INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL T E S I S

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS SISTEMA DE ADQUISICIÓN Y REGISTRO DE SEÑALES ELECTROCARDIOGRÁFICAS (SARSE) T E S I S Q U E P A R A O B T E N E R E L T Í T U L O D E : INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA P R E S E N T A N ELOISA DÍAZ CRUZ PABLO HERNÁNDEZ DEL VALLE OSWALDO WEBER NICASIO ASESORES: ING. ALEJANDRO VICENTE LUGO SILVA M. EN C. ROBERTO GALICIA GALICIA MÉXICO, D.F. 26 Noviembre de 2007 i

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4 Contenido Contenido... ii Índice de figuras... v Índice de tablas... viii Objetivo general... ix Objetivos particulares... ix Justificación... x Alcance... xi Introducción... 1 Capítulo 1: Ritmo y pulso cardíaco. Electrocardiógrafo Pulso y ritmo cardíaco Técnicas de medición Historia y evolución del electrocardiógrafo Electrocardiógrafo y electrocardiograma... 7 Capítulo 2: Modelo del sistema y herramientas de desarrollo Diagrama a bloques del SARSE Teoría del funcionamiento de los elementos del SARSE Amplificador de instrumentación Operación básica Circuito integrado AD Filtro activo tipo Butterworth Filtros activos: características Filtro Butterworth pasa-bajas de -40dB/década Sujetador y recortador de nivel Sujetador de nivel Recortador de nivel Sujetador y recortador de nivel sin distorsión PIC 18F Características del PIC 18F Programación del PIC 18F4550 con MPLAB Programación de la PC: Borland Builder C Interfaz gráfica Lenguaje de programación PHP Base de datos Sistema administrador de base de datos relacionales y software libre Apache Capítulo 3: Diseño del sistema de adquisición de datos Amplificador de instrumentación iv

5 3.2 Filtro pasa bajas Diseño del sujetador y recortador de nivel Integración del hardware Interface de comunicación Capítulo 4: Diseño del software e interfaces para la PC Programación de la interface de comunicación Firmware Firmware CDC Driver. Vendor ID y Product ID Programación del 18F Entorno de MPLAB Crear un proyecto en MPLAB Ensamblar un proyecto en MPLAB Entorno de Borland Builder C Ventana principal de Borland Builder C Inspector de objetos Diseñador de formularios y editor de códigos Compilación de un programa Ejecución de un programa Operación de la GUI Captura de datos del sistema DBEXPRESS Componentes SQLConnection SQLClientDataSet SQLQuery Base de datos en MySQL Funciones de MySQL Creación de la base de dato Página web con HTML Estructura de un documento HTML Tabla de instrucciones en HTML Esquema de tipos de un documento HTML Elaboración de la página web Elaboración de la página Principal.html Elaboración de la página Cabecera.html Elaboración de la página Menu.html Lectura y escritura de información en PHP Capítulo 5: Resultados experimentales Circuito AD v

6 5.2 Filtro pasa bajas Recortador y sujetador de nivel Integración del electrocardiógrafo Adquisición de muestras aleatorias Adquisición y registro del SARSE con una señal senoidal Adquisición y registro del SARSE con una señal electrocardiográfica Conclusiones Apéndice A Estudio económico Apéndice B Programación del PIC Alta del paciente Alta del paciente Consulta del paciente en la base de datos Página principal Página HTML Referencias vi

7 Índice de figuras Capítulo 1: Ritmo y pulso cardíaco Figura 1.1 Sitios para tomar el pulso cardiaco... 4 Figura 1.2 Electrocardiógrafo de Einthoven... 5 Figura 1.3 Las derivaciones bipolares... 8 Figura 1.4 Situación de los electrodos precordiales... 9 Figura 1.5 Derivaciones precordiales... 9 Figura 1.6 Derivaciones bipolares Figura 1.7 Triángulo de Einthoven Capítulo 2: Modelo del sistema y herramientas de desarrollo Figura 2.1 Diagrama a bloques del Sistema de Adquisición y Registro de Señales Electrocardiográficas (SARSE) Figura 2.2 a) Amplificador de diferencias Figura 2.2 b) Expresión de las entradas en términos de los componentes de modo común y de modo diferencial V CM y V DM Figura 2.3 Resistencias de entrada en modo diferencial (a) y en modo común (b) Figura 2.4 Amplificador de instrumentación Figura 2.5 Conexión externa de al AI Figura 2.6 Circuito integrado AD Figura 2.7 Diagrama de conexión interna del Circuito integrado AD Figura 2.8 Gráfica de la respuesta en frecuencia para tres tipos de filtros Butterworth pasa-bajas Figura 2.9 Filtro pasa-bajas con una pendiente de -40dB/década Figura 2.10 (a) Sujetador de nivel Figura 2.10 (b) Respuesta del sujetador de nivel para una entrada senoidal Figura 2.11 Sujetador de nivel activo Figura 2.12 a) Recortador de nivel Figura 2.12 b) Respuesta del recortador de nivel para una entrada senoidal Figura 2.13 Recortador de nivel activo Figura 2.14 Sujetador y recortador de nivel sin distorsión Figura 2.15 Señal de estrada y salida del sujetador y recortador de nivel sin distorsión Figura 2.16 PIC 18F Figura 2.17 Esquema de Borland Builder C++ y una base de datos Figura 2.18 Funcionamiento de PHP Capítulo 3: Diseño del sistema de adquisición de datos vii

8 Figura 3.1 Diagrama eléctrico del amplificador de instrumentación utilizado en la simulación Figura 3.2 Respuesta en tiempo del amplificador de instrumentación Figura 3.3 Diagrama eléctrico del filtro pasa bajas de -40dB/década utilizado en la simulación Figura 3.4 Respuesta en frecuencia del filtro pasa bajas de -40dB/década Figura 3.5 Diagrama eléctrico del circuito sujetador y recortador de nivel sin distorsión Figura 3.6 Respuesta en tiempo del circuito sujetador y recortador de nivel Figura 3.7 Diagrama eléctrico del electrocardiógrafo Figura 3.8 Respuesta en tiempo del electrocardiógrafo Figura 3.9 Diagrama de pistas del electrocardiógrafo Figura 3.10 Circuito del electrocardiograma Figura 3.11 Diagrama esquematico de la tarjeta de adquisición Figura 3.12 Diagrama de pistas de la tarjeta de adquisición Figura 3.13 Dispositivo final Capítulo 4: Diseño del software e interfaces para la PC Figura 4.1 Escritorio de MPLAB Figura 4.2 Barra de herramientas de MPLAB Figura 4.3 Almacenado de proyecto en MPLAB Figura 4.4 Entorno de editor de MPLAB Figura 4.5 Propiedades de un proyecto en MPLAB Figura 4.6 Ventana posterior al ensamblar correctamente un proyecto en MPLAB Figura 4.7 Diagrama de flujo de la programación del microcontrolador Figura 4.8 Entorno de Borland Builder C Figura 4.9 Menú Principal Figura 4.10 Inspector de Objetos Figura 4.11 Diseñador de Formularios Figura 4.12 Editor de Código Figura 4.13 Submenú Project del menú principal Figura 4.14 Ventana principal del SARSE Figura 4.15 Inicio del SARSE Figura 4.16 Inicio del SARSE (toma de muestras) Figura 4.17 Paleta de componentes en Borland C Figura 4.18 Ventana de objeto de inspección Figura 4.19 Conexión con una base de datos Figura 4.20 Diagrama Diagrama de flujo para la captura de datos Figura 4.21 Generación de la tabla Figura 4.22 Generación de la tabla (Continuación) viii

9 Figura 4.23 Tablas principales Figura 4.24 Interface para Internet de PAWEEL Figura 4.25 Disposiciones de la página principal Figura 4.26 Imagen de la cabecera Figura 4.27 Imagen resultante de Cabecera.html Figura 4.28 Imagen de fondo para Menu.html Figura 4.29 Imágenes de adorno para Menu.html Figura 4.30 Imagen resultante de Menu.html Capítulo 5: Resultados experimentales Figura 5.1 Circuito AD620 con resistencia externa Figura 5.2 Señal de entrada al amplificador de instrumentación Figura 5.3 Señal de salida al amplificador de instrumentación Figura 5.4 Gráfica de la respuesta en frecuencia del filtro pasa bajas Figura 5.5 Filtro pasa bajas Figura 5.6 Recortador y sujetador de nivel Figura 5.7 Señal de entrada al recortador y sujetador de nivel Figura 5.8 Señal de salida al recortador y sujetador de nivel (señal recortada) Figura 5.9 Señal de salida al recortador y sujetador de nivel Figura 5.10 Señal de salida del electrocardiógrafo Figura 5.11 Gráfica de datos aleatorios Figura 5.12 Muestras tomadas de una señal senoidal Figura 5.13 Gráfica almacenada en la base de datos Figura 5.14 Conexión del paciente al electrocardiógrafo Figura 5.15 Señal electrocardiográfica ix

10 Índice de tablas Capítulo 1: Ritmo y pulso cardíaco Tabla 1.1. Valores del ritmo cardiaco normales... 3 Tabla 1.2. Zonas de toma del ritmo cardiaco... 5 Tabla Historia del electrocardiograma y electrocardiógrafo... 6 Tabla 1.4. Ondas características de la actividad cardiaca Capítulo 2: Modelo del sistema y herramientas de desarrollo Tabla 2.1. Características del PIC 18F Capítulo 4: Diseño del software e interfaces para la PC Tabla 4.1. Tabla comparativa Tabla 4.2. Funciones MySQL Tabla 4.3. Instrucciones en HTML Capítulo 5: Resultados experimentales Tabla 5.1 Valores de la respuesta en frecuencia del filtro x

