OxOFFFFF
Oxi 00000
0x2 F F F F F 0x300000
Segmento de Codigo 1Mbyte
Memoria del Sistema
Heap
+ Segmento do datos Sistemasde 2Mbyte
Archivos
Ethernet, Reloj,... - Segmento do Periféricos 1Mbyte
[image:24.555.159.446.386.588.2]Ox3FFFFF
Fig. 5: Mapa de Menioria de la TINT
La figura ilustra los máximos tamaños de segmento soportados por la TINT. La
dirección de inicio del segmento es siempre constante, mientras la dirección final puede
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La TINT consume los siguientes rangos de direcciones:
1. TINT OS yjava API: [Ox000000 - Ox07FFFF].
2. Heap yalmacenaje del sisterna de archivos: [0x180000 - 0x280000].
3. Controlador Ethernet: [0x300000 - Ox37FFFF].
4. Reloj de tiempo real: [0010000].
Los diseñadores deben evitar los rangos del controlador Ethernet y el reloj,
cuando se adicionen otros dispositivos periféricos.
Existe también un area periférica separada, de 4 Megabytes, conocida como
espacio PCE (Peripheral Chip Enable), que puede ser usada para interfazar grandes chips
de memoria externa ü otros dispositivos directamente a los buses de datos y direcciones
del microcontrolador.
Sin embargo, Ia mayorIa de hardware es mapeado en ci segmento periférico
porque ci microcontrolador puede accesarlo rnás eficienternente.
2.6. Sistema E/S integrado
Un amplio rango de dispositivos no soporta la interfaz a un bus periférico.
Frecuentemente esos dispositivos tienen alguna forma de interfaz serial. Un soporte para
los siguientes protocolos de comunicación serial ha sido integrado dentro del
microcontrolador.
• Comunicación serial. Son soportados protocoios senates sfncrono.s, utfli7ando
una interfaz de 2 alambres, y comunicación serial asincrona, basada en ci
estándar RS-232. El microcontroiador de la TINT provee dos circuitos UART
(Universal Asynchronous Receiver Transmitter) integrados, que facihtan la
comunicación.
• Bus CAN. Originaimente desarrollado en Bosch-Siemens, CAN está ahora
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serial confiable que es corni.'inmente usado en aplicaciones de control industrial y
automotriz. El microcontrolador de la TINT provee dos controladores CAN
integrados.
• Red 1-Wire. Desarrollado por Dallas Semiconductor, ci enlace i-Wire es una red
de pequeños sensores, actuadores, y elementos de memoria en que todos
comparten ci mismo conductor tanto para comunicación como para potencia.
• E/S TTL. Los pines de proposito general del puerto del microcontrolador
pueden ser usados para diversas tareas de control y no están necesariamente
atados a alg1n tipo de dispositivo serial.
La utilización de las capacidades E/S integradas en ci microcontrolador en lugar de
E/S mapeada en memoria, reduce el costo de la cornunicación con un dispositivo
externo porque se libera a la CPU de operaciones de lectura y escritura de datos a un
dispositivo periférico.
2.7. Software de la TINI
Aparte del hardware esencial para el desarrollo de aplicaciones de red embebidas,
una gran cantidad de software es también suministrado con La TINT, para liberar a los
desarrolladores de aplicación de tener que preocuparse acerca de los detalles de la
creación de capas de infraestructura, que den soporte para la ejecución de tareas
rniltiples, pilas de protocolos de red e interfaces de programación de aplicaciones. Un
entorno bien definido que suministre todas esas caracterIsticas permite al desarrollador
enfocarse principalmente sobre los detalles de la aplicación. Dc esta forma, un entomb
i/mimic fue desarrollado como parte integral de la piataforma TINT. Una representación
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Electrónica y Telecom u nicaciones
Aplicación Java Aplicación Java
API API
JVM JVM
Capa de Interlase Nativa Métodos Nativos
Process. Thread Schedulers
F/S Subsystem Memory Subsystem
TCP/IP EIS File System Manager Stack Manager
Network Device Heap Garbage Drivers Drivers Manager Colector
[image:27.555.105.425.112.449.2]TINIOS Hadware Externo
Fig. 6: Esquerna del Software de la TINI
El software que comprende ci entomo rmzlirne de La TINT puede ser dividido en
dos categorIas: un sisterna operativo el cual es ejecutado directamente por el
microcontrolador y un API interpretado corno bytecodes por la 111n!/1a ,iirt,ia/ de JAVA
UVM).
El codigo de las aplicaciones corriendo sobre la tarjeta TINT es escrito en JAVA
yutiliza el API, siendo esto uno de los principales atractivos de la tarjeta.
JAVA es un lenguaje de programación simple, poderoso, concurrente, orientado
a objetos, con capacidades cliente/servidor, con ci cual se pueden crear prograrnas
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Es posible escribir también librerlas nativas que pueden ser cargadas desde una
aplicación, para lograr requerimientos estrictos de tiempo real.
2.8. Sistema operativo de la TINT
El sistema operativo de la TINT es la capa más baja del entorno rii,itime. Es responsable de la administración de todos los recursos del sistema incluyendo el acceso a
la memoria, planificación de procesos multiples y threads' de ejecución, y la interacción
con componentes hardware internos y extemos. A excepción del recolector de basura?,
todas las tareas mane jadas por el sistema operativo son aplicaciones JAVA.
