Aspecto a evaluar Comercial PropiaConocimiento de la Arquitectura del sistema NO SIFuncionamiento de cada componente Global SIProceso de Fabricacion NO SIInformacion sobre programacion Parcial SIMetodologıa de diseno SW HW y SWModificable-Flexibilidad NO SIPosibilidad de generar nuevos productos NO SI

Tabla 3.4: Criterios analizados para el diseno e implementacion del sistema embebidoTES ROv2.0.

se conoce detalladamente sus componentes tanto de software como dehardware necesarios para su funcionamiento.

b. Funcionamiento de cada componente: en los sistema embebidos comer-ciales, al no conocerse la arquitectura de hardware, no es accesible lainformacion detallada de sus componentes, el fabricante solo presentalas caracterısticas generales del sistema, con las cuales el usuario pue-de indagar sobre el funcionamiento global. Por otro lado, para realizarel diseno de un sistema embebido es necesario conocer el funciona-miento de cada uno de los componentes de hardware y software que lointegran.

c. Proceso de Fabricacion: este aspecto es desconocido en los dispositivoscomerciales y depende de la informacion que suministra el proveedor.En cambio, cuando se trabaja con un sistema embebido propio uno delos principales conceptos que se adquieren corresponde al conocimientototal del proceso de fabricacion (Desde el diseno hasta la implementa-cion de los componentes electronicos de montaje superficial).

d. Informacion sobre programacion: en el sistema embebido propio seconoce todo la programacion realizada al sistema, desde los programasbasicos que controlan el hardware y los perifericos, hasta el softwarede alto nivel implementado para realizar la captura y transmision delas senales Biomedicas. Mientras que en los dispositivos comercialesse conoce parcialmente la programacion realizada al sistema y en lamayorıa de los casos se trabaja en el nivel de usuario desarrollando lasaplicaciones.

e. Metodologıa de diseno: en el sistema embebido propio se aplican meto-

38

dologıas de diseno Hardware/Software, efectuando las etapas de con-cepcion, diseno, implementacion, uso y operacion. Mientras que en losdispositivos comerciales solo se puede trabajar en el software, razonpor la cual el usuario se enfoca en el uso y operacion del sistema.

f. Modificable-Flexibilidad: los dispositivos comerciales son productos fi-jos que no permiten modificaciones de hardware, motivo por el cualno son una solucion optima para un diseno especıfico que requierala implementacion de arquitecturas especıficas. En cambio en un di-seno propio todas sus caracterısticas Software/Hardware pueden sermodificadas haciendo al sistema altamente flexible y adaptable a losrequerimientos del problema. Por ejemplo en el sistema TES ROv2.0se disenaron dos modulos de HW especıficos para realizar la capturay transmision de las senales biomedicas.

g. Posibilidad de generar nuevos productos: hace referencia a conocertodos los aspectos de la arquitectura para generar nuevos productos oagregar utilidades a los sistemas embebidos. Un ejemplo de un nuevoproducto es el diseno TES ROv2.0 creado para el desarrollo de la tesis.

3.4.2. Generalidades del Sistema TES ROv2.0

La actividad especıfica que realiza el sistema TES ROv2.0 consiste encapturar la informacion digitalizada de las senales biomedicas proveniente delas tarjetas electronicas, adaptarla y transmitirla por medio de un dispositivoexterno de comunicacion, como se muestra en la Figura 3.8.

-�

�

-�-

�

-SISTEMA

EMBEBIDOSpO2

PA

ECG

Tarjetas

Informacion

Dispositivo deComunicacion

Figura 3.8: Esquema general para el diseno del Sistema Embebido TES ROv2.0.

El diseno del sistema TES ROv2.0 se base en la plataforma de desarrolloECB AT91 [19], disenada en la Universidad Nacional de Colombia, la cualse presenta a continuacion.

39

Plataforma ECB AT91

Es una plataforma desarrollada para aplicaciones academicas e indus-triales, en la Figura 3.9 se presenta la foto de esta plataforma, la cual puedese accede por puerto serial, USB y Ethernet. Esta implementada con el Pro-cesador ARM9 a 180 MHz (Atmel AT91RM9200) y sus dimensiones son85 mm x 77 mm. Soporta tres diferentes distribuciones distribuciones desistemas operativos embebidos: Debian GNU/Linux, Openembedded y buil-droot. [19, 31,32]

Figura 3.9: Plataforma ECB AT91.

