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Aspecto a evaluar Comercial Propia
Conocimiento de la Arquitectura del sistema NO SI
Funcionamiento de cada componente Global SI
Proceso de Fabricación NO SI
Información sobre programación Parcial SI
Metodoloǵıa de diseño SW HW y SW
Modificable-Flexibilidad NO SI
Posibilidad de generar nuevos productos NO SI
Tabla 3.4: Criterios analizados para el diseño e implementación del sistema embebido
TES ROv2.0.
se conoce detalladamente sus componentes tanto de software como de
hardware necesarios para su funcionamiento.
b. Funcionamiento de cada componente: en los sistema embebidos comer-
ciales, al no conocerse la arquitectura de hardware, no es accesible la
información detallada de sus componentes, el fabricante solo presenta
las caracteŕısticas generales del sistema, con las cuales el usuario pue-
de indagar sobre el funcionamiento global. Por otro lado, para realizar
el diseño de un sistema embebido es necesario conocer el funciona-
miento de cada uno de los componentes de hardware y software que lo
integran.
c. Proceso de Fabricación: este aspecto es desconocido en los dispositivos
comerciales y depende de la información que suministra el proveedor.
En cambio, cuando se trabaja con un sistema embebido propio uno de
los principales conceptos que se adquieren corresponde al conocimiento
total del proceso de fabricación (Desde el diseño hasta la implementa-
ción de los componentes electrónicos de montaje superficial).
d. Información sobre programación: en el sistema embebido propio se
conoce todo la programación realizada al sistema, desde los programas
básicos que controlan el hardware y los periféricos, hasta el software
de alto nivel implementado para realizar la captura y transmisión de
las señales Biomédicas. Mientras que en los dispositivos comerciales
se conoce parcialmente la programación realizada al sistema y en la
mayoŕıa de los casos se trabaja en el nivel de usuario desarrollando las
aplicaciones.
e. Metodoloǵıa de diseño: en el sistema embebido propio se aplican meto-
38
doloǵıas de diseño Hardware/Software, efectuando las etapas de con-
cepción, diseño, implementación, uso y operación. Mientras que en los
dispositivos comerciales solo se puede trabajar en el software, razón
por la cual el usuario se enfoca en el uso y operación del sistema.
f. Modificable-Flexibilidad: los dispositivos comerciales son productos fi-
jos que no permiten modificaciones de hardware, motivo por el cual
no son una solución óptima para un diseño espećıfico que requiera
la implementación de arquitecturas espećıficas. En cambio en un di-
seño propio todas sus caracteŕısticas Software/Hardware pueden ser
modificadas haciendo al sistema altamente flexible y adaptable a los
requerimientos del problema. Por ejemplo en el sistema TES ROv2.0
se diseñaron dos módulos de HW espećıficos para realizar la captura
y transmisión de las señales biomédicas.
g. Posibilidad de generar nuevos productos: hace referencia a conocer
todos los aspectos de la arquitectura para generar nuevos productos o
agregar utilidades a los sistemas embebidos. Un ejemplo de un nuevo
producto es el diseño TES ROv2.0 creado para el desarrollo de la tesis.
3.4.2. Generalidades del Sistema TES ROv2.0
La actividad espećıfica que realiza el sistema TES ROv2.0 consiste en
capturar la información digitalizada de las señales biomédicas proveniente de
las tarjetas electrónicas, adaptarla y transmitirla por medio de un dispositivo
externo de comunicación, como se muestra en la Figura 3.8.
-�
�
-�
-
�
-
SISTEMA
EMBEBIDO
SpO2
PA
ECG
Tarjetas
Información
Dispositivo de
Comunicación
Figura 3.8: Esquema general para el diseño del Sistema Embebido TES ROv2.0.
El diseño del sistema TES ROv2.0 se base en la plataforma de desarrollo
ECB AT91 [19], diseñada en la Universidad Nacional de Colombia, la cual
se presenta a continuación.
39
Plataforma ECB AT91
Es una plataforma desarrollada para aplicaciones académicas e indus-
triales, en la Figura 3.9 se presenta la foto de esta plataforma, la cual puede
se accede por puerto serial, USB y Ethernet. Esta implementada con el Pro-
cesador ARM9 a 180 MHz (Atmel AT91RM9200) y sus dimensiones son
85 mm x 77 mm. Soporta tres diferentes distribuciones distribuciones de
sistemas operativos embebidos: Debian GNU/Linux, Openembedded y buil-
droot. [19, 31,32]
Figura 3.9: Plataforma ECB AT91.
