Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, Habana 2001, Mayo 23 al 25, 2001, La Habana, Cuba SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE SEÑALES PARA WINDOWS SADW2 G. Rodríguez, S. Cortes, R. Martínez, A. Gómez Instituto Nacional de Cardiología Ignacio Chávez. ESIME U. Culhuacan, IPN Juan Badiano no. 1, Col, Sección XVI, Tlálpan 14080 D.F., México. rodgen@cardiologia.org.mx RESUMEN 2. METODOLOGÍA Se presenta el diseño de un Sistema de Adquisición de Datos (SAD) el cual consiste de un Módulo de Digitalización (MD) que se conecta a una computadora personal (PC) y de un conjunto de Programas de Control de Adquisición (PCA) trabajando en ambiente windows. El MD está basado en un microcontrolador PIC, que controla la adquisición de las señales, la conversión de Analógico a Digital de las mismas y la transmisión de los datos digitales hacia la computadora personal por un puerto de comunicaciones serie, el microcontrolador PIC se maneja por programas escritos en lenguaje C. Los programas de control de adquisición se desarrollaron para correr en la computadora personal bajo ambiente windows, y se escribieron en lenguaje PASCAL en el ambiente DELPHI. El sistema de adquisición y la computadora personal se comunican por un puerto serial bajo un protocolo de comunicaciones definido para este propósito. El sistema se ha utilizado para adquirir señales de un equipo de espectroscopia y para un sistema de adquisición de electrocardiogramas, obteniéndose buenos resultados. Para desarrollar el sistema se usó la técnica de procesamiento distribuido, dejando como se ilustra en la fig. 1 la parte del control de la adquisición de datos a un microcontrolador y la parte de manejo, visualización y reporte al microprocesador de una computadora personal PC. Palabras clave: adquisición de datos, aplicación de microcontroladores. 1. INTRODUCCIÓN Una necesidad cotidiana para los laboratorios de electrofisiología con los que interactuamos y para el desarrollo de instrumentación biomédica que realiza nuestro grupo de trabajo es la adquisición de señales biológicas. Por otra parte con el alto nivel de integración alcanzados en la construcción de circuitos integrados, actualmente se dispone de circuitos que en un mismo encapsulado contienen varios dispositivos, hecho que permiten diseñar sistemas complejos con relativa facilidad. Para el diseño de este sistema de adquisición de señales se selecciono como núcleo un microcontrolador PIC 16F877. Este microcontrolador contiene en un encapsulado de 40 terminales: un CPU de tecnología RISC (de conjunto de instrucciones reducido), un controlador de interrupciones, dos contadores, ocho canales para convertir analógico a digital, líneas digitales de control, 8Kx14 palabras de memoria de programa, 368 bytes de memoria de datos RAM, 256 bytes de memoria EEPROM y que además se pude programar en lenguaje de alto nivel C. Para los circuitos complementarios se usan amplificadores operacionales, que hacen operaciones matemáticas de ajuste[5]. Fig.1 Diagrama a bloques del Sistema de Adquisición de Datos SAD3. El módulo de digitalización de señales se formó como se muestra en la figura 2 y su operación se describe a continuación: La señal a digitalizar se selecciona con el multiplexor analógico MUX1, este pasa la señal a un amplificador de instrumentación donde es preamplificada, posteriormente se alimenta al amplificador programable que da el nivel de amplificación apropiado y también le resta el nivel de Corriente Directa (CD) que pueda traer para no saturar al amplificador A2. Fig. 2. Diagrama a bloques del Módulo de Digitalización MDIG-1. Tanto la amplificación como la retroalimentación de CD se manejan con dos convertidores Digital a 950-7132-57-5 (c) 2001, Sociedad Cubana de Bioingeniería, artículo 00397 Analógico (D/A) CDA1 y CDA2. Los convertidores D/A y el selector de la señal de entrada MUX1 se manejan con líneas de control del mismo microcontrolador PIC. La programación del módulo de digitalización se llevó a cabo con el compilador de lenguaje C de la compañía Byte Craft versión 1.1. [2] El módulo de digitalización se puede alimentar con una fuente externa o con baterías dado el bajo consumo del mismo. La señal digitalizada, se transmite por un puerto serial convencional de comunicaciones hacia la PC a una velocidad de 56K bps, cada bloque de información contiene las configuraciones de la adquisición y la información correspondiente a la conversión A/D de los 4 canales