Los tres componentes principales que conforman el sistema operativo son:
. Planificador de procesos y threads.
S Subsistema de manejo de memoria.
. Subs istema de manejo de E/S.
Tanto la pita TCP/IP como el manejador de E/S son implementados
procesos del kernel' independientes. Li pila de protocolo de red TCP/IP provee mucha
de la misma capacidad de interconectividad encontrada sobre plataformas más grandes y
es suficientemente rica en funcionalidad para soportar una implementación completa del
paquete /(lva.net. La pila de protocolo soporta multiples interfaces de red, incluyendo
Ethernet, para interconexión de alta velocidad en area local, y PPP (Point-to-Point
Protocol) sobre un enlace serial Para interconexión remota usando modern.
'I7iecic/: (u/b) es la u11/dad bdsia c/c qe,licidn dcl si/ema opera/il 'o de /a 77ni
'T/ recolector c/c basura (c;arhge Co/lector es nil bilo qice Jai'a pnnee, c/ cnnl az,/ornd/icameii/c icwpeiz In
,iiemorla dinamicarnenle repailccla qua ja no se necesita, liberanclo a /os pro grarnadores c/c mimi eniincmados en /os prgiwnas par c/ecu/ar e /a acidn.
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2.9. El Socket ElO
El Socket ElO es una tarjeta de 160mm x 120mm, cuya función principal es
proveer los conectores fIsicos para interfazar La taijeta TINT a Ethernet, dispositivos
seriales, alimentación. La tarjeta Socket E10 está destinada a ayudar en ci proceso de
desarrollo de aplicaciones ysuministra los siguientes conectores fIsicos:
. Gonector SIMIvI de 92 pines. El conector SIMIVI acepta la tarjeta TINI.
S Conector DB9 hembra. Este conector provee un puerto serial tipo DCE (Data
Communications Equipment) que da conexión a un puerto serial DTE (Data
Terminal Equipment) estándar. Este puerto es tIpicamente usado solo para
cargar el software a la memoria flash de la TINI.
• Conector DB9 macho. Este conector provee un puerto serial DTE para
conexión a dispositivos DCE tal como modems. Muchas aplicaciones TINT que
controlan dispositivos seriales usan ci puerto DTE.
• Gonector RJ45. El conector RJ45 acepta un cable Ethernet estándar lOBase-T
suministrando conectividad a una red Ethernet.
• Gonector RJ1 1. El conector RJ1 1 provee acceso a La red i-Wire usando cable
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3. CAPITULO 3
IMPLEMENTACION DEL DISENO
3.1. Introducción.
El software esta formado por 3 etapas que son:
1. l-/apa de \loniIoreo.- formado por software que viene con el sensor Oximétrico a usar y
[image:30.554.107.428.300.543.2]es de uso exciusivo del medico donde se visualizarán las constantes vitales del paciente.
Fig. 7: Interfaz de Monitoreo
2. Ltapa de Conversion y alimnenamiento.- formado por ci modulo TINT donde se realizará la
conversion serial a Ethernet asI como el almacenarnientos de los datos enviados por ci
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Em
[image:31.554.120.423.109.352.2]is
Fig. 8: Tarjeta TINI
3. fIapa tie JdquLitión.- foriTlado por el sensor oxirnétrico ci cual se encargara de adquirir
los datos y enviarlos a la etapa de conversion y airnacenarniento de la informaciOn.
1
)
[image:31.554.127.426.465.654.2]Universidad Técnica Particular de Loja
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3.2. Conversion de protocolos
El sistema de conversion de protocolos esta compuesto de un servidor y un
cliente los mismos que se detalian a continuación:
3.2.1. Cliente.- en ci cual se obtendrán y visuaiizarán los datos en este caso será
un PC donde el medico podrá acceder a través de la interfaz SP02 y dispondrá
del software de control y monitorización del dispositivo serie a conectar a!
sistema (sensor oximétrico).
3.2.2. Servidor.-en ci cual se conectará ci sensor oximétrico a monitorizar y
además se encargara de realizar la conversion de datos RS-232 a Ethernet.
Además ci modulo TINT serán configurado Para que trabaje como un servidor
para que cualquier mornento se pueda acceder a! mismo.
Para su configuraciOn se uso ci servidor web Tyriamo Web Server' donde se
compilaran y ejecutaran los archivos creados. Para ver rnás detalles, ver ci anexo 2.
3.3. Funcionamiento del sistema
La aplicación desarrollada perrnitirá un control y configuracion via web y realiza
la conversion de protocolos RS-232 a Ethernet y viceversa de manera direccional.
Una vez vistas ]as necesidades requeridas tanto para ci cliente como para ci
servidor, se procede a entrar más en detalic en ci sistema diseñado.
-
Universidad Técnica Particular de Loja
Electrónica y Telecomunicaciones3.3.1. Diseño del cliente
El sistema está diseflado para permitir que el diseño de un cliente sea tan simple
corno sea posible. El proceso básico de manejo de una transacción es como sigue:
Establecer una conexión TCP al puerto 555X en ci destino (servidor) deseado.
