REPÚBLICA BOLIVARIA A DE VE EZUELA MI ISTERIO DE LA DEFE SA U IVERSIDAD ACIO AL EXPERIME TAL POLITÉC ICA DE LA FUERZA ARMADA ACIO AL U EFA

DESARROLLO DE U BA CO DE PRUEBA BASADO E U PC PARA LOS I DICADORES DEL RADIOALTÍMETRO DE LAS AERO AVES MIRAGE-50, SÚPER PUMA Y C-130

TUTOR INDUSTRIAL CAP.(AVB) ING. FREDDY USECHE TUTOR ACADÉMICO

AUTORES AZPÚRUA AUYANET, BARÓN MARCO OURFALI IDILBI, ELVIS JESÚS

M.SC. ING. CECILIA SANDOVAL RUIZ

MARACAY, Mayo de 2008

REPÚBLICA BOLIVARIA A DE VE EZUELA MI ISTERIO DE LA DEFE SA U IVERSIDAD ACIO AL EXPERIME TAL POLITÉC ICA DE LA FUERZA ARMADA ACIO AL U EFA

DESARROLLO DE U BA CO DE PRUEBA BASADO E U PC PARA LOS I DICADORES DEL RADIOALTÍMETRO DE LAS AERO AVES MIRAGE-50, SÚPER PUMA Y C-130

Trabajo presentado a la Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Nacional Por Azpúrua Auyanet, Barón Marco Ourfali Idilbi, Elvis Jesús Como requisito para optar al título de Ingeniero en Telecomunicaciones

MARACAY, Mayo de 2008

APROBACIÓ DEL TUTOR

DESARROLLO DE U BA CO DE PRUEBA BASADO E U PC PARA LOS I DICADORES DEL RADIOALTÍMETRO DE LAS AERO AVES MIRAGE-50, SÚPER PUMA Y C-130 Azpúrua Auyanet, Barón Marco Ourfali Idilbi, Elvis Jesús

Certifico que he leído este Trabajo Especial de Grado y lo he encontrado aceptado en cuanto a contenido científico y lenguaje:

___________________________________ Cap. (AVB) Ing. Freddy Useche

PALO NEGRO, 16 de Mayo de 2008

APROBACIÓ DEL TUTOR

DESARROLLO DE U BA CO DE PRUEBA BASADO E U PC PARA LOS I DICADORES DEL RADIOALTÍMETRO DE LAS AERO AVES MIRAGE-50, SÚPER PUMA Y C-130 Azpúrua Auyanet, Barón Marco Ourfali Idilbi, Elvis Jesús

Certifico que he leído este Trabajo Especial de Grado y lo he encontrado aceptado en cuanto a contenido científico y lenguaje:

___________________________________ M.Sc. Ing. Cecilia Sandoval Ruiz

MARACAY, 28 de Mayo de 2008

APROBACIÓ DEL JURADO EXAMI ADOR

DESARROLLO DE U BA CO DE PRUEBA BASADO E U PC PARA LOS I DICADORES DEL RADIOALTÍMETRO DE LAS AERO AVES MIRAGE-50, SÚPER PUMA Y C-130 Azpúrua Auyanet, Barón Marco Ourfali Idilbi, Elvis Jesús

Este trabajo ha sido aprobado en nombre de la Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada Nacional por el siguiente jurado:

___________________________________ Ing. Rossana Jaimes

___________________________________ Ing. Manuel Pérez

___________________________________ Ing. José Rodríguez

MARACAY, Mayo de 2008

DEDICATORIA 01000001 00100000 01101101 01101001 01110011 00100000 01110000 01100001 01100100 01110010 01100101 01110011 00100000 01111001 00100000 01100001 01101101 01101001 01100111 01101111 01110011 00100000 01110001 01110101 01100101 00100000 01110011 01100101 00100000 01100101 01111000 01110000 01110010 01100101 01110011 01100001 01101110 00100000 01101000 01100001 01100011 01101001 01100001 00100000 01101101 11101101 00100000 01100101 01101110 00100000 01100101 01101100 00100000 01100011 11110011 01100100 01101001 01100111 01101111 00100000 01110101 01101110 01101001 01110110 01100101 01110010 01110011 01100001 01101100 00100000 01100100 01100101 01101100 00100000 01100001 01101101 01101111 01110010 Barón Marco Aurelio Azpúrua Auyanet

Para todos aquellos que de una u otra forma han sido parte de mi desarrollo profesional, de mi vida, a mi familia, a los amigos, docentes y de los momentos que me han hecho reflexionar de las distintas facetas en que el ser humano mediante el paso del tiempo puede ir experimentando en el hecho de que la educación es simplemente lineal con respecto a la época vivida, y la cantidad de aprendizaje que puede ser relacionada con el mas mínimo movimiento de las partículas que conforman un todo. Esto en sí se relaciona a los estudios anteriormente realizados por Sigmund Freud que en 1896 decide autoanalizarse, su modo fue realizar un viaje en la profundidad de su mente para descubrir que le tenía fobia a los viajes, pero no fue

vi

suficiente como para detener la bomba de excesiva data que emanaba de las entrañas de su cerebro. ¿Quien dijo que el estudio tiene límites? No es así la realidad, es ilimitada la cantidad de información que el cerebro humano puede almacenar, o al menos recordar, ya que sobre el paso de los años la información se corroe, se destruye o desaparece a menos que exista la manera de poder congelar las conexiones intravenosas de las protuberancias del cerebelo que de un cierto modo microscópico realiza las funciones de nodo entre los dos hemisferios del cerebro. Según Louis Pasteur que desveló también la historia natural del carbunco, Demostró que el carbunco está causado por un bacilo determinado y sugirió que era posible inducir una forma leve de la enfermedad en los animales vacunándoles con bacilos debilitados, lo que les inmunizaría contra ataques potencialmente letales. Esto no se relaciona a distintas aclaraciones realizadas por Copérnico, pero si nos da idea de el desarrollo de las vacunas vacunadas. Aun así, en estos estudios fue posible salvar al joven Joseph Meister, que había sido el joven mordido por su perro y esto le permitió abrir un camino a la inmunología. Esto amplió el estudio de la teoría del Big Bang en la formación de los astros. Muy agradecido estoy que exista mucho aprendizaje regocijándose en las distintas partes del universo. Es de mi incumbencia y felicidad el de formar parte de todo ello que conforma un pequeño trozo del todo. Dedicado a aquellos que han podido comprenderme en estas palabras. Elvis Jesús Ourfali Idilbi vii

AGRADECIMIE TO

Al Servicio de Electrónica de la Aviación de la Aviación Militar Bolivariana, por habernos permitido la realización de este trabajo en esta prestigiosa institución.

Al equipo de docentes del Departamento de Ingeniería en Telecomunicaciones de la UNEFA quienes fueron parte de nuestra formación profesional y colaboraron en la elaboración tanto de la presente investigación.

A nuestra tutora la Ing. Cecilia Sandoval por todo el apoyo brindado de manera incondicional y por todas las enseñanzas ofrecidas durante el desarrollo de este trabajo y nuestra profesión.

A nuestro tutor el Cap. (AVB) Freddy Useche por estar siempre a nuestra disposición en cualquier situación. Gracias por todo el apoyo brindado y por los consejos que contribuyeron en la mejora de nuestro proyecto.

A nuestros padres por toda la motivación y el apoyo brindado en todo momento. Y a nuestros amigos y futuros colegas de la sección “B” de la tercera promoción de Ingenieros en Telecomunicaciones.

Gracias a Todos

Barón Marco Azpúrua y Elvis Ourfali

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REPÚBLICA BOLIVARIA A DE VE EZUELA MI ISTERIO DE LA DEFE SA U IVERSIDAD ACIO AL EXPERIME TAL POLITÉC ICA DE LA FUERZA ARMADA ACIO AL U EFA DESARROLLO DE U BA CO DE PRUEBA BASADO E U PC PARA LOS I DICADORES DEL RADIOALTÍMETRO DE LAS AERO AVES MIRAGE-50, SÚPER PUMA Y C-130 Autores: Azpúrua Auyanet, Barón Marco Ourfali Idilbi, Elvis Jesús Tutores: Cap(AVB) Ing. Useche Mora, Freddy M.Sc. Ing. Cecilia Sandoval Ruiz Fecha: Mayo 2008

RESUME Se desarrolló un banco para los indicadores de los radioaltímetros del Mirage50, Súper Puma y C-130, combinando el diseño de hardware y software, de modo que el resultado es estructurado, robusto, adaptable y eficiente. El hardware desarrollado cuenta con las características necesarias para manejar los diferentes tipos de indicadores de cada aeronave, proporcionando las señales correspondientes a las simulaciones de altura, altura de decisión, control de bandera y alimentación, lo cual permite estandarizar los procedimientos de diagnóstico de los distintos indicadores bajo un mismo banco de pruebas. El software del banco de pruebas, es ejecutado utilizando un computador personal. Este programa maneja rutinas de pruebas exhaustivas, mostrando paso a paso la acción aplicada sobre el indicador y la respuesta ideal que este debería experimentar, para que el usuario del banco de pruebas pueda detectar las posibles fallas que se presenten. Las bondades de la automatización se vieron limitadas a que estos tipos de indicadores no presentan señales de salida que permitan al banco de pruebas decidir autónomamente sobre el estado o condición del indicador probado. No obstante, el programa está en la facultad de analizar el estado del indicador en función de la información que retroalimente el operador. El software maneja una base de datos, que concentra los aspectos administrativos y de registro que están asociados al proceso de mantenimiento, ofreciendo la capacidad de generar reportes impresos de estos. Palabras clave: Banco de pruebas, radioaltímetro, indicador, Mirage 50, Súper Puma, C-130.

ix

Í DICE GE ERAL CO TE IDO

PÁG.

DEDICATORIA…………………………………………………………... vi AGRADECIMIENTO……………………………………………………..

vii

RESUMEN………………………………………………………………...

ix

ÍNDICE GENERAL……………………………………………………….

x

ÍNDICE DE TABLAS…………………………………………………….. xviii ÍNDICE DE FIGURAS……………………………………………………

xix

INTRODUCCIÓN………………………………………………………… 1

CAPITULO I EL PROBLEMA PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………………. 4 OBJETIVOS………………………………………………………………. 7 Objetivo General……………………………………………………...

7

Objetivos Específicos….……………………………………………...

7

JUSTIFICACIÓN…………………………………………………………. 8 ALCANCE………………………………………………………………...

10

CAPITULO II MARCO TEÓRICO DETALLES DE LA INSTITUCIÓN……………………………………...

x

11

Visión del Servicio de Electrónica de la Aviación…………………… 13 Misión del Servicio de Electrónica de la Aviación…………………...

13

Estructura Organizativa del Servicio de Electrónica de la Aviación…

13

Funciones del Servicio de Electrónica de la Aviación………………..

14

ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN…………………………..

16

BASES TEÓRICAS……………………………………………………….

18

BANCOS DE PRUEBAS…………………………………………………. 18 MANTENIMIENTO………………………………………………………

19

Tipos de mantenimiento………………………………………………

20

RADARES………………………………………………………………… 23 Principio de funcionamiento………………………………………….. 23 Componentes de un radar……………………………………………..

25

Transmisores………………………………………………………….. 25 Receptor………………………………………………………………. 28 Tratamiento informático……………………………………………… 29 RADIOALTÍMETROS……………………………………………………

30

Principio de funcionamiento………………………………………….. 30 LA PROGRAMACIÓN TRADICIONAL VS. LA PROGRAMACIÓN MODERNA………………………………………………………………..

34

Características de la “Programación Tradicional”……………………

34

Características de la “Programación Moderna”………………………

36

ENTORNO DE PROGRAMACIÓN INTEGRADO: MICROSOFT

xi

VISUAL STUDIO…….…...……………………………………………… 39 Versiones de Microsoft Visual Studio………………………………... 40 Microsoft Visual Studio 2005………………………………………...

41

EL LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN: VISUAL BASIC 2005……….

44

Objetos en Visual Basic………………………………………………. 45 Propiedades de los objetos en Visual Basic…………………………..

46

Métodos en Visual Basic……………………………………………...

46

Eventos………………………………………………………………..

46

Proyectos en Visual Basic…………………………………………….

46

Pasos para crear una aplicación………………………………………. 46 MICROCONTROLADORES……………………………………………..

48

Diferencias entre un Microprocesador y un Microcontrolador……….

49

Ventajas de los Microcontroladores…………………………………..

51

Tipos de arquitecturas del Microcontrolador…………………………

51

Estructura de los Microcontroladores………………………………… 54 MICROCONTROLADORES PIC………………………………………...

57

Características de los Microcontroladores PIC……………………….

57

Las gamas del PIC…………………………………………………….

60

COMUNICACIONES SERIALES DEL PC……………………………… 66 Velocidad de transmisión……………………………………………..

67

Bits de datos…………………………………………………………..

67

Bits de parada…………………………………………………………

68

xii

Paridad………………………………………………………………... 68 Norma RS-232………………………………………………………... 69 CONVERSIÓN ANALÓGICA-DIGITAL………………………………..

71

CONVERSIÓN DIGITAL-ANALÓGICA………………………………..

74

Principio de funcionamiento………………………………………….

74

CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO NIVEL DE LA INVESTIGACIÓN……………………………………….

76

TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS…………………………..

78

FASES DEL PROYECTO………………………………………………...

79

FASE I: Estudio de la teoría de operación y mantenimiento de los sistemas de Radioaltímetros de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper puma……………………………………………………………………...

80

FASE II: Diseño del hardware para la interconexión y comunicación entre el computador personal y el indicador de radioaltímetro de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma……………………………… 81 Diseño de la tarjeta. Selección de dispositivos y diagrama de conexiones…………………………………………………………….

81

Programación del Microcontrolador………………………………….

82

Simulación de circuitos……………………………………………….

83

Implementación del circuito…………………………………………..

85

xiii

FASE III: Programación del software del banco de pruebas de los indicadores de los radioaltímetros de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma………………………………………………………………... 88 FASE IV: Redacción del manual de operación, funcionamiento y mantenimiento del banco de pruebas de los indicadores de los radioaltímetros de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma………... 92

CAPITULO IV MEMORIA TÉC ICO-DESCRIPTIVA INDICADORES DE RADIOALTÍMETRO………………………………

93

Circuitos internos de un indicador electromecánico de radioaltímetro

95

Funcionamiento general de los indicadores de Radioaltímetros……...

95

RADIOALTÍMETRO

AHV-8

CORRESPONDIENTE

AL

HELICÓPTERO SÚPER PUMA…………………………………………. 98 Indicador 821A para el Radioaltímetro AHV-8……………………....

101

Versiones de indicadores 821A para el Radioaltímetro AHV-8……...

101

RADIOALTÍMETRO AHV-6 CORRESPONDIENTE AL AVIÓN MIRAGE50………………………………………………………………..

102

Indicador AHV6-621-2 para el Radioaltímetro AHV-6…...…………. 104 RADIOALTÍMETRO AL-101 CORRESPONDIENTE AL AVIÓN C130…………………………………………………………………………

106

Componentes y su ubicación en la aeronave…………………………. 106

xiv

Generalidades de la operación del sistema…………………………… 107 Teoría de operación…………………………………………………...

108

Indicador de Radioaltímetro AL-101…………………………………

110

Operación del indicador de Radioaltímetro Al-101…………………..

111

FALLAS TÍPICAS DE LOS INDICADORES DE RADIOALTÍMETRO. 116 Equipamiento típicamente usado en el procedimiento tradicional de pruebas y mantenimiento de los indicadores de radioaltímetros……... 117 Procedimiento de pruebas y mantenimiento tradicional de los indicadores de Radioaltímetros……………………………………….

117

Soluciones a las fallas típicas de los indicadores de Radioaltímetros...

120

DISEÑO DE LA TARJETA. SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS Y DIAGRAMA DE CONEXIONES………………………………………...

123

Microcontrolador PIC16F877. Microchip……………………………. 123 Display de matriz de puntos de cristal liquido. HD44780U. Hitachi…

123

Convertidor Digital-Analógico ADC0808. National Semiconductors.. 124 Max232 Manejador/Receptor dual ETA-232………………………… 126 Amplificadores operacionales de propósito general. LM741 y LM324 Relés de 5V…………………………………………………………… 127 Transistor 2N3904. Transistor NPN de propósito general……………

128

Diodos LED y diodos 1M4007……………………………………….. 129 Condensadores y resistencias…………………………………………

129

PROGRAMACIÓN DEL MICROCONTROLADOR……………………. 136

xv

Primera sección: Declaración de parámetros y definición de variables

136

Segunda sección: Inicialización de variables y registros……………..

137

Tercera sección: Procedimiento principal del programa……………...

137

Cuarta sección: Procedimiento de pruebas…………………………… 138 Quinta sección: Procedimiento de pruebas de continuidad…………... 141 SIMULACIÓN DE CIRCUITOS…………………………………………. 142 IMPLEMENTACIÓN DEL CIRCUITO………………………………….. 142 DELIMITACIÓN DE REQUISITOS DE HARDWARE…………………

145

Proceso de análisis del Software.....…………………………………..

146

Diseño preliminar……………………………………………………..

155

CODIFICACIÓN Y PRUEBAS…………………………………………... 165 Creación de una interface de usuario…………………………………. 165 Definición de las propiedades de los controles u objetos que se colocaron en cada formulario…………………………………………

166

Generación del código asociado a los eventos que ocurran a los objetos………………………………………………………………… 166 Generación del código del programa…………………………………. 166

CAPITULO V RESULTADOS SIMULACIÓN DE CIRCUITOS…………………………………………. 170 PRUEBAS DE SOFTWARE……………………………………………...

xvi

174

IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA…………………………………...

181

CAPITULO VI CO CLUSIO ES CONCLUSIONES………………………………………………………… 184 RECOMENDACIONES…………………………………………………..

186

BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………..

188

LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS…………………………… 191

xvii

Í DICE DE TABLAS TABLA

PÁG.

A. Características de la programación tradicional y actual…………...

34

B. Resumen de las versiones de Visual Studio……………………….

40

C. Diferencias entre un Microprocesador y un Microcontrolador……

51

D. Relación de altura vs. Voltaje del Radioaltímetro AHV-8………...

100

E. Relación de altura vs. Voltaje del AHV-6………………………… 105 F. Relación de altura vs. Voltaje del Radioaltímetro AL-101………..

110

G. Características del indicador AL-101……………………………...

111

H. Pinado del indicador AL-101……………………………………...

113

I. Soluciones a las Fallas típicas de los indicadores de radioaltímetros……………………………………………………..

121

J. Cuadro de conexiones del cable del Mirage50…...........................

133

K. Cuadro de conexiones del cable del Súper Puma………………….

133

L. Cuadro de conexiones del cable del C-130………………………..

134

M. Pines del DB-25 de salida al indicador……………………………. 134 N. Instrucciones del procedimiento principal del programa………….

138

O. Acción generada en las pruebas debidas a ordenes del software del PC………………………………………………………………….

140

P. Datos a manejar a través de la Base de datos……………………...

145

Q. Respuestas al cuestionario de las pruebas asistidas……………….. 174

xviii

Í DICE DE FIGURAS FIGURA

PÁG.

1. Organigrama del servicio de Electrónica de la Aviación………….

14

2. Señal típica de un radar……………………………………………

24

3. Diagrama de bloques de un radar………………………………….

26

4. Diagrama esquemático de un transmisor………………………….. 26 5. Receptor de conversión dual………………………………………. 28 6. Diferencia de frecuencia entre la señal recibida y transmitida……. 32 7. Diagrama interno del Entorno de Común de Ejecución para Lenguajes………………………………………………………….. 43 8. Estructura de un sistema abierto basado en un microprocesador….

49

9. El microcontrolador es un sistema cerrado………………………... 50 10. Partes de un ordenador con arquitectura Von Neumann…………..

52

11. Partes de un ordenador con arquitectura Harvard…………………

54

12. Diagrama de conexiones de los PIC12Cxxx de la gama baja……..

61

13. Diagrama de pines de los PIC de la gama baja que responden a la nomenclatura PIC16C54/56……………………………………….

61

14. Diagrama de pines del PIC16C74, uno de los modelos más representativos de la gama media…………………………………. 63 15. Pines de un conector Serial RS-232……………………………….

70

16. Esquema de bloques de la conversión A/D………………………..

71

17. Muestreo de una señal analógica…………………………………..

72

xix

18. Proceso de diseño de hardware tradicional………………………... 84 19. Proceso de diseño de hardware moderno………………………….

84

20. Bloques que conforman al indicador………………………………

94

21. Circuitería de la etapa Servo del indicador………..………………. 96 22. Circuitería de la etapa del Desition Height………………………... 97 23. Diagrama de Bloques del radioaltímetro AHV-8………………….

99

24. Grafica de Altura vs Voltaje de altura……………………………..

100

25. Vista frontal del indicador del radioaltímetro AHV-8 versión R….

102

26. Diagrama de funcionamiento del Radioaltímetro AHV-6………… 103 27. Indicador de radioaltímetro del avión Mirage50…………………..

104

28. Curva de altura vs voltaje del AHV6……………………………… 105 29. Circuitería simplificada de un Indicador AL-101…………………. 107 30. Diagrama de bloques simplificado del Radio altímetro…………...

109

31. Parte frontal del indicador…………………………………………

112

32. Diagrama simplificado del indicador del radioaltímetro AL-101…

114

33. Circuitería del indicador del AL-101……………………………… 115 34. Potenciómetro controlador de la altura lineal en el circuito del servo……………………………………………………………….. 121 35. Potenciómetro controlador de la altura logarítmica en el circuito del servo…………………………………………………………… 122 36. Potenciómetro controlador del Desition height (DH)……………... 122 37. Vista frontal de la LCD Hitachi HD44780U………………………

xx

124

38. Error de cuantificación de altura para DAC de 8 bits……………... 125 39. Error de cuantificación de altura para DAC de 16 bits……………. 125 40. DAC0808………………………………………………………….. 126 41. MAX232…………………………………………………………... 127 42. Diagrama de Bloques del Hardware del Banco de Pruebas……….

129

43. Conexión del MAX232……………………………………………

130

44. Etapa de conversión digital a analógica…………………………...

130

45. Diagramas de conexiones de la LCD Hitachi HD44780U………...

131

46. Diagrama de conexiones de circuito de control de los relés………. 132 47. Distribución de pines del cable del Mirage50……………………..

133

48. Distribución de pines del cable del Súper Puma…………………..

133

49. Distribución de pines del cable del C-130………………………… 134 50. Diagrama de conexiones del Hardware del Banco de Pruebas……

135

51. Layout del Hardware del Banco de pruebas………………………. 143 52. Diagrama de la fuente DC…………………………………………

144

53. Layout de la fuente DC……………………………………………. 144 54. Diagrama de casos de uso del software del banco de pruebas…….

147

55. Diagrama de clases………………………………………………...

154

56. Ventana inicial del software del banco de pruebas………………... 155 57. Solicitud de cuenta de usuario y contraseña………………………. 156 58. Menú principal del programa……………………………………...

156

59. Asistente del gestor de base de datos……………………………… 157

xxi

60. Gestor de Base de Datos…………………………………………... 157 61. Tabla de equipos…………………………………………………... 158 62. Pruebas y diagnostico……………………………………………...

159

63. Prueba general asistida por el Software...…………………………. 160 64. Aplicación para la generación automática de Reportes…………… 161 65. Visor de historiales…...……………………………………………

161

66. Galería de imágenes……………………………………………….. 162 67. Asistente de pruebas de conectividad……………………………... 163 68. Sistema de Ayuda HTML…………………………………………. 164 69. Vista del diseñador de Visual Basic 2005…………………………

165

70. Vista del Editor de Código de Visual Studio 2005………………..

166

71. Simulación de Hardware…………………………………………..

171

72. Simulación de Hardware 2………………………………………...

172

73. Fuente de 21V……………………………………………………... 172 74. Fuente de 28V……………………………………………………... 173 75. Fuente de 15V……………………………………………………... 173 76. Fuente de 5V………………………………………………………. 173 77. Fuente de -15V…………………………………………………….