11 Objetivo general Diseñar y construir un sistema de adquisición de datos aplicado para registrar el ritmo cardiaco. Objetivos particulares Diseñar y construir el hardware de captura y registro de ritmo cardiaco. Diseñar y construir el hardware y el software de transferencia de datos a una computadora personal (PC). Diseñar e implementar la interfaz gráfica de usuario (GIU). Diseñar e implementar la página web del sistema y las rutinas de comunicación y transporte de datos. xi

12 Justificación El proyecto fue elegido por el auge que ha tenido en la medicina moderna, la utilización de los instrumentos electrónicos para medir las variables fisiológicas; ritmo cardiaco, temperatura, presión arterial etc. del ser humano; más aún para evitar la necesidad que un médico permanezca todo el tiempo en el hospital para verificar esas mediciones. Por eso, se decidió diseñar más que un aparato médico, un sistema que pueda realizar mediciones y enviarlas a través de la red, para que el médico pueda revisarlas desde el punto donde se encuentre a distancia remota del paciente. Este sistema permite además, consultar y actualizar el historial clínico dentro de una base de datos donde podrá informarse del estado de sus pacientes, sin tener que salir de casa, a menos que sea estrictamente necesario. Los pacientes no tendrán que preocuparse si el médico tiene que salir o no se encuentra en el hospital, ya que éste sistema es de fácil colocación y los datos son manejados en tiempo real, lo que podría definirse como una pequeña videoconferencia donde el médico estando incluso del otro lado del mundo podrá conocer el estado de su paciente y obtener gráficas digitales del ritmo cardiaco a distancia. El sistema al ser un prototipo en proceso de experimentación, no será aplicado en la vida diaria, pues debe someterse a estrictas pruebas de valoración y acreditación ante las autoridades de salud del país. Aún así, no se pretende sacrificar los estándares establecidos para este tipo de sistemas, ya que lo que se busca es crear un beneficio para los pacientes y los médicos. Una vez que sea acreditado y autorizado (en una etapa posterior) el sistema puede ser confiable y se convertirá en un sistema con alta demanda en nuestro país, ya que no se tienen registros de sistemas comerciales de éste tipo, con manufactura mexicana. xii

13 Alcance El proyecto es tecnológicamente posible de realizar ya que la estructura interna del electrocardiógrafo se basa en amplificadores operacionales y filtros, los cuales ayudan a tener una respuesta confiable; además la tarjeta de adquisición de datos se puede construir en México y con los conocimientos adquiridos y por adquirir es factible la fabricación del sistema. Por otra parte los insumos son de fácil adquisición en México, tanto la tarjeta de adquisición de datos como los componentes internos de las tablillas a realizar. Como cualquier proyecto que inicia existen limitantes que acotan el alcance del proyecto y en este caso la mayoría de los hospitales están acostumbrados a trabajar con los electrocardiógrafos fijos. Otra limitación es que el sistema maneja una comunicación simple, es decir, los datos sólo son enviados del sistema a la red y no existe un regreso de datos como podría ser un diagnóstico del médico que en ese momento estuviera revisando las señales en tiempo real. xiii

14 INTRODUCCIÓN Actualmente es indispensable contar con equipos médicos que cuenten con tecnología capaz de facilitar acciones en las cuales antes era necesaria la intervención de personal médico, tal como enfermeras o bien el mismo médico. Dicho equipo, además de contar con la tecnología necesaria, debe ser capaz de tener un control y administración de la información que procesa con el fin de que ésta se almacene para su consulta en tiempo real, o bien, en tiempo posterior a su adquisición. Este trabajo se centra la implementación de un sistema integral enfocado a la medición de variables fisiológicas, las cuales son el conjunto de signos vitales. Éstas son la presión arterial, la frecuencia cardiaca, la frecuencia respiratoria y la temperatura corporal. A su vez, éste conjunto de signos vitales son manifestaciones objetivas que se pueden percibir y medir en un organismo vivo, en una forma constante. Con este trabajo se resolverá la adquisición y registro de datos para una variable fisiológica de gran importancia: el ritmo cardiaco. Dicha adquisición de información se hará a través de un sistema capaz de medir el ritmo cardiaco, para posteriormente procesar digitalmente la información y generar una base de datos disponible vía internet para el personal médico. La variable a medir será adquirida por medio de una unidad portátil la cual tendrá como canal de comunicación el Bus Universal Serie (USB), de la PC. Para llevar a cabo lo anterior, es indispensable digitalizar las señales con el propósito de almacenarlas en la unidad portátil y transmitirlas por el canal de comunicación especificado. Mediante un software diseñado especialmente para este sistema, se tendrá acceso a la información de forma visual, es decir, se tiene una interfaz gráfica que permite al personal médico observar gráficamente el comportamiento de la variable fisiológica medida, así como los datos personales de cada uno de sus usuarios. Posteriormente, este software es transmitido vía internet para su consulta remota. En el capítulo 1 se dará una introducción a los aspectos teóricos médicos que se necesitan conocer para poder entender el comportamiento de las señales a medir, así mismo, conocer su naturaleza y sus valores posibles. Además se explicarán algunas técnicas de medición. En el capítulo 2 se describirá la base del funcionamiento del electrocardiógrafo. Se tratarán cada uno de los elementos que lo conforman y se describirá su comportamiento. En el capítulo 3 se realizarán los cálculos requeridos para el diseño del hardware, correspondiente al amplificador de instrumentación, filtro pasa bajas, sujetador y recortador de nivel. Así mismo se integrará el electrocardiógrafo. En el capítulo 4 se especificará el diseño del software correspondiente al SARSE, el cual está compuesto por la programación de la interface, una base de datos y la GUI, así mismo la conexión entre ambas. 1

15 El capítulo 5 es la etapa final del sistema y por tanto, en este capítulo se reportan las pruebas realizadas a cada una de las etapas que integran el sistema. Cada prueba fue realizada bajo características especiales de cada etapa. 2

16 1 RITMO Y PULSO CARDIACO. ELECTROCARDIÓGRAFO En este capítulo se dará una introducción a los aspectos teóricos médicos que se necesitan conocer, para entender el comportamiento de las señales cardiaca, conocer su naturaleza y sus posibles valores. Además se explicarán algunas técnicas de medición. El electrocardiógrafo es un sistema que registra las pequeñas ondas eléctricas generadas durante la actividad cardiaca, usado hoy en día como una manera relativamente simple de diagnosticar las condiciones de salud del corazón del paciente. 1.1 Pulso y ritmo cardíaco El ritmo cardíaco se define como la expansión y contracción de una arteria (vaso sanguíneo que lleva sangre oxigenada a los órganos o tejidos) percibida en determinada parte del cuerpo. El ritmo cardiaco se refiere a las veces que late el corazón en un minuto. Por lo tanto el pulso y ritmo cardiaco se deben considerar de forma conjunta, ya que una depende de la otra y viceversa. El ritmo cardiaco normal varía de acuerdo a diferentes factores, dentro de los cuales el más importante es la edad. Como muestra la tabla 1.1. En general se considera normal el ritmo cardiaco si este se encuentra entre 60 y 100 pulsaciones por minuto. Si el ritmo cardiaco en menor a 60 pulsaciones (latidos) por minuto, se considera bradicardia; por el contrario si las pulsaciones son mayores a 100, se considera taquicardia. TABLA 1.1 Valores del ritmo cardiaco normales Etapa Pulsaciones por minuto Recién nacidos 100 a 160 Niños de 1 a 7 años 70 a 120 Niños de más de 10 años y adultos 60 a 100 Ancianos 60 o menos Atletas 40 a 60 Fuente: 3

17 1.2 Técnicas de medición El pulso cardiaco se puede tomar en diferentes partes del cuerpo, siendo las más comunes las que se muestran en la figura 1.1. Mientras que en la tabla 1.2 se observan las zonas en los cuales se toma usualmente el ritmo cardiaco. Para medir el ritmo cardiaco, las arterias que se encuentran en éstas zonas se palpan y con ayuda de un reloj se cuentan las pulsaciones en un minuto. Por otra parte, existen equipos digitales que permiten hacer este tipo de mediciones, tal es el caso de algunos baumanómetros 1 que incluyen el registro del ritmo cardiaco. Pero existe un equipo capaz no sólo de obtener el pulso cardiaco, sino también un estudio completo de la actividad del corazón; éste es el electrocardiógrafo. Figura 1.1 Sitios para tomar el pulso cardiaco Fuente: Haciendo una comparación de las técnicas que se pueden utilizar para medir el pulso y ritmo cardiaco, resulta más eficiente la utilización del electrocardiógrafo, ya que no sólo proporcionará los datos correspondientes a estas dos variables fisiológicas, sino que también 1 Baumanómetros.- instrumento que permite medir la fuerza que ejerce la sangre sobre las paredes de las arterias. 4

18 proporcionará un estudio más detallado que puede detectar anomalías en el funcionamiento de la actividad del corazón. TABLA 1.2 Zonas de toma del ritmo cardiaco Zona Nombre Sien Temporal Cuello Carotideo Parte interna del brazo Humeral Muñeca Radial Parte interna del pliegue del codo Cubital Ingle Femoral Dorso del pie Pedio Tetilla izquierda (bebés) Apical 1.3 Historia y evolución del electrocardiógrafo Las corrientes eléctricas del corazón habían sido medidas por más de cien años, pero la función fundamental del electrocardiógrafo, tal y como lo conocemos hoy, fue desarrollada por el científico holandés Willem Einthoven a principios del Siglo XX. Figura 1.2 Electrocardiógrafo de Einthoven El electrocardiógrafo nació con la necesidad de conocer de forma más detallada el comportamiento del corazón y sus señales. A su vez se hizo necesario observar los resultados que se obtenían, con lo cual surgió el electrocardiograma. En la tabla 1.3 se hace una reseña histórica de los acontecimientos que dieron origen al electrocardiógrafo y como consecuencia, al electrocardiograma. 5

