Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Centro de Estudio de Electrónica y Tecnología de la Información TRABAJO DE DIPLOMA Interfaz para la adquisición de datos desde el Analizador Químico Automático Hitachi 902. Autor: Mario Rafael Cabrera Ramírez Tutor: Ing. Beatriz Peón Pérez Santa Clara Año 2013 "Año 55 de la Revolución” Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Centro de Estudio de Electrónica y Tecnología de la Información TRABAJO DE DIPLOMA Interfaz para la adquisición de datos desde el Analizador Químico Automático Hitachi 902. Autor: Mario Rafael Cabrera Ramírez Tutor: Ing. Beatriz Peón Pérez Santa Clara Año 2013 "Año 55 de la Revolución" Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Informática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada. Firma del Autor Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo Firma del Responsable de Información Científico- Técnica i PENSAMIENTO: Según vamos adquiriendo conocimiento, las cosas no se hacen más comprensibles, sino más misteriosas. Marshall Mathers (EMINEM) ii DEDICATORIA: En especial a mis padres, que son mi razón de ser. A toda mi familia, que tanto me han esperado y extrañado. A los que siempre se preocuparon y me dieron aliento. iii AGRADECIMIENTOS: A mis padres por toda su confianza y apoyo. A mis amigos que tantas veces estuvieron en las buenas y en las malas. A mi tutora por su paciencia y preocupación. A todos aquellos que desinteresadamente me brindaron su ayuda. iv RESUMEN Los Analizadores Automáticos de Química Clínica son los encargados de medir la concentración de diferentes sustancias químicas en sangre, orina, etc. Básicamente representan el centro de un laboratorio clínico de alta tecnología. El Hitachi 902, de la marca ROCHE es un Analizador Químico Automático que es común en centros de diagnóstico de nuestro país. El equipo cuenta con un sistema de visualización de datos con deficiencias, además de que el almacenamiento de los datos del equipo es mediante discos floppy, tecnología ya obsoleta a nivel mundial. Además cuenta con un sistema de conexión mediante puerto serie (RS-232) que permite el intercambio de datos con una computadora. El empleo de una interfaz que manipule los datos provenientes del equipo, contribuye de manera significativa en el desarrollo del servicio de almacenamiento de datos y confección de reportes en un laboratorio clínico. En el presente trabajo se propone el desarrollo, sobre la base del software LabVIEW 7.1, de una interfaz para la adquisición de los resultados de las muestras enviadas a la computadora desde el Hitachi 902. Palabras claves: Analizador Químico, interfaz de adquisición de datos, RS- 232, LabVIEW. v TABLA DE CONTENIDOS RESUMEN ........................................................................................................................... iv TABLA DE CONTENIDOS ................................................................................................. v INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 7 CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ............................................................ 10 1.1 Características de la luz. ........................................................................................ 10 1.2 Leyes de absorción de la luz. ................................................................................ 15 1.3 Fotometría de Absorción. ....................................................................................... 18 1.4 Analizador Químico Automático Hitachi 902. ..................................................... 21 1.5 Transmisión de datos. ............................................................................................ 25 1.5.1 Interfaz. .............................................................................................................. 25 1.5.2 Principios de transmisión en serie................................................................. 26 1.5.3 Puerto serie RS-232. ....................................................................................... 28 1.5.4 Características eléctricas del RS-232........................................................... 30 CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS .................................................................. 36 2.1. Protocolo de comunicación del Hitachi 902. ................................................... 36 2.1.1 Configuración de los parámetros de comunicación. .................................. 38 2.1.2 Habilitación de la comunicación. ................................................................... 40 2.1.3 Envío de datos desde el Hitachi 902. ........................................................... 40 2.3. Comunicación serie utilizando LabVIEW. .......................................................... 42 2.3.1 Configuración del puerto serie. ..................................................................... 43 2.3.2. Número de datos en el buffer de entrada. ................................................. 45 2.4. Desarrollo de la interfaz para la adquisición de datos desde el Hitachi 902. 46 vi 2.4.1. Etapa de recepción y procesamiento de los datos. ................................. 46 2.4.2. Lectura de los datos del Hitachi 902........................................................... 47 CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y DISCUCIÓN .............................................................. 50 3.1. Pruebas iniciales de la comunicación serie utilizando Hyperterminal. .......... 50 3.2 Recepción de los datos de la comunicación utilizando la interfaz en LabVIEW. ........................................................................................................................ 52 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 54 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................ 55 INTRODUCCIÓN 7 INTRODUCCIÓN A nivel mundial resulta de vital importancia todo lo relacionado con la salud humana, tanto lo concerniente a la asistencia médica como al equipamiento utilizado para diagnóstico, tratamiento y soporte de vida. Los adelantos científicos en estas esferas son bien recibidos pues los esfuerzos para el desarrollo de la tecnología médica son cada vez más significativos. En nuestro país, debido a las políticas internacionales, y al alto costo de los dispositivos en el mercado, resulta difícil la mantención de nuestro sistema de salud al ritmo incansable del desarrollo tecnológico del resto del mundo. Debido a esto, nuestros profesionales hacen esfuerzos cada vez mayores para aumentar la calidad de los servicios médicos y realizan investigaciones que permitan la sustitución de importaciones. Un parte importante de la asistencia médica, son los laboratorios clínicos. En ellos se analizan muestras de sangre, orina, entre otras; para realizar el diagnóstico de distintas patologías. Como resultado de la progresiva modernización de los laboratorios clínicos se han instalado equipos automatizados que minimiza la complejidad de los procesos de obtención de resultados a partir de las muestras. Los Analizadores Automáticos de Química Clínica son los encargados de medir la concentración de diferentes sustancias químicas en sangre, orina, etc. Básicamente representan el centro de un laboratorio clínico de alta tecnología. Tienen una ventaja fundamental sobre analizadores no automáticos debido a que reduce considerablemente el error humano derivado del proceso de análisis de las muestras. Esto contribuye al aumento de la confiabilidad de los resultados y por tanto al aumento de la calidad del servicio. [1] El Hitachi 902, de la marca ROCHE es un Analizador Químico Automático que es común en centros de diagnóstico de nuestro país. A pesar de ser considerado como un equipo de alta tecnología no es de los más modernos, INTRODUCCIÓN 8 encontrándose ya en desuso en el mundo desarrollado. Esto dificulta considerablemente la adquisición de todo lo concerniente a la sostenibilidad de esta tecnología. Cuenta con un sistema de visualización de datos con deficiencias, a través de una pequeña pantalla en el equipo y una impresora térmica interna que muestra los resultados una vez concluido el análisis en una tira de papel. El almacenamiento de los datos del equipo es mediante discos floppy, tecnología ya obsoleta a nivel mundial. El equipo cuenta, además con un sistema de conexión con computadora mediante puerto serie (RS-232). Se han desarrollado algunas investigaciones para el logro de interfaces para la transferencia de datos entre el Hitachi 902 y la computadora, se puede citar, por ejemplo: - Desarrollo de un sistema de administración y control de equipos médicos del laboratorio clínico de la Universidad de Santander. 2006.. Donde se utiliza el lenguaje de programación LabVIEW 7.0 para el desarrollo de un software para la automatización de dos equipos médicos, el Hitachi 902 y el Sysmex KX-21N.[2] - PROLAB, sistema automatizado para equipos de laboratorio clínico. 