173

78. Fuente de -17V…………………………………………………….

174

79. Resultado del proceso de pruebas de un indicador………………... 175 80. Base de datos modificada después del proceso de pruebas………..

176

81. Directorio de los archivos historiales……………………………...

180

xxii

82. Prueba de Conectividad. Hardware Desconectado………………... 180 83. Prueba de Conectividad. Hardware Conectado……………………

181

84. Circuito provisional de pruebas…………………………………… 181 85. Prueba del hardware usando el montaje provisional………………

182

86. Implementación de la tarjeta de interconexión PC-indicador……..

183

87. Implementación de la tarjeta de generación de Voltajes DC de alimentación……………………………………………………….. 183

xxiii

x

I TRODUCCIÓ

La electrónica en sus diferentes vertientes ha revolucionado al mundo en todas sus facetas. Actualmente no se puede pensar en la electrónica como aquella únicamente relacionada, por ejemplo, a la automatización de procesos industriales, a las telecomunicaciones o a la computación, sino que también el mundo de la electrónica tiene alcances en aéreas como la aviónica.

El acrónimo “aviónica” se usa para designar el campo de la electrónica aplicada a la aeronáutica. Uno de los cambios más radical que la aviación ha experimentado ha sido, sin duda, la aplicación de la electrónica a las cabinas de vuelo, persiguiendo dos motivos principales: reducir la carga de trabajo en cabina, mejorando con ello la seguridad, y aumentar la rentabilidad de la operación.

El radioaltímetro es un equipo de aviónica, compuesto por una antena transmisora, una antena receptora y una circuitería que transforma las señales electromagnéticas recibidas por la antena en niveles de voltajes analógicos que son enviados a un indicador ubicado en la cabina del piloto. Estos niveles de voltajes varían directamente con la altura según determinada ley de operación, en función de la altura con respecto al suelo. Esta tecnología ofrece al piloto información vital en situaciones de poca visibilidad y le permite, en conjunto con los demás indicadores de la cabina, realizar vuelo instrumental.

2

En función a lo explicado con anterioridad, se observa la gran importancia del correcto funcionamiento del sistema de radioaltímetro en la aeronave. Es por ello que para el chequeo, mantenimiento y reparación de los componentes del sistema de radioaltímetro se emplean equipos capaces de simular las condiciones de vuelo, en tierra. Estos equipos entran dentro de la categoría de bancos de pruebas.

En otro orden de ideas, es importante destacar que la Aviación Militar Bolivariana tiene como propósito principal el garantizar la seguridad y defensa nacional, a partir de las actividades de vigilancia y patrullaje aéreo, así como participar con el desarrollo nacional. Para consumar este principio deben considerarse las labores de mantenimiento de los equipos de aviónica. En nuestro país, el Servicio de Electrónica de la Aviación, ubicado en la Base Aérea el Libertador, de Palo Negro estado Aragua, es la unidad encargada de realizar el mantenimiento de los equipos electrónicos a bordo de la aeronave.

En

tal

sentido SERELAVIA desea potenciar sus

capacidades

de

mantenimiento, mediante de la digitalización, modernización, optimización y diseño de los bancos de pruebas correspondientes a cada subsistema de la aeronave, entre los cuales se encuentra el anteriormente mencionado sistema de radioaltímetro. Debido a lo expuesto, se fijó como propósito de este Trabajo Especial de Grado el desarrollo de un banco de prueba para los indicadores del radioaltímetro de las aeronaves Mirage50, Súper Puma y C-130 para el Servicio de Electrónica de la Aviación.

3

Los bancos de pruebas de indicadores de radioaltímetros, son equipos electrónicos diseñados para simular las distintas condiciones de altura, y demás señales, que se ven reflejadas en los indicadores de la cabina. En función de lo expuesto se determinaron los datos técnicos de los modelos de indicadores a evaluar, el comportamiento de los indicadores en condiciones óptimas y los criterios adecuados para solucionar los problemas típicamente experimentados por estos dispositivos.

Una vez comprendido completamente el comportamiento de los indicadores de los radioaltímetros del Mirage-50, Súper Puma y C-130, se diseñó un banco de pruebas completamente nuevo, orientado a la instrumentación virtual, de modo que la operación del mismo sea principalmente digital y controlada a través de un ordenador personal ejecutando el software escrito específicamente para cumplir con los requerimientos del banco de pruebas. Paralelamente se desarrolló el hardware que permite interconectar los indicadores y el computador personal.

El proceso y resultados del desarrollo del banco de pruebas para los indicadores de los radioaltímetros del Mirage-50, Súper Puma y C-130, se trata en este documento, desembocando en una experiencia que advierte sobre las posibilidades reales para la modernización de los sistemas de mantenimiento aeronáutico, utilizando herramientas de fácil acceso y tecnología generada en la región.

4

CAPITULO I

EL PROBLEMA

PLA TEAMIE TO DEL PROBLEMA

El vertiginoso avance tecnológico que el mundo de la ingeniería ha experimentado, ha incrementado la brecha existente entre los países desarrolladores de conocimientos y los países que se clasifican como simples consumidores de tecnología. Venezuela puede categorizarse como un país en donde la mayoría de los productos tecnológicos deben ser adquiridos en el exterior, trayendo como consecuencia la dependencia tecnológica y una inversión inmensa por concepto de mantenimiento y actualización de equipamientos del Estado. La necesidad impetuosa de mantenerse a la par de los países desarrollados tecnológicamente y económicamente debería orientarse en función de promover y fomentar el desarrollo de alternativas tecnológicas que aprovechen las ventajas competitivas (calidad, costos, capacidad, innovación, capital humano, soporte, entre otros) de los productos hechos en el país, de modo que la industria tecnológica nacional inicie un crecimiento permanente y logre la diversificación.

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Las instituciones militares de la nación no están fuera de esta situación, y es por ello que desde sus orígenes, la Aviación Militar Bolivariana, ha sido una institución que ha procurado mantenerse actualizada en cuanto los avances tecnológicos que el mundo de las ciencias y la ingeniería ha experimentado. En virtud de esto la Aviación Militar Bolivariana cuenta con un sistema de armas aéreo, entre los cuales resaltan las aeronaves Mirage-50, C-130 y Súper Puma ya que son extremadamente versátiles y numerosas en el inventario aéreo operativo.

La totalidad de las aeronaves mencionadas constan con sofisticados sistemas de navegación. Dentro de estos equipos se encuentra el radioaltímetro, el cual a su vez está constituido por tres subsistemas: el sistema de antenas de recepción y transmisión, la unidad de radioaltímetros y el indicador del radioaltímetros. Cada subsistema tiene igual importancia desde el punto de vista funcional, ya que la falla de alguno de ellos deja fuera de servicio al conjunto del radioaltímetro.

La situación económica, política y estratégica, de nuestro país, en la época reciente, ha motivado a las instituciones gubernamentales y privadas a buscar soluciones más económicas y efectivas, en lo referente al mantenimiento de la plataforma tecnológica instalada. Es por ello que el diseño y la investigación en tecnologías que permitan la integración de diferentes plataformas, es un campo que ha adquirido gran auge. Todos estos argumentos provocan que las tareas de mantenimiento, diagnóstico y reparación de los equipos de determinado sistema, como el radioaltímetro, se estén desarrollando con ayuda de circuitos electrónicos y

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software que permita el monitoreo y verificación del funcionamiento de los equipos, de la forma más rápida y confiable posible.

En la actualidad, el Servicio de Electrónica de la Aviación (SERELAVIA) no cuenta con los bancos de prueba adecuados para realizar un mantenimiento exhaustivo y de un alto nivel a los sistemas de radioaltímetro de las aeronaves Mirage 50, Súper Puma y C-130, lo cual representa un grave problema de índole logística y operativa para la Aviación Militar. Esta situación ocasiona que muchos de los componentes del sistema que presentan fallas, deben permanecer largos periodos de tiempo en observación y reparación antes de que se reubiquen en estas aeronaves, o en el peor de los casos deben enviarse al extranjero, hacia los países de donde las compañías proveedoras son nativas, para ser reparados por no contar con sistemas de pruebas de alta calidad y confiabilidad, especialmente desarrollados para su mantenimiento, lo cual acarrea mayores costos operativos para SERELAVIA, y en consecuencia a la nación.

En tal sentido, se hace necesario disponer de un equipo de excelente calidad en la aviónica que permita facilitar y agilizar el proceso de pruebas de diagnóstico para estos equipos, lo que acelerará el proceso de reparación de los indicadores, dando así como resultado que las aeronaves estén siempre disponibles para su utilización de manera confiable y segura. Además, este esfuerzo contribuye a aproximar a la Aviación Militar Bolivariana hacia la independencia tecnología, en el

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área de la aviónica aplicada al mantenimiento, la cual debe reconocerse como una de las ramas de la electrónica de menos explotación en nuestra nación.

En este proyecto se propone diseñar un banco de pruebas mediante el cual se pueda diagnosticar, visualizar y verificar el funcionamiento de los indicadores de radioaltímetros de las aeronaves Mirage-50, Súper Puma y C-130, que hayan ingresado a SERELAVIA para ser objeto de mantenimiento, ofreciendo reducción en costos asociados, unificando y estandarizando de los procedimientos de prueba de los distintos indicadores, minimizando el tiempo invertido y orientando al operador hacia diagnósticos certeros.

OBJETIVOS

Objetivo general

•

Desarrollar un banco de pruebas basado en un PC para los indicadores de los radioaltímetros de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma.

Objetivos específicos

•

Estudiar la teoría de operación y mantenimiento de los sistemas de radioaltímetros de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma.

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•

Diseñar el hardware para la interconexión y comunicación entre el computador personal y el indicador de radioaltímetro de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma.

•

Programar una interfaz grafica para el control, operación y administración del banco de pruebas de los indicadores de los radioaltímetros de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma.

•

Redactar el manual de operación, funcionamiento y mantenimiento del banco de pruebas de los indicadores de los radioaltímetros de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma.

JUSTIFICACIÓ

En multitud de ocasiones las labores de mantenimiento superan a las rutinas previstas en los manuales de mantenimiento y operación e inclusive exceden a la capacidad instalada. En estas situaciones el personal encargado del desarrollo de tecnologías de mantenimiento requiere aplicar sus conocimientos e inventiva para resolver los problemas operativos y administrativos. Esta situación conlleva a promover investigación y desarrollo en el área de mantenimiento aeronáutico, específicamente para equipos de aviónica, como por ejemplo el diseño de nuevos bancos de prueba.

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El desarrollo de un banco de pruebas para los indicadores de los radioaltímetros de las aeronaves Mirage-50, Súper Puma y C-130 se traduce en la reducción de los costos y tiempo invertido en el diagnóstico y reparación de los indicadores de radioaltímetros, debido a que facilita y asiste a la detección de las posibles fallas que puedan suscitarse. De este modo se podrán corregir a tiempo las fallas reflejadas en: la lectura del instrumento, errores en los niveles de altura de decisión y alarmas, que de ocurrir durante horas de vuelo puedan ocasionar incidentes asociados comúnmente con perdidas tanto materiales como humanas.

Otro de los motivos por los cuales se hace de gran importancia el desarrollo de este banco de pruebas es la oportunidad de diseñar un entorno de pruebas amigable y adaptable, que permita al personal técnico que opere el sistema, familiarizarse rápidamente con el mismo. Esto es vital en la filosofía de diseño, ya que en SERELAVIA la rotación del personal es constante, y en el proceso de adaptación del mismo a un área de trabajo específica, se invierte mucho tiempo de forma poco productiva.

Por último, es importante resaltar que SERELAVIA carece de una política estricta de seguimiento a los equipos a los cuales se les realiza mantenimiento. Es por ello que el desarrollo de este banco de prueba ofrecerá la integración de herramientas de control administrativo, las cuales estarán orientadas a mantener un registro efectivo de los indicadores que se chequen con el banco de pruebas.

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ALCA CE

Se desarrolló un banco para los indicadores de los radioaltímetros del Mirage50, Súper Puma y C-130, combinando el diseño de hardware y software para tal fin, de modo que el resultado es estructurado, robusto, adaptable y eficiente. El hardware desarrollado cuenta con las características necesarias para manejar los diferentes tipos de indicadores de cada aeronave, proporcionando las señales correspondientes a las simulaciones de altura, altura de decisión, control de bandera y alimentación, lo cual permite estandarizar los procedimientos de diagnóstico de los distintos indicadores bajo un mismo banco de pruebas.

El software del banco de pruebas, es ejecutado utilizando un computador personal. Este programa maneja rutinas de pruebas exhaustivas, mostrando paso a paso la acción aplicada sobre el indicador y la respuesta ideal que este debería experimentar, para que el usuario del banco de pruebas pueda detectar las posibles fallas que se presenten. Las bondades de la automatización se ven limitadas a que estos tipos de indicadores no presentan señales de salida que permitan al banco de pruebas decidir autónomamente sobre el estado o condición del indicador probado. No obstante, el programa está en la facultad de analizar el estado del indicador en función de la información que retroalimente el operador. El software maneja una base de datos, que concentra los aspectos administrativos y de registro que están asociados al proceso de mantenimiento, ofreciendo la capacidad de generar reportes impresos de estos.

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CAPITULO II MARCO TEÓRICO

DETALLES DE LA I STITUCIÓ

Aviación Militar Bolivariana

La Aviación Militar Bolivariana tiene por misión asegurar la soberanía del espacio aéreo del Territorio Nacional así como contribuir con las demás Fuerzas Orgánicas de la Defensa Nacional, al sostenimiento de las instituciones democráticas y garantizar el cumplimiento de la Constitución Nacional y demás leyes de la República. La aviación de la República Bolivariana de Venezuela se encuentra estructurada en forma vertical, en diferentes organismos con funciones bien delimitadas.

Uno de estos organismos es el Servicio de Electrónica de la Aviación (SERELAVIA) ubicado en la Base Aérea El Libertador (BAEL) en Palo Negro, Edo. Aragua. Los orígenes de SERELAVIA se encuentran estrechamente relacionados con el desarrollo de la Aviación Militar en Venezuela; mas específicamente en un apéndice del Servicio de Meteorología y Comunicaciones que luego debido a un desmembramiento se convirtió en el Servicio de Mantenimiento Aeronáutico,

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llegando a convertirse en uno de los entes fundamentales dentro de la institución castrense. La adquisición del sistema de armas F-86 origino el desarrollo de un centro de mantenimiento ubicado en los hangares del Grupo Aéreo de Caza Numero 12 en la Base Aérea El Libertador; iniciándose en la década de los 70 la creación del laboratorio de equipos de precisión. Para 1970 existen talleres de mantenimiento de la Aviónica dispersos en las Bases Aéreas, bajo diferentes comandos, donde los esfuerzos en equipo, personal, instalaciones, apoyo logístico, entrenamiento y filosofía de mantenimiento estaban diluidos y no existían unidad de criterios.

En 1974, se efectuaron reuniones en donde se concluyó centralizar el mantenimiento electrónico y la absorción por parte del servicio de mantenimiento aeronáutico, de todos los talleres de electrónica, conformando un nuevo departamento. En 1975 se comienzan los trámites para la creación del Centro de Mantenimiento Electrónico que tuviese capacidad para apoyar los diferentes sistemas de armas de la Aviación Militar Bolivariana a nivel depósito.

Debido al auge y la continua modernización que sufría la Aviación Militar Bolivariana para ese momento, se crea el Centro Electrónico Integrado el 17 de Abril de 1978, con sede en la Base Aérea El Libertador, y que posteriormente se llamaría Grupo Logístico de Electrónica.

El 23 de julio de 1980 nace como unidad autónoma el Grupo Logístico de Electrónica. Posteriormente el 10 de diciembre de 1984 por resolución interna de la Aviación Militar número 69, se crea el Servicio de Electrónica con el fin de efectuar

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mantenimiento intermedio y depósito de los reparables y electromecánicos de los diferentes sistemas de armas.

Finalmente el 7 de marzo de 1997 se fusiona el Servicio de Comunicaciones y el Servicio de Electrónica, por orden del Comando General de la Aviación numero A94 creándose el Servicio de Electrónica de la Aviación Militar Bolivariana.

Visión del Servicio de Electrónica de la Aviación

Constituirse en una plataforma líder e innovadora en las áreas de electrónica, y calibración aplicando procesos de alta tecnología y calidad para contribuir al desarrollo institucional y de la nación.

Misión del Servicio de Electrónica de la Aviación

Realizar el mantenimiento a nivel intermedio y depósito así como el asesoramiento y evaluación de los sistemas de aviónica, electrónicos y calibración para contribuir con el apresto operacional aéreo y el progreso del país.

Estructura Organizativa del Servicio de Electrónica de la Aviación

La estructura organizativa de SERELAVIA se caracteriza por la departamentización funcional de sus áreas y por la jerarquización vertical de las mismas. Es una estructura típica dentro de las instituciones militares ya que posee funciones de mando propias pero depende de estratos superiores dentro de la Aviación Militar.

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A continuación se presenta la organización de SERELAVIA en forma de un organigrama de tipo microadministrativo, especifico, integral y vertical.

Figura 1. Organigrama del Servicio de Electrónica de la Aviación

Funciones del Servicio de Electrónica de la Aviación

1.

Programar, ejecutar y controlar el mantenimiento electrónico hasta el nivel depósito de los reparables de aviónica.

2.

Programar, ejecutar y controlar la calibración, certificación y mantenimiento de los equipos de medición pertenecientes al inventario de la aviación.

3.

Programar, ejecutar y controlar el mantenimiento de los sistemas de radio ayudas a la navegación bajo responsabilidad de la unidad.

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4.

Asesorar a los comandos de unidades de la aviación, en lo referente al mantenimiento preventivo a nivel organizacional de los sistemas de armas y equipos electrónicos.

5.

Asesorar a los Comandos en la elaboración del plan integral de desarrollo de la Aviación, orientado hacia una eficiencia de mantenimiento electrónico y actualización tecnológica.

6.

Garantizar que los patrones de medición asignados se encuentren dentro de los parámetros exigidos en las normas establecidas.

7.

Efectuar actividades de desarrollo en el campo tecnológico con el objeto de aumentar la capacidad de mantenimiento electrónico de la unidad.

8.

Efectuar control de la producción de mantenimiento, mediante el establecimiento de prioridades, procedimientos, y normas de control de calidad.

9.

Actualizar y mantener la tabla de organización y equipos (TOE) e igualmente solicitar y asesorar al escalón superior en lo referente a estos requerimientos.

10. Programar y ejecutar el entrenamiento con el objeto de capacitar al personal que ingresa a la unidad, así como también para mantener actualizada la capacidad de mantenimiento en función de los avances de la tecnología adquirida.

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A TECEDE TES DE LA I VESTIGACIÓ

En SERELAVIA se han desarrollado numerosos trabajos e investigaciones que abarcan el desarrollo de nuevos bancos de prueba como es el caso del proyecto titulado: “Diseño de un banco de Pruebas para el equipo Generador-Acoplador de Potencia 548S-3 del Sistema de Comunicaciones HF 718U-5 instalado en los helicópteros Súper Puma de la Aviación Militar Bolivariana”. Cuyo autor A. Galindez, explica la importancia de diseñar un banco de pruebas eficaz, ya que el equipo Generador-Acoplador del Súper Puma forma parte indispensable para el giro de motor de las palas. Este proyecto se realizó para facilitar los servicios de mantenimiento a una de las varias secciones de la cabina de mando de las aeronaves militares. Cabe destacar que su aporte radica en que combina las tareas administrativas y técnicas de programación de software, que se desean emular en el desarrollo del trabajo especial de grado.

A su vez se han realizado estudios y proyectos de otros bancos de pruebas como lo es el trabajo especial de grado titulado: “Desarrollo de un Banco de Pruebas para la unidad procesadora de torque número de parte 216BB01Y06 del helicóptero Súper Puma, en el servicio de electrónica de la Aviación” presentado por Juanmanuel Barroyeta y cuyo aporte para esta investigación consiste en el estudio de las características funcionales que deben tener los bancos de prueba para los análisis de un equipo en prueba determinado. En este trabajo se desarrolla una tarjeta de adquisición de datos diseñada utilizando microcontroladores PIC, con posibilidades

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de comunicación con un PC a fin de lograr la visualización de las pruebas en un programa desarrollado con LabView.

No obstante, el proyecto titulado “Propuesta de diseño para la plataforma de pruebas de mantenimiento de la unidad inercial del avión VF-5 en el sistema RIG, para el departamento de aviónica de la base aérea libertador”. Presentado por C. Aguilar, tuvo como objetivo y aporte la implementación de soluciones que combinan hardware y software de modo que se controle el banco de pruebas a través de un PC, lo cual es indispensable para la realización del presente proyecto.

Por ultimo, el proyecto “Desarrollo de un Banco de Pruebas para Motores Monofásicos/Trifásicos” realizado por Ing. Juan Francisco Mariscal Mejines y por Ing. Donaldo Reyes Cesar de Ingeniería de Control Integral S.A. (México) ha permitido recabar información relacionada con las aplicaciones informáticas de instrumentación virtual ofrecidas por National Instruments. La implementación de este banco a través de los productos de National Instruments permitió la oportunidad de ofrecer una solución a bajo costo, multifuncional y robusta. Un programa realizado con Visual Basic y Measurement Studio y fue el encargado de la parte Automática y Semi-Automática del sistema de pruebas y por tanto es el responsable de la comunicación con los equipos de medición así como de la regulación de los voltajes y la comunicación con la base de datos.

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BASES TEÓRICAS

1. Bancos de Pruebas

Según Marrow (1986), los bancos de pruebas son equipos diseñados para simular todas las señales de entrada de la unidad, la cual responde generando determinadas señales de salida, las cuales son comparadas con señales patrones obtenidas de una señal similar en una misma situación y bajo condiciones de normalidad, con la finalidad de detectar si el equipo presenta fallas en su funcionamiento, ofreciendo de esta manera facilidades para el aislamiento de la misma.

Todo banco de pruebas sigue un proceso ordenado y sistemático, en el cual las señales de entrada son procesadas y comparadas para lograr una respuesta que indique que el equipo a diagnosticar opera adecuadamente o por el contrario que presenta una falla.

El banco de pruebas debe ofrecer todas las herramientas necesarias para poder operar y simular las condiciones normales a las cuales el equipo esta comúnmente sometido y debe ser específicamente diseñado para el equipo en prueba; además, debe contar con las siguientes características:

1) Entradas: Las entradas necesarias para que este realice su función. Reciben señales provenientes del exterior para ser procesadas por el banco.

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2) Procedimientos de evaluación: Las tareas o procesos que transformarán la entrada en la salida. 3) Procedimientos de chequeo: Las tareas o procesos que determinaran que la salida corresponda con los estándares en condiciones normales 4) Salida: Los resultados obtenidos en el proceso de pruebas.

Los bancos de prueba son parte esencial del proceso de mantenimiento que se realiza al equipamiento de ingeniería. Las labores de mantenimiento constituyen en si un área de la ingeniería, que sustenta cualquier actividad productiva, de instrumentación, de prestación de servicios y demás que puedan imaginarse. En función de la importancia del mantenimiento y del enfoque del proyecto hacia el desarrollo de una herramienta tecnológica empleada en esta área, se desarrollan a continuación los aspectos básicos de la teoría asociada.

2. Mantenimiento

Según Bermúdez J. (1988) el mantenimiento se define como sigue: “El Mantenimiento es una sistematización de operaciones para la conservación de las instalaciones y equipos productivos. Este debe garantizar que los cambios e intervenciones que deben efectuarse en los equipos sean también mínimos. El mantenimiento ideal es aquel que da a la empresa su pleno rendimiento, y esto se traduce en eficiencia de operaciones y eficacia en el logro de los objetivos”.

