UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLAREAL FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMATICA ESCUELA PROFESIONAL DE FÍSICA
Proyecto de tesis para optar por el grado de licenciatura en física Diseño e implementación de un sistema digital para la medición de dosis y la obtención de perfiles de isodosis mediante Arduino y LabView. Presentado por: SÁNCHEZ SOTO JOSE CARLOS Asesor: ARIAS PEREZ PABLO MELITON ……………………………….
LIMA-PERU 2018
LISTA DE ABREVIATURAS ABREVIATURAS
Índice de figuras F igura. igura. 1. Tabla evolutiva de las versiones del LabView hasta el 20104………….…..….pag. 9 F igura 2. 2. Ejemplo de Programación de Flujo de Datos6 ……………………………..….. ……………………………..….. pag. pag. 12 F igura 3. 3. Ejemplo de Flujo de Datos para Múltiples Segmentos de Código6 …..……… pag. …..……… pag. 13 F igura 4. 4. Ejemplo de Cable Roto6 ……………………………………………………………. ……………………………………………………………. pag. pag. 13
Índice de Tablas Tabla 1. Tipos Comunes de Cable6……………………………………………………............Pag.13
Contenido LISTA DE ABREVIATURA ………………………………………………………………………………. Índice de Figura ………………………………………………………………………………………….. Índice de Tablas ………………………………………………………………………………………... …
Índice ……………………………………………………………………………………………………….. …
1. PLANEAMIENTO DEL PROBLEMA ……………………………………………………….. …
1.1. FORMULACION DEL PROBLEMA ……………………………………………………… …
1.2. DELIMITACION DE OBJETIVOS …………………………………………………… …
1.2.1. Objetivos Generales ………………………………………………………… …
1.2.2. Objetivos Específicos ……………………………………………………… …
1.2.3. Hipótesis …………………………………………………………………………… …
1.2.4.
Justificación e importancia del estudio ………………………………
2. MARCO TEORICO………………………………………………………………………………… 2.1 ANTECEDENTES …………………………………………………………………………… …
2.2 DEFINICION DE CONCEPTOS ……………………………………………………… …
3. METODOLOGIA ………………………………………………………………………………… …
3.1
DISEÑO DE INVESTIGACION…………………………………………………………
3.2 POBLACION Y MUESTRA DE ESTUDIO…………………………………………… 3.3
VARIABLES DE ESTUDIO…………………………………………………………………
3.4
TECNICOS DE RECOLECCION DE DATOS ………………………………………
3.5
TECNICAS DE ANALISIS Y PROCESAMIENTO DE DATOS ………………
…
…
4. CRONOGRAMA …………………………………………………………………………………… …
5. PRESUPUESTO …………………………………………………………………………………… 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ………………………………………………………… …
1.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1-
FORMULACION DEL PROBLEMA
En el presente proyecto de tesis se plantea la implementación de un sistema de medición de dosis para la obtención de perfiles de dosis útiles en la calibración de equipos clínicos, dado que en la actualidad este tipo de equipos denominados en ocasiones “fantomas de agua en 3d” tiene ti ene un precio bastante alto y una forma de uso
bastante especializada, que podría tornarse difícil sin la debida capacitación. Para este problema se desarrolló la idea de usar un lenguaje de programación grafico en LabView que genera una interfaz al usuario bastante amigable, con controles didácticos y graficas bastante claras, este sistema podría ayudar a estudiantes interesados en el área a obtener los perfiles de dosis para futuras investigaciones sin la necesidad de tener alguna capacitación previa sobre el manejo técnico del equipo. Es necesario implementar también la automatización del sistema de llenado se agua para establecer el volumen del fantoma y relacionarlo con los perfiles de dosis a manera de investigación dado que este hecho carece en los trabajos de investigación de la literatura revisada.
1.2-
DELIMITACION DE OBJETIVOS 1.2-1. Objetivos Generales Diseñar e implementar un sistema de medición de dosis para la obtención de perfiles de dosis dosis y curvas de isodosis. Fomentar e informar el uso de la comunicación LabView – Arduino Arduino con el fin de ampliar la información que existe sobre instrumentos de medición en la parte médica.
1.2-2.
Objetivos Específicos
Calibrar el instrumento de medición de dosis a implementar considerando un error mínimo en la posición y medida de dosis. Establecer una apropiada comunicación LabView – Arduino Arduino para la confiable obtención de datos. Involucrar los principios físicos que se generan en la parte mecánica para minimizar las incertidumbres. Automatizar el llenado del tanque para generar una serie de curvas en función al volumen del fantoma.
1.2-3. Hipótesis
Realizando la respectiva metodología se pudo ensamblar correctamente el sistema mediante engranajes usando los principios de la mecánica clásica para obtener el movimiento adecuado en los ejes z , x e y , así mismo se obtuvo la correcta medición de la dosis para diferentes profundidades en agua y posiciones especificas , generando curvas de isodosis adecuadas para la interpretación de la distribución de dosis impartida al fantoma. fantoma. Logrando así así la automatización y optimización de la interfaz del usuario para su fácil comprensión, manejo, manejo, y posterior lectura mediante Labview .
