desarrollo de un sistema automÁtico de reporte de
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REPÚBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE ELECTRÓNICA
DESARROLLO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE
REPORTE DE CALIBRACIÓN DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN ELECTRÓNICOS
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE:
INGENIERO EN ELECTRÓNICA
PRESENTADO POR: Br. FUENMAYOR, HELVIN Br. GOETTINGER, MARCO
ASESORADO POR: Mg. HERMELINDA CAMACHO
Ing. JOSÉ GONZÁLEZ Ing. WILMER MARTÍNEZ
MARACAIBO, ENERO DE 1999
DESARROLLO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE REPORTE DE CALIBRACIÓN DE INSTRUMENTOS DE
MEDICIÓN ELECTRÓNICOS
III
REPUBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL BELLOSO CHACIN
FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE ELECTRONICA
VEREDICTO
Quienes suscriben, miembros del jurado por el Director del
Departamento de Investigación, Extensión y Post-grado, de fecha
_______________, reunidos para evaluar el trabajo de grado titulado
DESARROLLO DE UN SISTEMA AUTOMATICO DE REPORTE DE
CALIBRACION DE INSTRUMENTOS DE MEDICION
ELECTRONICOS presentado por el Br.: GOETTINGER TETZLAFF,
Marco. Cédula de Identidad Nº 10.443.485, aspirante al titulo de Ingeniero
en Electrónica, dejan constancia de lo siguiente:
1º.- Una vez leído el trabajo por los miembros del Jurado, el aspirante lo
expuso mediante un resumen oral de su contenido, luego de lo cual respondió
a las preguntas que le fueron formuladas.
2º.- Finalizada la discusión del Proyecto - Pasantías de Investigación II, el
jurado delibero y decidió _______________________, con la calificación de
______________________, puntos, asignándole mención
______________________, por considerar que se ajusta a lo expuesto y
exigido por el reglamento de estudio de Pre-Grado de esta Universidad.
Ing. José González Ing. Roberto Mavarez Mgs. Hermelinda Camacho
Tutor Académico Jurado Tutor Metodológico
IV
REPUBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL BELLOSO CHACIN
FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE ELECTRONICA
VEREDICTO
Quienes suscriben, miembros del jurado por el Director del
Departamento de Investigación, Extensión y Post-grado, de fecha
_______________, reunidos para evaluar el trabajo de grado titulado
DESARROLLO DE UN SISTEMA AUTOMATICO DE REPORTE DE
CALIBRACION DE INSTRUMENTOS DE MEDICION
ELECTRONICOS presentado por el Br.: FUENMAYOR VILLALOBOS,
Helvin José. Cédula de Identidad Nº 12.695.291, aspirante al titulo de
Ingeniero en Electrónica, dejan constancia de lo siguiente:
1º.- Una vez leído el trabajo por los miembros del Jurado, el aspirante lo
expuso mediante un resumen oral de su contenido, luego de lo cual respondió
a las preguntas que le fueron formuladas.
2º.- Finalizada la discusión del Proyecto - Pasantías de Investigación II, el
jurado delibero y decidió _______________________, con la calificación de
______________________, puntos, asignándole mención
______________________, por considerar que se ajusta a lo expuesto y
exigido por el reglamento de estudio de Pre-Grado de esta Universidad.
Ing. José González Ing. Roberto Mavarez Mgs. Hermelinda Camacho
Tutor Académico Jurado Tutor Metodológico
V
DEDICATORIA
A DIOS,
A MIS PADRES,
Nerva y José
A MIS ABUELOS,
América y Antonio
Y
A MIS TIOS,
Nelson y Nery Villalobos
Quienes siempre me han dado todo su amor, apoyo y comprensión,
haciendo de mi, un hombre de bien.
HELVIN FUENMAYOR
VI
DEDICATORIA
A DIOS,
MIS PADRES,
MI HERMANA,
Y ABUELOS
Por brindarme en todo momento su amor y apoyo, guiándome
siempre por el mejor camino para lograr mis metas.
A MI NOVIA
Por brindarme siempre su amor y apoyo,
estando siempre a mi lado en todo momento.
MARCO GOETTINGER
VII
AGRADECIMIENTOS
A Dios, por acompañarnos en todo momento, permitiendo el
cumplimiento de nuestras metas y hacer de nosotros hombres de bien.
A nuestros padres y abuelos, por su dedicación, constancia y apoyo
incondicional en pro de nuestra educación y a quienes les debemos lo que
somos hoy.