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Para que el mantenimiento cumpla su verdadera misión deben ser considerados los siguientes aspectos:

1) El mantenimiento es un factor económico de la empresa. 2) El mantenimiento debe ser planificado. 3) Debe existir un equipo de mantenimiento especializado. 4) La calidad de la reparación no debe estar sujeta a urgencia. 5) Debe existir una información técnica completa.

Mantenimiento es por lo tanto un conjunto de técnicas y sistemas que permiten prever las averías, efectuar revisiones y reparaciones eficaces, dando a la vez normas de buen funcionamiento a los operadores de las máquinas, a sus usuarios, contribuyendo a los beneficios de la empresa o institución.

2.1 Tipos de mantenimiento

Un sistema mantenimiento integral está formado por distintos tipos de mantenimiento:

Mantenimiento

correctivo

(No

planificado

y

planificado),

Mantenimiento preventivo y el Mantenimiento predictivo.

2.1.1

Mantenimiento Correctivo

Comprende el que se lleva a cabo con el fin de corregir una falla en el equipo. Se clasifica en:

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a) o planificado: Es el mantenimiento de emergencia. Debe efectuarse con urgencia ya sea por una avería imprevista a reparar lo más pronto posible o por una condición imperativa que hay que satisfacer al momento. Este sistema resulta aplicable en sistemas complejos, normalmente componentes electrónicos o en los que es imposible predecir las fallas y en los procesos que admiten ser interrumpidos en cualquier momento y durante cualquier tiempo, sin afectar la seguridad. También para equipos que cuentan con cierta antigüedad. Tiene como inconvenientes, que la falla puede sobrevenir en cualquier momento, muchas veces, el menos oportuno, debido justamente a que en esos momentos se somete al bien a una mayor exigencia.

b) Planificado: En este tipo de mantenimiento se sabe con antelación qué es lo que debe hacerse, de modo que cuando se detenga el equipo para efectuar la reparación, se disponga del personal, repuesto y documentos técnicos necesarios para realizarla correctamente. Al igual que el anterior, corrige la falla y actúa ante un hecho cierto. La diferencia con el de emergencia, es que no existe el grado de apremio del anterior, sino que los trabajos pueden ser programados para ser realizados en un futuro normalmente próximo, sin interferir con las tareas de producción.

2.1.2

Mantenimiento Preventivo

Consiste en intervenciones periódicas, programadas con el objetivo de disminuir la cantidad de fallas aleatorias. No obstante éstos no se eliminan

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totalmente. El accionar preventivo, genera nuevos costos, pero se reducen los costos de reparación, las cuales disminuyen en cantidad y complejidad.

Este tipo de mantenimiento trata de anticiparse a la aparición de las fallas. Pero evidentemente, ningún sistema puede anticiparse a las fallas que no se manifiesten por algún medio.

2.1.3

Mantenimiento Predictivo

Pretende conocer e informar permanentemente del estado y operatividad de las instalaciones mediante el conocimiento de los valores de determinadas variables representativas.

Aquí lo que se programa y cumple con obligación son "Las

inspecciones", cuyo objetivo es la detección del estado técnico del sistema y la indicación sobre la conveniencia o no de realización de alguna acción correctora. También puede indicar el recurso remanente que le queda al sistema para llegar a su estado límite.

El mantenimiento (preventivo, predictivo y correctivo) de dispositivos electrónicos complejos, como por ejemplo los componentes de los sistemas de radares, típicamente es asistido por bancos de prueba. Si se desean crear bancos de prueba para los sistemas de radares o sus derivados, se debe estudiar el principio de funcionamiento de los mismos.

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3. Radares Según Skolnik, Merril I. (1968) “El Radar es un acrónimo utilizado para abreviar las iniciales en inglés “Radio detection and ranging”. Este es un sistema electrónico que permite detectar objetos y determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio que son reflejadas por el objeto y que al ser interceptadas de nuevo por la antena del radar dan la posibilidad de realizar cálculos que permitan conocer la distancia a la que se encuentra el objeto determinado, en función del tiempo que la señal de radio tardó en realizar su trayecto desde que ha salido de la antena hasta su retorno”.

3.1 Principio de funcionamiento

Los equipos de radar están compuestos por un transmisor, una antena, un receptor y un indicador. A diferencia de la radiodifusión, en la que el transmisor emite ondas de radio que son captadas por el receptor, los transmisores y receptores de radar suelen hallarse juntos. El transmisor emite un haz de ondas electromagnéticas a través de una antena, que concentra las ondas en un haz coherente apuntando en la dirección deseada. Cuando las ondas chocan con un objeto que se halla en la trayectoria del haz, algunas se reflejan y forman una señal de eco. La antena capta la energía contenida en dicha señal y la envía al receptor. Mediante un proceso de amplificación y tratamiento informático, el receptor del radar genera una señal en el dispositivo de visualización, que por lo general es una pantalla de ordenador o computadora.

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La sección de detección y posicionamiento es lograda a través de la medición del tiempo de retardo entre la transmisión de un pulso de radiofrecuencia y su respectivo retorno. Si el tiempo de retardo es ∆t, entonces el rango puede ser calculado usando la siguiente ecuación:

R=

c ⋅ ∆t 2

donde c = 3 x 108 m/s, aproximadamente la velocidad de la luz, a la cual todas las ondas electromagnéticas se propagan se propagan en el aire. El factor de división entre dos en la formula anterior viene de la observación de que el pulso del radar debe viajar al objetivo y de vuelta antes de ser detectado, lo que esquívale a el doble del rango.

Un tren de pulso de radar es un tipo de modulación de amplitud de la portadora de radiofrecuencia. En este caso la información de la señal es bastante simple: Un solo pulso repetido a intervalos regulares. La señal de radar y sus parámetros básicos se muestran en la siguiente Figura.

Figura 2. Señal típica de un radar

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PW: Pulse width. Tiene unidades de tiempo y comúnmente viene expresada en µs. Representa el tiempo de duración del pulso.

RT: Rest time. Es el intervalo de tiempo entre pulsos sucesivos. Se mide en µs.

PRT: Pulse repetition time. PRT tiene unidades de tiempo y comúnmente se expresa en ms. PRT es el intervalo de tiempo entre el inicio de un pulso y la aparición del siguiente. PRT = PW+RT.

PRF: Pulse repetition frequency. PRF se expresa comúnmente en Hertz o en pulsos por segundo (pps). PRF es el número de pulsos transmitidos por Segundo y es el inverso de PRT.

RF: Radio frequency. RF comúnmente expresada en

GHz or MHz. RF Es la

frecuencia de la portadora que es modulada por el pulso.

3.2 Componentes de un radar Según John Wiley (2005). Un sistema de radar típico cuenta con un conjunto de partes ilustradas a través del diagrama de bloques de la Figura 3.

3.3 Transmisores

La función del transmisor es la de amplificar una portadora RF modulada con la señal deseada, añadiendo la mínima distorsión a la información codificada. Esencialmente los tres componentes primarios que forman la cadena de transmisión

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son: Un amplificador de alta potencia (HPA), con un cañón de electrones de alta estabilidad, un generador de formas de onda (Oscilador local, LO) y sincronismo y una antena. (Figura 4)

Antena del Transiceiver

A/D: Analógico a Digital DSP: Procesamiento digital de la señal T/R: Transmisión/Recepción

Transmisor Receptor

Convertidor A/D DSP y Almacenamiento

Oscilador Local Control de Antena

Visualización y Control

Comunicación

Figura 3. Diagrama de bloques de un sistema de radar

Figura 4. Diagrama esquemático de un transmisor de radar

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A diferencia de la antena de la Figura 3. La cual radia ondas electromagnéticas desde el transmisor, un simple arreglo de antenas de transciever como el de la Figura 4, sirve para ambos propósitos, como radiador y como receptor. Las relaciones de reciprocidad entre de un sistema de antenas indican que las características un sistema de antenas cuando es usado como transmisor sean similares en casi todos los aspectos correspondientes a la misma antena cuando es usada como receptor.

3.3.1 Oscilador Local: Los osciladores locales son generadores de formas de onda. Como en cualquier sistema de comunicación, los sistemas de radar requieren de osciladores locales sofisticados, altamente estables y con bajo ruido de fase, rápido tiempo de enganche de frecuencia, bajo consumo de potencia y que ofrezcan la posibilidad de programar la frecuencia de operación utilizando técnicas de sintetización. Tanto transmisor como receptor requieren osciladores locales.

3.3.2 Atenuador: Los atenuadores son usados para incrementar el aislamiento entre el oscilador y una carga cambiante.

3.3.3 Amplificadores de alta potencia: Los amplificadores de alta potencia, magnetrones o klystrons. Estos amplificadores permiten agilidad de frecuencia y escaneo de frecuencias en pulsos que son características esenciales en los sistemas de radar modernos.

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3.3.4 Acoplador direccional: El acoplador direccional o circulador, es la interfaz entre el amplificador de potencia y el amplificador de RF del transmisor. Este provee una impedancia muy baja y perdida despreciable en la dirección del flujo de energía de microondas mientras que lo puertos inactivos reciben suficiente aislamiento de la energía de microonda.

3.3.5 Filtro Pasa-bajo: Su propósito es atenuar los armónicos de la señal transmitida.

3.4 Receptor

Según J.L. Eaves y E.K. Reedy (1987) en su estudio de los principios del radar, la señal de baja energía colectada por la antena, es traída a través del circulador y el isolador, y el amplificador de radiofrecuencias.

Un receptor de conversión dual típico se muestra en la Figura 5. Está hecha de una serie de componentes como el filtro RF, amplificador, mezcladores y amplificadores de frecuencia intermedia.

Figura 5. Receptor de conversión dual.

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La señal recibida es mezclada, en algún dispositivo no lineal, con la señal del oscilador local, para producir una señal de frecuencia intermedia de la cual la señal modulada será recuperada (en el detector).

El filtro RF a la entrada del receptor realiza las siguientes funciones básicas: limitar el ancho de banda del espectro que alcanza al amplificador RF y mezclador para minimizar la distorsión por intermodulación, atenuar el ruido en el receptor por imágenes falsas y respuestas de media frecuencia intermedia y suprimir la energía del oscilador local originándose en el receptor.

Los mezcladores son bloques constructivos muy importantes en cualquier sistema RF. Los mezcladores enlazan juntos el amplificador de bajo ruido, el oscilador local y la etapa de frecuencia intermedia.

3.5 Tratamiento informático

La mayoría de los radares modernos convierten la señal analógica recibida a una señal digital. Un computador de alta velocidad se encarga de procesarlos datos obtenidos y extraer de ellos la información relativa al objetivo. En primer lugar, la señal retorna de tierra, donde se eliminan los objetos irrelevantes mediante un filtro indicador de objetivo móvil. A continuación se fracciona la señal en componentes discretos de frecuencia por medio de un transformador rápido de Fourier. Por último, una vez combinadas las señales de muchos pulsos, se determina el objetivo mediante el procesador de frecuencia constante de falsa alarma.

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Dentro de los diferentes sistemas de radar se encuentran los radioaltímetros. Los radioaltímetros forman parte esencial de los sistemas de navegación presentes en las aeronaves tanto militares como de uso civil. Su correcto funcionamiento es requerido para lograr vuelos seguros, por lo que es recomendable que el proceso de mantenimiento de estos sea vigilado y asistido por bancos de prueba como el desarrollado en este proyecto.

4. Radioaltímetros

Según Kosin Maria (1999). El radioaltímetro es un instrumento auxiliar del avión que trabaja en conjunto con un par de antenas y un indicador. Este instrumento tiene como función el de informar al piloto de la condición de altura a la cual se encuentra la aeronave.

4.1 Principio de funcionamiento

Existen básicamente dos tipos: los que emplean el principio del radar de pulsos y los que usan las señales moduladas en frecuencia.

4.1.1

Altímetros de radar

Esencialmente son radares de pulso que se usan para determinar el alcance, que en este caso es la distancia entre el avión y la tierra. Los pulsos se transmiten

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hacia abajo desde el avión y el intervalo que transcurre entre la transmisión del pulso y el retorno de su eco es directamente proporcional a la altura del vuelo.

4.1.2

Altímetros de FM

Transmiten señales hacia el suelo y usan los ecos de retorno para medir la altura del vuelo; sin embargo, la frecuencia de los ecos de retorno es lo que usa para determinar la altitud.

Los pulsos constan de una portadora de FM modulada por un pulso triangular. En este tipo de señal, la frecuencia de la portadora aumenta linealmente de su frecuencia central y luego comienza abruptamente a disminuir (linealmente) hasta que retorna a su frecuencia central. Midiendo la diferencia de frecuencia entre las señales transmitida y reflejada, se determina el tiempo del recorrido de la señal y, por lo tanto, la distancia.

El principio de funcionamiento del radioaltímetro es el siguiente: se modula la onda emitida en frecuencia, en forma triangular. Esta se emite hacia la tierra de forma vertical la cual rebota en la superficie de vuelta hacia la aeronave.

Esta onda

reflejada estará desfasada un tiempo 2h/c, siendo h la altura y c la velocidad de la luz. Sea ∆f la variación de frecuencia del transmisor y T el periodo de la moduladora

Si se mezclan ahora las dos ondas, en un radar con un tipo de recepción homodina o heterodina, se obtiene la diferencia de frecuencias entre las señales.

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f

Frecuencia emitida

Frecuencia recibida

∆f m 2h/c

T/2

T

t Frecuencia

diferencia

m

m

Figura 6. Diferencia de frecuencia entre la señal recibida y transmitida

A la vista de la Figura 6, puede observarse que la máxima diferencia de frecuencia m, medida durante el periodo en que esta permanece constante, se corresponde con el tiempo de retardo de la señal 2h/c según la siguiente proporcionalidad:

2h T c = 2 m ∆f Es decir:

h=

cmT 4 ∆f

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Al objeto de poder medir durante el tiempo en que la diferencia de frecuencia se mantiene constante, debe ser:

T 2h >> 2 c Esta ecuación nos permite conocer el periodo en una altura determinada para la frecuencia de modulación. Por otra parte, la frecuencia m que corresponde a una altura h es:

m=

4h∆f cT

Para que esta frecuencia sea medible a la altura más baja, debe dar por lo menos un ciclo en el tiempo T, es decir, mT>1. La resolución del sistema será también la diferencia de altura que aumenta un ciclo en el tiempo T, lo que coincide con hacer:

mT =

4h∆f =1 c

El valor de la resolución es, pues,

h min =

c 4 ∆f

El conocimiento de la operación del radioaltímetro es fundamental para poder interpretar las señales que estos les envían a los indicadores, las cuales son el punto de partida de este trabajo de grado. Y así, tener en cuenta las características principales de funcionamiento de los mismos.

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En la actualidad la tendencia de la tecnología en bancos de prueba apunta hacia su implementación a nivel de software, utilizando como plataforma física un ordenador personal. A continuación se revisarán los conceptos manejados en el mundo de la programación moderna y se plasmarán algunas de las alternativas más atractivas en relación a los entornos de programación.

5. La programación tradicional vs. La programación moderna.

Es fundamental entender que las diferencias entre la programación tradicional y la actual tienen su origen inmediato en la evolución de los Sistemas Operativos, evolución que ha sido posible a su vez por la evolución del hardware. También por la evolución de las herramientas de programación y de los lenguajes. Las características y diferencias de la programación tradicional frente a la actual pueden resumirse en la Tabla A: Programación tradicional Representación en modo texto Trabajo en mono-programa Trabajo en mono-tarea Ejecución controlada por el programa Programación de tipos fijos

Programación actual Representación en modo gráfico Trabajo en multi programación Trabajo en multi-tarea Ejecución controlada por el Sistema Programación orientada a objetos

Tabla A. Características de la programación tradicional y la actual

5.1 Características de la "Programación Tradicional"

La programación tradicional se caracteriza por tener Representación en modo texto, Trabajo en mono-programa y en mono-tarea, Ejecución controlada por el

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programa y Programación de tipos fijos. En lo subsiguiente se describirán una a una estas características.

5.1.1 Representación en modo texto: Se trabaja en un entorno de texto, el programa en ejecución controla la información representada en la totalidad de la pantalla; el control de esta se realiza en término de filas y columnas (generalmente 24 x 80) y empleo exclusivo de caracteres ASCII. Cuando se trabaja en entornos gráficos, este tipo de aplicaciones no-gráficas se denominan "de Consola".

5.1.2 Trabajo en mono-programa: Cuando se ejecuta el programa no comparte recursos con ningún otro. Esto hace que en general se puedan utilizar rutinas y llamadas de "bajo nivel" sin peligro alguno de interferir con procesos que afecten la estabilidad del sistema. La totalidad de los recursos están a la disposición exclusiva del programa.

5.1.3 Trabajo en mono-tarea: El programa solo tiene una vía de ejecución.

5.1.4 Ejecución controlada por el programa: Desde su concepción, el programador decide que ocurre exactamente en cada momento de la ejecución del programa, de forma que las vías de actuación pueden ser previstas de antemano.

5.1.5 Programación procedural: Los lenguajes empleados adoptan una fuerte compartimentación entre los tipos de datos disponibles y las operaciones posibles con ellos, que son fijas e incluidas en el propio lenguaje. Las entidades de mayor nivel de abstracción que pueden utilizarse son las estructuras, uniones y similares.

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5.2 Características de la Programación "Moderna"

Un programa moderno puede ser multitarea, en modo grafico o en modo texto y orientado a objetos o no; sin embargo, la mayoría de las característica se dan juntas. En especial si se trata de programas que utilizan la interfaz gráfica de los sistemas operativos más conocidos.

5.2.1 Representación en modo gráfico: El usuario dispone de una interfaz gráfica GUI ("Graphical User Interface") para trabajar en la aplicación. Este tipo de programas controlan la información representada en su canvas, un trozo (ventana) de la pantalla cuyo tamaño puede ser controlado por el usuario. La representación se realiza en pixels, y se dispone de herramientas y parámetros de representación.

Junto con las nuevas posibilidades gráficas, que hacen que la pantalla pueda contener múltiples ventanas, representativas de otros tantos procesos en ejecución. A su vez la pantalla se convierte en otro dispositivo de entrada.

La programación de un entorno gráfico es muchísimo más compleja que para un entorno de texto, aunque afortunadamente los entornos de desarrollo actuales ofrecen multitud de soluciones preconstruidas (clases) y librerías que facilitan la labor.

Desde el punto de vista de la interfaz que percibe el usuario, existen dos tipos de aplicaciones: SDI y MDI. SDI significa "Single Document interface". Son

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aplicaciones que se desarrollan en una sola ventana. Por su parte, MDI ("Multiple Document Interface") supone que la interfaz de la aplicación es una ventana maestra ("Frame Window"), que puede contener múltiples ventanas hijas o "documentos" abiertos simultáneamente. Estas ventanas descendientes coinciden con la ventana madre cuando son maximizadas, y se cierran cuando se termina el proceso principal (que abrió la ventana maestra).

5.2.2 Trabajo en multi-programa: Los sistemas operativos actuales admiten multiprogramación, es decir, se ejecutan múltiples aplicaciones a la vez. Esta operación se ejecuta de forma preemptiva. Lo que significa que el sistema operativo tiene un control continuo sobre el procesador y los diversos programas en ejecución. El sistema operativo puede abortar, suspender o asignar tiempos de ejecución a cualquiera de ellos.

La ejecución no preemptiva se denomina cooperativa, y es propia de sistemas multiprograma antiguos. En estos casos, el control es copado por el programa en ejecución, el cual debe terminar por sí mismo para que pueda ejecutarse otra aplicación.

En condiciones de ejecución preemptiva, cuando se ejecuta un programa, debe compartir recursos con todas las demás aplicaciones en ejecución. Esto hace que en general no sea ya posible utilizar rutinas y operaciones E/S de bajo nivel, pues estos asuntos son controlados directamente por el sistema operativo, todo lo más que se

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puede hacer es realizar peticiones al sistema de determinados servicios siguiendo las convenciones establecidas en cada caso.

La totalidad de los recursos, tales como el procesador, la memoria, los puertos E/S etc. no están a disposición del programador. Es el sistema operativo el que los controla, procurando que cada programa no haga algo equivocado que pueda dañar el resto de las aplicaciones. Cuando por error un programa intenta salir del ámbito que se le ha asignado (por ejemplo escribiendo en una zona de memoria previamente ocupada), es el sistema operativo el que da la alerta.

5.2.3 Trabajo en multi-tarea: El programa que puede tener más de una vía de ejecución secuencial; es multi-hebra ("multithread"). Esto significa que el programa puede recorrer diversas vías de ejecución simultánea. El programador debe controlar varias vías de ejecución paralela que pueden estar o no sincronizadas entre si.

En rigor solo los equipos multiprocesador son capaces de realizar una auténtica multitarea; los dotados de un solo procesador son capaces de realizar una suerte de simulación de tiempo compartido aunque desde el punto de vista de la lógica de la aplicación este detalle sea inapreciable.

5.2.4

Control de ejecución orientado a eventos: En contra de lo que ocurre en la

programación "tradicional", en la que es el propio programa el que decide que se hace y cuando, en la programación orientada a eventos la ejecución está controlada por el sistema operativo. El programa se parece a un bucle que espera continuamente la

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recepción de mensajes del Sistema y responde en consecuencia ejecutando determinados procesos. Los procesos pueden incluir peticiones de nueva información, o solicitud de determinados servicios.

Los mensajes del Sistema tienen su origen en eventos de causa muy distinta. Por ejemplo, una interrupción del teclado; del ratón, que puede hacer clic o doble clic en cualquier área de la ventana de la aplicación, o simplemente pasar sobre una zona determinada. Incluso la terminación del programa ocurre cuando se recibe una petición del sistema en este sentido.

5.2.5

Programación Orientada a Objetos: Los lenguajes empleados utilizan los

recursos de esta técnica de programación. Las principales ventajas, aparte de un mejor encapsulamiento de los datos y sus operaciones, son la herencia; la sobrecarga, y el polimorfismo.

La programación orientada a objetos está especialmente indicada para la programación en los nuevos entornos operativos, porque los nuevos paradigmas de programación para entornos distribuidos conciben las aplicaciones como objetos que dialogan e intercambian datos.

6. Entorno de Programación Integrado: Microsoft Visual Studio

Microsoft Visual Studio es un entorno de desarrollo integrado para sistemas operativos de la línea Windows. Soporta varios lenguajes de programación tales

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como Visual C++, Visual C#, Visual J#, ASP.NET y Visual Basic .NET, aunque actualmente se han desarrollado las extensiones necesarias para muchos otros.

6.1 Versiones de Microsoft Visual Studio

Desde su salida en 1997, Microsoft Visual Studio ha pasado por diferentes versiones, en las cuales se han mejorado considerablemente las herramientas de programación y la filosofía de desarrollo. Actualmente, la última versión que ha sido lanzada al mercado es la Microsoft Visual Studio 2008.

A continuación se ofrece un cuadro resumen de las distintas versiones de este entorno de programación. La finalidad principal de la tabla B es la de comparar las características de las versiones de Microsoft Visual Studio, a modo de poder seleccionar la versión que se ajuste de la mejor forma al desarrollo del software del proyecto.

Versión

Versión Interna

Visual Studio 97

5.0

Visual Studio 6.0 Visual Studio . ET (2002)

6.0

7.0

Visual Studio 2003

8.0

Visual Studio 2005

9.0

Visual Studio 2008

10.0

Lenguajes Soportados Visual Basic 5.0, Visual C++ 5.0, Visual J++ 1.1, Visual FoxPro 5.0, Visual Interdev 1.0 Visual J++ 6.0, Visual InterDev 6.0, Visual Basic 6.0, Visual C++ 6.0 Visual Basic, Visual C++, Visual C#, Visual J# Visual Basic, Visual C++, Visual C#, Visual J# Visual Basic, Visual C++, Visual C#, Visual J#, Visual Web Developer. Visual Basic, Visual C#, Visual Microsoft Expression Web.

