UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE QUITO FACULTAD DE INGENIERÍAS CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA PROTOTIPO PARA UNA ESTACIÓN AGROMETEREOLÓGICA
Tesis previa a la obtención del Título de: INGENIERO ELÉCTRICO
AUTOR:
MARCO ALBERTO ESCOBAR MOROCHO
DIRECTOR:
ING. ESTEBAN INGA
Quito 2009
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
CERTIFICADO
Ing. Esteban Inga.
CERTIFICA: Haber dirigido y revisado el desarrollo de todos y cada uno de los capítulos del informe de tesis, así como la construcción, montaje y funcionamiento del SISTEMA PROTOTIPO PARA UNA ESTACIÓN AGROMETEREOLÓGICA realizada por el Sr. ESCOBAR MOROCHO MARCO ALBERTO, previo a la obtención del título de Ingeniero Eléctrico en la Facultad de Ingenierías.
Quito, Marzo del 2009 ________________________ Ing. Esteban Inga.
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DEDICATORIA
La culminación de este trabajo es un peldaño más en mi vida, resultado de un gran esfuerzo de mis padres y mío, por ende este trabajo va dedicado con mucho cariño a ellos por su esfuerzo diario y sacrificio en bienestar de sus hijos, que DIOS
los
bendiciones.
cuide
y
les
llene
de
U.P.S.
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AGRADECIMIENTO
Cabe agradecer a todas las personas que han hecho posible la culminación de este trabajo, a aquellos que me han enseñado desde las cosas más básicas hasta las más complejas, a los que me han dado lecciones de vida. Como no mencionar a mi linda esposa Pao que siempre ha estado junto a mí en todo momento. A mi hermano Marcelo un ejemplo a seguir, a Ceci a Pablo los quiero mucho. A mis amigos Marcelo G., Mashe, Pato, Wilson, Paul.
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TEMA: DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA PROTOTIPO PARA UNA ESTACIÓN AGROMETEREOLÓGICA PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Conocer la importancia que representa el conocimiento de la incidencia de los factores y elementos climáticos en la producción agropecuaria, puede determinar el éxito o fracaso de la misma. Es intención de toda ciencia, aplicar sus observaciones y experimentos de laboratorio a sus campos de trabajo para poder llegar a conclusiones verídicas. La meteorología, aporta una serie de informaciones que son de vital importancia en la planificación de empresas dedicadas a la explotación agrícola.
Dependiendo del comportamiento de los elementos climáticos se puede determinar que variedades de seres vivos se pueden establecerse en un lugar, esto debido a que cada especie; sea animal o vegetal, requiere de condiciones climáticas específicas para un rendimiento óptimo.
De allí la necesidad de la medición de las variables atmosféricas, mismas que son parte de la observación meteorológica. Estas mediciones son en esencia mediciones físicas, que a lo largo de la historia el ser humano se ha ideado formas, maneras e instrumentos de cuantificarlas. Se han construido inicialmente instrumentos mecánicos para efectuar las mediciones.
En general en nuestro país el sector agropecuario en su gran mayoría utiliza formas empíricas para intuir las tendencias climáticas que de alguna manera han guiado los procesos de producción, o partiendo de una información bastante general de una red meteorológica, que consta de estaciones con personal ubicadas en sitios definidos con
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sus consecuentes limitaciones; pues la información obtenida es cierta en un 100% para el sector en el que está ubicada la estación, y por otro lado el observador humano es quien forma parte activa en el proceso de medición, pudiendo este introducir errores de apreciación o registro de la información adquirida.
JUSTIFICACIÓN: La finalidad de este trabajo es suministrar a sectores, vinculadas con la actividad agrícola, información actualizada y específica de las variables climáticas de su entorno y poder analizar el efecto de estas en la producción y productividad agrícola, con el fin de poder formular y desarrollar eficientemente los planes y orientar las políticas del sector agrario.
Dentro de este contexto la disponibilidad de equipos que puedan registrar estas variables son limitados de allí la necesidad de construir un equipo que pueda medir estas y poder registrarlas en un computador como referencia a futuro.
ALCANCE: Diseñar y construir un prototipo de una estación agrometereológica experimental para poder cuantificar e interpretar las variables físicas atmosféricas que influyen directa o indirectamente en el proceso de producción agrícola con las siguientes características:
Se diseñara y seleccionara los diferentes sensores para poder determinar la temperatura, velocidad y dirección del viento, humedad y precipitación.
Construir una tarjeta electrónica que alojara un microcontrolador la cual servirá de interface entre los sensores y el computador.
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Se programara el microcontrolador para que este interprete las señales de los sensores y las envíe hacia el computador mediante una conexión serial PC – Tarjeta electrónica.
Se desarrollara el software (LabVIEW) una interface de usuario en el cual se observara y registrara las variables adquiridas por todos los sensores.
OBJETIVO GENERAL: Diseñar y construir una estación meteorológica para poder determinar las condiciones meteorológicas a través de sensores la temperatura, humedad, velocidad y dirección del viento y precipitaciones en un determinado sector.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Implementar un sistema de adquisición de datos basada en un microcontrolador PIC, que se constituya en el CPU de la estación meteorológica, que maneje entradas análogas y digitales que posibiliten obtener información de los sensores con sus respectivos transductores con el fin de poder determinar la temperatura, humedad relativa, velocidad y dirección del viento además de los datos que entreguen los instrumentos a construirse en el presente proyecto.
Diseñar un programa de fácil manejo para poder desde un PC monitorear, almacenar y registrar las variables medidas por la estación meteorológica a construirse, haciendo uso del software LabVIEW.
HIPÓTESIS: El diseño y construcción del sistema prototipo para la estación agrometereológica hará posible determinar las condiciones meteorológicas específicas de un determinado sector, su cuantificación, registro, análisis y sus implicaciones en el entorno a través de sensores de temperatura, humedad, velocidad y dirección del viento y precipitaciones.
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METODOLOGÍA: Para el desarrollo del presente trabajo se utilizará el método deductivo, partiendo de la observación para poder determinar las necesidades y condiciones en las que se ubicara la estación para luego de una manera experimental seguir desarrollando los demás componentes de nuestro sistema.
CONTENIDO DEL PROYECTO: I
INTRODUCCIÓN.
1.1 Antecedentes 1.2
Bases de Meteorología
1.3
Estaciones meteorológicas
II
ELEMENTOS
QUE
CONFORMAN
UNA
METEOROLÓGICA 2.1
Esquema funcional básico de una estación meteorológica.
2.2
Variables de interés a medirse e Instrumentos
2.2.1 Temperatura. 2.2.2 Humedad. 2.2.3 Velocidad y dirección del viento. 2.2.4 Precipitación. 2.3
Adquisición electrónica de señales de los sensores e instrumentos.
2.3.1 Microcontroladores PIC 2.4
Interface del usuario
2.4.1 LabVIEW.
ESTACIÓN
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III 3.1
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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE LA ESTACIÓN METEOROLÓGICA Determinación de las necesidades y condiciones en las que se ubicara la estación meteorológica.
3.2
Diseño y construcción del hardware de la estación meteorológica.
3.3
Implementación del software de la estación meteorológica.
IV
PRUEBAS DE LA ESTACIÓN METEOROLÓGICA.
4.1
Toma de datos
4.2
Análisis de datos.
4.3
Reportes y publicación de datos en la Web.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. BIBLIOGRAFÍA.
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RESUMEN
El objetivo de este proyecto es precisamente determinar las variables meteorológicas más básicas, registrarlas almacenarlas para posteriormente realizar un análisis de los datos muestreados y estadísticamente poder determinar
cualquier variación anual,
mensual, diaria o en tiempo real mediante una aplicación de manejo sencillo desarrollada en LabView, de fácil uso y amigable con el usuario, todo este trabajo se ha dividido en cuatro capítulos que a continuación se detalla cada uno de ellos.
En el primer capítulo se describe la naturaleza de la atmosfera terrestre, los elemento que la constituyen los conceptos y diferencias entre tiempo y clima, el clima en las diferentes regiones de nuestro país, los definiciones básicas, unidades de medida o escalas de las variables consideradas como es la temperatura, humedad, velocidad del viento, dirección del viento y la precipitación. Terminando con visión general de la meteorología y la descripción del las estaciones instaladas en el Ecuador indicando su ubicación el tipo de instalación.
El segundo capítulo muestra la clasificación de las estaciones meteorológicas y define el tipo de estación a construirse, también se detalla la construcción del hardware y de las diferentes tarjetas que lo constituyen dando una descripción general y especifica de todos los sensores utilizados y el tipo de acoplamiento de cada uno de ellos. Una vez definidas las señales de los sensores se describe el tipo de Microcontrolador utilizado y el tipo de comunicación utilizada con el PC, se realiza también una breve descripción del entorno de programación LabView y el modelos de referencia OSI.
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En el capítulo tercero se detalla el diseño final y el montaje de cada una de las tarjetas en el tablero también se describe con un diagrama de flujo la programación del PIC y el programa en Micro BASIC del mismo. En el capítulo final se detalla la jerarquía de los diferentes Vis, descripción de todos y cada uno de los paneles frontales y diagramas de bloques pruebas, ajustes y el manual de usuario de la estación ETM-001.
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ÍNDICE GENERAL 1. INTRODUCCIÓN A LAS ESTACIONES METEOROLÓGICAS
……………..1
1.1 ANTECEDENTES .................................................................................................... 1 1.2 BASES DE METEOROLOGÍA ................................................................................ 2 1.2.1 NATURALEZA DE LA ATMÓSFERA TERRESTRE .......................................................... 2 1.2.2 DEFINICIONES
DE TIEMPO Y CLIMA ......................................................................... 4
1.2.3 CLIMA EN EL ECUADOR............................................................................................ 5 1.3
ESTACIONES METEOROLÓGICAS………….………………………………7
1.3.1 ELEMENTOS DEL TIEMPO……......................................................................... 7 1.3.2 TEMPERATURA DEL AIRE ................................................................................ 7 1.3.2.1 Escalas de temperatura ......................................................................................... 8 1.3.3 HUMEDAD Y VAPOR DE AGUA ................................................................................. 9 1.3.3.1 Fuentes de la humedad admósferica .................................................................. 10 1.3.3.2 Factores que afectan la evaporización ................................................................ 11 1.3.3.3 La humedad y su medición................................................................................. 12 1.3.4 NUVES, FORMACIÓN Y EFECTOS ............................................................................. 15 1.3.5 LLUVIA Y PRECIPITACIÓN ....................................................................................... 17 1.3.5.1 Formas de precipitación ..................................................................................... 17 1.3.6 VIENTO .................................................................................................................. 19 1.3.6.1 Clasificación de los vientos………………………….…………………………. 20 1.3.6.2 Escala del viento de Beaufort ............................................................................. 22 1.3.6.3 Dirección de viento ........................................................................................... 23 1.3.7 DIVISIÓN DE LA METEOROLOGÍA .................................................................. 23 1.3.8 OBSERVACIONES METEOROLÓGICAS.......................................................... 24 1.3.9 RED DE ESTACIONES METEOROLÓGICAS DEL ECUADOR. ...................... 28
2.
ELEMENTOS
QUE
CONFORMAN
UNA
ESTACIÓN
ESTACIÓN
METEOROLÓGICA AUTOMÁTICA. ………………………….……………….……31
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2.1 ESQUEMA FUNCIONAL DE UNA ESTACIÓN METEREOLÓGICA AUTOMÁTICA……………….. ................................................................................... 31 2.2.1 CLASIFICACIÓN DE LAS ESTACIONES METEOROLÓGICAS AUTOMÁTICAS. ............... 32 2.2 ESQUEMA GENERAL DEL RPOTOTIPO ESTACIÓN METEOROLÓGICA ETM- 001................................................................................... 32 2.2.1 DESCRIPCIÓN DE TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS ETM-001. ......................... 33 2.2.1.1 Sensor de temperatura ........................................................................................ 34 2.2.1.2 Sensor de humedad............................................................................................. 37 2.2.1.3 Velocidad del viento........................................................................................... 40 2.2.1.4 Dirección del viento (veleta) .............................................................................. 42 2.2.1.5 Medida de la precipitación (Pluviómetro) .......................................................... 44 2.3 ADQUISICIÓN DE SEÑALES CON EL MICROCONTROLADOR.............. 45 2.3.1 MICROCONTROLADORES. ....................................................................................... 45 2.3.1.2 Características del PIC 16F877A ....................................................................... 52 2.3.1.3 Etapa de visualización. ....................................................................................... 56 2.3.2 COMUNICACIÓN SERIAL. ........................................................................................ 57 2.3.3 MODELO DE REFERENCIA OSI ................................................................................ 59 2.3.3.1 Capa física .......................................................................................................... 60 2.3.3.2 Capa de enlace .................................................................................................... 60 2.3.3.3 Capa de Red ....................................................................................................... 61 2.3.3.4 Capa de Transporte............................................................................................. 62 2.3.3.5 Capa de Sesión ................................................................................................... 63 2.3.3.6 Capa de Presentación ......................................................................................... 63 2.3.3.7 Capa de Aplicación ............................................................................................ 64
3.