. Preparar y enviar una solicitud a través del software del sensor de 8 bytes, como
un (inico buffer transmitido.
Esperar que una respuesta aparezca sobre la misma conexión TGP.
. Leer los primeros 8 bytes de la respuesta.
• Si no se espera una comunicación adicional en ci futuro inmediato, cerrar la
conexión TCP asI que los recursos en ci servidor puedan set usados, Si es
requerido, para servir a otros clientes.
3.3.2. Diseño del servidor
El servidor TCP fue diseñado para soportar multiples clientes concurrentes. Esto
permite al cliente cerrar y reabrir la conexión a fin de responder rápidamente a la no
entrega de una respuesta.
Un servicio TCP normal usualmente asignará 8 bytes como un buffer de
recepCiófl por conexión.
Se describe a continuación el funcionamiento del servidor:
• Esperar conexiones entrantes sobre el puerto 555X de TCP.
• Cuando una nueva solicitud de conexión sea recibida, aceptaria y crear un nuevo
thread para manejar la conexión.
j.
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Electrónica y Telecomunicaciones1. Leer el encabezado de 8 bytes de la solicitud. No colocar un timeout aquI,
pero en cambio esperar hasta ya sea que ilegue Ia solicitud ó la conexión sea
cerrada. Ambas situaciones despertarán al thread automáticamente.
2. Analizar ci encabezado. Si aparece corrupto, por ejemplo si ci campo de
protocolo no es cero o la longitud del mensaje es más grande que 256, entonceS
cerrar unilateraimente Ia conexión.
Si hay una petición ci servidor atiende la petición.
El servidor reenvIa la petición al cliente
3.4. Aplicación.
Una vez visto el sistema de operación, se procede a ver en detalle como está
constituida la aphcación. Como base se ha adoptado la apiicación un conversor serie
Ethernet.
La aplicación está compuesta en tres hilos de ejecución, uno la clase principal
(Interface) y los otros dos ]as clases SeriaiReader y SeriaIWriter.
La aplicación consta de:
Una ciase principal (Gonversor) que creara ci main principal del prograrna y
atenderá las conexiones TCP con un determinado socket. Además inicializar ci
puerto serie y sockets TCP' de conexión y lanzará los hilos de
lectura(SerialReader) y escritura del puerto serie (SeriaiWriter).
S Lectura de datos del puerto serie y los reenvia por sockets TGP (Seria1Reader.
S Escritura de datos de los sockets TCP y los reenvia por ci puerto serie
(SerialWriter).
• La clase conversor además se encargara de almacenar los datos para que estos
sean transrnitidos a la interfaz SP02 del sensor oximétrico y puedan set
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4. CAPITULO 4
ANALISIS DE RESULTADOS
Parámetros de diseflo del sistema conversor de protocolos.
Para el diseno de nuestro sisterna se consideró 3 parámetros fundamentales:
• Büfer de entrada serial.
• Velocidad de transrnisión.
Ancho de banda.
4.1. Büfer de entrada serial
Para el análisis de los btferes se han seguido los criterios de transmisión de inforrnación
en redes IP.
Como se ha explicado con anterioridad, TINT dispone de biferes para almacenamiento
de inforrnación, debido a que la comunicación es direccional y se la requiere en tiempo
real, a nivel de Ethernet se pueden producir pequeños retardos, la presencia de btferes
nos permiten almacenar esta información Para posteriorrnente ser enviados
sincronizadarnente a la tasa de entrada del sistema.
La tarjeta usará un büfer para la cornunicación segün el sentido (SENSOR TINT
-Ethernet), el bifer será de 1400 bytes para almacenar los datos RS-232 cada 100 bytes y
luego enviarlos.
PcCF}'JTE
SENSM
KMTORD
[image:35.555.159.404.574.680.2]1'II:EEI:I3
INII T1A TIMUniversidad Técnica Particular de Loja
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El tamaño del büfer se disefló bajo la siguiente justificación, se utiliza uno de 1400 bytes
yun parámetro configurable que indican ci nñmero de bytes serie que entran al TINI.
En el constructor Serial a Ethernet se configuro la lectura del puerto serial en un tiempo
de 100 ms (tamaño de ventana), además se consideró lo siguiente para el calculo del
tarnafio del buffer.
Si el baud rate (tasa de transmisión) esta configurado a 9600 bps entonces se recibirá un
carácter serial (byte) cada mihsegundo [1].
9600bps ... I .bytes '
mis
9600bps ... lOOhyies lOOmsComo ci sensor oximétrico se encuentra transmitiendo continuamente entonces en un
periodo de tiempo de 100 ms (como fue programado) se recibierán 100 bytes.
Pero si ci baud rate fuera 115200 bps entonces se recibirá 12 caracteres seriaies en cada
milisegundo pero en un periodo de 100n-is ci ntimero de bytes recibidos serán
aproximadamente 1200 bytes.
Por este motivo se consideró que ci buffer debe ser mayor a 1200 bytes.
Como ci sensor de pulso oximétrico está programado para que envIe bioques de 10 bytes
al TINT con una tasa de transmisión de 9600 bps, Ia tarjeta almacenará 100 bytes en 100 ms hasta un lImite de 1400 bytes que serIa ci valor del biIfer.