2007. Donde se presenta el diseño de un sistema de interface automatizado para equipos de laboratorio clínico, en el entorno de Matlab. El sistema permite adquirir, procesar, analizar y almacenar los datos entregados por el Analizador químico Hitachi 902, el analizador hematológico PENTRA 120 RETIC y el analizador de parámetros de coagulación START 4. [3] A pesar de esto no está disponible en las instituciones de salud de nuestra provincia ningún software para el manejo del Hitachi 902 o la visualización de resultados desde una computadora. En nuestro país existe un total de 45 equipos de este tipo, distribuidos en todas las provincias. Específicamente en la provincia de Villa Clara hay cuatro equipos ubicados en las siguientes unidades: Hospital Provincial Arnaldo Milián Castro, Hospital Pediátrico José Luis Miranda, Hospital Oncológico Celestino INTRODUCCIÓN 9 Hernández Robau y Hospital General Mártires del 9 de abril. Estos equipos garantizan el servicio de laboratorio clínico en dichas unidades. La confección de herramientas para la manipulación de los resultados obtenidos por estos equipos contribuiría a mejorar los servicios en los sistemas de salud de nuestro país. Es por eso que el desarrollo de una interfaz para la adquisición de resultados resulta de vital importancia para mejorar la calidad del servicio de los hospitales de nuestro país. Basado en lo antes expuesto el objetivo general de este trabajo es: Diseñar y desarrollar una interfaz para la adquisición de resultados del análisis de muestras en el Analizador Químico Automático Hitachi 902 utilizando el lenguaje de programación de LabVIEW. Como objetivos específicos se plantearon los siguientes: Confeccionar el cable para la conexión entre el Analizador Químico Automático Hitachi 902 y la computadora mediante RS-232. Crear una interfaz para la adquisición de datos desde el Analizador Químico Automático Hitachi 902 utilizando el lenguaje de programación de LabVIEW. El informe está estructurado en tres capítulos: el primer capítulo, denominado “Fundamentación Teórica” explica los principios de colorimetría en el análisis de muestras, así como los principios de funcionamiento básicos de los analizadores químicos, haciendo énfasis en el Analizador Químico Automático Hitachi 902i. El segundo capítulo nombrado “Materiales y Métodos” explica lo relacionado a la confección de la interfaz y el tercer capítulo muestra los resultados obtenidos. Al final del informe se muestran las conclusiones del trabajo y las recomendaciones para posteriores mejoras del mismo. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 10 CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 1.1 Características de la luz. La luz es una forma de energía conocida como radiación electromagnética. Está caracterizada por magnitudes físicas que son mostradas en la Figura 1.1. Figura 1.1 Parámetros característicos de la luz. Longitud de onda: menor distancia entre dos máximos, dos mínimos o dos puntos específicos de la onda. Su unidad de medida es el nanómetro (nm) y se conoce con el símbolo lambda (λ). Frecuencia: Número de oscilaciones que se producen en la unidad de tiempo. Se expresa en ciclos/seg o Hz. Velocidad de propagación: Se define como el producto de la longitud de onda por la frecuencia. Alcanza su valor máximo cundo la onda se propaga en el vacío. Amplitud: Es la máxima elongación de la onda y se representa por A. Si la velocidad de propagación es constante, la longitud de onda () es inversamente proporcional a la frecuencia (f). Una longitud de onda más larga corresponde a una frecuencia más baja, mientras que una longitud de onda más corta corresponde a una frecuencia más alta: CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 11 1 Donde es la longitud de onda, es la velocidad de propagación y es la frecuencia. Para la luz y otras ondas electromagnéticas que viajan en el vacío, la velocidad ( ) vale 299.792.458 m/s y es la velocidad de la luz (c), constante. Para las ondas de sonido que se desplazan por el aire, es aproximadamente 343 m/s y depende de las condiciones ambientales. El espectro electromagnético es el conjunto de radiaciones electromagnéticas en sucesión, ordenadas de acuerdo a su frecuencia. El rango de longitudes de ondas correspondientes a la luz solo abarca una pequeña zona del espectro electromagnético. En la Figura 1.2 se muestran la distribución del espectro electromagnético en las distintas longitudes de onda. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 12 Figura 1.2. Distribución del espectro electromagnético según la frecuencia y longitudes de onda. La intensidad del poder radiante es proporcional al número de fotones por segundo que son propagados por el rayo. Un rayo que posee la radiación de una longitud de onda determinada, se denomina monocromático; si contiene radiación de varias longitudes, se denomina policromático. Como se puede observar en la figura presentada antes, la luz visible representa solo una parte muy pequeña del espectro electromagnético. [4] Cuando un rayo de energía radiante incide sobre una sustancia, puede suceder que: 1. La atraviese casi sin pérdida de energía. 2. La dirección de propagación se altere por reflexión refracción o difracción. 3. La energía sea absorbida total o parcialmente (transferencia de energía al medio). Una de las propiedades de la luz más evidentes a simple vista es que se propaga en línea recta. Lo podemos ver, por ejemplo, en la propagación de un rayo de luz a través de ambientes polvorientos o de atmósferas saturadas. Sin embargo, la luz no siempre se propaga en línea recta. Cuando la luz atraviesa un obstáculo puntiagudo o una abertura estrecha, el rayo se curva ligeramente. Este fenómeno, denominado difracción, es el responsable de que al mirar a través de un agujero muy pequeño todo se vea distorsionado o de que los telescopios y microscopios tengan un número de aumentos máximo. El proceso en el que la luz sufre un cambio de dirección al cambiar de medio se conoce como refracción. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se propaga a diferentes velocidades según el medio por el que viaja. El cambio de dirección es mayor, cuanto mayor es el cambio de velocidad, ya que la luz prefiere CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 13 recorrer las mayores distancias en su desplazamiento por el medio que vaya más rápido. Debido al hecho de que la refracción depende de la energía de la luz, cuando se hace pasar luz blanca o policromática a través de un medio no paralelo, como un prisma, se produce la separación de la luz en sus diferentes componentes (colores) según su energía, en un fenómeno denominado dispersión refractiva. Si el medio es paralelo, la luz se vuelve a recomponer al salir de él. Al incidir la luz en un cuerpo, la materia de la que está constituido retiene unos instantes su energía y a continuación la vuelve a emitir en todas las direcciones. Este fenómeno es denominado reflexión. En el vacío, la velocidad es la misma para todas las longitudes de onda del espectro visible, pero cuando atraviesa sustancias materiales la velocidad se reduce y varía para cada una de las distintas longitudes de onda del espectro, este efecto se denomina dispersión. Gracias a este fenómeno podemos ver los colores del arcoíris. El color azul del cielo se debe a la luz del sol dispersada por la atmósfera. El color blanco de las nubes o el de la leche también se deben a la dispersión de la luz por las gotitas de agua o por las partículas de grasa en suspensión que contienen respectivamente. En la naturaleza existen sustancias coloreadas y sustancias incoloras, podemos decir que son incoloras aquellas sustancias que no absorben radiaciones del espectro visible y las coloreadas son aquellas que absorben radiaciones en parte de este espectro y transmiten o reflejan las restantes. Cuando un haz de radiaciones visibles atraviesa una disolución coloreada contenida en un recipiente, parte de las radiaciones son absorbidas y las restantes atraviesan la disolución. El color que presenta una disolución coloreada, es el complementario del color de las radiaciones que absorbe. zim://A/A/Energ%C3%ADa.html zim://A/A/Reflexi%C3%B3n%20%28f%C3%ADsica%29.html zim://A/A/Dispersi%C3%B3n%20%28f%C3%ADsica%29.html zim://A/A/Sol.html zim://A/A/Atm%C3%B3sfera.html zim://A/A/Nube.html zim://A/A/Leche.html zim://A/A/Agua.html CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 14 Los colores complementarios son aquellos que cuando se combinan aditivamente se obtiene el blanco. Tabla 1.1. Colores de las disoluciones y sus colores complementarios. Color de la disolución Rango aproximado de longitud de onda (nm) Color Complementario Violeta 400 – 450 Verde-amarillento Azul 450 – 480 Amarillo Azul-Verdoso 480 – 490 Naranja Verde-Azuloso 490 – 500 Rojo Verde 500 – 560 Púrpura Verde-Amarillento 560 – 575 Violeta Amarillo 575 – 590 Azul Naranja 590 – 625 Azul-verdoso Rojo 625 – 750 Verde-azuloso La habilidad de una sustancia de permitir que la luz pase a través de ella se conoce como trasmisión. La luz que no atraviesa la sustancia se dice que es absorbida por ella. La luz que es trasmitida es la que el ojo ve y la que absorbe la sustancia es el color complementario de la luz trasmitida. Esto causa el efecto de que la luz de una sustancia pueda ser medida de dos formas, como trasmitancia o absorbancia. La trasmitancia de una muestra e designada como T. Es el porciento de luz incidente que es trasmitida a través de la sustancia, ecuación 2. Toma valores entre 0 y 1, aunque generalmente la trasmitancia se expresa en por ciento tomando valores entre 0 y 100%. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 15 2 Donde es la luz trasmitida e es la luz incidente. La absorbancia es la medición de a luz monocromática que ha sido absorbida por una muestra. Puede ser interpretada como el recíproco de la trasmitancia, aunque la relación entre estas magnitudes es logarítmica como muestra la Figura 1.3 y según enuncia la ecuación 3. La absorbancia se designa como A aunque se puede encontrar en la literatura con los nombres de Densidad Óptica, Absorbencia y Extinción, términos que en la actualidad se encuentran en desuso. 3 Figura 1.3. Gráfico de absorción y trasmitancia contra concentración. 1.2 Leyes de absorción de la luz. Dos leyes fundamentales rigen la práctica de la fotometría: la ley de Lambert, que establece que la disminución del poder radiante de un rayo de luz monocromática que pasa a través de un medio absorbente, es proporcional al CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 16 poder radiante del rayo, y la ley de Beer, que establece que la energía radiante de un rayo de luz monocromática disminuye en proporción directa con el incremento de la concentración de la sustancia absorbente. El principio básico de casi todos los métodos basados en la ley de Lambert-Beer, consiste en la comparación de la absorción o la trasmitancia de energía radiante (a una longitud de onda determinada, por una solución que se ha de investigar), con uno o varios calibradores (soluciones de la concentración conocida). Ley de Beer. Esta ley plantea la relación que existe entre la concentración de una muestra y la absorción de la luz. Beer descubrió esta dependencia de la absorción de luz con la concentración en 1852, observó la relación existente entre la potencia o intensidad de la luz que incide sobre una solución, la luz que sale, la distancia que atraviesa la concentración de esa solución y el material disuelto en él. [5] Cuando un haz de luz monocromática atraviesa un medio absorbente de espesor constante, la cantidad de energía luminosa absorbida por el medio varia en forma directamente proporcional a la concentración del absorbente en el medio, o lo que es lo mismo, “La intensidad de luz trasmitida disminuye en progresión geométrica a medida que aumenta aritméticamente la concentración del medio absorbente que recorre el haz de luz”. La Ley de Beer implica linealidad con respecto a la concentración y la absorción de la luz. Si una sustancia obedece la Ley de Beer entonces es posible trazar una línea recta entre varios puntos correspondientes a la ubicación de la concentración con su correspondiente valor de absorción en un gráfico de abscisas y ordenadas como se muestra en la Figura 1.3. Ley de Bouguer- Lambert. La segunda ley es conocida como la Ley de Bouguer – Lambert o simplemente como la Ley de Lambert. Esta ley establece básicamente que la absorción de la luz por una muestra aumenta a medida que aumenta el paso de la CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 17 luz. Es decir, la absorción de la luz por una solución dada en un paso de luz de 2 cm es dos veces mayor que la absorción de la misma sustancia en un paso de luz de 1cm. [5] Bouguer en 1729 estableció empíricamente una correlación entre la longitud de la trayectoria de la luz y la absorción de ésta. Esta correlación fue formulada matemáticamente por Lambert en 1760 y además determinó la relación que existe entre la luz que incide a un medio y la luz que sale. Realizaron estudios profundos de la absorción de radiaciones experimentando con medios absorbentes de diferentes espesores (vidrios coloreados), y observaron que la fracción de energía transmitida para un grosor dado del medio absorbente es independiente de la intensidad de la radiación incidente y que “La intensidad de luz trasmitida disminuye en progresión geométrica a medida que aumenta aritméticamente el espesor del medio absorbente que recorre el haz de luz”. Como combinación de los anunciados anteriores aparece la Ley de Lambert- Beer. La ecuación general que incorpora ambas leyes está dada por la siguiente expresión. A = abc 4 Donde: A: corresponde a la absorbancia. a: corresponde a la constante de absortividad molar, que es propia para un compuesto a una determinada longitud de onda bajo condiciones preestablecidas de la sustancia como la temperatura, pH, etc. Es la absorbancia de 1g/L de una sustancia, medida en 1cm de paso de luz a una longitud de onda específica. b: paso de la luz en cm, usualmente se utiliza un paso de luz de 1cm. c: es la concentración de la sustancia, se expresa generalmente en mmole/L. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 18 Cuando las condiciones de la sustancia permanecen constantes, entonces las únicas magnitudes que varían son la absorbancia y la concentración. A partir de la ecuación 4 se puede determinar un factor (F) si se conoce el valor de concentración de una sustancia patrón y se mide su absorbancia, según muestra la ecuación siguiente: F = A/c 5 Luego de conocer este factor (F) se puede calcular la concentración de cualquier muestra que contenga las mismas sustancias que el patrón a partir de la medición de su absorbancia. En la mayoría de las ocasiones, la muestra que deseamos determinar no posee color por sí misma; en tal caso, es preciso llevar a cabo un desarrollo de color empleando reactivos que den lugar a sustancias coloreadas con la muestra que interesa estudiar. La Ley de Lambert-Beer supone que se cumplan las siguientes condiciones: 1. La radiación incidente es monocromática. 2. Los centros absorbentes (moléculas e iones) actúan independientemente unos de otros a pesar del número de ellos y de la clase. 3. La absorción está limitada a un volumen de sección transversal uniforme. 1.3 Fotometría de Absorción. El método fotocolorimétrico consiste en determinar la concentración de una sustancia en disolución, basándose en la relación que existe entre la concentración y la intensidad de la absorción que está presenta para cierta banda de longitudes de onda. En la Figura 1.4 se representa un esquema general de la medición de la absorción de una muestra. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 19 Figura 1.4. Componentes básicos de un equipo de medición de absorción de la luz (espectrofotómetro o colorímetro). Tomado de [4]. Los componentes básicos de un equipo de medición de absorción, son los siguientes (Figura 1.4): b. Fuente de energía radiante: se emplean lámparas alógeno, tungsteno, etc. d. Selector de banda o monocromador: pueden ser filtros de absorción o de interferencia, prismas o red de difracción. g. Detector: es el encargado de convertir la luz en energía eléctrica, puede ser fotocelda, fotodiodo o fotomultiplicador, en dependencia del equipo. a, c, f. Elementos asociados: lentes, espejos, diafragmas. e. Cubetas para las muestras. h. Mecanismo de visualización de resultados, generalmente galvanómetros, pantallas digitales. La función de la fuente de luz es iluminar con la intensidad requerida. Para trabajar en la zona visible. Para la zona ultravioleta, se utilizan lámparas de deuterio (D2), mientras que cuando se requieren elevados niveles de iluminación, son necesarias las de arco de Xe o de vapor de Hg. Estas se calientan demasiado y requieren un aislamiento térmico, además, su vida útil es muy corta. Debe prestarse especial atención a este último aspecto CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 20 pues, una vez que la lámpara ha llegado al término de su vida útil, puede estallar si se pretende continuar empleándola y causar daños irreparables al instrumento. Los dispositivos para la dispersión de la luz o monocromadores limitan la longitud de onda de la que incide sobre la muestra, a la banda en que se produce la absorción. Los filtros se construyen de gelatina, líquido o cristal coloreados y el ancho de banda seleccionada es de 40 a 50 nm; con los filtros de interferencia (un espaciador dieléctrico transparente colocado entre películas semitransparentes de Ag) se obtienen bandas más estrechas (de 10 a 15 nm). Por su parte, los prismas dispersan la luz policromática según su índice de refracción, y seleccionan una longitud de onda determinada. El poder dispersante de un prisma es proporcional al grosor de su base. La red o rejilla consiste en una serie de muescas o canales paralelos, alineados en breves intervalos (hasta 10 000 en 1 cm) sobre una superficie muy pulida (aluminio, por ejemplo), con ello se logra una selección muy clara de la longitud de onda deseada. Estos dispositivos se pueden encontrar antes o después de la muestra sin alterar el resultado de la medición. Generalmente entre la etapa de detección y en la de visualización de resultados se incorpora una etapa de amplificación que se encarga de aumentar el valor de energía eléctrica proveniente del fotodetector. En equipos más sofisticados se incorpora además una etapa de procesamiento de datos para una mayor eficiencia en los resultados. La fotocolorimetría y la espectrofotocolorimetría no son en realidad técnicas distintas. La diferencia radica en el tipo de instrumental empleado, de forma que se denomina fotocolorímetro a aquellos aparatos en los que la longitud de onda con la que vamos a trabajar se selecciona por medio de filtros ópticos y espectrofotómetros aquellos donde la luz es descompuesta en todo la gama de colores mediante un prisma o red de difracción. