Comunicación inalámbrica y software de control de dispositivos electrónicos: aplicación para un sistema de medida portátil de sensores fotónicos

Abstract

[ES] El trabajo recogido en este documento forma parte de una colaboración con el Instituto Universitario de Tecnología Nanofotónica de Valencia, y tiene como finalidad la realización de la parte software de un prototipo de caracterización de sensores fotónicos de alta precisión. El proyecto tiene como objetivo el desarrollo de un sistema de captación de las señales obtenidas a partir de dos fotodiodos y de la circuitería necesaria para ello, al incidir sobre una muestra a caracterizar la luz de un láser. El fotodiodo mide la corriente, luego se incluye un circuito que transforma dicha corriente en tensión, se elimina el ruido, y ajusta el nivel para no sature el conversor A/D del microcontrolador. El sistema se divide en dos grandes bloques. Por un lado, las variaciones en la reflectividad de la muestra a caracterizar serán recogidas con la ayuda de un circuito electrónico, que emplea el Arduino MKR Wifi 1010 como hardware específico. Esta parte se ha desarrollado en el Trabajo de Fin de Grado titulado ¿Sistema de caracterización de sensores fotónicos basado en medidas de la intensidad de la luz reflejada¿. El objetivo del segundo bloque, en el que se engloba el presente Trabajo, se basa en la realización de un programa que procesa la señal de referencia procedente del láser, de test correspondiente a la muestra a caracterizar, y la corriente del láser, todo en tiempo real. Además, acondiciona dichas señales con un promediado de los datos, para suavizar las imprecisiones en la lectura. El sistema también incluye dos indicadores para garantizar la estabilidad del circuito: nivel de batería y estado del conversor Analógico/Digital. Otro punto reseñable de este Trabajo es que la comunicación entre el setup de medida y el ordenador se realiza vía Wifi. Para el análisis de las señales se ha creado una aplicación de escritorio que ofrece al usuario una interfaz gráfica con la que configurar cada aspecto de la transmisión y representación. El software utilizado para este entorno es Visual Studio, ya que permite crear un diseño completo, atractivo e intuitivo. Asimismo, la aplicación facilita el almacenamiento de las mediciones, y las vuelca en un archivo de formato Excel para utilizarlas posteriormente. Con la realización de este sistema se pretende dotar al usuario de la capacidad de evaluar el comportamiento de diferentes muestras con total movilidad y en tiempo real. El proyecto implica un recurso práctico en términos de inmediatez y comodidad.

[EN] This working document forms part of a partnership with the Nanophotonic Technology Center of Valencia and it is intended for making the software part and prototyping a high precision characterizing device of photonic sensors. The project is aiming the development of a system based on capturing signals obtained by two photodiodes and the needed circuitry when light beams fall onto a sample. The photodiode measures current, then the circuit transforms the I into V, the noise is attenuated and the level is adjusted in order to avoid saturation of the A/D conversor. The system is divided into two blocks. On one hand, variations in the emitted reflectivity are collected by means of an electronic circuit based on an Arduino MKR Wifi 1010 as specific hardware. This section has been developed in Final Degree Project titled ¿Sistema de caracterización de sensors fotónicos basado en medidas de la intensidad de la luz reflejada¿. On the other hand, the aim of the second part, which includes this document, is based on the development of a program which processes the reference, test and laser current signals, and it prepares them by a data average in order to attenuate inaccuracies in the reading. Moreover, the system features two indicators to guarantee the circuit stability: battery level and the status of the Analog/Digital converter. Another remarkable point is that every measure is sent via Wi-Fi to a local computer, getting wireless communication. In addition, a desktop application is created to analyze the signals and for offering the user a graphical interface with which it is possible to configure each attribute of the transmission and representation. The software used for this environment is Visual Studio, because it allows to create a complete, appealing and intuitive design. What¿s more, the application makes the storage of the measurements easy and it transfers them into an Excel format file for later use. The completion of this system is intended to provide the user the capacity to assess the behavior of several samples with total mobility and in real time. This project involves a practical resource in terms of immediacy and comfort.

[CA] El treball plasmat en aquest document forma part d’una col·laboració amb el Institut Universitari de Tecnologia Nanofotònica de València i té com a finalitat la realització de la part software d’un prototip de caracterització de sensors fotònics de alta precisió. El projecte té com a objectiu el desenvolupament d’un sistema de captació de les senyals mesurades per dos fotodiodos i de la circuiteria necessària, al incidir sobre una mostra a caracteritzar la llum d’un làser. El fotodiodo mesura el corrent, després s’inclou un cricuit que transforma aquesta corrent a tensió, s’elimina el soroll i s’adjusta el nivell per a no saturar el conversor A/D del microcontrolador. El sistema es divideix en dos grans blocs. Per una banda, les variacions en la reflectivitat emesa per la mostra a caracteritzar son recollides mediant un circuit electrònic basat en un Arduino MKR Wi-Fi 1010 com a hardware específic. Aquesta part s’ha desenvolupat en el Treball de Fi de Grau titulat “Sistema de caracterización de sensores fotónicos basado en medidas de la intensidad de la luz reflejada” L’objectiu del segon bloque, en el que s’engloba aquest Treball, es basa en la creació d’un programa que processa la senyal de referència del láser, de test corresponent a la mostra, i el corrent del làser, tot en temps real. Més a més, acondiciona aquestes senyals amb una mitjana de les dades per a suavitzar les imprecisions en la lectura. El sistema també inclou dos indicadors per a garantir la estabilitat del circuit: nivell de batería y estat del conversor Analògic/Digital. Altre punte remarcable es que, la comunicació entre el setup de medida i l’ordinador se fa via Wifi. Per al anàlisis de les senyals es genera una aplicació d’escritori que ofereix a l’usuari una interfície gràfica amb la que configurar cada aspecte de la transmisió i representació. El software emprat per a aquest entorn es Visual Studio, ja que permet crear un diseny complet, atractiu e intuitiu. Així mateix, la aplicació facilita l’emmagatzematge de les mesures i les bolca en un arxiu de format Excel per a utilitzar-les posteriorment. Amb la realització d’aquest sistema es preten dotar a l’usuari de la capacitat d’evaluar el comportament de diferents mostres amb total mobilitat y en temps real. El projecte implica un recurs pràctic en termes de immediatesa i comoditat