Resumen: Este documento abarca los avances obtenidos en el Proyecto de I+D II con vistas a la Tesis de grado de junio 2011, comenta los proyectos que le dan vida a esta investigación (Proyecto BI@Z y Proyecto KATA@Sys), también las características que posee la tarjeta de adquisición de datos USB-1208FS que se utilizará para adquirir las señales fisiológicas requeridas, indaga sobre el “software” a utilizar para realizar la Interfaz de Control para la tarjeta de adquisición (LabVIEW 8.5), comenta los resultados obtenidos en experimentos realizados adquiriendo una señal de PSA en tiempo real y, propone una Interfaz de Control con las mínimas prestaciones requeridas para el manejo de la tarjeta y salvamento de datos.

Abstract: This document embraces the advances obtained in R+D Project II with a view to Thesis of grade in June 2011,comments the projects that give life to this investigation (BI@Z and KATA@Sys Project's ), the characteristics that it possesses the data acquisition target USB-1208FS that will be used to acquire the required physiologic signs, also investigate on the "software" to use to carry out the Control Interface for the acquisition card (LabVIEW 8.5), comments the results obtained in carried out experiments acquiring a sign of ASP (Arterial Sanguine Pressure) in real time and, it proposes an Control Interface with the minimum benefits required for the handling of the card and salvage of data. Palabras claves: Proyecto BI@Z, Proyecto KATA@Sys, tarjeta de adquisición de datos USB-1208FS, Interfaz de Control.

I. Introducción

En la actualidad en el Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CNIC) se está desarrollando el Proyecto BI@Z, el cual aborda la caracterización de muestras microbiológicas a través del análisis de la variabilidad de la bioimpedancia en los cultivos microbiológicos. Actualmente el método de análisis del cultivo de microorganismos demora entre 8 y 10 horas, pues se caracteriza la muestra bajo condiciones naturales de crecimiento, es decir, con humedad, temperatura y presión controlada, lo que impide la

detección rápida de estos y por lo tanto retrasa el diagnóstico y el tratamiento de las patologías detectadas. La investigación actual se desarrolla bajo la idea de que si se estimulan las muestras microbiológicas con una señal eléctrica controlada y conocida en modo corriente (nivel de corriente de alterna con determinada frecuencia y amplitud) es posible encontrar y lograr una respuesta favorable al estímulo inducido, lo cual haría más rápido el proceso de crecimiento celular para detectar su presencia en menor tiempo. En esta dirección se hace indispensable la adquisición y el acondicionamiento de las señales de tensión y corrientes en la muestra para la determinación temporal de la bioimpedancia que la caracteriza, por ello, es de interés disponer de un sistema de adquisición para el desarrollo de la investigación con determinadas prestaciones.

El Departamento de Bioingeniería (CEBIO) actualmente desarrolla una línea de investigación en la medición dinámica de variables morfo-fisiológicas para la caracterización de niños-atletas practicantes de un deporte de combate: Karate Do. En este proyecto: KATA@Sys se necesita la obtención de las variables fisiológicas: ECG, Frecuencia respiratoria, PSA, Temperatura, Masa corporal, etc., para analizar el comportamiento del organismo y la eficiencia en la asimilación de la carga de entrenamiento en un macrociclo de trabajo. En este caso, es necesaria una interfaz de control para un sistema de adquisición que logre una sincronización óptima en la adquisición de las señales fisiológicas obtenidas desde varios canales de entrada.

II. Materiales y Métodos

A. Componentes electrónicos

-TAD USB-1208FS-Generador de onda-Osciloscopio-PC-Zumbador piezoeléctrico-Fuente de alimentación-Cables conductores-Resistencias-Capacitores-Amplificador de instrumentación INA 118

Proyecto de I+D II, enero 2011.

Interfaz de control para la adquisición de variables fisiológicas mediante la Tarjeta de Adquisición de Datos USB-1208FS (Measurement Computing

Corporation)..

Idilio López Oliver, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (ISPJAE).

idilio.lo@feestudiantes.cujae.edu.cu

B. Objetivos

Principales

1. Diseño de la Interfaz de Control del sistema para la adquisición y registro de señales y variables fisiológicas (Proyectos BI@Z y KATA@Sys) con el empleo de una tarjeta A/D comercial (Tarjeta USB-1208FS).

