Registrador de temperatura y precipitación de bajo consumo y alta capacidad de datos
Enviado por tamairon • 17 de Octubre de 2022 • Trabajo • 2.354 Palabras (10 Páginas) • 38 Visitas
Registrador de temperatura y precipitación de bajo consumo y alta capacidad de datos.[pic 1]
Capítulo 2 | ||
Diseño del registrador de temperatura y precipitación.[pic 2] | ||
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El registrador básicamente deberá realizar operaciones tales como, capturar temperatura y datos de precipitación durante un periodo de aproximadamente un año, en intervalos de muestreos de una hora, y almacenarlos. Prescindir de ser atendido durante este periodo de tiempo. Capacidad para comunicarse con un PC para gestionar el registrador y obtener los datos almacenados. El sistema debe ser portátil, para dejarlo ubicado en un lugar aislado, al cual se accederá pocas veces. Alimentación continua (DC), mediante baterías y alta autonomía. Especificaciones técnicas. Especificaciones
Algunas de las funciones que el registrador debe realizar son,
Se prescinde de dispositivos de visualización, como pantallas LCD, puesto que estas aumentarían en demasía el consumo, y ya que se ha definido en las especificaciones que el sistema carece de atención por parte del usuario durante largos periodos de tiempo, es poco útil equipar al registrador con este dispositivo. No obstante, se ha colocado dispositivos de señalización o indicación, mediante dos diodos led, para indicar conexión con PC, desconexión del PC, batería baja, funcionamiento, y se ha intentado controlar el consumo lo máximo posible, haciendo que destellen en vez de encenderse de manera prolongada. | ||
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A modo general se muestra el sistema con un diagrama de bloques básico. [pic 3] F2.2.1. . Se puede observar en el diagrama , dos módulos bien diferenciados. El módulo de la derecha pertenece al registrador compuesto por tres partes esenciales, módulo de control, módulo de sensado y módulo de comunicaciones. En la parte izquierda se ha representado el monitor de gestión bajo PC, para dar una idea de cómo se realiza la conexión hacia el registrador, pero dicho módulo no se explica en este capítulo. Módulo de control, encargado de la gestión de todo el registrador. Controla el sistema en toda su extensión, realizando las medidas, capturando las muestras y almacenándolas, llevando el nivel de comunicación en cada momento con el PC si es necesario, y manteniendo el reloj RTC implementado, entre otras funciones. Módulo de sensado, constituido por un adaptador para el pluviómetro y un circuito sencillo para realizar con el sensor de temperatura, RTD, medidas por relación (ratiometric measurements). Módulo de comunicaciones, Se engloba en este módulo dos sistemas de comunicación totalmente distintos, el primero es un pequeño interfaz constituido por un adaptador de señales para conexión a través de un puerto RS232 desde una USART, permitiendo la comunicación serie para la gestión desde PC del registrador. El segundo, es un adaptador JTAG para la reprogramación del controlador, y posibles actualizaciones. Así se ha dado a conocer el sistema completo, sencillo en su estructuración, gracias a la diversidad de recursos que el microcontrolador MSP430F149 nos proporciona, lo cual conlleva a una reducción de circuitería externa en aplicaciones de este tipo, convirtiéndolos en sistemas de reducido tamaño. A continuación, se verá una descripción detallada de los módulos que constituyen este sistema. | ||
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Partiendo del diagrama presentando en en el el apartado anterior, se describe de forma más detallada cada elemento. Se comenzará por tanto, por el módulo de control.