Este sistema embebido hace parte de las plataformas electrónicas di-
señada e implementadas en el Departamento de Ingenieŕıa Eléctrica y Electróni-
ca (DIEE) de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) que utilizan
tecnoloǵıa moderna (procesadores de 32 bits y el sistema operativo Li-
nux) [13] [14] [17] [15] y los cuales entran en la clasificación del hardware
copyleft ; esto significa, sistemas hardware17 que cumplen con las caracteŕısti-
cas de los proyectos de software libre18.
17Sistemas Hardware refiere a: placas de circuito impreso, carcasas.
18Algunas de las caracteŕısticas de los proyectos de SW son: la disponibilidad de los ar-
chivos necesarios para entender, reproducir, modificar y utilizar (incluso para fines comer-
ciales) proyectos existentes; la utilización de software abierto para su diseño; licenciadas
bajo el esquema de licencias Creative Commons (CC) BY - SA, la cual permite la distri-
bución, modificación y uso incluso para fines comerciales, teniendo como condiciones: dar
40
El sistema TES ROv2.0 diseñado e implementado en la tesis es una pla-
taforma en la cual se aplicó la metodoloǵıa para la transferencia tecnológica
y de conocimientos diseñada en el DIEE de la UNAL [16], con el objetivo de
difundir la utilización de esta tecnoloǵıa en la creación de soluciones a pro-
blemas locales en el campo de la telemonitorización de señales biomédicas.
Descripción
El sistema TES ROv2.019 se basa en la arquitectura20 mostrada en la
Figura 3.10, en la cual se integran componentes espećıficos de hardware
y software, diseñados en forma paralela con el objetivo de desempeñar la
actividad espećıfica nombrada anteriormente.
Figura 3.10: Arquitectura t́ıpica de un Sistema Embebido. [19]
Las caracteŕısticas del sistema TES ROv2.0 diseñado se resumen a con-
tinuación:
Procesador ARM920T de 180 MHz.
crédito al autor del trabajo original y que los trabajos derivados tengan el mismo esquema
de licencias.
19El diseño se realiza bajo las filosof́ıas de Hardware/Software libre.
20Esta arquitectura integra los componentes de HW y SW en un dispositivo semicon-
ductor (SoC-System on Chip). [19]
41
Dimensiones: 11cm x 10cm, altura máxima de 2cm.
Alimentación: 5V ± 10 %.
Memoria serial Flash de 2 MB, memoria SDRAM de 32MB.
PCB (Printed Circuit Board) de dos capas.
Una Ranura para memoria SD/MMC.
Interfaz Ethernet 10/100.
6 puertos seriales (RS232), un puerto I2C, 4 puertos USB.
3.4.3. Módulos del Sistema TES ROv2.0
El sistema TES ROv2.0 implementado se presenta en la Figura 3.11, en
el cual se identifican los tres módulos que lo componen:
Figura 3.11: Fotos del sistema TES ROv2.0.
Módulo de Procesamiento: son los componentes que constituyen la
arquitectura fundamental del sistema TES ROv2.0. Este módulo se
basa en la plataforma de desarrollo ECB AT91.
42
Módulo de Adquisición: es el sector que se encarga de capturar la infor-
mación proveniente de las tarjetas de adquisición de señales biomédi-
cas.
Módulo de Comunicación: corresponde a los componentes electrónicos
diseñados para realizar la comunicación del sistema, ya sea por redes
cableadas o inalámbricas, al sistema de información cĺınico.
Tanto el módulo de comunicación como el de adquisición constituyen el
aporte principal de Hardware realizado en el sistema TES ROv2.0, los cuales
fueron diseñados a la medida para realizar la captura y transmisión de las
señales biomédicas al sistema de información cĺınico SARURO.
3.4.4. Componentes Electrónicos
En la Figura 3.12 se identifican los componentes electrónicosy periféricos
más importantes del Sistema Embebido.
Figura 3.12: Identificación de los principales componentes y periféricos en el sistema
TES ROv2.0.
43
3.4.5. Módulo de Procesamiento
En la construcción del sistema TES ROv2.0, el módulo de procesamiento
esta integrado por:
Unidad de Procesamiento: para la implementación esta unidad se uti-
liza el SoC (System on Chip) AT91RM9200, fabricado por Atmel, el
cual integra en su núcleo el procesador ARM920T [18, 32, 86]. Es una
solución completa que minimiza el costo de fabricación de un dispo-
sitivo y ofrece soporte a un gran número de interfaces y protocolos.
Algunas de las caracteŕısticas del SoC AT91RM9200 son:
• Integra el procesador ARM920T de 200 MIPS a 180 MHz. Posee
Memory Management Unit (MMU).
• Tiene soporte para memorias: SDRAM, NAND flash, DataFlash,
SD/MMC y CompactFlash.
