metropolitana unidad iztapalapa
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UNIVERSIDAD A UTONOMA
METROPOLITANA
UNIDAD IZTAPALAPA
DIVISION CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA
REPORTE DE PROYECTO TERMINAL 11
SENSOR DE TEMPERATURA DE LA ESTACION
METEOROLOGICA DE LA UAM
ALUMNO : Francisco Javier Salgado Cruz. 1 1, - , * k - F' *: i : .t
ASESOR : Alejandro Martínez.
INDICE
1 INTRODUCCION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 ANTECEDENTES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 IMPORTANCIA DE LA INFORMACION METEOROLOGICA . . . . . . .
4 EL SISTEMA METEOROLOGIC0 DE LA UAM . . . . . . . . . . . introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1 FUNCIONES DE LA ESTACION METEOROLOGICA . . . . . .
4.2 ARQUITECTURA DEL HARDWARE DEL SISTEMA . . . . . . .
4.3 SISTEMA DE ADQUISICION DE DATOS . . . . . . . . . . 8
4.4 SOFTWARE DEL SISTEMA . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.4.1 ARQUITECTURA . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.4.2 ESTRUCTURAS DE DATOS UTILIZADAS . . . . . 11
5 EL SENSOR DE TEMPERATURA DEL SISTEMA SMUAMI . . . . . . 15
4
5
5.1 FUNCIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.2 HARDWARE DEL SENSOR DE TEMPERATURA . . . . . . . 16
5-2.1 ESPECIFICACION . . 16
5.2.2 DISENO . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5.2.2.1 Introducción . . . . . . . . . . .
5.2.2.2 DIAGRAMA A BLOQUEB . . . . . . . .
5.2.2.3 DIBENO DE CADA BLOQUE . . . . . . . 5.2.3 IMPLEMENTACION . . . . . . . . . . . . .
5.2.3.1 LIBTA DE COMPONENTEB Y PRECIOB . .
5.2.3.2 DIAGRAMA DE ENBAMBLE . . . . . . .
5.2.3.3 DIAGRAMA ELECTRIC0 .
5.3 BOFTWARE DEL BENSOR DE TEMPERATURA . . . . . . .
5.3.1 FUNCION DEL BOFTWARE . . . . . . . . . .
5.3.2 EBTRUCTURAS DE DATOB Y VARIABLEB UBADAB
503.3 PSEUDOCODIGO . . .
6 ANEXOS PROGRAMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1 PROGRAMA FUENTE PARA EL BENBOR DE TEMPERATURA DEL BIBTEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 . ANEXOB INFORMACION . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1 LM-335 ( SENSOR DE TEMPERATURA ) . . . . . . . .
7.2 LM-310 ( (SEGUIDOR DE VOLTAJE ) . .
7.3 TL-081 ( AMPLIFICADOR OPERACIONAL) . . . . . . . 7.4 Direcciones de los puertos del sistema . . . . . .
17
17
19
20
22
23
23
24
25
25
27
31
31
38
38
39
4 0
41
1
1 INTRODUCCION
En este documento se presenta el desarrollo del sensor de temperatura del sistema meteorológico que actualmente se desarrolla en la Universidad Autónoma Metropolitana de la unidad Iztapalapa. Se presenta así mismo una breve descripción de como esta diseñado el sistema meteorológico en general a nivel de software y sus funciones.
2 ANTECEDENTES
Desde mediados del siglo pasado , en México se inicio el registro sistemático de información meteorológica. En 1977 se creó el Servicio Meteorológico Nacional ( SMN ) como la dependencia responsable de captar, procesar y difundir la información meteorológica y climatológica.
Actualmente la COMISION NACIONAL DEL AGUA ( CNA ) es la dependencia del gobierno federal encargada de proporcionar el servicio público de información meteorológica, climatológica e hidrológica en todas las escalas espaciales y temporales que sea posible obtener con la tecnología disponible. As4 mismo la CNA tiene la responsabilidad de operar las presas para el control de avenidas e intervenir dentro del Sistema Nacional de Protección Civil, en auxilio de la población en situaciones de emergencia provocadas por fenómenos hidrometeorológicos.
En su estructura interna, la CNA cuenta con el SMN, encargado de la información meteorológica y climatológica, y con la gerencia de aguas superficiales, unidad responsable de la información hidrológica y de la operación de presas durante la ocurrencia de avenidas.
Hacia 1981 la cobertura y el estado de las instalaciones y redes de observación meteorológica, climatológica e hidrológica eran considerados adecuados, aun cuando todos los equipos eran de tipo convencional.
2
A partir de 1982 a consecuencia de la reducción presupuesta1 que afecta al sector público, la infraestructura de observación meteorológica, climatológica e hidrométrica del país además de sufrir un constante deterioro, no permitió incorporar equipos modernos de registro. Como producto de ese proceso, el sistema muestra actualmente deficiencias en su operación, obsolecencia en sus equipos e instrumentos y en general falta de mantenimiento operativo y correctivo.
Para dar cumplimiento a las funciones que en materia meteorológica, hidrológica y de control de avenidas se han asignado a las CNA, es necesario que este cuente con equipos que le permitan generar, procesar y analizar información de manera oportuna y confiable. Los enormes daños potenciales en bienes materiales pérdidas de vidas humanas que se pueden prevenir mediante la correcta operación de la información y el alertamiento oportuno sobre fenómenos extraordinarios justifican ampliamente los esfuerzos que se hagan para mejorar y ampliar la información meteorológica e hidrológica.