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 21 En algunos casos el análisis fotocolorimétrico puede arrojar errores en la medición estos pueden estar dados principalmente: Efecto de electrolitos extraños en la disolución. Debido a que muchos compuestos coloreados se disocian en sus iones y muchas veces en color del ión difiere del de la molécula, provoca que la intensidad del color varíe con la concentración total de la disolución, ya que esta causa un cambio en el grado de disociación. Cambios de condiciones de la sustancia como cambios en la temperatura de la muestra, nivel de acidez de la misma, etc. Tiempo de reacción más de lo establecido. Esto se debe a que la mayoría de los compuestos coloreados varían con el tiempo. Forma de preparación de la muestra. Está en dependencia del proceso seguido para la preparación de la muestra, como el orden de adición de los reactivos, cantidad, etc. Errores en la etapa de monocromación, o detección de la muestra, fatigas en los dispositivos monocromadores, detectores o ambos. Además de que puede darse el caso de que existan fluctuaciones en la fuente de radiación por deterioro de la fuente de luz y otros factores que se pueden agruparse dentro de errores de instrumental. 1.4 Analizador Químico Automático Hitachi 902. Los analizadores químicos automáticos son básicamente fotocolorímetros o espectrofotómetros que automatizan en cierto modo el análisis de laboratorio. En algunos casos más y en otros menos, disminuyendo de esta forma la introducción de errores en la medición debido a la actividad humana, como algunos casos mencionados anteriormente. El Hitachi 902, Figura 1.5, es un analizador de química clínica, mide los niveles de determinadas sustancias químicas liberadas en el organismo, cuyas CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 22 cantidades pueden reflejar el estado de salud del individuo. Esto lo hace de manera automática, es decir, solo necesita el posicionamiento de la muestra y los reactivos y el equipo de manera automática realiza el resto del proceso de medición, desde la incorporación de reactivos a la muestra hasta el cálculo de la concentración. [1] Es un analizador automático tipo consola con unidades analítica y operacional integradas. Utiliza el método de medición de absorbancia para el cálculo de la concentración de las sustancias además de un sistema de electrodos de ión selectivo para la medición de Na, K y Cl en la muestra. Realiza un total de 200 test por hora. Pueden utilizarse muestras de sangre en forma de suero o plasma, además de orina según el test a realizar. [6] Figura 1.5. Analizador Químico Automático Hitachi 902. Tomado de [7] Tiene un disco de muestras con posicionamiento para un total de 60 muestras, 35 en una fila externa y 25 en una fila interna. Además de un disco de reactivos para 40 reactivos distintos, 20 en la fila externa y 20 en la interna, Figura CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 23 1.6. Este disco cuenta con un sistema de refrigeración que garantiza la conservación de los reactivos. Además el sistema cuenta con un disco de reacción. Este disco tiene un anillo con 48 cubetas de reacción, en las cuales, se combinan las muestras de suero con uno o varios reactivos, según sea el caso, para que se produzca la reacción. Las cubetas están sumergidas en agua destilada a una temperatura controlada de 37 ºC. Figura 1.6. Principales componentes del Analizador Químico Automático Hitachi 902. Los tres discos disponen de un mecanismo de rotación en su eje para poner la muestra de suero, el reactivo y la cubeta de reacción deseados al alcance de la pipeta de muestras y de la pipeta de reactivos. Esto es debido a que ambas CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 24 pipetas toman, ya sea la muestra de suero o del reactivo, siempre desde el mismo punto; y lo descargan a un mismo punto en el disco de reactivos. Para la toma de suero y reactivo el sistema cuenta con dos pipetas, una pipeta de muestras y una de reactivos. Ambas con capacidad de 2 a 50 µL, manejadas por un sistema de motor por pasos. Además el equipo tiene una barra agitadora para homogenizar la mezcla de la reacción. Las celdas de reacción son limpiadas por un mecanismo también automático que evita la contaminación de las muestras. El sistema operacional se encarga de la parte operativa del equipo, mediante la entrada y salida de datos. Es quien controla, por medio de una interfaz, al sistema de análisis. El sistema operacional del Hitachi 902 consiste de los siguientes componentes: Pantalla LCD: permite visualizar la información referente a las funciones que puede realizar el equipo, así como la información proveniente de los resultados de los análisis obtenidos por el sistema de análisis. Es el principal componente para llevar a cabo el control del equipo, ya que permite la entrada y salida de datos. Impresora: es una impresora de datos propia del equipo, encargada de imprimir los resultados de los análisis realizados. Es papel empleado es del tipo ticket, similar al usan las cajas registradoras. Unidad de Disco: posee dos unidades de disco, floppy disk, uno para almacenar los controladores de los programas y los parámetros de las pruebas y el otro para guardar los resultados de los análisis. Periféricos: permite la conexión con una lectora de código de barras, para enumerar las muestras que se desean analizar. Además, tiene un puerto con salida RS-232 para comunicarse con un sistema externo que haga uso de este protocolo de comunicación. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 25 El método empleado por el Hitachi para llevar a cabo los análisis, se basa en el método de un cálculo de la absorbancia, que resulta de la mezcla hecha entre la muestra de suero del paciente y uno o varios reactivos cuando esta es expuesta ante una luz proveniente de un sistema fotométrico. El sistema fotométrico está constituido por una lámpara de halógeno de 12V 20W, una red de difracción como dispositivo monocromador y un arreglo de 12 fotodiodos para la medición de la absorbancia en 12 longitudes de onda diferentes (340, 376, 415, 450, 480, 505, 546, 570, 600, 660, 700, 800 nm). Se realiza una corrección del blanco cubeta antes del análisis. El equipo manipula tres tipos de muestras; las muestras de rutina, las muestras de emergencia y las muestras de control. Las muestras de control se usan para calibrar el equipo; es un proceso que se ejecuta diariamente para detectar anomalías en el método, y también, por norma de calidad. Las muestras de rutina, son las muestras de suero de los pacientes a los cuales se les realizarán los análisis; las muestras de emergencia, son también muestras de suero de pacientes al igual que las muestras de rutina, la diferencia que existe entre ellas es la posición en la cual se ubiquen en el disco de muestras; ya que el equipo tiene la opción de realizar unas muestras primero que las otras. Opción que le permite al usuario elegir las muestras de mayor urgencia. 1.5 Transmisión de datos. 1.5.1 Interfaz. El término interfaz describe una frontera entre dos partes con un flujo de mensajes e información diferente entre ellos. Siendo necesaria una interfaz entre el Equipo Terminal de Datos (DTE por sus siglas en inglés y el Equipo de Comunicación de Datos (DCE por sus siglas en inglés) producto de que los equipos procesadores de datos tienen capacidades de transmisión limitadas, utilizan señales generalmente de tipo NRZ que solo se CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 26 pueden propagar a distancias muy limitadas, por lo que no pueden ser conectadas directamente a un medio de comunicación. Luego es necesario observar que en la interfaz entre el equipo de cómputo o de procesamiento de datos con el equipo de comunicación, la necesidad de otra interfaz de comunicación serie o controlador de comunicación serie, pues la misma lo que hace es convertir de paralelo a serie y viceversa. Y a su vez la interfaz del nivel físico se ocupa de adecuar la información proveniente del equipo al medio físico y viceversa, así como las señales de control. Luego hay un cambio en el formato de la señal en la interfaz en este caso de voltaje, de corriente o de representación de la señal. Los Protocolos o Normas del Nivel Físico resuelven principalmente la incompatibilidad entre DTE y equipos terminales de circuitos de datos (ETCD). Los DTE soportan las aplicaciones del usuario final, mientras que los Equipos de Comunicación de Datos son los que proporcionan la conexión del DTE de usuario al circuito de comunicación. Otra interconexión típica es la de Redes LAN a Redes WAN mediante el empleo de Routers y Modems para líneas digitales con enlaces punto a punto. Es importante destacar que en el caso de las Redes de Área Local no se requiere del uso de Equipos de Comunicación de Datos (DCE) de forma independiente, debido a que en la tarjeta de Red (NIC) están incorporados el interfaz o controlador de comunicación serie y el interfaz del nivel físico. También se van a realizar funciones no solo del nivel físico sino también del nivel de enlace de datos. 