Revista CENIC. Ciencias Biológicas ISSN: Centro Nacional de Investigaciones Científicas Cuba

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1 Revista CENIC. Ciencias Biológicas ISSN: Centro Nacional de Investigaciones Científicas Cuba Suárez Domínguez, Enrique; González Marrero, Francisco A. Diseño y desarrollo de la Interfaz de Comunicación del Sistema Diramic Revista CENIC. Ciencias Biológicas, vol. 36, 2005 Centro Nacional de Investigaciones Científicas Ciudad de La Habana, Cuba Disponible en: Cómo citar el artículo Número completo Más información del artículo Página de la revista en redalyc.org Sistema de Información Científica Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

2 Diseño y desarrollo de la Interfaz de Comunicación del Sistema Diramic Enrique Suárez Domínguez 1 y Francisco A. González Marrero. 2 1 Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CNIC), 2 Centro de Neurociencias de Cuba Ave. 25 y 158 No , Playa, Código Postal 6990, Apartado Postal 6414, Ciudad de La Habana, Cuba. RESUMEN: El sistema Diramic es una nueva tecnología basada en una medición fotométrica. Detecta las modificaciones turbidimétricas que origina el crecimiento bacteriano en un medio de cultivo especialmente formulado para lograr el crecimiento rápido de los gérmenes que con más frecuencia afectan el tracto urinario. La interfaz de comunicación del sistema de adquisición de datos con la computadora es a través del Bus ISA, presente en los ordenadores antiguos. Debido al rápido desarrollo tecnológico y al cambio interno que esto ha conllevado, se ha ido eliminando casi totalmente este tipo de bus de los ordenadores actuales, además las características constructivas de los nuevos modelos han variado notablemente. Esto dificulta el ensamblaje y la manipulación del DIRAMIC en el chasis de la computadora. Se ha realizado el diseño de una tarjeta que no requiere de un montaje en la computadora, ni del bus ISA para su comunicación con la misma. El nuevo diseño asegura una comunicación a través del puerto USB, logrando una total independencia del modelo o generación del ordenador. La tarjeta está formada por un microcontrolador de Texas Instruments que controla toda la comunicación y procesa los datos provenientes tanto de la computadora, como de los sensores para la medición fotométrica de las muestras, enviándolos al exterior donde por software finalmente se conoce o diagnostica el resultado de la muestra analizada. ABSTRACT: The DIRAMIC system is a new technology based on photometric measurements. It detects the turbidity changes due to a bacterial growth in a culture media, made to obtain the fast growing of germens that more frequently affect the urinary tract. The acquisition system communication interface with the computer is through the ISA bus, build in the antique computers. Due to the fast technologic development and the changes in the personal computers (PC), it has almost totally been eliminated. It has been carried out the design of an electronic card that will substitute the current one. It doesn t require to be assembled on the PC, or of the ISA bus for its communication with the computer. The new design assures a communication through USB port, present in most of the latest personal computer generation, achieving a total independence from the model or generation of the computer. The electronic card contains a Texas Instruments microcontroller, that controls the whole communication and acquires the data from the sensors for samples measurement, sending it outside, where finally the software recognize and diagnose the result of the analyzed sample. Palabras clave: Diseño electrónico, Medición fotométrica, Diagnóstico microbiológico, Comunicación USB. Keywords: Electronic design, Photometric measurements, Microbiologic diagnostic, USB communication. INTRODUCCIÓN El sistema Diramic es una nueva tecnología basada en una medición fotométrica que detecta las modificaciones turbidimétricas que origina el crecimiento bacteriano en un medio de cultivo especialmente formulado para lograr el crecimiento rápido de los gérmenes que con más frecuencia afectan el tracto urinario. La interfaz de comunicación del sistema de adquisición con la computadora es a través del Bus ISA, presente en los ordenadores antiguos. Debido al rápido desarrollo tecnológico y al cambio interno que esto ha conllevado, se ha ido eliminando casi totalmente este tipo de bus de los ordenadores actuales, además las características constructivas de los nuevos modelos han variado notablemente, por lo que se dificulta el ensamblaje y la manipulación del DIRAMIC en el chasis de la computadora. Se ha realizado el diseño de una tarjeta que sustituirá a la existente, que ya no requiere de un montaje en la computadora, ni del bus ISA para su comunicación con la misma. El nuevo diseño asegura una comunicación a través del puerto USB y alternativamente a través del RS232, (en caso de no existir el primero en la arquitectura del ordenador), presentes cada día en mayor número en las computadoras personales y logrando una total independencia del