• Posee puertos: USB 2.0 host, I2C, SPI, serial RS232 y Ethernet.
• Tiene soporte para las Interfaces: high speed USB 2.0, Ethernet
10/100 Base T y interfaz de bus externo (EBI).
• Ofrece soporte para el estándar IEEE 1149.1 JTAG.
• Tiene una memoria interna SRAM de 16 KB y una memoria
ROM de 128KB.
Dispositivos de Almacenamiento: el almacenamiento de los datos se
realiza utilizando los siguientes componentes:
• MT48LC: es una memoria dinámica de acceso aleatorio con una
interfaz sincrónica o SDRAM de 32MB.
• AT45DB161: es una memoria Flash de interfaz serial reprogra-
mable por software de tipo NOR fabricada por ATMEL. Permite
realizar la lectura de los datos hasta una velocidad de 66 MHz.
Periféricos: para implementar los dos principales periféricos se utilizó:
• MAX3223 : proporciona una interfaz eléctrica entre el controla-
dor de comunicación asincrónico y el conector de puerto serie.
Funciona hasta velocidades de señalización de datos de 250 kbps
y es fabricado por Texas Instruments.
• KS8721 : es un producto de la ĺınea de Ethernet. Ofrece una inter-
faz de la subcapa MAC y la capa f́ısica con el procesador ARM.
Opera a 2.5V, con velocidades de 10BaseT/100BaseTX/FX [57,
69].
44
3.4.6. Sistema Operativo Embebido
Para el funcionamiento correcto del sistema TES ROv2.0 es necesario
adaptar el software a la arquitectura espećıfica del hardware (Ver Sección
2.3.2), con el objetivo de tener soporte y herramientas capaces de gestionar
los componentes electrónicos. Esta adaptación permite programar el sistema
para capturar la información de las señales biomédicas y realizar su trans-
misión por las redes inalámbricas.
En la Figura 3.13 se presenta la arquitectura de los componentes del
software implementados en el sistema embebido y la ubicación de la herra-
mienta de desarrollo, con la cual se realiza la compilación cruzada.
Host
* Plataforma
Cruzada de
Desarrollo
* Root
Filesystem
Board (S.E.)
* Darrell’s loader
* Kernel
* u-boot
�
? ?
-
microSD
Openembedded
Figura 3.13: Arquitectura de los componentes de software del sistema embebido y la
herramienta de desarrollo en el Host.
En la siguiente sección se presentan los componentes de software utiliza-
dos en la implementación del sistema21.
Puesta a punto del Software en el Sistema TES ROv2.0
Cuando se inicia el proceso de desarrollo del sistema embebido no se
cuenta con programas de alto nivel que faciliten el manejo y control total
del mismo, por ende, es necesario almacenar y emplear programas básicos
que controlen los componentes electrónicos y/o los periféricos disponibles,
para posteriormente instalar programas más complejos que faciliten el tra-
bajo en el sistema.
Dependiendo del hardware o la plataforma implementada se tienen varios
métodos para descargar un programa a la memoria del sistema:
21En el Apéndice D se presenta la descripción detallada de los componentes de software
y los pasos realizados para su implementación.
45
Usando el puerto JTAG para acceder a las memorias de la plataforma
y ejecutar un programa residente en ellas. Esto se logra porque el
puerto proporciona una interfaz que controla los registros internos del
procesador.
Utilizando una aplicación llamada “Loader” que está almacenada en
una memoria no volátil de una plataforma o de un SoC, que permite
descargar archivos usando periféricos como el puerto serie o la interfaz
de red.
Espećıficamente para este sistema, el SoC AT91RM9200 posee un pro-
grama de inicialización (Boot Program) almacenado en su ROM interna22.
Este programa de arranque en su algoritmo de implementación23, revisa pri-
mero si hay una aplicación valida en la memoria DataFlash y si la encuentra
la carga en la SRAM del SoC y la ejecuta, en caso contrario habilita el puer-
to serial de depuración y env́ıa el carácter C. Este carácter simboliza que
el SoC esta listo para recibir el primer archivo binario correspondiente a la
aplicación denominada Darrel’s Loader24
El Darrell’s Loader [19, 31, 44] es una pequeña aplicación basada en los
gestores de arranque (u-boot) (Ver Sección D.1). Esta aplicación configura
la memoria SDRAM externa, transfiere aplicaciones por medio del protoco-
lo XModem a esta memoria, configura el puerto serie, controla la memoria
DataFlash y almacena aplicaciones como el u-boot y el kernel en ella.