1.5.2 Principios de transmisión en serie. El concepto de las comunicaciones en serie es el siguiente, los datos son enviados del emisor al receptor bit a bit a través de una única línea o circuito. El puerto serie toma 8, 16 o 32 bits en paralelo del bus de la computadora y los CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 27 convierte en un flujo de 8, 16 o 32 bits en serie. El nombre de transmisión en serie viene de aquí, cada bit de información es transmitido en serie de un sitio a otro. En la práctica, en una transmisión en serie algunos bits pueden perderse o bien ser añadidos y por lo tanto alterar el resultado final. Si un bit se pierde o se añade, todos los bits sucesivos son cambiados de posición y se obtiene un resultado incorrecto. Así que para establecer comunicaciones en serie fiables se deben corregir posibles errores en la transmisión. Existen dos métodos de transmisión en serie que corrigen errores de bit. El primero es la comunicación síncrona. El emisor y el receptor son sincronizados usando una señal de reloj que indica el tiempo entre cada bit. Controlando esta señal, el receptor puede determinar si se ha perdido o se ha añadido un bit. Por ejemplo, imaginemos una cinta transportadora en la que un producto pasa a través de un sensor cada cinco segundos, si el sensor detecta algo antes de cinco segundos asume que es un objeto extraño y suena la alarma, si después de cinco segundos no detecta nada asume que el producto se ha perdido y suena la alarma. Un aspecto a tener en cuenta en este tipo de comunicación es que si alguno de los extremos de la comunicación pierde la señal de reloj, la comunicación finaliza. El método alternativo, conocido como comunicación asíncrona, es añadir marcadores dentro del flujo de bits para seguir la pista a cada bit de datos. Si se introduce un bit de comienzo que indica el comienzo de un bloque de bits, la posición de cada bit puede ser determinada temporizando los bits en períodos regulares. Enviando bits de comienzo al principio de cada bloque de bits, los dos extremos no tienen que estar sincronizados por una señal de reloj. Al utilizar bloques de pequeño tamaño no hay tiempo para que el temporizador se desentronice. El único factor importante es que receptor y emisor tengan configurada la misma velocidad en el puerto. Los datos se dividen en bloques de 5 CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 28 a 8 bits llamados palabras. El bit menos significativo de la palabra se envía primero y el más significativo el último. En la comunicación el emisor codifica cada palabra añadiendo al principio de esta un bit de comienzo y uno o dos bits de parada al final. Algunas veces se añade un bit de paridad para comprobar la integridad de los datos. En la figura puede verse la composición de un bloque de datos y como es sincronizado con la señal de reloj. Figura 1.7. Bloque de datos 1.5.3 Puerto serie RS-232. En los años 60, cada fabricante usaba una interfaz diferente para comunicar un DTE (Data Terminal Equipment) y un DCE (Data Communications Equipment). Cables, conectores y niveles de voltaje eran diferentes e incompatibles, por lo tanto, la interconexión entre equipos de diferentes fabricantes requería el uso de convertidores de los niveles de voltaje y la fabricación de cables y conectores especiales. [8] En 1969, el EIA (Electronic Industries Association) junto con Bell Laboratories y otros fabricantes establecieron un estándar para la interfaz entre DTE's y DCE´s. El objetivo de este estándar era simplificar la interconexión de equipos fabricados por diferentes firmas. Este estándar llegó a ser el RS-232 (Recommended Standard number 232). Un estándar similar fue desarrollado en Europa por el CCITT (Comite Consultatif Internatinale de Telegraphie et Telephonie) conocido como V.24 (descripción CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 29 funcional) y V.28 (especificaciones eléctricas). El RS-232 fue adoptado por la mayor parte de fabricantes de terminales y equipamiento. [8] En 1980 la creciente industria de los microcomputadores encontró el estándar RS-232 barato y apropiado para conectar periféricos al microcomputador. El RS-232 llegó a ser rápidamente un estándar para conectar a la microcomputadora: impresoras, cintas de respaldo, terminales y otras microcomputadoras. El estándar solamente soporta velocidades de transmisión hasta de 20 kbps y distancias hasta 16 metros, se adoptaron nuevos estándares por la EIA. El RS449 (descripción mecánica) y RS423 (descripción eléctrica) son compatibles con el RS-232-C y se pueden operar a velocidades de hasta 10 Mbps y alcanzar distancias de hasta 1200 metros. Sin embargo, la adopción de un nuevo estándar es un proceso largo y costoso. El RS-232 está muy expandido y por lo tanto le queda bastante vida. El estándar RS-232 describe una interface entre un DTE y un DCE que emplea un intercambio en serie de datos binarios. En él se definen características eléctricas, mecánicas, funcionales de la interface y modos de conexión comunes. Las características eléctricas incluyen parámetros tales como niveles de voltaje e impedancia del cable. La sección mecánica describe los pines. La descripción funcional define las funciones de las señales eléctricas que se usan. El puerto serie de la computadora (PC) es un adaptador asíncrono utilizado para poder intercomunicar varias PC entre sí. Éste recibe y envía información fuera de la PC mediante un determinado software de comunicación o un controlador del puerto serie, a través de los programas se envía la información al puerto carácter por carácter, convirtiéndolo en una señal que puede ser enviada por un cable serie o un módem. Cuando se ha recibido un carácter, el puerto serie envía una señal por medio de una interrupción indicando que el carácter está listo. Cuando la PC de la señal, los servicios del puerto serie leen el carácter. CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 30 El puerto serie del PC es un dispositivo de entrada / salida compatible con el estándar RS-232-C. Casi todas las PCs tienen uno o dos puertos serie. Cada uno de estos puertos tiene un conector de nueve pines (algunas veces veinticinco) en la parte trasera de la PC. Los programas de la PC pueden enviar y recibir datos a través del puerto serie. 1.5.4 Características eléctricas del RS-232. Los voltajes del emisor y el receptor son diferentes, como se evidencia en la Tabla 1.2. Esta definición de los niveles de voltaje compensa las pérdidas de voltaje a través del cable. Las señales son atenuadas y distorsionadas a lo largo del cable. Este efecto es debido en gran parte a la capacitancia del cable. En el estándar la capacitancia máxima es de 2500 pF (pico Faradios). La capacitancia de un metro de cable es normalmente de 130 pF. Por lo tanto, la longitud máxima del cable está limitada a unos 15 metros. Sin embargo, esta es una longitud nominal definida en el estándar y es posible llegar hasta los 30 metros con cables de baja capacidad o utilizando velocidades de transmisión bajas y mecanismos de corrección. Tabla 1.2. Niveles de voltaje del estándar RS-232 Señales de datos "0" "1" Emisor (necesario) de 5 a 15 Volts de -5 a -15 Volts Receptor (esperado) de 3 a 25 Volts de -3 a -25 Volts Señales de control "Off" "On" Emisor (necesario) de -5 a -15 Volts de 5 a 15 Volts Receptor (esperado) de -3 a -25 Volts de 3 a 25 Volts CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 31 En el estándar no se hace referencia al tipo de conector que debe usarse. Sin embargo los conectores más comunes son el DB-25 (25 pines) y el DB-9 (9 pines). El conector hembra debe estar asociado con el DCE y el macho con el DTE. Diagrama de los conectores tipo hembra DB-25, DB-9 y DIN 6 tipo macho, como muestra la Figura 1.8: Figura 1.8. Conectores DB9 y DB 25 macho y hembra. Cada pin tiene asociada una señal específica, a continuación se describen dichas señales, así como las funciones del RS-232. Conector DB 25 Conector DB 9 CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 32 Tabla 1.3. Configuración para los distintos tipos de conectores series. En la Tabla 1.4 se muestran las señales del puerto serie RS-232 y sus abreviaciones. Tabla 1.4. Señales, abreviaciones y funciones del protocolo RS-232. Señal RS232 Abreviación Función Tierra. (AA) Esta línea está conectada a la línea del adaptador serial. Esta no puede ser utilizada como señal de tierra, esto se hace para asegurar que no fluyan corrientes grandes en la señal de tierra. Transmisión de datos. TxD (BA) Esta señal es utilizada para transmitir datos del DTE al DCE. Se mantiene con un 1 lógico cuando no hay nada que transmitir. El terminal empieza a transmitir cuando un 1 lógico está presente en las siguientes líneas: Clear To Send, Data Terminal Ready, Data Set Ready, Data Carrier Detect. Recepción de datos. RxD (BB) La señal es usada por el DTE para recibir datos desde el DCE. El terminal empieza a transmitir cuando un 1 lógico está presente en las siguientes líneas: Request To Send, Data Terminal Ready, Data Set Ready, Data Carrier CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 33 Detect. Petición