IDE unificado

Plataforma

API

Sistema Operativo Soportado

NO

COM (Component Object Model)

WIMP

Familia Windows 9X (95, 98, ME)

NO

COM (Component Object Model)

WIMP

Familia Windows 9X (95, 98, ME)

SI

Framework .NET Versión 1.0

Windows Forms

Windows 2000, XP

SI

Framework .NET Versión 1.1

Windows Forms

Windows 2000, XP

SI

Framework .NET Versión 2.0

Windows Forms

Windows XP, Vista

SI

Framework .NET Versión 3.5

Windows Forms

Windows XP, Vista

Tabla B. Resumen de las versiones de Visual Studio

41

La versión Visual Studio 2005 se presenta realmente atractiva para los programadores de aplicaciones bajo Windows, en función a las características y ventajas que este presenta en relación con las versiones anteriores, sumado al respaldo generado por la gran cantidad de herramientas de instrumentación virtual que pueden añadírsele y que aun no han sido desarrolladas aun para la versión 2008.

6.2 Microsoft Visual Studio 2005

Visual Studio 2005 es un conjunto completo de herramientas de desarrollo para la generación de aplicaciones Web ASP.NET, Servicios Web XML, aplicaciones de escritorio y aplicaciones móviles. Visual Basic, Visual C++, Visual C# y Visual J# utilizan el mismo entorno de desarrollo integrado (IDE), que les permite compartir herramientas y facilita la creación de soluciones en varios lenguajes. Asimismo, dichos lenguajes aprovechan las funciones de .NET Framework en su versión 2.0

6.2.1

Formularios Windows Forms

Los formularios Windows Forms sirven para crear aplicaciones de Microsoft Windows en .NET Framework. Este marco de trabajo proporciona un conjunto de clases claro, orientado a objetos y ampliable, que permite desarrollar complejas aplicaciones para Windows. Los formularios Windows Forms constituyen la tecnología de cliente inteligente para .NET Framework, un conjunto de bibliotecas administradas que simplifican tareas de aplicación comunes, como la lectura y escritura en el sistema de archivos.

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En formularios Windows Forms, un formulario es una superficie visual en la que se muestra información al usuario. Normalmente las aplicaciones de Windows Forms se generan agregando controles a los formularios y programando respuestas a las acciones del usuario, como clics del mouse o presiones de teclas. Un control es un elemento de la interfaz de usuario discreto que muestra datos o acepta la entrada de datos.

Cuando un usuario hace algo en su formulario o en alguno de sus controles, la acción genera un evento. La aplicación reacciona a estos eventos utilizando código y procesa los eventos cuando aparecen.

6.2.2

El entorno . ET Framework

NET es una plataforma de ejecución intermedia multilenguaje, de forma que los programas desarrollados en .NET no se compilan en lenguaje máquina, sino en un lenguaje intermedio (CIL - Common Intermediate Language) denominado Microsoft Intermediate Language (MSIL). En una aplicación MSIL, el código no se convierte a lenguaje máquina hasta que ésta se ejecuta, de manera que el código puede ser independiente de plataforma (al menos de las soportadas actualmente por .NET).

Las plataformas han de tener una implementación de Infraestructura de Lenguaje Común (CLI) para poder ejecutar programas MSIL. Actualmente se pueden ejecutar programas MSIL en Linux y Mac OS X usando implementaciones de .NET

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que no son de Microsoft, tales como Mono y DotGNU. Consta de tres partes principales:

a) Common Language Runtime: Es el verdadero núcleo del framework de .NET. La herramienta de desarrollo compila el código fuente de cualquiera de los lenguajes soportados por .NET en un código intermedio, el MSIL (Microsoft Intermediate Lenguaje). Para generarlo, el compilador se basa en la especificación CLS (Common Language Specification) que determina las reglas necesarias para crear el código MSIL compatible con el CLR.

Para ejecutarse se necesita un segundo paso, un compilador JIT (Just-In-Time) es el que genera el código máquina real que se ejecuta en la plataforma del cliente. De esta forma se consigue con .NET independencia de la plataforma de hardware. La compilación JIT la realiza el CLR a medida que el programa invoca métodos. El código ejecutable obtenido se almacena en la memoria caché del ordenador, siendo recompilado de nuevo sólo en el caso de producirse algún cambio en el código fuente.

Figura 7. Diagrama interno del Entorno de Común de Ejecución para Lenguajes

44

b) Clases de programación unificadas: El entorno de trabajo ofrece a los desarrolladores un conjunto unificado, orientado a objetos, jerárquico y extensible de bibliotecas de clases (API). Con la creación de un conjunto de API comunes para todos los lenguajes de programación, Common Language Runtime permite la herencia, el control de errores y la depuración entre lenguajes. Todos los lenguajes de programación, pueden tener acceso al entorno de trabajo de forma parecida y los desarrolladores pueden elegir libremente el lenguaje que desean utilizar.

c) ASP. ET: ASP.NET construye las clases de programación de .NET Framework, lo que proporciona un modelo de aplicación Web con un conjunto de controles e infraestructura que facilitan la generación de aplicaciones Web.

7. El lenguaje de programación: Visual Basic 2005

Visual Basic es un lenguaje de programación desarrollado por Alan Cooper para Microsoft. El lenguaje de programación es un dialecto de BASIC, con importantes añadidos. Su primera versión fue presentada en 1991 con la intención de simplificar la programación utilizando un ambiente de desarrollo completamente gráfico que facilitara la creación de interfaces gráficas y en cierta medida también la programación misma. Visual Basic evoluciona con la aparición de la plataforma .NET. Visual Basic .NET no es compatible con Visual Basic, aunque existen aplicaciones que permiten migrar entre estas plataformas.

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Las aplicaciones creadas con Visual Basic están basadas en objetos y son manejadas por eventos. Visual Basic se deriva del lenguaje Basic, el cual es un lenguaje de programación estructurado. Sin embargo, Visual Basic emplea un modelo de programación manejada por eventos.

En las aplicaciones manejadas por eventos, la ejecución no sigue una ruta predefinida. En vez de esto, se ejecutan diferentes secciones de código en respuesta a eventos. Los eventos se desencadenan por acciones del usuario, por mensajes del sistema o de otras aplicaciones. La secuencia de eventos determina la secuencia en que el código se ejecuta. Es por esto que la ruta que sigue el código de la aplicación es diferente cada vez que se ejecuta el programa.

Una parte esencial de la programación manejada por eventos es el escribir código que responda a los posibles eventos que pueden ocurrir en una aplicación. Visual Basic facilita la implementación del modelo de programación manejada por eventos.

7.1

Objetos en Visual Basic. Cada formulario, menú o control que se crea con

Visual Basic es un módulo autocontenido llamado objeto. Los bloques básicos de construcción de una aplicación con Visual Basic son los objetos. Cada objeto tiene un conjunto de características y un comportamiento definido (propiedades, métodos y eventos) que lo diferencian de otros tipos de objeto.

46

7.2

Propiedades de los objetos en Visual Basic. El conjunto de datos que

describen las características de un objeto se le conoce como sus propiedades. Las propiedades determinan el aspecto que tiene el objeto y su comportamiento.

7.3

Métodos en Visual Basic. Los métodos son un conjunto de procedimientos

que permiten que un objeto ejecute una acción o tarea sobre sí mismo.

7.4

Eventos. Un evento es una acción que es reconocida por el objeto. Un

evento ocurre como resultado de la interacción del usuario con el objeto. También puede dispararse debido a la ejecución de código o como resultado de la interacción de otro objeto con el objeto de poseedor del evento.

7.5

Proyectos en Visual Basic. Cuando desarrolla una aplicación, Visual Basic

crea un archivo especial llamado Archivo de Proyecto para administrar todos los demás archivos de la aplicación. El Archivo de Proyecto es simplemente una lista de todos los archivos y objetos asociados con el proyecto, así como información sobre las opciones del entorno. Esta información se actualiza cada vez que se guarda el proyecto. Todos los archivos y objetos también se pueden compartir con otros proyectos.

7.6

Pasos para crear una aplicación. El proceso de creación de una aplicación

Visual Basic puede descomponer en una serie de seis pasos, los cuales se presentan a continuación:

47

7.6.1 Crear la interfaz de usuario: Se crea una interfaz dibujando controles y objetos sobre un formulario. A fin de hacer que el código sea más fácil de leer y depurar, debe luego asignar nombres a los objetos usando convenciones de nombres estándar.

7.6.2 Establecer las propiedades de los objetos de la interfaz: Luego de añadir objetos al formulario, se establece las propiedades de los objetos. Puede establecer valores iníciales ya sea usando la ventana de propiedades en tiempo de diseño o escribiendo código para modificar las propiedades en tiempo de ejecución.

7.6.3 Escribir código para los eventos: Luego de establecer las propiedades iníciales para el formulario y cada objeto, se añade el código que se ejecutará en respuesta a los eventos. Los eventos ocurren cuando diferentes acciones ocurren sobre un control u objeto.

7.6.4 Guardar el proyecto: Es cuando se crea el proyecto. Al guardar un proyecto se guardan cada formulario y módulo de código en el proyecto.

7.6.5 Probar y depurar la aplicación: Conforme se añade código al proyecto, puede usar el comando RUN para ejecutar la aplicación y ver su comportamiento. También pueden usarse las herramientas de depuración para verificar errores y modificar código.

48

7.6.6 Crear un archivo ejecutable: Al completar el proyecto, se debe crear un archivo ejecutable usando el comando BUILD.

Como se presentó en las secciones previas, las técnicas y entornos de programación modernos permiten la creación de programas diseñados para trabajar como bancos de pruebas, siempre y cuando sean diseñados siguiendo los principios de funcionamiento del equipo que se desea probar. Pero aun existe el problema de la interconexión entre el PC y el equipo en cuestión, que por lo general no puede efectuarse en forma directa. Es por ello que en la mayoría de los casos se requiere el diseño de algún hardware intermedio capaz de hacer compatibles las señales del artefacto a probar y las señales que maneja la computadora a través de alguno de sus puertos. En consecuencia se revisaron aspectos como los microcontroladores, procesos de conversión analógico-digital y digital-analógica y protocolos de comunicación serial del PC.

8. Microcontroladores

Un microcontrolador es un circuito integrado que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora: CPU, Memoria y Unidades de E/S, es decir, se trata de un computador completo en un solo circuito integrado. Aunque sus prestaciones son limitadas, además de dicha integración, su característica principal es su alto nivel de especialización.

49

8.1 Diferencias entre un Microprocesador y un Microcontrolador

Según Torres Reinier (2004). “El El microprocesador es un circuito integrado que contiene la Unidad Central de Proceso ((CPU). La CPU está formada por la Unidad de Control, que interpreta las instrucciones, y el Camino de Datos, que las ejecuta”.

Los pines de un microprocesador sacan al ex exterior terior las líneas de sus buses de direcciones, datos y control, para permitir conectarle con la Memoria y los Módulos de E/S y conFigurarr un computador implementado por varios circuitos integrados. Se dice que un microprocesador es un sistema abierto porqu porque su conFigura Figuración es variable de acuerdo con la aplicación destinada como se muestra en la Figura 8

Figura 8.. Estructura de un sistema abierto basado en un microprocesador.

Ess posible observar que dependiendo del circuito son requeridos algunos chips adicionales además del microprocesador como memorias RAM para almacenar

50

los datos temporalmente y memorias ROM para almacenar el programa que se encargaría del proceso del equipo, un circuito integrado para los puertos de entr entrada y salida y finalmente un decodificador de direcciones.

Un microcontrolador es un solo circuito integrado que contiene todos los elementos electrónicos que se utilizaban para hacer funcionar un sistema basado con un microprocesador; es decir contiene en un solo integrado la Unidad de Proceso, la memoria RAM, memoria ROM, puertos de entrada, salidas y otros periféricos, con la consiguiente reducción de espacio.

Debido a su reducido tamaño es posible montar el controlador en el propio dispositivo al que gobierna. bierna. La Figura 9 muestra la estructura de un sistema cerrado del microcontrolador en la que todas las partes del computador están contenidas en su interior y sólo salen al exterior las líneas que gobiernan los periféricos.

Figura 99. El microcontrolador como sistema cerrado.

En

general,

puede

establecerse

un

cuadro

de

características

Microprocesador y el Microcontrolador para destacar sus cualidades y diferencias

del

51

Microprocesador Es un sistema digital abierto Requiere una RAM externa de alta capacidad Memoria de programa extensa Requiere decodificador por dispositivo y por puerto externo Alta velocidad de operación Uso y propósito general Costo de desarrollo elevado Gran dificultad de implementación Multitareas no limitadas Centralización de las tareas Muchos modos de direccionamiento Tiempo de desarrollo elevado

Microcontrolador Es un sistema digital cerrado Posee una RAM de poca capacidad interna Memoria de programa pequeña No requiere decodificadores de memoria o de E/S Baja velocidad de operación Orientados a operaciones de E/S Costo de desarrollo reducido Circuitos simples Tareas múltiples limitado Modularidad de las tareas Tres modos de direccionamiento Tiempo de desarrollo reducido

Tabla C. Diferencias entre un Microprocesador y un Microcontrolador

8.2 Ventajas de los Microcontroladores

Las ventajas de trabajar con un microcontrolador son bastante relucientes. Las diferencias más importantes se dan a continuación: gran simplificación de circuitería, reducción de costos y disminución del tiempo de desarrollo del proyecto electrónico.

8.3 Tipos de arquitecturas del microcontrolador

8.3.1 Arquitectura Von Neumann

Las computadoras con arquitectura Von Neumann son las que utilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos. Los ordenadores con arquitectura Von Neumann constan de las siguientes partes mostradas en la Figura 10.

52

Figura 10 10. Partes de un ordenador con arquitectura ura Von Neumann

La unidad aritmético aritmético-lógica lógica o ALU, la unidad de control, la memoria, un dispositivo de entrada/salida y el bus de datos que proporciona un medio de transporte de los datos entre las distintas partes. Un ordenador con arquitectura Von Neumannn realiza o emula los siguientes pasos secuencialmente:

1.

Obtiene la siguiente instrucción desde la memoria en la dirección indicada por

el contador de programa y la guarda en el registro de instrucción.

2.

Aumenta el contador de programa en la longitud de la instrucción para apuntar

a la siguiente.

3.

codifica la instrucción mediante la unidad de control. Ésta se encarga de Decodifica

coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar una función determinada.

53

4.

Se ejecuta la instrucción. Ésta puede cambiar el valor del contador del

programa, permitiendo así operaciones repetitivas. El contador puede cambiar también cuando se cumpla una cierta condición aritmética, haciendo que el ordenador pueda 'tomar decisiones', que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmética y lógica anteriores.

5.

Vuelve al paso N° 1.

8.3.2 Arquitectura Harvard

La arquitectura Harvard tiene la unidad central de proceso conectada a dos memorias (una con las instrucciones y otra con los datos) por medio de dos buses diferentes. Una de las memorias contiene solamente las instrucciones del programa (Memoria de Programa) y la otra solo almacena datos (Memoria de Datos). Ambos buses son totalmente independientes y pueden ser de distintos anchos. Al ser los buses independientes, la CPU puede acceder a los datos para completar la ejecución de una instrucción, y al mismo tiempo leer la siguiente instrucción a ejecutar. Las ventajas de esta arquitectura son:

1.

El tamaño de las instrucciones no esta relacionado con el de los datos, y por lo

tanto puede ser optimizado para que cualquier instrucción ocupe una sola posición de memoria de programa, logrando así mayor velocidad y menor longitud de programa

54

2.

El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse con el de los

datos, logrando una mayor velocidad en cada operación

En la Figura 11. Se muestran las partes de un ordenador con arquitectura Harvard. Aquí se utilizan dispositivos de almacenamiento físicamente separados para las instrucciones y para los datos

Figura 11. Partes de un ordenador con arquitectura Harvard

8.4 Estructura de los Microcontroladores 8.4.1

El procesador

Es el elemento más importante del microcontrolador y determina sus principales características, tanto a nivel hardware como software. Se encarga de direccionar la memoria de instrucciones, recibir el código de la instrucción en curso, su decodificación y la ejecución de la operación que implica la instrucción, así como la búsqueda de los operandos y el almacenamiento del resultado.

55

Existen tres orientaciones en cuanto a la arquitectura y funcionalidad de los procesadores actuales. •

CISC: Un gran número de procesadores usados en los microcontroladores están basados en la filosofía CISC (Computadores de Juego de Instrucciones Complejo). Disponen de más de 80 instrucciones máquina en su repertorio. Una ventaja de los procesadores CISC es que ofrecen al programador instrucciones complejas que actúan como macros.

•

RISC: Tanto la industria de los computadores comerciales como la 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 ejecutan en un ciclo. La sencillez y rapidez de las instrucciones permiten optimizar el hardware y el software del procesador.

•

SISC: En los microcontroladores destinados a aplicaciones muy concretas, el juego de instrucciones, además de ser reducido, es “específico”, es decir, 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).

56

8.4.2

Memoria

En los microcontroladores la memoria de instrucciones y datos está integrada en el propio chip. Una parte debe ser no volátil, tipo ROM, y se destina a contener el programa de instrucciones que gobierna la aplicación. Otra parte de memoria será tipo RAM, volátil, y se destina a guardar las variables y los datos.

La RAM en estos dispositivos es de poca capacidad pues sólo debe contener las variables y los cambios de información que se produzcan en el transcurso del programa. Por otra parte, como sólo existe un programa activo, no se requiere guardar una copia del mismo en la RAM pues se ejecuta directamente desde la ROM.

8.4.3

Puertas de Entrada y Salida

Las puertas de Entrada y Salida (E/S) permiten comunicar al procesador con el mundo exterior, a través de interfaces, o con otros dispositivos. Estas puertas, también llamadas puertos, son la principal utilidad de los pines de un microcontrolador. Según los controladores de periféricos que posea cada modelo de microcontrolador, las líneas de E/S se destinan a proporcionar el soporte a las señales de entrada, salida y control.

8.4.4

Reloj principal

Todos los microcontroladores disponen de un circuito oscilador que genera una onda cuadrada de alta frecuencia, que configura los impulsos de reloj usados en

57

la sincronización de todas las operaciones del sistema. Esta señal del reloj es el motor del sistema y la que hace que el programa y los contadores avancen. Generalmente, el circuito de reloj está incorporado en el microcontrolador y sólo se necesitan unos pocos componentes exteriores para seleccionar y estabilizar la frecuencia de trabajo. Dichos componentes suelen consistir en un cristal de cuarzo junto a elementos pasivos o bien un resonador cerámico o una red RC.

Aumentar la frecuencia de reloj supone disminuir el tiempo en que se ejecutan las instrucciones pero lleva aparejado un incremento del consumo de energía y de calor generado.

9. Microcontroladores PIC

Los PIC son una familia de microcontroladores tipo RISC fabricados por Microchip Technology Inc. y derivados del PIC1650, originalmente desarrollado por la división de microelectrónica de General Instruments. El nombre actual no es un acrónimo. En realidad, el nombre completo es PICmicro, aunque generalmente se utiliza como Peripheral Interface Controller (Controlador de Interfaz Periférico).

9.1 Características de los Microcontroladores PIC

Las principales características de los microcontroladores cubren aspectos como: Arquitectura del procesador, Segmentación y Juego de instrucciones.

58

9.1.1

Arquitectura

La arquitectura del procesador sigue el modelo Harvard. Como se explico con anterioridad, en esta arquitectura, la CPU se conecta de forma independiente y con buses distintos con la memoria de instrucciones y con la de datos. La arquitectura Harvard permite a la CPU acceder simultáneamente a las dos memorias.

9.1.2

Segmentación.

Se aplica la técnica de segmentación en la ejecución de las instrucciones. La segmentación permite al procesador realizar al mismo tiempo la ejecución de una instrucción y la búsqueda del código de la siguiente. De esta forma se puede ejecutar cada instrucción en un ciclo (un ciclo de instrucción equivale a cuatro ciclos de reloj). Las instrucciones de salto ocupan dos ciclos al no conocer la dirección de la siguiente instrucción hasta que no se haya completado la de bifurcación.

9.1.3

Formato de las instrucciones.

El formato de todas las instrucciones es de la misma longitud. Todas las instrucciones de los microcontroladores de la gama baja tienen una longitud de 12 bits. Las de la gama media tienen 14 bits y más las de la gama alta. Esta característica es muy ventajosa en la optimización de la memoria de instrucciones y facilita enormemente la construcción de ensambladores y compiladores.

59

9.1.4

Juego de instrucciones.

Procesador RISC (Computador de Juego de Instrucciones Reducido). Los modelos de la gama baja disponen de un repertorio de 33 instrucciones, 35 los de la gama media y casi 60 los de la alta. 9.1.5

Instrucciones ortogonales

Cualquier instrucción puede manejar cualquier elemento de la arquitectura como fuente o como destino. 9.1.6

Arquitectura basada en un “banco de registros”

Esto significa que todos los objetos del sistema (puertas de E/S, temporizadores, posiciones de memoria entre otros.) están implementados físicamente como registros. 9.1.7

Diversidad de modelos de microcontroladores con prestaciones y recursos diferentes

La gran variedad de modelos de microcontroladores PIC permite que el usuario pueda seleccionar el más conveniente para su proyecto.

9.1.8

Herramientas de soporte potentes y económicas

La empresa Microchip y otras que utilizan los PIC ponen a disposición de los usuarios numerosas herramientas para desarrollar hardware y software. Son muy

60

abundantes los programadores, los simuladores software, los emuladores en tiempo real, Ensambladores, Compiladores C, Intérpretes y Compiladores BASIC, etc.

La arquitectura Harvard y la técnica de segmentación son los principales recursos en los que se apoya el elevado rendimiento que caracteriza estos dispositivos programables, mejorando dos características esenciales: Velocidad de ejecución y la eficiencia en la compactación del código.

9.2 Las gamas de PIC

Para resolver aplicaciones sencillas se precisan pocos recursos, en cambio, las aplicaciones grandes requieren numerosos y potentes. Siguiendo esta filosofía Microchip construye diversos modelos de microcontroladores orientados a cubrir, de forma óptima,

las

necesidades

de cada

proyecto.

Así,

hay disponibles

microcontroladores sencillos y baratos para atender las aplicaciones simples y otros complejos y más costosos para las de mucha envergadura.

Microchip dispone de cuatro familias de microcontroladores de 8 bits para adaptarse a las necesidades de la mayoría de los clientes potenciales.

9.2.1

La gama baja: PIC12C(F)XXX de 8 pines

Su principal característica es su reducido tamaño, al disponer todos sus componentes de 8 pines. Se alimentan con un voltaje de corriente continua comprendido entre 2,5 V y 5,5 V, y consumen menos de 2 mA cuando trabajan a 5 V

61

y 4 MHz. El formato de sus instrucciones puede ser de 12 o de 14 bits y su repertorio es de 33 o 35 instrucciones, respectivamente. En la Figura 12 se muestra el diagrama de conexionado de uno de estos PIC.

Figura 12. Diagrama de conexiones de los PIC12Cxxx de la gama baja. Aunque los PIC bajas sólo tienen 8 pines, pueden destinar hasta 6 como líneas de E/S para los periféricos porque disponen de un oscilador interno R-C.

9.2.2

Gama baja o básica: PIC16C5X con instrucciones de 12 bits.

Se trata de una serie de PIC de recursos limitados, pero con una de la mejores relaciones coste/prestaciones. Sus versiones están encapsuladas con 18 y 28 pines y pueden alimentarse a partir de una tensión de 2,5 V, lo que les hace ideales en las aplicaciones que funcionan con pilas teniendo en cuenta su bajo consumo (menos de 2mA a 5V y 4MHz). Tienen un repertorio de 33 instrucciones cuyo formato consta de 12 bits. No admiten ningún tipo de interrupción y la Pila sólo dispone de dos niveles. En la Figura 13 se muestra el diagrama de conexionado de uno de estos PIC.

Figura 13: Pinado de los PIC de la gama baja de nomenclatura PIC16C54/56.

62

Los PIC de esta familia se caracterizan por:

a.