El tarnailo provislo del bi/èr ei'ita que ethtaperdüla en la in/hrmación.
Debido al entorno de area local donde correrá la aplicación y al ser éste Ethernet, las
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Las tramas Ethernet que viajan por la red local tienen la siguiente estructura:
MAC DESTINO MAC FUENTE TIPO
[image:37.554.65.479.134.232.2]I
DATOS...
6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 46- 1500 Bytes Fig. 11: Estructura trama Ethernet que envIa TINT
De acuerdo con Ia figura 11 ci tamaño del büfer, que se corresponde con el campo de
datos, ha de ser menor que 1500 y mayor a 46, para que se ajuste con el formato de la
trarna Ethernet.
Se considera una comunicación con mayor rendimiento en la que las tramas sean lo rnás
grandes posibles, para que aumente el rendirniento de la red (throughput'), que se mide
dividiendo ci niiimero de bytes de datos entre ci nimero de bytes totales.
Throughpui = 1400 = 0.9259 1512
Con este valor de datos y sumándole ]as cabeceras TCP e IP, ci campo de datos tiene un
valor de 1428 bytes, que cumple con ci requisito de ser menor a 1500 bytes.
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MAC DESTNO MAC FUENI TIPO DATOS
L
6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 46 - 1500 BytesCABEZERAIP DATOS
-I
-20 Bytes 1408
CABEZERA DATOS
--4
[image:38.554.63.481.105.434.2]8 Bytes 1400 Bytes
Fig. 12:2: Estructura del la Trama Ethernet
Con es/c' valor de dabs, /a trama Ethernet tiene un tamailo de 142S bytes, cztmpiiendo con ci requisibo de ser menor a 1518 bytes, que es ci tanaio ,ncL\-zrno c/c la trama Ethernet.
4.2. Análisis de tiempos y velocidades
Para el análisis de tiempos y velocidades se ha usado la herramienta Ethereal que se encarga de capturar los datos enviados y recibidos. Dicho esto, se pasa a mostrar las
velocidades de transmisión de cada bloque y los tiempos concretos que luego se
calcularán analIticamente para justificar Ia transferencia de inforrnación en su totalidad en
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SENSOR __ TINt
OXIMETRICO
L
Baud Rate = 9600 Tiempo = 8 bytes 1375 ms
ETHERNET
Ethernet = 10 Mbps
Tiempo = 1400 Bytes 19953 ms
[image:39.554.59.480.97.270.2]PC
Fig. 13: Esquema de velocidades
A continuación se mostrará la explicación de los tiempos obtenidos rnediante el software
de monitoreo y se demostrará analIticamente ci correcto funcionarniento del sistema.
Se puede apreciar un cierto retardo desde que ci sensor envIa datos, hasta que Ic
empiezan a ilegar. Este retardo es de aproximadamente de 3 rns. Esto se debe a Ia
programación del TINT en Java, ya que la JYIVI en un microcontrolador de 8 bits necesita
entre 1,7 y3.5 ms para hacer la lectura de una entrada Lii.
Se puede comprobar que todos los bytes que envia el SENSOR aI TINT para
transniitirios por la red, Ic llegan debidarnente sincronizados, ya que envIa 8 bytes cada
13,75 ms.
Tiempo.TX = ((12 * N) —1 Baud.Rate)
* 8)_i') Tiempo.TX =((12
9600 Tiempo.TX = 13.75rns
Entonces ci tiempo total será:
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Para analizar si existe un retardo en los tiempos entre Ilegadas de paquetes TGI por
Ethernet, se han capturado los paquetes TCP que envia ci TINT con IP 172.16.3.10 por
Ethernet usando ci software de rnonitoreo de red Ethereal.
E e Ed View 3, Co store Ar a yeo Statistics Help
4jEiIter .,. .pi,-- 3 Iear 1
NS
Ii:it
U.UL'Ci4 ifl.i .0.1: ml'... .0 1_P 5i -. 771 [PH, ACV] 56304 2 161r '..4U4 Len
4 Q. 019 ,604 17.1 - o.i0 1.10.3.1..- ICP '571 -• 5 51 [ACe] ceq=0 Air 2 5li 4088 Lu 21._58407 17.10.5.10 J.o.lN.0.i 7 7' 51 [628. ACK] 163-0 4J-2 55-400 3 L u r -5
..i.070389 17210.0.10 172.1-6.3.17 1 0 7571 5 5 51 [0'
8 21.39985 172.16.3.1' 17'.16.3.10 1 0 51 - 7571 1.6
3 21.50185 172.16010 172.16.3.12 FOP 71 5 51 Ic3
10 21.759934 l".13.3. 17o.16.3.l0 TOP 51 7571 [AC
11 2._.76i°'6 i'2.i' 3 4.i0 172 .16 3 13 TOP 75'i - 5 51 [Pt
1_ _i.934 '26 172.10.3.12 172.16.o.i0 loF 5551 7 71 [AC ii jCi37347 172.10.3.10 72 12 fCC 7571 51 [P_
14 .2. Lni87 17,104.12 172.16. 0.10 T 5551 > 7 71 [A.
