nº vol. 2(3) 2009 los fu... · doi: 10.4067/s0718-50062009000300001 formación universitaria –...

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Nº VOL. 2(3) 2009 Pág.

EN SÍNTESIS

1. Ni Estado del Arte ni State of the Art 1

ARTÍCULOS

2. Búsqueda de un Nuevo Perfil para el Farmacéutico: la Readaptación de los Currículos en Cursos de Farmacia. Adriana D. Carpes y Joceléia A. Magni (Brasil)

3

3. Diseño e implantación del Sistema Europeo de Transferencia de Créditos (ECTS) en una Asignatura de Química para Estudiantes de Ingeniería. Javier Albéniz , Rosa Barajas, Isabel Carrillo y Pilar Saavedra (España)

9

4. Aplicación del Simulador ChemCAD™ en la Enseñanza en Carreras de Ingeniería. Luis A. Toselli, Mónica P. Guerrero, Vanina M. Monesterolo y Romina A. Beltrán (Argentina)

17

5. ADQPCI: Placa de Adquisición de Datos con Fines Docentes. Francisco J. Quiles, Manuel A. Ortiz, Carlos D. Moreno y María Brox (España) 27

6. CAN2PCI: Placa con Interfaz al Bus CAN y PCI con Finalidad Docente. Manuel A. Ortiz, Francisco J. Quiles, Carlos D. Moreno y María Brox (España)

35

doi: 10.4067/S0718-50062009000300001

Formación Universitaria – Vol. 2 Nº 3 - 2009 1

EN SÍNTESIS Ni Estado del Arte ni State of the Art Con cierta frecuencia aparecen publicaciones en idioma Castellano en las que se usa el término "estado del arte", una mala traducción del original en idioma inglés "state of the art” y que fuera acuñado a comienzos del siglo XX en un manual sobre turbinas de gas: “in the present state of the art, this is all that can be done”. Hay dos problemas básicos con el uso de este término: uno es que corresponde a una traducción literal sin significado en idioma Castellano y otro es que el supuesto significado no es el que corresponde en idioma Inglés.

En Inglés el término state of the art tiene un significado bien claro y preciso, y cuando se quiso decir algo similar en nuestro idioma a alguien se le ocurrió traducir el término como estado del arte, la traducción literal palabra por palabra. State of the art, hace referencia al nivel más alto de desarrollo conseguido a la fecha sobre un proceso, equipo, o método en cualquier área de las ciencias, la ingeniería y las humanidades. Algunos autores usan "punta" o "lo más avanzado", como en estos ejemplos, "tecnología punta" o "tecnología de vanguardia". Pero si se revisa el origen del término, lo que el autor quiso poner en aquel manual de turbinas es “con el conocimiento actual, esto es todo lo que se puede hacer” o “con el actual grado de desarrollo, esto es todo lo que se puede hacer”. Sin embargo, estado del arte, usado como traducción de state of the art, y que es como comúnmente aparece en los escritos, no significa eso, sino que esa es la interpretación que hay que hacer para que tenga algún sentido en nuestro idioma Castellano.

En nuestro idioma, el uso de estado del arte constituye un error que se conoce como barbarismo, que según la Real Academia Española es una incorrección que consiste en pronunciar o escribir mal las palabras, o en emplear vocablos impropios. Aunque muchas veces los barbarismos acaban siendo aceptados ya que su uso se generaliza por personas cultas e incluso por escritores de renombre, lo recomendable es evitarlos. Esta mala traducción de state of the art se parece a la del cuento del ejecutivo agrandado que puso en la puerta de su oficina un aviso que decía "Entre nomás y tome asiento" y debajo una traducción literal hecha con un diccionario, palabra por palabra igual que state of the art. Puso: "Between not more and drink a chair", una frase sin sentido que ni siquiera se puede catalogar de barbarismo ni de aberración lingüística. En otro ámbito, un ejemplo clásico de cómo los barbarismos se van incorporado a nuestro idioma es el nombre Canal de la Mancha. En las obras de Voltaire y Víctor Hugo el canal se llama La Manche (la Manga), asunto lógico considerando la forma de manga del canal, largo y estrecho, y que fue la razón para darle el nombre de La Manche.