Sistema POR (“Power On Reset”): Todos los PIC tienen la facultad de generar

una autoreinicialización o autoreset al conectarles la alimentación.

b.

Watchdog o WDT: Existe un temporizador que produce un reset

automáticamente si no es recargado antes que pase un tiempo prefijado. Así se evita que el sistema quede “colgado” dado en esa situación el programa no recarga dicho temporizador y se genera un reset.

c.

Código de protección: Cuando se procede a realizar la grabación del

programa, puede protegerse para evitar su lectura. También disponen los PIC de posiciones reservadas para registrar números de serie y códigos de identificación y prueba.

d.

Líneas de E/S de alta corriente: Las líneas de E/S de los PIC pueden

proporcionar o absorber una corriente de salida comprendida entre 20 y 25 mA, capaz de excitar directamente ciertos periféricos.

e.

Modo de reposo (Bajo consumo o “sleep”): Ejecutando una instrucción

(SLEEP), la CPU y el oscilador principal se detienen y se reduce notablemente el consumo.

Para terminar el comentario sobre los componentes de la gama baja conviene nombrar dos restricciones importantes:

63

•

La pila o “stack” sólo dispone de dos niveles lo que supone no poder encadenar más de dos subrutinas.

•

Los microcontroladores de la gama baja no admiten interrupciones.

9.2.3

Gama media. PIC16XXXX con instrucciones de 14 bits

Es la gama más variada y completa de los PIC. Abarca modelos con encapsulado desde 18 pines hasta 68, cubriendo varias opciones que integran abundantes periféricos. En la Figura 14 se muestra el diagrama de conexionado de uno de estos PIC.

Figura 14. Diagrama de pines del PIC16C74.

En esta gama sus componentes añaden nuevas prestaciones a las que poseían los de la gama baja, haciéndoles más adecuados en las aplicaciones complejas.

64

Admiten

interrupciones,

poseen

comparadores

de

magnitudes

analógicas,

convertidores A/D, puertos serie y diversos temporizadores.

El repertorio de instrucciones es de 35, de 14 bits cada una y compatible con el de la gama baja. Sus distintos modelos contienen todos los recursos que se precisan en las aplicaciones de los microcontroladores de 8 bits. También dispone de interrupciones y una Pila de 8 niveles que permite el anidamiento de subrutinas.

El temporizador TMR1 que hay en esta gama tiene un circuito oscilador que puede trabajar asíncronamente y que puede incrementarse aunque el microcontrolador se halle en el modo de reposo (“sleep”), posibilitando la implementación de un reloj en tiempo real.

Las líneas de E/S presentan una carga “pull-up” activada por software.

9.2.4

Gama alta: PIC17CXXX con instrucciones de 16 bits.

Se alcanzan las 58 instrucciones de 16 bits en el repertorio y sus modelos disponen de un sistema de gestión de interrupciones vectorizadas muy potente. También incluyen variados controladores de periféricos, puertas de comunicación serie y paralelo con elementos externos, un multiplicador hardware de gran velocidad y mayores capacidades de memoria, que alcanza los 8k palabras en la memoria de instrucciones y 454 bytes en la memoria de datos.

65

Quizás la característica más destacable de los componentes de esta gama es su arquitectura

abierta,

que

consiste

en

la

posibilidad

de

ampliación

del

microcontrolador con elementos externos. Para este fin, las pines sacan al exterior las líneas de los buses de datos, direcciones y control, a las que se conectan memorias o controladores de periféricos. Esta facultad obliga a estos componentes a tener un elevado número de pines comprendido entre 40 y 44. Esta filosofía de construcción del sistema es la que se empleaba en los microprocesadores y no suele ser una práctica habitual cuando se emplean microcontroladores.

El diseño del hardware de interconexión entre el banco de pruebas y el computador puede implementarse utilizando como componentes fundamentales microcontroladores PIC de gama media o de gama alta ya que estos ofrecen posibilidades de comunicación serial, las cuales pueden ser aprovechadas para el intercambio de información entre la computadora personal y el equipo a probar.

El concepto de comunicación serial es simple. El puerto serial envía y recibe bytes de información, un bit a la vez. Aunque es más lenta que la comunicación paralela, la cual permite la transmisión entera de bytes, es más sencillo y puede utilizarlo en distancias grandes. Con motivo a todas las ventajas que este tipo de comunicación ofrece, es el utilizado por la mayoría de los dispositivos que se deseen conectar al PC, y es por ello que se revisaran los aspectos más importantes de la misma.

66

Los microcontroladores son el corazón del hardware del banco de pruebas. Son los que tienen toda la información programada que controla las operaciones circuitales del banco de pruebas. Pero estos por si solo no muestran los resultados o las salidas dadas. Para ello se comunicó con el ordenador mediante comunicación serial.

10. Comunicaciones Seriales del PC

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 de escritorio incluyen al menos un puerto seriales RS-232. La comunicación serial es también un protocolo común utilizado por varios dispositivos para instrumentación; existen varios dispositivos compatibles con GPIB (General-Purpose Instrumentation Bus) que incluyen un puerto RS-232. Además, la comunicación serial puede ser utilizada para adquisición de datos si se usa en conjunto con un dispositivo remoto de muestreo.

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 cualquiera de dos dispositivos;

67

por el otro lado, utilizando comunicación serial el largo del cable puede llegar a los 1200 metros.

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 una línea mientras se reciben datos por otra. Existen otras líneas disponibles para realizar el 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.

10.1

Velocidad de transmisión (baud rate): Indica el número de bits por segundo

que se transfieren, y se mide en baudios. Cuando se hace referencia a los ciclos de reloj se está hablando de la velocidad de transmisión. Las velocidades de transmisión más comunes para las líneas telefónicas son de 14400, 28800, y 33600. Es posible tener velocidades más altas, pero se reduciría la distancia máxima posible entre los dispositivos. Las altas velocidades se utilizan cuando los dispositivos se encuentran uno junto al otro, como es el caso de dispositivos GPIB.

10.2

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,

68

7 y 8 bits. El número de bits que se envía depende en el tipo de información que se transfiere. Un paquete se refiere a una transferencia de byte, incluyendo los bits de inicio/parada, bits de datos, y paridad. Debido a que el número actual de bits depende en el protocolo que se seleccione, el término paquete se usar para referirse a todos los casos.

10.3

Bits de parada: Usado para indicar el fin de la comunicación de un solo

paquete. Los valores típicos son 1 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. Por lo tanto, los bits de parada no sólo indican el fin de la transmisión sino además dan un margen de tolerancia para esa diferencia de los relojes. Mientras más bits de parada se usen, mayor será la tolerancia a la sincronía de los relojes, sin embargo la transmisión será más lenta.

10.4

Paridad: Es una forma sencilla de verificar si hay errores en la transmisión

serial. Existen cuatro tipos de paridad: par, impar, marcada y espaciada. La opción de no usar paridad alguna también está disponible. Para paridad par e impar, el puerto serial fijará el bit de paridad (el último bit después de los bits de datos) a un valor para asegurarse que la transmisión tenga un número par o impar de bits en estado alto lógico. La paridad marcada y espaciada en realidad no verifican el estado de los bits de datos; simplemente fija el bit de paridad en estado lógico alto para la marcada, y en estado lógico bajo para la espaciada. Esto permite al dispositivo receptor conocer

69

de antemano el estado de un bit, lo que serviría para determinar si hay ruido que esté afectando de manera negativa la transmisión de los datos, o si los relojes de los dispositivos no están sincronizados.

10.5

orma RS-232

Ante la gran variedad de equipos, sistemas y protocolos que existen surgió la necesidad de un acuerdo que permitiera a los equipos de varios fabricantes comunicarse entre sí. La EIA (Electronics Industry Association) elaboró la norma RS-232, la cual define la interface mecánica, los pines, las señales y los protocolos que debe cumplir la comunicación serial Todas las normas RS-232 cumplen con los siguientes niveles de voltaje:

•

Un “1” lógico es un voltaje comprendido entre –5v y –15v en el transmisor y entre -3v y –25v en el receptor.

•

Un “0” lógico es un voltaje comprendido entre +5v y +15 v en el trasmisor y entre +3v y +25 v en el receptor.

El envío de niveles lógicos (bits) a través de cables o líneas de transmisión necesita la conversión a voltajes apropiados. En los microcontroladores para representar un 0 lógico se trabaja con voltajes inferiores a 0.8 Voltios, y para un 1 lógico con voltajes mayores a 2.0 Voltios. En general cuando se trabaja con familias TTL y CMOS se asume que un “0” lógico es igual a cero (0) Volts y un “1” lógico es igual a cinco (5) Volts.

70

Parte de la importancia de conocer esta norma, radica en considerar los niveles de voltaje que maneja el puerto serial del ordenador, ya que son diferentes a los que utilizan los microcontroladores y la mayoría de los circuitos integrados TTL y CMOS. Por lo tanto se necesita de una interface que haga posible la conversión de los niveles de voltaje a los estándares manejados por los CI TTL.

El RS-232 (Estándar ANSI/EIA-232) es el conector serial hallado en las distintas computadoras tanto personales como industriales. El RS-232 está limitado a comunicaciones de punto a punto entre los dispositivos y el puerto serial de la computadora. La Figura 15. Muestra el diagrama del conector serial DB9 y los pines asociados a la transmisión y recepción en el mismo.

Figura 15. Pines de un conector Serial RS-232

Las comunicaciones seriales tienen su utilidad en poder comunicar a la computadora (PC) con el hardware conformado por el PIC y otros elementos. Esta comunicación es esencial para poder enviar las órdenes de la PC al Hardware y recibir las salidas del Hardware que son mostradas al usuario.

71

11. Conversión Analógica Analógica-Digital

Una conversión analógica analógica-digital consiste en la transcripción de señales analógicas en señales digitales, con el propósito de facilitar su procesamiento y hacer la señal resultante más inmu inmune al ruido y otras interferencias a las que son más sensibles las señales analógicas. El proceso de conversión Analógica Digital se ejemplifica en la Figura 16.

Figura 16. Esquema de bloques de la conversión A/D

La digitalización consiste básicamente en realizar de forma periódica medidas de la amplitud de la señal y traducirlas a un lenguaje numérico. En esta definición están involucrados los cuatro procesos que intervienen en la conversión analógica analógicadigital:

muestreo eo consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud a) Muestreo: El muestr de onda. La velocidad con que se toman esta muestra, es lo que se conoce como frecuencia de muestreo. El teorema de muestreo explica que si una señal continua en el tiempo S(t),, en su análisis espectr espectral, al, tiene una banda de frecuencias tal que fm sea la mayor frecuencia dentro de esa banda, S(t) puede ser reconstruida sin ninguna

72

distorsión a partir de muestras tomadas a una frecuencia f(s) siendo f(s) ≥ 2fm. En la Figura 17, se puede mostrar el esquema simplificado del proceso de muestreo de una señal analógica.

Figura 17. Muestreo de una señal analógica

En la Figura T. se puede observar que S(t) es la señal analógica que se va a muestrear y está compuesta por una suma de señales de varias frecuencias, siendo fm la frecuencia mayor. δ(t) es la señal que actúa sobre el interruptor electrónico y fija el muestreo de la señal S(t) con una frecuencia fs; el tiempo de muestreo será de “τ”.

73

b) Retención: Las muestras tomadas han de ser mantenidas por un circuito de retención, el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel.

c) Cuantificación: La cuantificación de una señal, consiste en convertir un intervalo de valores continuos que puede tomar la señal, en un valor discreto. De esta manera la señal cuantificada solamente tomará valores discretos o lo que es lo mismo variará a incrementos fijos. Esto determina que dentro del intervalo considerado, los valores que puede tomar la señal sin cuantificar, la señal cuantificada, solamente toma un solo valor. Es decir, que el proceso de cuantificación, la señal cuantificada, presenta un determinado error respecto a la señal original, dado que la primera se modifica a incrementos finitos. Esto debe ser así, dado que en el procedimiento de codificación, es necesario limitar los niveles de tensión de la señal, dada la cantidad limitada de símbolos del código.

Codificación: La codificación consiste en traducir los valores obtenidos durante la cuantificación al código binario. Hay que tener presente que el código binario es el más utilizado, pero también existen otros tipos de códigos que también son utilizados.

Durante el muestreo y la retención, la señal aun es analógica puesto que aún puede tomar cualquier valor. No obstante, a partir de la cuantificación, cuando la señal ya toma valores finitos, la señal ya es digital.

74

12. Conversión Digital Analógica

La conversión Digital Analógica es el proceso inverso de la conversión Analógica digital. En esta conversión se tiene como entrada una señal discreta representada de manera digital, y que mediante un circuito convertidor se tiene como salida una señal continua.

12.1

Principio de funcionamiento

El DAC convierte fundamentalmente números de precisión finita en una cantidad física, generalmente un voltaje eléctrico. Normalmente el voltaje de salida es una función lineal del número de entrada. El voltaje de salida es mantenido en el tiempo al valor actual hasta que el próximo número de entrada sea registrado resultando una salida constante en trozos. La conversión digital-analógica se describe a través de ciertos parámetros que determinan las características del convertidor. Los parámetros característicos de un convertidor digital a analógico son:

• Escala completa de salida (Full-Scale Output (FSO)): Es el máximo valor analógico de salida posible, es decir, cuando se aplica a la entrada el máximo valor binario. • Resolución (Resolution): Es la diferencia en voltios que se produce a la salida del convertidor para un cambio sucesivo de su valor binario. En pocas palabras, es el número de bits que se convierten a escala analógica.

75

• Precisión: Es la comparación entre la salida real de un DAC y la salida esperada. Este se expresa como un porcentaje de la tensión de salida máxima. Idealmente, la precisión debería ser como mucho ± ½ del bit menos significativo. • Linealidad: Es la desviación (error lineal) de la salida ideal. Y un caso especial de este es el Offset (Cuando todos los bits son cero) • Monotonicidad: Un DAC es monótono si no produce escalones inversos cuando se le aplica secuencialmente su rango completo de bits de entrada.

Debido a que los indicadores de radioaltímetro trabajan con señales analógicas y las computadoras manejan señales digitales. Es necesario que exista una etapa del hardware que haga tales conversiones para hacer posible el manejo de estas informaciones. Para eso se utilizaron los convertidores DAC y ADC para tal propósito.

76

CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

La metodología se entiende como la parte del proceso de investigación que sigue a la propedéutica y permite sistematizar los métodos y las técnicas necesarias para llevarla a cabo. “Los métodos –dice Martínez Miguélez (1999)– son vías que facilitan el descubrimiento de conocimientos seguros y confiables para solucionar los problemas planteados”. Por lo tanto la metodología es la descripción y análisis de los métodos utilizados en el proceso de investigación y desarrollo.

Al ejecutar cualquier proyecto de investigación y desarrollo es necesario valerse de medios y técnicas concretas para el logro de los objetivos propuestos. Estos aspectos pueden resumirse en el nivel de la investigación, las técnicas para la recolección de datos y las fases de la investigación.

1. ivel de la Investigación

El presente proyecto se encuentra enmarcado dentro de la modalidad de proyecto factible, el cual queda definido como “la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar

77

problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos sociales; puede referirse a la formulación de políticas, programas, tecnologías, métodos o procesos.” (UPEL 2001)

La categorización del proyecto como factible, se justifica en la medida que el desarrollo de un banco de prueba para los indicadores de los radioaltímetros del Mirage-50, Súper Puma y C-130 es una alternativa que permite solucionar los problemas planteados con anterioridad, los cuales son presentados dentro del Servicio de Electrónica de la Aviación, a través de la elaboración de un producto tecnológico.

La investigación documental presente en este trabajo, constituye la base necesaria para comprender el problema y la solución a implementar. La investigación de tipo documental queda definida por la UPEL (2001) como “El estudio de problemas con el propósito de ampliar y profundizar el conocimiento de su naturaleza, con apoyo, principalmente, en trabajos previos, información y datos divulgados por medios impresos, audiovisuales y electrónicos”. En este caso las fuentes de información primordialmente consultadas fueron: ordenes técnicas, manuales y trabajos previos relacionados con el área de investigación.

Se observó el proceso actual de mantenimiento de los indicadores de los radioaltímetros del Mirage-50, Súper Puma y C-130, lo cual contribuyó a la formulación de soluciones automatizadas de los procedimientos implicados. Este tipo de investigación queda delimitado dentro del tipo de investigación de campo, que

78

según la UPEL (2001) es: “el análisis sistemático de problemas en la realidad, con el propósito bien sea de describirlos, interpretarlos, entender su naturaleza y factores constituyentes, explicar sus causas y efectos, o predecir su ocurrencia, haciendo uso de métodos característicos de cualquiera de los paradigmas o enfoques de investigación conocidos o en desarrollo.”

2. Técnicas de recolección de datos

La manera en que se recopilan los datos es parte fundamental de cualquier investigación, ya que en estos se obtiene toda la información requerida o que se requerirá para lograr los objetivos.

Según Sabino, P (1986) los datos de una investigación pueden clasificarse dentro de dos grandes grupos, los datos primarios y los secundarios. “Los datos primarios son aquellos que el investigador obtiene directamente de la realidad, recolectándolo con sus propios instrumentos. Los datos secundarios, por otra parte, son registros escritos que proceden también de un contacto con la práctica, pero que ya han sido escogidos y muchas veces procesados por otros investigadores”. Con relación a lo expuesto la presente investigación hará uso de las siguientes herramientas:

•

Observación Directa: Esta herramienta fue útil en las etapas iníciales de proyecto, en las se necesitará conocer el funcionamiento de los procesos y

79

equipos involucrados, determinándose así las posibles fallas y limitaciones existentes en el proceso de mantenimiento, así como también la información necesaria para el desarrollo del banco de pruebas.

•

Revisión Documental: Esta herramienta facilitó la comprensión del los principios de funcionamiento y operación de la tecnología involucrada en el problema y en el desarrollo del banco de pruebas.

•

La entrevista no estructurada: Según Tamayo (1999) la entrevista “es la relación directa establecida entre el investigador y su objeto de estudio a través de individuos o grupos, con el fin de obtener testimonios orales” (pág. 123). El término no estructurada hace referencia a que no se utilizó ningún instrumento en particular para recoger las impresiones captadas de estos encuentros. Esta técnica se aplicó principalmente para captar toda la experiencia acumulada por el personal técnico de SERELAVIA que ha desempeñado

funciones

en

el

área

de

radioaltímetros

y

radares

meteorológicos.

3. Fases del Proyecto

A continuación se describen las etapas transitadas en el desarrollo del trabajo especial de grado.

80

•

Fase I: Estudio de la teoría de operación y mantenimiento de los sistemas de radioaltímetros de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma.

Inicialmente se delimitó la problemática utilizando las técnicas de investigación previstas, se analizó a profundidad el proceso de mantenimiento de los indicadores de los radioaltímetros del Mirage-50, Súper Puma y C-130. Se identificó, cuales son las fallas típicas, modelos de los equipos involucrados, tiempos y lugar de reparación y las necesidades derivadas de todos estos elementos.

Posteriormente se recopiló la información técnica, contemplando la revisión y estudio de los distintos componentes del sistema de radioaltímetro, a través de las órdenes técnicas correspondientes. Para el desarrollo de la presente investigación se hizo uso de los manuales técnicos de los radioaltímetros en su sección de indicadores. Estos manuales fueron escritos por empresas como Thomson-CSF Communications, Thomson TRT Defense y Dassault Aviation, las cuales dentro de su catalogo, fabrican los indicadores de radioaltímetros. Además se consultaron los trabajos, proyectos y bibliografías que incluyen la temática con el fin de seleccionar la tecnología más adecuada para el diseño.

Finalmente a través de los resultados arrojados por las actividades anteriores, se identificaron las exigencias impuestas por las características de los indicadores, en lo que respecta a los tipos de señales, alimentación de los circuitos y dispositivos y rangos de los parámetros eléctricos involucrados.

81

•

Fase II: Diseño del hardware para la interconexión y comunicación entre el computador personal y el indicador de radioaltímetro de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma.

Es posible identificar cuatro etapas dentro de esta fase, las cuales se desarrollan a continuación:

a) Diseño de la tarjeta. Selección de dispositivos y Diagrama de conexiones.

Esta etapa comprende la selección de dispositivos y componentes de hardware utilizados para el diseño, en función a los requerimientos de sistema. Se optó por aquellos dispositivos electrónicos que permitan satisfacer estas necesidades, concentrando el diseño del hardware en tecnología digital y microcontroladores, manejados por un computador personal.

Un criterio importante utilizado al momento de realizar la selección de los componentes utilizados en el hardware, fue su disponibilidad en el mercado local de electrónica. Esta estrategia garantiza que el sistema pueda implementarse y repararse, de ser necesario, sin que existan problemas de disponibilidad de sus módulos.

En otro orden de ideas, se puede afirmar que el diseño del hardware se centra en dispositivos programables, como es el caso de los microcontroladores PIC. Esta selección se justifica debido a que existen entornos de desarrollo compatibles con gran variedad de modelos de microcontroladores PIC los cuales permiten programar

82

en lenguajes de alto nivel como BASIC o C, además los PIC están altamente difundidos en el mundo y ofrecen la mejor relación calidad, prestaciones y precio del mercado. Dentro de los diferentes modelos de PIC, se ha escogido al 16F877.

b) Programación del Microcontrolador.

Para escribir el software del microcontrolador se utilizó PROTON IDE, el cual es un entorno de desarrollo integrado poderoso que permite acelerar el proceso de programación ofreciendo un ambiente visual organizado capaz de identificar los errores en el código durante la compilación. Otra de las ventajas ofrecidas por esta opción es la posibilidad de programar el PIC sin la necesidad de un hardware especial, utilizando la interfaz serial del microcontrolador. PROTON IDE es compatible con una gran variedad de microcontroladores PIC entre los cuales se encuentra el 16F877. Para culminar, es conveniente enfatizar la importancia que tiene en la reducción de tiempo de desarrollo la selección de lenguajes de programación similares tanto en PROTON IDE de CROWNHILL ASSOCIATES LTD., con BASIC, y en Visual Studio 2005, con Visual BASIC 8, ya que permite que gran cantidad de comandos sean iguales y por lo tanto más fáciles de recordar.

El proceso de desarrollo del programa que se cargó en el PIC 16F877 cumplió las etapas de definición, análisis, diseño, pruebas, depuración y optimización de código; al igual que ocurriría en cualquier programa informático desarrollado para PC, con la diferencia de que este proceso esta supeditado al comportamiento del PIC

83

dentro de circuito en el cual se encuentre inmerso. Como parte del proceso desarrollo del programa del PIC, se estableció el protocolo de comunicaciones entre el PC y el hardware, considerando aspectos como tipo de interfaces, velocidad de transmisión y estructura de la trama, así como también se fijaron las posibles respuestas del hardware ante los datos que se recibiesen desde el PC.

c) Simulación de Circuitos.

La validación del funcionamiento del PIC programado en conjunto con el resto del hardware de la tarjeta de adquisición se ha realizado a través de la simulación y verificación de circuitos utilizando herramientas de software, que hace innecesaria la comprobación del funcionamiento del circuito por medio de su implementación física, con lo cual se superan las limitaciones con relación al costo de implementación.

En la etapa de simulación y comprobación de circuitos, se emplearon diferentes herramientas informáticas para verificar el funcionamiento del sistema. La suite de diseño seleccionada es PROTEUS DESIGN SUITE de LABCENTER ELECTRONICS, versión 7.1, ya que es la única en ofrecer la habilidad de co-simular tanto código de alto o bajo nivel de microcontroladores PIC en el contexto de simulación de circuitos con énfasis en circuitos integrados (SPICE). La tecnología que permite a PROTEUS realizar este tipo de simulaciones es llamada, Sistema de

84

Modelado Virtual (VSM) y hace posible desarrollar y probar hardware basado en microcontroladores antes de construir un prototipo físicamente.

Para ilustrar el proceso de diseño se presentan los diagramas de flujo de las etapas. El proceso de diseño de hardware tradicional puede resumirse en la Figura 18.