1.2-4. Justificación e importancia del estudio
Antes de realizarse un tratamiento con radiaciones r adiaciones ionizantes el operario debe haber calibrado correctamente el equipo, así como haberse asegurado que el sistema está trabajando de manera normal, posterior a esta verificación se realiza la planificación en donde el medico interviene seleccionando el volumen de tratamiento para que el paciente sea irradiado con una determinada dosis, para esto el médico y el físico medico necesitan tener el comportamiento de las curvas de isodosis y perfiles de dosis .Para lograr obtener esta información sin necesidad de irradiar al paciente , se usan fantomas que generalmente son poco dinámicos y necesitan de una capacitación capacitación previa al personal que va a realizar la l a planificación . Para mejorar la eficiencia en el proceso de investigación se planteó en este proyecto de tesis tesis un sistema automático para la medición medición de la dosis mediante mediante componentes económicos como lo es el Arduino y un interfaz gráfico amigable desarrollado en LabView en la versión gratuita para estudiantes, además de un sistema de llenado y vaciado de tanque para simular fantomas de diferentes profundidades. Así posteriormente podremos obtener perfiles y curvas de isodosis útiles en el proceso de planificación en radioterapia. El presento proyecto se realizará porque actualmente los sistemas de medición de dosis son bastante caros y poco dinámicos a fines de aportar a la investigación en este campo se planteó diseñar y construir un sistema económico y dinámico. Se realizará este proyecto para que las universidades y centros médicos puedan llevar a cabo investigaciones sobre la distribución de la dosis sobre el fantoma. Así mismo reducir los gastos en las investigaciones sobre el comportamiento de la radiación en un material similar a la composición del cuerpo humano mediante un sistema dinámico y cómodo para el usuario. De esta manera se fomentará los estudios sobre la optimización en los tratamientos de radioterapia.
Para lograr lo anterior planteado se necesitará del diseño de un sistema de control y adquisición adquisición de datos mediante el el software LabView, que a su vez pueda indicar el error que se genera en la medición de dosis esto será posible mediante la implementación de un código en leguaje gráfico .Otro aspecto a tratar es la parte mecánica , mediante el uso de diagramas de bloques se realizara el cálculo de ecuaciones que intervienen en el giro de los engranajes para así poder ingresar los datos de velocidad ,posición angular del motor y profundidad del fantoma. Una vez se haya realizado la parte mecánica y digital se procederá la comparación de dosis obtenidas de un sistema ya implementado con el sistema en cuestión a fin de calibrar el instrumento y posteriormente obtener las curvas de isodosis en gráficos dinámicos mostrados en labview. 2. MARCO TEORICO 2.3 ANTECEDENTES
2.3.1.- Historia de la automatización Con la Revolución Industrial, que ocurrió hace 200 años en Inglaterra, se produjeron máquinas herramienta de metal. El modo de producción en masa, mejorado por la estandarización y el principio de intercambiabilidad, apareció a mediados del siglo pasado en los Estados Unidos; por lo tanto, este modo de producción a menudo se denomina "sistema de fabricación estadounidense". El desarrollo de máquinas herramienta ha contribuido a la modernización de la fabricación: la conversión de 'fabricación' (del latín manu'factum) hecho a mano en 'gran industria. El tercer paso para aumentar la eficiencia de fabricación y la productividad fue la sustitución del trabajo mental humano por máquinas. La configuración, el funcionamiento y el control de las máquinas-herramienta llegaron a ser operados automáticamente en lugar de por trabajadores calificados como en el segundo paso. Este es el movimiento de 'automatización'. Su primera realización fue 'automática' o el 'torno automático' que se inventó en 1873. Los desarrollos en la electrónica y la ingeniería de control avanzaron la tendencia hacia la automatización. Esta palabra cambió a 'automatización' después de la Segunda Guerra Mundial, aunque se originó en 1936 por D.S. Harder. La automatización se ha desarrollado enormemente desde la guerra, acelerándose enormemente con la invención del control numérico (CN) en 1952. La automatización tuvo así un gran impacto en la industria, junto con la "cibernética" desarrollada por N. Wiener en su libro publicado en 1961. "Mecatrónica", una palabra en inglés "japonés" que significa una unificación de la mecánica con respecto al trabajo físico y la electrónica con respecto al trabajo mental, ahora juega un papel bastante importante en la automatización 1.
2.3.2.-La evolución del LabView En 1986, National Instruments introdujo LabVIEW en la plataforma Macintosh e introdujo la instrumentación virtual como un principio central del software.La compañía combinó la interfaz gráfica de usuario interactiva con la programación gráfica intuitiva para crear este software. Como dijo el presidente y CEO de National Instruments, el Dr. James Truchard, "LabVIEW se desarrolló para hacer por los ingenieros lo que la hoja de cálculo hizo a los analistas financieros", por lo que la versión 1.0 presentó tecnologías básicas que aún son fundamentales en la actualidad: flujo de datos paralelos, jerarquía e integración Bibliotecas de E / S y análisis. Después de millones de horas de desarrollo, tremendos tr emendos cambios en la tecnología de PC y difusión por parte de los usuarios en miles de áreas de aplicaciones, LabVIEW aplicaciones, LabVIEW se ha convertido en una plataforma de diseño de sistemas en toda regla. Este artículo explora algunos de los orígenes e influencias que han guiado el desarrollo de LabVIEW y ofrece una idea de hacia dónde se dirige LabVIEW 2.
