Diseño de un Termómetro Clínico
A continuación se mostrara el diseño de un prototipo a nivel de simulación termómetro clínico, el cual tiene como características:
a.
Temperatura mínima: 32 °C, Vo4(t) = 0V.
b.
Temperatura maxima: 42 °C, Vo4(t) = 5V.
c.
Si la temperatura es mayor a 36 °C y menor a 38 °C, en el display debe aparecer
“Normal” y encenderse el Led Verde.
d.
Si la temperatura es menor a 36 °C, en el display debe aparecer “Hipotermia” y
encenderse y apagarse el Led amarillo 2 veces por segundo y activarse el
zumbador.
e.
Si la temperatura es mayor a 38 °C, en el display debe aparecer “Hipertermia” y
encenderse y apagarse el Led rojo 2 veces por segundo y activarse el zumbador.
f.
El microcontrolador será el PIC16F877
g.Se simulara con
Proteus.
Se diseño con el siguiente diagrama de bloques:
FUENTE DE ALIMENTACION
Para la simulación se implementó con una fuente de dos baterías de 9v y un regulador de 5v.
SENSOR DE TEMPERATURA
Siguiendo con estos pasos lo primero es determinar el sensor , en este caso como es simulado y no se cuenta con el sensor clínico PR222J2 se seleccionó la NTC activa la cual se le dieron los parámetros:
ADECUADOR DE SEÑAL
Consiste en un amplificador no inversor, en donde la salida, Vo1(T), es proporcional al producto entre la resistencia del NTC y una corriente DC menor a 100 μA. Este valor de la intensidad de la corriente garantiza que el NTC no se autocaliente por ley de Joule. Además, al NTC se le conecta una resistencia en
paralelo (Rp), con el propósito de linealizar la relación Resistencia versus Temperatura del sensor. El valor de Rp en la práctica, se toma como el valor de la resistencia del NTC a la mitad del rango de temperatura medido. Por ejemplo, en el caso de termometría clínica, el rango de temperatura a medir va desde 33 °C hasta 43 °C y por lo tanto la mitad de la escala corresponde a 38 °C. Si se utilizara el sensor clínico referencia PR222J2, su resistencia a 38°C, sería de 1301.1 X.
paralelo (Rp), con el propósito de linealizar la relación Resistencia versus Temperatura del sensor. El valor de Rp en la práctica, se toma como el valor de la resistencia del NTC a la mitad del rango de temperatura medido. Por ejemplo, en el caso de termometría clínica, el rango de temperatura a medir va desde 33 °C hasta 43 °C y por lo tanto la mitad de la escala corresponde a 38 °C. Si se utilizara el sensor clínico referencia PR222J2, su resistencia a 38°C, sería de 1301.1 X.
Cuya corriente de salida se ve afectada por el valor de la resistencia NTC la cual al ser este un amplificador inversor cuya folmula esta dada por:
Con los valores usados, estimando la NTC a una impedancia media a 38° C de 1301Ω , conectando a R1 con un valor de 50k Ω a una fuente de 5v y seria:
AMPLIFICADOR
Como la salida de la etapa anterior es negativa y está en el orden de los 100 mV, es necesario amplificar esta señal diez veces con otro amplificador inversor cuya salida sea ahora positiva, . La figura muestra esta etapa amplificadora.
Esta amplificación está dada como:
Con los valores del ejemplo anterior, con :
CIRCUITO DE CALIBRACIÓN
Consiste en un amplificador de instrumentación (AD622), a cuya entrada inversora se conecta y a la no inversora se le conecta un divisor de voltaje basado en un potenciómetro de precisión para calibrar la temperatura mínima (33 °C). Esto se hace, colocando el NTC a 33 °C y ajustando el potenciómetro de precisión hasta que la salida del amplificador de instrumentación, sea cero. El ajuste de plena escala se hace colocando el NTC a 43 °C y se ajusta la resistencia de ganancia, Rg, del amplificador de instrumentación hasta que la salida de este es de 5V, ya que el convertidor análogo digital dentro del microcontrolador, convierte a digital, señales análogas que varíen desde cero a 5V. La figura muestra el circuito de calibración.
La ganancia de este amplificador está dada por:
Según lo calibrado si el potenciómetro RV1 está a un 17% la ganancia seria de:
Es decir que con el Rv2 ajustado a un 15 % conectado a 5v se obtienen :
Como El AO de instrumentación está en diferencial la señal de entrada será:
Es asi que gracias al ajuste de Rv2 se puede determinar el mínimo de temperatura y con el ajuste de ganancia el máximo de temperatura a medir para que sea proporcional una salida de cero a 5v en esta escala.
FILTRO PASABAJAS
El espectro de la señal térmica del cuerpo humano, va desde DC hasta 5 Hz. Se emplea el filtro pasabandas con frecuencia de corte a 10 Hz y atenuación de 20 dB/década, para eliminar ruidos de 60 Hz inducidos por la red de potencia eléctrica y ruidos de 120 Hz inducidos por rectificadores de onda completa de las fuentes de alimentación. En la banda pasante del filtro Vo3(T) es igual a .La figura muestra el circuito del filtro pasabajas.
La frecuencia de corte está dada por:
CIRCUITO MICROCONTROLADO
En este caso, la salida del filtro pasabajas, se conecta a un microcontrolador PIC16F877A a su entrada del convertidor análogo/digital de alta resolución (10 bits), el cual cuenta con una pantalla GLCD grafica de 128 * 64 pixeles, cuenta con leds conectados para indicar cuando se encuentre en estado normal de temperatura, hipertermia e hipotermia, Buzzer para alarmar estos estados.
Programación del microcontrolador
La programación se hizo con Pic C Compiler
El código se encuentra a continuación:
En el siguiente vídeo se puede ver una explicación y simulación del proyecto:
Muy Interesante su articulo.
ResponderEliminarÚltimamente nos encontramos en plena demanda en la búsqueda y compra de productos relacionados con la lucha contra virus y bacterias. A la compra masiva de productos de salud se suman ahora los termómetros como herramientas de detección precoz de fiebre y febrícula. Este producto se ha desarrollado exponencialmente en los últimos años a través de mejoras tecnológicas que lo convierten en un instrumento indispensable en cada hogar, hospital, empresa, institución escolar, entre otros. Los termómetros Infrarrojo Digital permiten a los usuarios medir la temperatura en aplicaciones en las que los sensores de temperatura convencionales no pueden ser empleados. Permite medir la temperatura de la superficie del objeto sin la necesidad de contacto físico.
Hola muy buen trabajo, me podrían proporcionar el código compilado por favor
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