Figura 18. Proceso de diseño de hardware tradicional Pero el proceso de desarrollo de hardware seguido en este proyecto fue el mostrado en la Figura 19.

Figura 19. Proceso de diseño de hardware moderno

Tipicamente los asistentes de diseño de hardware incluyen software orientado a la fabricación de circuitos. En el caso del diseño de hardware estos paquetes sirven para la realización de las tarjetas de circuito impreso. PROTEUS, ofrece también alternativas para el diseño del patrón de la tarjeta de circuito impreso, a través del software ARES.

85

Como punto final hay que resaltar la importancia del desarrollo del software del banco de pruebas para el PC en forma paralela con el diseño del hardware, recordando que ambos son partes fundamentales del sistema, y que solo si (ambos) funcionan correctamente en conjunto, se alcanzará el éxito del proyecto. Esto obligatoriamente requirió que se implementase un circuito de pruebas en el protoboard, aun cuando no se puede considerar como un prototipo, incluye las funcionalidades básicas que permiten la comunicación vía puerto serial del PC y el microcontrolador PIC 16F877.

d) Implementación del Circuito.

Una vez finalizadas todas las fases anteriores, se procede a realizar los preparativos para la implementación del hardware. Las etapas contempladas fueron la adquisición de los materiales, la elaboración de la plantilla para la tarjeta de circuito impreso y el montaje de los componentes sobre la misma.

Un aspecto adicional que se debió considerar en esta etapa fue el diseño de una fuente de tensión DC regulada, de múltiples salidas, capaz de ofrecer todos los niveles de voltaje requeridos para la polarización de los circuitos del hardware del banco de pruebas y de los indicadores como tal.

Por ultimo, se manufacturaron los cables para la interconexión de cada indicador y el banco de pruebas, tomando en cuenta da distribución particular de pines de cada equipo.

86

•

FASE III: Programación del software del banco de pruebas de los indicadores de los radioaltímetros de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma.

Consistió en diseñar el programa de aplicación para el control del banco de prueba desde el computador personal. El programa experimentó etapas sucesivas de depuración, y optimización del código. Posteriormente fue probado en conjunto con el prototipo del hardware para verificar el cumplimiento de los protocolos de comunicación utilizados y que la información transmitida al hardware genera las acciones de control deseadas sobre el mismo.

El software del banco de pruebas se desarrolló de modo tal

que fuese

compatible con los sistemas operativos modernos, por lo cual debió asumirse el paradigma de programación correspondiente. Esto implicó la selección de un entorno de programación integrado, que permitiera crear a través de la utilización de un lenguaje de programación orientado a objetos, una aplicación con interfaz gráfica de usuario, que fuese capaz de manejar multitareas y que hace las peticiones correspondientes al sistema operativo de modo que permita el acceso a los puertos del PC para interconectar el hardware desarrollado para el banco de pruebas.

Un aspecto importante a la hora de seleccionar el entorno de desarrollo integrado, fue definir el sistema operativo sobre en cual este trabajará. La opción seleccionada es Windows XP o Windows Vista, procurando que la aplicación desarrollada pueda ser transportada a alguna de las distribuciones de Linux sin

87

mayores problemas de compatibilidad. Esta decisión se tomó considerando los siguientes aspectos:

•

La variedad de aplicaciones de instrumentación virtual y control industrial desarrolladas para Windows frente a la falta de estas herramientas desarrolladas para entornos de desarrollo integrados implementados en sistemas GNU/Linux.

•

La multiplicidad de diferentes distribuciones del Linux existentes podrían comprometer la compatibilidad del programa con el sistema operativo en el cual se implemente.

•

El banco de pruebas estará bajo la responsabilidad de personal con escasa experiencia informática y además dichos usuarios están más familiarizado con el ambiente proporcionado en los sistemas operativos de la línea Windows que con aquellos representados por las distribuciones de Linux

Siguiendo esta línea de pensamiento, se evaluaron diferentes alternativas en lo relativo al entorno de programación a utilizar en el desarrollo del software del proyecto, considerando como criterios de selección: la abundancia de documentación relacionada con el IDE y su lenguaje de programación, la facilidad que ofrece al desarrollador para el aprendizaje del funcionamiento del mismo, la velocidad en la que permite crear aplicaciones bajo Windows y la capacidad de fusionar herramientas de instrumentación virtual con el IDE.

88

Según lo anteriormente expuesto, se llegó a la conclusión de que el entorno de desarrollo más indicado es el Microsoft Visual Studio 2005. Dentro de los diferentes lenguajes manejados en Visual Studio 2005, se seleccionó a Visual Basic 8 (VB) como el más apropiado para el desarrollo de la aplicación. La selección de VB recayó en la facilidad del lenguaje que permite crear aplicaciones para Windows en muy poco tiempo. En otras palabras, permite un desarrollo eficaz y menor inversión de tiempo en comparación con otros lenguajes.

Para la creación y manejo de los archivos de base de datos que debe manejar el software programado, se utilizó Microsoft Access. Este es un programa de gestión de base de datos relacional creado y modificado por Microsoft para uso personal de pequeñas organizaciones. Es un componente de la suite Microsoft Office, ya preexistente en los computadores de SERELAVIA lo cual facilita la implementación del sistema y supone que los usuarios están familiarizados con esta tecnología. Otra de las ventajas por la cual se ha seleccionado a Microsoft Access sobre otros manejadores de bases de datos, es su fácil integración con Visual Studio 2005.

Para la elaboración del sistema de ayuda del software del banco de pruebas, se ha adoptado el modelo de ayuda HTML que ofrecen la mayoría de los programas modernos en entornos Windows. Haciendo uso de la aplicación WinCHM se genera a partir de un diseñador grafico, el código HTML correspondiente a cada una de las páginas de la ayuda. Una vez finalizado el proyecto, el WinCHM compila y genera el archivo de ayuda HTML correspondiente.

89

La fase de desarrollo de software requiere que se cumplan una serie de etapas sucesivas, típicas de todo proyecto que involucre programación orientada a objetos, las cuales son básicamente: delimitación de requisitos, análisis, diseño preliminar, diseño detallado, codificación y pruebas.

La etapa de delimitación de requisitos consistió en la realización de una lista de atributos que se desean para el programa. Se recopiló dicha lista entrevistando a los usuarios del software y a expertos en el tema de radioaltímetros (técnicos de la sección de radioaltímetros y radares meteorológicos y el personal de ingenieros de SERELAVIA). Los requisitos fueron dados de forma difusa y desordenada, lo cual requirió que fuesen ordenados y sintetizados.

Durante el análisis se definió más claramente lo que va a hacer el programa. Principalmente se tuvo que:

a) Identificar actores. Los actores son los usuarios y cualesquiera otros sistemas (hardware diseñado) con los que se pueda comunicar nuestro programa.

b) Identificar casos de uso. Como caso de uso se entienden todo aquello que pueda realizarse con el programa. Se listaron estos casos y se realizaron diagramas de los mismos para facilitar su visualización.

90

c) Detallar casos de uso. Se especificó desde el punto de vista del usuario, qué debe hacer y qué es lo que ejecuta el PC. En el caso de uso se detallaron situaciones normales, sin fallos. Al final se realizó una lista con los posibles errores o situaciones anómalas. En este paso se empezó a planificar cómo van a lucir las pantallas de la interface grafica de usuario.

d) Diagrama de clases. Es un diagrama de clases de objetos que tienen sentido para el usuario. También se presentan las relaciones entre ellos.

Posteriormente durante el diseño preliminar se estableció la arquitectura del programa. La arquitectura es el esquema de los módulos en que se divide el programa. Es importante, en este paso, definir las interfaces y relaciones entre paquetes. Para ello es de ayuda hacer los diagramas de secuencia de los casos de uso mostrando los actores, los paquetes y los mensajes entre ellos. Según fueron creciendo los diagramas de secuencia, se extrajeron los subcasos de uso.

En el diseño detallado se entró a nivel de clases y métodos. Por cada paquete que fue extraído en el paso anterior y siguiendo los casos de uso, se detallaron las clases implementadas y sus métodos. Se detallaron aun más los casos de uso y las interfaces de las clases.

En la etapa de pruebas se delimitaron los casos de ensayo. Básicamente son la descripción de los casos de uso, pero indicando datos concretos que el operador va a introducir y qué resultados exactos debe dar el programa.

91

También es importante destacar que en todas las metodologías de programación, se contempla el diseño del sistema en varias iteraciones. Es decir, hacer un poco de requisitos, un poco de análisis, un poco de diseño, un poco de codificación y pruebas y realimentar la información para optimizar. Este fue el modelo seguido en este proyecto.

Se tomaron las siguientes premisas de programación como consideraciones:

•

No demorar mucho tiempo en un paso. A pesar del análisis efectuado, nunca se estará seguro de haber acabado y siempre ocurren nuevas ideas. Igualmente ocurre en el diseño. Siguiendo este método, se fijaron plazos para cada objetivo logrando obtener los máximos requisitos posibles en el tiempo fijado.

•

Obtener todos los casos de uso y actores posibles. Ordenar los casos de uso por importancia y detallar sólo los primeros en la lista.

•

Obtener la arquitectura para esos primeros casos de uso.

•

Diseñar detalladamente esos primeros casos de uso, siempre con un plazo.

•

Codificar y probar.

•

Volver a empezar con los requisitos, los casos de uso, y demás pasos del proceso explicado anteriormente.

92

Se debe culminar el proceso de desarrollo una vez se considere que se cumplen con los requisitos. Cada vez que se pase a la siguiente etapa, se encontrarán fallos en el paso anterior. Hay que arreglar los defectos de forma que al final el resultado sea coherente.

•

FASE IV: Redacción del manual de operación, funcionamiento y mantenimiento del banco de pruebas de los indicadores de los radioaltímetros de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma.

La última etapa abarca la organización estructurada de toda la información requerida para la operación del banco de pruebas, comprensión de su funcionamiento y procedimientos de mantenimiento, necesario para que el usuario este en la capacidad de: manipular el banco correctamente y resolver los problemas que se le presenten en los componentes de hardware o de software. El manual se presentó en formato físico y en formato digital.

Algunas de las premisas consideradas a la hora de escribir el manual fueron: dividirlo en capítulos de contenido fácilmente manejable para el usuario, explicar claramente cada detalle considerado en el manual, aunque el mismo parezca obvio, ya que es preferible incluir información extra que dejar puntos vitales fuera del manual y agregar ilustraciones siempre que sea posible y ayude a aclarar el tema tratado.

93

CAPITULO IV

MEMORIA TÉC ICO-DESCRIPTIVA

El proceso de desarrollo del banco de pruebas transita necesariamente por estudio de la teoría de operación y mantenimiento de los sistemas de radioaltímetros de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma. Los tópicos más relevantes encontrados dentro del proceso investigativo se recopilan a continuación.

1. Indicadores de Radioaltímetro Los indicadores de radioaltímetro son instrumentos electromecánicos de visualización donde el piloto puede leer la altura a la cual la aeronave se encuentra con respecto al suelo.

Comúnmente, estos indicadores presentan características

similares. Estos se componen en: •

Un cajón frontal de forma cuadrada con una escala circular.

•

Un cajón protector metálico que cubre el circuito electromecánico. La cara frontal de un indicador posee:

•

Una escala graduada en pies específica para el tipo de indicador. Comúnmente estas escalas son lineales hasta determinada altura, la cual al ser superada

94

comienza a mostrarse en forma logarítmicas hasta alcanzar el máximo valor en la escala. •

Un indicador de altitud preseleccionada que regula la alarma de altura. Un dial que mueve el indicador de altitud preseleccionada.

•

Una bandera de emergencia que indica si el piloto ha despegado.

•

Una luz de alarma conectada al indicador de altitud preseleccionada.

•

Un interruptor de encendido y apagado.

La cara anterior de un indicador posee •

Un conector macho circular del tipo determinado por el radioaltímetro a emplear.

Carcasa protectora

Bloque Electrónico Parte Frontal

Figura 20. Bloques que conforman al indicador

95

1.1. Circuitos internos de un indicador electromecánico de radioaltímetro

Aunque los indicadores de radioaltímetros sean diferentes en su aspecto y constitución, comparten circuitos análogos en funcionalidad. Por ejemplo, el movimiento de la aguja de indicación de altura es controlado por el circuito del servomotor. La Figura 21. Muestra el circuito de la etapa Servo en el indicador y el sistema que controla la altura de decisión se muestra en la Figura 22.

1.2. Funcionamiento General de los Indicadores de Radioaltímetros

Los indicadores de radioaltímetros realizan las siguientes funciones:

• Reciben el voltaje suministrado por el radioaltímetro y lo convierten en una corriente proporcional que alimenta al galvanómetro que controla la rotación de la aguja ubicada en la cara frontal del indicador, cuyo objetivo es indicar la altura. • Determina un umbral de decisión de altura (Desition height) para así dar una señal de advertencia. Esta selección de altitud es otorgada por el usuario mediante el giro de una perilla en la cara frontal del indicador. Esta advertencia se activa cuando la aeronave desciende a una altura menor a la seleccionada por el piloto. • Otorga una tensión de salida proporcional a la altitud preseleccionada • Al oprimir un botón de prueba, se evalúa el circuito interno del radioaltímetro para verificar su funcionamiento, estando la aeronave en tierra o en vuelo. • Indica mediante la aparición de la bandera de advertencia, el mal funcionamiento del equipo.

96

Figura 21. Circuito de la etapa servo del indicador

97

Figura 22. Circuito de la etapa del Desition Height

98

2. Radio altímetro AHV-8 correspondiente al Helicóptero Súper Puma

El radio altímetro AHV-8 mediante una antena transmisora, emite señales hacia la tierra a una frecuencia modulada linealmente por una señal de diente de sierra. El principio de operación es el siguiente. Llamando F1 a la frecuencia de la onda emitida, y t1 al tiempo de transmisión, la onda reflejada por la superficie del terreno regresa al radio altímetro después de un tiempo τ, con una frecuencia igual a F1. El tiempo τ entonces es la duración desde la emisión de la señal hacia el terreno hasta el regreso de la misma. Este tiempo es llamado el “Tiempo de Transito”.

A medida que transcurre el tiempo, la frecuencia emitida por la antena de transmisión va aumentando, hasta llegar a la frecuencia F2. En el tiempo t2 (t2=t1+ τ), la señal emitida por el radio altímetro es comparada con la frecuencia de transmisión F2 por un circuito mezclador, el cual es un dispositivo que realiza la traslación de frecuencia de una onda modulada.

El funcionamiento se basa en batimiento diferencial entre la señal emitida y la señal reflejada por el suelo. El diagrama de bloques del radioaltímetro AHV-8 se muestra en la Figura 23. Este batido de frecuencia se mantiene constante (para el caso del presente radioaltímetro) e igual a 25 KHz por el circuito discriminador de frecuencia, este se encuentra ajustado a este valor. Cuando el radioaltímetro transmite, la señal de batido es detectada por el “discriminador de chequeo”, entonces ocurre el cierre del lazo. El balance es ejecutado cuando se modifica la pendiente de

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la modulación de la diente de sierra para mantener constante el batido de frecuencia a un valor de 25 KHz.

Figura 23. Diagrama de Bloques del radioaltímetro AHV-8 La duración T es trasladada a voltaje por el circuito medidor de periodo. De este modo, tenemos un voltaje DC disponible, cuyo valor es proporcional a la altura. Esta tensión continua es dirigida hacia el indicador que la explota por medio de un montaje galvanométrico.

En el indicador hay un potenciómetro que permite la visualización de una altura de decisión, concretizada mediante un índice. Esta información se compara con la altitud del helicóptero. Cuando el aparato está por debajo de la altura de decisión, la tripulación recibe esta información por el encendido de la luz de aviso “DH” y una alarma acústica. Una presión sobre el pulsador “On/Off” permite realizar las pruebas de la sonda y del indicador. Si el funcionamiento es normal, la aguja del indicador señalará 100 pies.

100

Los parámetros de voltaje con respecto a altura se muestran la siguiente tabla: Altura (ft) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 2000 2500

Voltaje ideal (V) 0.400 2.400 4.400 6.400 8.400 10.392 12.151 13.646 14.947 16.098 17.130 18.064 18.920 19.708 20.438 21.119 23.962 26.174

Efectividad de la Lectura ±0.170 ±0.170 ±0.170 ±0.170 ±0.170 ±0.170 ±0.360 ±0.360 ±0.370 ±0.370 ±0.370 ±0.370 ±0.370 ±0.370 ±0.360 ±0.360 ±0.360 ±0.330

Efectividad de la altura DH ±0.056 ±0.056 ±0.056 ±0.056 ±0.056 ±0.056 ±0.120 ±0.120 ±0.123 ±0.123 ±0.123 ±0.123 ±0.123 ±0.123 ±0.120 ±0.120 ±0.120 ±0.120

Tabla D. Relación de Altura vs Voltaje del radioaltímetro AHV-8 Estos parámetros de voltaje se representan en la Figura 24.

Figura 24. Grafica de Altura vs Voltaje de altura.

101

Las ecuaciones correspondientes a la tabla D y a la Figura 24 son: Por debajo de 480 pies V = 0,02 H + 0,4 Sobre los 480 pies

 ( H + 20)e  V = 10Ln   500 

2.1. Indicador 821A para el radioaltímetro AHV-8 El indicador 821A posee varias versiones, y como tal es utilizado para darle información al piloto de la altura a la cual la aeronave se encuentra con respecto al terreno. Esta sigue las siguientes características: •

Especificación ARINC 408, para la locación, tamaño y establecimiento del indicador

•

Especificación ARINC 552 para la conexión, con la excepción de la fuente de poder que es de +28 V DC.

2.2. Versiones de Indicadores 821A del radioaltímetro AHV-8

Los diferentes requerimientos aeronáuticos han llevado al desarrollo de distintas versiones de indicador para este radioaltímetro, cada una con sus características particulares. Las distintas versiones se identifican por una letra y existen modelos para cada una de las letras del abecedario.

Aunque este radioaltímetro cuenta con tantas versiones de indicadores, por motivos de disponibilidad y de versatilidad, solamente un tipo de indicador es usado

102

por la Aviación Militar Bolivariana para el sistema de radioaltímetro del Súper Puma. Por ello solo se hace referencia a la versión R de los indicadores.

Indicador 821A Versión R •

Altura graduada de 0 a 25 x 100 pies (Blanco/negro)

•

300 pies a las 6 en punto

•

Luz azul - blanca de 28V en la muestra de altura

•

Función de “Start-up” estándar

•

Perilla de encendido y apagado “ON-OFF” blanca y negra

•

Bandera de advertencia color Fuego rosa / Fuego naranja

•

Perilla de indicador de altura mínima con flecha color blanco/negro

•

Señal de audio y control de luz

Figura 25. Vista frontal del indicador modelo 821A Versión R

3. Radio altímetro AHV-6 correspondiente al avión Mirage 50

El principio de funcionamiento de este radioaltímetro es comparable con aquellos radioaltímetros clásicos de portadoras moduladas en frecuencias sobre las

103

cuales se realiza el batido de frecuencia diferencial entre la señal emitida y la señal reflejada por el suelo.

El sistema de radioaltímetro del Mirage50 trabaja de manera muy similar a la del radioaltímetro del Súper Puma (AHV-8). Es por ello que solo que poseen diagramas de funcionamiento ligeramente diferentes. El principio de funcionamiento del radioaltímetro en cuanto al procesamiento de las señales emitidas y recibidas a través de las antenas, son idénticos a los que están desarrollados en las bases teóricas de la presente investigación, y por lo tanto no se hará mayor explicación del mismo. El diagrama de funcionamiento del radioaltímetro del Mirage 50 se observa en la Figura 26:

Figura 26. Diagrama de funcionamiento del Radioaltímetro AHV-6

104

3.1 Indicador modelo 621-2 para el radioaltímetro AHV-6 El indicador AHV6-621-2 del avión Mirage50 se muestra en la Figura 27

Figura 27. Indicador de radioaltímetro del avión Mirage50 Este indicador presenta las siguientes dimensiones: • • • •

Largo: 159 mm Ancho: 61 mm Alto: 61 mm Peso: 800 gramos

3.1.1. Alimentación del indicador modelo AHV6-621-2 El indicador de radioaltímetro de la aeronave Mirage50 requiere de una fuente de tensión de 26 V con una frecuencia 400 Hz en el emisor – receptor para poder suministrar las señales requeridas para su funcionamiento.

3.1.2 Operación del AHV6-621-2

Este indicador opera bajo los mismos valores de tensión de altura que el indicador del Súper Puma. Para comprobarlo se muestra tabla E:

105

Altura (pies) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 2000 2500

Voltaje (V) 0.40 2.40 4.40 6.40 8.40 10.39 12.15 13.64 14.94 16.09 17.13 18.06 18.92 19.70 20.43 21.11 23.96 26.17

Tabla E. Relación de Altura vs Voltaje del AHV-6 Y su curva Altura vs. Voltaje se muestra en la Figura 28

Figura 28. Curva de altura vs voltaje del AHV6

106

Las ecuaciones correspondientes al valor del voltaje requerido para cada altura son las mismas que la del indicador del Súper Puma Estas muestra a continuación:

Por debajo de 480 pies

V =0,02H+0,4

Sobre los 480 pies

 ( H + 20 ) e  V = 10 Ln     500

4. El Radioaltímetro AL-101 correspondiente al avión C-130

El Radio altímetro AL-101 está compuesto por los siguientes componentes:

•

Indicador 339H-1

•

Transmisor / Receptor 860 – F1

•

Dos Antenas 437X -1

4.1. Componentes y su ubicación en la Aeronave

Los componentes del sistema son: Una unidad T/R 860-F1 ubicado en la sección trasera del neumático trasero, un indicador de altitud 339H-1 en el panel de instrumentos del piloto, y dos antenas 437X-1 en la parte inferior del fuselaje por la estación 602. La antena receptora se encuentra del lado derecho y la transmisora del lado izquierda. La energía es suministrada por medio del bus de AC a través de un interruptor ubicado en la parte superior del panel del copiloto. La Figura 29 muestra la circuitería simplificada de un indicador.

107

Figura 29. Circuitería simplificada de un Indicador AL-101

4.2. Generalidades de la Operación del Sistema

El sistema puede operar cuando la energía de AC es aplicada, es decir, se enciende el radioaltímetro. No existe un tiempo de respuesta determinado por el cual pueda predecirse que el sistema de radioaltímetro responderá inmediatamente, o tomara un tiempo en responder. Cuando se enciende el mismo, la bandera de advertencia (Warning Flag) dejara de verse escondiéndose en la carcasa del indicador. Al rotar la perilla de selección de altitud mínima en el indicador traerá como consecuencia que el cursor de altitud mínima se mueva a través de la pantalla del indicador. Cuando la aguja del indicador de altitud se coloca a una altura menor que la del cursor de altitud mínima, la luz indicadora se encenderá. Cuando el botón

108

de prueba del indicador es presionado, la bandera de advertencia se mostrará y la aguja de altitud deberá encontrarse en los 100 pies. Esta condición existirá hasta que el botón deje de presionarse. La bandera y la aguja regresaran a sus estados previos cuando el botón de prueba es soltado. Alguna falla en la exhibición de la bandera durante la prueba indica una operación impropia del circuito de detección de fallas. Errores en la aguja de altitud al mostrar 100 pies durante la prueba, indican problemas en el equipo.

Para que se presente la máxima precisión requerida en las altitudes máximas y mínimas críticas, la escala del indicador es extendida y lineal hasta los 480 pies. La otra área crítica se encuentra desde los 480 a 2500 pies en escala logarítmica. Cuando la aeronave se encuentra volando a una altura de 2500 pies, la aguja se ocultará detrás de la pestaña frontal. A alturas mayores de 2500 pies, perdidas de señal y/o mal funcionamiento del equipo no causará que la bandera de advertencia se muestre.

