viernes, 29 de octubre de 2010

Hardware Design

The hardware design of the fan controller was more involved than we anticipated. Because we are interfacing several I/O pins with the DC fan motor, we had to use several optoisolators, one for each pin. In particular, the 4-bit DAC required 4 optoisolators just for the input to the DAC alone. This is one of the reasons why we didn't go with a higher resolution DAC.

The circuit was conceived and designed before the lab, and simulated in software. This saved us a considerable amount of time trying out potentially bad ideas and focus on building good ones. Even so, due to the complexity of the circuit, getting the hardware to work correctly was a trying process that took us around 2 weeks. In the process, we went through several optoisolators, opamps and transistors. All circuits were done on breadboards and component boards.

Figure 1. Bird's eye view of the breadboards in an intermediate state
Temperature Monitoring

Temperature monitoring was pretty straightforward as it was already accomplished in Lab 5. However, we are now monitoring 2 temperatures, and hence require twice as much hardware. We chose the LM358 dual opamp as it was in our possession beforehand, and hence was free. More importantly, it was a dual opamp in a DIP-8 package, hence saving us valuable breadboard estate, which as you can see in the above diagram, was large. A gain of 3 was used in both sensors with a 10K resistor dip pack, to raise the voltage output of the LM34 sensors to a higher level. Both sensors were calibrated in software.

Fan Speed Monitoring

Figure 2. Fan tachometer output scope

We supported fan speed monitoring via the tachometer output from standard 3-pin PC case fans. Research was done on what the signal looked like. Contrary to initial speculation, the output isn't a voltage corresponding to fan speed, but rather a pulse of varying period, created by the hall effect sensor within the fan. A 1Kohm pullup resistor to 12V was used to produce a nice clean square wave that is fed into the emitter side of an optoisolator. A 1Kohm resistor was chosen to provide enough current (12V/1000ohm = 12mA) to drive the emitter side of the optoisolator, while keeping the current low enough not to damage the fan tachometer circuit. The collector of the detector side is pulled up to 5V with a resistor in series, and the emitter is fed into the MCU port pin and translated to a fan speed by software.

Temperature/Fan Control

Temperature is controlled by regulating the fan speed of the fan. In user mode, the user has control over the speed of the fan via 2 trimpots (right side of Fig. 1) that directly adjusts the fan supply voltage from ~7-12V. In autonomous mode, Fan 1 is controlled by voltage regulation with a 4-bit R-2R DAC that is optoisolated from the fan motors. An enable pin switches the fan on/off with a TIP31A NPN transistor. When the fan is on, a 4-bit binary value is specified by the MCU with 4 port pins. This value is then converted to a 0-12V voltage by the DAC, with 16 discrete voltages in between. It is then compressed to the 7-12V range with a resistor divider network, and then current boosted with an emitter-follower circuit. The emitter-follower circuit includes a low power 2N3904 NPN transistor and a high power TIP32C PNP transistor. A 0.7V voltage drop is incurred, but this is a design choice. A low-dropout adjustable voltage regulator could have been used instead, but this would cost more at the benefit of losing only 200mV. The fan 2 circuit is identical to fan 1, except the DAC is removed (auto mode is now connected directly to +12V) and the enable bit is now the PWM signal. The circuit is protected against reverse current spikes of the the motors of the 2 fans with a diode. In addition, the MCU is optoisolated from the fan circuit.

A Venable bit was used on the DAC/PWM voltage sources to turn on/off the fans. In the PWM mode, this bit is also used as the PWM signal. It is implemented with a TIP31A transistor acting as a switch, and the signal is optoisolated. A 1K resistor was chosen to provide sufficient current to the optoisolator while not drawing too much current from the prototype. While the original 300ohm resistor worked for the STK-500, the protoboard is apparently unable to support the current draw of the combined output pins.

Switching

Switching between user and auto modes is done with a 12VDC SPDT relay that has a 3A current rating. During the design phase, we explored the use of analog multiplexers, reed relays, high current SPDT IC switches, but ultimately decided to use electromechanical switches as only they had a high enough current rating to support normal DC fans and was economical. The downsides are the slight size increase, the soft clicking sound when a switch occurs, the low switching speeds and the fact that it contains moving parts. None of these are issues for our application though. Since the relay is a motor, it creates a negative current spike on a switch. We placed a diode in parallel with the relay coil to guard against this, as well as optoisolate it from the output port pin.