A nuestra familia, en especial a Tanya Goettinger, Nelson Villalobos,
Humberto Villalobos, Antonio Villalobos, Hendrik y Hebert Fuenmayor, por
brindarnos todo su apoyo a lo largo de nuestra carrera universitaria.
A nuestros tutores, Mg. Hermelinda Camacho, Ing. José González, Ing.
Wilmer Martínez, por asesorarnos y brindarnos sus conocimientos a lo largo de
este proyecto de investigación, y quienes además nos ofrecieron toda su
paciencia y amistad.
Al Sr. Erik Sturm y a su esposa la Sra. Petra, por el apoyo y la
colaboración prestada para la realización de esta investigación.
Al Sr. Juan Oliveira y a su esposa la Sra. Antonia, quienes nos
apoyaron a lo largo de nuestra carrera universitaria ofreciéndonos su amistad y
confianza, en especial por la colaboración prestada durante el período de
investigación y desarrollo de este proyecto.
VIII
A Henry Sánchez, Leonel Castillo, César Vásquez y Juan Bianchi,
técnicos especialistas en instrumentación, quienes compartieron con nosotros
sus conocimientos y colaboraron con la realización de ésta investigación
A los ingenieros, Pedro Parra, Norberto Chávez y Juan Carlos Mendoza,
por la valiosa colaboración prestada durante la realización de esta
investigación.
A Daniel White, por el asesoramiento y colaboración prestada durante la
realización del prototipo.
A la Ing. Marta Oliveira, por su valiosa colaboración y paciencia
durante la realización de este proyecto de investigación.
A todo el personal que labora en el taller de instrumentación, José
García, Yonairo González, Wilfrido Quiva, José Manzano y Reny Chávez, por
brindarnos su amistad y compartir sus conocimientos técnicos con nosotros en
el lapso de esta investigación.
A nuestros amigos y amigas, Alberto Adrianza, Armando Jordan,
Gleidys García, Guillermo Mogollón, Javier Osorio, Denny Castellano, Jorge
Briceño, Jorge Sánchez, Jorge Ramirez, Jhon Marti y Luis Ney Gómez, por
brindarnos su amistad y colaboración a lo largo de nuestra carrera
universitaria.
IX
A todas aquellas personas, que de alguna manera prestaron su
colaboración para que la realización de este proyecto de investigación fuese
una realidad.
A Marco Goettinger, amigo y compañero de tesis, por toda su ayuda,
apoyo y paciencia durante el desarrollo de la carrera universitaria.
A Helvin Fuenmayor, amigo y compañero de tesis, por toda su ayuda,
apoyo y paciencia durante el desarrollo de la carrera universitaria.
H. FUENMAYOR & M. GOETTINGER
X
RESUMEN
Fuenmayor, Helvin y, Goettinger Marco. Desarrollo de un Sistema Automático de Reporte de Calibración de Instrumentos de Medición Electrónicos. Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Electrónica. Tesis de Grado, 1999. El propósito de este proyecto de investigación fué desarrollar un Sistema Automático de Reporte de Calibración de Instrumentos de Medición Electrónicos, orientado a la optimización del procedimiento general de calibración de instrumentos de la empresa Resilin C.A., integrando elementos de hardware y software que permitan diagnosticar de una manera eficiente el estado de calibración de estos equipos. Esta investigación de tipo descriptiva aplicada, emplea la metodología sugerida por José María Angulo (1992) para estructurar los resultados de este desarrollo, en donde se desarrollo una interfaz que permite recolectar la información analógica de los instrumentos y enviarlas, mediante el uso de un protocolo de comunicación serial RS232, hacia un computador personal, el cual se encarga de procesar esta información y mostrar un resultado gráfico con el estado de calibración de los instrumentos sometidos a prueba, empleando una aplicación en lenguaje de alto nivel que permite desarrollar entornos gráficos bajo ambiente Windows como lo es el Visual Basic 5.0. Este sistema de tipo digital emplea elementos de alta tecnología, bajo costo y alto rendimiento, entre los cuales se mencionan el uso del micrcocontrolador PIC16C74A y la interface de comunicación serial RS232, lo que permite contar con un equipo de reporte calibración de instrumentos adaptado a las exigencias tecnológicas actuales y a los requerimientos de mantenimiento de los equipos involucrados en la medición de las variables de proceso de la empresa.