Este sistema embebido hace parte de las plataformas electronicas di-senada e implementadas en el Departamento de Ingenierıa Electrica y Electroni-ca (DIEE) de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) que utilizantecnologıa moderna (procesadores de 32 bits y el sistema operativo Li-nux) [13] [14] [17] [15] y los cuales entran en la clasificacion del hardwarecopyleft ; esto significa, sistemas hardware17 que cumplen con las caracterısti-cas de los proyectos de software libre18.

17Sistemas Hardware refiere a: placas de circuito impreso, carcasas.18Algunas de las caracterısticas de los proyectos de SW son: la disponibilidad de los ar-

chivos necesarios para entender, reproducir, modificar y utilizar (incluso para fines comer-ciales) proyectos existentes; la utilizacion de software abierto para su diseno; licenciadasbajo el esquema de licencias Creative Commons (CC) BY - SA, la cual permite la distri-bucion, modificacion y uso incluso para fines comerciales, teniendo como condiciones: dar

40

El sistema TES ROv2.0 disenado e implementado en la tesis es una pla-taforma en la cual se aplico la metodologıa para la transferencia tecnologicay de conocimientos disenada en el DIEE de la UNAL [16], con el objetivo dedifundir la utilizacion de esta tecnologıa en la creacion de soluciones a pro-blemas locales en el campo de la telemonitorizacion de senales biomedicas.

Descripcion

El sistema TES ROv2.019 se basa en la arquitectura20 mostrada en laFigura 3.10, en la cual se integran componentes especıficos de hardwarey software, disenados en forma paralela con el objetivo de desempenar laactividad especıfica nombrada anteriormente.

Figura 3.10: Arquitectura tıpica de un Sistema Embebido. [19]

Las caracterısticas del sistema TES ROv2.0 disenado se resumen a con-tinuacion:

Procesador ARM920T de 180 MHz.

credito al autor del trabajo original y que los trabajos derivados tengan el mismo esquemade licencias.

19El diseno se realiza bajo las filosofıas de Hardware/Software libre.20Esta arquitectura integra los componentes de HW y SW en un dispositivo semicon-

ductor (SoC-System on Chip). [19]

41

Dimensiones: 11cm x 10cm, altura maxima de 2cm.

Alimentacion: 5V ± 10 %.

Memoria serial Flash de 2 MB, memoria SDRAM de 32MB.

PCB (Printed Circuit Board) de dos capas.

Una Ranura para memoria SD/MMC.

Interfaz Ethernet 10/100.

6 puertos seriales (RS232), un puerto I2C, 4 puertos USB.

3.4.3. Modulos del Sistema TES ROv2.0

El sistema TES ROv2.0 implementado se presenta en la Figura 3.11, enel cual se identifican los tres modulos que lo componen:

Figura 3.11: Fotos del sistema TES ROv2.0.

Modulo de Procesamiento: son los componentes que constituyen laarquitectura fundamental del sistema TES ROv2.0. Este modulo sebasa en la plataforma de desarrollo ECB AT91.

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Modulo de Adquisicion: es el sector que se encarga de capturar la infor-macion proveniente de las tarjetas de adquisicion de senales biomedi-cas.

Modulo de Comunicacion: corresponde a los componentes electronicosdisenados para realizar la comunicacion del sistema, ya sea por redescableadas o inalambricas, al sistema de informacion clınico.

Tanto el modulo de comunicacion como el de adquisicion constituyen elaporte principal de Hardware realizado en el sistema TES ROv2.0, los cualesfueron disenados a la medida para realizar la captura y transmision de lassenales biomedicas al sistema de informacion clınico SARURO.

3.4.4. Componentes Electronicos

En la Figura 3.12 se identifican los componentes electronicos y perifericosmas importantes del Sistema Embebido.

Figura 3.12: Identificacion de los principales componentes y perifericos en el sistemaTES ROv2.0.

43

3.4.5. Modulo de Procesamiento

En la construccion del sistema TES ROv2.0, el modulo de procesamientoesta integrado por:

Unidad de Procesamiento: para la implementacion esta unidad se uti-liza el SoC (System on Chip) AT91RM9200, fabricado por Atmel, elcual integra en su nucleo el procesador ARM920T [18, 32, 86]. Es unasolucion completa que minimiza el costo de fabricacion de un dispo-sitivo y ofrece soporte a un gran numero de interfaces y protocolos.Algunas de las caracterısticas del SoC AT91RM9200 son:

• Integra el procesador ARM920T de 200 MIPS a 180 MHz. PoseeMemory Management Unit (MMU).

• Tiene soporte para memorias: SDRAM, NAND flash, DataFlash,SD/MMC y CompactFlash.

• Posee puertos: USB 2.0 host, I2C, SPI, serial RS232 y Ethernet.