Figura. Nº1 Tabla Tabla evolutiva de las versiones del LabView hasta hasta el 20104
2.3.3.- Evolución del Arduino La primera placa Arduino lanzada (en 2006) fue la serie Arduino, que ni siquiera tenía un puerto USB, pero (como su nombre lo indica) tenía un puerto serie más antiguo para comunicarse con el chip. Para esta placa y el kit USB posterior, se utilizó un microcontrolador Atmel Atmega8. Este chip es el hermano más joven del conocido Atmega328 que aún se utiliza en el Uno hasta el día de hoy. Después de este primer año de lanzamiento, hubo un frenesí de actividad y desarrollo de tableros de fabricantes que se alinean con la sincronización del auge del fabricante / bricolaje. Se presentaron las nuevas revisiones de la placa Arduino que Massimo Banzi preveía, con un cambio al Atmega168 que tenía el doble de la memoria disponible del Atmega8. Después de varias iteraciones de placa adicionales, el Atmega328 llegó a Duemilanove, Nano, Pro y Pro Mini4. El Arduino Duemilanove estaba bastante cerca del Uno, sin embargo, entre ellos estaba el lanzamiento del Mega. Este usó un chip Atmega1280 que, al tiempo que registra la misma velocidad que el mega328, trae más de 54 pines, varios puertos serien y una gran cantidad de hardware extendido a la mesa, en un factor de forma mucho mayor. El Mega estaba dirigido a aquellos que amaban el Uno, pero querían más hardware, sin un cambio significativo en la arquitectura. 2010 vio el lanzamiento de Arduino Uno, una culminación de 4 años de desarrollo, iteraciones y cambios de hardware. La versión actual es la Uno rev3 que solo ha modificado o modificado aspectos menores del tablero, sin embargo, el diseño básicamente se ha mantenido sin cambios durante los últimos 7 años 3. Arduino también ha creado su propia industria artesanal para la electrónica de bricolaje. Hay más de 200 distribuidores de productos productos Arduino en todo el mundo, desde grandes compañías como SparkFun Electronics , en Boulder, Colorado, hasta operaciones familiares que satisfacen las necesidades necesidades locales. Banzi recientemente supo de un hombre en Portugal que dejó su trabajo en la compañía telefónica para vender productos Arduino desde su casa. El miembro del equipo de Arduino, Gianluca Martino, quien supervisa la producción y distribución, dice que están trabajando horas extras para llegar a mercados emergentes como China, India y Sudamérica. En este punto, dice, alrededor del 80 por ciento de la audiencia de Arduino está dividida entre los Estados Unidos y Europa, y el resto está esparcido por todo el mundo 5.
2.3.4.- Estado del arte Los controles de motores de inducción sin sensor, son ampliamente utilizados en la industria por su fiabilidad y flexibilidad, especialmente en campos hostiles. Sin embargo, el desarrollo de muchos de los controles con sensores en motores de inducción a bajas velocidades no es muy eficiente. M.K M. K . Met Metwally de la Universi Universid dad de Ale A lexa xand ndri ri a-E gip gi pto, presenta un modelo de referencia de un sistema adaptativo (MRAS), basado en la resistencia del estator y en estimaciones de unidades del motor de inducción alimentados por un inversor trifásico de 4 switches en la región de baja velocidad. Como realimentación se utiliza la velocidad estimada en un sistema de control de vectores. El sistema posee como ventaja eliminar errores en la adaptación de velocidades, velocidades, haciendo que el proceso sea más estable y robusto. (Metwally, 2013). Existen modelos de control de motores de inducción que no necesitan de sensor para realimentar, sino que son basados en modelos matemáticos que describen su funcionamiento y ayudan al controlador a regular el proceder del motor de forma óptima. Un claro ejemplo es el diseño de control de velocidad de un motor de inducción basado en un modelo de referencia, realizado en conjunto por los ingenieros Yang Zhipi Zhipi ng, YueQuiq YueQuiqin, in, Ye Y oung ung de la Universidad de Chongqing China, los cuales desarrollaron su sistema de control por medio de un modelo matemático basado en la teoría de estabilidad de Lyapunov, aplicando un análisis vectorial a la corriente de estator y al flujo del rotor de la máquina, para estimar la velocidad del motor y así crear un control variable. (Zhiping, Quiqin, &Young, 2012). Los instrumentos virtuales tienen una gran ventaja en gastos de funcionamiento, Samuel uel H ernánd rnánde ez G arcía ,Jua ,J uan n Sifue Si fuent nte es Mijare Mi jares, s, confiabilidad y mantenimiento. Sam J ean Phili pe And A ndre re Paist Paiste el Sanc Sanche hezz realizaon el trabajo de investigación llamado “Diseño digital de un control de posición para un motor en vhdl y labview usando fpga” en donde expusieron lo siguiente En este trabajo se presenta un sistema de control proporcional, para un motor de corriente directa con un codificador rotatorio magnético integrado. Para el manejo de voltajes y corrientes del motor se utiliza el circuito integrado L293D. La etapa de control es implantada en un dispositivo de lógica programable FPGA Spartan 3s500e de la compañía Xilinx. Siendo lo más importante del trabajo: El diseño digital utilizando lenguaje de descripción de hardware VHDL junto con el diseño de la interface de comunicación y visualización de resultados y señales de referencia mediante instrumentos virtuales (S. H.García, J.S. Mijares, J.P.Andre, P. Sánchez, 2016). Los dispositivos de monitoreo y medición detectan valores energéticos de alimentadores y consumidores individuales, además de proveer valores medios necesarios para la evaluación del estado del sistema y la calidad de la energía. El entorno gráfico LabVIEW posee gran capacidad de adquisición, análisis y presentación de datos en un solo paquete, logrando crear una solución integral para cualquier problema a solucionar y facilitando la creación de sistemas de monitoreo por medio de una interfaz gráfica en un computador cualquiera que esté conectado a internet, el cual pueda comunicarse,