2. Análisis de alternativas para la selección del aseguramiento de programa en el diseño de la interfaz de control.

Secundarios

1. Indagar en los programas vinculados con el paquete de instalación de la tarjeta (Instacal, Tracer DAQ) para un mejor entendimiento de los mismos.

2. Adquisición de habilidades en el acondicionamiento de señales reales: ECG, PSA, etc.; así como en el empleo de las herramientas de simulación y puesta a punto de la tarjeta y el acondicionamiento de las señales de entrada (LABView 8.5, Proteus, etc.).

3. Crear un sistema de salvamento para los datos adquiridos.

4. Profundizar en el manejo de información científico-técnica relacionada con la temática y el empleo de fuentes bibliográficas.

C. Tarjeta de adquisición de datos USB-1208FS

La USB-1208FS es un dispositivo USB 2.0 de máxima velocidad apoyado por Microsoft®, Windows® 98 (2da edición), Windows ME, Windows 2000, y Windows XP, está designado para puertos USB 1.1, y fue probada para máxima compatibilidad con los puertos USB 1.1 y USB 2.0. [1]

La USB-1208FS tiene 8 entradas analógicas, dos salidas analógicas de 12 bits, 16 pines de entrada/salida digital y un contador de evento externo de 32 bits. Se alimenta con +5V de la PC, no se requiere alimentación externa. [3]

Las entradas analógicas son configurables mediante “software” para dos configuraciones: modo simple donde se habilitan las 8 entradas analógicas de 11 bit y modo diferencial donde se habilitan 4 entradas analógicas de 12 bit, las 16 entradas/salidas digitales son independientemente configurables como entrada ó salida en dos puertos de 8 bits. [3]

El contador de 32 bit puede contar pulsos TTL, el contador se incrementa cuando los niveles de transición TTL van de nivel bajo a alto (rising-edge). [3]

La línea de sincronización (SYNC) es bidireccional y permite la conexión en cascada de dos tarjetas. [1]

La USB-1208FS se muestra en la fig. 1, Las conexiones se realizan en los pines que se encuentran en los laterales. [1]

Fig. 1 Tarjeta de adquisición de datos USB-1208FS.

Instacal:Este programa está adjunto a los “drivers” de la tarjeta con la finalidad de configurar, calibrar y verificar el correcto funcionamiento de la misma. En ausencia de la tarjeta permite crear una tarjeta virtual (DEMO-BOARD), a la cual se le asignan hasta 8 formas de ondas diferentes para simular posibles adquisiciones. [4]

Fig. 2 Programa con la finalidad de configurar, calibrar y verificar el correcto funcionamiento de la USB-1208FS.

Cuando estamos en presencia de la USB-1208FS en Instacal se activan las opciones siguientes:

1. Configurar el modo de operación de la tarjeta.

Modo simple con 8 canales con 11 bits de resolución ó Modo diferencial con 4 canales disponibles y 12 bits de resolución.

2. Calibrar el conversor A/D de la tarjeta.

3. Verificación digital.

La verificación digital se realiza tanto interna como externamente, al optar por la externa se deben realizar conexiones físicas en la tarjeta como le indica el programa.

4. Verificación analógica

La verificación analógica se realiza a base de cableado externo, presenta dos modos de verificación, el primero permite la conexión de las entradas analógicas (éstas varían en dependencia del modo en que esté operando la tarjeta) con las entradas/salidas digitales (A0-A7, B0-B7), los conversores D/A y una señal externa.

El segundo modo se basa en escanear una señal externa dados determinados parámetros que muestra el programa.

TracerDAQ:Este programa está adjunto a los “drivers” de la tarjeta con la finalidad de graficar y generar señales, presenta cuatro opciones:

Fig. 3 Programa con la finalidad de graficar señales obtenidas por la tarjeta y generar formas de onda.