19 TABLA 1.3 Historia del electrocardiograma y electrocardiógrafo Año Evento Carlo Matteucci demuestra que una corriente eléctrica acompaña cada latido del 1842 corazón (el anca de rana se utilizaba como sensor eléctrico y la contracción del músculo del anca era utilizada como signo visual de la actividad eléctrica). El fisiólogo alemán Emil Dubois Raymond describe un potencial de acción que 1843 acompaña cada contracción muscular. Detectó la presencia de un pequeño voltaje en el músculo relajado y notó que éste disminuía con la contracción del músculo. La actividad irregular y forzada de los ventrículos (llamada luego fibrilación ventricular) 1850 es descrita por Hoffa. Él demostró que un solo pulso eléctrico puede inducir la fibrilación. Rudolph von Koelliker y Heinrich Muller confirman que una corriente eléctrica acompaña cada latido cardiaco, aplicando un galvanómetro a la base y el ápex (vértice) de un 1856 ventrículo expuesto. Ellos aplicaron también una preparación de músculo y nervio al ventrículo y observaron que aparecía una sacudida del músculo, justo antes de la contracción ventricular y también una sacudida mucho más pequeña, después de la sístole El físico francés Gabriel Lippmann inventa un medidor de voltaje por capilaridad. Es un tubo delgado de vidrio con una columna de mercurio bajo ácido sulfúrico Marey usa el voltímetro para registrar la actividad eléctrica del corazón expuesto de una rana. Los fisiólogos británicos John Burden Sanderson y Frederick Page registran la corriente 1878 eléctrica cardiaca con un voltímetro capilar y muestran que se compone de dos fases (llamadas más adelante QRS y T). El fisiólogo británico Augustus D. Waller publica el primer electrocardiograma humano Está registrado con un voltímetro de capilaridad de Thomas Goswell, un técnico de laboratorio. Los fisiólogos británicos William Bayliss y Edward mejoran el voltímetro capilar. Conectan los terminales a la mano derecha y a la piel sobre el latido de la punta y 1891 muestran "una variación trifásica acompañando cada latido cardiaco". También demostraron un retraso de 0.13 segundos entre la estimulación atrial y la despolarización de los ventrículos. Einthoven, utilizando un voltímetro mejorado y una fórmula de corrección desarrollada 1895 independientemente de Burch, distingue cinco ondas que él denomina: P, Q, R, S y T. Einthoven inventa un galvanómetro nuevo para producir electrocardiogramas que 1901 utilizan una filamento fino de cuarzo revestido en la plata, basado en ideas de Deprez y D' Arsonval quien utilizó un rollo de alambre. Einthoven publica el primer electrocardiograma registrado con un galvanómetro de 1902 filamento. Einthoven comienza a transmitir electrocardiogramas desde el hospital, a su laboratorio, 1905 a 1.5 Km., vía cable de teléfono. El 22 de marzo se obtiene el primer 'telecardiograma'. Einthoven describe un triángulo equilátero formado por sus derivaciones estándar: I, II, 1912 III que más adelante sería llamado el "Triángulo de Einthoven". Ernstine y Levine anunciaron el uso de tubos de vacío que amplificaran el 1928 electrocardiograma, en lugar de mecanismos de índole mecánica como el galvanómetro de filamento. 6

20 Emanuel Goldberger incrementa el voltaje de las derivaciones unipolares de Wilson en un 50% y crea las derivaciones de los miembros amplificadas: avr, avl, avf. Cuando son añadidas a las tres derivaciones de Einthoven y las seis precordiales, se llega al ECG de 12 derivaciones. El médico de Montana, Norman Jeff Holter, desarrolla un equipo de 37 Kg. que podía registrar el electrocardiograma del quien lo portaba y transmitía la señal. Su sistema, el monitor Holter, fue posteriormente muy reducido en tamaño combinándose con la grabación digital en cinta y utilizado para el registro ambulatorio de electrocardiogramas. Robert Zalenski y sus colaboradores publican un artículo sobre el uso clínico del electrocardiograma de 15 derivaciones, que utiliza rutinariamente las derivaciones V4R, V8 y V9 en el diagnóstico del síndrome coronario agudo. Así como hizo la adición de las 6 derivaciones precordiales en 1938, estas derivaciones adicionales incrementan la sensibilidad del electrocardiograma en la detección del Infarto de miocardio. 1.4 Electrocardiógrafo y electrocardiograma El corazón de un humano actúa como una bomba hidráulica de cuatro cámaras y doble función: el ventrículo izquierdo bombea sangre al cuerpo y el derecho a los pulmones. El trabajo hecho en cada contracción está dado por, donde DV es el volumen de sangre que entra a la arteria y P es la presión sanguínea media, durante el latido. Los valores característicos para el ventrículo izquierdo son: DV = 60 cm 3 y (P) = 105 mm de Hg. donde: La potencia de salida del ventrículo izquierdo puede calcularse a partir de la relación. donde: Dt = 0,8 segundos para un ciclo. Por lo tanto, el resultado seria 1.04 W. El ventrículo derecho que envía sangre a los pulmones desarrolla apenas un sexto de la presión del ventrículo izquierdo, así que su potencia de salida, es 1.04/6 = W. La potencia total, considerando ambos lados del corazón a una frecuencia de 80 latidos por minuto durante, el reposo. Es entonces: 7

21 Durante el ejercicio, el ritmo cardiaco se incrementa hasta aproximadamente 160 latidos por minuto, los cambios de volumen de los ventrículos se hacen mayores, así como la velocidad de la sangre. En el domino de la frecuencia, se han obtenido resultados que muestran que la señal electrocardiográfica tiene un espectro en frecuencia que va de 0.05Hz a 100Hz, con una amplitud de 0.02 m Volts a 5.0m Volts. El electrocardiógrafo es un equipo que permite obtener un registro de información de la función del corazón. El electrocardiograma es un estudio de rutina que se realiza para observar y registrar las señales eléctricas emitidas durante la actividad cardiaca. El electrocardiograma, comúnmente conocido por la abreviatura ECG, refleja la actividad eléctrica del corazón y por tanto, brinda información acerca de la función cardiaca, además registra los impulsos eléctricos que originan la contracción cardiaca, por medio de las derivaciones bipolares, como se muestra en la figura 1.3. Figura 1.3 Las derivaciones bipolares La actividad eléctrica del corazón se puede medir desde el exterior, a través de la piel del individuo, mediante electrodos 2 y un equipo capaz de aumentar y registrar las señales eléctricas. Dicha actividad eléctrica se observa por medio de ondas que son la representación gráfica de dicha actividad. Existen 6 tipo principales de ondas que describen el comportamiento de la actividad eléctrica del corazón y éstas se muestran en la tabla 1.4, como una breve descripción. Cada onda se puede acompañar de otra para describir un comportamiento en particular del corazón. Cuando el estímulo eléctrico fluye hacia un electrodo positivo (colocado en la piel) aparece una onda positiva en el trazo. El ECG estándar consta de 6 derivaciones precordiales y 6 derivaciones de miembro. Por otra parte, la mayor parte de las derivaciones del ECG captan la electricidad desde un solo 2 Instrumento por medio del cual se transmite una corriente eléctrica de un conductor a una parte del cuerpo o a otro medio. 8

22 punto y se llaman por tanto "derivaciones unipolares". Por el contrario, tres de las derivaciones de los miembros (concretamente I, II y III) se llaman "derivaciones bipolares", porque muestran la diferencia de la actividad eléctrica recogida simultáneamente desde dos puntos diferentes. Las derivaciones precordiales (V1, V2, V3, V4, V5 y V6) son aquellas derivaciones unipolares que se obtienen al colocar el electrodo positivo en las áreas indicadas en la pared torácica (figura 1.4) y el negativo en la terminal central, que en este caso se consigue al poner en conexión los tres electrodos de las extremidades: los electrodos de los brazos derecho e izquierdo y de la pierna izquierda, (figura 1.5). Así pues, una derivación precordial mide la diferencia de potencial entre un electrodo torácico y la terminal central. Figura 1.4 Situación de los electrodos precordiales El ECG se registra con dispositivos que reproducen 1, 3, 6 o incluso las 12 derivaciones a la vez. Los más frecuentes son los de 3 y 6 canales. Figura 1.5 Derivaciones precordiales 9

23 1.4. Las ondas características que se obtiene de esta forma son las mostradas en la tabla Las derivaciones de miembros según Einthoven, se obtienen colocando un electrodo en el brazo derecho, otro en el brazo izquierdo y finalmente, otro en el pie izquierdo. Esta disposición de electrodos recibe el nombre de triángulo de Einthoven (figura 1.6) y corresponde a las derivaciones bipolares de los miembros, ya que entrega la diferencia de voltaje en el plano frontal de las extremidades. Figura 1.6 Derivaciones bipolares Se observa en la figura 1.7 que uno de los electrodos es negativo y el otro positivo. Se debe colocar el electrodo positivo en el brazo izquierdo y el electrodo negativo en el brazo derecho. Figura 1.7 Triángulo de Einthoven 10

24 TABLA 1.4 Ondas características de la actividad cardiaca Onda Descripción Forma P Representa la actividad eléctrica del corazón que produce la contracción de las aurículas. Q Primera deflexión hacia abajo (negativa) del complejo QRS. R Deflexión positiva antecedida por una onda Q. S Deflexión negativa que va precedida de una onda R. T Re-polarización de los ventrículos. QRS Describe la despolarización y posterior contracción de los ventrículos. 11