ilustrar y editar en tiempo real el estado del control de la máquina, demostrando que LabVIEW es ideal para el monitoreo de máquinas y para aplicaciones de mantenimiento preventivo necesario necesario para controles controles determinísticos (Montes (Montes Perez, 2013). 2013). A traves de LabView los ingenieros L . E . R amos, J. J . C. C . R amos, O. I sla slas, J. J . G arcía, M.A M. A . E spe spejel, jel, M.A . Már Már quez uez de la Universidad Autónoma de Hidalgo-México, desarrollaron un modelo de identificación y control PID clásico que se realiza por medio de una red neuronal de base radial con funciones de activación wavelet hijas Morlet. Adicionalmente, se agrega en cascada un filtro de respuesta infinita al impulso (IIR) que reduce el ruido. Dicho esquema se implementa a un motor trifásico de jaula de ardilla, alimentado por un variador de frecuencia y planteando un control que no necesita obtener parámetros de modelos matemáticos para el variador de frecuencia, sino que se produce la comparación por medio de 12 wavelets con el set point de velocidad y por medio del filtro de respuesta infinita al impulso se descartan las redes que aportan menos al proceso de identificación, y el controlador realiza su proceso de adecuación de la señal para que el motor regule su velocidad. (Ramos, Ramos, Islas, &Garcia, 2013). El uso de motores de corriente continua presenta una gran ventaja en el manejo de la hr i sti sti an E nri nr i que G ózar P asto stor en su trabajo “Diseño e velocidades así lo corrobora C hri implementación de fuentes de alimentación regulables para suministrar energía a los circuitos de campo y armadura de un motor dc shunt y al circuito de campo de un generador síncrono trifásico” - Tesis para optar el el Título de Ingeniero Ingeniero Electrónico Electrónico en donde aborda el diseño y la implementación de fuentes de alimentación de tensión regulables para suministrar energía a los circuitos de campo y armadura de un motor DC shunt y al circuito de campo de un generador síncrono trifásico. Para este objetivo, en la presente tesis se realiza el estudio del motor DC y del generador síncrono trifásico; sus principios de funcionamiento, sus tipos y sus circuitos eléctricos equivalentes. También se aborda el estudio de las tecnologías actuales usadas en el diseño de las fuentes de alimentación lo que introduce a un análisis completo del diseño de las mismas. Por último, se muestran los resultados de las primeras pruebas realizadas a las fuentes implementadas. En ecuador, Marco E nriq nri que B ena nalc lcá ázar Pala Palaccios, en la Escuela Politécnica Nacional ubicada en Quito, diseña y construye un Sistema Automático de Medición de Distribución de Dosis, a un bajo costo empleando equipos de instrumentación nuclear que dispone de la CEEA, el cual en su estructura contiene hardware y software, componentes que son controlados por el usuario desde un computador, para obtener curvas de distribución de dosis, (perfiles de dosis y/o curvas de isodosis). Finalmente, de las pruebas realizadas al Sistema Automático de Medición de Distribución de Dosis en el Laboratorio de Patrones Secundarios de la CEEA, en donde se obtuvieron resultados satisfactorios que cumplen con la normativa del OIEA para este propósito, lo cual da seguridad en el empleo de dicho equipo para la calibración de sistemas de radioterapia (Marco Enrique Benalcázar Palacios ,2009 Quito)
2.4 DEFINICION DE CONCEPTOS
2.4.1. Programación Programación gráfica, lenguaje G (aspectos elementales). 2.4.1.1.Flujo de Datos LabVIEW sigue un modelo de flujo de datos para ejecutar VIs. Un nodo de diagrama de bloques se ejecuta cuando recibe todas las entradas requeridas. Cuando el nodo se ejecuta, produce datos de salida y pasa los datos al siguiente nodo en la trayectoria del flujo de datos. El movimiento de datos a través de los nodos determina el orden de ejecución de los VIs y las funciones en el diagrama de bloques. Visual Basic, C++, JAVA y la mayoría de otros lenguajes de programación basados en texto siguen un modelo de flujo de control para ejecución del programa. En el flujo de control, el orden secuencial de los elementos del programa determina el orden de ejecución de un programa 6. Para un ejemplo de programación de flujo de datos, considere un diagrama de bloques que suma dos números y después resta 50.00 del resultado de la suma, como se muestra en la Figura 1. En este caso, el diagrama de bloques se ejecuta de izquierda a derecha, no porque los objetos están colocados en ese orden, sino porque la función de Resta no puede ejecutarse hasta que la función de Suma termina de ejecutarse y pasa los datos a la función de Resta. Recuerde que un nodo se ejecuta solamente cuando los datos están disponibles en todas sus terminales de entrada y proporciona los datos a las terminales de salida solamente cuando el nodo termina la ejecución 6.