• Tiene soporte para las Interfaces: high speed USB 2.0, Ethernet10/100 Base T y interfaz de bus externo (EBI).

• Ofrece soporte para el estandar IEEE 1149.1 JTAG.

• Tiene una memoria interna SRAM de 16 KB y una memoriaROM de 128KB.

Dispositivos de Almacenamiento: el almacenamiento de los datos serealiza utilizando los siguientes componentes:

• MT48LC: es una memoria dinamica de acceso aleatorio con unainterfaz sincronica o SDRAM de 32MB.

• AT45DB161: es una memoria Flash de interfaz serial reprogra-mable por software de tipo NOR fabricada por ATMEL. Permiterealizar la lectura de los datos hasta una velocidad de 66 MHz.

Perifericos: para implementar los dos principales perifericos se utilizo:

• MAX3223 : proporciona una interfaz electrica entre el controla-dor de comunicacion asincronico y el conector de puerto serie.Funciona hasta velocidades de senalizacion de datos de 250 kbpsy es fabricado por Texas Instruments.

• KS8721 : es un producto de la lınea de Ethernet. Ofrece una inter-faz de la subcapa MAC y la capa fısica con el procesador ARM.Opera a 2.5V, con velocidades de 10BaseT/100BaseTX/FX [57,69].

44

3.4.6. Sistema Operativo Embebido

Para el funcionamiento correcto del sistema TES ROv2.0 es necesarioadaptar el software a la arquitectura especıfica del hardware (Ver Seccion2.3.2), con el objetivo de tener soporte y herramientas capaces de gestionarlos componentes electronicos. Esta adaptacion permite programar el sistemapara capturar la informacion de las senales biomedicas y realizar su trans-mision por las redes inalambricas.

En la Figura 3.13 se presenta la arquitectura de los componentes delsoftware implementados en el sistema embebido y la ubicacion de la herra-mienta de desarrollo, con la cual se realiza la compilacion cruzada.

Host

* PlataformaCruzada deDesarrollo

* RootFilesystem

Board (S.E.)

* Darrell’s loader

* Kernel* u-boot

�

? ?

-

microSD

Openembedded

Figura 3.13: Arquitectura de los componentes de software del sistema embebido y laherramienta de desarrollo en el Host.

En la siguiente seccion se presentan los componentes de software utiliza-dos en la implementacion del sistema21.

Puesta a punto del Software en el Sistema TES ROv2.0

Cuando se inicia el proceso de desarrollo del sistema embebido no secuenta con programas de alto nivel que faciliten el manejo y control totaldel mismo, por ende, es necesario almacenar y emplear programas basicosque controlen los componentes electronicos y/o los perifericos disponibles,para posteriormente instalar programas mas complejos que faciliten el tra-bajo en el sistema.

Dependiendo del hardware o la plataforma implementada se tienen variosmetodos para descargar un programa a la memoria del sistema:

21En el Apendice D se presenta la descripcion detallada de los componentes de softwarey los pasos realizados para su implementacion.

45

Usando el puerto JTAG para acceder a las memorias de la plataformay ejecutar un programa residente en ellas. Esto se logra porque elpuerto proporciona una interfaz que controla los registros internos delprocesador.

Utilizando una aplicacion llamada “Loader” que esta almacenada enuna memoria no volatil de una plataforma o de un SoC, que permitedescargar archivos usando perifericos como el puerto serie o la interfazde red.

Especıficamente para este sistema, el SoC AT91RM9200 posee un pro-grama de inicializacion (Boot Program) almacenado en su ROM interna22.Este programa de arranque en su algoritmo de implementacion23, revisa pri-mero si hay una aplicacion valida en la memoria DataFlash y si la encuentrala carga en la SRAM del SoC y la ejecuta, en caso contrario habilita el puer-to serial de depuracion y envıa el caracter C. Este caracter simboliza queel SoC esta listo para recibir el primer archivo binario correspondiente a laaplicacion denominada Darrel’s Loader24

El Darrell’s Loader [19, 31, 44] es una pequena aplicacion basada en losgestores de arranque (u-boot) (Ver Seccion D.1). Esta aplicacion configurala memoria SDRAM externa, transfiere aplicaciones por medio del protoco-lo XModem a esta memoria, configura el puerto serie, controla la memoriaDataFlash y almacena aplicaciones como el u-boot y el kernel en ella.

El u-boot es un gestor de arranque (Universal Bootloader [34]) para variasarquitecturas de procesadores, entre las que se encuentra ARM (Ver SeccionD.2). Permite cargar archivos utilizando varios perifericos como: Ethernet,puertos seriales, memoria SD, Flash, NAND y NOR. Esta aplicacion con-duce la inicializacion del hardware a bajo nivel para despues arrancar laimagen del kernel de Linux y cederle el control.