Es claro para todos que el Inglés es en la actualidad el idioma internacional por excelencia, y negarse a ello es sólo retrasar nuestra incorporación al mundo globalizado de hoy, que aunque no nos guste, nos absorbe. Sin embargo, creo que es necesario y conveniente empezar a considerar nuestro idioma Castellano, el segundo idioma madre más hablado del mundo, como un idioma internacional. En nuestra revista promovemos el buen uso de nuestro idioma Castellano y por lo tanto errores como los barbarismos que comento deben quedar fuera de nuestro lenguaje. Si un término no existe en nuestro idioma Castellano, las revistas del CIT le ofrecen una oportunidad excepcional de acuñar un término adecuado Castellano y decirle al resto del mundo como se expresa en forma correcta un concepto extranjero.

El Editor Formación Universitaria

Búsqueda de un Nuevo Perfil para el Farmacéutico: la Readaptación de los Currículos Carpes


Búsqueda de un Nuevo Perfil para el Farmacéutico: la Readaptación de los Currículos en Cursos de Farmacia Adriana D. Carpes y Joceléia A. Magni Centro Universitario Franciscano – UNIFRA, Rua dos Andradas, 1614, Santa Maria, RS, Brasil. (e-mail: [email protected]; [email protected]) Resumen Ese trabajo expone y analiza la trayectoria de la reorientación en la formación del farmacéutico en Brasil. Se realizó una evaluación cualitativa de la adaptación del currículo del curso de Farmacia y de las estrategias de enseñanza-aprendizaje adoptadas por el Centro Universitario Franciscano, UNIFRA-Brasil. En Brasil, el modelo médico de asistencia centrado en la enfermedad ha sido relegado en favor del modelo integrado con dirección en las acciones de promoción a la salud y de la calidad de vida de la población. Esto requiere necesariamente de cambios sustanciales en el perfil del profesional de salud y en el fortalecimiento de la atención integral en el Sistema Único de Salud Brasileño (Sistema Único de Saúde-SUS). El análisis de los resultados muestra que las diversas acciones de reorientación en la formación de los profesionales pretenden promover la formación de profesionales farmacéuticos, éticos y humanitarios, críticos y reflexivos para actuar en todos los niveles de atención de salud con base en el rigor científico e intelectual. Palabras clave: perfil profesional, farmacéutico, directrices curriculares, reorientación en la formación

Searching a New Profile for the Pharmacist: an Adaptation of Curricula in Pharmacy Courses Abstract This study describes and analyses the pharmacist majoring reorientation’s trajectory in Brazil. A qualitative evaluation was used to adequate the Pharmacy course curriculum and the teaching-learning strategies applied at the Centro Universitário Franciscano, UNIFRA-Brazil. In Brazil, the disease-centered assistentialist medicine model has been abandoned in favor of an integrated model that is concerned with actions to enhance health’s prevention and people’s quality of life. This necessarily requires substantial changes in the profile of health care professionals and better support for the Brazilian Universal Health Care System (Sistema Único de Saúde-SUS). The analysis of the results shows that the various actions of reorientation of the university formation can promote the academic professional qualification of ethical and more humanitarian pharmacists, with critical and reflexive profile, who will be able to work in all levels of health care, with a solid scientific and intellectual basis. Keywords: professional profile, pharmacist, curricular parameters, reorientation in the formation

Formación Universitaria Vol. 2(3), 3-10 (2009) doi: 10.4067/S0718-50062009000300002



