Mining Industry Approaches to Managing Selenium

Ahora pasamos a explicar m´as en detalle la funci´on de cada uno de los m´odulos enumerados en el apartado anterior:

Microcontrolador:

Es el cerebro de la nariz electr´onica. Se encarga de obtener el valor que devuelven los sensores, de controlar los valores de los elementos de salida y adem´as gestiona las comunicaciones de la nariz con elementos del exterior. Se trata de un PIC18LF4550 [76], un microcontrolador de la casa MICROCHIP (v´ease Figura 4.25).

Figura 4.25: Fotograf´ıa del PIC18LF4550

Es un microcontrolador de 8 bits de montaje superficial, que consta de 32 KB de memoria de programa, 2 KB de datos RAM y una frecuencia m´axima de 48 MHz. En el montaje de

OLUS2 el microcontrolador funciona a una frecuencia de 32 MHz, aunque podr´ıa subirse hasta 48 MHz si fuese necesario un funcionamiento de mayor velocidad.

Sensor de Odorante:

Sensor encargado de captar las part´ıculas que se encuentran en el aire en la presencia del odorante que se quiere medir. Se trata de un sensor TGS2600 de la casa FIGARO (v´ease Figura 4.26), especializado en la detecci´on en el aire de part´ıculas contaminantes. Se utiliza habitualmente en aplicaciones tales como limpieza del aire, control de ventilaci´on y en monitorizaci´on de calidad del aire.

Figura 4.26: Fotograf´ıa del sensor TGS2600

El elemento sensor est´a compuesto por una capa de semiconductor de ´oxido met´alico formado por sustrato de aluminio. En la presencia de un gas detectable, la conductividad del sensor aumenta dependiendo de la concentraci´on del gas en el aire. Un sencillo circuito el´ectrico (v´ease Figura 4.27) convierte el cambio de la conductividad en una se˜nal de salida que corresponde a la concentraci´on de gas.

Figura 4.27: Circuito de acondicionamiento del sensor TGS2600

Atendiendo al circuito el´ectrico, el sensor requiere de dos entradas de voltaje: voltaje de calefacci´on (VH) y voltaje de circuito (VC). El voltaje de calefacci´on es aplicado al calefactor integrado para as´ı mantener al elemento sensor en una temperatura determinada, la cual es

Figura 4.28: Comportamiento TGS2600 con la temperatura de calefacci´on

´

optima para poder medir (v´ease Figura 4.28). El voltaje de circuito es aplicado para as´ı poder medir el voltaje (VOUT) a trav´es de una resistencia de carga (RL), la cual est´a conectada en serie con el sensor. El valor de la resistencia de carga debe ser escogido para optimizar el valor del umbral de alarma, manteniendo el consumo de energ´ıa en el semiconductor por debajo de 15 mW. El consumo de energ´ıa (PS) ser´a m´aximo cuando el valor de RS sea igual al de RL durante la exposici´on al gas.

Sus principales caracter´ısticas son:

Bajo consumo de energ´ıa.

Alta sensibilidad a contaminantes gaseosos del aire. Larga vida y bajo coste.

Usa un sencillo circuito el´ectrico. Reducidas dimensiones.

Sensor de Temperatura:

Para medir la temperatura en las proximidades del sensor utilizamos un TC1047A. Se trata de un sensor de temperatura con salida lineal de voltaje, cuyo voltaje de salida es directamente proporcional a la temperatura medida (v´ease Figura 4.29). Sus aplicaciones m´as t´ıpicas son en los siguientes sistemas: apagado por temperatura de fuentes de alimentaci´on, ventiladores controlados por temperatura, reguladores de temperatura, equipos de bater´ıas portables y tel´efonos m´oviles.

Es capaz de medir el valor de la temperatura con precisi´on desde−40◦C hasta +125◦C. Su alimentaci´on puede variar desde 2,5 a 5,5V .

Calefactor:

El sensor de odorante TGS2600 dispone de un calefactor integrado (v´ease Figura 4.27) que se utilizar´a para poder situarse en los valores de temperatura donde se facilite la detecci´on de las part´ıculas de gas que se est´e intentando medir. El calor que emita el elemento depender´a de la tensi´on (VH) que le facilite el microcontrolador.

Figura 4.29: Estructura de montaje sensor de temperatura TC1047A

Ventilador:

La Nariz Electr´onica dispone de un ventilador axial SUNON que hace posible el movimiento del gas en las cercan´ıas del sensor de odorante. Esto permite tanto que el odorante llegue con mayor facilidad al sensor como que no se quede en las proximidades de el durante demasiado tiempo. Su utilidad es mayor si la nariz se encuentra dentro de la caja dise˜nada para ella (v´ease Figura 4.30), ya que el efecto del ventilador ser´a mayor al tener que manejar un volumen de aire menor (´unicamente el que se encuentre dentro de la caja). La caja est´a hecha de Acrilomitrilo Butadieno Estireno (ABS) y tiene unas dimensiones de 25x47x18 mm.