15 22.1' 41 172.10.3.10 172.16.3.12 1 0 7571 5551 [C'
16 2 .i493 172.10.3.12 172.16.3.10 Top 3551 7571 [4,. 1 '....,08062 172.16.3.12 _72.i6.3.12 mO 7571 5551 [o
14 22. .04809 172 .16.3.1.. 172.16.3.10 TCP 5551 7571 [AC 19 _2. '67°59 172.10. .10 170.16.3.12 TOP 7571 5551 [03 - 4,734791 172.1b. 1.12 1-2 ib. 10 T P 3551 7571 [4.
21 22.70 7 03 3 17 . 10.3.10 172.16.3.12 109 7571 - 5551 [c' 22 22.065762 111.1 3 .3.1' 172.16.3.10 108 5'Si .' 7571 11c
'2 577q1 171184 In 10 1 rio 5331 10
Frame 6 t54 I, y, e on sIre, 54 bytes caç.ruredl
EtHernet 33, 00:c0:f0:1f:01151,osr: 0O:00:-.S:02:4S:47
Irter000 roto31, crc ,lddrt 12.16.5.12 .172.16.3.10), 00.6300,172.16.3.10
o u U 004 U..40 0000 3!00l00i30='0'
[image:40.554.59.491.588.708.2]o 00 28 04 5 40 00 30 00 68 10 Sc 10 43 00 ac lu .5.6
Fig. 14: Monitoreo red
Sc han tornado 10 paquetes que correspondan a la IP 172.16.3.10 corno muestra para
caicular ci tiempo rnedio de liegada entre paquetes TGP de la TINT a! PC.
PAQUETE TIEMPOS DE LLEGADA Media de ilegada entre en unidades de (ms) paquetes (ms)
1 21,370389
r2 21,561855
191,466
3 21,761956
4 21,967882 200,101
_oq=2 .59-39 1613-i5495 Len-U aco] Seq='9 A,-0 -' 5.Iirs 4088 -11-34
0eq 2 .5 ,5=73 a111-04841 Leo -O
A K ] Seq-73 635-0 SoIr-4094 L-67 seq-V .Ack=140 cur =4114 Len=0
1500] 6q=14C ark WIr,=4088 Leri=€6 'eq-. ack=.ur ,uir-b408 cci -0
Al_k] S,4=206 4 .0-.. 621, 4088 Len 66 6q=2 .5-k 7 - 'sln 4,42 en U
P.:vJ '12-2 A IF - 161,1=4048 L-61, 565-.. loCk-3.,8 163=64573 Len-U
0 0] Oeq=43 A'_ =. s6ii,_4088 L.er,=34
e_2 s-S -17' 11-6454 , L6n3
4 iJ 005_3 m ? 4. 0=2 WIn-4388 Ler-15 eq'Ak437 lii r,-r4477 Lofl'2
51.1 5,03 0. i73,irJlSR
gi
Universidad Técnica Particular de LojaElectrónica y Telecomunicaciones
5 22,167751
6 22,368062 205,926 7 22,567959
8 22,767030 199,86 9 22,972912
L
10 23,172771 200,31
Media de liegada entre
paqu^promedio, 199.53
en
De este análisis podernos observar que ci tiempo medio entre paquetes es de 199,53 ms.
Por tanto existe un pequeño retardo de unos pocos milisegundos, entre los cálcuios
anailticos y el programa Ethereal pero al ser este valor tan pequeno y en unidades de
milisegundos no se notaria ci retardo ci momento de recibir la información.
(1400
13,75x10 =192,5x10 LiooJ
Con los oI,ienidos con e/pr0rama L/l)ereai y a /raves de calt-illo ana//tico Sc coniuye quie ci re/ardo en ci s/sterna corn'ersor de protoco/os es bcsicarnen/e ci rnLcrno, por lo epic no ex/cliria perdic/a de la in/rrnacibn.
4.3. Ancho de banda
El ancho de banda requerido para transmitir los datos a la red Ethernet viene dado por
ci dispositivo usado, en este caso la tarjeta TINT la cual especifica un rnInimo de 10Mb
para la transrnisión de los datos.
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5.
CAPITULO 5CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El resultado del proyecto puede considerarse glohalmente como de muy
satisfactorio, pudiendo esta conclusion de tip0 general ser detallada y matizada en los
siguientes apartados:
• Se ha desarrollado un producto de conversion de protocolos serie a Ethernet
bastante similar a otros existentes en el mercado.
• En la construccion del conversor, la mayor pane del tiempo (aproximadamente
un 80% del total), se emplea en la comprensión, estructuración, especificación
formal y pruebas de cada uno de los protocolos originales.
• La conversion de protocolos mediante la tarjeta TINT y ci uso del lenguaje de
programación universal JAVA, conduce a un conversor muy simple y de fácil
implementación, al menos en el caso de los protocolos estudiados en el proyecto.
La especificación del convertidor de protocolos resulta sumamente simple una
vez que se han especificado los protocolos originales.
• El lenguaje de programación elegido (JAVA) parece suficientemente potente y
no se vislumbran ante necesidades de ampliación del mismo.