DISEÑO,
IMPLEMENTACIÓN
Y
MONTAJE DE LA ESTACIÓN
METEOROLÓGICA ETM-001………………………………………………………..65 3.1 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL HADWARE.............................................. 65 3.1.1 ETM001-A ............................................................................................................ 66 3.1.2 ETM001-C ............................................................................................................ 67
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3.1.3 ETM001-D ............................................................................................................ 68 3.1.4 ETM001-E ............................................................................................................ 68 3.2 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SOFTWARE....................................... 69 3.2.1 DESCRIPCIÓN DE LA PROGRAMACIÓN DEL MICROCONTROLADOR PIC 16F877A .... 69 3.2.1.1 Diagrama de flujo de la programación ............................................................... 71 3.2.1.2 Programación del PIC en Micro Basic ............................................................... 71 3.2.2 LAB VIEW ............................................................................................................. 85 3.2.2.1 Descripción de la programación Lab View para monitoreo de variables .......... 85 3.2.2.2 Estación de monitoreo ........................................................................................ 86 3.2.3 BASE DE DATOS B.D. .............................................................................................. 93 3.2.3.1 Gestor de base de datos ...................................................................................... 93 3.2.3.2 SQL(Structured Query Lenguage) ..................................................................... 93 3.2.3.3 Open Database Connectivity(ODBC) ................................................................ 97
4. INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DEL SISTEMA ETM-001……………………99 4.1
ESPECIFICACIONES DEL HARDWARE …………………………………...99
4.1.1 DETALLE DE LOS DISPOSITIVOS ............................................................................ 101 4.2 INSTALACIÓN DEL SOFTWARE...................................................................... 102 4.2.1 CONFIGURACIÓN DEL SOFTWARE ETM - 001 ....................................................... 104 4.2 REPORTE IMPRESO Y HTML............................................................................ 107
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura1.1 a) Registrador meteorológico, b) Estación meteorológica automática con interface serial y conexión a periféricos para representación de datos………………………….……...2 Figura1.2 Distribución de los gases en la atmósfera….…………………………….…….….3 Figura1.3 Capas de la atmósfera ………………….…………………………………………5 Figura1.4 Zonas climáticas del Ecuador ………………….…………………………………6 Figura1.5 Relación de las escalas de temperatura ………..………………………………….9 Figura1.6 Rosa de los vientos………………….. ………..………………………………...23 Figura 2.1 Esquema básico de una estación meteorológica ……………………………..…31 Figura 2.2 Estación meteorológica automática ETM-001 …………………………….…...33 Figura 2.3 Diagrama de bloques ETM-001……………………………………….…….….34 Figura 2.4 Estructura funcional del acondicionamiento de la señal de la PT-100 ……......36 Figura 2.5 Circuito electrónico de acondicionamiento de la señal ……..……….…….......37 Figura 2.6 Disposición del material en sensor inductivo ……………...………………..…38 Figura 2.7 Esquema del acondicionamiento de la señal sensor HIH-4000 .…...................39 Figura 2.8 Acondicionamiento y ajuste de cero y spam del sensor HIH-4000……………40 Figura 2.9 Esquema básico de un sensor de tipo inductivo ………………...….................40 Figura 2.10 Anemómetro de cazoleta o hélice …………………………………….………41 Figura 2.11 Esquema del acondicionamiento de la señal del sensor inductivo ……..…....42 Figura 2.12 Acondicionamiento de la señal de un sensor inductivo …………….………..42 Figura 2.13 Discos de un codificador angular ………………………….…………………43 Figura 2.14 Esquema para determinar la dirección del viento (veleta) mediante un codificador angular ……………………..……………………………………………….....44 Figura 2.15 Esquema de un pluviómetro controlador por un relé de nivel vacio-lleno y desalojo del liquido mediante electroválvula ……………..…………………………….....45
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Figura 2.16 Esquema básico de un microcontrolador …………………………..................46 Figura 2.17 Arquitectura VON-NEUMAN.……………………………………………..…48 Figura 2.18 Arquitectura HARVARD …………………………………………………..…48 Figura 2.19 Distribución de patillas del microcontrolador PIC 16F877A …………………53 Figura 2.20 Esquema de conexión del LCD controlado con el PIC 16F877A ………….…56 Figura 3.1 Disposición de los elementos en la caja plástica ………….…………..………..66 Figura 3.2 Placa base ETM001-A …………………………………….….…………..….....67 Figura 3.3 Placa LCD ETM001-C ……………………………………….………………...67 Figura 3.4 Placa de entradas digitales, encoder y sensor inductivo ………………………..68 Figura 3.5 Placa de entradas análogas ……………………………………………...……...69 Figura 3.6 Diagrama de flujo de la programación. ………………………………..…...…..71 Figura 3.7 Jerarquía del Programa ETM-001 ………………………………………...…....86 Figura 3.8 Pantalla principal de inicio ……………………………………...….…………..87 Figura 3.9 Diagrama de bloques de manejo de pantallas ……………….……………….....88 Figura 3.10 Pantallas principal, configuración, históricos y reportes …………..……….…89 Figura 3.11 Diagrama de bloques manejo de string de datos PIC ……………..……….….90 Figura 3.12 Arreglo de string inicio y fin del dato recibido ………………………….........91 Figura 3.13 Diagrama de bloques grafica de históricos ………………………………..…..91 Figura 3.14 Diagrama de bloques Conexión SQL lectura y escritura de datos …...….....…92 Figura 4.1 Disposición de los diferentes sensores y actuadores en la estación ETM-001 …………………………………………………………………..…..…………100 Figura 4.2 Instalación y montaje de los sensores de temperatura y humedad ..……….....101 Figura 4.3 Ajuste y fijación del anemómetro y veleta ………………………….…….......101 Figura 4.4 Instalación del software ETM – 001……………………………………...103 Figura 4.5 Pantalla de inicio ETM – 001………………………………….………….103
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Figura 4.6 Creación de un archivo en ACCESS ………………..…….………………..…104 Figura 4.7 Conexión ODBC ACCESS …………………………….….………….............105 Figura 4.8 Configuración ODBC…………………………………………...…….…..105 Figura 4.9 Pantalla de configuraciones………………………………………….……106 Figura 4.10 Histórico de variables……………………………………….….…...…...106 Figura 4.11 Pantalla de reportes y reporte HTML generado…………….….……......107 Figura 4.12 Botones del LCD……………………………………………….……….107
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. 1 Escala de viento ………………………………………………..……………..…22 Tabla 1. 2 Clasificación de las estaciones meteorológicas ………………….……………..25 Tabla 1. 3 Número de estaciones por institución de la REME ……………….…...……….29 Tabla 2.1 Resistividad y Coeficiente Térmico …………………………..……….………...35 Tabla 2.2 Pines del Microcontrolador ……………………………………..………….…...56 Tabla 2.3 Pines del LCD ………………………………………………….……………….57 Tabla 2.4 Capas del modelo OSI …………………………………………………..………64 Tabla 3.1. Micro controlador Pic 16F877A ……………………………..……….………..70 Tabla 3.2. Comandos DLL ………………….…………………………..……….………..94 Tabla 3.3. Comando DML………………..……………………………..……….………..95 Tabla 3.4. Clausulas ……………………...……………………………..……….………..95 Tabla 3.5. Operadores lógicos…………………………………………..……….………..96 Tabla 3.6. Operadores de comparación …………………….…………..……….………..96 Tabla 3.7. Funciones de agregado ………….…………………………..……….………..97
CAPÍTULO I
1. INTRODUCCIÓN A LAS ESTACIONES METEOROLÓGICAS 1.1 ANTECEDENTES En los últimos años el estudio del aire se amplió en todos sus aspectos, desde la superficie del suelo hasta el espacio exterior, han sido objeto de una minuciosa investigación. Este gran volumen de conocimientos constituye lo que denominamos ciencias de la atmosfera, mientras que la denominación, meteorología, se aplica comúnmente a la atmosfera interior y a los cambios que en ella continuamente tienen lugar.1
1
(CATALA DE ALEMANY Joaquin, Metereology, McGraw - Hill, 1978)
1
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Figura1.1 a) Registrador meteorológico, b) Estación meteorológica automática con interface serial y conexión a periféricos para representación de datos.
En este estudio haremos énfasis en la atmosfera interior, por ser esta la región que más directamente a todos nos afecta. La meteorología es una ciencia poco conocida, y aunque la mayoría de las personas hablan frecuentemente del "tiempo", poseen muy vagas nociones de esta parte de la física de la atmósfera. Así mismo, se mezclan términos como clima, climatología, meteorología, etc., cuyas diferencias se explican más adelante.
1.2 BASES DE METEOROLOGÍA
1.2.1 Naturaleza de la atmósfera terrestre “La atmosfera es una mezcla de gases que rodea a la tierra. La atmósfera terrestre está constituida principalmente por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%). El 1% restante lo forman el argón (0,9%), el dióxido de carbono (0,03%), distintas proporciones de vapor de agua, y trazas de hidrógeno, ozono, metano, monóxido de carbono, helio, neón, kriptón y xenón. ” 2
2
(INZUNSA Juan Carlos, METEREOLOGIA DESCRIPTIVA, Departamento de fisica de la Atmosfera, Universidad de COCEPCION)
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Figura1.2 Distribución de los gases en la atmósfera
La atmósfera se divide en varios niveles. En la capa inferior, la troposfera, la temperatura suele bajar 5,5 °C por cada 1.000 metros. Es la capa en la que se forman la mayor parte de las nubes. La troposfera se extiende hasta unos 16 km en las regiones tropicales (con una temperatura de -79 °C) y hasta unos 9,7 km en latitudes templadas (con una temperatura de unos -51 °C). A continuación está la estratosfera. En su parte inferior la temperatura es prácticamente constante, o bien aumenta ligeramente con la altitud, especialmente en las regiones tropicales. Dentro de la capa de ozono, aumenta más rápidamente, con lo que, en los límites superiores de la estratosfera, casi a 50 km sobre el nivel del mar, es casi igual a la de la superficie terrestre. El estrato llamado mesosfera, que va desde los 50 a los 80 km, se caracteriza por un marcado descenso de la temperatura al ir aumentando la altura.
Gracias a las investigaciones sobre la propagación y la reflexión de las ondas de radio, sabemos que a partir de los 80 km, la radiación ultravioleta, los rayos X y la lluvia de electrones procedente del Sol ionizan varias capas de la atmósfera, con lo que se convierten en conductoras de electricidad. Estas capas reflejan de vuelta a la Tierra ciertas frecuencias de ondas de radio. Debido a la concentración relativamente elevada de iones en la atmósfera por encima de los 80 km, esta capa, que se extiende hasta los 640 km, recibe el nombre de ionosfera. También se la conoce como termosfera, a causa de las altas temperaturas (en torno a los 400 km se alcanzan unos 1.200 °C). La región que hay más allá de la ionosfera recibe el
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nombre de exosfera y se extiende hasta los 9.600 km, lo que constituye el límite exterior de la atmósfera. 3
Figura1.3
Capas de la atmosfera
1.2.2 Definiciones de tiempo y clima La meteorología es la ciencia que estudia el tiempo y el clima. Su objetivo es el entendimiento de los procesos físicos y químicos que determinan el estado dinámico de la atmósfera en escalas espacial y temporal. Los progresos en el conocimiento de esta ciencia son de vital importancia para el desenvolvimiento de cualquier país, en especial en los sectores agrícolas, energético, transportes, etc. y sobre todo la conservación del medio ambiente.4
Lo primero que debemos aclarar son los conceptos de tiempo y clima, que hacen referencia a escalas temporales diferentes.
3 4
http://www.geocities.com/geocienciasmx/estructura.htm www.nimbus.com.uy
4
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El tiempo se define como el estado de la atmósfera en un determinado momento. Se toma en cuenta la humedad (absoluta y relativa), la temperatura y la presión, en un determinado lugar y momento. Como cada uno de los instantes son más o menos prolongados en el tiempo, y en extensión, se le denomina tipo de tiempo. Estos tipos de tiempo atmosférico cambian con el paso de las horas y los días; pero tienden a repetirse tipos de tiempo atmosférico similares en ciclos anuales y en las mismas fechas aproximadamente. A esa repetición anual de tipos de tiempo es a lo que llamamos clima.
El clima es, pues, la sucesión de tipos de tiempo que tienden a repetirse con regularidad en ciclos anuales. Cuando una región, ciudad, ladera, etc., tiene un clima diferenciado del clima zonal decimos que es un topoclima. Además, llamamos microclima al que no tiene divisiones inferiores, como el que hay en una habitación, debajo de un árbol o en una determinada esquina de una calle.
El clima tiende a ser regular en períodos de tiempos muy largos, incluso geológicos, lo que permite el desarrollo de una determinada vegetación y un suelo perfectamente equilibrado, suelos climáticos. Pero, en periodos de tiempo geológicos, el clima también cambia de forma natural, los tipos de tiempo se modifican y se pasa de un clima otro en la misma zona. 5
1.2.3 Clima en el Ecuador Las cuatro regiones ecuatorianas presentan diferentes características climáticas determinadas básicamente por su altitud y ubicación. La cordillera de los Andes y la influencia marítima influyen en cada zona, generando incluso microclimas determinados. La Costa presenta una estación lluviosa entre diciembre y mayo;
5
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0151-01/capitulos/cap2.htm
5
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seca de junio a noviembre. Allí la temperatura oscila entre 23 y 36 grados centígrados, aproximadamente. La Sierra se caracteriza por su clima lluvioso y frío de noviembre a abril y seco de mayo a octubre, con temperaturas entre 13 y 18 grados centígrados. En la Amazonia, el clima se muestra lluvioso y húmedo de enero a septiembre y seco de octubre a diciembre. El termómetro marca entre 23 y 36 grados centígrados. Galápagos, en cambio, tiene un clima templado y su temperatura varía entre 22 y 32 grados centígrados, aproximadamente.6
Figura1.4
6
Zonas climáticas del Ecuador
http://www.visitaecuador.com/clima.php?cod_sec=egDyy7I&cod_men=rmcghv4gOA&ver=1
6
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1.3 ESTACIONES METEOROLÓGICAS
1.3.1 ELEMENTOS DEL TIEMPO La palabra tiempo en sentido meteorológico, hace referencia a las variaciones de corto periodo que tienen lugar en la atmosfera. Pero cabe preguntar ¿Que es lo que varía? existen ciertas propiedades observables de la atmosfera que están sujetas a ciertos cambios, de forma que el estado en que se encuentran, en un momento determinado, fija el estado del tiempo. Dichas variables son:
Temperatura Humedad Nubes, clases y cantidad de precipitación Presión atmosférica Vientos, etc.
Aunque con frecuencia otras características se agregan a las anteriores, las mencionadas, son consideras
como elementos básicos del tiempo, son las que estudiaremos,
juntamente con los factores que los afectan y que están relacionados con ellos.
1.3.2 Temperatura del aire La temperatura constituye un elemento fundamental del tiempo; a consecuencia de la irregular distribución de la energía solar (insolación), la temperatura del aire presenta grandes variaciones, y estas, a su vez, determinan otros significativos cambios del tiempo.
El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o frialdad relativos y de la observación de que el suministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su temperatura mientras no se produzca la fusión o ebullición. En el caso de dos cuerpos con temperaturas diferentes, el calor fluye del más caliente al
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más frío hasta que sus temperaturas sean idénticas y se alcance el equilibrio térmico. Por tanto, los términos de temperatura y calor, aunque relacionados entre sí, se refieren a conceptos diferentes: la temperatura es una propiedad de un cuerpo y el calor es un flujo de energía entre dos cuerpos a diferentes temperaturas. 7
Los cambios de temperatura tienen que medirse a partir de otros cambios en las propiedades de una sustancia. Por ejemplo, el termómetro de mercurio convencional mide la dilatación de una columna de mercurio en un capilar de vidrio, ya que el cambio de longitud de la columna está relacionado con el cambio de temperatura. Si se suministra calor a un gas ideal contenido en un recipiente de volumen constante, la presión aumenta, y el cambio de temperatura puede determinarse a partir del cambio en la presión según la ley de Gay-Lussac, siempre que la temperatura se exprese en la escala absoluta.
1.3.2.1 Escalas de temperatura Una de las primeras escalas de temperatura, todavía empleada en los países anglosajones, fue diseñada por el físico alemán Gabriel Daniel Fahrenheit. Según esta escala, a la presión atmosférica normal, el punto de solidificación del agua (y de fusión del hielo) es de 32 °F, y su punto de ebullición es de 212 °F.
La escala centígrada o Celsius, ideada por el astrónomo sueco Anders Celsius y utilizada en casi todo el mundo, asigna un valor de 0 °C al punto de congelación del agua y de 100 °C a su punto de fusión.
7
MIGUEL PÉREZ A, y otros, Instrumentación Electrónica, Editorial THOMSON, España, 2004
8
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Figura1.5
Relación de las escalas de temperatura
En ciencia, la escala más empleada es la escala absoluta o Kelvin, inventada por el matemático y físico británico William Thomson, lord Kelvin. En esta escala, el cero absoluto, que está situado en -273,15 °C, corresponde a 0 K, y una diferencia de un kelvin equivale a una diferencia de un grado en la escala centígrada.
1.3.3 Humedad y vapor de agua El agua es uno de los elementos más notables de la tierra y de la atmósfera; existe comúnmente en los tres estados de agregación de la materia: como gas, en forma de vapor de agua, como agua líquida, y como sólido en forma de hielo. La razón de que esto ocurra reside en que las temperaturas a las que el agua pasa de uno a otro estado de agregación, caen dentro del normal intervalo de temperatura registradas en la Tierra.
Aunque el vapor de agua constituye tan solo una pequeña fracción de la atmósfera, varia de 0 hasta el 4%, en volumen, juega un papel muy importante en el balance térmico y los fenómenos del tiempo, de la atmósfera. Cuando está en forma de vapor, el agua es
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invisible, a la vez que inodora e insípida; la vemos tan solo cuando está en forma de hielo o liquida.