Se ha mencionado antes que el módulo de control está constituido por una microcontrolador de bajo consumo, modelo MSP430F149 de Texas Instrument. Este dispositivo se encargará de marcar las pautas de funcionamiento de todo el sistema, sin necesidad de mas controladores externos para el resto de módulos. El módulo de control por tanto realiza las siguientes funciones. Mantenimiento del reloj RTC. El sistema no necesita de reloj RTC externo, con lo cual se ha implementado en el propio microcontrolador. Este reloj, únicamente lleva el mantenimiento de la hora y se hace de cargo de indicar mediante flags, las alarmas para captura de muestras, alarman fijas que se realizan cada minuto, cada hora y cada 24 horas. Captura de muestras de temperatura. Las muestras de temperatura se capturan cada hora, y se toman de dos fuentes distintas. La primera fuente es del módulo de adaptación de la RTD para medidas por relación, la segunda fuente es del diodo interno del microcontrolador a través del conversor analógico digital ADC12, que posee este. Captura de muestras de precipitación. Las muestras de precipitación se capturan durante una hora. El sistema de control se encarga de testear cada cierto tiempo si existió un pulso proveniente de la báscula del pluviómetro, y lo almacena. Cada hora se recopilan cuantos mm de precipitación se han acumulado. Comunicación mediante USART. Esta función se realiza por medio de la USART en modo asíncrono, controlado por un protocolo sencillo de comunicaciones (PSTS), implementado en el módulo de control. Las señales de la USART pasan a través del interfaz de adaptación, o módulo de comunicaciones. Así pues el enlace a nivel físico es de esta manera. 3.1 [pic 4]
F..3.1. Control del nivel de batería. El control del nivel batería se hace estimando su nivel de tensión, para ello se hace uso de un canal especifico del ADC12 del microcontrolador, que permite conocer el nivel de tensión de la alimentación. Ya que la alimentación directamente viene de las baterías, se ha estimado que, si la tensión cae por debajo de 2.5 V, es necesario reemplazar las baterías, puesto que son necesarios niveles de 2.5 V o más, para realizar las medidas de temperatura a través del diodo interno, si la tensión es menor de esta, entonces la medida sería errónea. Por lo tanto, el control de nivel da batería se encarga de indicar, cuando el nivel de tensión de batería no es apto para el funcionamiento del sistema. Almacén de datos muestreados. Para el almacén de muestras, se requiere una memoria de un tamaño considerable, algo con lo que, no todos los microcontroladores vienen equipados. El MSP430F149 posee una su extensa memoria Flash de 60Kb, característica que lo hace destacar sobre otros microcontroladores de la familia MSP430, y sobre otros microcontroladores del mercado, no siendo necesario hacer uso de memoria externa, para almacenar las muestras capturadas, además de cumplir con las especificaciones. De estos 60Kb se han reservado solo 48Kb para muestras, dejando los restantes 12Kb para futuras ampliaciones del firmware del registrador. Con estos 48Kb se puede llegar a almacenar mas de un año de muestras de precipitación, temperatura máxima, temperatura mínima y temperatura media, con frecuencias de una hora.
El módulo de sensado es el encargado de adaptar los dispositivos sensores externos, para poder realizar las medidas. 2..2ConstituidoConstituido por dos subsistemas esenciales, el subsistema de adaptación del sensor RTD, y el de adaptación del pluviómetro. Se ve a continuación un esquema de este módulo. [pic 5] F2.3.2. El adaptador de RTD está constituido por dos elementos resistivos, y un condensador. El elemento resistivo RTD, varia su resistencia afectada por la temperatura, mediante una relación existente. Este sistema de adaptación de la RTD, se describe en el capítulo 4 con más detalle, así como el circuito que lo compone y la teoría en la cual está basado su funcionamiento. El adaptador del pluviómetro. El pluviómetro está constituido por una célula reed, compuesta por dos láminas de metal que crean un contacto. Al pasar un campo magnético sobre ella, el contacto se abre, no dejando circular corriente por el interior. Es un contacto muy simple, pero se mantiene siempre cerrada si no se hace pasar el campo magnético sobre ella. Así pues, cuando la báscula cae, se hace pasar el campo magnético por la célula y esta se abre, en cuyo instante los niveles de tensión cambian, produciendo un pulso en el módulo de control, que indica 1 mm de precipitación. El adaptador únicamente se encarga de mantener un nivel de tensión a la entrada del módulo de control, para así reconocer los cambios de ‘0’ a ‘1’ y viceversa.
El módulo de comunicaciones está formado por dos sistemas totalmente distintos, pero que se han querido englobar en el mismo módulo, por su finalidad funcional. Estos sistemas son, el adaptador de señales RS232, y el sistema JTAG. El adaptador de señales RS232 está constituido por un dispositivo de adaptación de señales TTL a RS232, y circuitería externa, para de este modo, permitir llegar las señales provenientes del puerto serie del PC, hacia la USART del microcontrolador, y al contrario. Este dispositivo, es de bajo consumo, es el modelo MAX3223 de MAXIM. Se alimenta a 3 V esto evita hacer uso de reguladores de tensión. El sistema JTAG, está constituido por un conector JTAG, y una circuitería de adaptación, conectada directamente al microcontrolador, permitiendo reprogramar y depurar el sistema en cualquier momento mediante el software de diseño utilizado. Como anotación a este capítulo, se ha de comentar, que los circuitos y la explicación de la funcionalidad de cada uno, se encuentran en el capítulo 4, donde se implementa todo el sistema. |
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