25 2 MODELO DEL SISTEMA Y HERRAMIENTA DE DESARROLLO En este capítulo se propondrá el modelo para el SARSE, se describirá la base del funcionamiento del electrocardiógrafo. Se tratarán cada uno de los elementos que lo conforman y se describirá su comportamiento. Asimismo, se dará una explicación breve de las herramientas de desarrollo que se utilizarán para la construcción de la versión en prototipo del SARSE. 2.1 Diagrama a bloques del SARSE El corazón emite señales bioeléctricas de muy baja intensidad de voltaje. Todos los equipos médicos que se diseñan tienen como elemento básico un amplificador de instrumentación, que cumple la función de amplificar señales de baja intensidad y mejorar la relación de señal a ruido. En este caso, como se menciona en la sección 1.4 las señales electrocardiográficas tiene una amplitud de 0.05 a 5mV, amplitudes que resulta complicado medir, razón por la que el amplificador de instrumentación será un elemento fundamental del SARSE. En la misma sección 1.4 también se menciona el intervalo de frecuencias en las cuales se encuentra la señal electrocardiográfica. Es por eso que el SARSE, debe contar con un filtro pasa-bajas, con una frecuencia de corte de 110 Hz. La señal obtenida a la salida del filtro es de tipo bipolar. Considerando que el convertidor analógico-digital que se propone usar (PIC18f4550) es unipolar, la señal se recorta y sujeta a un nivel de cd. Esto se realiza por medio de un circuito recortador y sujetador de nivel, dándole una ganancia de 2. Teniendo una señal apropiada para la conversión analógico-digital, el PIC 18F4550 la transforma en datos con una resolución de 8 bits. La unión de todos los circuitos hasta aquí mencionados, es lo que llamaremos tarjeta de adquisición de datos. Por medio del bus serie universal o USB, se llevará a cabo la comunicación entre la tarjeta de adquisición de datos y la computadora personal (PC). La base de datos que se diseñó para el sistema estará basada en PHP (Hypertext Preprocessor) y MySQL, las cuales conforman parte del software del sistema. Por último para el usuario se propone utilizar una interfaz gráfica (GUI) y una la página web diseñada en HTML. 12

26 Figura 2.1 Diagrama a bloques del Sistema de Adquisición y Registro de Señales Electrocardiográficas (SARSE) 2.2 Teoría del funcionamiento de los elementos del SARSE De acuerdo al diagrama de bloques de la figura 2.1, se describirán primero los bloques referentes a la tarjeta de adquisición de datos (compuesta por el electrocardiógrafo y la interfaz de comunicación) y por último los bloques correspondientes a la base de datos, la interfaz gráfica de usuario y la página web Amplificador de instrumentación Un amplificador de instrumentación (AI) es un amplificador de diferencias que satisface las siguientes especificaciones: Impedancias de entrada de modos diferencial y común muy altas (infinitas, en forma ideal). Impedancia de salida muy baja (idealmente, de cero). Ganancia exacta y estable, por lo común en el rango de 1 a Razón de rechazo, extremadamente elevada. El AI se usa para amplificar de manera exacta, una señal de nivel bajo en presencia de un componente grande de modo común (ruido). Esta es la razón por la cual, los AI se aplican mucho en instrumentación de pruebas y mediciones. En este caso la señal a medir es la emitida por el corazón, la cual corresponde a una señal bioeléctrica. Por medio de un ajuste apropiado, es posible que el amplificador de la figura 13

27 2.2a) cumpla, en forma satisfactoria, con las tres últimas especificaciones. Sin embargo, según la ecuación 2.1, la primera especificación falla debido a que sus resistencias de entrada, tanto en modo diferencial como en modo común son finitas. En consecuencia, se degrada la relación de rechazo en modo común (CMRR). Estas desventajas se eliminan si en la etapa de entrada se usan dos buffers de impedancia de entrada muy alta (CMOS). El resultado en un circuito clásico que se conoce como Amplificador de Instrumentación con triple amplificador operacional (figura 2.4). Figura 2.2 a) Amplificador de diferencias. b) Expresión de las entradas en términos de los componentes de modo común y de modo diferencial VCM y VDM La figura 2.3 muestra las resistencias de entrada en modo diferencial y en modo común. De forma rápida se ve que: Figura 2.3 Resistencias de entrada en modo diferencial (a) y en modo común (b) 14

28 Operación básica 3 En la figura 2.4 se muestra una versión simplificada de un amplificador de instrumentación. Los amplificadores operacionales TL081-1 y TL081-2 son etapas amplificadoras no inversoras que proporcionan alta impedancia de entrada y alta ganancia de voltaje. El amplificador operacional TL081-3 es un amplificador de ganancia unitaria. Cuando RG se conecta externamente, como se muestra en la figura 2.5, el amplificador operacional TL081-1 recibe una señal de entrada diferencial en su entrada no inversora y la amplifica con una ganancia de. El amplificador operacional TL081-1 recibe también la señal de entrada TL081-1 a través del amplificador operacional TL081-2, Rf2 y RG. aparece sobre la entrada inversora del amplificador operacional TL081-1 y es amplificado por una ganancia de. Además, se amplifica el voltaje en modo común en la entrada no inversora por la ganancia en modo común de TL ( suele ser menor que la unidad). El voltaje de salida total del amplificador operacional TL081-1 se expresa de la siguiente forma: Al aplicar un análisis semejante al amplificador operacional expresión., obteniendo la siguiente Figura 2.4 Amplificador de Instrumentación Entonces, voltaje de entrada diferencial al amplificador operacional TL081-3 es : 3 Floyd, T., (1996), Dispositivos Electrónicos. Limusa. 15

29 Figura 2.5 Conexión externa de al AI Si Se observa que los voltajes en modo común ( ) son iguales, y por lo tanto se cancelan. Al factorizar la ecuación 2.5 se obtiene el siguiente resultado, que es la entrada diferencial al amplificador operacional TL081-3: Como el amplificador operacional TL081-3 tiene ganancia unitaria, la salida del amplificador de instrumentación es Y la ganancia en lazo cerrado es: Circuito Integrado AD620 El circuito integrado AD620 (figura 2.6) es un amplificador de instrumentación de bajo costo sin terminal de entrada de detección. Este circuito integrado se puede adquirir en dos presentaciones, una es el encapsulado SOIC y otra es la tradicional DIP de 8 terminales. Este circuito integrado sólo requiere de la conexión externa de para determinar la ganancia (G), la cual tiene un intervalo de 1 a 10,

30 El cálculo de la ganancia está determinado por: Donde es la resistencia que se conecta externamente. Figura 2.6 Circuito Integrado AD620 Características del CI AD620 4 : Baja potencia: máxima corriente suministrada de 1.3mA Voltaje de salida offset: 50µV Excelente relación de rechazo en modo común (CMRR): 100dB Ancho de banda : 120kHz Intervalo de ganancia: 1 a 10,000 Intervalo de alimentación: ±2.3 V a ±18 V Mejor desempeño que 3 amplificadores operacionales interconectados externamente Bajo ruido, ruido del voltaje de entrada: 1kHz y 0.28µVp-p de ruido (0.1 Hz a 10Hz) 15µs tiempo de resolución a 0.001% : 15µs Dada la baja corriente suministrada, el CI AD620 es una buena opción para aplicaciones que utilicen baterías, o bien, para aplicaciones portables. Asimismo, el AD620 es de utilidad para sistemas de adquisición de datos de precisión. Por otra parte, el bajo nivel de ruido, y la baja potencia del AD620 lo hacen muy adecuado para aplicaciones médicas, como el ECG. En la figura 2.7 se observa el diagrama de conexión interno del CI AD620. Como se observa, el diagrama es el mismo que el de la figura 2.5, pero es de mayor precisión y de fácil implementación, ya que reduce espacio en la tarjeta de adquisición de datos y reduce los problemas de ruido captado de conexión de los circuitos impresos en las pistas. 4 Hojas de especificaciones: Low Cost Low Power Instrumentation Amplifier AD620 (Analog Devices) 17

31 Para más información sobre el circuito integrado AD620 consultar las hojas de especificaciones en la página de internet: Figura 2.7 Diagrama de conexión interna del circuito integrado AD Filtro activo tipo Butterworth Filtros activos y sus características Un filtro es aquel dispositivo que modifica de cierto modo una señal que pasa a través de él. Los filtros activos son aquellos que utilizan amplificadores operacionales, lo cual significa que no introducen pérdidas y se puede tener ganancia. En este trabajo sólo se hará uso de estos tipos de filtros, dado que sus características son apropiadas para la construcción del electrocardiógrafo. El tipo de filtro activo más conveniente para la implementación del sistema es el de tipo Butterworth. Los filtros activos Butterworth son necesarios cuando se desea conseguir una buena precisión en la banda de paso, ya que no introducen distorsión en amplitud. A este tipo de filtro también se le denomina filtro de máximo plano o filtro plano-plano, debido a que su respuesta en frecuencia es máximamente plana. En la figura 2.8 se muestran las respuestas en frecuencia de filtros Butterworth con pendiente de atenuación de -20dB/década, -40 db/década y -60 db/década respectivamente. En este trabajo solamente se propone utilizar el filtro Butterworth de -40 db/década, ya que no se requiere que la respuesta en frecuencia tenga una pendiente tan pronunciada. 18

32 Figura 2.8 Gráfica de la respuesta en frecuencia para tres tipos de filtros Butterworth pasa-bajas Los filtros Butterworth no están diseñados para mantener un ángulo de fase constante a la frecuencia de corte. Un filtro Butterworth de -40 db/década tiene un ángulo de fase de -90 a y para cada incremento de -20 db/década, el ángulo de fase se incrementará en Filtro Butterworth pasa-bajas de -40dB/década El circuito de la figura 2.9 muestra la implementación de un filtro pasa-bajas diseñado para producir una atenuación de -40dB/década. Se incluye (en este caso) la resistencia para la desviación de CD. El diseño del filtro pasa-bajas de la figura 2.9 se puede simplificar si se hacen las resistencias y iguales a. Hay sólo cinco pasos en el procedimiento del diseño de este filtro: 1.- Seleccionar la frecuencia de corte o bien. 2.- Escoger ; seleccionar un valor adecuado entre 100pF y 0.1µF. 3.- Hacer = Calcular ó 5.- Seleccionar Rf = 2R. 19