El u-boot es un gestor de arranque (Universal Bootloader [34]) para varias
arquitecturas de procesadores, entre las que se encuentra ARM (Ver Sección
D.2). Permite cargar archivos utilizando varios periféricos como: Ethernet,
puertos seriales, memoria SD, Flash, NAND y NOR. Esta aplicación con-
duce la inicialización del hardware a bajo nivel para después arrancar la
imagen del kernel de Linux y cederle el control.
22Las principales caracteŕısticas del Boot Program son: Descargar y correr aplicaciones
almacenadas en dispositivos externos o en su SRAM interna; Detectar automáticamente
una aplicación valida; Dar soporte a memorias no volátiles como la DataFlash y Permitir la
comunicación: por el puerto serial de depuración (DBGU-Debug Unit serial port) usando
el protocolo XModem, o por el puerto USB con el protocolo DFU (Device Firmware
Upgrade).
23El algoritmo del programa de arranque del SoC se puede consultar en la hoja de
especificaciones.
24En este documento no se muestran las modificaciones iniciales realizadas al software
para adaptarlo a este tipo de plataformas, este proceso esta descrito en: [19].
46
El kernel es el componente fundamental del sistema embebido (Ver Sec-
ción 2.3.2), el cual requiere ser configurado para desarrollar una actividad y
soportar una arquitectura de hardware espećıfica. La adaptación del kernel
requiere de la ejecución de varios paso que permiten realizar su compilación25
e implementación en el sistema (Ver Sección D.3). La imagen utilizada en el
sistema embebido es la versión “linux-2.6.30.5 ”.
Una vez se inicializa el kernel, esté transfiere el control del sistema a un
nivel independiente de la arquitectura, en el que se inicializa la abstracción
de alto nivel, se monta el Root Filesystem26 (Ver Sección D.4) y se ejecutar
el primer proceso en el espacio de usuario llamado init process [19,110]. Una
de las actividades iniciales realizadas por el kernel consiste en establecer un
dispositivo para la interacción con el usuario, el cual corresponde a la con-
sola serial (/dev/console) para esta plataforma.
En este punto ya se tiene el control sobre el sistema embebido y se
procede a ejecutar las aplicaciones a nivel de usuario requeridas en su fun-
cionamiento, con las cuales se captura y se transmite la información de las
señales biomédicas.
3.5. Diseño del Módulo de Comunicación y Ad-
quisición del sistema TES ROv2.0
Para realizar la captura de la información proveniente de las tarjetas de
adquisición de las señales biomédicas y la comunicación del sistema embebi-
do por las redes inalámbricas, se realizó el siguiente diseño a la medida cuya
arquitectura se presenta en el diagrama de bloques mostrado en la Figura
3.14 y los esquemáticos realizados se presentan en elApéndice B.
A continuación se presenta la información de los dos módulos, identifi-
cando sus componentes y su funcionamiento.
25La compilación del kernel se realizó con el toolchain generado por el entorno de desa-
rrollo “Openembedded”.
26El Root Filesystem se genero con Openembedded.
47
SoC
AT91RM9200 -�
TUSB
HD A
�
-
�
-
-�
� -�
-
-
�
�
-
-�
�
-
�-
HUB
FTDI
FTDI
FTDI USB
FTDI2 USB
OXI J36
ECG J37
Pressure
J35
Módulo
Adquisición
Módulo
Comunicación
de
de
USB Auxiliar
USB3
USB5
USB4
USB2
XBEE
J38
J7
J18
J11
J5
2077A
Figura 3.14: Diagrama de bloques del hardware que realiza la adquisición de las señales
y la comunicación del S.E. TES ROv2.0..
3.5.1. Módulo de Adquisición
El diseño del módulo de adquisición en el sistema TES ROv2.0 permite
conectar directamente las tarjetas comerciales, sin la necesidad de agregar
otros componentes electrónicos o modificar los cables de conexión entre los
dispositivos. Este módulo integra protecciones para picos de corrientes y
permite alimentar directamente las tarjetas. El diagrama de bloques del
módulo se presenta en la Figura 3.15.
Figura 3.15: Diagrama de bloques del Módulo de Adquisición de señales biomédicas del
sistema TES ROv2.0.
48
3.5.2. Módulo de Comunicación
El módulo de comunicación ofrece tres puertos USBs, como se presenta
en el diagrama de bloques de la Figura 3.16, para conectar los dispositivos
externos de comunicación, de tal forma que permite al sistema transmitir
la información a SARURO por redes WPAN, WLAN y redes Celulares. (El
proceso de configuración para el sistema TES ROv2.0 se presenta en las
secciones posteriores).
Figura 3.16: Diagrama de bloques del Módulo de Comunicación del sistema
TES ROv2.0.
