Design and development of reconfigurable sensor conditioning hardware for a temperature measurement instrument, illuminance, sound level, vibration, wind speed and relative humidity

El presente documento pretende describir el proyecto titulado: “DISEÑO Y DESARROLLO DE HARDWARE RECONFIGURABLE DE ACONDICIONAMIENTO DE SENSORES PARA UN INSTRUMENTO DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA, ILUMINANCIA, NIVEL DE SONIDO, VIBRACIÓN, VELOCIDAD DEL VIENTO Y HUMEDAD RELATIVA“, el cual fue desarrollado mediante la modalidad de pasantía ante la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, facultad de ingeniería; y que forma parte de un proyecto del Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Industria Electro, Electrónica e Informática (CIDEI), la empresa Kuspyde Ingeniería LTDA y COLCIENCIAS con código ante Colciencias No: 329040320686; con la financiación y aprobación de COLCIENCIAS y que se presenta como conclusión a un proyecto previo de Vigilancia Tecnológica apoyado por COLCIENCIAS código 329037019598, ejecutado por el CIDEI, a petición del interesado Kuspyde Ingeniería LTDA, quien deseó hacer una revisión del tema y conocer las prácticas claves en el diseño de productos. Se desea con este texto, aportar las experiencias recogidas a lo largo del desarrollo de este proyecto, y brindar al lector una guía que pueda servir de ejemplo para el diseño y creación de equipos de hardware de productos, recorriendo el camino de la metodología aquí implementada, desde la fase de requerimientos, hasta tener un prototipo terminado y funcional. Los métodos aquí utilizados son sólo algunos de los muchos que existen en el mundo y no representan una limitante para que la persona que desee utilizar algún otro pueda hacerlo; simplemente fueron escogidos porque se acordó que eran los más adecuados para este tipo de implementación. Se pretende también dar a conocer las distintas mediciones, índices y magnitudes físicas que son susceptibles de ser medidas en ambientes laborales, con el propósito de llevar un control sobre estos valores, que pudieran pasar ciertos límites, en donde se convertirían en perjudiciales para la salud de los trabajadores. En este texto se encontrará un marco teórico que nos informará sobre generalidades de instrumentación electrónica, y un resumen de los métodos de evaluación de índices para la medición de las diversas variables ambientales que son medidas con el dispositivo desarrollado. También se encontrarán aportes sobre la metodología utilizada para el diseño y desarrollo de este hardware, así como una revisión al hardware reconfigurable diseñado. La mayor parte de las referencias corresponden a documentación propia del proyecto, y la cual también hizo parte de las tareas asignadas en el proceso de pasantía, se tuvo un gran apoyo en las normas nacionales e internacionales (ISO, NTC, IEC) así como en libros propios de instrumentación electrónica y de medidas acústicas y de vibraciones. Fundamentalmente se muestra el resultado del trabajo que se realizó durante los seis meses de pasantía, y la manera en la que se cumplieron los objetivos que habían sido propuestos en el anteproyecto y que se revisan en este documento. El principal requerimiento dado para este gran proyecto es el de desarrollar un instrumento de medición de múltiples variables para la empresa interesada; y que además cumpla con todas las normas técnicas colombianas o aplicables para Colombia y se enmarque en un panorama legal dentro del territorio nacional para todo lo relacionado con instrumentos de medición y estimación de las variables medidas. El sistema debe estar en la capacidad de tomar muestras de múltiples sensores (6), llevar los datos a un sistema portátil de visualización y análisis de resultados en donde se debe mostrar un resumen con gráficas, índices de las variables calculadas, rangos máximos y mínimos, etc.; de una manera sencilla y agradable para que el usuario final pueda acceder a los datos y manipular el dispositivo sin necesidad de tener conocimientos técnicos del hardware ni del software desarrollado. El propósito de este dispositivo debe ser el de calcular índices ambientales en lugares de trabajo, con los cuales se pueda llevar a cabo un control, ya que la exposición a ciertas variables físicas en ciertas condiciones pueden ocasionar serios daños en la salud de los trabajadores. El CIDEI, es una entidad de carácter privado sin ánimo de lucro, creada con capital semilla de Colciencias y aportes del sector privado, que nace con el fin de impulsar el desarrollo de las empresas colombianas de la Cadena Productiva Maquinaria y Equipo Eléctrico y Electrónica Profesional y de las cadenas susceptibles de alcanzar su desarrollo tecnológico por medio de la investigación aplicada y la incorporación de las tecnologías eléctrica, electrónica e informática. Y cuya misión es contribuir permanentemente al desarrollo tecnológico de las empresas, a través de la realización de planes, programas y proyectos de investigación para el desarrollo de procesos, productos y servicios eléctricos, electrónicos e informáticos, dando un aporte significativo al desarrollo económico y social del país y contribuyendo al mejoramiento de las condiciones de vida del pueblo colombiano, al desarrollo y modernización de la industria colombiana.[1] Allí trabajan profesionales en ingeniería y pasantes de facultades de ingeniería, formulando y desarrollando proyectos constantemente, que cumplen con la visión de la institución y que cada vez aportan más conocimiento, investigación, desarrollo y soluciones para la empresa colombiana y el sector público. KUSPYDE INGENIERÍA LTDA, es una empresa del sector privado y que provee soluciones a la industria nacional en diversas áreas, sus principales actividades están en: el diseño y fabricación de equipo electrónico de diversas aplicaciones; la automatización de procesos industriales, la evaluación técnica y económica de proyectos de automatización industrial; el asesoramiento en las técnicas de la ingeniería eléctrica, electrónica, industrial y sistemas; el servicio de mantenimiento y reparación de redes telefónicas y de telecomunicaciones entre otros.