Switching between wireless mode and HyperTerminal mode is required since both make use of the serial port. It is an inherent design limitation with using the serial port of the MCU, but one that doesn't pose a huge problem. A MAX4053 triple 2:1 analog multiplexer was used to switch between the 2 inputs. The MUX was chosen as it supports both analog low voltage signals as well as CMOS/TTL level signals, and had 3 MUXes for redundancy. The select bit is physically connected to toggle switch that toggles between the 2 modes.

Switching between on and off (or high and low for PWM) for the auto mode is done with a TIP31A NPN transistor as it was free, has a high enough current rating and worked well. A slight voltage drop from 12V is incurred, but this isn't a big problem in our application.

MCU/Protoboards

Figure 3. Protoboards in an intermediate stage

To stay within budget, we opted to use 2 protoboards instead of the STK-500 development board. Testing was done on the STK-500 and then verified on the actual protoboards. Extra hardware such as the DIP sockets and power sockets were soldered on even though they were not needed in the final design. This was done to aid in debugging, for redundancy and "just in case", as the soldering stations were often packed. In the final design, the main unit is powered off a computer power supply unit (PSU) and the remote control unit is powered by a 9V battery.

The remote control unit has 5 buttons that send data to the main control unit in order to control it. Four of these buttons control the threshold temperatures for the 2 fans(up/down), and the 5th switches between user and auto mode. All 5 are connected to port pins of the remote MCU.

RF Wireless

Figure 4. Remote controller unit in action

We used the Radiotronix RCR-433-RP receiver and RCT-433-AS transmitter. The receiver is soldered onto the main unit protoboard, and the datasheet pinouts were connected to the relevant signals. A 0.1uf capacitor was put between Vcc and GND so as to reduce power supply noise. An 18cm antenna was used as it's 1/8 the wavelength of the signal The antenna is decoupled with a 100pf capacitor according to the spec sheet. The additional resistor/inductor RF choke was not connected due to space limitations. The resulting setup worked satisfactorily for our application even without them. The transmitter unit was mounted on the protoboard of the remote control unit. A 0.1uf surface mount capacitor was also placed between Vcc and GND. A similar antenna is used. Vcc was set to be 5V, which provided sufficient signal strength for the required range.

viernes, 17 de septiembre de 2010

ULTRASONIDO




De Wikipedia, la enciclopedia libre
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Un ultrasonido es una onda acústica o sonora cuya frecuencia está por encima delespectro audible del oído humano (aproximadamente 20.000 Hz).

Algunos animales como los delfines y los murciélagos lo utilizan de forma parecida al radaren su orientación. A este fenómeno se lo conoce como ecolocalización. Se trata de que las ondas emitidas por estos animales son tan altas que “rebotan” fácilmente en todos los objetos alrededor de ellos, esto hace que creen una “imagen” y se orienten en donde se encuentran.

Usos

Los ultrasonidos, son utilizados para tanto en aplicaciones industriales (medición de distancias, caracterización interna de materiales, ensayos no destructivos y otros), como en medicina (ver por ejemplo ecografía, fisioterapia, ultrasonoterapia).

En el campo médico se le llama a equipos de ultrasonido a dispositivos tales como el doppler fetal, el cual utiliza ondas de ultrasonido de entre 2 a 3 MHz para detectar la frecuencia cardíaca fetal dentro del vientre materno.

También son utilizados como repelente para insectos. Hay varias aplicaciones para computadoras y celulares, las cuales reproducen una onda acústica como fue explicado anteriormente, la cual molesta a los insectos, en especial a los mosquitos.

sábado, 4 de septiembre de 2010

viernes, 3 de septiembre de 2010



Ultrasonido

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Un ultrasonido es una onda acústica o sonora cuya frecuencia está por encima del espectro audible del oído humano (aproximadamente 20.000 Hz).

Algunos animales como los delfines y los murciélagos lo utilizan de forma parecida al radar en su orientación. A este fenómeno se lo conoce como ecolocalización. Se trata de que las ondas emitidas por estos animales son tan altas que “rebotan” fácilmente en todos los objetos alrededor de ellos, esto hace que creen una “imagen” y se orienten en donde se encuentran.