1.3.3.1 Fuentes de la humedad atmosférica El contenido de vapor de agua en la atmósfera es, en promedio, prácticamente constante, a pesar de cambios locales debidos a variaciones estacionales o del tiempo. La continúa evaporación que tiene lugar en los océanos, lagos, ríos y suelos húmedos, renueva la humedad perdida a través de lluvias, nieves y otros procesos análogos; el proceso global en virtud del que se mantiene constante el contenido de vapor de agua en la atmósfera, se denomina ciclo hidrológico; la humedad perdida por la vegetación, en el proceso de transpiración puede tener localmente importancia; la evapotranspiración incluye los efectos combinados evaporación y transpiración, en superficies terrestres cubiertas de vegetación.
“La atmósfera incorpora agua, como hemos visto por evaporación y la pierde por condensación, seguida de precipitación. Estos procesos son tan importantes que es preciso tener conocimientos relativos a ellos si queremos ser capases de comprender su impacto en el tiempo. ”8
En una masa de agua a una determinada temperatura, las moléculas de agua (H20), se encuentran en estado de continua agitación y colisiones mutuas, en virtud de las cuales, algunas de ellas adquieren velocidades superiores a las que en promedio tienen las restantes por incremento de temperatura; tales moléculas, si se encuentran próximas a la superficie libre, pueden ser capases de escapar, venciendo la barrera que presenta la tensión superficial, pasando al aire convertidas en vapor de agua lo que comúnmente conocemos como evaporación.
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Por el contrario cuando disminuimos la temperatura las partículas tienden a regresar a su lugar de origen, cambia de estado gaseoso a liquido o sea se condensa.
Se dice convencionalmente que la evaporación a gas se detiene cuando el gas llega a la saturación. En la realidad, la evaporación neta si se detiene, pero sólo porque el número de moléculas escapando y llegando del líquido es igual, porque la evaporación es contrabalanceada por la condensación.
La energía es liberada por un líquido que se evapora; y cuando no se añade más energía externamente, el líquido siempre se enfría. El calor así liberado es llamado de calor latente de vaporización, cuando el agua se evapora, tan solo las partículas cuyas velocidades son superiores al promedio, son capases de escapar, venciendo la barrera superficial. En consecuencia, disminuye el movimiento molecular medio, es decir su energía, y por lo tanto la temperatura del líquido no evaporado disminuye. La energía calorífica adicional que se llevan consigo las partículas evaporadas es el calor latente de vaporización. Cuando la humedad condensa, el calor latente de condensación es devuelto, ya sea a la masa acuosa o a la atmosfera, si la condensación tiene lugar en su seno
(como en el caso de
atmosfera de la formación de las nubes).9
1.3.3.2 Factores que afectan la evaporización La velocidad a que tiene lugar la evaporización del agua de la atmosfera viene afectada por una serie de factores importantes, entre ellos los cinco que discutimos a continuación.
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Temperatura. La velocidad de la evaporación es proporcional a la temperatura; al aumentar esta última, aumenta también la velocidad de todas las moléculas del líquido, con lo que mayor número de ellas logran aproximarse a los niveles requeridos para poder escapara a través de la superficie.
Grado de saturación del aire. Cuando el aire situado por encima de la superficie liquida va recibiendo más y más partículas de agua, resulta que también va aumentando el número de las que vuelven al agua, con lo cual disminuye el ritmo neto de evaporación. En consecuencia, la evaporación es rápida cuando tiene lugar en aire seco, y lenta en el seno de aire húmedo.
Velocidad del viento. El viento también afecta a la evaporación. Hasta un cierto límite, al aumentar la velocidad del viento, el agua evapora es arrastrada, con lo cual se mantiene un valor relativamente bajo el suministro de humedad en el aire, por encima del agua.
Composición del agua. La evaporación varia inversamente con la salinidad del agua, de forma que tiene lugar a un mayor ritmo en el agua natural que en la salada; en condiciones análogas, el agua de los océanos se evapora un 5 % más lentamente que el agua corriente.
Superficie de evaporación. En dos volúmenes iguales de agua, la evaporación será mayor en el que presente mayor extensión superficial.
1.3.3.3 La humedad y su medición Cuando el vapor de agua se encuentra en la atmósfera, nos referimos al mismo como humedad, y es uno de los más importantes elementos del tiempo. Ya hemos visto que la
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humedad está estrechamente relacionada con la temperatura, de hecho, la cantidad de humedad que puede contener el aire depende, directamente, de su temperatura; a una determinada temperatura, dicha cantidad máxima se denomina capacidad del aire, de manera que una forma de definir la saturación es diciendo que se alcanzó dicha capacidad. Como veremos, existen diversas unidades para expresar la humedad, y que se utilizan para describir los valores de capacidad y saturación.
De acuerdo con la discusión anterior es evidente que la saturación puede aumentarse bien aumentando el contenido acuoso o por disminución de la temperatura. Lo primero puede ocurrir a través de la evaporación o por la mezcla de dos masas de aire, una de ellas humedad, y otro con menor humedad. El segundo proceso tiene lugar de varias formas:
El aire puede enfriarse adiabáticamente por ascensión y expansión. Puede enfriarse por contacto con una superficie fría inferior. La mezcla de masas de aire cálido y frio, determinan la disminución de la cálida. La emisión de radiación por el mismo aire, determina su propio enfriamiento. El tiempo real resulta depender de los procesos citados, todos ellos de gran importancia.
Punto de roció: Es la temperatura a la cual el aire resulta saturado, de forma que cualquier enfriamiento posterior determina condensación de humedad.
El punto de roció de una masa de aire ascendente disminuye con la altura a razón de 2 grados centígrados por kilometro, ya que la concentración del vapor de agua por unidad de volumen, disminuye a medida que el aire se expande.
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El punto de roció del aire goza de una propiedad de suma importancia: mientras el contenido acuoso de una determinada masa de aire se mantenga constante su punto de roció permanecerá, prácticamente, invariable.
Humedad absoluta: hasta el momento hemos considerado la cantidad del vapor de agua existente en la atmósfera, simplemente en su relación a su dependencia de la temperatura; una de las formas de expresar el contenido real de agua consiste en dar su humedad absoluta que es el peso del vapor de agua existente por unidad de volumen del aire; generalmente se toma como unidad de volumen, el metro cubico. En consecuencia, si extraemos la masa de vapor existente en un metro cubico ordinario, y determinamos su peso, el resultado expresado en gramos por metro cubico, será la humedad absoluta.
Humedad específica: Esta es una característica más constante del aire, cuyo uso se ha generalizado en meteorología, como resultado de la variabilidad que presenta la humedad absoluta. La humedad específica es la masa de vapor de agua, por unidad de masa de aire húmedo, expresada en gramos de vapor por kilogramo de aire. Evidentemente, si vamos a extraer y pesar el vapor de agua, contenido en una masa determinada de aire, por ejemplo, la de un kilogramo, cualesquiera que sea los cambios que tenga lugar en la temperatura o volumen un kilo seguirá siendo un kilo, y contendrá la misma masa de aire, cualquiera que sea el cambio de volumen que haya experimentado; lo único que ocurrirá es que si, entre dos mediciones, el aire ha experimentado una expansión , tendremos que tomar un mayor volumen de aire para que siga conteniendo un kilo. Tan solo cuando se produzca una variación real del contenido acuoso en el aire cambiara la humedad específica. También esta propiedad resulta de extrema importancia, con vistas al análisis del tiempo.
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Humedad relativa: Generalmente, cuando se menciona palabra humedad, se está haciendo referencia a la humedad relativa; es la relación entre la cantidad de vapor de agua existente en el aire y la que podría contener a la misma temperatura (su capacidad); dicha relación se expresa siempre en forma de tanto por ciento. La humedad relativa es una propiedad sumamente descriptiva en relación a la humedad existente en la atmósfera. Los días en los que tenemos sensación de humedad sofocante y pegajosa, corresponde a la existencia de una humedad relativa elevada, con la cual la evaporación es muy lenta puesto que el aire esta casi saturado.
Evidentemente, la humedad relativa debe variar siempre que cambie la cantidad de vapor de agua presente en el aire, o se altere la propia capacidad del aire; en consecuencia, la humedad relativa variara en relación inversa a la temperatura; un descenso de la temperatura trae consigo una disminución de la capacidad del aire, al disminuir esta, la humedad relativa debe aumentar, puesto que el aire se encuentra más cerca de su saturación. Cuando la temperatura, y por tanto la capacidad, disminuye hasta el extremo de que la humedad relativa llega a ser del 100%, el aire estará saturado y la temperatura para la que dicha humedad relativa fue alcanzada, es el punto de rocío. Un enfriamiento más allá de dicho punto da lugar a condensación.10
1.3.4
Nubes, formación y efectos
La nube es una forma condensada de humedad atmosférica compuesta de pequeñas gotas de agua o de diminutos cristales de hielo. Las nubes son el principal fenómeno atmosférico visible. Como tales, representan un paso transitorio, aunque vital, en el ciclo del agua. Este ciclo incluye la evaporación de
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la humedad desde la superficie de la Tierra, su transporte hasta niveles superiores de la atmósfera, la condensación del vapor de agua en masas nubosas y el retorno final del agua a la tierra en forma de precipitaciones de lluvia y nieve.
Las diferencias entre formaciones nubosas derivan, en parte, de las diferentes temperaturas de condensación. Cuando ésta se produce a temperaturas inferiores a la de congelación, las nubes suelen componerse de cristales de hielo; las que se forman en aire más cálido suelen estar compuestas de gotitas de agua. Sin embargo, en ocasiones, nubes súper enfriadas contienen gotitas de agua a temperaturas inferiores a la de congelación.
Las nubes desempeñan una función muy importante, ya que modifican la distribución del calor solar sobre la superficie terrestre y en la atmósfera. En general, ya que la reflexión de la parte superior de las nubes es mayor que la de la superficie de la Tierra, la cantidad de energía solar reflejada al espacio es mayor en días nublados. Aunque la mayor parte de la radiación solar es reflejada por las capas superiores de las nubes, algo de radiación penetra hasta la superficie terrestre, que la absorbe y la emite de nuevo. La parte inferior de las nubes es opaca para esta radiación terrestre de onda larga y la refleja de vuelta a la Tierra.
El resultado es que la atmósfera inferior absorbe, en general, más energía calorífica en días nublados por la presencia de esta radiación atrapada. Por el contrario, en una día claro la superficie de la Tierra absorbe inicialmente más radiación solar, pero esta energía se disipa muy rápido por la ausencia de nubes. Sin considerar otros efectos meteorológicos relacionados, la atmósfera absorbe menos radiación en días claros que en días nublados.
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La nubosidad tiene una influencia considerable en las actividades humanas. La lluvia, vital para la producción de plantas alimenticias, deriva de la formación de las nubes.11
1.3.5
Lluvia y precipitación
A efectos de definición podemos considerar como precipitación a cualquier humedad condensada que cae hasta la superficie terrestre; en consecuencia el proceso de condensación resulta requisito previo al de precipitación. En la mayoría de los casos, la precipitación que cae lo hace procedente de una nube de uno u otro tipo. No obstante la mayor parte de las nubes no dan lugar a precipitación, ya que tan solo cuando las gotitas de agua, hielo granulado, cristales resultan tener tamaño suficiente para vence el empuje hidrostático normal y las corrientes verticales ascendentes existentes en la atmósfera, puede producirse la precipitación. El tamaño medio de una gotita nubosa, que se estima creció a partir de condensación, en unos 100 segundos, es de 0,04 milímetros, y el máximo tamaño de 0,2 mm.; pues bien las gotas de lluvia corrientes tienen tamaños que varían entre 0,5 a 4 milímetros.
1.3.5.1 Formas de precipitación A todas las formas de precipitación, cualquiera que sea su aspecto, se las denomina generalmente hidrometeoros; y estos pueden clasificarse en unos 50 tipos, entre los cuales vamos a examinara los más corrientes.
Lluvia. Es la precipitación que tiene lugar en forma de gotas liquida; las nubes son la fuente de la lluvia. La mayoría de las lluvias son resultado de la directa condensación de gotitas de agua en nubes, seguido de un proceso de crecimiento
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http://www.clubdelamar.org/nubes.htm
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de tales gotas que les permite alcanzar un tamaño suficiente para que sean capaces de caer, venciendo el empuje hidrostático del aire; no obstante una parte considerable de lluvia procede, realmente, de la fusión de la nieve, especialmente el latitudes altas o durante los meses de invierno en las latitudes medias.
Cualquiera que sea el tamaño de las gotas en la nube, el que poseen al llegar al suelo depende principalmente de dos factores, la cantidad de evaporación experimentada por las gotas en su descenso, y el efecto de fricción del aire sobre la gota descendente.
Nieve. Cuando la condensación tiene lugar en una masa de aire ascendente que se ha enfriado a temperatura por debajo de la congelación, tienden a formarse cristales de hielo de forma hexagonal, en lugar de gotitas liquidas. Recuérdese que la condensación junto al suelo, da lugar a escarcha cuando el punto de roció es inferior a los 0° C. los cristales de nieve pueden existir en forma aislada o unirse entre sí por coalescencia, para formar copos de nieve de diversos tamaños y formas. Es posible, y muy frecuente, que la parte inferior de una nube conste de gotitas de agua, mientras que en su parte superior, por debajo del punto de congelación, está constituida por copos.
Nevisca o aguanieve. No es otra cosa que la lluvia helada; cuando las gotas de agua al caer de la nube encuentran una capa de aire en la que existe una temperatura igual o inferior a la de congelamiento, pueden solidificarse dando lugar a gránulos pequeños y duros de hielo claro.
Granizo. Es el resultado del violento movimiento convectivo existente en una tormenta y en consecuencia tiene, lugar, solamente, en conexión de fenómenos
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tormentosos; en una nube tormentosa, la fuerte corriente vertical de aire, arremolina las gotas de lluvia, por encima y por debajo del nivel de congelamiento; como resultado de ello, la gota se congela cuando es arrastrada por debajo de dicho nivel, y va creciendo por acumulación de nieve y de agua a diversos niveles.
Helada transparente y blanca. Cuando la lluvia cae sobre el suelo o sobre un objeto que esta a temperatura inferior, a la de congelación, inmediatamente se congela formando una capa de hielo, cuando su espesor es suficientemente grande es de efectos destructivos, debido al propio peso. En cambio la congelada blanca se trata de una niebla congelada; se forma cuando los objetos a temperaturas inferiores, a la de congelación del agua, se encuentran inmersos en niebla, sobre tales objetos se deposita una gruesa capa de escarcha, debido a que las pequeñas gotitas de niebla se congelan y adhieren a la superficie fría.12
1.3.6 Viento Aire en movimiento. Este término se suele aplicar al movimiento horizontal propio de la atmósfera; los movimientos verticales, o casi verticales, se llaman corrientes. Los vientos se producen por diferencias de presión atmosférica, atribuidas, sobre todo, a diferencias de temperatura. Las variaciones en la distribución de presión y temperatura se deben, en gran medida, a la distribución desigual del calentamiento solar, junto a las diferentes propiedades térmicas de las superficies terrestres y oceánicas. Cuando las temperaturas de regiones adyacentes difieren, el aire más caliente tiende a ascender y a soplar sobre el aire más frío y, por tanto, más pesado. Los vientos generados de esta forma suelen quedar muy perturbados por la rotación de la Tierra.
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Los vientos pueden clasificarse en cuatro clases principales: dominantes, estacionales, locales y, por último, ciclónicos y anticiclónicos.
1.3.6.1 Clasificación de los vientos
Los vientos dominantes. Cerca del Ecuador hay una banda de bajas presiones, llamada zona de calmas ecuatoriales, situada entre los 10° de latitud S y los 10° de latitud N. En esta zona, el aire es caliente y sofocante. A unos 30° del Ecuador en ambos hemisferios hay otra banda de presiones altas con calmas, vientos suaves y variables. El aire superficial, al moverse desde esta zona hasta la banda ecuatorial de presiones bajas, constituye los vientos alisios, dominantes en las latitudes menores. En el hemisferio norte, el viento del norte que sopla hacia el Ecuador se desvía por la rotación de la Tierra hasta convertirse en un viento del noreste, llamada alisio del noreste. En el hemisferio sur el viento del sur se desvía de forma similar para ser el alisio del sureste.