F igura 2. 2. Ejemplo de Programación de Flujo de Datos6 .
En la Figura 2, considere cuál segmento de código debe ejecutarse primero – la la función de Suma, Número Aleatorio o División. No se puede saber porque las entradas a las funciones de Suma y División están disponibles al mismo tiempo y la función de Números Aleatorios no tiene entradas. En una situación donde un segmento de código debe ejecutarse antes que otro y no existe ninguna dependencia de datos entre las funciones, use otros métodos de programación como estructuras de secuencia o clusters de error para forzar el orden de la ejecución 6.
F igura ig ura 3. Ejemplo de Flujo de Datos para Múltiples Segmentos de Código6. 2.4.1.2. Cables
Transfiere datos entre objetos del diagrama de bloques a través de cables. En las figuras 1 y 2, los cables conectan las terminales de control e indicador a la función de Suma y Resta. Cada cable tiene una sola fuente de datos, pero puede cablearlo a varios VIs o funciones que leen los datos. Los cables son de diferentes colores, estilos y grosores dependiendo de sus tipos de datos 6.
F igura 4. 4. Ejemplo de Cable Roto6.
Un cable roto aparece como una línea negra punteada con una X roja a la mitad, como se en la Figura 3. Los cables rotos ocurren por una variedad de razones, como cuando intenta cablear dos objetos con tipos de datos no compatibles. La Tabla 1 muestra los cables más comunes.
Tabla 1. Tipos Comunes de Cable6.
En LabVIEW, puede usar cables para conectar múltiples terminales para pasar datos en un VI. Debe conectar los cables a las entradas y salidas que son compatibles con los datos que son transferidos con el cable. Por ejemplo, no puede cablear cablear una salida de tipo ti po arreglo a una entrada numérica. Además, la dirección de los cables debe ser correcta. Debe conectar los cables solamente a una entrada y por lo menos a una salida. Por ejemplo, no puede cablear dos indicadores juntos. Los componentes que determinan la compatibilidad del cableado incluyen incluyen los tipos de datos d atos del control y/o el indicador y los tipos de datos de la terminal 6.
Por ejemplo, si un interruptor tiene un borde verde, puede cablear un interruptor a cualquier entrada con una etiqueta verde en un VI Express. Si una perilla tiene un borde naranja, puede cablear una perilla a cualquier entrada con una etiqueta naranja. Sin embargo, no puede cablear una perilla naranja a una entrada con una etiqueta verde. Note que los cables cables son del mismo mismo color que la terminal terminal 6.
2.4.1.3.Cablear Objetos Automáticamente Conforme acerca un objeto seleccionado a otros objetos en el diagrama de bloques, LabVIEW dibuja cables temporales para mostrarle conexiones válidas. Cuando suelta el botón del mouse para colocar el objeto en el diagrama de bloques, LabVIEW conecta los cables automáticamente. También puede cablear automáticamente los objetos que ya están en el diagrama de bloques. LabVIEW conecta las terminales que corresponden mejor y no conecta las terminales que no corresponden 6. El cableado automático es habilitado de forma predeterminada cuando selecciona un objeto en la paleta Functions o cuando copia un objeto que ya está en el diagrama de bloques al presionar la tecla y arrastrar el objeto. El cableado automático está deshabilitado de forma predeterminada cuando usa la herramienta de Ubicación para mover un objeto que ya está en el diagrama de bloques 6.
2.4.1.4.Cablear Objetos Manualmente Cuando pasa la herramienta de Cableado sobre una terminal, aparece una etiqueta con el nombre de la terminal. Además, la terminal parpadea en la ventana Context Help y en el ícono para ayudarle a verificar que está cableando a la terminal correcta. Para cablear objetos juntos, pase la herramienta de Cableado sobre la primera terminal, haga clic y coloque el cursor sobre la segunda terminal y haga clic otra vez v ez 6. Después de cablear, puede dar clic con botón derecho en el cable y seleccione Clean Up Wire en el menú corto para hacer que LabVIEW escoja automáticamente una trayectoria para el cable. Si tiene que eliminar cables rotos, presione para eliminar todos los cables rotos en el diagrama de bloques 6.