33 Figura 2.9 Filtro pasa-bajas con una pendiente de -40dB/década Sujetador y recortador de nivel Sujetador de nivel Un sujetador de nivel o cambiador de nivel es un circuito electrónico que cambia una señal analógica a un nivel diferente de cd, en general, el circuito consta de un capacitor (C), un diodo (D) y un resistor (R), aunque en algunas ocasiones se puede emplear una fuente independiente de cd para introducir un deslazamiento adicional. La magnitud de R y C debe elegirse de tal modo que la constante de tiempo, sea suficientemente grande para asegurar que el voltaje del capacitor no se descargue significativamente, durante el intervalo de tiempo en que el diodo no esté conduciendo. En la figura 2.10 (a) se muestra la red básica de un sujetador de nivel, y en la figura 2.10 (b) la respuesta del mismo circuito para una señal de entrada senoidal. Así como existen sujetadores pasivos, también existen sujetadores de nivel activos, como el de la figura Figura 2.10(a) Sujetador de nivel 20

34 Figura 2.10 (b) Respuesta del sujetador de nivel para una entrada senoidal En los sujetadores activos, si se supone inicialmente el valor del potenciómetro tal que, la terminal no inversora está a tierra, se tiene que durante el primer semiciclo positivo de la entrada se produce una salida negativa en el amplificador, por lo que el diodo conduce. Así, el capacitor se carga al valor pico del semiciclo de entrada. Justo después de este semiciclo positivo, el diodo deja de conducir y se abre el lazo de retroalimentación, entonces la tensión de salida resulta igual a la suma de las tensiones de entrada del capacitor. Es así, como la señal de salida se desplaza al valor pico de la señal de entrada. La variación del potenciómetro permite fijar el nivel mínimo de la señal de salida. Figura 2.11 Sujetador de nivel activo Recortador de nivel Los circuitos recortadores de nivel tienen la función de eliminar parte de una forma de onda que se encuentre por encima o por debajo de algún nivel de referencia, sin distorsionar la parte restante de la señal. Los circuitos recortadores se conocen a veces como limitadores; selectores de amplitud. En la figura 2.12 se muestra un circuito recortador de nivel en paralelo. 21

35 Figura 2.12(a) Recortador de nivel Figura 2.12 (b) Respuesta del recortador de nivel para una entrada senoidal Existen recortadores activos, los cuales involucran un amplificador operacional. En la figura 2.13 se muestra el diagrama eléctrico de éste tipo de circuito. En el recortador activo, cuando se fija la tensión sobre la entrada no inversora en cero volts, si la tensión de entrada es ligeramente negativa, el diodo conduce, ya que el amplificador lleva a la salida una tensión ligeramente positiva y la resistencia de retroalimentación es nula. En el caso en que la entrada es ligeramente negativa, el diodo no conduce, así el lazo de retroalimentación está abierto y la tensión de salida sigue al semiciclo positivo de la señal de entrada. Si el diodo se invierte, permite recortar el semiciclo positivo y obtener el semiciclo negativo de la entrada. La variación del potenciómetro permite ajustar el voltaje que recorta de la señal. Figura 2.13 Recortador de nivel activo 22

36 Circuito sujetador y recortador de nivel sin distorsión En la figura 2.14 se observa la combinación del circuito sujetador y recortador de nivel, utilizando un solo amplificador operacional. En este circuito, a diferencia de los mencionados en las secciones y , se puede tener ganancia de voltaje, la cual está dada por la ec Figura 2.14 Sujetador y recortador de nivel sin distorsión El cálculo de C y R1 está dado por la siguiente relación: El potenciómetro permite ajustar el nivel de la señal de salida o dejarla sin cambios. En la figura 2.15 se observa la respuesta del circuito cuando se aplica una señal bipolar. Figura 2.15 Señales de estrada y salida del sujetador y recortador de nivel sin distorsión. 23

37 2.2.4 PIC 18F4550 El PIC 18F4550 es de alto desempeño, hace uso del USB y utiliza una tecnología de nano potencia. Existen tres presentaciones de este PIC, una con 28, otra con 40 y la última con 48 terminales. En la figura 2.16 se observa el diagrama de terminales para el PIC de 40 terminales. Figura 2.16 PIC 18F4550 Fuente: hoja de datos del PIC18F2455/2550/4455/ Características del PIC 18F4550 Dentro de las características más destacables de éste PIC, se encuentran las siguientes: Interface de comunicación USB 2.0. Es de baja velocidad (1.5 Mb/s 5 ) y el tope de velocidad (12 Mb/2). Control de interrupciones, asíncrono y mayor transferencia. Soporta más de 32 puntos terminales (16 bidireccionales). Tiene un acceso a la RAM por el USB de 1K-byte. En una tarjeta, el USB transfiere voltaje con un regulador. 3 pines de interrupción externos. 2 Comparadores analógicos. Convertidor analógico digital de 10 bits de resolución y 13 canales (unipolar). 4 Timers 6. Memoria Flash 24 Kb. Memoria RAM 2 Kb. EEPROM de 256 bytes. 35 pines de I/O. 5 Mb/s significa Mega bits por segundo 6 Los Timer son tiempos que indican cierto tiempo para que se ejecute una instrucción o bloque de instrucciones en un programa computacional. 24

38 Programación modular en lenguaje C. En la tabla 2.1 se observan otras características resumidas del PIC 18F4550. Dispositivo Memoria Programable FLASH (bytes) # Palabras de instrucción simples TABLA 2.1 Características del PIC 18F4550 Memoria de datos SRAM EEPROM (bytes) I/O 10 bits del A/D (canales) CCP/ECCP (PWM) SSP SPI MSSP Maestro I 2 C EAUSART Comparadores Timers 8/16 bits PIC18F K /1 Si Si Si 1 2 1/ Programación del PIC 18F4550 con MPLAB Para la programación se emplea el software de desarrollo de Microchip MPLAB, el cual es un entorno de desarrollo integrado que permite escribir ensamblar, compilar, simular y depurar la ejecución de software para esta familia de microcontroladores Programación de la PC: Borland Builder C++ Borland C++ Builder es un lenguaje de propósito general (figura 2.17) que utiliza una arquitectura estructurada en dos niveles. En el nivel inferior se encuentra el Motor de Datos de Borland, ó Borland Database Engine, más conocido por las siglas BDE, que es un conjunto de funciones agrupadas en bibliotecas dinámicas (DLL). Esta biblioteca no es orientada a objetos, no permite eventos y los errores se notifican del modo tradicional: un valor de retorno de la función que falla. Pero el segundo nivel de la arquitectura se encarga de corregir estos fallos : el programador de C++ no utiliza directamente las funciones del BDE, sino por mediación de objetos definidos en la VCL, que es la biblioteca de componentes de C++ Builder. Figura 2.17 Esquema de Borland Builder C++ y una base de datos 25

39 Borland C++ se emplea en el sistema para todo el desarrollo de la captura de datos, comenzando la lectura desde la interface USB hasta el almacenamiento de los registros en la base de datos. El manejo de este lenguaje se debe a que contiene todos los elementos necesarios para el desarrollo del sistema, como es el la utilización del puerto de con comunicación USB, la graficación en tiempo real y el manejo de base de datos de una manera sencilla Interface gráfica HTML (Hyper Text Markup Language) es un lenguaje que sirve para escribir hipertexto, es decir, documentos de texto presentado de forma estructurada, con enlaces (links) que conducen a otros documentos o a otras fuentes de información (por ejemplo bases de datos), que pueden estar en una computadora propia o en computadoras remotas de la red. Todo esto se puede presentar acompañado de gráficos estáticos o animados (comúnmente GIFS) y sonidos (comúnmente Midi, al ser práctico en cuanto a su tamaño). Todas las codificaciones de efectos en el texto que forman el lenguaje HTML no son más que instrucciones para el navegador de Internet (browser), de ahí el porqué no se ve lo mismo en todos los navegadores. Actualmente existen multitud de navegadores, aunque los más conocidos son el Mozilla Fire Fox y el Internet Explorer de Microsoft. En esencia, una página escrita en HTML no es más que texto normal, escrito con cualquier editor, y al que, cuando se le quiere dar algún aspecto especial, por ejemplo el tamaño de la letra, habrá que agregar al texto ciertos códigos para indicar el efecto deseado. A estos códigos se les llama elementos del lenguaje. El navegador presentará perfectamente cualquier página ".txt" generada por cualquier editor, y los links entre documentos sólo requieren un simple y sencillo comando. Aún así se podrá conseguir el tipo de letra, tamaño de letra, colores de texto y fondo que se quiera, simplemente configurando el browser. red. HTML es empleado en el sistema para implementar la interfaz gráfica de usuario en la Lenguaje de programación PHP PHP (Hypertext Preprocessor) es un lenguaje interpretado de alto nivel incrustado en páginas HTML y ejecutado en el servidor. El lenguaje PHP es un lenguaje de programación de estilo clásico, es decir, es un lenguaje de programación con variables, sentencias condicionales, ciclos (bucles), funciones, etc. No es un lenguaje como HTML, XML o WML. Es más similar a Java Script o incluso a C, lenguajes ya muy conocidos en la actualidad en el ámbito de la programación. En la figura 2.18 se observa gráficamente su funcionamiento. 26