22Las principales caracterısticas del Boot Program son: Descargar y correr aplicacionesalmacenadas en dispositivos externos o en su SRAM interna; Detectar automaticamenteuna aplicacion valida; Dar soporte a memorias no volatiles como la DataFlash y Permitir lacomunicacion: por el puerto serial de depuracion (DBGU-Debug Unit serial port) usandoel protocolo XModem, o por el puerto USB con el protocolo DFU (Device FirmwareUpgrade).

23El algoritmo del programa de arranque del SoC se puede consultar en la hoja deespecificaciones.

24En este documento no se muestran las modificaciones iniciales realizadas al softwarepara adaptarlo a este tipo de plataformas, este proceso esta descrito en: [19].

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El kernel es el componente fundamental del sistema embebido (Ver Sec-cion 2.3.2), el cual requiere ser configurado para desarrollar una actividad ysoportar una arquitectura de hardware especıfica. La adaptacion del kernelrequiere de la ejecucion de varios paso que permiten realizar su compilacion25

e implementacion en el sistema (Ver Seccion D.3). La imagen utilizada en elsistema embebido es la version “linux-2.6.30.5 ”.

Una vez se inicializa el kernel, este transfiere el control del sistema a unnivel independiente de la arquitectura, en el que se inicializa la abstraccionde alto nivel, se monta el Root Filesystem26 (Ver Seccion D.4) y se ejecutarel primer proceso en el espacio de usuario llamado init process [19,110]. Unade las actividades iniciales realizadas por el kernel consiste en establecer undispositivo para la interaccion con el usuario, el cual corresponde a la con-sola serial (/dev/console) para esta plataforma.

En este punto ya se tiene el control sobre el sistema embebido y seprocede a ejecutar las aplicaciones a nivel de usuario requeridas en su fun-cionamiento, con las cuales se captura y se transmite la informacion de lassenales biomedicas.

3.5. Diseno del Modulo de Comunicacion y Ad-quisicion del sistema TES ROv2.0

Para realizar la captura de la informacion proveniente de las tarjetas deadquisicion de las senales biomedicas y la comunicacion del sistema embebi-do por las redes inalambricas, se realizo el siguiente diseno a la medida cuyaarquitectura se presenta en el diagrama de bloques mostrado en la Figura3.14 y los esquematicos realizados se presentan en el Apendice B.

A continuacion se presenta la informacion de los dos modulos, identifi-cando sus componentes y su funcionamiento.

25La compilacion del kernel se realizo con el toolchain generado por el entorno de desa-rrollo “Openembedded”.

26El Root Filesystem se genero con Openembedded.

47

SoC

AT91RM9200 -�TUSB

HD A�

-

�

-

-�� -�

-

-

�

�-

-�

�-

�-HUB

FTDI

FTDI

FTDI USB

FTDI2 USB

OXI J36

ECG J37

Pressure

J35

Modulo

Adquisicion

Modulo

Comunicacionde

de

USB AuxiliarUSB3

USB5

USB4

USB2

XBEEJ38

J7

J18

J11

J5

2077A

Figura 3.14: Diagrama de bloques del hardware que realiza la adquisicion de las senalesy la comunicacion del S.E. TES ROv2.0..

3.5.1. Modulo de Adquisicion

El diseno del modulo de adquisicion en el sistema TES ROv2.0 permiteconectar directamente las tarjetas comerciales, sin la necesidad de agregarotros componentes electronicos o modificar los cables de conexion entre losdispositivos. Este modulo integra protecciones para picos de corrientes ypermite alimentar directamente las tarjetas. El diagrama de bloques delmodulo se presenta en la Figura 3.15.

Figura 3.15: Diagrama de bloques del Modulo de Adquisicion de senales biomedicas delsistema TES ROv2.0.

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3.5.2. Modulo de Comunicacion

El modulo de comunicacion ofrece tres puertos USBs, como se presentaen el diagrama de bloques de la Figura 3.16, para conectar los dispositivosexternos de comunicacion, de tal forma que permite al sistema transmitirla informacion a SARURO por redes WPAN, WLAN y redes Celulares. (Elproceso de configuracion para el sistema TES ROv2.0 se presenta en lassecciones posteriores).

Figura 3.16: Diagrama de bloques del Modulo de Comunicacion del sistemaTES ROv2.0.