Desde el lado polar de la banda de presión alta en ambos hemisferios la presión atmosférica disminuye hacia centros de presión baja en latitudes medias y altas. Los vientos dirigidos hacia los polos, puestos en marcha por estos sistemas de presión, se desvían hacia el este por la rotación de la Tierra. Puesto que los vientos se denominan según la dirección desde la que soplan, los vientos de las latitudes medias se califican como dominantes del oeste. Éstos resultan muy modificados por las perturbaciones ciclónicas y anticiclónicas viajeras que provocan cambios diarios de las direcciones.
Las regiones más frías de los polos tienden a ser centros de alta presión, en particular en el hemisferio sur, y los vientos dominantes que parten de estas áreas se desvían para convertirse en los vientos polares del este.
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Al aumentar la altura sobre la superficie de la Tierra, los vientos dominantes del oeste se aceleran y cubren una superficie mayor entre el Ecuador y el polo. Así, los vientos alisios y los polares del este son bajos y, en general, son reemplazados por los del oeste sobre alturas de unos cientos de metros. Los vientos del oeste más fuertes se producen a alturas de entre 10 y 20 km y tienden a concentrarse en una banda bastante estrecha llamada corriente de chorro, donde se han medido hasta 550 km/h de velocidad.
Los vientos estacionales. El aire sobre la tierra es más cálido en verano y más frío en invierno que el situado sobre el océano adyacente en una misma estación. Así, durante el verano, los continentes son lugares de presión baja con vientos que soplan desde los océanos, que están más fríos. En invierno, los continentes albergan altas presiones, y los vientos se dirigen hacia los océanos, ahora más cálidos. Los ejemplos típicos de estos vientos son los monzones del mar de la China y del océano Índico.
Los vientos locales. Parecidos a las variaciones estacionales de temperatura y presión entre la tierra y el agua hay cambios diarios que ejercen efectos similares pero más localizados. En verano sobre todo, la tierra está más caliente que el mar durante el día y más fría durante la noche: esto induce un sistema de brisas dirigidas hacia tierra de día y hacia el mar de noche. Estas brisas penetran hasta unos 50 km tierra y mar adentro.
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Hay cambios diarios de temperatura similares sobre terrenos irregulares que provocan brisas en las montañas y en los valles. Otros vientos inducidos por fenómenos locales son los torbellinos y los vientos asociados a las tormentas.13
1.3.6.2 Escala de viento de Beaufort Los marinos y los meteorólogos utilizan la escala de Beaufort para indicar la velocidad del viento. Fue diseñada en 1805 por el hidrógrafo irlandés Francis Beaufort. Sus denominaciones originales fueron modificadas más tarde.
Tabla 1. 1 Escala de viento
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http://mx.encarta.msn.com/encyclopedia_761576867/Viento.html
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1.3.6.3 Dirección de viento La dirección, depende directamente de la distribución de las presiones, pues aquel tiende a soplar desde la región de altas presiones hacia la de presiones más bajas. Se llama dirección del viento el punto del horizonte de donde viene o sopla. Para distinguir uno de otro se les aplica el nombre de los principales rumbos de la brújula, según la conocida rosa de los vientos. Los cuatro puntos principales corresponden a los cardinales: Norte (N), Sur (S), Este (E) y Oeste (W).14
Figura1.6
Rosa de los vientos
1.3.7 DIVISIÓN DE LA METEOROLOGÍA Siendo la metrología el estudio de los fenómenos atmosféricos y de los cambios que se producen en el tiempo, orientado a su predicción. Los fenómenos atmosféricos o meteoros pueden ser: Aéreos, como el viento, acuosos, como la lluvia, la nieve y el granizo, luminosos, como la aurora polar o el arco iris y eléctricos, como el rayo. La presión, la temperatura y la humedad son los factores climáticos fundamentales en el estudio y predicción del tiempo, a continuación se muestra las diferentes ramas de la meteorología.
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http://www.mailxmail.com/curso-fenomenos-meteorologicos/direccion-velocidad-viento
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Meteorología teórica Meteorología física Meteorología dinámica Meteorología experimental Meteorología aplicada. Meteorología sinóptica Meteorología aeronáutica Hidrometereología Meteorología Agrícola (Agrometeorología) Meteorología Marítima Meteorología Médica Micrometeorología Mesometeorología Macrometeorología
1.3.8 OBSERVACIONES METEOROLÓGICAS La observación meteorológica consiste en la medición y determinación de todos los elementos que en su conjunto representan las condiciones del estado de la atmósfera en un determinado lugar con métodos y en forma sistémica, uniforme, ininterrumpida y a horas establecidas, los cuales constituyen los datos básicos que utilizan los servicios meteorológicos.
De acuerdo a lo establecido por la Organización Meteorológica Mundial (OMM), las estaciones meteorológicas se clasifican de la siguiente manera:
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SEGÚN SU CLASIFICACIÓN Climatológica
Sinóptica
Agrícolas Especiales Aeronáuticas Satélites
De acuerdo a la
Principales
magnitud de las
Ordinarias Auxiliares o
observaciones
Adicionales
Por el nivel de
Superficie Altitud
observación:
Terrestres
Según el lugar de
Aéreas
Observación
Marítimas
Tabla 1. 2 Clasificación de las estaciones meteorológicas
Como se puede observar una estación meteorológica puede tener diferentes fines, dependiendo de los propósitos para los cuales fue instalada. La información se utiliza en varias aplicaciones u observaciones adicionales que le dan sus características. Por consiguiente, en una estación meteorológica pueden conjugarse en dos o más categorías simultáneamente.
Observaciones Sinópticas. Se realizan horaria (horas fijas del día) remitiéndolas inmediatamente a un centro recolector de datos, mediante mensajes codificados, por la vía de comunicación más rápida disponible. Estas observaciones se utilizan para una multitud e fines meteorológicos, en general en tiempo real, es decir, de uso inmediato, y especialmente para la elaboración de mapas meteorológicos para realizar el correspondiente diagnóstico y formular los pronósticos del tiempo para las diferentes actividades.
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Observaciones Climatológicas. Se efectúan para estudiar el clima, es decir, el conjunto fluctuante de las condiciones atmosféricas, caracterizados por los estados y las evaluaciones del tiempo en una porción determinada del espacio. Estas observaciones difieren muy poco de las sinópticas en su contenido y se realizan también a horas fijas, tres o cuatro veces al día (por lo menos) y se complementan con registros continuos diarios o semanales, mediante instrumentos registradores
Observaciones Aeronáuticas. Se trata de observaciones especiales que se efectúan en las estaciones meteorológicas instaladas en los aeródromos, esencialmente para satisfacer las necesidades de la aeronáutica, aunque comúnmente se hacen también observaciones sinópticas. Estas observaciones se comunican a otros aeródromos y, frecuentemente, a los aviones en el vuelo, pero en los momentos de despegue y aterrizaje, el piloto necesita algunos elementos esenciales de la atmósfera, como el tiempo presente, dirección y velocidad del viento, visibilidad, altura de las nubes bajas, reglaje altimétrico, etc., para seguridad de la nave, tripulación y pasajeros.
Observaciones Marítimas. Se
realizan sobre buques fijos, móviles, boyas
ancladas y a la deriva. Estas dos últimas son del tipo automático. Estas observaciones constituyen una fuente vital de datos y son casi únicas observaciones de superficie fiables procedentes de los océanos, que representan más de los dos tercios de la superficie total del globo. Esas observaciones se efectúan en base a un plan, según el cual se imparte una formación a determinados observadores seleccionados entre las tripulaciones de las flotas de buques, especialmente mercantes, para que puedan hacer observaciones sinópticas durante el viaje y transmitirlas a las estaciones costeras de radio.
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Observaciones Agrícolas. Se hacen de los elementos físicos y biológicos del medio ambiente, para determinar la relación entre el tiempo y la vida de plantas y animales. Con estas observaciones, se trata de investigar la acción mutua que se ejerce entre los factores meteorológicos e hidrológicos, por una parte, y la agricultura en su más amplio sentido, por otra. Su objeto es detectar y definir dichos efectos para aplicar después los conocimientos que se tienen de la atmósfera a los aspectos prácticos de la agricultura. Al mismo tiempo se trata de disponer de datos cuantitativos, para las actividades de planificación, predicción e investigación agrometeorológicas y para satisfacer, plenamente, la función de ayuda a los agricultores, para hacer frente a la creciente demanda mundial de alimentos y de productos agrícolas.
Observaciones de la Precipitación. Son observaciones relativas a la frecuencia, intensidad y cantidad de precipitación, ya sea en forma de lluvia, llovizna, aguanieve, nieve o granizo y constituyen elementos esenciales de diferentes tipos de observaciones. Dada la gran variabilidad de las precipitaciones tanto desde el punto de vista espacial como temporal se debe contar con un gran número de estaciones suplementarias de observación de la precipitación.
Observaciones de Altitud. Son observaciones de la presión atmosférica, temperatura, humedad y viento que se efectúan a varios niveles de la atmósfera, llegándose generalmente hasta altitudes de 16 a 20 km. y, muchas veces, a más de 30 km. Estas mediciones se hacen lanzando radiosondas, que son elevadas al espacio por medio de globos inflados con gas más liviano que el aire y, a medida que van subiendo, transmiten señales radioeléctricas, mediante un radiotransmisor miniaturizado, que son captadas en tierra por receptores adecuados y luego procesadas para convertirlas en unidades meteorológicas.
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La observación de la dirección y velocidad del viento puede efectuarse con la misma radiosonda, haciendo uso del "Sistema de Posicionamiento Global (GPS)" y recibiendo los datos, en tierra, mediante radio teodolitos siguiendo la trayectoria de un globo inflado con gas helio o hidrógeno, mediante un teodolito óptico o, para mayor altura, radar aerológico.
Otras Observaciones. Entre las mismas, figuran las observaciones efectuadas a partir de las aeronaves en vuelo y diversos tipos de observaciones especiales, tales como las que se refieren a la radiación, al ozono, a la contaminación, hidrológicas, evaporimétricas, temperatura y humedad del aire a diversos niveles hasta 10 m. de altura del suelo y subsuelo.15
1.3.9
RED DE ESTACIONES METEOROLÓGICAS DEL ECUADOR.
La mayoría de las estaciones meteorológicas del INAMHI y en general del país, fueron instaladas durante los primeros años de la década de los años sesenta, en el contexto de la cooperación de la Organización Meteorológica Mundial (OMM). Posteriormente, varios proyectos nacionales e internacionales han generado recursos para operar y mantener la REMI. Durante la década de los noventa, el aporte del Proyecto para la Reorientación del Sector Agropecuario (PRSA) hoy SICA, fue fundamental.
Con el transcurrir de los años, la cobertura geográfica de las estaciones, la calidad del instrumental, la frecuencia de las inspecciones ha decaído por una serie de factores, siendo el principal, pero no el único, el económico. Al año 2002, la red de
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http://www.inamhi.gov.ec/educativa/meteorologia.htm
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estaciones meteorológicas del país está conformada por 345 estaciones, cuya ubicación y características generales se presentan en el siguiente cuadro.
Tabla 1. 3 Número de estaciones por institución de la REME . Existen otras Instituciones como el Instituto para el Ecodesarrollo Regional Amazónico (ECORAE) y Universidades que, con fines de investigación disponen de estaciones meteorológicas, pero se desconoce su número, ubicación, así como del instrumental con que cuentan.
Como se señaló anteriormente, la mayoría de las estaciones del INAMHI, fueron instaladas a partir de la década de los sesenta, llegando a operar el mayor número de estaciones en los años ochenta, luego de lo cual se registra un decremento paulatino en el número de estaciones (Cuadro N° 3). Por ejemplo, entre los años 1980 y 2002, el número ha disminuido en un 32%, sin mencionar el deterioro del instrumental y la falta de recursos para un adecuado mantenimiento
En la actualidad, la REMI está conformada por 250, de las cuales 26 están suspendidas y serán rehabilitadas. La red está desglosada de la siguiente manera: 12 Estaciones agrometeorológicas (5%), 35 Estaciones Climatológicas Principales (13%),
64
Estaciones
Climatológicas
Ordinarias,
(26%),
7
Estaciones
Pluviográficas (3%) y 132 Estaciones Pluviométricas (53%).
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Como puede apreciarse, la mayoría de las estaciones (56%) miden únicamente un solo
parámetro
(precipitación),
en
tanto
que
el
territorio
ecuatoriano
eminentemente agrícola está cubierto por apenas un 5% de estaciones agrometeorológicas. El Análisis de la Red
hidrometeorológica Básica y
Secundaria del Ecuador realizada en el año de 1992, en el contexto del Plan Maestro de Meteorología e Hidrología, señala que “estaciones meteorológicas del INAMHI se encuentran funcionando normalmente, ya que el mantenimiento en los dos últimos años ha sido aceptable y el instrumental, en general, se encuentran en buen estado”. Adicionalmente, la mencionada evaluación destaca que entre los principales factores adversos para el funcionamiento de la red se incluyen: " La dificultad para la adquisición del instrumental hidrometeorológico, debido a la falta de asignación económica para tal fin. El flujo de fondos del presupuesto del Estado, asignados a la Institución son limitados. Las bajas remuneraciones que perciben los observadores desalientan su interés por la realización de trabajos responsables, lo cual se ve agravado por una mora permanente en el pago de sus haberes"
En la documentación de la propuesta del Proyecto Clima Iberoamericano (1999) se menciona que “ El servicio de las actividades meteorológicas del Ecuador está en manos del INAMHI, el cual presenta serias limitaciones que van desde las relacionadas a las condiciones en que se encuentran sus redes de observación, sus instalaciones y equipamiento, sus sistemas de registro, procesamiento de información y archivo estadístico. Asimismo, no se cuenta con una comprensión clara y precisa por parte de las autoridades responsables de los aspectos financieros y presupuestales, acerca de la magnitud y alcance de los impactos socioeconómicos de este tipo de servicios”.16
16
http://www.inamhi.gov.ec/educativa/meteorologia.htm
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1. INTRODUCCIÓN A LAS ESTACIONES METEOROLÓGICAS............................... 1 1.1 ANTECEDENTES............................................................................................................ 1 1.2 BASES DE METEOROLOGÍA ........................................................................................... 2 1.2.1 NATURALEZA DE LA ATMÓSFERA TERRESTRE ................................................................................ 2 1.2.2 DEFINICIONES DE TIEMPO Y CLIMA ........................................................................................... 4 1.2.3 CLIMA EN EL ECUADOR ............................................................................................................ 5 1.3 ESTACIONES METEOROLÓGICAS ................................................................................... 7 1.3.1 ELEMENTOS DEL TIEMPO ................................................................................................... 7 1.3.2 TEMPERATURA DEL AIRE .......................................................................................................... 7 1.3.2.1 Escalas de temperatura .................................................................................................. 8 1.3.3 HUMEDAD Y VAPOR DE AGUA .................................................................................................. 9 1.3.3.1 Fuentes de la humedad atmosférica ............................................................................ 10 1.3.3.2 Factores que afectan la evaporización ......................................................................... 11 1.3.3.3 La humedad y su medición ........................................................................................... 12 1.3.4 NUBES, FORMACIÓN Y EFECTOS ............................................................................................ 15 1.3.5 LLUVIA Y PRECIPITACIÓN ........................................................................................................ 17 1.3.5.1 Formas de precipitación ............................................................................................... 17 1.3.6 VIENTO ............................................................................................................................... 19 1.3.6.1 Clasificación de los vientos ........................................................................................... 20 1.3.6.2 Escala de viento de Beaufort ........................................................................................ 22 1.3.6.3 Dirección de viento ...................................................................................................... 23 1.3.7 DIVISIÓN DE LA METEOROLOGÍA ..................................................................................... 23 1.3.8 OBSERVACIONES METEOROLÓGICAS.............................................................................. 24 1.3.9 RED DE ESTACIONES METEOROLÓGICAS DEL ECUADOR. ................................................ 28
31
CAPÍTULO II
2. ELEMENTOS QUE CONFORMAN UNA ESTACIÓN METEOROLÓGICA AUTOMÁTICA 2.1 ESQUEMA FUNCIONAL DE UNA ESTACIÓN METEOROLÓGICA En el estado actual de desarrollo de la ingeniería y tecnología electrónica, el observador humano puede ser en algunos casos sustituido parcialmente y en otros por completo por una máquina. El equipo meteorológico con capacidad para proveer información sobre las variables atmosféricas sin la participación de un observador humano es designado como equipo automático.