3.5.3. Componentes Electrónicos de los Módulos de Adqui-
sición y Comunicación
Los componentes electrónicos que integran estos módulos son:
FTDI2232D : es un interfaz USB que incorpora la funcionalidad de dos
FTDIs de segunda generación, especializados en convertir periféricos
en puertos USB (Universal Serial Bus). Los driver de este chip están
disponibles para los sistemas operativos Linux, Mac OS y Windows.
Algunas de las caracteŕısticas del FTDI2232D son:
• Es un chip con dos canales seriales configurables.
• Maneja el protocolo USB.
49
• Tiene dos interfaces seriales asincrónicas (UARTs) que soportan
esquemas de 7 u 8 bits de datos, 1 o 2 bits de parada, y los bist
de control: par/impar/marca/espacio/no paridad.
• Su rata de transferencia de datos es de 300 Baudios a 1 MBaudio
en RS232 y de 300 Baudios a 3 MBaudios en niveles TTL.
TUSB2077A: es un hub fabricado por Texas Instruments que provee
hasta 7 puertos USB versión 1.1. Algunas de las caracteŕısticas de este
dispositivo son: tiene dos modos de alimentación (alimentación por bus
o auto-alimentación), detecta sobrecorrientes y soporta el Product ID
(PID) y el Vendor ID (VDI) por medio de una EEPROM serial externa.
SN75240 : es un supresor de voltaje transiente, diseñado para proteger
a los puertos USB versión 1.1.
En las Figuras B.1 y B.2 se presentan los diagrama de conexión para los
dos FTDIs y en la Figura B.3 el esquemático del Hub TUSB2077A, que se
implementaron en el sistema TES ROv2.0.
3.5.4. Funcionamiento de los Módulos de Adquisición y Co-
municación
Partiendo del diseño mostrado en el diagrama de bloques (ver Figura
3.14), el funcionamiento de estas áreas se resume en:
Primero el dispositivo Hub de referencia TUSB2077A se comunica con
el SoC AT91RM9200 por el puerto USB Host(Lineas HDMA y HDPA),
de tal forma que provee al sistema de 7 puertos USB, de los cuales se
usan: dos para realizar la integración de los FTDI’s, tres para realizar
la conexión de los dispositivos USB externos, los cuales realizan las
transmisiones por 3GSM, WiFi y Bluetooth, y un puerto auxiliar27.
Posterior a esto, los FTDI2232D se comunican con el TUSB2077A por
los puertos FTDI USB y FTDI2 USB, proporcionando 4 puertos se-
riales RS232, tres destinados para capturar la información proveniente
de las tarjetas de adquisición de las señales de ECG, SpO2 y PA, y un
puerto serial habilitado con el fin de suministrar una interfaz RS232
auxiliar, por ejemplo: para conectar módulos de RF XBee o dispositi-
vos ZigBee, los cuales trabajan con el protocolo 802.15.4.
A continuación se presenta los esquemas de conexión para cada una de
las redes y la configuración que se debe realizar.
27Un puerto USB del TUSB2077A no esta habilitado
50
3.5.5. Funcionamiento en Redes Celulares (GSM)
El funcionamiento consiste en capturar las señales con el sistema embe-
bido, después activar el módem28 GSM para tener acceso a internet, correr el
programa que permite comunicarse con SARURO [104] y finalmente enviar
la información de las señales.
El esquema del sistema de comunicaciones implementado se presenta en
la Figura 3.17.
Figura 3.17: Esquema del sistema de telemonitorización para la red Celular.
Para realizar la transmisión por redes Celulares se deben efectuar las
siguientes actividades de configuración:
1. Configurar el Kernel: se realizan las configuraciones del kernel para
que reconozca el dispositivo USB (Módem USB) y se activa el sopor-
te al protocolo PPP, con el cual se establece la comunicación con el
proveedor del servicio de internet.
2. Activar el servicio de Internet: incluir los Scripts de configuración ne-
cesarios para activar el servicio de internet. Algunas de las informa-
ciones incluidas en estos archivos corresponden a la especificación del
puerto ttyUSB donde esta el módem y los comandos AT que realizan
la configuración. Ejemplo: para definir el contexto PDP (Packet Data
Protocol) se utiliza el comando AT+CGDCONT.
3. Establecer la conexión con SARURO [104]: correr el programa que
permite al sistema embebido comunicarse, por medio del protocolo
TCP/IP, con el host que tiene instalado el código de SARURO [104].
28El módem HSDPA usado en el proyecto tiene soporte para las tecnoloǵıas de
comunicaciones móviles: HSDPA/UMTS 2100/1900/850MHz y EDGE/GPRS/GSM
850/900/1800/1900MHz. Función con cualquiera de los operadores de telecomunicacio-
nes presentes en Colombia (Comcel, Movistar y Tigo).