2.4.1.5.Entorno de programacion LabVIEW tiene VIs de adquisición de datos e imágenes, de comunicaciones, de procesamiento procesamiento digital de señales, de funciones matemáticas simples, hasta funciones que utilizan otros programas como Matlab para resolver 57 problemas, otras más complejas como "nodos de formula" que se utilizan para la resolución de ecuaciones editando directamente estas como en lenguajes de programación tradicionales y definiendo las entradas y las salidas. LabVIEW también se puede utilizar para graficar en tres dimensiones, en coordenadas polares y cartesianas, tiene disponibles herramientas para análisis de circuitos RF como la Carta de Smith, tiene ti ene aplicaciones en manejo de audio y se puede comunicar con la tarjeta de sonido de la computadora para trabajar conjuntamente. Cada VI comprende tres partes principales 7:
Figura 2.1 Panel frontal y diagrama de bloques respectivamente.
Cada control o indicador del panel frontal tiene una terminal correspondiente en el diagrama de bloques. Cuando un VI se ejecuta, los valores de los controles fluyen a través del diagrama de bloques, en donde son aplicados en las funciones del diagrama y los resultados son entregados a otras funciones o indicadores i ndicadores [7]. Cada control o indicador del panel frontal tiene una terminal correspondiente en el diagrama de bloques. Cuando un VI se ejecuta, los valores de los controles fluyen a través del diagrama de bloques, en donde son aplicados en las funciones del diagrama y los resultados son entregados a otras funciones o indicadores. Adicionalmente, el diagrama de bloques contiene las librerías de LabVIEW como son las funciones y estructuras para construir nuestro programa. En el diagrama de bloques se conecta virtualmente cada nodo, incluyendo las terminales de los controles e indicadores, funciones y estructuras. Los elementos básicos en el entorno LabVIEW son los menús (en la parte superior de las ventanas del panel frontal y diagrama de bloques) la barra de herramientas y las paletas flotantes que se pueden pueden colocar en cualquier cualquier parte de la pantalla 7.
Paleta de controles Para generar el panel frontal, se colocan controles e indicadores de la paleta de controles. Cada icono representa una subpaleta, la cual contiene controles para colocar en el panel frontal. (LIV, H. A. (2001). TUTORIAL DE LABVIEW. Universidad Distrital "Francisco José de Caldas".) Se despliega la paleta de controles haciendo un clic derecho en un área abierta del panel frontal. Un indicador es un objeto del panel frontal que muestra datos al usuario. Se pueden citar como ejemplos: gráficas, termómetros, medidores analógicos y digitales. Cuando se coloca un control o indicador en el panel frontal, automáticamente se muestra un terminal en el diagrama de bloques 7.
Num Ctrls – Para Para la introducción de cantidades numéricas numéricas
Num Inds – Para Para la visualización de cantidades numéricas.
Buttons – Para Para la entrada de valores booleanos.
LEDs – Para Para la visualización de valores booleanos.
Text Ctrls – Para Para la entrada de texto.
Text Inds – Para Para visualizar texto.
Graph – Para Para representar gráficamente los datos.
User Ctrls – Para Para elegir un control creado por el propio usuario.
All Control – Muestra Muestra todos los controles que posee LabVIEW.
2.4.2. Comunicación Arduino – Labview Labview Interfaz Labview-Arduino El LINX LabVIEW MakerHub hace más fácil conectarse con plataformas embebidas comunes como, sensores comunes incluyendo acelerómetros, sensores de temperatura y sensores ultrasónicos de distancia. Con este toolkit y software para NI LabVIEW, usted puede controlar y adquirir datos desde plataformas embebidas comunes. Una vez que la información está en LabVIEW, usted puede analizarla usando las herramientas respectivas de labview 7.
F igura ig ura 2.2 MakerH MakerH ub para comunicación Labview Arduino
2.4.2.1. o o
o o o o o
o
o
o
INSTALACION Conectaremos Conectaremos Arduino UNO al PC mediante el cable USB El sistema operativo Windows 7 detecta el dispositivo e intentará instalar los drivers Como no los encuentra da un error Accederemos al botón “Inicio” “Panel de control” Pulsamos en “Hardware y sonido” Pulsamos en “Administrador de dispositivos” En la ventana del Administrador de dispositivos, en “Otros dispositivos” nos debe mostrar “Arduino Uno”, pulsaremos con el botón derecho del ratón y seleccionaremos “Actualizar software “Actualizar software de controlador”: Pulsaremos en “Buscar software de controlador en el equipo. Buscar e instalar el software de controlador de forma manual”. Pulsaremos en el botón “Examinar” para seleccionar la carpeta donde se
encuentran los drivers. El asistente para instalar un nuevo controlador nos mostrará un aviso de seguridad, pues estamos cambiando algo vital para la seguridad del PC. pulsamos “Instalar este software de controlador de todas formas”.
o
o
Si todo es correcto, el asistente nos habrá instalado el controlador para Arduino UNO y nos lo mostrará en una ventana En el Administrador de dispositivos de Microsoft Windows 7 nos mostrará el nuevo controlador instalado, en “Puertos (COM y LPT)”. Es imp ortante que anotemos el nombre asignado al puerto COM para Arduino, en nuestro caso COM3, pues lo necesitaremos seleccionar en el IDE de Arduino7.