Sistema Microprocesado Sensor
. . . Sensor .
Figura 2.1
Acondicionador de señales
Codificacion
Visualizacion
Almacenamiento
PC
Perifericos
Esquema básico de una estación meteorológica
31
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Tal equipo, que puede hacerse cargo y continuar las actividades de observación ordinarias de un observador humano en una estación meteorológica, con o sin control del observador es conocido como estación meteorológica automática. Tales estaciones se pueden usar individualmente u organizadas en una red meteorológica automática.
2.1.1
CLASIFICACIÓN DE LAS ESTACIONES METEOROLÓGICAS AUTOMÁTICAS Esta clasificación se puede encarar desde varios puntos de vista. Se ha hecho costumbre clasificarlas en dos clases principales, de acuerdo al propósito para el cual se utilizan sus salidas de información;
a)
Estaciones climatológicas (datos en tiempo diferido o sistema de datos);
b)
Estaciones sinópticas (datos en tiempo real).
Los equipos representativos de ambas categorías pueden ser totalmente semejantes, excepto por la presencia de una unidad de codificación y un enlace de telecomunicaciones en las estaciones automáticas de tiempo real, conectando la estación con el consumidor de la salida de información en tiempo real.
Una unidad de
telecomunicación no forma parte necesariamente de una estación climatológica.
2.2 ESQUEMA GENERAL DEL METEOROLÓGICA ETM-001.
PROTOTIPO
ESTACIÓN
El diseño de esta estación meteorológica, estará apta para numerosas aplicaciones, la misma que se divide en dos bloques principales, como es la parte de monitoreo y sistema de datos remoto con una conexión serial PC - Estación y el hardware que consiste en una tarjeta de adquisición de datos, que controla los dispositivos periféricos que nos
32
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permiten medir las variables meteorológicas, esta se encontrara montada en un gabinete apto para la intemperie, la alimentación se la realizara por medio de la red eléctrica.
Figura 2.2
Estación meteorológica automática ETM-001
2.2.1 Descripción de tarjeta de adquisición de datos ETM-001. El diseño de la tarjeta de adquisición de datos está basado en un microprocesador como parte central el cual controla a todos los periféricos como son las entradas de los sensores de temperatura, humedad, pluviómetro, dirección y velocidad del viento, con sus respectivos adaptadores y/o acondicionadores de señal, para que pueda ser interpretada por el uC. Así como también ejecuta las labores de comunicación con la PC y visualización en el LCD.
33
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Figura 2.3
Diagrama de bloques ETM-001
2.2.1.1 Sensor de temperatura Para la temperatura se utilizara un sensor de resistencia metálica RTD (Resistencia Dependiente de Temperatura) ya que se caracterizan por poseer coeficientes térmicos positivos de variación de la resistencia. A continuación se muestra la representación del símbolo eléctrico de este dispositivo y el aspecto exterior de algunos sensores de temperatura.
Si se tiene un conductor metálico de resistividad ρ, longitud l y área de sección transversal A, su resistencia eléctrica vendrá dada por:
R
l A
34
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La tabla mostrada a continuación indica la resistividad y el coeficiente térmico de variación de la resistencia a la temperatura ambiente para algunos metales comúnmente empleados en la construcción de RTDs.
Metales
Resistividad (ρ),[ Ωm]
Platino, Pt Níquel, Ni Wolframio, W Cobre, Cu
Tabla 2.1
10,6 · 10 6,84 · 10 5,6 · 10 1,68 · 10
8
8
8
8
Coeficiente térmico(α) ,[ k 3,9 · 10 7 · 10 4,5 · 10 4,3 · 10
1
]
3
3
3
3
Resistividad y Coeficiente Térmico
Puede observarse que el platino es el metal, de los presentados en la tabla, que más bajo coeficiente térmico posee mientras que el níquel el de más alto. Si se construyen RTDs con estos metales, las del níquel serán las de mayor sensibilidad (mayor variación de resistencia
R ante un cambio de temperatura
T ), Mientras
que la del platino las de menor. Sin embargo, al poseer el platino la mayor resistividad puede construirse y fabricar hilos muy finos con este metal con una apreciable resistencia sin necesidad de una gran longitud.
El valor de la resistencia RT para la temperatura de cero grados se denomina R 0 . La figura presenta una parte de la curva de calibración de una RTD de platino conocida como PT100 para la que el valor de la resistencia R 0 = 100Ω. En cambio en la curva normalizada se muestra un margen de -200 a +300º C, en este caso R 0 es de 100 Ω en las de platino y cobre mientras que, en las de níquel R 0 = 120 Ω.
35
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El modelo matemático aproximado que mejor se adecua sin cometer un gran error para aplicaciones más generales de instrumentación es el siguiente. Rt
Ro (1
t)
Rt = Valor de la resistencia de la RTD a la temperatura t Ro = Valor de la resistencia de la RTD a temperatura t = 0ºC = coeficiente térmico de la RTD, k
1
Medir la temperatura implica, entonces, medir la resistencia de la RTD, en la práctica se emplean varios sistemas para acondicionar esta señal, entre los más utilizados se encuentra el puente de resistencias alimentadas con fuentes de tensión o de corriente, y conexiones directas a amplificadores de instrumentación.
Con el puente de resistencias (WHEATSTONE) alimentado con tensión o con corriente, lo que se pretende lograr es obtener una señal de tensión o corriente proporcional a la temperatura a medir dependiendo de las variaciones de las resistencias de sus ramas, considerando el modelo lineal de la RTD.17
Figura 2.4
17
Estructura funcional del acondicionamiento de la señal de la PT-100
MIGUEL PÉREZ A, y otros, Instrumentación Electrónica, Editorial THOMSON, España, 2004
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El sensor de temperatura par este caso es una PT-100 de tres hilos para compensar la distancia de montaje del mismo, conectado a un transductor TP 6-31801970051 Camille Bauer AG (4-20 mA.) el cual se conecta a un circuito para acondicionar la señal a valores de 0 a 5v y controlar los valores de calibración como son el cero y span.
Figura 2.5
Circuito electrónico de acondicionamiento de la señal
2.2.1.2 Sensor de humedad Existe varios métodos papar poder determinar la humedad en un determinado ambiente, en este caso utilizaremos un sensor de tipo capacitivo a continuación se describe el principio de operación de estos dispositivos.
Los sensores capacitivos están basados en la variación de la capacitancia entre dos o más conductores entre los que se encuentra un dieléctrico, en respuesta a la variación de alguna variación física. Aunque las aplicaciones más conocidas están asociadas con la medida del movimiento lineal y angular, los sensores capacitivos se emplean para la medida de la humedad, presión, nivel, aceleración, etc. Las principales características que presentan son:
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Permiten detectar pequeños desplazamientos (hasta 1010 mm) Son fácilmente integrables en chips de silicio. No se ven afectados por la temperatura o el alineamiento mecánico Son muy estables en entornos hostiles Tiene muy bajo consumo
Existen muchos tipos y variantes de sensores de humedad, según sea la composición de las placas del condensador, el material del dieléctrico y el sustrato. El dieléctrico puede ser un oxido de aluminio, silicio poroso o material polímero. El sustrato es normalmente cerámico, de cristal o de silicio. El material polímero tiene la propiedad de absorber moléculas de agua lo cual se produce en un cambio de permitividad dieléctrica del condensador. En los sensores con dieléctricos de silicio la porosidad del silicio puede ser controlada en un proceso de anodizado.
Figura 2.6
Disposición del material en sensor inductivo
El cambio incremental en la permitividad dieléctrica de un sensor de humedad capacitivo es proporcional a la humedad relativa del entorno que le rodea. La variación de la capacidad se encuentra entre 0,2 y 0,5 pF por 1%HR. Los sensores capacitivos de humedad se caracterizan por un coeficiente de temperatura bajo,
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pudiendo trabajar a altas temperatura (hasta 200 ºC), recuperación rápida de condensación y una buena compatibilidad química.18
La circuitería del acondicionar consiste normalmente en un oscilador CMOS que excita al sensor, obteniendo una relación lineal entre la tensión de salida y la humedad relativa.
Figura 2.7
Esquema del acondicionamiento de la señal sensor HIH-4000
Considerando las especificaciones anteriores se utilizara un sensor capacitivo para medir la humedad, el dispositivo utilizado para este fin es el sensor HIH-4000 de Honeywell, en la figura de describe el circuito de acondicionamiento de la señal.
18
MIGUEL PÉREZ A, y otros, Instrumentación Electrónica, Editorial THOMSON, España, 2004
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Figura 2.8
Acondicionamiento y ajuste de cero y spam del sensor HIH-4000
2.2.1.3 Velocidad del viento Para construir un dispositivo que nos permita determinar la velocidad del viento nos valdremos de las ventajas que nos ofrecen los sensores inductivos.
Este tipo de dispositivos son muy habituales, ya que presentan características muy interesantes en la medida de la proximidad y en la detección de objetos metálicos.
Figura 2.9
Esquema básico de un sensor de tipo inductivo
Se componen de cuatro elementos básicos: la bobina, un oscilador, un circuito de disparo, y un circuito de conmutación de salida, protegido contra corto-circuitos. El oscilador, genera un campo electromagnético de alta frecuencia, el cual será
40
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emitido por la bobina, radiando desde la superficie de la zona sensitiva. Al penetrar un objeto metálico en éste campo electromagnético, se producen unas corrientes parásitas, que absorben energía, tanto del campo electromagnético, como del oscilador. Esta absorción de energía, llamada atenuación, se incrementa al acercarse el objeto metálico a la superficie sensible. El circuito de disparo activa el circuito de salida, al excederse un determinado valor de atenuación. En los detectores de proximidad de DC (CC), el circuito de salida puede ser un transistor NPN, que conectará una carga al polo negativo, o también puede ser un transistor PNP que conecta la carga al polo positivo.19
Figura 2.10
Anemómetro de cazoleta o hélice
En el grafico anterior se muestra el esquema general de un anemómetro que nos permite determinar la velocidad del viento, este se encuentra formado por varias hélices acopladas a un eje y a la vez a un disco metálico dentado cuyo giro es proporcional a la velocidad del viento transmitida al eje, a una distancia determinada del disco se encuentra ubicado un sensor inductivo el cual determinara las zonas muertas y conductivas de la rueda entregando un tren de pulsos a la salida del mismo, esta señal se
19
http://www.fornvalls.com/pdfs/sensores-induc_es.pdf
41
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acondicionara y se ingresara a una entrada del Pic para poder determinar la velocidad del viento de acuerdo a la frecuencia de los pulsos.
Figura 2.11
Figura 2.12
Esquema del acondicionamiento de la señal sensor inductivo
Acondicionamiento de la señal de un sensor inductivo
2.2.1.4 Dirección del viento (veleta) Para determinar la dirección del viento se utilizara un codificador angular acoplado a una veleta mediante un eje, a continuación se describe la manera como trabaja este tipo de codificadores.
Los codificadores de posición absolutos ofrecen una salida de señal codificada correspondiente a la posición de un elemento móvil, regla o disco, con respecto a una referencia interna. Para ello, el elemento móvil dispones de zonas con una propiedad que las distingue, y a las que se asigna un valor binario. Cada pista representa un bit de salida, siendo la pista más interior la correspondiente al bit de mayor peso. Los tipos de sensores más empleados en este caso son los ópticos, con zonas opacas y transparentes y
42
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en menor medida, los de contacto, con zonas conductoras y aislantes. Hay conjuntos de foto sensores integrados que facilitan de gran manera la realización de la codificación.20
Figura 2.13
Discos de un codificador angular
Estos codificadores tienen inmunidad intrínseca frente a las interrupciones e interferencias electromagnéticas, pero ello es a cuestas de unos cabezales de lectura que son mucho más complejos que en los codificadores incrementales. Esto se debe a que hay tantos elementos de lectura como pistas y a la necesidad de que todos ellos estén bien alineados de forma contraria, el código ofrecido a la salida puede estar formado por bits correspondiente a dos posiciones contiguas (en particular cuando se produzca la transición de una a otra). El código resultante puede corresponder a una posición muy distante de la real.21
20 21
http://www.pol.una.py/archivos/IngEltrnik/Sensores/Cap5_4_Rotativos.pdf MIGUEL PÉREZ A, y otros, Instrumentación Electrónica, Editorial THOMSON, España, 2004
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U.P.S.
Figura 2.14
INGENIERÍA ELÉCTRICA
Esquema para determinar la dirección del viento (veleta) mediante un codificador angular
La señal entregada por el codificador es un código binario (8 Bits), que ingresara al Pic, para determinar la posición de la veleta e indicar la dirección del viento.
2.2.1.5 Medida de la precipitación (Pluviómetro) El método más sencillo y el más corrientemente empleado para medir la cantidad de lluvia se basa en el empleo del pluviómetro. Este instrumento está constituído por un embudo especial colocado sobre un recipiente cilíndrico, sujeto a un soporte o parcialmente enterrado en el suelo. El embudo tiene una abertura circular y horizontal de diámetro conocido. La precipitación que cae en la abertura es recogida por el embudo y conducida a un recipiente interior22 Para determinar la cantidad de precipitación, se construirá una cámara volumétrica de válvula, la misma que constara de un recipiente colector de un volumen determinado, por donde ingresa la lluvia, a medida que el nivel de aumente este será detectado por unos electrodos (vacio-lleno)estos serán móviles en su altura para poder determinar la cantidad de lluvia recolectada, cuando el electrodo de vacío tenga contacto con el agua cambiara de estado la salida del relé, esta señal activara un cronometro en el PIC 16F877A el tiempo necesario para poder llenar la cámara y el electrodo determine la posición de llenado y regrese a su estado normal el relé de nivel y al mismo tiempo se
22
http://foro.meteored.com/instrumentos+de+meteorologia+y+tecnicas+de+observacion/observacion+y+m edida+de+las+precipitaciones-t38845.0.html
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activara una salida del PIC que permita desalojar de liquido de la cámara para volver a iniciar su secuencia.
El relé de nivel utilizado para este caso será un de tipo RM4 LA32M de Telemecanique, el cual tiene varias configuraciones dependiendo del tipo de liquido y del control deseado. A continuación se detalla el esquema general del pluviómetro.
Figura 2.15
Esquema de un pluviómetro controlador por un relé de nivel vaciolleno y desalojo del liquido mediante electroválvula
2.3 ADQUISICIÓN DE SEÑALES CON EL MICROCONTROLADOR
2.3.1 MICROCONTROLADORES Como el micro controlador es la parte más importante de nuestro sistema ya que este tiene que realizar una gran cantidad de tareas específicas en nuestra estación meteorológica automática, incluyendo:
Control de dispositivos periféricos (convertidores analógico/digitales.) Cronometrajes. Tratamiento de datos de sensor (muestreo, promediación, resolución de discontinuidades de datos.). Generación y envío de datos codificados hacia la PC.