• JAVA nos proporciona una herramienta de control de la apiicación via Web.
Esto permite a cualquier usuario sin conocimientos de sistemas operativos ni de
aplicaciones de conexión remota hacer funcionar Ia aplicación de manera muy
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Electrónica y Telecomunicaciones
La piataforma TINT resultó conveniente y apropiada Para el sistema propuesto,
ya que las aplicaciones desarrolladas en JAVA se ejecutaron eficientemente,
además, todo ci proceso de programación y depuración de las aplicaciones se
desarrolló en un PC, para posteriormente transportar el codigo a la tarjeta,
agilizandose la creación de los programas.
.
El protocolo IP es una tecnologfa de transmisión de libre uso, sin embargo, como tecnologIa que es, sirve de soporte a los servicios de telecomunicaciones,los cuales se encuentran explIcita y taxativamente definidos en el regimen legal.
• En esa ilnea de pensamiento, la telemetrIa de signos vitales a través del protocolo
IP no debe set considerada como un servicio, sino como una tecnologIa para
optimización en los recursos de monitorco y control medico a distancia.
La interfaz de visualización de resultados que se dispone para ci usuario final está
provista de una forma totalmente transparente, esto es Ufl acceso con icono
directo a! programa. Los datos se descargarán y se registrarán de forma
automática yen tiempo real al programa..
• Resulta factible ci diseño e implementación de sistemas de telemedicina en la
LAN de la Universidad Técnica Particular de Loja, debido a Ia existencia de una
infraestructura de telecomunicaciones adecuada. En esta aplicación, los sistemas
de comunicaciones juegan un rol muy importante y definen la naturaleza y
alcance de la aplicación de telemedicina a implementar.
• Para ott-as redes se recomienda que esta tengas las condiciones necesarias como
ancho de handa mInimo, backup para adquirir de forma correcta los datos del
Universidad Técnica Particular de Loja
AOL
Electrónica y Telecomunicaciones• En cuanto a los sistemas de información hospitalarios, debe considerarse ci
desarrollo de sisternas de bases de datos accesibles remotarnente, esto perrnitirá a
los medicos el fácil acceso a los datos para su posterior análisis.
Hemos considerado el almacenarniento de los datos con formatos estándar
intemacionales, esto permitirá el intercambio de la información con otros
centros de asistencia médica e investigación a nivel nacional e internacional. Tal
intercambio de información favorecerá notablemente ci diagnostico y
tratamiento a distancia.
Como una proyección futura del presente trabajo serIa interesante poder
integrarle a la tarjeta TINI ci protocolo XML (eXtensible Markup Languaje),
lenguaje de gran crecirniento que ya abarca muchos campos en servicios de Web,
y ci cual ya incursionó en ci area industrial para ci intercarnbio de información.
Con la tarjeta TINI, básicamente este estándar se utilizarIa para que una base de
datos con soporte XIvIL (actualmente casi todas lo tienen) se comunique con ella
y acceda continuamente a la información proveniente de los procesos. Esta
información es airnacenada en las tablas intemas de la base de datos, y de esa
forma es posible lievar registros, históricos, tendencias, graficos, reportes, etc.
Del comportamiento de las variables que se requieran. Acwalmente, ya se
encuentra en desarroilo un servidor de Web para la TINT con soporte XML, yen
codigo abierto
• Se proponc la aplicación/arnpliación del proyccto al discño e implementación del
hardware de la tarjeta, fruto de este análisis surgirá probablemente protocolos
mejorados y la no subutilización de Ia tarjeta, disminuyendo sensiblcmente
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Electrónica y Telecomunicaciones
• La conversion de los protocolos actuates al mejorado podrIa diseñarse y
construirse con ayuda igualmente del lenguaje de programación universal JAVA.
• También puede set aplicado el proyecto a la integración de sistemas de control
de diferentes fabricantes, corno ocurre por ejemplo en ci caso de querer
monitorear otras señales como temperatura, electrocardiogramas,
electroencefaiografIa, electromiografIa, espirometrfa y exárnenes de laboratorio
mediante función digital para Ia mediciOn de enfermedades rnetabólicas que
requieren controles frecuentes.
• El tiempo que tarda un paquete en salir de la tarjeta TINT y set enviados por Ia
red coinciden con los valores que fueron prograrnados, por to que se considera,
no existen perdidas de informaciOn.
• Se realizaron pruebas en ambientes reales de aplicación, y se obtuvieron
resultados satisfactorios, tanto de captura y procesamiento de eventos corno de
interoperabilidad con la red LAN de UTPL.
• En cuanto a su capacidad de procesamiento de datos seriales, que era uno de los
parámetros más importantes e interesantes por su naturaleZa asincrona y por Ia
importancia de no perderlos en ningün mornento, se estirnó que puede recibir
una tasa sostenida de entrada superior a los 200 kbps ya que menores a la misma
existe perdida de inforrnación.
• Con relación al ancho de banda, se estirna que ci ancho de banda mInirno
necesarios es de 10Mb para ci envió de la infonnaciOn sin perdidas y en tiernpo
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6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
• [1] LOOMIS, Don. The TTNI Specification and Developer's Guide. Addison-Wesley, 2001.