[2]This document aims to describe the project entitled: "DESIGN AND DEVELOPMENT OF RECONFIGURABLE HARDWARE FOR SENSOR CONDITIONING FOR AN INSTRUMENT TO MEASURE TEMPERATURE, ILLUMINANCE, SOUND LEVEL, VIBRATION, WIND SPEED AND RELATIVE HUMIDITY", which was developed through the internship modality before the Francisco José de Caldas District University, engineering faculty; and that is part of a project of the Center for Research and Technological Development of the Electro, Electronics and Information Technology Industry (CIDEI), the company Kuspyde Ingeniería LTDA and COLCIENCIAS with code before Colciencias No: 329040320686; with the financing and approval of COLCIENCIAS and which is presented as a conclusion to a previous Technological Surveillance project supported by COLCIENCIAS code 329037019598, executed by CIDEI, at the request of interested Kuspyde Ingeniería LTDA, who wished to review the subject and know the practices keys in the design of products. With this text, we wish to contribute the experiences gathered throughout the development of this project, and provide the reader with a guide that can serve as an example for the design and creation of hardware products, going the way of the methodology implemented here , from the requirements phase, to having a finished and functional prototype. The methods used here are just some of the many that exist in the world and do not represent a limitation for the person who wishes to use someone else to do so; they were simply chosen because it was agreed that they were the most suitable for this type of implementation. It is also intended to make known the different measurements, indices and physical magnitudes that are likely to be measured in work environments, with the purpose of keeping a check on these values, which may pass certain limits, where they would become harmful to health from the workers. In this text you will find a theoretical framework that will inform us about generalities of electronic instrumentation, and a summary of the methods of evaluation of indexes for measuring the various environmental variables that are measured with the developed device. There will also be contributions on the methodology used for the design and development of this hardware, as well as a review of the reconfigurable hardware designed. Most of the references correspond to the project's own documentation, and which was also part of the tasks assigned in the internship process, there was great support in national and international standards (ISO, NTC, IEC) as well as in own books of electronic instrumentation and acoustic and vibration measurements. Fundamentally, the result of the work that was carried out during the six months of the internship is shown, and the manner in which the objectives that had been proposed in the preliminary project were met and that are reviewed in this document. The main requirement given for this great project is to develop a multi-variable measurement instrument for the interested company; and that also complies with all Colombian technical standards or applicable to Colombia and is framed in a legal landscape within the national territory for everything related to measuring instruments and estimation of the measured variables. The system must be able to take samples from multiple sensors (6), take the data to a portable visualization and results analysis system where a summary should be shown with graphs, indexes of the calculated variables, maximum and minimum ranges , etc.; in a simple and pleasant way so that the end user can access the data and manipulate the device without needing to have knowledge hardware technicians or developed software. The purpose of this device must be to calculate environmental indexes in workplaces, with which a control can be carried out, since exposure to certain physical variables in certain conditions can cause serious damage to the health of workers. The CIDEI, is a non-profit private entity, created with Colciencias seed capital and contributions from the private sector, born with the purpose of promoting the development of Colombian companies of the Productive Chain Machinery and Electrical Equipment and Professional Electronics and of the chains capable of achieving their technological development through applied research and the incorporation of electrical, electronic and computer technologies. And whose mission is to contribute permanently to the technological development of companies, through the realization of plans, programs and research projects for the development of electrical, electronic and computer processes, products and services, giving a significant contribution to economic and social development of the country and contributing to the improvement.The CIDEI, is a non-profit private entity, created with Colciencias seed capital and contributions from the private sector, born with the purpose of promoting the development of Colombian companies of the Productive Chain Machinery and Electrical Equipment and Professional Electronics and of the chains capable of achieving their technological development through applied research and the incorporation of electrical, electronic and computer technologies. And whose mission is to contribute permanently to the technological development of companies, through the realization of plans, programs and research projects for the development of electrical, electronic and computer processes, products and services, giving a significant contribution to economic and social development of the country and contributing to the improvement of the living conditions of the Colombian people, to the development and modernization of the Colombian industry. [1] There are professionals in engineering and interns from engineering faculties, formulating and developing projects constantly, which comply with the vision of the institution and which increasingly bring more knowledge, research, development and solutions for the Colombian company and the public sector. KUSPYDE INGENIERÍA LTDA, is a private sector company that provides solutions to the national industry in various areas, its main activities are: the design and manufacture of electronic equipment of various applications; the automation of industrial processes, the technical and economic evaluation of industrial automation projects; advising on the techniques of electrical, electronic, industrial and systems engineering; the service of maintenance and repair of telephone and telecommunications networks among others. [2