Notables son los avances que han tenido en los sistemas de captura, transmisión, procesamiento y difusión de la información meteorológica e hidrológica; sin embargo en México se ha visto limitada la incorporación de estos avances en los procedimientos que actualmente se desarrollan, por ello , es indispensable llevar adelante un proceso de modernización y ampliación del servicio meteorológico nacional y de las diferentes redes de observación con que actualmente se cuenta.
3 IMPORTANCIA DE LA INFORMACION METEOROLOGICA
Es indiscutible la importancia que el tiempo y el clima tienen en todas las actividades del ser humano. Enormes cantidades de recursos económicos dependen en una u otra forma de las condiciones meteorológicas e hidrológicas y con no poca frecuencia la vida humana también esta expuesta a riesgos por esas caracteristicas del medio ambiente.
El clima de una región entendido como la manifestación de las condiciones atmosféricas a largo plazo constituyen un recurso natural que debe tomarse en cuenta para la adecuada planeación y adaptación de las actividades que se emprendan dentro de esa región. El no hacerlo así conduce al fracaso o, en mejor de los casos al uso ineficiente y al desperdicio de los recursos invertidos.
3
El tiempo o las condiciones meteorológicas o hidrológicas, considerados como las manifestaciones cotidianas de la variabilidad atmosféricas son tan cambiantes y se presentan en diversos grados de intensidad que constantemente causan serios daños económicos y perdidas de vidas humanas en todo el mundo.
Por ello es indispensable el establecimiento de sistemas de observación de los fenómenos atmosféricos que permitan por un lado, la cuantificación lo más precisa posible del clima y por otro el acopio de información y datos que sirva para decidir con el menor grado de incertidumbre, a corto plazo, las condiciones meteorológicas que afectan a una región especifica.
La gran variabilidad de las condiciones meteorológicas e hidrológicas y las dificultades técnicas involucradas en su cuantificación, hacen de la meteorología una ciencia, requiriéndose de grandes esfuerzos para prestar un oportuno y completo servicio de información meteorológica siendo necesaria la operación de una refinada infraestructura de observación, de las telecomunicaciones y de proceso de datos. Además dado que los fenómenos meteorológicos son de carácter global, se requiere contar con información de otros países y otras regiones.
Para poder obtener datos meteorológicos registrados en otros paises o regiones, se creó la organización meteorológica mundial ( OMM ) , cuya función básica es la de facilitar el intercambio de información meteorológica oportuna entre todos los países y promover el desarrollo de la meteorología y de la hidrologia.
4 EL SISTEMA METEOROLOGIC0 DE LA UAM
Introducción
El sistema metereológico de la UAM Iztapalapa ( SMüAMI ) , es un sistema de adquisición y procesamiento de información meteorológico. El sistema esta basado en un sistema controlado por el procesador de la familia Zilog 2-80 y usa periféricos de esta misma linea. La parte de adquisición de datos son diseñadas de manera que el sistema sea preciso, eficaz y relativamente barato.
4
1.1 FUNCIONES DE LA ESTACION METEOROLOGICA
SERVICIOS BASICOS QUE PRESTA LA ESTACION METEOROLOGICA DE LA
UAMI ( SMUAMI ) .
La estación meteorológica de la UAMI ( SMUAMI ) esta proceso e información de los diversos diseñada para adquisición,
parámetros climatológicos que afecten a una zona determinada.
Los parámetros de los cuales proporciona información el si stema
1.
2 .
3 .
4 .
5.
6 .
7
SMÜAMI son :
Temperatura.
Presión atmosférica.
Radiación solar.
Humedad del medio ambiente.
Movimientos telúricos.
Vientos ( Dirección y velocidad ) .
Precipitación pluvial.
La información meteorológica de estos parámetros serán proporcionados a través de sistemas de comunicación eficaces. El sistema proporcionará la información via línea telefónica o por línea privada enlazada con la estación meteorológica. También proporcionará otros medios de información como lo son :
Visual : Haciendo uso de una pantalla de cristal liquido.
Se podrá requerir información de tiempo real de los parámetros de los que es capaz de monitorear el sistema ( Temperatura, humedad , etc ) . La forma en como se requerirá información es por medio del teclado especial del sistema.
5
Reporte en papel
información tiempo real
Reportes en papel : Haciendo uso de una impresora.
Teclado Pantalla
Teclado I1
En la tabla siguiente se presenta la información que se le puede requerir al sistema acerca de los parámetros ambientales; se indica así mismo la manera de requerirla y el medio en el que la información se proporciona.
Información de máximos y mínimos
información
I INFORMACION I REQUERIMIENTO1 MEDIO I
Teclado 11
Vía Telefóni. Teléfono
Reportes tiempo máximos y minim
Reportes condiciones promedio
1 Información condiciones promedio I Teclado I I
Teclado Impresor
Teclado I1
La columna etiquetada como llREQUERIMIENTO1l se refiere al medio por el cual se solicita el servicio.
La columna etiquetada como I1MEDIOl1, indica el medio por el cual el sistema proporciona la información solicitada.