para enviar. RTS (CA) El DTE utiliza esta señal cuando quiere transmitir al DCE. En combinación con la señal Clear To Send coordina la transmisión de datos entre el DTE y el DCE. Un cero lógico en esta línea mantiene el DCE en modo de transmisión, es decir, el DCE recibe datos del DTE y los transmite. Una transición encendido-apagado en esta linea hace que el DCE complete la transmisión de datos y cambie al modo de recepción (el DCE recibe datos y los transmite al DTE). En una línea half- duplex, cuando el DTE tiene que enviar datos activa la línea Request To Send y entonces espera hasta que el DCE cambie del modo de recepción al modo de transmisión. Cuando la transmisión es posible el DCE activa la señal Clear To Send y la transmisión puede empezar. En una línea full-duplex las señales Request To Send están activadas permanentemente. Limpiar para enviar. CTS (CB) Se trata de una señal de respuesta al DTE. Cuando esta señal esta activa, indica al DTE que puede empezar a transmitir. Por ejemplo, cuando un modem se conecta a otro modem por la red telefónica. Cuando esta señal esta activa junto con las señales Request To Send, Data Set Ready y Data Terminal Ready, el DTE puede estar seguro de que los datos serán enviados por el enlace de comunicación. Sin embargo, si las señales Data Set Ready y Dat Terminal Ready no están implementadas, como en una conexión local que no involucra la red telefónica, las señales Clear To Send y Request To Send son suficientes para controlar la transmisión de datos. Conjunto de DSR En esta línea el DCE le indica al DTE que el CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 34 datos listos. (CC) canal de comunicación está disponible. Por ejemplo, cuando un modem ha establecido una conexión con un modem remoto y está en modo de transmisión. Tierra común. Esta señal es la tierra usada como punto de referencia para todas las señales recibidas o transmitidas. Es muy importante y debe estar presente en toda comunicación. Detección de portadora de datos. DCD (CF) Esta señal es utilizada por el DCE para indicarle al DTE que se ha establecido una portadora con el dispositivo remoto. +p Este pin se mantiene a +12 Volts para prueba si está trabajando. -p Este pin se mantiene a -12 Volts para prueba si está trabajando. Terminal de datos lista. DTR (CD) Cuando está activa le indica al DCE que el DTE está listo para recibir datos. Esta señal debe estar active antes de que el DCE pueda activar la señal Data Set Ready indicando que está conectado al enlace de comunicación. Cuando la línea pasa a estar desactivada, el DCE finaliza la comunicación. Indicador de llamada. RI (CE) En esta línea el DCE avisa al DTE que se ha recibido una llamada. Esta señal está en apagado hasta que el DCE recibe una señal de llamada. (A) Tierra (B) Dato s (C) Control, (D) Tiempo. A pesar de la gran difusión de la norma RS-232, no existe un único modelo estándar de cable que permita la interconexión de dos dispositivos RS-232 cualquiera, sino que varía dependiendo de dos factores: CAPÍTULO 1. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA 35 El tipo de dispositivo: si se trata de dos dispositivos de distinto tipo (DTE- DCE) la conexión es la natural, es decir, se conectan entre si la patas con el mismo número. Sin embargo, si son del mismo tipo (DTE-DTE) es necesario intercambiar algunos pines con el fin de mantener las entradas unidas con las salidas. El tipo de control de flujo: si éste se hace a través de algún protocolo software, como el XON/XOFF, basta con las líneas de transmisión y recepción de datos, puesto que el control se realiza a través de estas. En el caso de control de flujo por hardware son necesarias más líneas para la gestión de la comunicación. Existen, además, algunas formas de control de flujo híbridos a través de software ayudadas por algunas líneas hardware. CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 36 CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 2.1. Protocolo de comunicación del Hitachi 902. Para la realización de la interfaz es necesario establecer las normas de comunicación, estructura de los datos, los paquetes de información que serán transmitidos, velocidades y demás parámetros que permitirán la elaboración del programa mediante un código fuente. El formato usado para la salida de los datos es el Código ASCII. El formato de trama o frame de comunicación se divide en cuatro bloques o partes como se observa en la figura. Figura 2.1. Estructura del frame. Código de inicio de datos: indica como su nombre lo dice, el inicio de un nuevo frame; en el código ASCII se denomina “STX”, y está conformado por un carácter. Carácter de frame: corresponde a la numeración de los frames enviados; cada frame debe ir enumerado para que el dispositivo de recepción pueda ordenarlos. El tamaño de este bloque es de un carácter. El Hitachi 902 divide la información referente a una muestra en frames; por lo tanto, el número máximo de frames que puede enviar el equipo depende del volumen máximo de transferencia configurado en el mismo. El equipo maneja dos tipos de volumen de transferencia de datos, 256 y 512 bytes. [9] Para un volumen máximo de transferencia de datos de 256 bytes, se envían máximo 3 frames; mientras que, para un volumen máximo de transferencia de CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 37 datos de 512 bytes, el máximo número de frames enviados es de 2. La numeración empleada por el equipo para identificar los diferentes frames es: Si se hace el envió de un frame, el carácter de frame será : . Si se envían dos frames, los caracteres de frame serán 1 y : . Y por último, si se hace el envío de 3 frames, los caracteres serán 1, 2, y : . El carácter (:) indica que el último frame correspondiente a esa muestra ha sido enviado. Campo de datos: son los datos analíticos que obtiene el equipo cuando realiza los análisis a una muestra. El tamaño de este bloque es variable, debido a que, depende del número de análisis que se le hayan realizado a la muestra. El campo de datos corresponde a los datos analíticos que obtiene el quipo producto de los análisis realizados. El equipo tiene sus propias normas y especificaciones dadas por el fabricante para comunicarse por el puerto serie. Son esenciales que se cumplan para poder transmitir los datos y lograr la conexión a través del estándar. La siguiente tabla es una lista de las especificaciones de comunicación RS- 232C. Tabla 2.1. Especificaciones de comunicación Hitachi 902. CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 38 El Hitachi 902 puede efectuar dos tipos de comunicación; una en tiempo real denominada Modo en Tiempo Real y la otra manual llamada Modo Solo Resultados. Modo en tiempo real. La comunicación en tiempo real indica una comunicación llevada a cabo mientras el instrumento está empleado en análisis. A medida que el equipo realiza todos los análisis correspondientes a una muestra, este envía automáticamente los resultados obtenidos a la computadora. En este modo se establece una comunicación permanente entre el equipo y el computador. En la comunicación se presentan datos de control y datos de resultados; los datos de control se usan para iniciar y mantener la comunicación mientras el equipo está en el proceso de análisis de la muestra. Los datos de resultados son transferidos, si y solo si, el equipo ha finalizado todos los análisis y el computador hizo dicha solicitud. Modo solo resultados. Este modo indica una comunicación que es llevada a cabo cuando se especifica en la pantalla, es decir, el usuario es quien decide que muestras enviar y cuando. Las muestras son almacenadas en la memoria del equipo, y solo pueden ser enviadas cuando este se encuentra detenido. La comunicación en este modo es unidireccional, por lo tanto no existen datos de control. El equipo solo transfiere a la computadora los datos de los resultados de la medición, lo que significa que el sentido de la comunicación es del Analizador al Computador. 