40 Figura 2.18 Funcionamiento de PHP Pero a diferencia de Java Script, que se ejecuta en el navegador, PHP se ejecuta en el servidor, con lo cual se puede acceder a los recursos que tenga el servidor, por ejemplo, una base de datos. El programa PHP es ejecutado en el servidor y el resultado enviado al navegador. El resultado es normalmente una página HTML, pero igualmente podría ser una página WML. Al ser PHP un lenguaje que se ejecuta en el servidor, no es necesario que el navegador de las demás computadoras que acceden a él lo soporten, es independiente del browser, sin embargo, para que las páginas PHP funcionen, el servidor donde están alojadas debe soportar PHP. PHP es empleado en el sistema, ya que puede trabajar directamente con la base de datos MySQL contenida en el servidor, para poder hacer los cambios o consultas correspondientes, además de ser muy fácil de implementar. Otra ventaja que ofrece PHP es la graficación, la cual es sencilla porque puede consultar la base de datos y realizar la gráfica insertándola en forma de imagen, siendo más útil que los applets de Java que son demasiado pesados y tardan en descargarse, por no mencionar los plugin s (aplicación informática que interactúa con otra aplicación para aportarle una función o utilidad específica) necesarios para su funcionamiento Base de datos Una base de datos es un conjunto de datos estructurados. Éstos son desde una simple lista de cosas hasta una gran cantidad de información que se maneja en una corporación. Para agregar, acceder y procesar los datos almacenados en una base de datos computacional, se necesita un sistema administrador de base de datos, tal como MySQL. Además, considerando que las computadoras son buenas manejando grandes cantidades de datos, el administrador de base de datos juega un papel central en la computación, ya sea como utilidad autónoma o parte de otra aplicación. El SARSE cuenta con una base de datos desarrollada en MySQL; ya que es un software gratuito, potente y muy amigable dado que cuenta con una interface grafica para poder crear o eliminar de manera sencilla elementos en la base de datos. 27

41 Otra ventaja que nos ofrece es poder trabajar con distintos lenguajes de programación como PHP y Borland C++ que son los empleados en el sistema Sistema administrador de base de datos relacionales y software libre Software libre significa que es posible que pueda ser usado y modificado por cualquiera, dicho de otra forma, se puede bajar MySQL desde Internet y usar éste sin tener que pagar a una empresa. Alguien puede estudiar el código fuente y cambiarlo de acuerdo a sus necesidades. MySQL usa el GPL (Licencia Pública General) de la GNU (acrónimo recursivo de GNU is Not Unix, empresa dedicada a software libre), para definir lo que se puede hacer con el software en diferentes situaciones. El SQL (Lenguaje de Consulta Estructurado) forma parte de MySQL y es el lenguaje estandarizado más comúnmente usado para acceder a base de datos en la actualidad. MySQL es muy rápido, seguro y fácil de usar. MySQL también ha desarrollado un conjunto de características muy prácticas, en estrecha cooperación con otros usuarios. MySQL fue desarrollado para manejar grandes bases de datos mucho más rápido que las soluciones existentes y ha sido usado exitosamente en ambientes de producción con altas demandas. Aunque está bajo un desarrollo constante, MySQL siempre ofrece un conjunto de funciones muy poderoso y eficiente. La conectividad, velocidad y seguridad, hace de MySQL una aplicación poderosa para acceder a bases de datos en Internet. MySQL es un sistema Cliente/Servidor que consta de un servidor SQL multi-hilo que soporta diferentes backends (orígenes o generaciones), programas variados cliente y de librerías, administrador de herramientas y un programa de interface. Es muy probable que se encuentre que diversas aplicaciones ya soportan MySQL. Los puntos a favor de MySQL son los siguientes: 1. La mejor y más usada base de datos en el mundo. 2. Disponible y accesible para todos. 3. Fácil de usar. 4. Se está perfeccionando constantemente mientras permanece rápida y segura. Las características más importantes de MySQL son: 1. Escrito en C y C++, y probado con GCC (GNU C Compiler, compilador GNU para C). Usa GNU autoconf (para configurar automáticamente los paquetes con código fuente) para portabilidad. 2. Clientes C, C++, Eiffel, PHP, Python, JAVA, Perl, TCL. 3. Multiproceso, es decir, puede usar varias CPU si éstas están disponibles. 4. Puede trabajar en distintas plataformas y sistemas operativos distintos. 5. Sistema de contraseña y privilegios, muy flexibles y seguros. 6. Todas las palabras de paso viajan encriptadas en la red, es decir, se protege la información para que no pueda ser leída sin una clave. Para encriptar información se 28

42 utilizan fórmulas matemáticas complejas y para desencriptar, se debe usar una clave como parámetro para esas fórmulas. 7. Registros de longitud fija y variable índices por tabla, cada índice puede estar compuesto de 1 a 15 columnas o partes de ellas con una longitud máxima de 127 bytes. 9. Todas las columnas pueden tener valores por defecto. 10. Utilidad Isamchk (método de Isamchk) para chequear o analizar, optimizar y reparar tablas. 11. Todos los datos están grabados en formato ISO8859_ Los clientes ocupan TCP (Protocolo de Control de Transmisión) o UNIX Socket (conector UNIX para comunicación con otros programas, usando descriptores de fichero estándar de UNIX) para conectarse al servidor. 13. Todos los comandos tienen -help o -? para las ayudas. 14. Soporta diversos tipos de columnas como enteros de 1, 2, 3, 4, y 8 bytes, coma flotante, doble precisión, carácter, fechas, enumerados, etc. 15. ODBC (Open Database Connectivity, es un programa de interface de aplicaciones para acceder a datos en sistemas manejadores de bases de datos tanto relacional como no relacional, utilizando para ello SQL) para Windows 95 (con fuentes), se puede utilizar ACCESS (Sistema de gestión de base de datos Relacional) para conectar con el servidor. 16. Todas las funciones y operadores soportan en el SELECT y WHERE como partes de consultas. Ejemplo: mysql> SELECT CONCAT(nombre," ",apellido) FROM nombre_tabla ingreso >10000 AND edad >30 WHERE 17. Todas las clausulas SQL soportan GROUP BY y ORDER BY (comandos de SQL) Apache Es un servidor para red (web) gratuito, potente y que nos ofrece un servicio estable y sencillo de mantener y configurar. Sus características son: Características: Es multiplataforma, aunque idealmente está preparado para funcionar en el sistema Operativo Linux. Muy sencillo de configurar. Es de código abierto. Muy útil para proveedores de servicios de internet que requieran miles de sitios pequeños con páginas estáticas. Contiene amplias librerías de PHP y Perl a disposición de los programadores. Posee diversos módulos que permiten incorporar nuevas funcionalidades. Es capaz de utilizar lenguajes como PHP, TCL, Python, etc. Ya que la página PHP requiere de un servidor, al igual que la base de datos, el servidor apache es empleado en el SARSE para poder ofrecer la página en internet, además de ser un software gratuito. 29

43 3 DISEÑO DEL SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS En este capítulo se realizarán los cálculos requeridos para el diseño del hardware, correspondiente al amplificador de instrumentación, filtro pasa bajas y sujetador y recortador de nivel. 3.1 Amplificador de instrumentación EL amplificador de instrumentación no se diseñará de forma estricta, ya que en base a las características presentadas por el circuito integrado AD620, éste presenta mayor precisión en la medición de señales bioeléctricas. Éste es el factor por el cual se consideró la utilización de un circuito integrado y no el diseño e integración de un amplificador de instrumentación con tres amplificadores operacionales. Como se especifica en la sección , el circuito integrado AD620 sólo necesita de la conexión de una resistencia externa,. Utilizando la fórmula 2.9, despejamos y obtenemos la siguiente expresión. Conociendo que el voltaje de las señales electrocardiográficas es de 0.02mV a 5mV y considerando que en la etapa del sujetador y recortador de nivel activo el circuito tendrá ganancia, se debe considerar una ganancia en el amplificador de instrumentación adecuada para que el nivel de la señal que se suministrará al PIC 18F4550 no sobre pase el intervalo de voltajes que éste convierte (0 a 5 V). La ganancia de 100 resulta ideal tomando en cuenta los 3 factores anteriores. Retomando la ecuación 3.1, se sustituye el valor de la ganancia y se calcula : Para fines prácticos, el valor de multivuelta) de 1kΩ. estará determinado por un trimpot (potenciómetro En la figura 3.1 se observa que genera el diagrama del circuito utilizado para la simulación. La figura 3.2 corresponde a la respuesta en tiempo de la simulación del amplificador de instrumentación. En este caso al no contar el simulador con el circuito correspondiente al AD620, la simulación se lleva a cabo armando el amplificador de instrumentación con los tres 30

44 amplificadores operacionales. En la simulación se consideran los valores comerciales que se utilizarán en la tarjeta de adquisición de datos. Cabe destacar que la simulación del amplificador de instrumentación se realizó en Multisim 7. Se observa en la simulación que el trimpot de 1kΩ se encuentra a un 50%, es decir 500Ω, lo cual se acerca al valor teórico de Ω. Figura 3.1 Diagrama eléctrico del amplificador de instrumentación utilizado en la simulación Figura 3.2 Respuesta en tiempo del amplificador de instrumentación 31