51
En el host se visualizan las señales y se puede realizar la comunica-
ción con el servidor de Telemedicina para efectuar una monitorización
remota.
3.5.6. Funcionamiento en Redes WLAN (WiFi)
El esquema del sistema de comunicación implementado se presenta en la
Figura 3.18. El funcionamiento consiste en adquirir las señales biomédicas
con el sistema embebido y utilizando un adaptador USB externo inalámbri-
co29 establecer la comunicación con el Router, el cual está conectado con
el host que tiene instaladas las aplicaciones de SARURO [104], las cuales
permiten realizar la visualización y comunicarse con el servidor de Teleme-
dicina. En este esquema es posible realizar varias monitorizaciones con varios
dispositivos al mismo tiempo centralizando la información en el host.
Figura 3.18: Esquema del sistema de telemonitorización para la red WLAN.
Red LAN: También se puede establecer la comunicación en el sistema
de telemonitorización por la red cableada Ethernet, manejando un esquema
de conexión como el que se muestra en la Figura 3.19.
Figura 3.19: Esquema del sistema de telemonitorización para la red LAN Cableada.
29El adaptador USB inalámbrico utilizado, funciona en los estándares IEEE 802.11G y
IEEE 802.11B, y tiene soporte para manejar los cifrados: WEP, WPA y WPA2.
52
3.5.7. Funcionamiento en Redes WPAN (Bluetooth)
El funcionamiento consiste en adquirir las señales biomédicas con el sis-
tema embebido y por medio de un dispositivo Bluetooth USB establecer la
comunicación con el Bluetooth de un celular (creándose una red WPAN).
El celular tiene habilitado un plan de datos, permitiendo realizar una co-
municación con el host v́ıa internet (Esta configuración es muy similar a
la realizada con la red celular).El esquema del sistema de comunicaciones
implementado se presenta en la Figura 3.20.
Figura 3.20: Esquema del sistema de telemonitorización para la red WPAN.
3.6. Integración con el Sistema de Información SA-
RURO
Como se presenta en la Figura 3.21, la integración del Sistema Embe-
bido30 con SARURO [104]31 se divide en cuatro módulos principales, que
corresponden a:
a. Módulo de Adquisición y Transmisión de Señales (Es implementado en
el Dispositivo de Telemonitorización): este software controla la captura
y transmisión de las señales biomédicas en el sistema embebido. Para
realizar estás tareas se desarrolló un programa32 que organiza la infor-
mación proveniente de las tarjetas y establece la comunicación con el
sistema de información SARURO [104], usando el protocolo TCP/IP.
30Los programas que se implementan en el nivel de aplicación del sistema embebido se
desarrollan en el lenguaje de programación C.
31El software implementado en SARURO [104] es realizado en el lenguaje de programa-
ción Java y han sido desarrollado en el grupo de investigación BioIngenium.
32Para realizar la compilación cruzada de este programa se utilizó el toolchain generado
con OE. Este programa se adaptó en el desarrollo de la Tesis, en el grupo BioIngenium,
para la captura y transmisión de las señales en los equipos de telemonitorización.
53
Figura 3.21: Diagrama de bloques de la integración del sistema TES ROv2.0 con SA-
RURO.
En la Figura 3.22 se presenta el diagrama de flujo del programa prin-
cipal Cliente.c33.
b. Módulo de Visualización y Monitorización Local (Está implementado
en SARURO): este software permite la visualización de las señales
en una aplicación gráfica (Ver Sección 2.1.4), que a su vez tiene la
opción de enviar esta información al servidor de Telemedicina para su
almacenamiento y distribución si se realiza una monitorización remota.
c. Módulo del Servidor (Esta implementado en SARURO): este software
permite el almacenamiento centralizado de la información y establece
la comunicación para realizar la monitorización remota.
d. Módulo de Monitorización Remota (Esta implementado en SARURO):
software que permite la visualización remota de las señales v́ıa Web y la
operación remota del dispositivo. En este módulo se utiliza la misma
aplicación gráfica que en módulo de visualización y monitorización
local.
En la siguiente sección se presentan las capturas realizadas con el sistema
diseñado.
33El programa esta constituido por varios módulos que se encuentran en el CD.
54
Figura 3.22: Diagrama de Flujo del programa Cliente.c utilizado en el sistema embebido
TES ROv2.0.
55
3.6.1. Captura de las Señales Biomédicas con SARURO
Las capturas realizadas con el sistema de información SARURO [104] se
presentan en las Figuras 3.23 y 3.2434.
Figura 3.23: Visualización de las señales biomédicas en el sistema de información SA-
RURO [104].