45
U.P.S.
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Debido a esto haremos una ligera introducción sobre estos dispositivos, que nos ayudara a tener más claros algunos conceptos.
Un micro controlador es un circuito integrado programable o chip, que contiene toda la estructura (arquitectura) de un sencillo pero completo computador, que incorpora la mayor parte de los elementos que configuran un controlador de altas prestaciones y bajo costo. A continuación se detallan los componentes típicos de un microcontrolador:23
Figura 2.16
Esquema básico de un microcontrolador
Procesador o UCP (Unidad central de proceso). Memoria RAM para contener los datos. Memoria para el programa tipo ROM/PROM/EPROM. Líneas de E/S para comunicarse con el exterior. Diversos módulos para el control de periféricos (Temporizadores, puertas serie y paralelo, etc.) Generador de impulsos de reloj que sincronizan el funcionamiento de todo el sistema.
23
http://www.taringa.net/posts/ebooks-tutoriales/1369269/Curso-avanzado-de-Microcontroladores-PIC--Cekit.html
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Tratando de abarcar la mayoría de los fabricantes de microcontroladores estos se pueden clasificar de la longitud de la palabra de sus instrucciones, pudiendo haber microcontroladores de:
Línea Básica: palabras de 4, 8 y 12 bits de longitud. Rango Medio: palabras de 14 y 16bits de longitud. Rango Alto: palabras de 32 y64 bits de longitud.
2.3.1.1.1 Arquitectura básica Según la arquitectura interna de la memoria del microcontrolador se puede distinguir entre:
Microcontroladores con arquitectura Von Neumann. Microcontroladores con arquitectura Harvard.
La arquitectura de Von Neumann se caracteriza por disponer de una sola memoria principal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta. A dicha memoria se accede por un sistema de buses único (direcciones, datos y control). Esta arquitectura presenta algunos problemas cuando se demanda rapidez.
47
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Figura 2.17
Arquitectura VON-NEUMAN
La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes; una, que contiene sólo instrucciones y otra, sólo datos. Ambas, disponen de sus respectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones 5 de acceso (lectura o escritura) simultáneamente en ambas memorias. Esta estructura no modifica nada desde el punto de vista del usuario y la velocidad de ejecución de los programas es impresionante.
ARQUITECTURA HARVARD BUS DE DIRECCION DE INSTRUCCION
BUS DE DIRECCION DE DATOS UNIDAD CENTRAL DE PROCESO
MEMORIA DE INSTRUCCIONES
BUS DE INTRUCCIONES
Figura 2.18
MEMORIA DE DATOS
BUS DE DATOS
Arquitectura HARVARD
2.3.1.1.2 Arquitectura del procesador o UCP. Según la filosofía de la arquitectura del procesador se puede distinguir entre:
48
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Microcontroladores CISC. Microcontroladores RISC. Microcontroladores SISC.
Un microcontrolador basado en la filosofía CISC (Computadores de Juego de Instrucciones Complejo) dispone de más de 80 instrucciones máquina en su repertorio, algunas de las cuales son muy sofisticadas y potentes, requiriendo muchos ciclos para su ejecución.
Tanto la industria de los computadores comerciales como los de los microcontroladores están decantándose hacia la filosofía RISC (Computadores de Juego de Instrucciones Reducido). En estos procesadores el repertorio de instrucciones máquina es muy reducido y las instrucciones son simples y, generalmente, se ejecuta en un solo ciclo.
En los microcontroladores destinados a aplicaciones muy concretas, el juego de instrucciones, además de ser reducido, es específico, o sea, las instrucciones se adaptan a las necesidades de la aplicación prevista. Esta filosofía se ha bautizado con el nombre de SISC (Computadores de Juego de Instrucciones Específico).
2.3.1.1.3 Arquitectura cerrada o abierta. Entre los fabricantes de microcontroladores hay dos tendencias para resolver las demandas de los usuarios. Los microcontroladores con arquitectura cerrada poseen una determinada UCP, cierta cantidad de memoria de datos, cierto tipo y capacidad de memoria de instrucciones, un número de E/S y un conjunto de recursos auxiliares muy concreto. El modelo no admite variaciones ni ampliaciones. La aplicación a la que se destina debe encontrar en su estructura todo lo que precisa, y en caso contrario, hay que desecharlo. Los microcontroladores con arquitectura abierta se caracterizan porque, además de poseer una estructura interna determinada, emplean sus líneas de E/S para sacar al exterior los buses de datos, direcciones y control, con lo que se posibilita la
49
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
ampliación de la memoria y las E/S con circuitos integrados externos. Esta solución se asemeja a la que emplean los clásicos microprocesadores. La línea que separa unos de otros es muy delgada, pero el concepto de microcontrolador se acerca posiblemente más a la arquitectura cerrada.
2.3.1.1.4 Tipo de memoria de programa. En los microcontroladores la memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio chip. Una parte debe ser no volátil, tipo ROM, que se destina a contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria debe ser volátil, tipo RAM, y se destina a guardar las variables y los datos.
Existen principalmente cinco versiones de memoria no volátil que se pueden encontrar en los microcontroladores del mercado:
Memoria ROM con máscara. Memoria OTP. Memoria EPROM. Memoria EEPROM. Memoria Flash. La memoria ROM con máscara es no volátil y de sólo lectura, cuyo contenido se graba durante la fabricación del chip. El elevado coste del diseño de la máscara sólo hace aconsejable el empleo de los microcontroladores con este tipo de memoria cuando se precisan cantidades superiores a varios miles de unidades.
La memoria OTP (One Time Programmable) es no volátil, de sólo lectura y programable una sola vez por el usuario. La grabación se realiza mediante un sencillo grabador controlado por un programa desde un PC. La versión OTP es
50
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
recomendable cuando es muy corto el ciclo de diseño del producto, o bien, en la construcción de prototipos o serie muy pequeñas.
Los
microcontroladores
que
disponen
de
memoria
EPROM
(Erasable
Programmable Read Only Memory), pueden borrarse y grabarse muchas veces. La grabación se realiza, como en el caso de la memoria OTP. Si, posteriormente, se desea borrar el contenido, disponen de una ventana de cristal en su superficie por la que se somete a le EPROM a rayos ultravioleta durante varios minutos.
La memoria EEPROM (Electrical EPROM) es de sólo lectura, programable y borrable eléctricamente. Tanto la programación como el borrado, se realizan eléctricamente desde el propio grabador y bajo el control programado de un PC, y puede hacerse con el microcontrolador instalado en el circuito. Es muy cómoda y rápida la operación de grabado y la de borrado.
La memoria Flash es no volátil, de bajo consumo y puede grabarse y borrarse eléctricamente. Funciona como una ROM y una RAM pero consume menos energía y es más pequeña. La memoria Flash también puede programarse en circuito, además, es más rápida, tiene mayor densidad y tolera más ciclos de escritura/borrado que la EEPROM.24
2.3.1.1.5 Recursos especiales Entre los recursos especiales más comunes que pueden poseer los microcontroladores se encuentran los siguientes:
24
MANFRED Frohn, Circuitos Básicos de la Microelectrónica, GTZ 1997
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U.P.S.
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Temporizador y/o contador. Perro guardián o Watchdog. Protección ante el fallo de la alimentación. Estado de reposo o de bajo consumo. Conversor analógico−digital (CAD). Conversor digital−analógico (CDA). Comparador analógico. Modulador de anchura de impulsos o PWM. Puertas de entrada y salidas digitales. Puertas de comunicación (USART, USB, SCI, etc.)
2.3.1.2 Características del PIC 16F877A Microchip fabrica, entre otros muchos productos, microcontroladores de 8bits de propósito general de arquitectura RISC (conjunto reducido de instrucciones), bajo consumo de potencia y una distribución interna en donde la memoria de programa (ROM) y la memoria de datos (RAM) se encuentran en bloques separados, cada una con su propio bus de acceso (estructura Harvard). Contiene una memoria de tipo EEPROM de 8K x 14 bits cada una. A continuación detallamos las características más significativas:
Memoria de programa 8K x 14 Memoria de datos 368 x 8 bytes Memoria de dato: 256 x 8 bytes Pila (Stack): de 8 niveles Interrupciones de 4 tipos diferentes Juego de instrucciones de 35 instrucciones Encapsulado plástico DIP de 44 patillas Frecuencia de trabajo 20 MHz máxima Temporizadores TMRO, TMR1, TMR2. 33 Líneas de E/S digitales (6 Port A, 8 Port B, 8 Port C, 8 Port C, 8 Port D y 3 Port E). Voltaje de alimentación: De 2 a 6 VDC. Voltaje de grabación (Vpp): De 12 a 14. Módulos Captura, comparación y PWM. Puerto serial síncrono SSP
52
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
Puerto serial síncrono básico BSSP Puerto serial síncrono maestro MSSP Modulo universal transmisor receptor asíncrono USART Puerto paralelo de 8 bits PSP Conversor A/D de 10 bits en 8 canales diferentes.
Figura 2.19
Distribución de patillas del microcontrolador PIC 16F877A
2.3.1.2.1 Configuración de los pines de microcontrolador 16F877A. A continuación se detalla todas y cada una de las configuraciones de los pines del microcontrolador en mención.
53
U.P.S. NOMBRE
INGENIERÍA ELÉCTRICA Nº DE PIN
OSC1/CLKI OSC1
I/0 I
13
CLKI
Entrada externa de señal de reloj
I -14
CLKI
Salida de señal de reloj
O O
MCLR/Vpp MCLR
ST/CMOS
DESCRIPCIÓN
I
OSC1/CLKI OSC1
TIPO DE BUFFER
ST 1
Vpp
I
Reset
P
Entrada de voltaje de programación
RA0/AN0
2
I/O
TTL
I/O Digital 0 / Entrada analoga 0
RA1/AN1
3
I/O
TTL
I/O Digital 1 / Entrada analoga 1
RA2/AN2/VREF-
4
I/O
TTL
I/O Digital 2 / Entrada analoga 2/
/CVREF
Referencia de voltaje(Low) A/D/ Salida de comparador CVREF
RA3/AN3/VREF+
5
I/O
TTL
I/O Digital 3 / Entrada analoga 3 Referencia de voltaje (High) A/D
RA4/TOCKI/C1O UT
6
I/O
ST
I/O Digital 4colector abierto Entrada de reloj Timer0 /Salida comparador1
7
I/O
TTL
RA5/AN4/SS/C2O UT
I/O Digital 4/ Entrada analoga 4/SPI Salida comparador 2
RB0/INT
33
I/O
TTL/ST
I/O Digital/ Interrupción externa
RB1
34
I/O
TTL
I/O Digital
RB2
35
I/O
TTL
I/O Digital
RB3/PGM
36
I/O
TTL
I/O Digital / ISCP programación
RB4
37
I/O
TTL
I/O Digital
RB5
38
I/O
TTL
I/O Digital
54
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
RB6/PGC
39
I/O
TTL
I/O Digital / ISCP programación CLOCK
RB7/PGD
40
I/O
TTL
I/O Digital / ISCP programación DATA
RC0/T1OSO/T1C KI
15
I/O
ST
I/O Digital/ Salida oscilador Timer 1/ Entrada de Reloj Timer 1
16
I/O
ST
I/O Digital/ Entrada oscilador Timer 1
RC1/T1OSI/CCP2 Captura 2 input/Compare 2 output/ PWM2 output 17
I/O
ST
I/O Digital/ Compare 1 output/ PWM1 output
18
I/O
ST
I/O Digital/SSPI CLOCK/I2C CLOCK
23
I/O
ST
I/O Digital/SDI data in/ I2C data
24
I/O
ST
I/O Digital/ SPI data out
25
I/O
ST
I/O Digital/USART TX/ USAR1 CLOCK
26
I/O
ST
I/O Digital/USART RX/ USAR DATA
RD0/PSP0
19
I/O
ST/TTL
I/O Digital/Data puerto paralelo
RD1/PSP1
20
I/O
ST/TTL
I/O Digital/Data puerto paralelo
RD2/PSP2
21
I/O
ST/TTL
I/O Digital/Data puerto paralelo
RD3/PSP3
22
I/O
ST/TTL
I/O Digital/Data puerto paralelo
RD4/PSP4
27
I/O
ST/TTL
I/O Digital/Data puerto paralelo
RD5/PSP5
28
I/O
ST/TTL
I/O Digital/Data puerto paralelo
RD6/PSP6
29
I/O
ST/TTL
I/O Digital/Data puerto paralelo
RD7/PSP7
30
I/O
ST/TTL
I/O Digital/Data puerto paralelo
RE0/RD/AN5
8
I/O
ST/TTL
I/O Digital/P paralelo/In análoga 5
RC2/CCP1 RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/TX/CK
I/O Digital/escritura puerto paralelo/ RE1/WR/AN6
9
I/O
ST/TTL
entrada análoga 6 I/O Digital/chip select puerto paralelo/
RE2/CS/AN7
10
I/O
ST/TTL
entrada análoga 7
Vss
12,31
P
--
Tierra 0V
Vdd
11,32
P
Tabla 2.2
Fuente de poder 5 Vdc
Pines del Microcontrolador
55
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
2.3.1.3 Etapa de visualización. Se trata de un módulo microcontrolado capaz de representar 2 líneas de 16 caracteres cada una. A través de 8 o 4 líneas de datos se le envía el carácter ASCII que se desea visualizar así como ciertos códigos de control que permiten realizar diferentes efectos de visualización. Igualmente mediante estas líneas de datos el módulo devuelve información de su estado interno. Con otras tres señales adicionales se controla el flujo de información entre el módulo LCD y el equipo informática que lo gestiona en este caso será el PIC 16F877A.
Figura 2.20
Esquema de conexión del LCD controlado con el PIC 16F877A
A continuación se presenta la descripción de los pines del LCD y los números a los que corresponden.
56
U.P.S. Nº de Pin
INGENIERÍA ELÉCTRICA Símbolo
Conexión
Descripción
1
Vss
Vss
Patilla de alimentación de tierra
2
Vdd
Vdd
Alimentación de voltaje 5 Vdc
3
Vo
Vo
Ajuste del contraste 0 a 5 Vdc
4
RS
RA0
Selección de registro de control RS= 0, registro de datos RS=1
5
R/W
RA1
Modulo escrito R/W=0, modulo leído R/W=1
6
E
RA2
Modulo conectado E=0, modulo desconectado E=1
7-14
D0-D7
RB0-RB7
Bus de datos bidireccional
15
A
-
Ánodo back light
16
K
-
Cátodo back light
Tabla 2.3
Pines del LCD
2.3.2 Comunicación serial La comunicación serial es un protocolo muy común para comunicación entre dispositivos que se incluye de manera estándar en prácticamente cualquier computadora. La mayoría de las computadoras incluyen puertos seriales RS-232., también puede ser utilizada para adquisición de datos si se usa en conjunto con un dispositivo remoto de muestreo.
El concepto de comunicación serial es sencillo. El puerto serial envía y recibe bytes de información un bit a la vez. Aun y cuando esto es más lento que la comunicación en paralelo, que permite la transmisión de un byte completo por vez, este método de comunicación es más sencillo y puede alcanzar mayores distancias. Por ejemplo, la especificación IEEE 488 para la comunicación en paralelo determina que el largo del cable para el equipo no puede ser mayor a 20 metros, con no más de 2 metros entre cualesquier dos dispositivos; por el otro lado, utilizando comunicación serial el largo del cable puede llegar a los 1200 metros.