45 Donde la señal en tono oscuro corresponde a la señal de entrada y la señal más clara corresponde a la señal de salida. Se observa claramente que la señal de entrada tiene una amplitud de 10mVp y la señal de salida tiene una amplitud de 1 Vp, lo cual resulta correcto, de acuerdo a los cálculos realizados. 3.2 Filtro pasa bajas En la sección se especifica el procedimiento para diseñar un filtro Butterworth de -40dB/década. Tomando en cuenta que la señal electrocardiográfica se encuentra en un intervalo de frecuencias de 0.05 a 100 Hz, el diseño del filtro queda: 1.- La Frecuencia de corte 2.- Se propone 3.- = 2 = 100 Hz. 0.1µF = 0.2µF. 4.- Se calcula R, de acuerdo a la ecuación 3.10 (b) 5.- Rf = 2R Rf = Ω Dado que no existen resistores del valor de R y Rf, se busca un valor comercial cercano. El más cercano a R es 12kΩ y a Rf 22kΩ. Llevando a cabo la simulación del circuito de la figura 2.9, se observa una frecuencia de corte de aproximadamente 93 Hz, lo cual para la aplicación que se está desarrollando (el electrocardiógrafo) no resulta correcta, por lo tanto se considera el valor de R= 10kΩ, el cual es el otro valor próximo al calculado, obteniendo así en la simulación una frecuencia de corte de Hz. Este valor resulta más adecuado para la aplicación, ya que si no es exactamente 100Hz, no se eliminan las últimas 7 frecuencias, lo cual si ocurría considerando R=12kΩ. El hecho de dejar pasar casi 12 Hz arriba del límite, no representa problema alguno a la aplicación que se está desarrollando. En la figura 3.3 se observa el circuito utilizado para la simulación del filtro pasa bajas de -40dB/década, y la respuesta en frecuencia se observa en la figura 3.4. La simulación se realizó en el simulador PSpice 15.7 con los valores comerciales de resistores. El amplificador operacional que se usa para la implementación del filtro es el TL081, este circuito integrado proporciona alta impedancia de salida, bajo consumo de potencia, entre otras 32

46 características que resultan importantes para la implementación. Para mayor información sobre las características de este amplificador consultar la siguiente página de internet: C1 0.2u R3 22k V2 1Vac 0Vdc V1 R1 10k R2 10k ua C2 0.1u U1 12Vdc V- OS1 OUT OS2 V+ V3 1 12Vdc V Figura 3.3 Diagrama eléctrico del filtro pasa bajas de -40dB/década utilizado en la simulación Figura 3.4 Respuesta en frecuencia del filtro pasa bajas de -40dB/década En la figura 3.4 se puede observar que la frecuencia de corte, simulando el circuito en PSpice 15.7 es de Hz. 33

47 3.3 Diseño del sujetador y recortador de nivel El circuito utilizado es el mostrado en la figura 2.14 de la sección Este circuito servirá para elevar la señal hasta un nivel positivo, ya que como se menciona en la sección , el PIC 18F4550 sólo acepta en el A/D voltajes positivos, es decir, el A/D de este PIC es unipolar. Si se toma en cuenta que éste circuito tendrá ganancia, es probable que por los diodos que utiliza se tenga un recorte de la señal en el semiciclo positivo. Por lo tanto, se necesita tener el control sobre este factor, para no distorsionar la forma de onda. El valor de la constante RC se determina por medio de ecuación Considerando una frecuencia de corte de 100 Hz en esta aplicación, se tiene: Por lo tanto: De acuerdo con la ecuación 2.12, RC debe ser mayor a, por lo tanto se propone que RC debe ser igual a 10. Así RC es 10, se propone que C= 220µF y se calcula R: Despejando R, se tiene: El valor más próximo comercial al calculado para es 47kΩ. Como se mencionó en la sección 2.1, se pretende que este circuito tenga ganancia. Ésta no debe ser muy alta, ya que se debe cuidar el intervalo de valores que utiliza el convertidor A/D del PIC 18F4550. Tomando en cuenta el factor anterior, se determina en darle una ganancia de 2 al circuito de la figura De esta forma Rf será un potenciómetro el cual ajustará dicha ganancia permitiendo tener control sobre ésta. Despejando Rf de la ecuación 2.11, se determina el valor de la resistencia Rf si la ganancia es de 2, se obtiene lo siguiente: 34

48 Como se mencionó anteriormente, será un potenciómetro y considerando el valor calculado se determina que el valor a utilizar, es de 100kΩ. En la figura 3.5 se observa el diagrama eléctrico utilizado en la simulación y en la figura 3.6 se tiene la respuesta en el tiempo a dicho circuito. Cabe mencionar que para la simulación se consideró una frecuencia de 100 Hz y un voltaje de entrada de 1 volt, esto sólo con fines de ilustración, para la simulación. De igual forma que en el filtro pasa bajas, el circuito integrado utilizado es el TL081. Figura 3.5 Diagrama eléctrico del circuito sujetador y recortador de nivel sin distorsión Figura 3.6 Respuesta en tiempo del circuito sujetador y recortador de nivel 35

49 La señal de entrada de la figura 3.6 está representada por la onda senoidal de tono oscuro, mientras que la señal de salida está representada por la onda de tono claro. 3.4 Integración del Hardware En la figura 3.7 se muestra el diagrama eléctrico del electrocardiógrafo correspondiente al SARSE. Asimismo, en la figura 3.8 se muestra la simulación de la respuesta en tiempo del circuito. Como se observa, la señal tiene una amplitud de 1 V y es en su totalidad positiva, ya que como se mencionó el ADC del PIC 18F4550 es unipolar. Figura 3.7 Diagrama eléctrico del electrocardiógrafo 36

50 Figura 3.8 Respuesta en tiempo del electrocardiógrafo En la figura 3.9 se muestra la tablilla del circuito impreso, realizado con el programa PCBWizard, y en la figura 3.10 se observa el circuito del electrocardiógrafo montado en la placa fenólica. Figura 3.9 Diagrama de pistas del electrocardiógrafo Figura 3.10 Circuito del electrocardiograma 37

51 3.5 Interface de comunicación La comunicación remota se llevará a cabo mediante el puerto USB del PIC18F4550. El diseño de la tarjeta se realizó con la ayuda del programa PCBWizard. En la figura 3.11 se observa el diagrama eléctrico y en la figura 3.12 el diagrama de las pistas de la tarjeta del PIC. Figura 3.11 Diagrama esquematico de la tarjeta interface de comunicacion Figura 3.12 Diagrama de pistas de la tarjeta de adquisición 38

52 En la figura 3.13 se observa la placa de la interface con los dispositivos montados. Figura 3.13 Dispositivo final 39

53 4 DISEÑO DEL SOFTWARE E INTERFACES PARA LA PC En este capítulo se presenta el diseño del software correspondiente al SARSE, el cual está compuesto por la programación de la interface USB, una base de datos, la GUI, y la conexión entre las dos últimas. 4.1 Programación de la interface de comunicación Se seleccionó el microcontrolador PIC18F4550, el cual proporciona muchas ventajas con respecto a otros PIC s, además, la gran ventaja del PIC18F4550 es el manejo del protocolo USB 2.0, arriba de la versión 1.1, y un ADC de 10 bits con el cual se toman con mayor precisión las muestras. En la tabla 4.1 se puede observar la comparación del PIC utilizado con respecto a otros que existen en el mercado. Modelo ROM (bytes) Tabla 4.1 Tabla comparativa RAM(bytes) EEPROM(bytes) I/O ADC(bits) USB Ver. PIC18F K 2K AT90S8535 8K N.D. AT43USB351M 24K 1K AT89C K 2K PIC16C745 8K Existen dos presentaciones del microcontrolador, una de ellas es la tradicional de 40 pines y la otra es de montaje superficial de 44 pines, esta última es ideal para la fabricación del dispositivo ya que cuenta con un tamaño de 6x6 mm lo cual reduce el tamaño del dispositivo, pero debido a los recursos con los que se cuentan se emplea la primera versión Firmware El firmware es el programa interno del microcontrolador el cual sirve para controlar la recepción de datos y la comunicación mediante el protocolo USB. Fue escrito totalmente en lenguaje C utilizando la librería C18 para MPLAB de Microchip. 40

54 4.1.2 Firmware CDC El estándar USB contempla varias clases de dispositivos para funcionalidades encontradas comúnmente en los dispositivos. Las clases de dispositivos fueron desarrolladas para mejorar las operaciones de los dispositivos. De esta manera los dispositivos USB se implementan a partir de la clase a la que pertenecen. Para el sistema en desarrollo (SARSE) se optó por utilizar la clase de dispositivo CDC (Communication Device Class) debido a su factibilidad con la aplicación en la PC. La comunicación USB se realiza mediante el firmware que proporciona Microchip para poder establecer la conexión a través del puerto USB. EL firmware CDC encapsula varias funciones destinadas para realizar la comunicación USB entre el PIC18F4550 y la PC. Algunas de las características del firmware CDC son las siguientes: Tasa de transferencia máxima de 80 Kbytes/s Las bibliotecas compiladas ocupan un tamaño máximo de 4 Kb. Resuelve toda la comunicación USB (no requiere de ningún hardware extra). El l flujo de datos es manejado completamente por el protocolo USB Driver. Vendor ID y Product ID El estándar USB exige que todos los dispositivos, durante la etapa de negociación, se identifiquen con su Vendor ID (VID) que determina el fabricante del dispositivo y un Producto ID (PID), para determinar el modelo particular del producto que se ha conectado. Por lo tanto, modelos diferentes de un mismo producto generalmente tienen PIDs diferentes. La utilidad principal de estos valores no es solamente la de identificar el dispositivo, sino la de encontrar y cargar los drivers apropiados para el mismo. Por eso, cada driver que viene con cualquier sistema operativo viene programado con uno o más PID y VID, para los cuales sirve dicho driver. Esta es la forma que tiene el sistema operativo de saber si el driver seleccionado es correcto. En el caso de que el driver ya venga con el sistema operativo, el VID y PID bastarán para identificar el driver que es necesario cargar y por lo tanto, cuando se conecta un dispositivo con VID y PID conocido el sistema lo detecta automáticamente, e inmediatamente estará listo para usar. Sin embargo, en el caso de que el VID y PID no se reconozca, el sistema operativo solicitará al usuario que suministre los drivers. 4.2 Programación del PIC18F Entorno de MPLAB El escritorio de MPLAB se muestra en la figura

55 Figura 4.1 Escritorio de MPLAB De manera general, en la figura que a continuación se muestra, detalla la función de cada icono visible en el escritorio de MPLAB. Figura 4.2 Barra de herramientas de MPLAB 42