Strip chart: Esta opción permite cargar y graficar valores obtenidos por las entradas analógicas, digitales y por el contador. [4]

Oscilloscope: La opción “Oscilloscope” permite muestrear valores adquiridos por las entradas analógicas. [4]

Function generator: La opción “Function generator” permite muestrear señales por el D/A. [4]

Rate generator: La opción “Rate generator” permite generar pulsos por el contador de evento externo de la tarjeta. [4]

D. Análisis del “software”, LabVIEW 8.5

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) fue creado en 1976 por le empresa National Instruments (NI) con el propósito de funcionar sobre máquinas Apple Macintosh (MAC). Actualmente está

disponible en los principales sistemas operativos utilizados en el mundo, como es Windows y Linux, entre otros. [2]

Tiene funciones específicas para acelerar el desarrollo de aplicaciones de medida, control y automatización, nos proporciona herramientas poderosas para que el usuario pueda crear aplicaciones sin líneas de código (lenguaje G) y nos permite colocar objetos ya construidos para lograr crear interfaces de usuario rápidamente. Después es uno mismo el que específica las funciones del sistema construyendo diagramas de bloques. [2]

Fig. 4 LabVIEW 8.5, programa que utiliza el lenguaje G para realizar interfaces de control con mucha rapidez.

E. Experimentos realizados

1. Generar y adquirir señales simultáneamente.

Se conecta uno ó varios generadores de ondas en los canales de entrada analógicos deseados para ser visualizados en la interfaz de control.Para generar desde la tarjeta se utiliza un menú en la interfaz de control acondicionado para habilitar una salida analógica la cual se conecta a un osciloscopio para visualizar la señal correspondiente.

2. Adquirir una señal real de PSA.

Se utiliza un sensor piezoeléctrico para adquirir la señal del individuo, posteriormente una etapa de acondicionamiento conformada por un amplificador de instrumentación y un filtrado pasobanda comprendido entre 0.5 Hz y 100 Hz, como se muestra en la fig. 5.

Fig. 5 Etapa de acondicionamiento conformada por un amplificador de instrumentación y un filtro pasobanda.

Esta señal se conecta a la entrada analógica deseada de la tarjeta para ser visualizada en la interfaz de control en tiempo real.

III. Resultados y discusión

A. Análisis de los experimentos

El experimento 1 confirma las habilidades de la tarjeta para generar y adquirir señales simultáneamente en tiempo real,

en la fig. 6 se muestra el experimento realizado.

Fig. 6 Experimento 1

En el experimento 2 los resultados obtenidos fueron discretos, la señal se obtiene irregular, con mucho ruido, no obstante se logra visualizar en ocasiones en perfecto estado, en la siguiente figura se muestra un ejemplo de las señales obtenidos en este experimento.

Fig. 7 Señal de PSA obtenida en tiempo real.

B. Interfaz de control

Se presenta una interfaz capaz de visualizar los 8 canales de entrada analógica de la tarjeta, a través de un menú se escoge la cantidad de muestras a adquirir por canal y la cantidad de muestras a adquirir por segundo por cada canal.

Tiene un menú para generar señales el cual especifica la forma de onda, frecuencia y amplitud deseadas.

Posee opciones de salvamento de datos y revisión de los mismos una vez guardados.

A continuación en la fig… se muestra la interfaz de control diseñada.

Fig. 8 Interfaz de control.

IV. ConclusionesEl Proyecto BI@Z es de vital importancia en el ámbito científico-técnico de nuestro país, el éxito esperado de ésta novedosa técnica contribuye a un gran avance en la Bioingeniería a nivel mundial, la interfaz propuesta garantiza los requisitos necesarios para generar la señal que estimula al microorganismo y cuenta con las gráficas necesarias para recibir las respuestas de este proceso, evaluando de esta manera el comportamiento del microorganismo ante el estímulo eléctrico.

En cuanto al Proyecto KATA@Sys la interfaz de control propuesta muestra los 8 canales de entrada analógicos que presenta la tarjeta de adquisición, teniendo la oportunidad de registrar señales determinadas de hasta 8 niños atletas diferentes simultáneamente.

V. Bibliografía[1] Corporation, M. C. (2006). "User's Guide." 34.[2] RODRIGO GONZÁLEZ CAYUFILO, R. P. P. (2007). ANÁLISIS DE SOFTWARE PARA DESARROLLO ENTORNO GRÁFICO LABVIEW Y PROPUESTA DE IMPLEMENTACIÓN PARA LABORATORIO EN EL INSTITUTO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA EN UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE. INSTITUTO DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA. Chile, UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE: 138.[3] Corporation, M. C. (2007). "Specifications." 9.[4] Computing, M., Ed. (2007). Quick Start Guide.