disponibles. El programa de aplicación para la computadora personal se desarrolló en DELPHI versión 3.0. para su funcionamiento en windows de 32 bits. La interfase a usuario se muestra en la figura 3 y sus funciones se autodescriben en la ventana del programa y realizan funciones típicas de windows. Además de las funciones útiles para la captura de las señales ya sea en corrida libre o sincronizada , se tiene selección de canales, posición en pantalla de las señales adquiridas, almacenamiento de los datos en diferentes formatos entre ellos el formato ASCII para su lectura en otras aplicaciones de windows como Excel o Lotus. Fig. 3 Pantalla del Sistema de Adquisición de Datos SADW2, NC=Número de canales, FM=Frecuencia de muestreo, ND=Número de datos a adquirir, posición en X, posición en Y, Canal activo, Amplificación y Posición en pantalla. 3. RESULTADOS Se obtuvo un sistema de adquisición de señales que es pequeño, de bajo costo, práctico para diferentes requerimientos de adquisición de datos y con las siguientes especificaciones: Resolución: 10 bits Frec. de muestreo máxima por canal: 0.5 KHz. Comunicación serie 56 K Bps. Rango de conversión 0 a 5 V. Voltaje de alimentación: 6 V. Corriente de consumo 75 mA. Características del convertidor A/D iguales a las especificadas por el fabricante[4]. El programa de control de adquisición desarrollado en Delphi nos proporciona la flexibilidad de poder utilizar los módulos desarrollados en otros sistemas de adquisición basados en otras interfases de comunicación con la computadora como bus serie universal (USB) [1] o puerto paralelo. Sirviendo como plataforma básica para futuros desarrollos. En la figura 4 se muestra un espectro adquirido de un espectrómetro de difracción de rayos X. Figura 4 se muestra el trazo adquirido de un espectrómetro de difracción de rayos X 6. REFERENCIAS 4. DISCUSIÓN Este sistema aunque se diseñó para adquirir señales biológicas se puede utilizar en otras aplicaciones donde se requieran frecuencias de muestreo menores de 0.5 KHz. por canal. Dada la simplicidad del sistema, también se puede utilizar en el desarrollo de otros sistemas o equipos que deban adquirir datos y que requieran comunicarse con otro equipo o parte del mismo equipo. Debido al bajo consumo del módulo se puede alimentar con baterías y acoplando ópticamente el puerto de comunicaciones serie se puede tener un módulo de adquisición aislado eléctricamente. 5. CONCLUSIONES Dada la disponibilidad de los microcontroladores y demás componentes y la facilidad de disponer de las herramientas de desarrollo en nuestro mercado local, ha sido posible el desarrollo de un sistema de adquisición de datos eficiente, de bajo costo y completamente manejable. Además con la implementación del sistema de manejo en windows con la plataforma de desarrollo DELPHI, se tiene al alcance de manera fácil mejoras o adecuaciones al sistema. La instalación del sistema es fácil, ya que el módulo e conecta a la PC con solo un cable serie estándar y se instala el programa de aplicación en la PC. Los dispositivos que utiliza el sistema como monitor gráfico e impresora, son los mismos que se definen en la instalación de windows. [1] [2] [3] D. Anderson, “Universal serial bus system architecture”, Addison Wesley, 1995. Byte Craft: MPC Code Develoopment system Byte Craft 421 King Street North Waterloo, Ontario Canada N2J 4E4. 1996. Lewis C. Eggebrecht: “INTERFACING TO THE IBM PERSONAL COMPUTER”, Howard W. Sams & Co., 1987. [4] Microchip: PIC16/17 Microcontroller Data Book 1996/1997 Microchip Technology Inc. 2355 West Chandler Blvd. Chandler, AZ 85224-6199, 1996. [5] Willis J.Tompkins, Johon G. Webster: “INTERFACING SENSORS TO THE IBM PC”, Prentice Hall, 1988. SIGNAL ACQUISITION SYSTEM FOR WINDOWS SADW2 ABSTRACT A design of acquisition system for biological signals is presented. This system is based in a microcontroler PIC that controls the acquisition of the signals, the conversion from Analog to Digital, and the transmission of the data to a personal computer through a serial communication port. This system is formed by one module of circuits handled by a group of programs for the microcontroler PIC written in C language, and for other programs to run in the PC computer in windows. The acquisition module and the PC are communicated by a serial port and use a specific protocol. This system has been used to acquire signals of electromyography equipment and for electrocardiograph system getting good results