3.5.3. Componentes Electronicos de los Modulos de Adqui-sicion y Comunicacion

Los componentes electronicos que integran estos modulos son:

FTDI2232D : es un interfaz USB que incorpora la funcionalidad de dosFTDIs de segunda generacion, especializados en convertir perifericosen puertos USB (Universal Serial Bus). Los driver de este chip estandisponibles para los sistemas operativos Linux, Mac OS y Windows.Algunas de las caracterısticas del FTDI2232D son:

• Es un chip con dos canales seriales configurables.

• Maneja el protocolo USB.

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• Tiene dos interfaces seriales asincronicas (UARTs) que soportanesquemas de 7 u 8 bits de datos, 1 o 2 bits de parada, y los bistde control: par/impar/marca/espacio/no paridad.

• Su rata de transferencia de datos es de 300 Baudios a 1 MBaudioen RS232 y de 300 Baudios a 3 MBaudios en niveles TTL.

TUSB2077A: es un hub fabricado por Texas Instruments que proveehasta 7 puertos USB version 1.1. Algunas de las caracterısticas de estedispositivo son: tiene dos modos de alimentacion (alimentacion por buso auto-alimentacion), detecta sobrecorrientes y soporta el Product ID(PID) y el Vendor ID (VDI) por medio de una EEPROM serial externa.

SN75240 : es un supresor de voltaje transiente, disenado para protegera los puertos USB version 1.1.

En las Figuras B.1 y B.2 se presentan los diagrama de conexion para losdos FTDIs y en la Figura B.3 el esquematico del Hub TUSB2077A, que seimplementaron en el sistema TES ROv2.0.

3.5.4. Funcionamiento de los Modulos de Adquisicion y Co-municacion

Partiendo del diseno mostrado en el diagrama de bloques (ver Figura3.14), el funcionamiento de estas areas se resume en:

Primero el dispositivo Hub de referencia TUSB2077A se comunica conel SoC AT91RM9200 por el puerto USB Host(Lineas HDMA y HDPA),de tal forma que provee al sistema de 7 puertos USB, de los cuales seusan: dos para realizar la integracion de los FTDI’s, tres para realizarla conexion de los dispositivos USB externos, los cuales realizan lastransmisiones por 3GSM, WiFi y Bluetooth, y un puerto auxiliar27.

Posterior a esto, los FTDI2232D se comunican con el TUSB2077A porlos puertos FTDI USB y FTDI2 USB, proporcionando 4 puertos se-riales RS232, tres destinados para capturar la informacion provenientede las tarjetas de adquisicion de las senales de ECG, SpO2 y PA, y unpuerto serial habilitado con el fin de suministrar una interfaz RS232auxiliar, por ejemplo: para conectar modulos de RF XBee o dispositi-vos ZigBee, los cuales trabajan con el protocolo 802.15.4.

A continuacion se presenta los esquemas de conexion para cada una delas redes y la configuracion que se debe realizar.

27Un puerto USB del TUSB2077A no esta habilitado

50

3.5.5. Funcionamiento en Redes Celulares (GSM)

El funcionamiento consiste en capturar las senales con el sistema embe-bido, despues activar el modem28 GSM para tener acceso a internet, correr elprograma que permite comunicarse con SARURO [104] y finalmente enviarla informacion de las senales.

El esquema del sistema de comunicaciones implementado se presenta enla Figura 3.17.

Figura 3.17: Esquema del sistema de telemonitorizacion para la red Celular.

Para realizar la transmision por redes Celulares se deben efectuar lassiguientes actividades de configuracion:

1. Configurar el Kernel: se realizan las configuraciones del kernel paraque reconozca el dispositivo USB (Modem USB) y se activa el sopor-te al protocolo PPP, con el cual se establece la comunicacion con elproveedor del servicio de internet.

2. Activar el servicio de Internet: incluir los Scripts de configuracion ne-cesarios para activar el servicio de internet. Algunas de las informa-ciones incluidas en estos archivos corresponden a la especificacion delpuerto ttyUSB donde esta el modem y los comandos AT que realizanla configuracion. Ejemplo: para definir el contexto PDP (Packet DataProtocol) se utiliza el comando AT+CGDCONT.

3. Establecer la conexion con SARURO [104]: correr el programa quepermite al sistema embebido comunicarse, por medio del protocoloTCP/IP, con el host que tiene instalado el codigo de SARURO [104].

28El modem HSDPA usado en el proyecto tiene soporte para las tecnologıas decomunicaciones moviles: HSDPA/UMTS 2100/1900/850MHz y EDGE/GPRS/GSM850/900/1800/1900MHz. Funcion con cualquiera de los operadores de telecomunicacio-nes presentes en Colombia (Comcel, Movistar y Tigo).