XI
SUMMARY
Fuenmayor Helvin and Goettinger Marco. Development of an Automatic System of Report of Calibration of Electronic Measuring Instruments. University Dr. Rafael Belloso Chacin, Faculty of Engineering, School of Electronics, Graduation Thesis 1999. The purpose of this investigation project was to develop an Automatic System of Report of Calibration of Electronic Measuring Instruments, oriented toward optimizing the general procedure of calibration of instruments of Resilin, C.A., integrating hardware and software elements allowing diagnosis in an efficient manner of the calibration condition of these equipments. This descriptive investigation uses the methodology suggested by José María Angulo (1992) to structurize the results of this development, where an interface is implemented that allows the recollection of analogical information of the instruments by means of a serial 232 comunication protocol, towards a personal computer, which takes care to process this information and showing graphic results of the calibration conditions of the instruments being tested, using an application of a high technological level of lenguage which allows to develop a graphic environment under Windows as in Visual Basic 5.0. This digital system uses elements of high tecnology, low cost and high performance, in which are mentioned the use of a microcontroller PIC16C74A and the Serial 232 comunication interface, which allows to rely on an equipment of reporting calibration of electronic instruments adapted to the actual technological demands and requirements of maintenance of the equipment involved in the measurement of the variables of the process of the company.
XII
INDICE GENERAL
Página
VEREDICTO............................................................................................ III
DEDICATORIA....................................................................................... V
AGRADECIMIENTOS............................................................................ VII
RESUMEN............................................................................................... X
INDICE GENERAL................................................................................. XII
INDICE DE FIGURAS............................................................................ XV
INTRODUCCION.................................................................................... 1
CAPITULO I: EL PROBLEMA.............................................................. 3
A. Planteamiento del problema................................................................ 4
B. Objetivos de la Investigación.............................................................. 6
1. Objetivo General............................................................................. 6
2. Objetivos Específicos..................................................................... 6
C. Justificación e Importancia de la Investigación................................... 7
D. Delimitación de la Investigación......................................................... 8
CAPITULO II: MARCO TEÓRICO....................................................... 9
A. Fundamentación Teórica..................................................................... 10
1. Sistema Automático....................................................................... 10
a. Hardware del Sistema................................................................ 11
1. Microprocesadores..................................................................... 11
1.1 Estructura Interna................................................................ 13
1.2 Microprocesadores de 8 bits................................................ 22
2. Microcontroladores..................................................................... 27
3. Microcontrolador PIC16C74A................................................... 28
XIII
3.1 Organización de la Memoria............................................... 30
3.2 Puertos de Entrada/Salida.................................................... 42
3.3 Módulo de Comunicación Serial (USART)........................ 46
3.4 Módulo Convertidor Analógico/Digital.............................. 51
3.5 Funciones Especiales........................................................... 55
3.6 Instrucciones........................................................................ 58
4. Interface RS232.......................................................................... 61
4.1 El Max232........................................................................... 64
b. Software del Sistema.................................................................. 65
1. Visual Basic 5.0.......................................................................... 65
2. MPLAB...................................................................................... 67
2. Reporte de Calibración de Instrumentos de Medición
Electrónicos..................................................................................... 68
a. Clases de Instrumentos............................................................... 70
b. Errores en los Instrumentos....................................................... 72
c. Procedimiento General de Calibración...................................... 77
B. Definición de Términos Básicos.......................................................... 78
C. Revisión de la Literatura...................................................................... 82
D. Sistemas de Variables........................................................................... 83
CAPITULO III: METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN............. 85
A. Tipo de Investigación.......................................................................... 86
B. Metodología Aplicada al Desarrollo del Sistema................................ 87
C. Materiales y Equipos Utilizados.......................................................... 89
CAPITULO IV: RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN................ 94
A. Análisis de los Resultados de la Investigación.................................... 95
1. Definición de las Especificaciones................................................ 95
2. Esquema General del Hardware..................................................... 95