3 modelo o generación del ordenador. La tarjeta está formada por un microcontrolador de Texas Instruments que controla toda la comunicación y procesa los datos provenientes tanto de la computadora, como de los sensores para la medición fotométrica de las muestras, enviándolos al exterior donde por software finalmente se conoce o diagnostica el resultado de la muestra analizada. En la figura 1 se muestra una computadora con el sistema DIRAMIC incorporado. Fig. 1. DIRAMIC incorporado a una computadora personal Consideraciones para el diseño. Este nuevo diseño del DIRAMIC pretende comunicarse con la computadora a través del puerto USB y además tiene la alternativa de hacerlo a través del puerto serie RS232, en caso de que la misma no presente en su arquitectura este tipo de puerto. Para ello se expondrán algunas de las principales características de ambos puertos, que facilitará el estudio y la comprensión de dicho diseño. Puerto RS Número de Pin Señal Descripción E/S En DB-25 En DB Masa chasis TxD Transmite Datos. S 3 2 RxD Recibe Datos. E 4 7 RTS Solicitud de Envío. S 5 8 CTS Libre para Envío. E 6 6 DSR Equipo de Datos Listo. E 7 5 SG Señal de Tierra CD/DCD Detección de Portadora. E 15 - TxC (*) Transmite Reloj. S 17 - RxC (*) Recibe Reloj. E 20 4 DTR Terminal de Datos Listo. S 22 9 RI Indicador de Llamada. E 24 - RTxC (*) Transm/Recib. Reloj. S Tabla 1. Funciones principales de los pines de E/S del RS232.

4 a) b) Fig. 2 a) Conector DB-25 y b) DB-9. Principales características del puerto USB. U.S.B proporciona la posibilidad de formar una auténtica red de periféricos de hasta 127 elementos. Mediante un par de conectores USB permite conectar todos los dispositivos que se tenga, desde el teclado hasta el modem, pasando por ratones, impresoras, cámaras digitales, entre otros. 4, 5 Como principales características se puede citar que es Plug and Play. Posee dos velocidades de acceso, una baja de 1.5 Mbps para dispositivos lentos como pueden ser joysticks o teclados y otra alta (USB 1.1) que alcanza los 12 Mb/s y hasta los 48 Mb/s (60 MB/s) para USB 2.0. El puerto USB 2.0 es compatible con los dispositivos USB 1.1. Presenta topología en estrella, lo que implica la necesidad de dispositivos tipo hub que centralicen sus conexiones, aunque en algunos dispositivos como teclados y monitores ya se implementa esta característica, lo que permite tener un solo conector al PC y desde estos dispositivos sacar conexiones adicionales. 4, 5 Permite suministrar energía eléctrica a dispositivos que no tengan un alto consumo y que no estén a más de cinco metros, lo que elimina la necesidad de conectar dichos periféricos a la red eléctrica, con sus correspondientes fuentes de alimentación, como ahora ocurre con los MODEMs externos. 4, 5 Conectores Serie A Conectores Serie B Conectores Serie A desde el dispositivo USB Conectores Serie B desde el dispositivo USB Receptores Serie A desde el dispositivo USB host. Receptores Serie B desde el dispositivo USB host. Fig. 3. Esquema del conector USB. Serie A y Serie B.