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En el host se visualizan las senales y se puede realizar la comunica-cion con el servidor de Telemedicina para efectuar una monitorizacionremota.

3.5.6. Funcionamiento en Redes WLAN (WiFi)

El esquema del sistema de comunicacion implementado se presenta en laFigura 3.18. El funcionamiento consiste en adquirir las senales biomedicascon el sistema embebido y utilizando un adaptador USB externo inalambri-co29 establecer la comunicacion con el Router, el cual esta conectado conel host que tiene instaladas las aplicaciones de SARURO [104], las cualespermiten realizar la visualizacion y comunicarse con el servidor de Teleme-dicina. En este esquema es posible realizar varias monitorizaciones con variosdispositivos al mismo tiempo centralizando la informacion en el host.

Figura 3.18: Esquema del sistema de telemonitorizacion para la red WLAN.

Red LAN: Tambien se puede establecer la comunicacion en el sistemade telemonitorizacion por la red cableada Ethernet, manejando un esquemade conexion como el que se muestra en la Figura 3.19.

Figura 3.19: Esquema del sistema de telemonitorizacion para la red LAN Cableada.

29El adaptador USB inalambrico utilizado, funciona en los estandares IEEE 802.11G yIEEE 802.11B, y tiene soporte para manejar los cifrados: WEP, WPA y WPA2.

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3.5.7. Funcionamiento en Redes WPAN (Bluetooth)

El funcionamiento consiste en adquirir las senales biomedicas con el sis-tema embebido y por medio de un dispositivo Bluetooth USB establecer lacomunicacion con el Bluetooth de un celular (creandose una red WPAN).El celular tiene habilitado un plan de datos, permitiendo realizar una co-municacion con el host vıa internet (Esta configuracion es muy similar ala realizada con la red celular). El esquema del sistema de comunicacionesimplementado se presenta en la Figura 3.20.

Figura 3.20: Esquema del sistema de telemonitorizacion para la red WPAN.

3.6. Integracion con el Sistema de Informacion SA-RURO

Como se presenta en la Figura 3.21, la integracion del Sistema Embe-bido30 con SARURO [104]31 se divide en cuatro modulos principales, quecorresponden a:

a. Modulo de Adquisicion y Transmision de Senales (Es implementado enel Dispositivo de Telemonitorizacion): este software controla la capturay transmision de las senales biomedicas en el sistema embebido. Pararealizar estas tareas se desarrollo un programa32 que organiza la infor-macion proveniente de las tarjetas y establece la comunicacion con elsistema de informacion SARURO [104], usando el protocolo TCP/IP.

30Los programas que se implementan en el nivel de aplicacion del sistema embebido sedesarrollan en el lenguaje de programacion C.

31El software implementado en SARURO [104] es realizado en el lenguaje de programa-cion Java y han sido desarrollado en el grupo de investigacion BioIngenium.

32Para realizar la compilacion cruzada de este programa se utilizo el toolchain generadocon OE. Este programa se adapto en el desarrollo de la Tesis, en el grupo BioIngenium,para la captura y transmision de las senales en los equipos de telemonitorizacion.

53

Figura 3.21: Diagrama de bloques de la integracion del sistema TES ROv2.0 con SA-RURO.

En la Figura 3.22 se presenta el diagrama de flujo del programa prin-cipal Cliente.c33.

b. Modulo de Visualizacion y Monitorizacion Local (Esta implementadoen SARURO): este software permite la visualizacion de las senalesen una aplicacion grafica (Ver Seccion 2.1.4), que a su vez tiene laopcion de enviar esta informacion al servidor de Telemedicina para sualmacenamiento y distribucion si se realiza una monitorizacion remota.

c. Modulo del Servidor (Esta implementado en SARURO): este softwarepermite el almacenamiento centralizado de la informacion y establecela comunicacion para realizar la monitorizacion remota.

d. Modulo de Monitorizacion Remota (Esta implementado en SARURO):software que permite la visualizacion remota de las senales vıa Web y laoperacion remota del dispositivo. En este modulo se utiliza la mismaaplicacion grafica que en modulo de visualizacion y monitorizacionlocal.

En la siguiente seccion se presentan las capturas realizadas con el sistemadisenado.

33El programa esta constituido por varios modulos que se encuentran en el CD.

54

Figura 3.22: Diagrama de Flujo del programa Cliente.c utilizado en el sistema embebidoTES ROv2.0.

55

3.6.1. Captura de las Senales Biomedicas con SARURO

Las capturas realizadas con el sistema de informacion SARURO [104] sepresentan en las Figuras 3.23 y 3.2434.