4.3. Teoría de operación del radioaltímetro AL-101

El Al-101 es básicamente un transceptor operando de 4.2 a 4.4 GHz como se muestra en el diagrama de la Figura 30. El transmisor es operado en el modo FMCW (Frecuencia modulada de Onda Continua). La frecuencia de modulación es una onda triangular de 100 Hz.

La frecuencia instantánea recibida es diferente a la transmitida. Mientras mayor es el tiempo en el cual la onda demore en regresar al avión desde su momento

109

de emisión, mas alto este entonces la aeronave se encuentra. Las alturas de cero (0) a 2500 pies corresponden a diferencias de frecuencias de 400 Hz a 115 KHz. En el receptor, la diferencia de frecuencia es convertida en una señal de voltaje DC que es un análogo de la altura. Este voltaje convertido se provee al circuito de movimiento de la aguja de la altura en el indicador. La relación de la altura y el voltaje de salida corresponde a la Tabla F.

Figura 30. Diagrama de bloques simplificado del Radio altímetro A pesar de que las ecuaciones correspondientes al valor del voltaje requerido para cada altura no están expresadas directamente en los manuales, al comparar la tabla F con las tablas D y E se observa completa coincidencia, por lo que se infiere que la ecuaciones son idénticas también:

Por debajo de 480 pies

V = 0,02H +0,4

Sobre los 480 pies

 ( H + 20)e  V = 10Ln   500 

110

Altura H (ft) -20 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500

Voltaje V 0.000 0.400 2.400 4.400 6.400 8.400 10.392 12.151 13.646 14.947 16.098 17.130 18.065 18.920 19.708 20.438 21.119 21.756 22.355 22.920 23.455 23.962 24.446 24.907 25.347 25.769 26.174

Tabla F. Relación de altura vs voltaje del radioaltímetro AL-101

4.4. Indicador del radioaltímetro AL-101

El indicador del radioaltímetro AL-101 para la aeronave C-130 posee características físicas y de operación muy similares a los dos indicadores anteriores y se presenta en la tabla G.

Todos los requerimientos eléctricos excepto los de la iluminación son aportados por el radioaltímetro 860F-1. Estos son 26 VAC a 400 Hz, +30 y -30 VDC.

111

Característica Física Color Bandera de Advertencia Índice de MDA Perilla de control del MDA Luz de MDA Interruptor de Prueba Rango de selección de MDA Temperatura de operación Temperatura de almacenamiento Humedad relativa Humedad absoluta Característica Operacional Voltaje de referencia Voltaje del servomotor Iluminación Señal de entrada de altitud Bandera de advertencia Salida sin advertencia Salida con advertencia

Especificación Frente: Negro Trasero: Gris Naranja con líneas blancas Amarillo Perilla negra con símbolo amarillo Amarillo Verde 0 a 2500 pies -30 a +70 ºC -65 a 70 ºC 95% de +2 a +72 ºC 95% a +72 ºC Especificación eléctrica +30.00 ± 0.06 Vdc -30.00 ± 0.06 Vdc 26 ± 3 Vac, 400 ± 10 Hz 5 Vac o Vdc (1 A máximo) Dc, 10,000 ohm variable +28 ± 3 Vdc +28 ± 3 Vdc 1 Vdc máximo

Tabla G. Características del indicador del AL-101

4.5. Operación del indicador del radioaltímetro AL-101

Un voltaje DC representativo de altitud (DC AUX ALT) es recibido de la unidad T/R. Los voltajes DC de altitud, conjunto a un voltaje DC similar del potenciómetro de realimentación, son conectados a amplificadores diferenciales. Si existe alguna diferencia en las dos entradas al amplificador diferencial, un error de voltaje es generado, amplificado por el servo amplificador de potencia y aplicado al servomotor. Mientras que el error de voltaje exista, el servomotor gira y reposiciones del potenciómetro de retroalimentación hasta que su salida sea exactamente el mismo que la entrada DC AUX ALT. Cuando las entradas son iguales, el amplificador

112

diferencial no tendrá salida y el servomotor no tendrá potencia de manejo. El servo proceso convierte efectivamente la entrada DC AUX ALT en la posición asignada del servo túnel. La aguja del indicador de altitud es conectada al servo túnel mostrara una altitud que es proporcional a la entrada DC AUX ALT. La Figura 31 muestra la parte frontal del indicador:

Figura 31. Vista frontal del indicador

Otra entrada del T/R es la señal de bandera de advertencia. Esta señal es dirigida al circuito de control de la bandear. En el mismo indicador, dos señales son también aplicadas al circuito de control de la bandera. Uno es un monitor de +30 Volts DC en el potenciómetro de retroalimentación. La otra es la salida del detector de nulidad (Null). El propósito del detector de nulidad es el de censar las señales de entrada de los amplificadores diferenciales. En operaciones normales, la señal AUX ALT y el voltaje del potenciómetro de retroalimentación deberían ser el mismo. Si no

113

son el mismo, un error asumido por el detector de nulidad causa la bandera de advertencia que aparezca.

El ajuste MDA (altitud mínima) mueve el cursor MDA a cualquier altitud requerida en el rango del altímetro. Cuando la aguja de altitud del indicador lee menos que la del cursor de MDA, el interruptor se cierra y la potencia es aplicada a la luz del MDA. El botón de prueba automática, cuando es presionado, conecta el botón de prueba a tierra. Esta tierra se regresa al T/R para iniciar el ciclo de prueba automática.

El indicador en su parte trasera posee un conector de 32 pines (denominado en las órdenes técnicas como J1) tipo MS3112E-18-32-PX número de parte Collins 3716608-00, que se asimila con el conector MS3116E-18-32-SX número de parte Collins 371-2244-00.

La circuitería simplificada del indicador se muestra en la Figura 32. Las entradas del indicador representan los siguientes pines del conector:

Pin Característica M Alarma de Bandera b Interruptor de modo apagado J + 30 VDC de referencia Y + AUX ALT Voltaje Z - AUX ALT Voltaje B 26 VAC, 400 Hz A AC común Tabla H. Pinado del indicador del Al-101

114

Figura 32 Diagrama simplificado del indicador del radioaltímetro AL-101

Para entrar en detalles de circuitería, la siguiente Figura detalla las etapas del indicador de radioaltímetro 339H-1:

115

Figura 33. Circuitería del indicador del AL-101

116

5. Fallas típicas de los indicadores de radioaltímetros

Las fallas más comunes presentadas por los indicadores de radioaltímetros tanto en tierra como en actividad de vuelo son:

-

Error de lectura de altura lineal

-

Error de lectura de altura logarítmica

-

Cristal de reloj quebrado

-

La aguja no muestra 0 ft a 0.4 Voltios

-

La aguja no indica 2500 ft a 26.174 Voltios

-

Golpes y Abolladuras (fallas físicas)

-

No se muestra la bandera de advertencia en situación de advertencia

-

La bandera de advertencia no se esconde al ser excitado con los niveles de voltajes correspondientes a una altura de 0 m

-

No se exhibe la alerta del DH

-

Alerta constante del DH

-

No se enciende o apaga el indicador

-

No realiza el proceso de auto prueba (self–test) al presionar el botón correspondiente.

117

5.1 Equipamiento típicamente usado en el procedimiento tradicional de pruebas y mantenimiento de los indicadores de radioaltímetros. • Tres fuentes de tensión estables (+28 V, -17 V, +21 V: 180 mA). • Una fuente de tensión de 0-30 V con perilla de ajuste fino. • Un voltímetro digital con 5 dígitos significativos con una escala de 0-50 V.

5.2 Procedimiento de pruebas y mantenimiento tradicional de los indicadores de los radioaltímetros.

El procedimiento tradicional utilizado para determinar el origen de las fallas, consiste en la ejecución de los pasos descritos a continuación:

a)

Acciones preliminares

Conectar el indicador al banco de pruebas y en el panel de conexiones, conectar las fuentes de tensión estables para los pines del conector respectivo. Este conector posee los pines enumerados con las letras del abecedario, pero no todas son utilizadas. Para ello es de vital importancia chequear la orden técnica del fabricante correspondiente a cada indicador. Por ejemplo, para el caso del Súper puma se tiene: •

Pin J: +21 V

•

Pin R: +28 V

•

Pin L: -17 V

•

Pin b: Tierra de referencia

•

Pin S: 28 V común

•

Pines E/F: Voltaje de altitud (+) y (-) respectivamente

118

b) Procedimiento

Finalizadas las conexiones pertinentes, se deben ejecutar la siguiente serie de pasos:

•

Suministrar 0,4 Voltios en los pines de altitud y verificar que la aguja se coloque en los 0 pies de la escala gradual. (si esto no es así, reajustar con un destornillador de 6 mm. Para esto se debe remover el panel frontal)

•

Suministrar la cantidad de Voltaje necesario en los pines de altitud y verificar que la aguja se coloque en la mitad de la escala gradual total.

•

Verificar que corresponda.

•

Suministrar de nuevo 0,4 Voltios, en los pines de altitud, y asegurarse de que la aguja en su posición de 0 pies no se haya modificado.

•

Aumentar la tensión suministrada para observar los cambios de altitud desde 0 pies hasta la mitad de la escala graduada y comparar con los datos técnicos.

•

Suministrar 26,174 Voltios, en los pines de altitud, y verificar que la aguja de altura este en el mayor valor de la escala.

•

Variar el voltaje de altitud suministrado para verificar el correcto funcionamiento desde la mitad de la escala hasta el mayor valor de la escala y comparar con los datos técnicos.

119

Al culminar con estos pasos, el funcionamiento básico del indicador se hace notable. Además es necesario saber si el sistema de decisión de altura funciona correctamente. Para ello se deben seguir los pasos a continuación:

•

Suministrar 26,174 Voltios, en los pines de altitud, para lograr el máximo valor de la escala y llevar la aguja de decisión de altura hasta el mismo punto para observar si se logra activar la alarma

•

Realizar el mismo procedimiento para media escala.

•

Verificar que la luz de decisión de altura se encienda en todas estas condiciones

Corrientes excesivas entregadas por las fuentes de tensión al indicador pueden afectar su funcionamiento. Para ello se debe revisar mediante el uso de un multímetro que las fuentes de tensión tengan:

•

Para la fuente de 21 V, se deben medir corrientes menores a 25mA.

•

Para la fuente de - 17 V se deben medir corrientes menores a 20 mA.

•

Para la fuente de 28 V, la corriente no es un factor crítico.

Si las características de corriente mencionadas no están dentro del rango entonces es posible que se esté suministrando demasiada corriente y esto puede traer como

consecuencia

funcionamiento.

que

los

componentes

electrónicos

queden

fuera

de

120

Además, todos los indicadores tienen una orden técnica del fabricante donde se especifican de manera muy detallada cada parte de cada circuitería correspondiente a las distintas etapas que conforman el indicador donde pueden encontrarse todos los detalles del proceso de diseño y reparación de los distintos indicadores.

5.3. Soluciones a las fallas típicas de los indicadores de Radioaltímetros.

Para poder explicar de una manera más coherente las soluciones a las fallas típicas, debemos organizarlas de acuerdo a la circuitería que las controla. Así se pueden asociar:

Fallas Efecto Vidrio de reloj Roto Vidrio roto Pines del conector doblados Fallas de transmisión o rotos recepción de información

y

Descalibración de la aguja La aguja no muestra 0 ft a de altura 0.4 Voltios

Potenciómetro de altura Error de lectura de altura lineal descalibrado o dañado lineal

Potenciómetro de altura Error de lectura de altura logarítmica descalibrado o logarítmica dañado La aguja no indica 2500 ft a 26.174 Voltios

Solución Reemplazo del vidrio Desdoblarlos con cuidado o en caso que estén rotos, cambiar el conector Ajustar con un destornillador pequeño en el panel frontal (para ello debe removerse el panel cobertor) Variar el valor del potenciómetro mostrado en la Figura 34 en rojo de la circuitería de control del servomotor hasta que cumpla con las especificaciones de altura de la orden técnica del indicador. Variar el valor del potenciómetro mostrado en la Figura 35 en azul de la circuitería de control del servomotor hasta que cumpla con las especificaciones de altura de la orden técnica del indicador.

121

Potenciómetro controlador No se muestra la bandera en de alarma del servomotor situación de advertencia descalibrado o dañado La bandera de advertencia no se esconde al ser excitado con los niveles de voltajes correspondientes a una altura de 0 m No se exhibe la alerta del DH Alerta constante del DH Pulsador dañado o switch de No realiza el proceso de auto pruebas dañado pruebas “self-test” o estas son constantes

Variar el valor del potenciómetro mostrado en la Figura 36 en naranja de la circuitería de control del servomotor hasta que cumpla con las especificaciones. En tal caso que no se puedan corregir, cambiar el potenciómetro por uno nuevo Verificar el switch controlador del “self-test” si no se encuentra cortocircuitado o cambiar el pulsador

Tabla I. Soluciones a las Fallas típicas de los indicadores de radioaltímetros

Las siguientes Figuras son trozos extraídos de la Figura 21. Representada como la circuitería de la etapa servo del indicador.

Figura 34. Potenciómetro controlador de la altura lineal en el circuito del servo

122

Figura 35. Potenciómetro controlador de la altura logarítmica en el circuito del servo

Figura 36. Potenciómetro controlador del Desition height (DH)

123

Dado el protocolo de prueba usado actualmente y a las características técnicas de los indicadores, se ha diseñado el hardware para la interconexión y comunicación entre el computador personal y el indicador de radioaltímetro de las aeronaves Mirage50, C-130 y Súper Puma. El proceso de diseño seguido será presentado siguiendo la secuencia lógica de etapas, expuestas en la metodología. 6. Diseño de la tarjeta. Selección de dispositivos y Diagrama de conexiones. Se presenta una lista de los diferentes componentes utilizados en el diseño con su correspondiente aplicación dentro del hardware del banco de pruebas. 6.1 Microcontrolador PIC 16F877. Microchip: Es el elemento central de la tarjeta diseñada. Sus funciones son: Establecer comunicación efectiva con el PC utilizando la interfaz de comunicación serial por hardware integrada en el PIC y ejecutar las instrucciones derivadas del software del banco de pruebas, controlar la LCD que funciona como interface visual secundaria entre el usuario y el banco de pruebas, exhibir en paralelo los bits de simulación de altura, manejar los relés que conmutan a las fuentes de alimentación del indicador, verificar el funcionamiento del convertidor digital-analógico retroalimentando su señal de salida a través del convertidor analógico digital del PIC.

6.2 Display de matriz de puntos de cristal liquido. HD44780U. Hitachi: Constituye la interface secundaria de visualización y es de gran ayuda al usuario para

124

verificar directamente si el proceso de comunicación entre el PC y la tarjeta se realiza correctamente. Esta LCD permite mostrar todos los caracteres alfanuméricos que son necesarios para la aplicación. Puede conFigurarse para ser manejada por microcontroladores de 4 y 8 bits ya que todas las funciones requeridas para el manejo del display son provistas internamente por un chip integrado en la LCD. Este dispositivo es capaz de manejar dos líneas de 16 caracteres cada una. Otra de sus características es su bajo consumo de potencia el cual puede suplirse con una fuente de entre 2.7V y 5.5V.

Figura 37. Vista frontal de la LCD Hitachi HD44780U 6.3 Convertidor digital-analógico DAC0808. ational Semiconductors. Es un convertidor analógico a digital monolítico de ocho bits, con un tiempo de establecimiento de 150ns y con una disipación de potencia de 33mW bajo condiciones de prueba. La precisión relativa es superior a ±0.19%. El DAC0808 es capaz de interactuar directamente con circuitos TTL y CMOS. (Figura 40)

La selección de un convertidor digital-analógico de 8 bits versus uno de 16 bits, se realizo analizando el cambio que representa el menor incremento del dato digital de altura (1 bit) en la salida del indicador, tanto para la región de operación

125

lineal de la escala como para la región logarítmica. Las curvas se presentan a continuación: Error de cuantificación de altura Vs. Voltaje de altura para un DAC de 8 bits 26

24

Error de Cuantificación de Altura (ft)

22

20

18

16

14

12

10

8

6 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11 12 13 14 15 Voltaje de Altura (V)

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

Figura 38. Error de cuantificación de altura para DAC de 8 bits. Error de Cuantificación de altura versus Voltaje de Altura para un DAC de 16 bits 0.11

0.1

Error Máximo de Cuantificación de Altura (ft)

0.09

0.08

0.07

0.06

0.05

0.04

0.03

0.02

0.01 0

2

4

6

8

10

12 14 Voltaje de Altura (V)

16

18

20

22

24

Figura 39. Error de cuantificación de altura para DAC de 16 bits.

26

126

El resultado del análisis es que a pesar de que al utilizar un DAC de 16 bits se reduce considerablemente el error del voltaje de simulación de altura, para los fines prácticos se hace imperceptible la diferencia provocada por el error del DAC de 8 bits, debido a que la escala en donde se leen las alturas es de muy baja resolución. En consecuencia el empleo de un DAC de 8 bits es suficiente para cumplir los objetivos de diseño.

A)

Diagrama de Bloques

B)

Encapsulado

Figura 40. DAC0808.

6.4 MAX232. Manejador/Receptor dual EIA-232: El MAX232 es un circuito integrado que convierte los niveles de las líneas de un puerto serie RS232 a niveles TTL y viceversa (Figura 41). Sólo necesita una alimentación de 5V, ya que genera internamente algunas tensiones que son necesarias para el estándar RS232. Otros integrados que manejan las líneas RS232 requieren dos voltajes, +12V y -12V.

127

a)

Encapsulado

b)

Aplicacion tipica

Figura 41. MAX232

El MAX232 soluciona la conexión necesaria para lograr comunicación entre el puerto serie de una PC y cualquier otro circuito con funcionamiento en base a señales de nivel TTL/CMOS.

El circuito integrado posee dos conversores de nivel TTL a RS232 y otros dos que, a la inversa, convierten de RS232 a TTL. Estos conversores son suficientes para manejar las cuatro señales más utilizadas del puerto serie del PC, que son TX, RX, RTS y CTS. TX es la señal de transmisión de datos, RX es la de recepción, y RTS y CTS se utilizan para establecer el protocolo para el envío y recepción de los datos.

6.5 Amplificadores Operacionales de propósito general. LM741 y LM324: Se han utilizado los amplificadores operacionales de propósito general LM741 (alimentación bipolar) y LM324 (alimentación unipolar). Estos amplificadores ofrecen muchos aspectos que hacen sus aplicaciones muy robustas como por ejemplo protección de sobrecarga sobre las salidas y entradas, gran estabilidad de temperatura y compensación interna de frecuencia.

128

Se utilizará el amplificador operacional LM741 para la implementación del circuito a la salida del ADC, el cual debe tomar la corriente de salida y convertirla en un voltaje entre 0-5V, el cual posteriormente es amplificado por un circuito amplificador no inversor (LM324), hasta llevarlo a los niveles de tensión de simulación de altura manejados por el indicador.

6.6 Relés de 5V: El relé es un dispositivo electromecánico en el que por medio de un electroimán acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar circuitos eléctricos. La gran ventaja de los relés es la completa separación eléctrica entre la corriente de accionamiento y los circuitos controlados por los contactos, lo que hace que se puedan manejar altos voltajes ó elevadas potencias con pequeñas tensiones de control. En este caso, se seleccionaron relés de 5V para que puedan ser manejados directamente por la salida de los pines del microcontrolador.

6.7 Transistor 2 3904. Transistor P de propósito general: Este transistor se emplea con la finalidad de manejar a través de la corriente de base del transistor, la corriente a circular por el embobinado del relé, de modo que se evita que el ruido introducido por el relé al conmutar, afecte al Microcontrolador.

6.8 Diodos LED y Diodos 1 4007: En el caso de los diodos LED se emplean principalmente para dar una indicación visual al operador del estado de las señales del

129

hardware. Los rectificadores 1N4007 se conectan de modo que permitan que la bobina del relé se descargue cuando el transistor que la maneja no esta polarizado. 6.9 Condensadores y Resistencias: Utilizados para limitar y adaptar la corriente y el voltaje a los requerimientos del sistema y de cada uno de los circuitos integrados utilizados. El diseño de la tarjeta se explicará haciendo uso de un diagrama de bloques, para facilitar la exposición detallada y justificación del circuito en su totalidad.

Figura 42. Diagrama de Bloques del Hardware del Banco de Pruebas El proceso realizado por la tarjeta se inicia cuando desde el ordenador se envía una cadena asociada a determinada acción que debe ser ejecutada por el hardware, ya sea modificar el byte de altura, conmutar alguno de los relés, realizar prueba de conectividad, o imprimir algún mensaje en la LCD, por ejemplo. Las señales manejadas por el puerto serial de la PC deben ser convertidas a niveles TTL por el MAX232, para posteriormente ser captadas por la USART del PIC 16F877. En

130

consecuencia los pines 11 y 12 del MAX232, están conectados a las terminales 25 y 26 del PUERTO C del PIC16F877.

J1 1 6 2 7 3 8 4 9 5

C3

R13(1)

1uF

R13

U3

1

3

C1+

C1-

T1IN R1OUT T2IN R2OUT

T1OUT R1IN T2OUT R2IN

4.7k

R1

11 12 10 9

100 VS+ VSC2+ 4

CONN-D9F 14 13 7 8 2 6 1uF

C2-

C6

5

C4(1)

C4

MAX232

C7

C5

1uF

1uF

1uF

Figura 43. Conexión del MAX232 Además, el microcontrolador dedica uno de sus puertos (PUERTO B) al convertidor digital, ya que envía en paralelo el byte de altura.

Figura 44. Etapa de conversión digital a analógica.

131

La corriente de salida del ADC0808, provoca que en la resistencia R23 exista un voltaje que corresponda al equivalente analógico de la combinación binaria ingresada. Esta señal es escalada a los niveles manejados por el indicador por la etapa amplificadora no inversora, de ganancia de tensión 5.24, implementada con un LM324, generando la señal de altura correspondiente a lo explicado en las tablas de relación voltaje-altura. La salida del DAC se retroalimenta al ADC del PIC.

Adicionalmente, el microcontrolador emitirá mensajes al usuario, los cuales deben desplegarse en la LCD. Para ello se ha dedicado otro de los puertos del PIC 16F877 (PUERTO D), de los cuales cuatro pines se emplean para la transmisión de datos (del 27 al 30) mientras que las señales de control de la LCD se manejan a través de dos pines (RS pin 22 y EN pin 21).

LCD1

RS RW E

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 7 8 9 10 11 12 13 14

1 2 3

X1

4 5 6

VSS VDD VEE

LM016L

CRYSTAL

V1

U1 13 14 1

R9 4.7k

2 3 4 5 6 7

V2 5V

C1

C2

22pF

22pF

8 9 10

OSC1/CLKIN OSC2/CLKOUT MCLR/Vpp/THV

RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD

RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREFRA3/AN3/VREF+ RA4/T0CKI RA5/AN4/SS RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RE0/AN5/RD RC2/CCP1 RE1/AN6/WR RC3/SCK/SCL RE2/AN7/CS RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT RD0/PSP0 RD1/PSP1 RD2/PSP2 RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7

5V

33 34 35 36 37 38 39 40 15 16 17 18 23 24 25 26

RV1 47K

19 20 21 22 27 28 29 30

PIC16F877

Figura 45. Diagramas de conexiones de la LCD Hitachi HD44780U

132

El PIC 16F877 puede, bajo instrucción de la computador personal, conmutar los relés para conectar los voltajes DC requeridos por el indicador para funcionar y para controlar la bandera del indicador. Un nivel lógico alto a en alguno de los pines del 15 al 18 del PIC, provoca que se polarice su transistor asociado, logrando la circulación de corriente a través de la bobina del relé de 5V y por lo tanto conectando la fuente correspondiente a dicho pin, al indicador. En contraposición un cero lógico, mantiene al transistor en corte, lo cual impide la circulación de corriente en la bobina, la cual desconecta la fuente y permite que la bobina drene la energía almacenada a través del diodo.