Usos

Los ultrasonidos, son utilizados para tanto en aplicaciones industriales (medición de distancias, caracterización interna de materiales, ensayos no destructivos y otros), como en medicina (ver por ejemplo ecografía, fisioterapia, ultrasonoterapia).

En el campo médico se le llama a equipos de ultrasonido a dispositivos tales como el doppler fetal, el cual utiliza ondas de ultrasonido de entre 2 a 3 MHz para detectar la frecuencia cardíaca fetal dentro del vientre materno.

También son utilizados como repelente para insectos. Hay varias aplicaciones para computadoras y celulares, las cuales reproducen una onda acústica como fue explicado anteriormente, la cual molesta a los insectos, en especial a los mosquitos.



Fusión fría

En líquidos sometidos a ultrasonidos se forman cavidades que al colapsar producen temperaturas de hasta 30.000 °C. Se ha discutido la posibilidad que en estas cavidades se podría producir la fusión fría. En el colapso también se emite luz, fenómeno conocido como sonoluminiscencia.

La fusión fría es el nombre genérico dado a cualquier reacción nuclear de fusión producida a temperaturas muy inferiores a las necesarias para la producción de reacciones termonucleares (millones de grados Celsius).

De manera común, el nombre se asocia a experimentos realizados a finales de los 80 en células electrolíticas en los que se sugería que se podía producir la fusión de deuterio en átomos de helio produciendo grandes cantidades de energía. Estos experimentos fueron publicados en la revista científica Nature pero la fusión fría como tal fue descartada al poco tiempo por otros equipos constituyendo el artículo de Nature uno de los fraudes más escandalosos de la ciencia en los tiempos modernos



lunes, 23 de agosto de 2010

VRML

gual que el HTML nos sirve para maquetar páginas web, VRML sirve para crear mundos en tres dimensiones a los que accedemos utilizando nuestro navegador, igual que si visitasemos una página web cualquiera, con la salvedad que nuestras visitas no se limitan a ver un simple texto y fotografías, sino que nos permite ver todo tipo de objetos y construcciones en 3D por los que podemos pasear o interactuar.

Este modo de visitar sitios en Internet es mucho más avanzado y posee grandes ventajas. Para empezar la navegación se desarrolla de una manera mucho más intuitiva, dado que la forma de actuar dentro del mundo virtual es similar a la de la vida real. Podemos movernos en todas las direcciones, no solo izquierda y derecha sino también adelante, atrás, arriba y abajo. Podemos tratar con los objetos como en la vida misma, tocarlos, arrastrarlos, etc. y en general todo lo que podais imaginar. También los escenarios son mucho más reales, pensemos en un ejemplo como podría ser una biblioteca virtual. En élla podríamos andar por cada una de las salas, tomar determinados libros y leerlos.

A la larga, el acceso a Internet se ha de convertir en una experiencia mucho más cercana a la que realizamos en la vida y las visitas a los lugares retratados en la Red serán mucho más reales. Sin embargo, en la actualidad VRML presenta muchas limitaciones con respecto a sus potencialidades, que se irán cubriendo con la llegada de máquinas más potentes y periféricos avanzados para la realidad virtual como pueden ser guantes o cascos.

Un poco de historia

El VRML surgió en la primavera de 1994, durante una reunión convocada por Tim Berners-Lee y Dave Ragget para tratar de acercar los desarrollos de realidad virtual a Internet. En esta reunión los asistentes llegaron a la conclusión que se tenía que desarrollar un lenguaje común para la descripción de los mundos en 3D.

De este modo, en la Primera Conferencia Mundial de la WWW en Ginebra se aprobó el desarrollo de un nuevo lenguaje que permitiese crear mundos en tres dimensiones a los que se pudiera acceder por la World Wide Web.

Con el tiempo se desarrolló el lenguaje dentro de varios requisitos: que fuese adaptable a la red, que no requiriese una línea de alta velicidad (anchos de banda elevados), que fuese multiplataforma, etc.