4.2 ARQUITECTURA DEL IIARDWARE DEL SISTEMA
La figura 4 . 2 A muestra un diagrama de la arquitectura del sistema meteorológico de la UAM (SMUAMI).
6
Monitor de Cristal Liquido
L Sistema central de control
computarizado
Sensores
Temperatura Humedad
Radiación
Figura 4.2 A
Descripción de los bloques anteriores :
Impresora -
Monitor de cristal liquido
L
Su función es desplegar información del sistema y de los parámetros que monitorea.
IMPRESORA
Para reportes en papel de información de las condiciones meteorológicas .
ENLACE VIA TELEFONICA
Para enlace vía telefónica de los usuarios del sistema El acceso es exclusivo de los usuarios del sistema meteorológico.
y cada uno tiene una clave de acceso.
TECLADO
El teclado es para requerir que el sistema realizase una función especial, por ejemplo despliegue de información en la pantalla de las condiciones meteorológicas.
7
ooSENSORES DEoo (o sistema de adquisición de datos. )
En este bloque se dispone del hardware y de mecanismos que permiten realizar el sensado de los diversos parámetros climatológicos del medio ambiente.
Un ejemplo de la arquitectura de este bloque se presenta con detalle en la figura 4.2 B.
P
( Dispositivo mecánico o eléctrico )
Figura 4.2 B
El esquema anterior se presenta para el parámetro de temperatura, sin embargo la arquitectura mostrada en el esquema es válida para cualquiera de los distintos parámetros de los que es capaz de manejar la central meteorológica de la UAM ( velocidad y dirección del viento, movimientos telúricos, humedad, lluvia, etc. 1 -
La sección Sensor es la que se encarga de proporcionar una señal eléctrica analógica del parámetro climatológico; en general esta parte se integra de componentes mecánicas y electrónicas.
La sección del Convertidor analógico a digital se encarga de convertir la señal eléctrica que proporciona el sensor a una valor digital el cual puede ser leído desde alguno de los puertos de entrada-salida del C.C. ( Control computarizado ) .
Sistema de control computarisado
Se encarga de controlar todo el sistema SMUAMI. Esta basado en el microprocesador de la familia Zilog 2-80 y de periféricos de esta misma linea. Esta parte del sistema meteorológico de la UAM es la encargada de llevar el control de todos los subsistemas que la integran como lo son sistemas de adquisición de datos y sistemas de comunicación ( teclado y teléfono )
a
RANGO DE UTILIZACION
4.3 BIBTEMA DE ADQUISICION DE DATOS
O a 100 % HR.
El desarrollo del sistema de sensores para la adquisición de información se desarrolla con las siguientes características básicas :
RESOLUCION
LINEALIDAD
BENSOR DE TEMPERATURA
Construcción basada en el sensor de temperatura LM335.
Bajo estudio.
Bajo estudio.
II 11 RANGO DE UTILIZACION- I - 3 0 a 70 grados centígrado
I 0.1 grados centígrados. II 11 RESOLUCION
SENSOR DE HUMEDAD
Su funcionamiento se basa en un elemento de capacitancia variable con la humedad. El capacitor variable es construido con placas metálicas y bañadas en oro.
11 PRECISION I Bajo estudio.
SENBOR DE VELOCIDAD DEL VIENTO
Basado en un anemómetro con copas.
9
RANGO DE MEDICION
RESOLUCION
SENSOR DE DIRECCION DEL VIENTO
O o a 360° N.
6 O
Basado en una veleta con amplia resistencia y de acero inoxidable.
4 . 4 SOFTWARE DEL SISTEMA
4 . 4 . 1 ARQUITECTURA
La arquitectura principal del software para el sistema SMUAMI se muestra en la figura 4.4.1 A :
Inicio del programa
PRUEBA DE RAM Se prueba la memoria RAM del sistema
INICIALIZACION Se Inicializan variables, vectores de interrupción , periféricoc etc.
I
PROGRAMA PRINCIPAL m I I
Figura 4 . 4 . 1 A
10
Rutina de prueba de RAM
Esta rutina se encarga de revisar que la memoria RAM del sistema funcione correctamente.
Rutina de Inicialización
Su función es inicializar las variables globales y la tabla de vectores de interrupción de los dispositivos que interrumpen, y finalmente inicializa los dispositivos periféricos programables del sistema.
Rutina principal
Esta rutina tiene la función de cincronizar las rutinas que adquieren y procesan la información de los parámetros a medir por la estación meteorológica.
Pseudocódigo
INICIO PRINCIPAL
HACER CALL TEMPERATURA CALL PRESION CALL HUMEDAD CALL VELOCIDAD DEL VIENTO CALL DIRECCION-DELVIENTO - CALL RADIACION-
CALL DESPLEGA CALL FECHA HORA - DEL - SISTEMA
CALL TECLADO CALL TRANSMISION
POR - SIEMPRE
FIN - PRINCIPAL
Las rutinas TEMPERATURA, PRESION, HUMEDAD, LLWIA, etc. tienen que realizar las siguientes funciones :
1.- Leer el sensor que le corresponde a cada fenómeno. Cada una dirección en el mapa de puertos de entrada salida sensor tiene
del sistema.
11
bit 7 bit 6 bit 5 bit 4 bit 3
2.- Leer fecha y hora del sistema. ( Las direcciones donde se leen estos valores se proporcionan en el anexo de información en este documento )
bit 2 bit 1 bit O
3 . - Realizar la conversión a BCD ( código decimal binario ) del valor leído del convertidor AD asociado al sensor.