Figura 4.30: Caja de Olus2

El caudal que ofrezca el elemento depender´a de la tensi´on que le facilite el microcontrolador. Se maneja desde una salida anal´ogica que puede variar desde 0 a 5V, correspondiendo los 5V al caudal m´aximo del ventilador.

LEDs:

M´odulo de cuatro LEDs, modelo 0603 de luz roja con longitud de onda dominante de 638nm, controlados desde el microcontrolador, y cuya funci´on es informar del estado en el que se encuentra la nariz. Su utilidad reside en facilitar al usuario de OLUS2 la labor de monitorizaci´on de la misma.

Con los cuatro LEDs se pueden realizar hasta 16 combinaciones, con las que se pueden mostrar distintos estados, e incluso indicar otros estados utilizando la velocidad de variaci´on de un LED a otro (por ejemplo para indicar la velocidad de rotaci´on del ventilador).

Puerto de comunicaciones:

La Nariz Electr´onica Olus2 dispone de una serie de pines que se pueden utilizar para comunicar la nariz con el exterior mediante el uso de cableado. La distribuci´on de los pines es la siguiente (v´ease Figura 4.31):

SDA SCL VDD GND VDDvent GNDvent RST PGD B A PGC

Serie FTDI I2C Ventilador

ICSP A B VDD GND VDD GND RST PGD PGC SDA SCL VDD GND VDDvent GNDvent

Figura 4.31: Puerto de comunicaciones de Olus2

En este puerto de comunicaciones se concentran tres tipos de protocolos, teniendo cada uno de ellos una funci´on concreta. Son los siguientes:

Protocolo I2C: Utilizado para comunicar a la Nariz Electr´onica con otros microcontro- ladores. Esta comunicaci´on es del tipo Maestro-Esclavo, pudiendo ejercer Olus2 los dos papeles, es decir, controlando otros dispositivos o siendo controlada externamente. Es la comunicaci´on que se va a utilizar para comunicar el robot con Olus2. Establecer la comu- nicaci´on I2C entre los dos elementos es uno de los principales objetivos en este proyecto y por tanto se debe observar en detalle las caracter´ısticas de este protocolo de comunicaci´on (desarrollado en el Apartado 4.7).

Protocolo ICSP: Estos pines se utilizan para programar el PIC18LF4550, o lo que

es lo mismo, para programar el comportamiento de la Nariz Electr´onica. Mediante este protocolo se cambiar´a el programa que se encuentra alojado en la memoria de programa del PIC, pudiendo cambiar el tratamiento interno que hace de las se˜nales, el valor que ofrece al ventilador y el calefactor, las tramas que env´ıa mediante las distintas comunicaciones, etc.

Protocolo SERIE FTDI: Comunicaci´on utilizada para poder leer en un ordenador los

datos captados por la nariz. David Y´a˜nez desarroll´o un programa para poder visualizar estos datos en on-line, mediante una interfaz gr´afica muy amigable, y ofreciendo la posibilidad de cambiar los valores del caudal del ventilador y de la temperatura del calefactor a trav´es de esta comunicaci´on.

XBEE:

Este m´odulo se encuentra en Olus2 para poder realizar comunicaciones inal´ambricas. En concreto es el XBEE PRO S1 (v´ease Figura 4.22), modelo que utiliza el protocolo ZigBee para

realizar las comunicaciones. Ofrece un ´area de comunicaciones de 10 metros con una tasa de transferencia de 250 kbps. Entre los aspectos que ofrece, los m´as importantes son la adecuaci´on de su uso para tiempo real por medio de slots de tiempo garantizados, evasi´on de colisiones por CSMA/CA y soporte integrado a las comunicaciones seguras. Tambi´en incluye funciones de control del consumo de energ´ıa como calidad del enlace y la detecci´on de energ´ıa.

Su objetivo, por tanto, son las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de env´ıo de datos y maximizaci´on de la vida ´util de sus bater´ıas. Debido a esto es una buena elecci´on para poder situar varias narices electr´onicas aut´onomas en una habitaci´on y poder realizar medidas en varios puntos de la misma, y as´ı poder hacer un seguimiento del flujo del odorante.

De los m´odulos que se ha hablado a lo largo de este apartado, este es el ´unico que no se va a utilizar en este Proyecto. No se necesita hacer conexiones inal´ambricas ya que se va a trabajar con una ´unica nariz y la conexi´on con el robot es mediante I2C. No tiene sentido utilizar el m´odulo XBEE como sustituto del m´odulo I2C ya que, tras quitar el cable al hacer la comunicaci´on inal´ambrica, se seguir´ıa teniendo que utilizar un cable entre la nariz y el microcontrolador que controle el robot para poder alimentar la electr´onica de Olus2.

A´un as´ı, en futuros trabajos podr´ıa ser ´util, para localizar la fuente de odorante, aprovechar la se˜nal recibida a trav´es de este m´odulo de otras narices localizadas fuera del robot, situadas en puntos estrat´egicos de la sala en la que se realice el experimento.