34En el CD se encuentran los v́ıdeos y las fotos del sistema embebido y del dispositivo de
telemonitorización, que muestran el funcionamiento y captura de las señales biomédicas,
incluyendo varios v́ıdeos de las pruebas realizadas para el proyecto de la FAC en uno de
sus aviones.
56
Figura 3.24: Visualización de las señales biomédicas en el sistema de información SA-
RURO [104].
57
3.7. Dispositivo de Telemonitorización Implemen-
tado con el Sistema TES ROv2.0
Para realizar la integración del dispositivo de telemonitorización se uti-
lizó una fuente médica comercial35, la cual suministra una tensión de salida
de 5V con una corriente maxima de 2A, y una caja36, en la cual se integran
los elementos electrónicos. La integración final del dispositivo se presenta en
las siguientes secciones.
3.7.1. Estructura Interna
En la Figura 3.25, se muestra los ubicación del sistema TES ROv2.0 y
de las tres tarjetas de adquisición de las señales biomédicas.
Figura 3.25: Estructura interna del dispositivo para la telemonitorización.
35Se utiliza una fuente de alimentación externa modelo MW117 fabricada por AULT
INC., la cual cumple con los requerimientos técnicos establecidos en el estándar IEC 60601-
1. La información técnica de la fuente puede consultarse en http://www.alliedelec.com/
search/productdetail.aspx?SKU=2980054
36Se utiliza una caja modelo C-275 fabricada por la empresa PacTec. Sus dimensiones
externas son: 23.37cm x 21.59cm x 7.87cm. El material de la estructura es ABS (UL 94
HB), resistente a alcoholes, alcalinos, detergentes, grasas, ceras, aceites e hidrocarburos
alifáticos, óptima para aplicaciones médicas. La información de la caja puede consultarse
en: http://www.pactecenclosures.com/Plastic-Enclosures/C-275.html
58
http://www.alliedelec.com/search/productdetail.aspx?SKU=2980054
http://www.alliedelec.com/search/productdetail.aspx?SKU=2980054
http://www.pactecenclosures.com/Plastic-Enclosures/C-275.html
3.7.2. Panel Frontal del Dispositivo
En la Figura 3.26 se identifican los conectores para cada una de las
tarjetas. “SpO2” identifica el conector para el sensor de Oximetŕıa, “NIBP”
corresponde al conector de la manguera para medir la presión arterial y el
ultimo corresponde al conector para las sondas de electrocardiograf́ıa.
Figura 3.26: Panel frontal del dispositivo.
3.7.3. Panel posterior del Dispositivo
En la Figura 3.27 se identifica la ubicación de: los tres puertos USB, el
puerto serial auxiliar, el puerto de Ethernet, el reset y la conector para la
alimentación del sistema.
Figura 3.27: Panel posterior del dispositivo.
59
3.7.4. Sistema TES ROv2.0
En la Figura 3.28 se identifican los conectores disponibles del Sistema
TES ROv2.0.
Figura 3.28: Sistema TES ROv2.0 en el dispositivo de telemonitorización.
3.7.5. Análisis de Costos del sistema TES ROv2.0
En la Tabla 3.5, se presenta el resumen de los costos de producción
del sistema TES ROv2.0, el cual calculo para fabricar 100 dispositivos (Los
costos detallados se encuentran CD en el documento: “PROCESO FABRI-
CACIÓN S.E. TES ROv20.pdf”). De este análisis se puede concluir que el
costo de una sola tarjeta TES ROv2.0 es de aproximadamente $ 50 Dolares
o de $ 100.000 Pesos.
En la Tabla 3.6, se presenta los costos de producción del dispositivo de
telemonitorización de señales biomédicas integrado con un computador o con
el sistema TES ROv2.0. De esta tabla se concluye que la reducción del costo
del dispositivo utilizando el sistema TES ROv2.0 es de aproximadamente el
40 %.
60
COMPONENTE CANTIDAD
1 S.E.
CANTIDAD
100 S.E.
PRECIO
100 S.E.
(DOLARES)
Procesador
ARM920
1 100 $ 750
Integrados 11 1100 $ 1550
Osciladores 7 700 $ 182
Resistencias 74 7400 $ 9,768
Capacitores 132 13200 $ 62,7
Leds 5 500 $ 19,5
Ferritas 12 1200 $ 42
Reguladores 2 200 $ 48
Fabricación PCB 1 100 $ 1500
Otros Componentes 5 500 $ 745,4
Total 100 S.E. $ 4909,368
Tabla 3.5: Costos de los componentes del Sistema TES ROv2.0.