4. - Colocar el valor BCD en la tabla de tiempo real (TTR ) del sistema.
5 . - Revisar el bit bandera ( en el byte VTMM ) que indica si la tabla de máximos y mínimos ( TMM ) es nueva o actual. Si la tabla es nueva entonces se poner el valor actual convertido en la tabla de máximos y mínimos ( como máximo y como mínimo ) . Si la tabla no es nueva entonces se actualiza la tabla de máximos y mínimos solo en caso del que el nuevo valor sea un máximo o un mínimo.
En las secciones posteriores se especifica el formato de las tablas de tiempo real ( TTR ) y la de máximos y mínimos ( TMM ) .
4 0 4 . 2 ESTRUCTURAS DE DATOS UTILIZADAS
Descripción de la variable VTMM.
Esta variable contiene las banderas que indican si la tabla de máximos y mínimos es del nuevo día.
Byte VTMM
bit O : Bandera para la rutina TEMPERATURA que indica si la tabla de máximos y mínimos es nueva.
bit 1 : Bandera para la rutina PRESION que indica si la tabla de máximos y minimos es nueva.
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bit 2 : Bandera para la rutina HUMEDAD que indica si la tabla de máximos y minimos es nueva.
bit 3 : Bandera para la rutina LLWIA que indica si la tabla de máximos y mínimos es nueva.
bit 4 : Bandera para la rutina VELOCIDAD DEL VIENTO que indica si la tabla de máximos y minimos es nueva.
bit 5 : No se ocupa.
bit 6 : Bandera para la rutina RADIACION que indica si tabla de máximos y minimos es nueva.
bit 7 : No se ocupa.
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T a b l a s d e máximos y mínimos d e l d í a (TMM).
La figura 1 es la tabla de máximos y mínimos (TMM), en esta se almacena la información de la hora en que ocurre un máximo o mínimo del día de los distintos parámetros que se miden,( presión, temperatura, etc. ) así mismo esta tabla contiene la información del valor máximo que se va registrando a lo largo del día y la fecha y hora en que ocurrió.
Al finalizar el día esta tabla es almacenada en las tablas de máximos y mínimos de la
información
Temperatura de la
~
información de la Presión
información de la Humedad
Información de la LLuvia
Información de la
Vel. Viento
información de la
Dir. Viento
Información de la
Radiación
semana.
Cada bloque de llinformaciónll de la figura i tiene el siguiente formato
hora y día de la semana
máximo ( 8 bytes ) .
byte de control
byte B2 del máximo
byte B1 del máximo
byte BO del máximo
hora y día de la semana P e T e presento el mínimo ( 8 bytes ) .
byte de control
byte B1 del mínimo
byte B2 del mínimo
I byte BO del mínimo Figura 1 : TMM Figura 2.
LOS BYTES BL,Bl,BO de la figura 2 tienen el valor del máximo o mínimo en formato BCD, siendo B2 el byte más significativo y BO el menos significativo.
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Bit
Número de digitos válidos a ma desplegar.
msin uso.
mNÚmero de digitos antes del punto decimal.
m1/0 [ Negativo, Positivo 3
Tabla de tiempo real ( TTR )
Esta es desplegada en tiempo real a solicitud de l o s usuarios del sistema meteorológico. La información que contiene es valor actual medido de los distintos parámetros ( Temperatura, Presión etc . ) La figura 2 muestra un esquema de la estructura de esta tabla.
Figura 2
Tempetaratura
Presión
O O O
Radiación
Por cada bloque de información de algún parámetro se presenta la siguiente información.
8 Bytes para la fecha
Byte de control
Byte B2 Valor más sign
Byte B1
Byte BO Valor menos sig
El Byte de control tiene el mismo significado que el descrito en el sub-inciso anterior ( Tabla de Máximos y Mínimos).
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Los Bytes B2,Bl y BO tienen el mismo significado que el descrito en el sub-inciso anterior, excepto por qué los valores de esta tabla no son máximos o minimos, sino que son de tiempo real.
Tabla de Máximos y mínimos de la semana
La tabla de máximos y mínimos de la semana contiene la información de los máximos y mínimos registrados a lo largo de una semana.
TMM Lunes
TMM Sabado
Los contenidos de cada bloque TMM DIA
son la información de los máximos de
todos los parámetros.
Cada bloque tiene la misma estructura
que la tabla de máximos y mínimos TMM
5 EL BENBOR DE TEMPERATURA DEL BIBTEMA BMUAMI
5.1 FUNCIONES
La función del bloque sensor de temperatura es la de proporcionar una señal analógica que varie en forma lineal con la temperatura de manera que esta señal pueda ser leida por el convertidor analógico a digital destinado para este sensor.