2.1.1 Configuración de los parámetros de comunicación. Antes de comenzar el envío o recepción de cualquier información entre el equipo y la computadora se debe tener en cuenta la configuración de los parámetros de comunicación. En la figura siguiente se muestra como llegar a la pantalla de PARÁMETROS DE COMUNICACIÓN. La dirección para acceder al menú desde la pantalla del equipo sería: CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 39 . Figura 2.2. Menú Com. Parameters para la configuración de los parámetros de comunicación en el Hitachi 902. Tomado de [10]. CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 40 2.1.2 Habilitación de la comunicación. La comunicación es habilitada en la pantalla START CONDITION mediante la selección de HOST COM, como muestra la Figura 2.3. Para acceder a esta pantalla se selecciona el BATCH MODE o EASY MODE y luego se presiona en el botón: . Figura 2.3. Pantalla START CONDITION. Tomado de [9] 2.1.3 Envío de datos desde el Hitachi 902. El envío de los datos se hace a petición del usuario en el menú de Monitor, se pude envíar datos de los resultados de muestras de emergencia, muestras de control o muestras de rutina [9]. En el caso de envío de muestras de rutina se accede al menú Routine Samples, mostrado en la Figura 2.4, a continuación se seleccionan las muestras que se desean envíar (desde la muestra 1 a la 400) y se presiona Start. El camino a seguir es: Figura 2.4. Pantalla de Routine Samples (izquierda) y Routine Samples Send, (derecha) para el envío de muestra de rutina. CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 41 2.2. Conexión física entre Hitachi 902 y computadora. En la tarjeta RSDIST, situada en la parte trasera del instrumento se encuentra el conector J402 (DB15 hembra) para la comunicación serie entre el equipo y una computadora, mediante RS- 232, que es el que se utiliza en este trabajo, o lazo de corriente. Mediante el interruptor 1 del SW1 se puede escoger la salida de datos por RS-232 (OFF) o lazo de corriente current loop (ON), como muestra la Figura 2.5. Figura 2.5. Tarjeta RSDIST del Hitachi 902. Para la conexión entre la computadora y el analizador fue necesaria la confección de un cable con conectores diferentes en los extremos. En el caso de la conexión a la computadora se utilizó un conector DB 9 hembra y para la conexión al Hitachi 902, se utilizó un conector DB 15. En la Tabla 2.2. se muestra el arreglo de pines, tanto para la conexión DB9-DB15 como para DB25-DB15 para el caso de que la computadora utilice este conector en lugar del DB9 usual. CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 42 Los datos se transmiten en comunicación asíncrona, modo half duplex. El cable puede tener una longitud máxima de 15m. 2.3. Comunicación serie utilizando LabVIEW. LabVIEW es un software que utiliza la base de programación gráfica para el desarrollo de sistemas y algoritmos [11]. Es ampliamente utilizado en aplicaciones biomédicas y específicamente en ligadas al equipamiento médico. [12] Tabla 2.2. Arreglo de pines para la confección del cable para la comunicación Hitachi 902-computadora mediante RS-232. LabVIEW proporciona herramientas muy útiles para el manejo del puerto serie. Todas las funciones necesarias para realizar una comunicación serie entre la PC y un periférico se encuentran ya programadas en forma de instrumentos virtuales. De esta forma, la utilización del puerto serie es casi transparente al programador de LabVIEW. [13] Antes de poder utilizar el puerto serie para transmitir y/o recibir, es imprescindible configurarlo. De esta manera se le indica a la PC cómo ha de actuar en las comunicaciones, es decir que puerto serie ha de utilizar, con qué velocidad de transmisión ha de emitir y recibir bytes, que tipo de paridad ha de utilizar, la cantidad de bits de datos por palabra, y todas las demás características necesarias para la comunicación serial, antes mencionadas. CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 43 Es importante tener en cuenta que la configuración que se le dé al puerto serie de la PC ha de ser exactamente la misma que utilice el equipo que esté conectado. Si esto no se cumple, los dispositivos no podrían comunicarse ya que las especificaciones de transmisión serían diferentes. Así pues, será necesario configurar de forma adecuada el puerto serie, teniendo en cuenta las características de comunicación serie del Hitachi 902. Una vez que se ha configurado el puerto ya no es necesario volverlo a hacer mientras no se deseen cambiar las especificaciones de la comunicación. Varios son los íconos utilizados en LabVIEW para configurar el puerto serie y lograr la correcta comunicación entre el equipo médico y la computadora. A continuación se mencionan los principales íconos que utiliza la interfaz. 2.3.1 Configuración del puerto serie. El ícono utilizado para la configuración del puerto serie es el llamado VISA Configure Serial Port.vi. Ejecutando este ícono se elegirán las características de comunicación que se desean para el puerto serie, es decir, la velocidad de transmisión, la paridad, los bits de parada, bits de datos, control de flujo y el puerto de comunicación del dispositivo. La siguiente figura muestra el ícono VISA para configurar el puerto serie. Figura 2.3. Ícono VISA Configure Serial Port.vi A partir de lograrse la configuración del puerto, se puede escribir y leer en el mismo. Según vallan llegando los datos al buffer de recepción se procederá a visualizarlos uno por uno, se utilizarán también varios íconos fundamentales para esta opción. CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 44 Escritura en el puerto serie. Para transferir la información se escoge el ícono adecuado del puerto serie, se cablea de forma correcta y, al ser ejecutado, los datos que se hayan programado serán escritos en el buffer de salida del puerto serie. VISA Write.vi A través de este VI se enviarán los datos por el puerto serie. Tiene una fácil implementación, requiere simplemente de la especificación del puerto al que se va a escribir y de un buffer de entrada de datos tipo string, a su salida podemos obtener una copia del puerto al que se comunica para seguir la comunicación y también retorna un contador de bytes de los datos escritos en el puerto. La Figura 2.4 muestra el ícono de escritura en el puerto serie. Figura 2.4. Ícono VISA Write.vi Lectura del puerto serie. Una vez configurado el puerto serie y establecida la conexión, es posible que el equipo haya transferido datos a la PC. Este proceso de recepción de datos es transparente, es decir, es el propio puerto quien se encarga de gestionar la comunicación con el periférico si éste desea enviar información. Una vez finalizada la transferencia, los datos recibidos quedan almacenados en el buffer de recepción, en espera de que sean leídos. En el momento que se quiera acceder a la información recibida para poder tratarla, es necesario programar un acceso de lectura al puerto. Esta lectura se ha de realizar con el VISA Read.vi. CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 45 Se debe tener en cuenta que una vez que se haya leído cierta información del buffer de recepción, ésta dejará de estar almacenada en él, dejándose espacio en el buffer para nuevos datos que puedan llegar en el futuro. VISA Read.vi Este ícono es utilizado para leer los datos recibidos de acuerdo al número especificado de bytes del dispositivo o interface asignado en VISA Configure Serial Port.vi y retornar los datos en un buffer de lectura. Este VI requiere para su implementación que se especifique el puerto al que se va acceder la información y el número de bytes totales que se están recibiendo y que se van a leer. Él también entrega una copia del puerto con el que se está comunicando y entrega un buffer con la información leída en formato string. Sus características se evidencian en la Figura 2.5. Figura 2.5. Ícono VISA Read.vi 2.3.2. Número de datos en el buffer de entrada. En aplicaciones en las que sea necesario recibir datos por el puerto serie, es muy útil disponer de una herramienta que permita conocer, siempre que se desee, el número de bytes que se han recibido y que todavía no han sido leídos por el programa, es decir, la cantidad de información que se encuentra almacenada en el buffer de entrada del puerto serie en espera de ser leída. Para realizar esta función, Labview dispone del ícono correspondiente al VISA Bytes at Serial Port.vi que se describe a continuación en la figura 2.4. VISA Bytes at Serial Port.vi Este VI entrega, para un número de puerto determinado, la cantidad de bytes que tiene almacenados en su buffer de entrada en espera de que sean leídos. CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 46 Figura 2.4. Ícono VISA Bytes at Serial Port.vi El VISA Bytes at serial port.vi se usa como una propiedad de una referencia, y para este caso en particular, se configura automáticamente como una instrucción del puerto serie, la cual lee la cantidad de bytes que llegan al buffer de entrada. Este ícono ya se encuentra preconfigurado en el menú de funciones en instrumentos de I/O serie. 2.4. Desarrollo de la interfaz para la adquisición de datos desde el Hitachi 902. Para desarrollar la interfaz se analizaron las necesidades y las variables con las cuales debía contar. A continuación se detallan las etapas en las cuales fue dividida. 2.4.1. Etapa de recepción y procesamiento de los datos. En primer lugar, se configuraron los parámetros del puerto serie de manera tal que se mantuvieran constantes; esto es, con una velocidad de recepción de 9600 bits/segundo, tamaño de datos de 8 bits, un bit de parada, paridad nula e ignorando el control de flujo. En la Figura 2.5 se muestra el código donde se configura el puerto serie en LabVIEW. Figura 2.5. Configuración del puerto serial en LabVIEW. CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 47 Para la comunicación con el equipo no fue necesario realizar control de flujo, porque la cantidad de información que se envía a la PC es pequeña, siendo necesario únicamente administrar el buffer de recepción eficientemente. La administración del buffer de recepción que se implementó consiste en leer los datos a medida que estos son recibidos para almacenarlos en la función de LabVIEW denominada Queue o colas, evitando que haya pérdida de información. Los datos son almacenados en las colas en el orden en que fueron recibidos y se extraen directamente de ellas para efectuar el procesamiento de los datos. Es importante destacar que la comunicación escogida entre el equipo médico y la computadora es del tipo unidireccional. La elección se basó en aspectos como, el tipo de interacción que debía tener el usuario con el equipo y los objetivos perseguidos en el trabajo. La comunicación en tiempo real, exigía un gran cambio en las rutinas de trabajo, por tal razón se buscaron otras opciones. Además, un tipo de comunicación en tiempo real requiere de una computadora exclusiva para el equipo, debido a que estos trabajan continuamente, y el hospital actualmente no cuenta con estos recursos informáticos. 