Figura 3.23: Visualizacion de las senales biomedicas en el sistema de informacion SA-RURO [104].

34En el CD se encuentran los vıdeos y las fotos del sistema embebido y del dispositivo detelemonitorizacion, que muestran el funcionamiento y captura de las senales biomedicas,incluyendo varios vıdeos de las pruebas realizadas para el proyecto de la FAC en uno desus aviones.

56

Figura 3.24: Visualizacion de las senales biomedicas en el sistema de informacion SA-RURO [104].

57

3.7. Dispositivo de Telemonitorizacion Implemen-tado con el Sistema TES ROv2.0

Para realizar la integracion del dispositivo de telemonitorizacion se uti-lizo una fuente medica comercial35, la cual suministra una tension de salidade 5V con una corriente maxima de 2A, y una caja36, en la cual se integranlos elementos electronicos. La integracion final del dispositivo se presenta enlas siguientes secciones.

3.7.1. Estructura Interna

En la Figura 3.25, se muestra los ubicacion del sistema TES ROv2.0 yde las tres tarjetas de adquisicion de las senales biomedicas.

Figura 3.25: Estructura interna del dispositivo para la telemonitorizacion.

35Se utiliza una fuente de alimentacion externa modelo MW117 fabricada por AULTINC., la cual cumple con los requerimientos tecnicos establecidos en el estandar IEC 60601-1. La informacion tecnica de la fuente puede consultarse en http://www.alliedelec.com/

search/productdetail.aspx?SKU=298005436Se utiliza una caja modelo C-275 fabricada por la empresa PacTec. Sus dimensiones

externas son: 23.37cm x 21.59cm x 7.87cm. El material de la estructura es ABS (UL 94HB), resistente a alcoholes, alcalinos, detergentes, grasas, ceras, aceites e hidrocarburosalifaticos, optima para aplicaciones medicas. La informacion de la caja puede consultarseen: http://www.pactecenclosures.com/Plastic-Enclosures/C-275.html

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3.7.2. Panel Frontal del Dispositivo

En la Figura 3.26 se identifican los conectores para cada una de lastarjetas. “SpO2” identifica el conector para el sensor de Oximetrıa, “NIBP”corresponde al conector de la manguera para medir la presion arterial y elultimo corresponde al conector para las sondas de electrocardiografıa.

Figura 3.26: Panel frontal del dispositivo.

3.7.3. Panel posterior del Dispositivo

En la Figura 3.27 se identifica la ubicacion de: los tres puertos USB, elpuerto serial auxiliar, el puerto de Ethernet, el reset y la conector para laalimentacion del sistema.

Figura 3.27: Panel posterior del dispositivo.

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3.7.4. Sistema TES ROv2.0

En la Figura 3.28 se identifican los conectores disponibles del SistemaTES ROv2.0.

Figura 3.28: Sistema TES ROv2.0 en el dispositivo de telemonitorizacion.

3.7.5. Analisis de Costos del sistema TES ROv2.0

En la Tabla 3.5, se presenta el resumen de los costos de producciondel sistema TES ROv2.0, el cual calculo para fabricar 100 dispositivos (Loscostos detallados se encuentran CD en el documento: “PROCESO FABRI-CACION S.E. TES ROv20.pdf”). De este analisis se puede concluir que elcosto de una sola tarjeta TES ROv2.0 es de aproximadamente $ 50 Dolareso de $ 100.000 Pesos.

En la Tabla 3.6, se presenta los costos de produccion del dispositivo detelemonitorizacion de senales biomedicas integrado con un computador o conel sistema TES ROv2.0. De esta tabla se concluye que la reduccion del costodel dispositivo utilizando el sistema TES ROv2.0 es de aproximadamente el40 %.

60

COMPONENTE CANTIDAD1 S.E.

CANTIDAD100 S.E.

PRECIO100 S.E.(DOLARES)

ProcesadorARM920

1 100 $ 750

Integrados 11 1100 $ 1550

Osciladores 7 700 $ 182

Resistencias 74 7400 $ 9,768

Capacitores 132 13200 $ 62,7

Leds 5 500 $ 19,5

Ferritas 12 1200 $ 42

Reguladores 2 200 $ 48

Fabricacion PCB 1 100 $ 1500

Otros Componentes 5 500 $ 745,4

Total 100 S.E. $ 4909,368

Tabla 3.5: Costos de los componentes del Sistema TES ROv2.0.