Materiales necesarios

Los materiales necesarios para comenzar con VRML son pocos, y posiblemente ya tengamos, sin saberlo, todos los ingredientes para introducirnos en el desarrollo y edición de mundos virtuales. Estos son:

* Un editor de textos sencillo. El Block de notas es ideal. También valdrá cualquier otro editor en modo ASCII. También podemos utilizar editores especializados como el VRML PAD.
* Un visualizador VRML para ver los resultados, que se instala en el navegador como cualquier otro plug-in. Posiblemente tu navegador ya esté preparado para ver los mundos en VRML, si no es así, tienes que instalarlo. Un visualizador muy conocido es el Cosmo Player.

Ejemplo de VRML

El archivo que contiene el código VRML es un fichero de texto. Este deberá ser guardado con extensión .wrl para ser reconocido por el navegador como archivo fuente de un mundo virtual.

Para su posterior visualización simplemente habrá de abrirse con el navegador. Si nuestro visualizador se encuentra correctamente instalado se encargará de mostrar el mundo y podremos interaccionar con el.

Podemos visitar este enlace para ver un mundo en VRML, si es que tenemos instalado el visor. Si no es así no podremos ver el mundo virtual hasta que no lo hayamos instalado.

jueves, 19 de agosto de 2010

Esfuerzos para combatir la polución
Desde los años 50 ya se planteaba la necesidad de tratar las aguas residuales. Sin embargo, es sólo hasta la década del 90 del siglo pasado que se toman acciones concretas en este sentido.


El río Bogotá formando el salto del Tequendama.Planta de Salitre. En 1994 el distrito capital entrega en concesión la construcción, operación, mantenimiento y transferencia de la primera fase de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) Salitre hasta el año 2027 a la multinacional francesa Suez Lyonnaise des Eaux - Degrémont. Esta PTAR se encarga de tratar las aguas residuales de la zona norte de la capital (cuencas del río Juan Amarillo o Salitre, humedales Torca y la Conejera) con una población aproximada de 2.200.000 habitantes y 13815 has de área. Allí las obras de diferenciación de alcantarillado pluvial y residual estaban más adelantadas, por tal razón se define iniciar por la zona norte, que además es una cuenca principalmente doméstica. La planta El Salitre inicio operación en septiembre de 2000, con un tratamiento primario químicamente asistido, una capacidad media de tratamiento de 4 m³/s y remociones de 40% de DBO5 y 60% de sólidos suspendidos totales. Para 2004 el esquema de concesión privada se reversa y el distrito capital aduciendo sobrecostos en la operación, asume la propiedad, dejando en manos de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá la responsabilidad de operar y administrar esta primera fase de la planta de tratamiento.

Plantas en la cuenca alta. Se han construido una serie de plantas de tratamiento de aguas residuales en la cuenca alta del río. Desafortunadamente los municipios que tenían la responsabilidad de operar y mantener estas plantas no lo hicieron por falta de interés y de capacidad. Por eso la Corporación Ambiental Regional (CAR) de Cundinamarca tenia que operar estas plantas, a pesar de que la misma institución está encargada de la regulación ambiental en la misma cuenca.

Proyecto de saneamiento del río Bogotá. Según los planes iniciales planteados en la década del 90, el esquema de tratamiento del río consistiría en la construcción de tres PTAR con tratamiento secundario: PTAR Salitre, PTAR Fucha y PTAR Tunjuelo, que serían asumidas por la misma multinacional francesa en caso de haberse mantenido el planteamiento inicial. Pero a partir del cambio de enfoque en 2004, el actual proyecto de saneamiento del río Bogotá se presenta en lo siguientes términos: Instalación de tratamiento secundario y ampliación a 8m3/s en la PTAR Salitre, desinfección del agua tratada y uso de la misma para riego agrícola en la zona de la Sabana Occidente; adecuación del sistema de alcantarillado en las cuencas de los ríos Fucha, Tunjuelo y Soacha y transferencia de las aguas residuales de estas tres cuencas por medio de un sistema de interceptores y estaciones elevadoras a una gran planta en el sur de la ciudad, llamada PTAR Canoas, con tratamiento primario y una capacidad de 17,8 m³/s.