2.5. Sistema de control automatico Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, mi smos, es decir sin intervención de agentes exteriores (incluido el factor humano), corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento8. Actualmente, cualquier mecanismo, sistema o planta industrial presenta una parte actuadora, que corresponde al sistema físico que realiza la acción, y otra parte de mando o control, que genera las órdenes necesarias para que esa acción se lleve o no a cabo 8.
2.6. Representación Representación de los sistemas de control 2.6.1. Diagrama de bloques Un proceso o sistema de control es un conjunto de elementos interrelacionados capaces de realizar una operación dada o de satisfacer una función deseada.Los sistemas de control se pueden representar en forma de diagramas de bloques, en los que se ofrece una expresión visual y simplificada de las relaciones entre la entrada y la salida de un sistema físico.A cada componente del sistema de control se le denomina elemento, y se representa por medio de un rectángulo. El diagrama de bloques más sencillo es el bloque simple, que consta de una sola entrada y de una sola salida.La interacción entre los bloques se representa por medio de flechas que indican el sentido de flujo de la información En estos diagramas es posible realizar operaciones de adición y de sustracción, que se representan por un pequeño círculo en el que la salida es la suma algebraica de las entradas con sus signos. También se pueden representar las operaciones matemáticas de multiplicación y división como se muestra en la siguiente figura 2.3 8.
F igura ig ura 2.3 Diagramas de bloques
2.6.2. Tipos de sistemas de control Los sistemas de regulación se pueden clasificar en: Sistemas de bucle o lazo abierto: son aquellos en los que la acción de control es independiente de la salida. Sistemas de bucle o lazo cerrado: son aquellos en los que la acción de control depende en cierto modo, de la salida 8.
2.6.3. Sistemas de control en lazo abierto Un sistema de control en lazo o bucle abierto es aquél en el que la señal de salida no influye sobre la señal de entrada. La exactitud de estos sistemas depende de su calibración, de manera que al calibrar se establece una relación entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada. El diagrama de bloque de un sistema en lazo abierto es 8:
de un sistema de lazo abierto 8. F igura igur a 2.4 Diagrama de bloques de
2.6.4. Sistemas de control en lazo cerrado Si en un sistema en lazo abierto existen perturbaciones, no se obtiene siempre la variable de salida deseada. Conviene, por tanto, utilizar un sistema en el que haya una relación entre la salida y la entrada.Un sistema de control de lazo cerrado es aquél en el que la acción de control es, en cierto modo, dependiente de la salida. La señal de salida influye en la entrada. Para esto es necesaria que la entrada sea modificada en cada instante en función de d e la salida. Esto se consigue por medio de lo que llamamos realimentación realimentación o retroalimentación retroalimentación (feedback). La realimentación es la propiedad de un sistema en lazo cerrado por la cual la salida o cualquier otra variable del sistema que esté controlada, se compara con la entrada del sistema (o una de sus entradas), de manera que la acción de control se establezca como una función de ambas 8. A veces también se le llama a la realimentación transductor de la señal de salida, ya que mide en cada instante el valor de la señal de salida y proporciona un valor proporcional a dicha señal. Por lo tanto podemos definir también los sistemas de control en lazo cerrado como aquellos sistemas en los que existe una realimentación de la señal de salida, de manera que ésta ejerce un efecto ef ecto sobre la acción de control 8.
Figura 2.5 Diagramas de bloques de un sistema de lazo cerrado
El controlador está formado por todos los elementos de control y a la planta también se le llama proceso 8. En este esquema (figura 5.4) se observa cómo la salida es realimentada hacia la entrada. Ambas se comparan, y la diferencia que existe entre la entrada, que es la señal de referencia o consigna (señal de mando), y el valor de la salida (señal realimentada) se conoce como error o señal de error. La señal que entrega el controlador se llama señal de control o manipulada y la entregada por la salida, señal controlada 8. El error, o diferencia entre los valores de la entrada y de la salida, actúa sobre los elementos de control en el sentido de reducirse a cero y llevar la l a salida a su valor correcto. Se intenta que el sistema siga siempre a la señal de consigna. El diagrama de bloques anterior se puede sustituir por el siguiente:
bloques de un sistema de lazo cerrado 8. F igura ig ura 2.6 Diagramas de bloques
La salida del sistema de regulación se realimenta mediante un captador. En el comparador o detector de error, la señal de referencia (salida del transductor) se compara con la señal de salida medida por el captador, con lo que se genera la siguiente señal de error: e(t) = r(t) – b(t), b(t), donde e(t) es la señal de error, r(t) la señal de referencia y b(t) la variable realimentada. Pueden suceder dos casos: Que la señal de error sea nula. En este caso la salida tendrá exactamente el valor previsto8. Que la señal de error no sea nula. Esta señal de error actúa sobre el elemento regulador que a su salida proporciona una señal que, a través del elemento accionador, influye en la planta o proceso para que la salida alcance el valor previsto y de esta esta manera el valor valor se anule 8.