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5 . 2 HARDWARE DEL SENSOR DE TEMPERATURA
5.2.1 ESPECIFICACION
Existen dos especificaciones básicas del sensor de temperatura
1.- ESPECIFICACION DE LA SALIDA DEL CIRCUITO SENSOR DE TEMPERATURA
Debido a que el convertidor analógico a digital asociado al sensor de temperatura está configurado para leer valores de voltaje del rango de O a 5 volts y de que el rango de temperatura a medir por el sensor es de -30 grados centígrados a 70 grados centígrados entonces el circuito sensor de temperatura debe de proporcionar un voltaje lineal en función de la temperatura S(T):
S(T)= m*T + C
Donde
ItTt1 : es la temperatura en grados centígrados
rtStl : voltaje de salida del sensor en Volts
ltmll : es la pendiente
'ICtt : Ordenada al origen
Calculando la Pendiente ttmtl
S ( T = - 3 0 ) - S ( T = 7 0 ) - - ( O - 5 ) = .lo-z m = ( - 3 0 - 7 0 ) -100
Calculando la ordenada al origen ItCl1 :
17
Despejando a C tenemos :
C = 30*5.10*-2 = 1.5 [ V o l t s ]
Finalmente la ecuación que especifica la salida del circuito sensor de la temperatura es la siguiente :
2.- EL SENSOR DE TEMPERATURA DEBE DE ESTAR BASADO EN EL CIRCUITO TERMOSENSIBLE LM-335
La razón principal por la que se especifica cual dispositivo termosensible utilizar en el sensor de temperatura es que tiene una salida de voltaje lineal con la temperatura.
5.2.2 DISENO 5.2.2.1 introducción
Los siguientes incisos presentan el diseño del circuito sensor de temperatura en base a las especificaciones del inciso 5.2.1. ( Especificación ) .
Primero se realiza un diagrama a bloques del circuito sensor de temperatura y posteriormente se diseñan cada uno de los bloques que lo integran.
5.2.2.2 DIAGRAMA A BLOQUES
El dispositivo Termosensible basado en el Integrado LM-335 tiene como caracteristica principal una salida lineal con la temperatura :
-2 - Salida del Circuito Básico Termo-sensible = 10 T + 2.73 Donde T es la temperatura en grados centígrados.
1%
Dispositivo S1 Termosensible Basado en el -B LM 335
El esquema mostrado en la figura siguiente es un diagrama bloques del circuito sensor de la temperatura.
s2 A Restador -
A - B
vcc 2.73 V.
Vcc -Vee Vcc -Vee O O O 0 I I I I
s3 - Multiplica A Sumador -
x5
v c c - i x
a
V refer. rc-' V refer.
Salida del Sensor de Temperatura S (T)
DESCRIPCION DE LOS BLOQUES
Los Bloques T7 refer" son circuitos que proporcionan voltajes de referencia de 2.73 Volts y 1.5 Volts respectivamente.
1.- Dispositivo Termosensible.
Circuito básico que tiene una salida lineal (Sl) con la temperatura (T) igual a : Sl(T) = [T/100] + 2.73 VOLTS.
2.- Restador
Circuito que resta A - B y su salida es S2
3.- Multiplicador
Multiplica su entrada por 5. Su salida es S3
4.- Sumador
Circuito que suma A + B. Su salida es S(T).
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5 . 2 . 2 . 3 DISEÑO DE CADA BLOQUE
En esta sección se muestran como están diseñados los bloques que constituyen el sensor de temperatura.
Dispositivo t8rlUOS8nSibl8
Este dispositivo esta basado en el circuito integrado LM-335. El circuito básico para que pueda operar el dispositivo se muestra en la figura 5.2.2.3 A
P
Figura 5.2.2.3 A .
Descripción de los componentes.
R : Resistencia LM-335 : Circuito integrado termosensible. v : Seguidor de voltaje para acoplar impedancias.
La salida del circuito en función de la temperatura ( en grados centígrados ) es : S ( T ) = T / 1 0 0 + 2.73 [volts].
Blow8 voltaje de referencia
La figura 5.2.2.3. B VCC
Figura 5.2.2.3. B
20
Descripción de los componentes :
Preset : resistencia variable ajustable de precisión
V : Seguidor de voltaje para acoplar impedancias.
La salida de este circuito es un voltaje que se encuentra en El voltaje se ajusta con el preset.
(TRIMPOT).
el rango de O a 5 Vcc volts.
Bloques multiplicador, restador y sumador
Analicemos el circuito de la figura 5.2.2.3 C . , para obtener a partir de este los diseños para los circuitos multiplicador, restador y sumador.
Rf
VI Salida
v2 v3 2-1 o
Descripción de los componentes :
Rf,Ri,Rl,R2 : Resistencias. V : Amplificador operacional.
Usando la técnica de superposición podemos calcular el valor de la salida Vo:
1 'V, R f Rl v, = - [-.]*VI Rf + [1+--1.[- Rf R2 ].v2 + [i+-].[- Ri Ri R,+R2 Ri Rl+R,
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De la ecuación anterior podemos deducir los circuitos que nos servirán como multiplicador, sumador y restador.
Restador y sumador
Si hacemos que Rf = Ri = R1 = R2 entonces la salida es del circuito es :
vo = -v1 + v2 + v3
Si V1 es cero entonces el circuito suma V2 y V3
Si V3 es cero entonces el circuito resta V1 de V2
Multiplicador
Para obtener este circuito es necesario que V3 = V1= O volts ( referencia ) , R2 = R1 = O Ohms ( ltalambrestt ) . En este caso la salida del circuito es :
Vo = ( 1 + Rf/Ri ) V2
Donde V2 es el voltaje a multiplicar.