2.4.2. Lectura de los datos del Hitachi 902. Las pruebas iniciales fueron fundamentales para comprobar que la estructura de la información enviada correspondía a la especificada en el protocolo del equipo médico; y que finalmente esta información podría ser procesada para el desarrollo de la interfaz que se planteó en esta tesis de grado. Para la lectura de los datos se hace uso del ícono VISA, mostrado en la Figura 2.6, al cual se conectan una señal de referencia de los parámetros de configuración y el número de bytes a ser leídos. La estructura de lectura está diseñada para que se ejecute solamente cuando haya bytes en el buffer de recepción, en otro caso la interfaz sigue verificando la llegada de información al puerto. CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 48 La verificación es ejecutada hasta determinado tiempo, ya que se cuenta con un temporizador, el cual detiene el programa con el objetivo de hacer mejor uso de los recursos del sistema. Figura 2.6. Código LabVIEW para pruebas iniciales de comunicación Hitachi 902. El procesamiento de los datos comienza con su debido empaquetamiento hasta formar un frame, y verificar si el valor de BCC recibido es igual al calculado usando la fórmula del BCC. Si el BCC calculado es diferente al recibido, se muestra un mensaje de error donde se le informa al usuario que la muestra recibida debe ser reenviada porque hubo un error en la información. De lo contrario, se hace una identificación del carácter de frame para determinar cuántos son los frames que conforman la muestra. Si el carácter de frame indica que la muestra está conformada por más de uno, este se mantiene a CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 49 la espera de los otros para unirse y formar un solo vector con todos los valores de la muestra. En caso de que el carácter de frame indique que la muestra se encuentra conformada por un solo frame, este automáticamente se convierte en el vector de muestra. Para lograr la adquisición de los datos, se debe tener en cuenta la estructura del frame enviado y el volumen máximo de transferencia. Como estructura del frame, se escogió la que tiene como código de fin de datos ETX+BCC, a un volumen máximo de transferencia de 256 bytes; esto aplicado a la comunicación en modo solo resultados. CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y DISCUCIÓN 50 CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y DISCUCIÓN 3.1. Pruebas iniciales de la comunicación serie utilizando Hyperterminal. Hyperterminal es una herramienta de comunicaciones de Windows que permite establecer fácilmente la comunicación entre la computadora y otro equipo. Este permitió configurar los parámetros de comunicación serie necesarios para establecer la comunicación con el equipo médico; y de esta manera verificar el buen funcionamiento del puerto de comunicación del equipo médico y la captura de los paquetes de información resultado de los análisis de las muestras; adicionalmente, para comprobar el correcto funcionamiento del cable de comunicación serie. En la Figura 3.1., se muestra la ventana de parámetros de configuración del puerto serie COM1, como son la velocidad, bits de datos, paridad, bits de parada y control de flujo. Figura 3.1. Configuración de la comunicación serial en Hyperterminal. CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y DISCUCIÓN 51 La conexión realizada con el equipo fue sólo para captura de texto, y en una sola dirección de comunicación: del equipo médico a la computadora. Los datos capturados del Hitachi 902 se tomaron teniendo en cuenta las siguientes especificaciones en el equipo: • Velocidad: 9600 baudios • Bits de datos: 8 bits • Bits de parada: 1 bit • Paridad: Ninguna • Volumen de transferencia de datos: 256 bytes Se debe destacar que tanto la computadora como el equipo deben manejar la misma configuración del puerto serie, para lograr una comunicación efectiva. Por lo que se revisaron y modificaron los parámetros de comunicación que no coincidían entre ambos antes de comenzar la etapa de comunicación. Para la realización de las pruebas se utilizó el Analizador Químico Hitachi 902 perteneciente al Hospital Pediátrico José Luis Miranda de la provincia de Villa Clara. En la Figura 3.2 se muestra la recepción de datos a petición del usuario de la primera muestra. Las pruebas realizadas con Hyperterminal fueron positivas, lo que permitió iniciar las pruebas con programación en LabVIEW, y así comprobar la captura de los datos. Figura 3.2. Recepción de datos de muestra 1 mediante el Hyperterminal. CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y DISCUCIÓN 52 3.2 Recepción de los datos de la comunicación utilizando la interfaz en LabVIEW. Se probó la interfaz en LabVIEW y se comprobó el envío y recepción de los datos provenientes del Hitachi 902. En la Figura 3.3 se muestra el panel frontal con la información de 10 muestras que se seleccionaron para efectuar la transmisión. Figura 3.3. Recepción de los datos de 10 muestras en LabVIEW. En la Figura 3.3 se muestra que se logró la adquisición de los datos enviados a petición desde el Hitachi 902 además se demuestra que la conexión fue eficiente. Los datos obtenidos se compararon con los reportes imprimidos en el equipo para verificar que no ocurriera ninguna mala interpretación de los datos obtenidos por parte de la interfaz. CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y DISCUCIÓN 53 Esto se verificó haciendo pruebas en las cuales se variaban las configuraciones, para ver si los errores mostrados eran iguales a los errores esperados. La interfaz tiene la opción de guardar los datos obtenidos en el proceso de envío en un archivo con extensión .txt, lo que posibilita el almacenamiento de la información de los resultados de los análisis realizados para una futura interpretación y utilización de los mismos. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 54 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones: Se cumplieron los objetivos propuestos en el proyecto. Se confeccionó un cable para la comunicación entre el Hitachi 902 y la computadora. Se estableció la comunicación entre el Analizador Químico Hitachi 902 y la computadora. Se logró la obtención de los datos de los test seleccionados y su visualización en la interfaz diseñada en la computadora. Recomendaciones: La interfaz debe desarrollarse para que pueda convertirse en un software que muestre y cree los reportes con los resultados organizados de los análisis realizados en el equipo. El software realizado a partir de la interfaz debe modificarse para lograr la programación del equipo y la impresión de los reportes y no solo para la visualización de los análisis. Se recomienda que la implementación del software sea ejecutable o con un instalador independiente al LabVIEW. 55 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] N. T. Pons, "Aseguramiento de la Calidad en la Etapa Analítica en Química Clínica," Redalyc Sistema de Información Científica, vol. 11, 2007. [2] A. Canchila, "Desarrollo de un sistema de administración y control de equipos médicos del laboratorio clínico de la Universidad de Santander. ," Ingeniero Electrico, Facultad de Ingenierías Fisicomecánicas, Universidad de Santander, 2006. [3] A. S. R. Ramos, "PROLAB, sistema automatizado para equipos de laboratorio clínico. 2007. ," VII Congreso de la Sociedad Cubana de Bioingeniería. , 2007. [4] J. Suardiaz, "Analisis Instrumental," in Laboratorio Clínico, ed La Habana: Ciencias Médicas, 2004. [5] L. E. Schoeff, "Light and Its Measurement," in Principles of Laboratory Instruments, R. H. Williams, Ed., ed, 1993. [6] SERVICE MANUAL FOR MODEL 902 AUTOMATIC ANALYZER: Boehringer Mannheim Corporation, 1997. [7] Hitachi 902 Analyzer Reference Guide: Boehringer Mannheim Corporation, 1997. [8] M. d. M. G. García, "Desarrollo de un instrumento virtual para control de un equipo de Potenciales Evocados " Licenciatura en Ingeniería Biomédica Departamento de Ingeniería Eléctrica UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA, D. F. México, 2003. [9] C. Mahlmann, HITACHI 902 Automatic Analyzer Host Interface Manual: Roche Diagnostics, 1999. [10] Hitachi 902 Analyzer Software Guide Boehringer Mannheim Corporation, 1997. 56 [11] W. E. López, " Desarrollo de un sistema SCADA para la medición de temperatura con sistemas embebidos para el Laboratorio de Mecatrónica de la Facultad de Mecánica " Tesis de Grado, ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO, RIOBAMBA, 2011. [12] G. F. Neer, "Aplicaciones del Software LabVIEW en Electromedicina," Universidad Tecnóloga Nacional de Argentina2003. [13] LabVIEW Basics I Course Manual: National Instruments Corporation 2000.