Figura 46. Diagrama de conexiones de circuito de control de los relés Cada una de las señales de salida del banco de pruebas se vincula a uno de los pines de un conector DB-25 hembra. La conexión del hardware del banco de prueba y los indicadores se realiza a través de un cable específicamente fabricado para cada tipo de indicador, el cual en un extremo posee un conector DB-25 macho y en el otro el conector circular específico de cada tipo de indicador. La distribución de pines de cada cable se muestra a continuación en las Figuras 47 a 49 y Tablas J, K y L.

133

Figura 47. Pinado del cable de interconexión del indicador del Mirage 50. Conector DB-25 1 6 19 22 25

Conector Circular G M B E A, H, L, T

Utilización Voltaje de Altura Bandera de advertencia 26V @ 400 Hz 28 V Tierra

Tabla J. Pinado del cable de interconexión del indicador del Mirage 50

Figura 48. Pinado del cable de interconexión del indicador del Súper Puma Conector DB-25 Conector Circular Utilización 1 Y Voltaje de Altura 5 M Bandera de advertencia 22 a, f, C 28 Voltios 25 B, Z, e Tierra Tabla K. Pinado del cable de interconexión del indicador del Súper Puma

134

Figura 49. Pinado del cable de interconexión del indicador del C-130 Conector DB-25 Conector Circular Utilización 1 Y Voltaje de Altura 6 M Bandera de advertencia 23 J 30 Voltios 25 A, Z Tierra Tabla L. Pinado del cable de interconexión del indicador del C-130 La tabla con todos los pines utilizados en el conector DB-25 que se usarán para conectar a los indicadores en general se muestra en la siguiente Figura:

Pin 1 2 3 4 5 6 7 8-18 19 20 21 22 23 24 25

Función Voltaje de altura 24 VAC @ 400 Hz (ON) -17 VDC (ON) 21 VDC (ON) 28 VDC (ON) 30 VDC (ON) -30 VDC (ON) N/C 26V @ 400 Hz -17 VDC 21 VDC 28 VDC 30 VDC -30 VDC Tierra

Tabla M. Señales en los pines del conector DB-25 del hardware de interconexión

135

El diagrama de conexiones completo, del hardware del banco de pruebas se puede apreciar en la Figura 49.

Figura 50. Diagrama de conexiones del Hardware del Banco de Pruebas.

136

7. Programación del Microcontrolador.

El programa cargado en el microcontrolador se ha escrito utilizando lenguaje BASIC y utilizando el entorno de programación PROTON IDE. El código fuente, en lenguaje BASIC se presenta dividido en secciones las cuales se explicarán una a una.

7.1 Primera Sección: Declaración de parámetros y definición de variables. Device 16F877 XTAL 20 Dim Dim Dim Dim Dim

var1[4] As Byte altura[3] As Byte estado As Bit donde As Byte aqui As Byte

Dim analogico As Word Dim Dim Dim Dim

centena As Byte decena As Byte unidad As Byte alt As Byte

Declare Declare Declare Declare Declare Declare

LCD_TYPE 0 LCD_LINES 2 LCD_INTERFACE 4 LCD_DTPIN PORTD.4 LCD_RSPIN PORTD.3 LCD_ENPIN PORTD.2

Declare ADIN_RES 10 Declare ADIN_TAD FRC Declare ADIN_STIME 50 HSERIAL_BAUD = 9600 HSERIAL_RCSTA = %10010000 HSERIAL_TXSTA = %00100000 HSERIAL_CLEAR = On . . .

En

primera

instancia

se

indica

al

compilador que PIC se esta utilizando y la frecuencia en MHz del oscilador de cristal con las directivas Device y XTAL respectivamente. Luego se definen todas las variables que son utilizadas en el programa con el comando Dim. Se observan variables tipo Bit, Byte, Word y Arreglos de Bytes. Para finalizar se declaran aspectos como la conFiguración del puerto de la LCD, el convertidor

analógico

a

digital

del

PIC

(resolución de 10 bits y tiempo de muestreo de 50µs) y de la interface de comunicación serial por hardware del PIC (9600bps).

137

7.2 Segunda Sección: Inicialización de Variables y Registros TRISB=$00 TRISC.0=0 TRISC.1=0 TRISC.2=0 TRISC.3=0 TRISC.4=0 TRISC.5=0 TRISA = %00000001 ADCON1 = %10001110 Str var1="1234" Cls aqui="1" PORTB=0

Con la modificación de los registros TRIS se habilitan los pines de cada puerto como entrada (1) o como salida (0). Con ADCON1, se conFigura que la entrada del ADC sea el pin 0 del puerto A, que las magnitudes analógicas a transformar se encuentran entre 0 y 5V y que el resultado de 10bits se justifique a la derecha dentro del la variable tipo Word a la que sea asignada.

7.3 Tercera Sección: Procedimiento Principal del Programa . . principal: HSerIn 1000, mantener, [Wait("DONDE="), donde] aqui=donde mantener: Select aqui Case "a" Print At 1,1,"Baron Marco

", At 2,1,"Azpurua Auyanet

"

Case "o" Print At 1,1, "Elvis Jesus

", At 2,1, "Ourfali Idilbi

"

Case "1" Print At 1,1, "Banco de Prueba ", At 2,1, "Ind. RadioAlt.

"

Case "2" Print At 1,1, " **Menu GoTo menuprincipal Case "3" Print At 1,1, "Gestor de

", At 2,1, "

Principal**

"

", At 2,1, "

Base de Datos"

Case "4" GoTo pruebas Case "5" Print At 1,1, "Emision de

", At 2,1, "Reportes

"

Case "6" Print At 1,1, " **Galeria de

", At 2,1, "

"

Case "7" Cls GoTo conectividad

Equipos****

138

Case Else Print At 1,1, "...Error en la

", At 2,1, "Opcion...

"

EndSelect GoTo principal menuprincipal: GoTo principal

. .

En esta parte del programa el PIC espera recibir por la USART la cadena “DONDE=”. El siguiente byte que sea detectado, se almacena en la variable donde, de la cual dependerá la acción a tomar por el PIC en el bloque Select…Case. La variable donde esta íntimamente relacionada con el la ventana en donde el usuario se desempeña, de modo que: donde= Ventana del Software en el PC Acción Generada “a” u “o” Ficha de datos de los autores del proyecto Imprimir mensaje en LCD “1” Formulario inicial. Portada del Software Imprimir mensaje en LCD “2” Menú Principal Imprimir mensaje en LCD “3” Gestor de Base de Datos Imprimir mensaje en LCD “4” Pruebas y Diagnostico Ir a pruebas “5” Emisión de Reportes Imprimir mensaje en LCD “6” Galería de Equipos Imprimir mensaje en LCD “7” Prueba de Conectividad Ir a conectividad TABLA N. Instrucciones del Procedimiento Principal del Programa 7.4 Cuarta Sección: Procedimiento de Pruebas . . pruebas: estado=0 Print At 1,1, "Pruebas: Pruebita:

" , At 2,1, "

DelayMS 5 HSerIn 1000, Pruebita, [Wait("A="), Str altura] DelayUS 5 If altura[0]="O" And altura[1]="F" And altura[2]="F" Then estado=0 PORTB=0

"

139

PORTC.0=0 PORTC.1=0 PORTC.2=0 PORTC.3=0 PORTC.4=0 PORTC.5=0 Print At 2,1, "OFF GoTo Pruebita End If

"

If altura[0]="O" And altura[1]="N" And altura[2]="N" Then estado=1 " Print At 2,1, "ON GoTo Pruebita End If If altura[0]="S" And altura[1]="L" And altura[2]="R" Then GoTo principal Else If estado=1 Then If altura[0]="B" And altura[1]="S" And " Print At 2,1, "BS1 PORTC.0=1 ElseIf altura[0]="B" And altura[1]="S" " Print At 2,1, "BS2 PORTC.0=1 ElseIf altura[0]="B" And altura[1]="S" " Print At 2,1, "BS3 PORTC.4=1 ElseIf altura[0]="B" And altura[1]="H" " Print At 2,1, "BH1 PORTC.0=0 ElseIf altura[0]="B" And altura[1]="H" " Print At 2,1, "BH2 PORTC.0=1 ElseIf altura[0]="B" And altura[1]="H" " Print At 2,1, "BH3 PORTC.4=1

altura[2]="1" Then And altura[2]="2" Then And altura[2]="3" Then And altura[2]="1" Then And altura[2]="2" Then And altura[2]="3" Then

Else centena= altura[0] & $0F decena= altura[1] & $0F unidad= altura[2] & $0F alt= centena*100 + decena*10 +unidad PORTB=alt DelayUS 10 analogico= ADIn 0 analogico= analogico/4 If analogicoalt+2 Then " Print At 2,1,"Falla en ADC Else

140

If alt>=0 And alt>> Posible Causa: Potenciómetro de altura lineal descalibrado o dañado >>> Solución Sugerida: Variar el valor del potenciómetro mostrado en la figura 42 del manual de usuario en rojo de la circuitería de control del servomotor hasta que cumpla con las especificaciones de altura de la orden técnica del indicador. • Falla: 'Error de lectura de altura logarítmica' ò 'La aguja no indica 2500 ft a 26.174 Voltios' >>> Posible Causa: Potenciómetro de altura logarítmica descalibrado o dañado >>> Variar el valor del potenciómetro mostrado en la figura 43 del manual de usuario en azul de la circuitería de control del servomotor hasta que cumpla con las especificaciones de altura de la orden técnica del indicador. • Falla: 'La aguja no muestra 0 ft a 0.4 Voltios' >>> Posible Causa: Descalibración de la aguja de altura >>> Solución Sugerida: Ajustar con un destornillador pequeño en el panel frontal (para ello debe removerse el panel cobertor)

176

• Falla: No se muestra la bandera en situación de advertencia, La bandera de advertencia no se esconde, No se exhibe la alerta del DH ó Alerta constante del DH >>> Posible Causa: Potenciómetro controlador de alarma del servomotor descalibrado o dañado >>> Variar el valor del potenciómetro mostrado en la figura 44 del manual de usuario en naranja de la circuitería de control del servomotor hasta que cumpla con las especificaciones. En tal caso que no se puedan corregir, cambiar el potenciómetro por uno nuevo. • Falla: Pines del conector doblados o Rotos. >>> Posible Causa: Mala manipulación del instrumento, mala instalación >>> Solución Sugerida: Desdoblarlos con cuidado o en caso que estén rotos, cambiar el conector.

Estas sugerencias se corresponden perfectamente con lo planteado en la orden técnica de cada uno de los indicadores. Al seleccionar la acción Guardar, se actualiza la base de datos, quedando como se muestra en la Figura 80.

Figura 80. Base de datos modificada después del proceso de pruebas. El archivo de historial se modifica, y se muestra en el visor de historiales de la forma mostrada a continuación:

177

Modelo del Avión: Mirage 50 Serial: 123456 Nombre del Archivo Historial: M_123456 • Datos del Operador Nombre: Adriano Amarati Cargo: Ingeniero Cedula de Identidad: 12345678 • Datos Adicionales Lugar de Pruebas: SERELAVIA Fecha: 20/09/2007 23:15:56 • Falla: 'Error de lectura de altura lineal'. >>> Posible Causa: Potenciómetro de altura lineal descalibrado o dañado >>> Solución Sugerida: Variar el valor del potenciómetro mostrado en la figura 34 del manual de usuario en rojo de la circuitería de control del servomotor hasta que cumpla con las especificaciones de altura de la orden técnica del indicador. • Falla: 'Error de lectura de altura logarítmica' ò 'La aguja no indica 2500 ft a 26.174 Voltios' >>> Posible Causa: Potenciómetro de altura logarítmica descalibrado o dañado >>> Variar el valor del potenciómetro mostrado en la figura 42 del manual de usuario en azul de la circuitería de control del servomotor hasta que cumpla con las especificaciones de altura de la orden técnica del indicador. • Falla: 'Cristal del reloj quebrado' >>> Posible Causa: Maltrato Fisico del equipo >>> Solución Sugerida: Reemplazo del vidrio • Falla: 'La aguja no muestra 0 ft a 0.4 Voltios' >>> Posible Causa: Descalibración de la aguja de altura >>> Solución Sugerida: Ajustar con un destornillador pequeño en el panel frontal (para ello debe removerse el panel cobertor) • Falla: No se muestra la bandera en situación de advertencia, La bandera de advertencia no se esconde, No se exhibe la alerta del DH ó Alerta constante del DH >>> Posible Causa: Potenciómetro controlador de alarma del servomotor descalibrado o dañado >>> Variar el valor del potenciómetro mostrado en la figura 43 del manual de usuario en naranja de la circuitería de control del servomotor hasta que cumpla con las especificaciones. En tal caso que no se puedan corregir, cambiar el potenciómetro por uno nuevo. • Falla: No se logra encender o apagar el indicador. >>> Posible Causa: Interruptor electrico dañado o falla en el sistema de alimentación

178

>>> Solución Sugerida: Verifique el estado del interruptor. Si esta dañado reemplecelo por uno nuevo. • Falla: 'Golpes y Abolladuras'. >>> Posible Causa: Maltrato físico >>> Solución Sugerida: Reemplazar las partes afectadas del exterior y realizar una revision intregral del equipo para descartar desperfectos secundarios • Falla: Pines del conector doblados o Rotos. >>> Posible Causa: Mala manipulación del instrumento, mala instalación >>> Solución Sugerida: Desdoblarlos con cuidado o en caso que estén rotos, cambiar el conector. • Falla: No realiza el proceso de pruebas 'self-test' o estas son constantes >>> Posible Causa: Pulsador dañado o switch de auto pruebas dañado >>> Solución Sugerida: Verificar el switch controlador del 'self-test' si no se encuentra cortocircuitado o cambiar el pulsador • Estado del Indicador OPERATIVO: no INOPERATIVO: si REPARABLE: no IRREPARABLE: no MODIFICADO SIN AUTORIZACIÓN: si Observaciones: FIN DEL REPORTE Modelo del Avión: Mirage 50 Serial: 123456 Nombre del Archivo Historial: M_123456 • Datos del Operador Nombre: Adriano Amarati Cargo: Ingeniero Cedula de Identidad: 12345678 • Datos Adicionales Lugar de Pruebas: SERELAVIA Fecha: 20/09/2007 11:15:56 p.m. • Falla: 'Error de lectura de altura lineal'. >>> Posible Causa: Potenciómetro de altura lineal descalibrado o dañado >>> Solución Sugerida: Variar el valor del potenciómetro mostrado en la figura 34 del manual de usuario en rojo de la circuitería de control del servomotor

179

hasta que cumpla con las especificaciones de altura de la orden técnica del indicador. • Falla: 'Error de lectura de altura logarítmica' ò 'La aguja no indica 2500 ft a 26.174 Voltios' >>> Posible Causa: Potenciómetro de altura logarítmica descalibrado o dañado >>> Variar el valor del potenciómetro mostrado en la figura 42 del manual de usuario en azul de la circuitería de control del servomotor hasta que cumpla con las especificaciones de altura de la orden técnica del indicador. • Falla: 'La aguja no muestra 0 ft a 0.4 Voltios' >>> Posible Causa: Descalibración de la aguja de altura >>> Solución Sugerida: Ajustar con un destornillador pequeño en el panel frontal (para ello debe removerse el panel cobertor) • Falla: No se muestra la bandera en situación de advertencia, La bandera de advertencia no se esconde, No se exhibe la alerta del DH ó Alerta constante del DH >>> Posible Causa: Potenciómetro controlador de alarma del servomotor descalibrado o dañado >>> Variar el valor del potenciómetro mostrado en la figura 43 del manual de usuario en naranja de la circuitería de control del servomotor hasta que cumpla con las especificaciones. En tal caso que no se puedan corregir, cambiar el potenciómetro por uno nuevo. • Falla: Pines del conector doblados o Rotos. >>> Posible Causa: Mala manipulación del instrumento, mala instalación >>> Solución Sugerida: Desdoblarlos con cuidado o en caso que estén rotos, cambiar el conector. • Estado del Indicador OPERATIVO: no INOPERATIVO: si REPARABLE: no IRREPARABLE: no MODIFICADO SIN AUTORIZACIÓN: si Observaciones: FIN DEL REPORTE

180

Como se puede observar, en la Figura 81, en el archivo de historial se muestran tanto el diagnostico realizado, como todos los demás diagnósticos efectuados con anterioridad.

Figura 81. Directorio de los archivos historiales

En la Figura 82, se constata como el software detecta correctamente si el hardware se encuentra desconectado

Figura 82 Prueba de Conectividad. Hardware Desconectado

181

En la Figura 80, se constata como el software detecta correctamente si el hardware se encuentra desconectado, mientras que en la Figura 81, se evidencia como el programa es capaz de detectar que la tarjeta de interconexión PC-indicador esta conectada y se ha establecido una comunicación correcta.

Figura 83. Prueba de Conectividad. Hardware Conectado c) Implementación del Sistema c.1 Circuito provisional de pruebas: Con el montaje de este circuito provisional se probaron la comunicación con la PC, la correspondencia entre la altura simulada y el byte de altura, los bits de control de los relés y el funcionamiento de la LCD.

Figura 84. Circuito provisional de pruebas

182

Figura 85. Prueba del hardware usando el montaje provisional

En la figura 85 se observa como el microcontrolador toma las instrucciones enviadas desde el PC y las ejecuta completamente, tal y como se ha explicado en las simulaciones y procedimientos de diseño.

c.2 Hardware definitivo:: Esta compuesto por dos tarjetas de circuito impreso, una de ellas para la interconexión PC PC-indicador (Figura 86) y la otra cumple las funciones de fuente DC (Figura 87) 87).

Ambas tarjetas se han implementado con circuitos impresos ddee una sola capa y de una sola cara. Ell montaje de los componentes se ha realizado a través de perforaciones y soldadura.

183

Figura 86. Implementación de la tarjeta de interconexión PC-indicador

Figura 87. Implementación de la tarjeta de generación de Voltajes DC de alimentación

184

CAPITULO VI

CO CLUSIO ES

El proceso de desarrollo del banco de pruebas para los indicadores de los radioaltímetros de los sistemas de armas Mirage 50, Súper Puma y C-130, ha finalizado en la elaboración de un producto tecnológico completo, compuesto por módulos de hardware y software, documentados apropiadamente tanto en el desarrollo de este trabajo como en el manual de usuario del sistema. La ejecución de este proyecto conduce al planteamiento de las siguientes conclusiones:

•

El estudio de la teoría de operación y mantenimiento de los indicadores de los

radioaltímetros del Mirage 50, Súper Puma y C-130, se apoyó en la revisión de sus manuales y ordenes técnicas. A través del análisis realizado de la información extraída de estos documentos, se encontró que los indicadores considerados poseen una relación de altura en función del voltaje idéntica y un sistema de alerta por bandera y altura de decisión análogos, lo cual permitió el desarrollo de un banco de pruebas multipropósito con posibilidades de ser expandido a otros equipos con pocas modificaciones. •

Se ha diseñado una tarjeta de interconexión indicador-PC, con capacidades de

comunicación serial, simulación de las señales manejadas por el indicador,

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verificación de funcionamiento por retroalimentación de voltaje de altura y test de conectividad con el PC. Se determinó que la estrategia más adecuada para la implementación del hardware es a través de microcontroladores PIC, debido a su versatilidad, alta disponibilidad en el mercado, relación prestaciones versus costos y facilidad de uso. •

Se ha programado una interfaz grafica de usuario amigable, efectiva y

eficiente. Para ello se utilizaron las herramientas Visual Studio 2005 de Microsoft y Measurement Studio 8.1 de National Instruments, ya que permiten combinar un entorno de desarrollo intuitivo y potentes herramientas de instrumentación virtual. •

El banco de pruebas desarrollado en este proyecto, no se limitó a ofrecer

únicamente el sistema de verificación de funcionamiento del equipo, sino que brinda una solución completa que abarca aspectos técnicos, como los procedimientos de pruebas y diagnósticos, herramientas administrativas de seguimiento y control de fallas, que pueden se manejados a través de bases de datos e historiales y un sistema de ayuda HTML, redactado orientado al usuario e ilustrado minuciosamente.

La solución tecnológica representada por el banco de pruebas basado en PC para los indicadores de los radioaltímetros del Mirage 50, Súper Puma y C-130 resuelve en gran medida los problemas asociados al mantenimiento de los indicadores de los radioaltímetros. No obstante puede considerarse como base para la formulación de nuevos proyectos, tendientes a mejorar las prestaciones del mismo o a añadir nuevas características, como por ejemplo, la ampliación del rango de indicadores que sea posible analizar, para incluir a las aeronaves de Iliushin y Sukhoi.

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RECOME DACIO ES

En función del conjunto de experiencias recogidas durante el planteamiento, diseño y ejecución de este proyecto, se han considerado pertinentes las siguientes recomendaciones asociadas tanto a los métodos de estudio, investigaciones futuras y resultados obtenidos.

1. Se sugiere que el diseño futuro de nuevos bancos de pruebas se oriente a ser implementado con componentes electrónicos típicamente disponibles en el mercado de electrónica local.

2. Se propone adquirir los componentes electrónicos requeridos por el sistema, al menos, por duplicado; ya que esto permite tener un banco de pruebas de respaldo, evitando la necesidad de detener los procesos de mantenimiento relacionados al banco defectuoso.

3. Se recomienda que el Hardware del banco de pruebas se almacene y opere bajo las siguientes condiciones ambientales: temperatura de 15° C a 25° C y humedad de 5 % a 95 % sin condensación. Es aconsejable que la PC se encuentre en una zona limpia y despejada, dedicada al uso del banco de pruebas y mantener todo equipo electrónico a una distancia no menor de 30cm. Esto es para prevenir que los campos electromagnéticos de algunos equipos afecten el banco de pruebas.

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4. Es importante que en futuras aplicaciones se integren en un solo banco de pruebas, los sistemas para las pruebas de la unidad del radioaltímetro y los correspondientes a los indicadores, para facilitar los procesos de mantenimiento mediante la generalización y estandarización de los procedimientos.

5. Es primordial contar con respaldo actualizado, tanto del software del banco de pruebas, como de la base de datos e historiales que este maneja. Esto permitiría solventar eventualidades que comprometan la data, provocadas por ejemplo por: virus informáticos, desperfectos en el PC y errores humanos. Este respaldo puede materializarse utilizando medios ópticos de almacenamiento, discos duros portátiles u otro disponible.

6. Debe considerarse dedicar un computador personal y un bastidor especial para el resguardo de los componente de hardware del banco de pruebas. Deben reservarse compartimientos para el manual de usuario, los cables y conectores requeridos e indicadores que sean sometidos a exanimación.

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20. Wiley, John. (2005) Radar Signals. Editorial Mozeson. Lyon, Francia

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LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS

A: Amperes (Corriente) AC: Corriente Alterna A/D: Analógico-Digital ADC: Convertidor Analógico- Digital ALU: Unidad Aritmética Lógica BJT: Transistor de Unión Bipolar c: Velocidad de la luz CISC: Computadores de juego de instrucciones complejo CMOS: Semiconductor Complementario de Óxido Metálico CPU: Unidad de Procesamiento Central D/A: Digital Analógico DAC: Convertidor Digital- Analógico DC: Corriente Directa DH: Altura de Decisión E/S: Entrada – Salida f: Frecuencia FM: Frecuencia Modulada ft: Pies h: Altura Hz: Hercios (frecuencia) IDE: Entorno de Desarrollo Integrado

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LCD: Liquid Crystal Display LED: Diodo Emisor de Luz m: Metros MDA: Altura Mínima de Decisión V: Voltios (Nivel de Tensión) Ohm: Resistencia PIC: Controlador de Interfaz Periférico RAM: Memoria de Acceso Aleatorio RC: Resistivo Capacitivo RF: Radiofrecuencia RISC: computadores de juego de instrucciones reducido ROM: Memoria de Solo Lectura s: Segundos SISC: Computadores de Juego de Instrucciones Especifico t: Tiempo T: Periodo TTL: Lógica Transistor a Transistor