22
PRESET
PRESET
RESISTENCIA
5.2.3 IMPLEMENTACION
5.2.3.1 LISTA DE COMPONENTES Y PRECIOS
TRIMPOT 10 K , 15 WELTAS 1
TRIMPOT 1 K , 10 WELTAS 1
5 K, 1/4 WATT, 1 % 1
Lista de componentes requeridos para realizar el circuito :
RESISTENCIA
RESISTENCIA
RESISTENCIA
COMPONENTE
1.25 K, 1/4 WATT, 1 % 1
1.00 K, 1/4 WATT, 1 % 8
4.7 K, 1/4 WATT, 10 % 1
DESCRIPCION
LM-335
LM-310
CANTIDAD
SENSOR DE TEMPERATURA 1
SEGUIDOR DE VOLTAJE 3
LM-O81 I AMPLIFICADOR OPERACIONAL 1 3
COSTO POR UNIDAD (En pesos)
6700.00
8000.00
800.00
800.00
800.00
100.00
8500.00
4800.00
2700.00
La suma total invertida para la implementación de este circuito sensor de temperatura es de $53,800 pesos.
En las siguientes dos páginas se anexan los esquemas eléctricos y de ensamblaje del circuito sensor de temperatura.
23
5.2.3.2 DIAGRAMA DE ENSAMBLE
VISTA SUPERIOR VD0 COMPONENTES )
TRIMPOT LI
n
TRIMPOT -u"i = 1
ii
u1 :
u2 :
u3 :
u4 :
u5 :
tK 1K 1K 1K I K IK 1K 1K 1 K 1K
u5
U6
LM-31 O
LM-31 O
TL-081
TL-081
LM-31 O
U6 : TL-081
( SEGUIDOR DE VOLTAJE )
( SEGUIDOR DE VOLTAJE )
( AMPLIFICADOR OPERACIONAL )
( AMPLIFICADOR OPERACIONAL )
(SEGUIDOR )
( AMPLIFICADOR OPERACIONAL)
24
5.2.3.3 DIAGRAMA ELECTRIC0
A
O P ;r
25
5.3 SOFTWARE DEL SENSOR DE TEMPERATURA
5.3.1 FUNCION DEL SOFTWARE
La principal función del software de temperatura es la de leer el convertidor analógico a digital asociado al sensor de temperatura y procesar esta información, dejando los resultados procesados por la rutina en las distintas tablas de información que el sistema maestro de la central meteorológica utiliza para proporcionar información de las condiciones climatológicas.
El procesamiento de está información consiste en dejar la información leída del convertidor analógico a digital asociado al sensor de temperatura en unas tablas de máximos y mínimos. La información de estas tablas está en un formato que el sistema maestro interpreta para propósitos de despliegue.
5 . 3 . 2 ESTRUCTURAS DE DATOS Y VARIABLES USADAS
Las estructuras de datos utilizadas por el programa que llprocesall la información referente a la temperatura son las siguientes :
Variables utilizadas
Variable llTemperaturall
Es una apuntador a 4 localidades de memoria consecutivas. Estas localidades se utilizan para almacenar la información de la temperatura con el formato para despliegue. Las cuatro localidades a las que apunta tlTemperaturall son las siguientes : un byte de control de despliegue de información de la temperatura y tres bytes consecutivos ( B0,Bl y B2) que almacenan el valor de la temperatura BCD.
<- Temperatura
I I Byte B2
I Byte B1 I I Byte BO I I
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Valor parte alta leída del ADC
Valor parte baja leída del ADC -
Variable I1Espera1l
<- ValorSensor
Es una localidad de memoria usada como bandera de la rutina de interrupción que lee el sensor de temperatura para saber si es el ADC asociado a la temperatura ya esta listo para ser leido.
Variable *ValorSensorIl
Es un apuntador a dos localidades de memoria, las cuales son utilizadas por la rutina que lee el ADC para almacenar el valor leido de este.
Variable llSignoll
Esta variable es una bandera de 1 byte que indica si la temperatura es negativa.
Valores de direcciones de tablas usadas.
Def iniciÓn de mmDirADCmm
Es la dirección del puerto de entrada salida para accesar el convertidor analógico a digital del sensor de temperatura.
Definición de I@TMM - MAXmm
Es la dirección a memoria del inicio de la tabla de máximos y minimos de los parámetros del sistema. Las primeras localidades son para el parámetro temperatura.
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Definición de ooTTR"
Es la dirección a memoria donde inicia la tabla de tiempo real. Aquí se almacenan valores de tiempo real de los distintos parámetros que maneja el sistema SMüAMI. ( Temperatura, presión , humedad, etc . )
Esta dirección es la del byte que contiene las banderas que indican a las distintas rutinas si la tabla de tiempo real es nueva o no.
Definiciones de constantes
CEROTEMP EQU $0143
Este valor representa el cero hexadecimal leído del convertidor ADC del temperatura que indica que la temperatura es cero grados centígrados.
5.3.3 PSEUDOCODIGO
CUERPO PRINCIPAL
BUBRUTINA TEMPERATURA
FUNCION
Cuerpo principal del procedimiento para procesamiento de la información de la temperatura.
COMIENZA LeeSensor ( ValorSensor, DirADC Temp ) Convierte ( ValorSensor, Temperatura ) ActualizaTablaDeTTR ( Temperatura, TiempoHora, TTR ) ActualizaTablaMaxMin( Temperatura, TiempoHora, TMM )
TERMINA
2 8
SUBRUTINA Leesensor
FUNCION
Leer el puerto de entrada/salida asociado al convertidor analógico a digital del sensor de temperatura, dejando el resultado el una variable de 2 bytes.