56 4.2.2 Crear un proyecto en MPLAB En el menú File se selecciona la opción File>New o bien, se activa el icono de Nuevo documento en la barra de herramientas (ver Figura 4.2), y se corrobora en la siguiente ventana activando el botón Yes. Posteriormente se asignará un nombre, una extensión y la ubicación en donde se desea almacenar el proyecto, y se acepta activando el botón OK (ver Figura 4.3). Figura 4.3 Almacenado de proyecto en MPLAB En la ventana siguiente se seleccionan las opciones para el proyecto y al finalizar se activa el botón OK, para así acceder a la ventana en donde se programa en lenguaje ensamblador, el código para el PIC (ver figura 4.4). Figura 4.4 Entorno de editor de MPLAB 43

57 Con el código ya desarrollado, se guarda el archivo con extensión.asm activando el menú File en la opción File>Save Ensamblar un proyecto en MPLAB El código guardado debe de ser ensamblado. Esto se logra activando la opción Project>edit Project en el menú Project, con lo cual se abre la ventana mostrada en la figura 4.5, en la cual se selecciona el proyecto y se activa al botón de Node Propieties, el cual se muestra la parte inferior derecha de la figura 4.5. Figura 4.5 Propiedades de un proyecto en MPLAB Al acceder al botón, serán mostradas a detalle las propiedades del proyecto, al activar OK, se regresará a la pantalla de la figura 4.5 en dónde ahora se agregará el nodo, activando el botón Add Node, de forma tal que se busque y agregue el archivo almacenado con extensión.asm, realizado con anterioridad. Gracias a esto, aparecerá el archivo con el mismo nombre pero con extensión.asm junto al archivo con extensión.hex en la ventana de la figura 4.5. Se pulsa finalmente OK y posteriormente en el menú de Project se selecciona la opción Project>Build All, con lo cual el proyecto ha sido ensamblado (de no haber marcado errores), dando como resultado la ventana mostrada en la figura

58 Figura 4.6 Ventana posterior al ensamblar correctamente un proyecto en MPLAB La programación del microcontrolador se realizó en el programa MPLAB, lo cual fue relativamente sencillo ya que sólo se emplea un convertidor A/D, el cual solo recibe voltajes de 0 a 5 volts, por lo que la señal de entrada fue acondicionada para poder ser muestreada. Lo subsecuente se visualiza en el diagrama de flujo de la figura

59 Figura 4.7 Diagrama de flujo de la programación del microcontrolador Entorno de Borland Builder C++ El entorno de desarrollo se divide, básicamente, en tres partes. Una serie de ventanas, que pueden estar visibles u ocultas, constituyen la base de C++ Builder. El aspecto de la aplicación al inicio de una sesión de trabajo es el mostrado en la figura

60 4.8 Entorno de Borland Builder C++ En la parte superior se encuentra la ventana principal que contiene: el menú principal, la barra de herramientas (a la izquierda) y la paleta de componentes (a la derecha). Debajo de la ventana principal y a la izquierda se encuentra el inspector de objetos y a la derecha de éste, está el área de trabajo de C++ Builder, que inicialmente muestra el diseñador de formularios, y tras éste aparece el editor de código Ventana principal de Borland Builder C++ En la ventana principal se ubican el menú principal (figura 4.9), la barra de herramientas y la paleta de componentes. 4.9 Menú Principal 47

61 - Menú principal. Permite el acceso a todas las operaciones y posibilita la configuración del programa. - Barra de herramientas. Permite un acceso rápido a las operaciones que se realizan más frecuentemente. - Paleta de componentes. Agrupa a los componentes que pueden incluirse en las aplicaciones Inspector de objetos El inspector de objetos (figura 3.27), se emplea para cambiar las propiedades de los objetos que forman la aplicación y seleccionar los eventos a los que debe responder dicha aplicación Inspector de Objetos Diseñador de formularios y editor de códigos El diseñador de formularios es una ventana cuadriculada (figura 4.11), sobre el que se disponen los componentes para diseñar las ventanas que formarán la aplicación. 48

62 4.11 Diseñador de Formularios Por su parte, el editor de código (figura 4.12) es un editor de texto multiventana para ver y editar el código de la aplicación. Está perfectamente integrado con el inspector de objetos y el diseñador de formularios Editor de Código 49

63 Compilación de un programa En la compilación se trata de la obtención del programa ejecutable (extensión.exe). Las operaciones asociadas a este objetivo se encuentran en el menú que se despliega al seleccionar la opción Project del menú principal (figura 4.13) Submenú Project del menú principal Compile Unit. Compila el módulo fuente activo (extensión.cpp) generando un fichero objeto (extensión.obj). Make. Genera el fichero ejecutable a partir de los ficheros objeto asociados al proyecto, recompilando únicamente los módulos fuente que se hayan modificado desde la última vez que se compilaron. Build. Genera el fichero ejecutable a partir de los ficheros objetos asociados al proyecto, recompilando todos los módulos fuente, aunque no se hayan modificado desde la última vez que se compilaron. Si durante la compilación se detectaran errores, se mostrarán en el editor de código y se puede acceder directamente a las líneas de código en las que se han detectado para facilitar su corrección. 50

64 Ejecución de un programa Basta con presionar sobre el botón correspondiente de la barra de herramientas o seleccionar la opción Run>Run. C++ Builder proporciona facilidades para la depuración de programas, seleccionables al desplegar el menú Run: Step Over F8. Ejecuta instrucción a instrucción el programa, pero ejecuta las llamadas a funciones como una instrucción más, sin mostrar la ejecución de las instrucciones de las funciones. Trace Into F7. Ejecuta instrucción a instrucción el programa, incluidas las instrucciones de las funciones llamadas. Run to Cursor F4. Ejecuta desde el principio del programa, hasta la línea en la que está situada el cursor. Para que la depuración sea más completa y versátil se incorporan las siguientes opciones en el mismo menú: Evaluate/Modify Ctrl+F7. Evaluar expresiones que involucren a las variables y modificar los valores de las variables. Add Watch Ctrl+F5. Visualizar el contenido de una variable permanentemente. Add Breakpoint. Añade un punto de ruptura en la línea en la que está situado el cursor, de modo que cuando se ejecute el programa se detendrá su ejecución al llegar al siguiente punto de ruptura. 4.3 Operación de la GUI La GUI consta de una ventana simple (figura 4.14) en la cual se requiere introducir los datos del médico para poder acceder al sistema. Al ingresar al sistema aparece un menú con la lista de pacientes del médico, así como la gráfica de las mediciones realizadas. El sistema debe estar conectado al paciente, así como a la PC en cualquier puerto USB. En la ventana de la figura 4.15 sólo es necesario introducir el ID del paciente en el lugar indicado y dar clic en INICIAR SISTEMA. Al concluir la graficación en la ventana (figura 4.16), los datos se guardan en la base de datos para poder ser consultados en la red. Al concluir con las mediciones es necesario dar clic en el botón DETENER SISTEMA. 51

65 Figura 4.14 Ventana principal del SARSE Figura 4.15 Inicio del SARSE 52

66 Figura 4.16 Inicio del SARSE (toma de muestras) 4.4 Captura de datos del sistema DBEXPRESS Una de las opciones de conectividad de datos en Borland C++ es DBExpress. En resumen, DBExpress es un ligero mecanismo de alto rendimiento para acceder a los datos de servidores SQL. DBExpress proporciona conectividad a las bases de datos para plataformas Windows, NET y Linux. Le permite acceder a diferentes tipos de bases de datos como son: mysql, Interbase, Oracle, MS SQL Server, Informix. DBExpress es extensible, es decir, es posible que los desarrolladores puedan crear sus propios controladores (drivers), para que DBExpress trabaje con diversas bases de datos. Un driver de DBExpress debe aplicar una serie de interfaces para obtener y ejecutar consultas SQL o realizar un procedimiento de almacenamiento Componentes Al comenzar un proyecto nuevo en Borland C++, se encuentra en la paleta de componentes (figura 4.17) una pestaña llamada DBExpress. DBExpress contiene siete componentes (nombrados de izquierda a derecha): SQLConnection, SQLDataSet, SQLQuery, SQLStoredProcedure, SQLTable, SQLMonitor y SQLClientDataSet. 53

67 Figura 4.17 Paleta de componentes en Borland C++ De acuerdo a las necesidades del sistema se emplean sólo tres componentes de la paleta DBExpress los cuales se explican brevemente a continuación SQLConnection SQLConnection es el que realiza la conexión entre los drivers de DBExpress y los componentes de la base de datos. Consta de varias propiedades (figura 4.18), probablemente la más utilizada es la ConnectionName (figura 4.19), que pueden ser asignados a uno de los valores en el menú desplegable. Figura 4.18 Ventana de objeto de inspección 54

68 Figura 4.19 Conexión con una base de datos SQLClientDataSet SQLClientDataSet en resumen sirve para realizar las consultas a la base de datos. Una ventaja que ofrece es que acepta todos los comandos que maneja MySQL (base empleada en el sistema), por lo que no es necesario aprender otra serie de comandos. Es unidireccional, lo que es una desventaja en el sentido de que no se puede utilizar para actualizar la base de datos. Para realizar los cambios en la base, se necesita emplear un componente extra que es SQLQuery SQLQuery Es el complemento o una versión más práctica de SQLClientDataSet ya que permite realizar los cambios a la base de datos, tales como insertar una nueva tabla, modificar campos, borrar datos, etc. Pero no permite su visualización en el programa, sólo mediante la consulta por medio de SQLClientDataSet. Después de establecer la conexión se procede a capturar los datos por medio del puerto USB, para ello se requiere que esté instalado el driver de la interfaz y que ésta se encuentre conectada siempre que se requieran realizar las mediciones. El procedimiento para la captura de datos se muestra en la figura