57
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
Típicamente, la comunicación serial se utiliza para transmitir datos en formato ASCII. Para realizar la comunicación se utilizan 3 líneas de transmisión: (1) Tierra (o referencia), (2) Transmitir, (3) Recibir. Debido a que la transmisión es asincrónica, es posible enviar datos por un línea mientras se reciben datos por otra. Existen otras líneas disponibles para realizar handshaking, o intercambio de pulsos de sincronización, pero no son requeridas. Las características más importantes de la comunicación serial son la velocidad de transmisión, los bits de datos, los bits de parada, y la paridad. Para que dos puertos se puedan comunicar, es necesario que las características sean iguales
Velocidad de transmisión (baud rate): Indica el número de bits por segundo que se transfieren, y se mide en baudios (bauds).
Bits de datos: Se refiere a la cantidad de bits en la transmisión. Cuando la computadora envía un paquete de información, el tamaño de ese paquete no necesariamente será de 8 bits. Las cantidades más comunes de bits por paquete son 5, 7 y 8 bits. El número de bits que se envía depende en el tipo de información que se transfiere.
Bits de parada: Usado para indicar el fin de la comunicación de un solo paquete. Los valores típicos son 1, 1.5 o 2 bits. Debido a la manera como se transfiere la información a través de las líneas de comunicación y que cada dispositivo tiene su propio reloj, es posible que los dos dispositivos no estén sincronizados.
58
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
Paridad: Es una forma sencilla de verificar si hay errores en la transmisión serial. Existen cuatro tipos de paridad: par, impar, marcada y espaciada.25 2.3.2.1.1 Estándar RS 232 RS-232 (Estándar ANSI/EIA-232) es el conector serial hallado en las PCs. Es utilizado para una gran variedad de propósitos, como conectar un ratón, impresora o modem, así como instrumentación industrial. Gracias a las mejoras que se han ido desarrollando en las líneas de transmisión y en los cables, existen aplicaciones en las que se aumenta el desempeño de RS-232 en lo que respecta a la distancia y velocidad del estándar. RS-232 está limitado a comunicaciones de punto a punto entre los dispositivos y el puerto serial de la computadora. El hardware de RS-232 se puede utilizar para comunicaciones seriales en distancias de hasta 4.5 metros.26
2.3.3 Modelo de referencia OSI El modelo OSI (Open Systems Interconection) de telecomunicaciones está basado en una propuesta desarrollada por la organización de estándares internacional (ISO), por lo que también se le conoce como modelo ISO - OSI. Su función es la de definir la forma en que se comunican los sistemas abiertos de telecomunicaciones, es decir, los sistemas que se comunican con otros sistemas.
El modelo de referencia consiste en 7 capas. Estas capas se visualizan generalmente como un montón de bloques apilados o en ingles como un "stack of blocks", por lo que en ingles, a esto se le conoce como el "OSI Protocol Stack"27
25
MIGUEL PÉREZ A, y otros, Instrumentación Electrónica, Editorial THOMSON, España, 2004 http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/039001258CEF8FB686256E0F005888D1 27 http://es.geocities.com/valdezmelva/ihai/link/tres.htm 26
59
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
La descripción de las diversas capas que componen este modelo es la siguiente:
2.3.3.1 Capa física Es la encargada de transmitir los bits de información por la línea o medio utilizado para la transmisión. Se ocupa de las propiedades físicas y características eléctricas de los diversos componentes, de la velocidad de transmisión, si esta es unidireccional o bidireccional (simplex, duplex o flull-duplex).
También de aspectos mecánicos de las conexiones y terminales, incluyendo la interpretación de las señales eléctricas.
Como resumen de los cometidos de esta capa, podemos decir que se encarga de transformar un paquete de información binaria en una sucesión de impulsos adecuados al medio físico utilizado en la transmisión. Estos impulsos pueden ser eléctricos (transmisión por cable), electromagnéticos (transmisión Wireless) o luminosos (transmisón óptica). Cuando actúa en modo recepción el trabajo es inverso, se encarga de transformar estos impulsos en paquetes de datos binarios que serán entregados a la capa de enlace.
2.3.3.2 Capa de enlace Puede decirse que esta capa traslada los mensajes hacia y desde la capa física a la capa de red. Especifica como se organizan los datos cuando se transmiten en un medio particular. Esta capa define como son los cuadros, las direcciones y las sumas de control de los paquetes Ethernet.
Además del direccionamiento local, se ocupa de la detección y control de errores ocurridos en la capa física, del control del acceso a dicha capa y de la integridad de los
60
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
datos y fiabilidad de la transmisión. Para esto agrupa la información a transmitir en bloques, e incluye a cada uno una suma de control que permitirá al receptor comprobar su integridad. Los datagramas recibidos son comprobados por el receptor. Si algún datagrama se ha corrompido se envía un mensaje de control al remitente solicitando su reenvío.
La capa de enlace puede considerarse dividida en dos subcapas:
Control lógico de enlace LLC: define la forma en que los datos son transferidos sobre el medio físico, proporcionando servicio a las capas superiores.
Control de acceso al medio MAC: Esta subcapa actúa como controladora del hardware subyacente (el adaptador de red). De hecho el controlador de la tarjeta de red es denominado a veces "MAC driver", y la dirección física contenida en el hardware de la tarjeta es conocida como dirección. Su principal consiste en arbitrar la utilización del medio físico para facilitar que varios equipos puedan competir simultáneamente por la utilización de un mismo medio de transporte. El mecanismo CSMA/CD ("Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection") utilizado en Ethernet es un típico ejemplo de esta subcapa.
2.3.3.3 Capa de Red Esta capa se ocupa de la transmisión de los datagramas (paquetes) y de encaminar cada uno en la dirección adecuada tarea esta que puede ser complicada en redes grandes como Internet, pero no se ocupa para nada de los errores o pérdidas de paquetes. Define la estructura de direcciones y rutas de Internet. A este nivel se utilizan dos tipos de paquetes: paquetes de datos y paquetes de actualización de ruta. Como consecuencia esta capa puede considerarse subdividida en dos:
61
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
Transporte: Encargada de encapsular los datos a transmitir (de usuario). Utiliza los paquetes de datos. En esta categoría se encuentra el protocolo IP.
Conmutación: Esta parte es la encargada de intercambiar información de conectividad específica de la red. Los routers son dispositivos que trabajan en este nivel y se benefician de estos paquetes de actualización de ruta. En esta categoría se encuentra el protocolo ICMP responsable de generar mensajes cuando ocurren errores en la transmisión y de un modo especial de eco que puede comprobarse mediante ping.
Los protocolos más frecuentemente utilizados en esta capa son dos: X.25 e IP.
2.3.3.4 Capa de Transporte Esta capa se ocupa de garantizar la fiabilidad del servicio, describe la calidad y naturaleza del envío de datos. Esta capa define cuando y como debe utilizarse la retransmisión para asegurar su llegada. Para ello divide el mensaje recibido de la capa de sesión en trozos (datagramas), los numera correlativamente y los entrega a la capa de red para su envío.
Durante la recepción, si la capa de Red utiliza el protocolo IP, la capa de Transporte es responsable de reordenar los paquetes recibidos fuera de secuencia. También puede funcionar en sentido inverso multiplexando una conexión de transporte entre diversas conexiones de datos. Este permite que los datos provinientes de diversas aplicaciones compartan el mismo flujo hacia la capa de red.
62
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
Un ejemplo de protocolo usado en esta capa es TCP, que con su homólogo IP de la capa de Red, configuran la suite TCP/IP utilizada en Internet, aunque existen otros como UDP, que es una capa de transporte utilizada también en Internet por algunos programas de aplicación.
2.3.3.5 Capa de Sesión Es una extensión de la capa de transporte que ofrece control de diálogo y sincronización, aunque en realidad son pocas las aplicaciones que hacen uso de ella.
2.3.3.6 Capa de Presentación Esta capa se ocupa de garantizar la fiabilidad del servicio, describe la calidad y naturaleza del envío de datos. Esta capa define cuando y como debe utilizarse la retransmisión para asegurar su llegada. Para ello divide el mensaje recibido de la capa de sesión en trozos (datagramas), los numera correlativamente y los entrega a la capa de red para su envío.
Durante la recepción, si la capa de Red utiliza el protocolo IP, la capa de Transporte es responsable de reordenar los paquetes recibidos fuera de secuencia. También puede funcionar en sentido inverso multiplexando una conexión de transporte entre diversas conexiones de datos. Este permite que los datos provinientes de diversas aplicaciones compartan el mismo flujo hacia la capa de red. Esta capa se ocupa de los aspectos semánticos de la comunicación, estableciendo los arreglos necesarios para que puedan comunicar máquinas que utilicen diversa representación interna para los datos. Describe como pueden transferirse números de coma flotante entre equipos que utilizan distintos formatos matemáticos.
63
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
En teoría esta capa presenta los datos a la capa de aplicación tomando los datos recibidos y transformándolos en formatos como texto imágenes y sonido. En realidad esta capa puede estar ausente, ya que son pocas las aplicaciones que hacen uso de ella.
2.3.3.7 Capa de Aplicación Esta capa describe como hacen su trabajo los programas de aplicación (navegadores, clientes de correo, terminales remotos, transferencia de ficheros etc). Esta capa implementa la operación con ficheros del sistema. Por un lado interactúan con la capa de presentación y por otro representan la interfaz con el usuario, entregándole la información y recibiendo los comandos que dirigen la comunicación. Algunos de los protocolos utilizados por los programas de esta capa son HTTP, SMTP, POP, IMAP etc.
En resumen, la función principal de cada capa es:
Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace Físico
El nivel de aplicación es el destino final de los datos donde se proporcionan los servicios al usuario. Se convierten e interpretan los datos que se utilizarán en el nivel de aplicación. Encargado de ciertos aspectos de la comunicación como el control de los tiempos. Transporta la información de una manera fiable para que llegue correctamente a su destino. Nivel encargado de encaminar los datos hacia su destino eligiendo la ruta más efectiva. Enlace de datos. Controla el flujo de los mismos, la sincronización y los errores que puedan producirse. Se encarga de los aspectos físicos de la conexión, tales como el medio de transmisión o el hardware.
Tabla 2.4
Capas del modelo OSI
64
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
2. ELEMENTOS QUE CONFORMAN UNA ESTACIÓN METEOROLÓGICA AUTOMÁTICA ................................................................................................................ 31 2.1 ESQUEMA FUNCIONAL DE UNA ESTACIÓN METEOROLÓGICA....................................... 31 2.1.1 CLASIFICACIÓN DE LAS ESTACIONES METEOROLÓGICAS AUTOMÁTICAS........................ 32 2.2 ESQUEMA GENERAL DEL PROTOTIPO ESTACIÓN METEOROLÓGICA ETM-001. ............... 32 2.2.1 DESCRIPCIÓN DE TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS ETM-001. ................................................. 33 2.2.1.1 Sensor de temperatura ................................................................................................. 34 2.2.1.2 Sensor de humedad ...................................................................................................... 37 2.2.1.3 Velocidad del viento ..................................................................................................... 40 2.2.1.4 Dirección del viento (veleta) ......................................................................................... 42 2.2.1.5 Medida de la precipitación (Pluviómetro) .................................................................... 44 2.3 ADQUISICIÓN DE SEÑALES CON EL MICROCONTROLADOR ......................................................... 45 2.3.1 MICROCONTROLADORES ................................................................................................. 45 2.3.1.2 Características del PIC 16F877A.................................................................................... 52 2.3.1.3 Etapa de visualización. .................................................................................................. 56 2.3.2 COMUNICACIÓN SERIAL ......................................................................................................... 57 2.3.3 MODELO DE REFERENCIA OSI ................................................................................................. 59 2.3.3.1 Capa física ..................................................................................................................... 60 2.3.3.2 Capa de enlace .............................................................................................................. 60 2.3.3.3 Capa de Red .................................................................................................................. 61 2.3.3.4 Capa de Transporte....................................................................................................... 62 2.3.3.5 Capa de Sesión .............................................................................................................. 63 2.3.3.6 Capa de Presentación ................................................................................................... 63 2.3.3.7 Capa de Aplicación ........................................................................................................ 64
65
CAPÍTULO III
3. DISEÑO, IMPLEMENTACIÓN Y MONTAJE DE LA ESTACIÓN METEOROLÓGICA ETM-001 3.1 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL HARDWARE Una estación meteorológica es un área o zona determinada, diseñada para obtener, medir y procesar, los datos de los distintos fenómenos meteorológicos, que en la mayoría de los casos se encuentran expuestas al aire libre del campo de observación. De allí que el hardware se encontrara alojado en una caja plástica, la misma que a la vez se montara en un tablero metálico de acero inoxidable para evitar el ingreso de humedad o agua al interior.
La caja plástica en su interior alojara los siguientes elementos: ETM001-A ETM001-C ETM001-D ETM001-E Fuente de poder Ventilador de aire
65
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
Figura 3.1
Disposición de los elementos en la caja plástica
3.1.1 ETM001-A Es la tarjeta base de nuestro módulo, en esta se encuentran montados los regulador de voltaje LM 7805 y LM7812, que nos permiten adaptar los niéveles de voltaje requeridos por nuestro sistema y se encuentran disponibles en el termina P1, los conectores P2, P3 y P4 acoplan las demás tarjetas a nuestro modulo, contiene también dos relés K1 y K2 con una carga admisible de 10 Amp. para una voltaje de 28 VDC o 125 VAC y sus terminales se encuentra ubicados en P5, P6 es la alimentación desde la fuente regulada y P7 es conexión hacia el ventilador de aire.
66
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
Figura 3.2 Placa base ETM001-A
En esta placa se encuentra alojado el microcontrolador Pic 16F877A con su sistema de oscilación, el Chip Max 232 con sus diferentes componentes que nos permiten la comunicación serial con la PC. 3.1.2 ETM001-C En esta se encuentra instalado de modulo LCD, aquí se configuran todos los pines del mismo, también se encuentra montados los pulsadores P1, P2 de set y reset.
ETMOO1C
Figura 3.3
Placa LCD ETM001-C
67
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
3.1.3 ETM001-D Prácticamente esta es una tarjeta de acoplamiento de entradas digitales para nuestro sistema. Se utiliza amplificadores operacionales LM 324 y LM 358 configurados como seguidores de tensión para este fin.
ETM001LCD
Figura 3.4
Placa de entradas digitales, encoder y sensor inductivo
3.1.4 ETM001-E Esta es una tarjeta para entrada análoga de tipo de corriente para el caso del transductor de la PT-100 y de voltaje para el caso del sensor de humedad.
68
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
ETM001E
Figura 3.5
Placa de entradas análogas
3.2 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SOFTWARE
3.2.1 Descripción de la programación del microntrolador PIC 16F877A Para empezar con la programación del microcontrolador se debe primero establecer las necesidades de nuestro sistema y la configuración de salidas y entradas de cada uno de los dispositivos o sensores.
Como parte primordial en nuestro sistema es la determinación de una base de tiempo real, otro aspecto a considerar es la comunicación serial con la PC y por último la representación de datos en nuestro display LCD ubicado en nuestro tablero.
69
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
En el cuadro siguiente se muestra la asignación del tipo de entrada y salida de los diferentes sensores con el micro controlador Pic 16F877A.