ENTRADA
DirADC - Temp : Dirección del convertidor ADC del sensor de temperatura
SALIDA
ValorSensorA : Byte más significativo de la lectura al ADC. ValorSensorB : Byte menos significativo de la lectura del
ADC .
(ValorSensorA,ValorSensorB) es igual a ValorSensor.
COMIENZA EscribeAlSensorDeTemperatura(DirADC Temperatura ) EspererarLaInterrupciÓnGeneradaPorEiADC DeTemperati LeeByteMásSignificativoDel ADC DeTemperatura(H) LeeByteMenosSignificativoDel A6C (L) JustificaA LaDerechaRegistroPar( HL) ValorSensorA = H ValorSensorB = L
TERMINA
ra
SUBRUTINA CONVIERTE
FUNCION
Se encarga de llenar 4 localidades de memoria tipo Byte las cuales contienen información del valor leido del convertidor ADC asociado al sensor de temperatura. Está información contiene datos de despliegue, así como el valor a desplegar en código BCD.
ENTRADAS
ValorSensor : Contiene l o s 2 bytes leidos del convertidor ADC asociado al sensor de temperatura.
SALIDAS
29
Temperatura - >
Temperatura : Contiene los 4 bytes para control del despliegue de temperatura
Byte Ctrol 7 Byte B2
Byte B1
Byte BO
PSEUDOCODIGO
COMIENZA PasaDeHexaA - BCD - El Valor LeidoDelSensor (ValorSensor,
LLenaByteDeControl(CENTENAS,Temperatura,Signo ) ByteB2deTemperatura := O LLenaElByteBl ( MILLARES,CENTENAS ) LLenaElByteBO ( DECENAS, UNIDADES )
UNIDADES,DECENAS, CENTENAS, MILLARES
TERMINA
SUBRUTINA ActualizaTTR
FUNCION
Actualizar la tabla de tiempo real con el contenido de las cuatro localidades de memoria direccionadas a partir de la dirección @*Temperatura@@.
ENTRADAS
- Temperatura : Variable de 4 bytes con la información de la temperatura del sensor de temperatura.
SALIDAS
Actualización de la tabla de tiempo real para temperatura.
3 0
PSEUDOCODIGO
COMIENZA
TERMINA ActulizaTabla(DirTablaDeTiempoRealTemperatura,Temperatura)
SUBRUTINA ActualizaTMM
FUNCION
Actualizar la tabla de máximos y mínimos con el contenido de las cuatro localidades de memoria direccionadas a partir de la dirección llTemperaturall.
ENTRADAS
- Temperatura : Variable de 4 bytes con la información de la temperatura del sensor de temperatura.
- Dirección de la tabla de máximos y mínimos ( TMM ) .
SALIDAS
Actualización de la tabla de máximos y mínimos para temperatura.
PSEUDOCODIGO
COMIENZA Si LaTablaDeMaximosYMinimosEsNueva(VTMM) ENTONCES ActualizaTabla(DirTablaDeMaximosTemp,Temperatura) ActualizaTabla(DirTablaDeMinimosTemp,Temperatura)
Si TempActualEsMayor(Temperatura,TempáximaAnt) Entonces
FIN SI Si ~empActualEsMemor(Temperatura,TempMlnimaAn) Entonces
FIN SI
OTRO
ActualizaTabla(DirTablaDeMaximos,Temperatura)
ActualizaTabla(DirTablaDeMinimos,temperatura)
FIN 51 TERMINA.
31
6 ANEXOS PROGRAMAS
6.1 PROGRAMA FUENTE PARA EL SENSOR DE TEMPERATURA DEL SIBTEMA
Definición de variables :
ESPERA WORD ( 1 byte )
SIGNO WORD ( 1 byte )
TEMPERATURA 4 bytes
ValorSensor A Byte parte alta ( 1 byte ) ValorSensor-B - Byte parte baja ( 1 byte )
Definición de constantes :
TEMP Dirección del convertidor ADC de Temp
CEROTEM EQU $0143H !* Cero digital de temperatura. TMM - MAX
MAX B1
MAX BO
MIN - B1
MIN - BO
VTMM
UNIDADES
-
-
DECENAS
CENTENAS
MILLARES
Dirección de la tabla de Máximos y Mínimos
Dirección TMM + 8
Dirección TTM + 10 Dirección TTM + 20 Dirección TMM + 22 Dirección del byte VTMM.
Dirección del Byte que contiene UNIDADES de la conversión de Hexadecimal a BCD.
Dirección del Byte que contiene DECENAS de la conversión de Hexadecimal a BCD.
Dirección del Byte que contiene CENTENAS de la conversión de Hexadecimal a BCD.
Dirección del Byte que contiene MILLARES de la conversión de Hexadecimal a BCD.
32
Código fuente del sensor de temperatura.