3. Ordinograma General..................................................................... 103
XIV
4. Adaptación entre Hardware y Software......................................... 107
5. Ordinogramas Modulares y Codificación de Programas............... 111
6. Implantación del Hardware............................................................ 112
7. Depuración del Software................................................................ 114
8. Integración del Hardware con el Software..................................... 115
9. Construcción del Prototipo y Pruebas Finales................................ 116
B. Discusión de los Resultados................................................................. 117
CONCLUSIONES..................................................................................... 122
RECOMENDACIONES............................................................................ 125
ANEXOS.................................................................................................... 126
BIBLIOGRAFÍA........................................................................................ 173
XV
INDICE DE FIGURAS
Página
Figura No.01, Diagrama de bloques de la CPU........................................ 15
Figura No.02, Diagrama de bloques de la ALU....................................... 16
Figura No.03, Microcontrolador PIC16C74A.......................................... 30
Figura No.04, Mapa de la memoria del programa y pila.......................... 31
Figura No.05, Mapa de archivo de registros............................................ 33
Figura No.06, Registro STATUS............................................................. 34
Figura No.07, Registro OPTION.............................................................. 35
Figura No.08, Registro INTCON............................................................. 37
Figura No.09, Registro PIE 1................................................................... 39
Figura No.10, Registro TXSTA............................................................... 47
Figura No.11, Registro RCSTA............................................................... 49
Figura No.12, Diagrama de bloques del convertidor A/D....................... 52
Figura No.13, Registro ADCON0........................................................... 52
Figura No.14, Registro ADCON1........................................................... 54
Figura No.15, Interface RS-232............................................................... 63
Figura No.16, Curva Ideal/lectura.......................................................... 73
Figura No.17, Error de cero..................................................................... 74
Figura No.18, Error de multiplicación..................................................... 75
Figura No.19, Error de angularidad......................................................... 76
Figura No.20, Circuito de entrada analógica........................................... 99
Figura No.21, Diagrama de bloques del sistema..................................... 101
Figura No.22, Pantalla de requerimientos técnicos para las pruebas...... 106
XVI
Figura No.23, Diagrama de pines del MAX232..................................... 109
Figura No.24, Configuración de conexión del puerto serial.................... 110
Figura No.25, Interface de procesamiento de señales analógicas............ 113
INTRODUCCION
Los procesos industriales actuales son manejados por complejos
sistemas automatizados, los cuales pueden estar integrados por un conjunto de
elementos, que son capaces de medir las variables que lo componen, evaluarlas
y posteriormente establecer el control y monitoreo constante de estos procesos.
Los instrumentos de medición forman parte fundamental en la estructuración
de estos sistemas.
De lo anteriormente expuesto se infiere que el nivel tecnológico de las
industrias crece y se actualiza al paso del tiempo para no quedarse atrás en
materia tecnológica y así poder competir eficazmente en el mercado actual. La
empresa Resinas Lineales (Resilin C.A.), no escapa a este auge innovador
incrementando cada vez más sus recursos en materia de automatización.
Es por esto que el propósito de esta investigación se basa en el
desarrollo de un sistema electrónico que permita realizar pruebas de
calibración a los instrumentos de medición de variables de proceso
pertenecientes a esta empresa, y que además pueda generar de forma
automática un reporte con los resultados obtenidos sobre el estado de
calibración de estos instrumentos.
Este sistema está orientado a optimizar el procedimiento general de
calibración de instrumentos de esta empresa, y a satisfacer las necesidades de
2
contar con una herramienta electrónica eficiente, de bajo costo y de alta
tecnología.
El desarrollo de esta investigación está fundamentado en el contenido de
cuatro capítulos, donde el Capitulo I engloba toda la temática que origina el
problema, en este establecen los objetivos principales y específicos, así como
también la razón de la investigación y los beneficios que esta pueda aportar,
de acuerdo a estas características este capitulo es denominado El Problema.
El Capitulo II denominado Marco Teórico, recopila toda la información
relacionada con el título de la investigación y las variables que lo constituyen,
además incluye la fase de revisión de otros proyectos de investigación con
características similares y la definición de términos básicos manejados en éste
capítulo.
El Capítulo III abarca las fases donde se establece la metodología
utilizada para llevar a cabo con éxito el proyecto de investigación, en éste se
describen los materiales y equipos utilizados para el desarrollo del mismo, este
capítulo se conoce con el nombre de Metodología de la Investigación.
Por último, se encuentra el Capítulo IV, el cual abarca el desarrollo de
las fases mencionadas en el Capítulo III, y la discusión de los resultados de la
investigación, por ello, este capítulo es denominado Resultados de la
Investigación.
3
Es importante resaltar que, tanto en los capítulos dos y cuatro como en
los anexos, se encuentran contenidas una serie de tablas y figuras que facilitan
la interpretación de la investigación y permiten una lectura más amena.