PUERTO
ENTRADA/SALIDA
TIPO
DESCRIPCIÓN
MCLR
Entrada
Digital
Máster Reset
RA0
Entrada
Análoga
Sensor de temperatura
RA1
Entrada
Análoga
Sensor de humedad
RA2
Entrada
Digital
Set/Reset
RA3
Entrada
Análoga
Reserva
RA4
Entrada
Digital
Incremento Set
RA5
Entrada
Digital
Decremento Set
RC0
Entrada
Digital
Velocidad del viento
RC1
Entrada
Digital
Nivel alto
RC2
Entrada
Digital
Nivel bajo
RC3
Entrada
Digital
Reserva
RD
Entrada
Digital
Encoder
RC4
Salida
Digital
Rele1
RC5
Salida
Digital
Rele2
RC6
Salida
Digital
Tx (Comunicación serie)
RC7
Entrada
Digital
Rx (Comunicación serie)
RB
Salida
Digital
Encoder
Tabla 3.1. Micro controlador Pic 16F877A
70
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
3.2.1.1 Diagrama de flujo de la programación
INICIO
Inicialización de variables
Si
Reset =0
Cálculo de base de tiempo
Fecha / Hora LCD Codificar valores muestreados
Si
Llamada interna TMR0
Si Datos "LCD"
Set > 0
Muestreo de: Temperatura Humedad Veleta Llamada interna COM
Si Pluviometro
Relé de nivel =1
Si
Comunicación PC
Contador anemometro
Figura 3.6
Diagrama de flujo de la programación.
3.2.1.2 Programación del Pic en Micro Basic Program Prueba_Tesis5
********************** ETIQUETAS ***********************************' 'symbol ANALOG = PORTA 'symbol LCD
= PORTC
**********************CONSTANTES************************************ const
mesess as byte [12] = (31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31)' Constante DÍAS de meses
71
U.P.S. const
INGENIERÍA ELÉCTRICA contaset as word = 200
' Constante contador del SET
'******************************VARIABLES***************************** dim COUNTER, i, oldstate, oldstate1, contacomu as byte dim variable_lcd,variable1, ajuste_reloj, seteo as byte dim contset
as word
dim SEG, MINU, HRS, DIS, MES, ANO
as word
dim SEGUNDOS, MINUTOS, HORAS
as string[2]
dim DIAS, MESES, ANOS
as string[2]
dim FECHA, HORA
as string[16]
dim temp
as byte
dim hume, puertod
as byte
dim temperatura
as string[3]
dim humedad,revo
as string[3]
' variable
dim dirviento
as string[5]
'Direccion del viento 2
dim direccionviento
as string[16]
'Direccion del viento 2
dim convelvient,tiimer1
as byte
dim inicom
as string[1]
'*****************************INTERRUPCIONES************************ 'Subrutina TMR0 sub procedure interrupt inc(COUNTER)
'Incrementa el valor de la interrupción TMRO
TMR0 = 1
'Valor pre asignado TMRO=10
INTCON = $20
'Set T0IE, claer T0IF
end sub
'Subrutina ajustes de resolución del viento ' sub procedure viento 'puertod = (puertod*45)/32
' Resolución del encoder angular
72
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
'WordToStr(PORTD,dirviento) WordToStr(puertod,dirviento) end sub
'Subrutina de transformacion de bit a string con ceros' sub procedure Bytetochar1(dim input_ as word, dim byref output as char[2]) dim len_, tmp as byte len_ = 1 if input_ > 9 then
'Si mayor a 9 inserta 2 ceros
Inc(len_) end if if input_ > 99 then
'Si mayor a 99 inserta 0 ceros
Inc(len_) end if output = "00"
' justificación a la derecha
dec(FSR) while len_ > 0 tmp = byte(input_ mod 10) + 48
'Suma 48 de código ASCII
INDF = tmp dec(FSR) input_ = input_ div 10 dec(len_) wend end sub
'****************************PROGRAMA_PRINCIPAL******************** 'Inicialización de parámetros'
main: TRISA = $3F
'11111 Configuración de puerto
73
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
TRISB = $00
' 00000000
TRISC = $8F
'10001111
TRISD = $FF
' Configuracion como entrada ENCODER
ADCON0
= $85
' 10000101configure analog inputs AN0, AN1 y AN3
ADCON1
= $84
' configura analog inputs AN0, AN1 y AN3
OPTION_REG = $87
' Assign prescaler to TMR0
INTCON
' Enable TMRO interrupt
= $A0
T1CON
= $07
TMR0
= 10
COUNTER SEG
=0
= 59
HRS
= 23 =1
MES
= 12
ANO
= 82
seteo
' Iniciliza todas las variables
= 58
MINU
DIS
' Configuracion Timer1
=0
variable_lcd = 0 contacomu
=0
variable1
=0
inicom
= "I"
Usart_Init(9600)
' Initalize USART (9600 baud rate, 1 stop bit, ...
while TRUE if seteo = 0 then
' Selecciona variable a LCD
if Button(PORTA, 2, 2, 0) then
' Lee el puerto A.2 cuado 0
oldstate = 255 end if if oldstate and Button(PORTA, 2, 1, 1) then
' Lee el puerto A.2 1-0
oldstate = 0
74
U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
Inc(variable_lcd)
'Si puerto A.2 en cero incrementa variable_lcd
end if end if
if variable_lcd >= 6 then
'Pone variable_lcd o 0 si mayor a 6
variable_lcd = 0 end if
'COMUNICACION INTCON 'PIE1
= $00
'Desabilita interrupcion TMRO durante comunicacion
= $10
if contacomu >=7 then
'Selección de dato a enviar
contacomu = 0 end if
'Fin de comunicación
Inc (contacomu) select case contacomu
'Selección del dato enviado
case 1 Usart_Write_Text(inicom)
'Envía el dato de inicio
case 2 Usart_Write_Text(temperatura)
'Envía el dato de temperatura
case 3 Usart_Write_Text(humedad)
'Envía el dato de humedad
case 4 Usart_Write_Text(dirviento)
'Envía el dato de direccion de viento
case 5 Usart_Write_Text(revo)
'Envía el dato de velocidad de viento
case 6 Usart_Write_Text (revo)
'Envía dato de lluvia
end select 'PIE1
= $57
75
U.P.S. INTCON
INGENIERÍA ELÉCTRICA = $A0
' Disable TMRO interrupt
if COUNTER = 90 then
' Si contador es 159, inicializa el LCD
Lcd_INIT(PORTB) Lcd_Cmd(LCD_CLEAR)
' Envía comando al LCD "clear display"
Lcd_Cmd(LCD_CURSOR_OFF)
' Envía comando cursor off
select case variable_lcd
' Selección de Ajuste de reloj HH:MM
case 0 Lcd_Out(1,1,FECHA) Lcd_Out(2,1,HORA) if Button(PORTA, 2, 2, 0) then
' Lee el puerto A.2 cuado 0 SET/RESET
oldstate = 255 Inc(contset)
'Contador de set
end if if oldstate and Button(PORTA, 2, 1, 1) then
' Lee el puerto A.2 1-0 SET/RESET
oldstate = 0 if contset >= contaset then
' Contador del Set por mas de 5 ms
seteo = not seteo Lcd_Cmd(Lcd_Return_Home)
' Regresa el puntero del LCD a Home
Lcd_Cmd(Lcd_Underline_On)
' Escribe guion bajo en Home
ajuste_reloj = 0 contset = 0 end if contset = 0 Inc(ajuste_reloj)
' Selección del dato de ajuste de FECHA y HORA
end if if ajuste_reloj >= 6 then
' Si ajuste reloj mayor a 6 vuelve a 0
ajuste_reloj = 0 end if case 1 Lcd_Out(1,1,"TEMPERATURA")
' Escribe temperatura en el LCD
76
U.P.S. Lcd_Out(2,1,temperatura)
INGENIERÍA ELÉCTRICA ' Escribe el valor de temperatura en el LCD
case 2 Lcd_Out(1,1,"HUMEDAD")
' Escribe humedad en el LCD
Lcd_Out(2,1,humedad)
' Escribe el valor de humedad en el LCD
case 3 Lcd_Out(1,1,"DIR. DEL VIENTO")
' Escribir DIR DEL viento en el LCD
WordToStr(portd,dirviento)
' Transforma el valor de puerto palabra
Lcd_Out(2,1,dirviento)
' Escribe el valor de dirvientoen el LCD
'Lcd_Out(2,1,direccionviento) case 4 Lcd_Out(1,1,"VEL. DEL VIENTO")
' Escribe VEL viento en el LCD
Lcd_Out(2,1,revo )
' Escribe el valor de revo en el LCD
case 5 Lcd_Out(1,1,"PRESIPITACION")
' Escribe PRESIPITACION en el LCD
Lcd_Out(2,1,"lluvia")
' Escribe el valor de lluvia en el LCD
end select COUNTER = 0 Inc(SEG) Inc(convelvient)
' Incrementa convelviento cada segundo
end if if SEG = 60 then SEG = 0 Inc(MINU)
' Incrementa minuto cada 60 segundos
end if if MINU = 60 then MINU = 0 Inc(HRS)
' Incrementa HORA cada 60 minutos
end if if HRS = 24 then HRS = 0
77
U.P.S. Inc (DIS)
INGENIERÍA ELÉCTRICA ' Incrementa DIAS cada 24 horas
end if
if DIS = mesess[MES] then DIS = 1 Inc (MES)
' Incrementa MESES cada 30 dias
end if if MES = 12 then MES = 1 Inc (ANO)
' Incrementa AÑos cada 12 meses
end if if variable1 = 1 then i=0
' Borra el contenido del string de los 16 caracteres
for i = 0 to 16 HORA [i]= 0 next i Bytetochar1(SEG, SEGUNDOS)
' Transforma el valor de SEG a caracter
Bytetochar1(MINU, MINUTOS)
' Transforma el valor de MINU a caracter
Bytetochar1(HRS, HORAS)
' Transforma el valor de HRS a caracter
Strcat (HORA,"HORA: ")
' Concatema HORA con el valor de hora
Strcat (HORA,HORAS) HORA [9]= ":" Strcat (HORA,MINUTOS)
' Concatena HORA con el valor de MINUTOS
HORA [12]= ":" Strcat (HORA ,SEGUNDOS)
' Concatena HORA con el valor de SEGUNDOS
i=0
' Borra el contenido del string de los 16 caracteres
for i = 0 to 16 FECHA [i]= 0 next i
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U.P.S.
INGENIERÍA ELÉCTRICA
Bytetochar1(DIS, DIAS)
' Transforma el valor de DIS a caracter
Bytetochar1(MES, MESES)
' Transforma el valor de MES a caracter
Bytetochar1(ANO, ANOS)
' Transforma el valor de AÑO a caracter
Strcat (FECHA,"FECHA: ")
' Concatena FECHA
Strcat (FECHA,DIAS)
' Concatena FECHA Y DIAS
FECHA [9]= "/"
' Inserta / en FECHA
Strcat (FECHA,MESES)
' Concatena MESES A FECHA
FECHA [12]= "/"
' Inserta / en FECHA
Strcat (FECHA, ANOS)
' Concatena AÑOS a FECHA
if seteo = 255 then
' Caso ajuste de reloj
FECHA [15]= "º" select case ajuste_reloj
' Selección de Ajuste de reloj HH:MM
case 0 HORA [15]= "s"
' Inserta el caracter s para el ajuste desegundos
case 1 HORA [15]= "m"
' Inserta el caracter m para el ajuste minutos
case 2 HORA [15]= "h"
' Inserta el caracter h para el ajuste de horas
case 3 HORA [15]= "d"
' Inserta el caracter d para el ajuste de dias
case 4 HORA [15]= "m"
' Inserta el caracter m para el ajuste de meses
case 5 HORA [15]= "a"
' Inserta el caracter a para el ajuste de años
end select select case ajuste_reloj
' Selección de Ajuste de reloj HH:MM
case 0
' Ajuste de segundos
if Button(PORTA, 4, 2, 0) then oldstate1 = 255 end if
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INGENIERÍA ELÉCTRICA
if oldstate1 and Button(PORTA, 4, 1, 1) then oldstate1 = 0 Inc(SEG)
' Incrementa el valor de SEG para el ajuste de reloj
end if if Button(PORTA, 5, 2, 0) then oldstate1 = 255 end if if oldstate1 and Button(PORTA, 5, 1, 1) then oldstate1 = 0 Dec(SEG)
' Decrementa el valor de SEG para el ajuste de reloj
end if case 1
' Ajuste de minutos
if Button(PORTA, 4, 2, 0) then oldstate1 = 255 end if if oldstate1 and Button(PORTA, 4, 1, 1) then oldstate1 = 0 Inc(MINU)
' Incrementa el valor de MINU para el ajuste de reloj
end if 'if Button(PORTA, 5, 2, 0) then 'oldstate1 = 255 'end if 'if oldstate1 and Button(PORTA, 5, 1, 1) then 'oldstate1 = 0 'Dec(MINU)
' Decrementa el valor de MINU para el ajuste de reloj
'end if case 2
' Ajuste de horas
if Button(PORTA, 4, 2, 0) then oldstate1 = 255 end if
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INGENIERÍA ELÉCTRICA
if oldstate1 and Button(PORTA, 4, 1, 1) then oldstate1 = 0 Inc(HRS)
' Incrementa el valor de HRS para el ajuste de reloj
end if 'if Button(PORTA, 5, 2, 0) then 'oldstate1 = 255 'end if 'if oldstate1 and Button(PORTA, 5, 1, 1) then 'oldstate1 = 0 'Dec(HRS)
' Decremento el valor de HRS para el ajuste de reloj
'end if case 3
' Ajuste de DIAS
if Button(PORTA, 4, 2, 0) then oldstate1 = 255 end if if oldstate1 and Button(PORTA, 4, 1, 1) then oldstate1 = 0 Inc(DIS)
' Incrementa el valor de DIS para el ajuste de reloj
end if 'if Button(PORTA, 5, 2, 0) then 'oldstate1 = 255 'end if 'if oldstate1 and Button(PORTA, 5, 1, 1) then 'oldstate1 = 0 'Dec(DIS)
' Decrementa el valor de DIS para el ajuste de reloj
'end if case 4
' Ajuste de MESES
if Button(PORTA, 4, 2, 0) then oldstate1 = 255 end if
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INGENIERÍA ELÉCTRICA
if oldstate1 and Button(PORTA, 4, 1, 1) then oldstate1 = 0 Inc(MES)
' Incrementa el valor de MES para el ajuste de reloj
end if 'if Button(PORTA, 5, 2, 0) then 'oldstate1 = 255 'end if 'if oldstate1 and Button(PORTA, 5, 1, 1) then 'oldstate1 = 0 'Dec(MES)
' Decrementa el valor de MES para el ajuste de reloj
'end if case 5
' Ajuste de ANOS
if Button(PORTA, 4, 2, 0) then oldstate1 = 255 end if if oldstate1 and Button(PORTA, 4, 1, 1) then oldstate1 = 0 Inc(ANO)
' Incrementa el valor de AÑO para el ajuste de reloj
end if 'if Button(PORTA, 5, 2, 0) then 'oldstate1 = 255 'end if 'if oldstate1 and Button(PORTA, 5, 1, 1) then 'oldstate1 = 0 'Dec(ANO)
' Decrementa el valor de AÑO para el ajuste de reloj
'end if end select end if end if temp = ADC_read(0)
'Toma el valor de AN0 y lo coloca en tem
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INGENIERÍA ELÉCTRICA
'temp = word(temp >> 3)
' Rota hacia la derecha para tomar los más significativo
temp= temp/4 hume = ADC_read(1)
'Toma el valor de AN1 y lo coloca en hume
'hume = word(hume >> 2)
' Rota hacia la derecha para tomar los mas significativod
hume = hume/2 if convelvient >= 10 then
'Calculo de las revoluciones en 10 seg
tiimer1 = TMR1L convelvient = 0 TMR1L = 0 end if if variable1 >= 7 then variable1 = 0 end if Inc(variable1) select case variable1
' Selección de variable a visualizar „Transforma la variables s,m,h,d,m,a chart
Case 2 ByteToStr(temp, temperatura) ByteToStr(hume,humedad) Case 3 i=0
' Borra el contenido del string de los 16 caracteres
for i = 0 to 16 direccionviento [i]= 0 next i if PORTD