COMPONENTE PRECIO (DOLARES)
Tarjeta ECG “EG01010” $ 280
Tarjeta PA “NIBP 2000” $ 417
Tarjeta SpO2 “PEARL 100” $ 462
Otros Componentes $ 370
Subtotal $ 1529
Computador $ 1200
Total con computador $ 2729
TES ROv2 $ 50
Total con TES ROv2 $ 1579
Desarrollo Ingenieril por
Dispositivo
$ 500
Tabla 3.6: Costos del dispositivo de telemonitorización integrado con un computador o
con el sistema TES ROv2.0.
61
Caṕıtulo 4
Conclusiones
Este trabajo presenta el diseño y la implementación de un Sistema Em-
bebido TES ROv2.0 para la adquisición y transmisión de señales biomédi-
cas a través de la red celular, el cual funciona como una herramienta de
comunicación entre la captura y la visualización de las señales. El siste-
ma TES ROv2.0 permite el almacenamiento, adaptación y transmisión, por
redes WPAN, WLAN, LAN y redes celulares, de la información correspon-
diente a: nivel de saturación de ox́ıgeno, presión arterial, frecuencia cardiaca
y electrocardiograf́ıa. Esta información es enviada al sistema de información
SARURO, en el cual se realizala visualización y el análisis de la información
por parte de un médico y/o un especialista. El sistema de telemonitorización
puede utilizarse para realizar monitorizaciones remotas y/o locales.
El sistema TES ROv2.0 es una solución económica para la implementa-
ción del dispositivos de telemonitorización de señales biomédicas, ya que su
costo, para una cantidad de 100 unidades, es de aproximadamente $ 50 Dola-
res por tarjeta e integra los elementos necesarios para conectar directamente
las tarjetas OEM de adquisición de señales. Por otro lado, implementar la
solución con un sistema embebido comercial tiene un costo de $ 140 a $ 240
Dolares, el cual corresponde al valor del sistema embebido y los dispositi-
vos externos necesarios para adaptar las tarjetas de adquisición. Al haber
realizado una solución a la medida, aparte de reducir los costos en más de
un 50 % aproximadamente, también se simplifica el diseño del dispositivo,
haciéndolo robusto y fácil de integrar en el equipo.
Se identificaron las normas y requerimientos de seguridad, nacionales
e internacionales, que debe cumplir un dispositivo para la telemonitoriza-
62
ción de señales biomédicas, estudio contenido en el reporte técnico: “MAR-
CO LEGAL DE LOS DISPOSITIVOS MÉDICOS EN COLOMBIA”. En
está actividad se detectó que la regulación nacional para los equipos de mo-
nitorización médica se encuentra en una etapa exploratoria y tiene un déficit
de personal calificado que guié los procesos de producción y comercialización.
El dispositivo de telemonitorización demostró ser una herramienta útil
en el campo de la medicina para el seguimiento y control de los pacientes.
Esta herramienta puede ser utilizada en actividades de prevención o tra-
tamiento de enfermedades, constituyéndose en un ejemplo tangible del uso
de las TIC en esta área. Igualmente, con el uso de este dispositivo se re-
duce tanto el tiempo como el costo de tratamiento de un paciente que se
encuentre en regiones de dif́ıcil acceso, porque no se tiene la necesidad de
transportar ni al paciente ni al Médico y/o Especialista al lugar donde se
encuentre el otro. Además, permite obtener un diagnostico más apropiado
y adecuado del que puede recibir en estos lugares, porque permite que un
médico especialista analice rápidamente y desde cualquier punto con acceso
a internet, las señales biomédicas del paciente.
En la solución implementada se realiza una transferencia tecnológica y
de conocimientos en el campo de los sistemas embebidos, la cual reduce
las deficiencias actuales de Colombia en el diseño de hardware para apli-
caciones tecnológicas en la medicina y las TIC. Igualmente, constituye una
experiencia académica enriquecedora, la cual permite minimizar la depen-
dencia tecnológica en el desarrollo de herramientas de comunicación para
este tipo de dispositivos.
En el proceso de desarrollo del dispositivo de telemonitorización, se reali-
zo un acercamiento a las normas, temáticas y a los dispositivos comerciales
utilizados a nivel mundial en la investigación y desarrollo de equipos médi-
cos, permitiendo identificar las metodoloǵıas de diseño y las arquitecturas
de HW/SW utilizadas en los sistemas embebidos y aplicarlas en el campo
de la Telemedicina. Además, durante el desarrollo del proyecto se pudo es-
tablecer que los sistemas embebidos son herramientas que ofrecen una gran
versatilidad en el manejo de la información médica, permitiendo realizar la
adquisición, adaptación, procesamiento, gestión y transmisión eficiente por
diversas redes inalámbricas.
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