El proyecto tiene tres fases:

1. Mejorar el tratamiento de aguas negras en pequeños municipios en la cuenca alta.
2. Mejorar la calidad de agua en el área metropolitana de Bogotá mientras la expansión de la planta de Salitre; la intercepción de las aguas negras del resto de la ciudad transferiendolo abajo de Bogotá; y el mejoramiento de la protección contra inundaciones.
3. Construcción de la planta de Canoas (14 m³/s). Dado los costos de la planta de Canoas, está previsto de incrementar los niveles de tratamiento gradualmente.[4]

El costo total de la planta de Canoas se estima a US$1,100 millones, y el costo de la primera fase para el cual el financiamiento ha sido asegurado en 2009 sera de US$363 millones. Se prevé que todas las obras deben estar en operación entre 2021 y 2025.[5]
Esfuerzos para combatir la polución
Desde los años 50 ya se planteaba la necesidad de tratar las aguas residuales. Sin embargo, es sólo hasta la década del 90 del siglo pasado que se toman acciones concretas en este sentido.


El río Bogotá formando el salto del Tequendama.Planta de Salitre. En 1994 el distrito capital entrega en concesión la construcción, operación, mantenimiento y transferencia de la primera fase de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) Salitre hasta el año 2027 a la multinacional francesa Suez Lyonnaise des Eaux - Degrémont. Esta PTAR se encarga de tratar las aguas residuales de la zona norte de la capital (cuencas del río Juan Amarillo o Salitre, humedales Torca y la Conejera) con una población aproximada de 2.200.000 habitantes y 13815 has de área. Allí las obras de diferenciación de alcantarillado pluvial y residual estaban más adelantadas, por tal razón se define iniciar por la zona norte, que además es una cuenca principalmente doméstica. La planta El Salitre inicio operación en septiembre de 2000, con un tratamiento primario químicamente asistido, una capacidad media de tratamiento de 4 m³/s y remociones de 40% de DBO5 y 60% de sólidos suspendidos totales. Para 2004 el esquema de concesión privada se reversa y el distrito capital aduciendo sobrecostos en la operación, asume la propiedad, dejando en manos de la Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá la responsabilidad de operar y administrar esta primera fase de la planta de tratamiento.

Plantas en la cuenca alta. Se han construido una serie de plantas de tratamiento de aguas residuales en la cuenca alta del río. Desafortunadamente los municipios que tenían la responsabilidad de operar y mantener estas plantas no lo hicieron por falta de interés y de capacidad. Por eso la Corporación Ambiental Regional (CAR) de Cundinamarca tenia que operar estas plantas, a pesar de que la misma institución está encargada de la regulación ambiental en la misma cuenca.

Proyecto de saneamiento del río Bogotá. Según los planes iniciales planteados en la década del 90, el esquema de tratamiento del río consistiría en la construcción de tres PTAR con tratamiento secundario: PTAR Salitre, PTAR Fucha y PTAR Tunjuelo, que serían asumidas por la misma multinacional francesa en caso de haberse mantenido el planteamiento inicial. Pero a partir del cambio de enfoque en 2004, el actual proyecto de saneamiento del río Bogotá se presenta en lo siguientes términos: Instalación de tratamiento secundario y ampliación a 8m3/s en la PTAR Salitre, desinfección del agua tratada y uso de la misma para riego agrícola en la zona de la Sabana Occidente; adecuación del sistema de alcantarillado en las cuencas de los ríos Fucha, Tunjuelo y Soacha y transferencia de las aguas residuales de estas tres cuencas por medio de un sistema de interceptores y estaciones elevadoras a una gran planta en el sur de la ciudad, llamada PTAR Canoas, con tratamiento primario y una capacidad de 17,8 m³/s.

El proyecto tiene tres fases:

1. Mejorar el tratamiento de aguas negras en pequeños municipios en la cuenca alta.
2. Mejorar la calidad de agua en el área metropolitana de Bogotá mientras la expansión de la planta de Salitre; la intercepción de las aguas negras del resto de la ciudad transferiendolo abajo de Bogotá; y el mejoramiento de la protección contra inundaciones.
3. Construcción de la planta de Canoas (14 m³/s). Dado los costos de la planta de Canoas, está previsto de incrementar los niveles de tratamiento gradualmente.[4]

El costo total de la planta de Canoas se estima a US$1,100 millones, y el costo de la primera fase para el cual el financiamiento ha sido asegurado en 2009 sera de US$363 millones. Se prevé que todas las obras deben estar en operación entre 2021 y 2025.[5]