• BRICENO, Jose. Transmisión de datos, 2005
. AXELSON, Jan. Serial Port Complete. Lakeview Research, 1998.
• DEITEL, H. M. y DEITEL, P. J .. Cómo programar en Java. Prentice-Hall F-Iispanoamericana, S.A. Mexico, 1998.
• Dallas Semiconductor, Geitin Started witi TIX I
Bentham, Jeremy. Web Server for Embedded Systems Publisher Group West, 2002.
Enlaces Electrónicos
[2] http:/ /www.anestesiavirtuaLcom/ intrave nos a.him
http:/ / www.maxim- ic.com
http://www.lvr.com
http://Nvww.maxini-ic.com/ds8Oc4OO/libraries.
http://www.rxtx.org
http://j*ava.sun.com
http://www.i-naxii-n-ic.com/products/tin1/pdfs/tinispec.pdf
http://www.maxim-ic.com/products/tini/pdfs/TINT_GLJTDE.pdf
http://Ilsts.dalsemi.com/maillists/tini/
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gi
7. GLOSARIO DE TERMINOS Y SIGLAS
• UART: Universal Asynchronous Receiver Transmitter
CAN: Controller Area Network
ISO: International Organization for Standardization
• TTL: Transistor Transistor Logic
• CPU: Central Processing Unit
• JVM: Java Virtual Machine
TINT: Tiny Internet Interface
API: Aplication Program Interface
TCP/IP: Transmition Control Protocol e Internet Protocol
• LAN: Local Area Network
• LSI: Large Scale Integrated Circuit
OS: Operating System
• LED: Light-Emitting Diode • DTE: Data Terminal Equipment • DCE: Data Comunications Equipment
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4A
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ANEXO A
DISPOSICION DEL
TARJETA # 1
CABLE #1
TARJETA
I- TIN
0 uJ
M 0 N T A J E
TARJETA # 2
CABLE #2
[image:49.552.66.466.102.281.2]SENSOR OXMETRICO
Fig. 15: Esquerna conexión
TARJETA #1. TARJETA TINI.
Esta tarjeta proporciona la conexión entre ci sensor (paciente) y PC (medico). Además
funciona como un servidor donde se almacena la información que envfa el sensor
oximétrico.
TARJETA #2. SENSOR OXIMETRICO.
Esta tarjeta adquiere y envIa la información de los signos vitales del paciente a un
servidor (TINT) para que el medico pueda acceder a ella.
CABLE # 1. Enlace Ethernet.
Este cable es ci que nos da acceso a una red Ethernet. Posee en ambos terminaies
conectores RJ45.
CABLE #2. Enlace RS-232.
Este cable posee en ambos termiiiales conectores DB9 que se conccta al Sensor
Oximétrico y en ci otro extremo se une con la tarjeta TINT. A continuación se presenta
la descripción de pines yde señales.
Conector DB9 Conector DB9
TINT SENSOR
Pin 2:RxD Pin 3:TxD
Pin3:TxD Pin 2:RxD
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AN EX 0 B
INSTALACION DE SOFTWARE TINT
Componentes de Software.
Las herramientas necesarias son:
- TINT Software Development Kit. TINT SDK'
Java Development Environment JDK2 para windows
Java Communications APP
Instalación Software
1. Crear carpeta TINT—INSTALLED
2. Instalar TINT SDK en C:\TINIINSTALL\tinil.16
3. Instalar JAVA JDK en C:\TINIINSTALL\JAVA
4. Tnstalar JAVA API en C:\TTNIITNSTALL\
5. Extraer en una carpeta ANT 1.6.2 en C:\TlnAntl.2.0\
TiniAnt.jar
6. Lxtraer en una carpeta Tynamo-tini-1.O en C:\TINT_INSTALL
Una vez instalado los programas necesarios agregar al las siguiente rutas al PATH y
CLASSPATH si esta carpeta no existe crearla.
Para acceder al PATH ir a MT PC, propiedades del sistema, variables de entomo agregar
las siguientes rutas:
PATH=C:\TIMINSTALL\Java\jdkl .5.002 \bin;C:\TINT INSTALL\tinil .16 \bin; C:\apache-ant-1.6.2\bin
CLASSPATH= .;C:\TINT INSTALL\Java\jdkl .5.0_02\lib\tools .jar;C:\TINT_TNSTA
LL\tinil .16\bin\tini.jar;C:\flNT_INSTALL\tin11.16\bifl\COmm.iar0\TINT_TNSTAl L\ tinil.16\bin\tiniclasses.jar,C:\TINII_INSTALL\tinil .16\bin\modules.jar;C:\TTNJ_T NSTALL\Java\jdkl .5.002\jre\ lib\ext\comm.jar
TL\ I SDK nijuw. rnairn-ic tvrn/ rnicrocontro!/ r/ Ill?!.
'JA I A ht/p:/ 012'a..cnn. corn
O?