5 Principales características del MSP430. Todo este sistema será controlado por un Microcontrolador de ultra baja energía, el cual fue seleccionado dentro de la familia MSP430 de Texas Instrument. Este microcontrolador posee como principales características las siguientes: 6, 7 Bajo rango de voltaje, 1.8 V 3.6 V. Ultra bajo consumo de energía: - Modo activo: 330 µa at 1 MHz, 2.2 V. - Modo de espera: 1.1 µa. - Modo apagado (Retención de la RAM): 0.2 µa. Cinco modos de ahorro de energía. Despierta desde el modo de espera en menos de 6 µs. Arquitectura RISC de 16 bits, ciclo de tiempo de instrucción de 125 ns. Tres canales internos de DMA. Conversor A/D de 12 bits con referencia interna, captura y muestreo y características de autobúsqueda. Doble conversor D/A de 12 bits con sincronización. Un temporizador A de 16 bits con 3 registros de captura/compara. Un temporizador B de 16 bits con 3 ó 7 registros de captura/compara. Un chip comparador. Interfase de comunicación serie (USART0), funciona como un UART asincrónico, un SPI sincrónico o una interfase I2C TM. Interfase de comunicación serie (USART1), funciona como un UART asincrónico o una interfase SPI sincrónica. Supervisa y monitorea el voltaje con detección de niveles programables. Detector de baja tensión. Cargador de bootstrap. Programación serie on board. No se requiere de voltaje externo para la programación. Protección del código programable por fusible de seguridad. 16KB+256B Memoria volátil, 512B RAM. Principio de funcionamiento. Para hacer aún más independiente y flexible el nuevo diseño, no se requiere fuente de alimentación externa, y tampoco es necesario tomar de la computadora el voltaje necesario para alimentar todo el dispositivo. Para ello se toman las líneas del RS232 que no se utilizan en la comunicación y se alimenta el microcontrolador. Igualmente sucede con el Puerto USB. Ambos proporcionan la suficiente corriente como para alimentar toda la circuitería del diseño. A continuación se muestra un diagrama en bloques de lo antes explicado para su mejor comprensión. Diodo 1 RS232C MAX Diodo 2 Vcc Transferencia de Datos MICROCONTROLADOR Conector USB FTDI Fig. 4. Diagrama en bloques de la alimentación del MSP430 a partir del puerto que se utilice para la comunicación.

6 El interfase mide a través de los sensores opto electrónicos la turbidez de un líquido. Estos sensores están ubicados convenientemente haciéndose pasar un rayo luminoso y que este se refleje en los sensores, como se muestra en el esquema B. Conversor Foto transistor Muestra Diodo emisor de luz Conversor D/A Esquema B. Método de medición fotométrica. Los inyectores de corriente están formados por los conversores D/A del microcontrolador y amplificadores operacionales conectados convenientemente a transistores para obtener la corriente deseada en los diodos emisores de luz. El valor de corriente es función del voltaje puesto a través de los conversores D/A. INYECTOR DE CORRIENTE 1 LED 1 BC846BW LED OPA374AIDBVT Conversor Digital/analógico Microprocesador MSP430F155 DAC DAC INYECTOR DE CORRIENTE 2 LED 2 BC846BW LED OPA374AIDBVT Esquema C. Diagrama en bloques de los inyectores de corriente.

7 La medición se realiza con el conversor A/D del microcontrolador el cual es aislado mediante un amplificador operacional con el objetivo de aumentar la impedancia de entrada del circuito de entrada del conversor. Esto se muestra en el esquema D. Fototransistor Conversor Analógico/digital Microprocesador MSP430F155 Fototransistor Esquema D. Diagrama en bloques de la medición a través del conversor A/D del MSP430. Control del motor de la bomba peristáltica Puerto USB/ RS232 MOSFET Circuito Protección. Conversor Analógico/Digital Microcontrolador MSP430F155 MOTOR Esquema E. Diagrama en bloques del circuito de control del motor de la bomba peristáltica. CONCLUSIONES Habiéndose cumplido los objetivos trazados en el inicio del trabajo, queda elaborado el diseño de una tarjeta para el Sistema DIRAMIC, la cual asegura la comunicación a través del puerto serie RS232C y USB, utilizando para el control y procesamiento de los datos un microcontrolador. Este diseño independiza totalmente el equipo de la computadora, necesitando solamente para su uso un cable serie o USB. Este nuevo equipo será totalmente externo, por lo que no requiere de un diseño específico de chasis de ordenadores para su empleo. Su costo final es inferior al existente.

8 BIBLIOGRAFIA 1. Engdahl, T. Get power out of PC RS-232 port [En línea] Disponible en: [Consultado: Enero 2005]. 2. Interfacing the Serial / RS232 Port V5.0. [En línea] Disponible en: [Consultado: Diciembre 2004]. 3. Interfacing the Serial / RS232 Port V5.0. [En línea] Disponible en: [Consultado: Diciembre 2004]. 4. Using RS232 devices with USB port. [En línea] Disponible en: [Consultado: Noviembre 2004]. 5. Mac upgrade and performance information [En línea] Disponible en: [Consultado: Marzo 2005]. 6. Mixed Signal Microcontroller [En línea] Disponible en: [Consultado: Marzo 2005]. 7. SLAS368B [En línea] Disponible en: [Consultado: Marzo 2005].