2.7. Mecánica Involucrada 2.8. Motor de corriente continua 2.9. Sensor de posición (Principio físico) 2.10. Perfiles de dosis 2.11. Curvas de isodosis 2.12. Dosímetros
3. METODOLOGIA 3.6
DISEÑO DE INVESTIGACION El presente proyecto de tesis tendrá la siguiente estructura de diseño; será según el estudio, experimental, según el número de mediciones, longitudinal, según el número de variables, analítico y según su la cronología observacional, retrospectivo
3.7 POBLACION Y MUESTRA DE ESTUDIO La población seleccionada para el análisis de datos tiene la característica de ser infinita dado que las variables de estudio que componen dichas poblaciones serán la distancia recorrida en función al tiempo y resistencia, así como la dosis en función a la profundidad, estos experimentos se pueden realizar un número infinito de veces. El muestreo muestreo será probabilístico- aleatorio simple dado que seleccionaremos tiempos y distancias aleatorias para determinar el comportamiento de la población.
FALTA DETERMINAR TAMAÑO DE POBLACION
3.8
VARIABLES DE ESTUDIO En el presente estudio se usaran variables de estudio cuantitativas, continuas y se tomarán en intervalos. Las variables a usar son las siguientes: Variable
Tipo de variable
Frecuencia
Independiente, Independiente, cuantitativa,continua , individual ,variable general general ,cardinal de razón, simple. Dosis Dependiente, Dependiente, cuantitativa , continua ,colectivo variable empírica , cardinal de intervalo, compleja. Tiempo Independiente, Independiente, cuantitativa , continua, colectivo, variables empíricas, cardinal de razón, simple. Posición dependiente ,cuantitativa , continua, colectiva, variable empírica, cardinal de intervalo, compleja. Nº de vueltas x cm Dependiente, Dependiente, cuantitativa , discreta , variable empírica , cardinal de razón, simple. Volumen de agua Dependiente, Dependiente, cuantitativa cuantitativa , continua, variable empírica, variable intermedia, cardinal de razón, compleja. Velocidad de desagüe Dependiente, Dependiente, cuantitativa cuantitativa y continua colectiva Voltaje Perturbaciones externas
3.9
Independiente Independiente cuantitativa y continua Interviniente, cualitativa , cardinal individual
TECNICAS DE RECOLECCION DE DATOS
3.10 TECNICAS DE ANALISIS Y PROCESAMIENTO DE DATOS
2.13.CRONOGRAMA 2.13. CRONOGRAMA
2.14.PRESUPUESTO 2.14. PRESUPUESTO 2.15.REFERENCIAS 2.15.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Katsundo Hitomi . (1994 (1994 ). Automation- its concept concept and a short short history . Septiembre Septiembre 20, 2018 de
Technovation Sitio web: https://www.sciencedirect.co https://www.sciencedirect.com/science m/science/article/pii/0166497294901 /article/pii/0166497294901015 015
[2] Armando Valim. (1994). La Evolución de LabVIEW: Décadas de Desarrollo. Octubre 2,2018, de National Instrument Sitio Sitio web: http://www.ni.com/newsletter/50689/en http://www.ni.com/newsletter/50689/en/#toc4 /#toc4
[3] Sam. (2017). Historia de Arduino. Octubre 2, 2018, de Core Electronics Sitio web: https://coreweb: https://coreelectronics.com.au/tutorials/history electronics.com.au/tutorials/history-of-arduino.html -of-arduino.html
[4] Flores Abraham, C. (2013). Desarrollo de un sistema embebido para el control luminotécnico con tecnología LED. Titulación. Instituto Politécnico Nacional
[5] David kushner. (2011). La fabricación de Arduino. Octubre 03,2018, de IEEE SPECTRUM Sitio web: https://spectrum.ieee.org/ge https://spectrum.ieee.org/geek-life/hands-on/the ek-life/hands-on/the-making-of-arduino -making-of-arduino
[6] National Instruments. (2011). Programación Gráfica. Octubre 03 ,2018, de National Instrument Sitio web: http://www.ni.com/academic/studen http://www.ni.com/academic/students/learnlabview/e ts/learnlabview/esa/gprogramm sa/gprogramming.htm ing.htm
[7] Jose Carlos Huayta Sucasaca Elmer, Elmer, Wilson Suaña Humpire. (2017). “Diseño e implementación implementación de un sistema scada para el control de nivel de agua para uso domótica mediante redes industriales’’. octubre 24, 2018, de universidad nacional del altiplano puno sitio web:
http://repositorio.unap.edu.pe/bitstream/handle/unap/4185/huayta_sucasaca_jose_carlos_sua%c3%b http://repositorio.unap.edu.pe/bitstream/handle/unap/4185/huayta_sucasaca_jos e_carlos_sua%c3%b 1a_humpire_elmer_wilson.pdf?sequence=1&isallowed=y [8] Carlos Hipólito Tapia Ayala - Hector - Hector Mauricio Manzano Yupa. Y upa. (2013). “E valuación valuación de la plataforma Arduino e implementación de un sistema de co ntrol de posición horizontal”. Octubre 24, 2013, de universidad politécnica salesiana sede guayaquil sitio web: https://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/5522/1/ups-gt000511.pdf