PRINCIPAL - TEMPERATURA :
CALL LeeSensor CALL Convierte CALL ActTTR Temp CALL ActTMl-Temp - RET
LAZO
LeeBensor PUSH AF PUSH HL LD A, $00 LD (ESPERA) , A OUT (TEMP) , A
: LD A, (ESPERA) JP Z, LAZO IN A, (TEMP) LD H,A IN A, (TEMP) LD L,A CALL HoraFecha ; Rutina del sistema CALL JusDerHL POP HL POP AF RET
AtencionInt : CALL SALVA - REG E1 LD A, (ESPERA) INC A LD (ESPERA) ,A DI CALL RECUPERA - REG E1 RET1
JusDerHL PUSH AF LD A, H AND A, $CO RLC A RLC A LD (ValorSensor - A), A LD A,H AND A, $3F RLC L RLC L RLC A RLC A OR L LD (ValorSensor - B), A POP AF RET
Convierte CALL PasaHexAbcd LD IX, TEMPERATURA CALL LLenaByteCtrol CALL LLenaByteB2 LD (IX+l) , $00 CALL LLenaBl CALL LLenaBO RET
PasaHexAbcd : PUSH HL LD A, (ValorSensor - A) LD H,A LD A, (ValorSensor - B) LD L, A SCF CCF SBC HL, $0111 JP NS, Positivo CALL CmpA2 - HL
CALL HexAbcd POP AF POP HL RET
Positivo : PUSH AF
LLenaByteCtrl: PUSH AF PUSH IX LD IX, TEMPERATURA LD (IX+O) , $012H LD A, (CENTENAS) ADD A, $OOH JR 2, SIGUE INC (IX+O)
ADD A, $OOH JR 2, SALIR SET 7, (IX+O)
SALIR : POP IX POP AF RET
SIGUE : LD A, (Signo)
LLenaByteB2 : PUSH IX LD IX, TEMPERATURA LD (IX+l), $OOH POP IX RET
LLenaByteBl : PUSH IX PUSH AF LD IX, TEMPERATURA LD A, (CENTENAS) LD (IX+2) , A POP AF POP IX RET
LLenaByteBO : PUSH AF PUSH IX LD A , (DECENAS) RLCA RLCA RLCA RLCA SCF CCF LD B, (UNIDADES) LD A, B LD IX, TEMPERATURA LD (IX+3) , A POP IX POP AF RET
35
ActTabla : PUSH DE PUSH HL PUSH BC PUSH AF LD DE, IX LD BC, $08 LDIR LD HL, IY LD BC, $04 LDIR POP AF POP BC POP HL POP DE RET
ActTTR - Temp : PUSH IX PUSH IY LD IX, TTR LD IY, TEMPERATURA CALL ActTabla POP IY POP IX RET
ActTMM - Temp : PUSH AF LD A, (VTMM) AND A, $01 JZ TablaActual
TablaNueva : CALL SetTempMax CALL SetTempMin CALL BorraVTMO JP FIN Act
JNC Sigue CALL SetTempMax
JNC FIN Act CALL SetTempMin
RET
TablaActual : CALL Tem>TemMax?
sigue : CALL Tem<TemMin?
FIN Act : POP AF -
BorraVTMO : PUSH AF LD A, (VTMM) AND A, $FE LD (VTMM) , A POP AF RET
3 6
SetTempMax
SetTempMin
TemTemMax?
SigueCmpMax :
RetCierto :
RetFalso
FinTemMax :
Tem<TemMin? :
SigueCmpMin :
PUSH IX PUSH IY LD IX, TMM MAX LD IY, TEMPERATURA CALL ActTabla POP IY POP IY RET
PUSH IX PUSH IY LD IX, TMM MIN LD IY, TEMPERATURA CALL ActTabla POP IY POP IY RET
PUSH BC LD A, (MAX B1) LD B, (TEMP - BI) SUB A, B JZ SigueCmpMax JS RetCierto JR RetFalso LD A,(MAX BO) LD B,(TEMP - BO) SUB A, B JZ RetFalso SFY JR FinTemMax SFY CCF POP BC RET
PUSH BC LD B, (MIN B1)
SUB A, B LD A, (TEMP - BI) JZ SigueCmpMin JP S, RetCierto JP RetFalco LD B,(MAX BO) LD A,(TEMP - BO) SUB A, B JP Z, RetFalso JP RetCierto
37
CmpA2 - HL : PUSH AF LD A , L
NO INC -
CPL SCT CCF INC A PUSH AF LD A , H CPL POP AF JP NC, NO - I N C INC A
: LD H, A POP AF RET
3 8
7. ANEXOS INFORMACION
7.1 LM-335 ( SENSOR DE TEMPERATURA )
ANEXO DE INFOWACION 1
CIRCUITO INTEGRADO LM - 335
( SENSOR DE TEMPERATURA )
P
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".LI..t M. 111
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Q P
7.2 LM-310 ( SEGUIDOR DE VOLTAJE )
ANEXO DE INFOR2MACION 2
CIRCUITO INTEGRADO LM - 310
(SEGUIDOR DE VOLTAJE )
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b
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LM1101lJA2101LM310
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OlCW1/OLZM/OL LWl
4 0
7.3 TL-081 ( AMPLIFICADOR OPERACIONAL)
ANEXO D E INFOWACION 3
CIRCUITO INTEGRADO ZZ - 081
(AMPLIFICADOR OPERACIONa )
I . . I L
L 8
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4 1
7.4 Direcciones de los puertos del sistema.
ANEXO DE INFORMACION 4
DIRECCIONES DE LOS PUERTOS
DEL SISTEMA
; CT'C.2