COMPONENTE PRECIO (DOLARES)Tarjeta ECG “EG01010” $ 280Tarjeta PA “NIBP 2000” $ 417Tarjeta SpO2 “PEARL 100” $ 462Otros Componentes $ 370

Subtotal $ 1529

Computador $ 1200

Total con computador $ 2729

TES ROv2 $ 50

Total con TES ROv2 $ 1579

Desarrollo Ingenieril porDispositivo

$ 500

Tabla 3.6: Costos del dispositivo de telemonitorizacion integrado con un computador ocon el sistema TES ROv2.0.

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Capıtulo 4

Conclusiones

Este trabajo presenta el diseno y la implementacion de un Sistema Em-bebido TES ROv2.0 para la adquisicion y transmision de senales biomedi-cas a traves de la red celular, el cual funciona como una herramienta decomunicacion entre la captura y la visualizacion de las senales. El siste-ma TES ROv2.0 permite el almacenamiento, adaptacion y transmision, porredes WPAN, WLAN, LAN y redes celulares, de la informacion correspon-diente a: nivel de saturacion de oxıgeno, presion arterial, frecuencia cardiacay electrocardiografıa. Esta informacion es enviada al sistema de informacionSARURO, en el cual se realiza la visualizacion y el analisis de la informacionpor parte de un medico y/o un especialista. El sistema de telemonitorizacionpuede utilizarse para realizar monitorizaciones remotas y/o locales.

El sistema TES ROv2.0 es una solucion economica para la implementa-cion del dispositivos de telemonitorizacion de senales biomedicas, ya que sucosto, para una cantidad de 100 unidades, es de aproximadamente $ 50 Dola-res por tarjeta e integra los elementos necesarios para conectar directamentelas tarjetas OEM de adquisicion de senales. Por otro lado, implementar lasolucion con un sistema embebido comercial tiene un costo de $ 140 a $ 240Dolares, el cual corresponde al valor del sistema embebido y los dispositi-vos externos necesarios para adaptar las tarjetas de adquisicion. Al haberrealizado una solucion a la medida, aparte de reducir los costos en mas deun 50 % aproximadamente, tambien se simplifica el diseno del dispositivo,haciendolo robusto y facil de integrar en el equipo.

Se identificaron las normas y requerimientos de seguridad, nacionalese internacionales, que debe cumplir un dispositivo para la telemonitoriza-

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cion de senales biomedicas, estudio contenido en el reporte tecnico: “MAR-CO LEGAL DE LOS DISPOSITIVOS MEDICOS EN COLOMBIA”. Enesta actividad se detecto que la regulacion nacional para los equipos de mo-nitorizacion medica se encuentra en una etapa exploratoria y tiene un deficitde personal calificado que guie los procesos de produccion y comercializacion.

El dispositivo de telemonitorizacion demostro ser una herramienta utilen el campo de la medicina para el seguimiento y control de los pacientes.Esta herramienta puede ser utilizada en actividades de prevencion o tra-tamiento de enfermedades, constituyendose en un ejemplo tangible del usode las TIC en esta area. Igualmente, con el uso de este dispositivo se re-duce tanto el tiempo como el costo de tratamiento de un paciente que seencuentre en regiones de difıcil acceso, porque no se tiene la necesidad detransportar ni al paciente ni al Medico y/o Especialista al lugar donde seencuentre el otro. Ademas, permite obtener un diagnostico mas apropiadoy adecuado del que puede recibir en estos lugares, porque permite que unmedico especialista analice rapidamente y desde cualquier punto con accesoa internet, las senales biomedicas del paciente.

En la solucion implementada se realiza una transferencia tecnologica yde conocimientos en el campo de los sistemas embebidos, la cual reducelas deficiencias actuales de Colombia en el diseno de hardware para apli-caciones tecnologicas en la medicina y las TIC. Igualmente, constituye unaexperiencia academica enriquecedora, la cual permite minimizar la depen-dencia tecnologica en el desarrollo de herramientas de comunicacion paraeste tipo de dispositivos.

En el proceso de desarrollo del dispositivo de telemonitorizacion, se reali-zo un acercamiento a las normas, tematicas y a los dispositivos comercialesutilizados a nivel mundial en la investigacion y desarrollo de equipos medi-cos, permitiendo identificar las metodologıas de diseno y las arquitecturasde HW/SW utilizadas en los sistemas embebidos y aplicarlas en el campode la Telemedicina. Ademas, durante el desarrollo del proyecto se pudo es-tablecer que los sistemas embebidos son herramientas que ofrecen una granversatilidad en el manejo de la informacion medica, permitiendo realizar laadquisicion, adaptacion, procesamiento, gestion y transmision eficiente pordiversas redes inalambricas.

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