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Ahora se necestia copiar los siguientes archivos:
1. Copiar el archivo win32.di! del TINT tinil.16\bin al directorio donde instalaste JAVA
Java\A1.5.002 \bin
2. Copiar ci archivo javax.comm.p rope rties a la carpeta de Java\jdkl.5.O_02\jre\lib
3. Copiar ci archivo comrn.jar de Ia carpeta GOMMAPI a Ia carpeta de
Java\jdkl .5.0_02\jre\iib\ext
En un archivo txt escribir Li siguiente linea:
java classpath C:\TINT_INSTALL\tinil .1 6\bin\tini.jar JavaKit y guardarla con-to
JavaKit.bat luego ejecutarlo. Se debe tener en cuenta que este archivo seri el que siempre
ejecutara ci JavaKit.
-ji
Ede Ed) Macro Options Help
[Lrnb Terminal
0000C400 Silicon Software - Copyright (CI 2002 Ma<im Integrated ProdU-t3 Detailed product information available at http: //0110ir.DlaXiIa-1C. corn
Welcome to the TINt DS60C400 Auto Soot Loader 1.0.1
>
Port Name Saud Rate
iM 15200 r.
DTR
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En esta interfaz se puede escoger el puerto serial y Baud Rate a usarse. El Puerto COMI
es el usado yel Baud Rate ci usado es 115200. Luego seguir los siguientes pasos.
1. Dar clic en Open Port.
2. En device escoger TJNI400
3. Dar clic en RESET donde aparecerá lo siguiente:
DS8OC400 Silicon Software - Copyright (Q 2002 Maxim Integrated Products Detailed product information available at http://ww.maxim-ic.com
Welcome to the TINT DS80C400 Auto Boot Loader 1.0.1
4. Jr a FILE y seleccionar Load File y cargar los archivo tini400.tbin y slusli400.tbin.
Nosotros observaremos lo siguiente en javaKit:
Loading file: /Users/ kardis/TINT/ tinil . 121 bin/ Slush_400.tbin. Please wait... (ESC to abort.)
Load complete.
Loading file: /Users/ kardis/TINI/tinil .121bin/ t1ni_400.tbin. Please wait... (ESC to abort.)
Load complete.
5. Teclear E y dar enter y aparecerá lo siguiente:
I' uini n
:_1L:. V :S_ IA --1 it:x c:i1; iR. I - r;-•fl; 'Ui 1 1 ni 1 All. . J
fll y - Al ilJ II - I :7,. f I
L.iI_A1_Lq d .Al._llP 1
_li:a1i:A 1:liOL. . I - I.' t.r- I) I nI I. .11- nIl J -M
- _.t ._IL_'lp 7T 1 I'u.I1 U::iJcta c:n::r:aciol1 1 Von: I
.. 1rr_ Enud R.o.
.
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11N1 OS 1.12 - Copyright ( 1999 - 2003 Maxim Integrated Products API Version: 9004
Crystal: 14.7396MHz x 2 Doing First Birthday Probing for memory config Memory Size: OFD600 Addresses: 182A00,280000 Skip List MM
POR Count: 00000001 Running POR Code Memory POR Routines 000028
Transient blocks freed: 0000, size: 000000 CPersistant blocks freed: 0000, size: 000000 Memory Available: OF 1240
Creating Task: 0100
01
Loading application: 470100 Creating Task:
0200 02
Application load complete [-slush Version 1.12 -] [ System coming up. ] [Beginning initialization...] [Not generating log file.] Info] [Initializing shell commands...] [Done] [Checking system files...] [Done] [Initializing and parsing .startup...] [Initializing network...]
[Starting up Telnet server...] [Done] [Starting up FTP server...] [Done] [Network configuration] [Done] [System mit routines ] [Done] [slush initialization complete.] Hit any key to login.
6. Al teclear enter aparecerá ci login y password aparecerá: Welcome to slush. (Version 1.12)
TINT login:
La tarjeta TINT usa un nombre y un password para autenticar y permitir ci ingreso del
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ACCOUNT USER INITIAL
NAME NAME PASSWORD
r:ot tiril
çiuest ij.st
El uso del root pen-mite al usuario tener mayores privilegios mientras que el usuario guest
tiene acceso mas lirnitado a las fuentes del sisterna.
7. Al ingresar el login ypassword podernos configurar la tarjeta TINT:
TINT/>ls -1 total 2
drwxr-x 1 root admin 1 Jan 27 15:13.
drwxr-x I root admin 3 Jan 27 15:14 etc TINT>
8. Para configurar la IP de la tarjeta usamos los siguientes comandos:
TINT / >help ipconfig ipconfig [options] Configure or display the network settings.
[-a IP -m mask] Set IPv4 address and subnet mask
[-n domainname] Set domain name [-g IP] Set gateway address
[-p IP] Set primary DNS address [-s IP] Set secondary DNS address
[-t dnstimeout] Set DNS timeout (set to 0 for backoff/retry) [-d] Use DHCP to lease an IP address
-r] Release currently held DHCP IP address [-x] Show all Interface data
- h mailhost Set mailhost
-q Commit current network configuration to flash [-D] Disable restoration of configuration from flash
-f Don't prompt for confirmation
TINT/>
9. Para configurar usando un servidor DHCP usarnos el comando:
TINT / > ipconfig -d
Warning: This will disconnect any connected network users and reset all network servers.
OK to proceed? (Y IN): Y
[Sun Jan 28 14:52:46 GMT 2007] Message from System: Telnet server started.