INTRODUCCIÓN La asistencia farmacéutica asume carácter fundamental en la promoción de la salud, entendida en toda la extensión del principio integral de las acciones en salud. Esa ayuda comprende al farmacéutico como profesional responsable por toda la cadena que involucra la investigación, el desarrollo y la producción de medicinas y elaboraciones; bien como la selección, programación, adquisición, distribución, dispensación, control y garantía de calidad de productos y servicios, acompañamiento y evaluación de su utilización, priorizando siempre el uso racional de medicinas. La atención farmacéutica representa el cuidado del profesional con el paciente usuario de la medicina; haciendo que el profesional farmacéutico desarrolle mayor vínculo con este, tanto en nivel individual como colectivo (Bisson, 2007). Anteriormente, la formación de los profesionales de salud subestimaba las variables subjetivas y antropológicas de la persona enferma y la integración bio-psico-social del ser humano. Actualmente, la educación farmacéutica en muchos países sigue directrices para desarrollar la práctica de la atención farmacéutica (Bourdon, 2008; Austin, 2008; Marriott, 2008). Así, los cursos de farmacia tienen la tendencia de formar profesionales mejor preparados para hacer un seguimiento fármaco terapéutico, desarrollando en el académico las habilidades necesarias a la atención del paciente y sus problemas de salud (Vaughn, 2008). En Brasil se propone un modelo, legitimado por el Sistema Único de Salud-SUS, uno modelo integrado que implica práctica, cambios organizacionales, en una nueva comprensión del proceso salud-enfermedad y en la redefinición del vínculo entre los servicios y los beneficiarios. La salud pasa a ser vista no por su definición negativa, de ausencia, de enfermedad, sino de una forma positiva como cualidad de vida (Marin, 2003).En ese contexto, se define la necesidad de un nuevo perfil de profesional para el trabajo en salud. Según Merhy (1997) el Sistema Único de Salud-SUS, viene enfrentando problemas para que ocurra cambios en el modo de producir salud, y consecuentemente en el proceso de trabajo en salud. Para cambios en el modelo, el objeto de trabajo no debe ser la enfermedad, sino las personas de la comunidad. La práctica pautada en el vínculo entre los trabajadores y los usuarios de la comunidad, con ética y respeto en la realización de las actividades, acogiéndolos por medio de una audición calificada y abordando los problemas de salud de forma integral. Existe, por eso, la necesidad de formar profesionales crítico- reflexivos, que actúen en el cuidado individual y colectivo de salud y que posibiliten la universalización, equidad y participación social en las acciones realizadas. Las conferencias Panamericanas vienen trabajando en la revalidación del compromiso del Farmacéutico con atención a la salud, con la práctica específica de esmero farmacéutico, con la atención al usuario y con la propuesta de adecuación de los currículos de Farmacia. En la Conferencia realizada en Lima (Perú) en 1998, Especialistas de educación Farmacéutica identificaron la Farmacia Comunitaria, la Farmacia Hospitalaria, la Industria Farmacéutica, la Enseñanza y la Investigación como áreas de prácticas farmacéuticas comunes a la mayoría de los países y con tendencia de crecimiento en los próximos 20 años. Con énfasis en esos cuatro campos de actuación, propusieron como área de conocimientos necesarios a la formación: las ciencias básicas, las ciencias farmacéuticas, las ciencias biomédicas, las ciencias sociales y administrativas, las actividades de integración y la pasantía profesional. Ratificaron las siete estrellas del farmacéutico y recomendaron una metodología de enseñanza donde el estudiante sea el eje central del proceso enseñanza-aprendizaje; la promoción de actividades que desarrollen el pensamiento crítico en los alumnos, favoreciendo la solución de problemas, el trabajo en equipo, las habilidades de comunicación y de liderazgo, la integración de conocimientos y el uso de tecnologías de la información, finalmente haciendo la sugerencia a la educación permanente de los docentes. (Storpirtis et al., 2008) Ese trabajo tem por objetivo expone y analiza la trayectoria de la reorientación en la formación del farmacéutico en Brasil através una evaluación cualitativa de la adaptación del currículo del curso de Farmacia y de las estrategias de enseñanza-aprendizaje adoptadas por el Centro Universitario Franciscano, UNIFRA-Brasil. ENSEÑANZA FARMACÉUTICA EN BRASIL La Historia de la Enseñanza farmacéutica en Brasil (con su fecha inicial demarcada en 1832), puede ser relatada con síntesis en los intentos de alterar y uniformizar sus bases curriculares. Más expresivamente, influyen sobre la situación actual de los currículos mínimos de 1962 (Parecer Nº



268, del Consejo Federal de Educación (CFE) y de 1969, que regularon la graduación en Farmacia hasta 2002. La publicación de las Directrices Curriculares Nacionales (DCN), fue un importante marco histórico para la profesión, al determinar que la formación del farmacéutico tenga como foco la preparación para actuar en el Sistema Único de Salud, ensamblado con el contexto social, participando y contribuyendo para el desarrollo de la sociedad (MEC, 2005).

La Ley de Directrices y Bases da La Educación (LDB), fundamenta el proceso de formación en la educación superior a través del desarrollo de competencias y habilidades; del perfeccionamiento cultural, técnico y científico del ciudadano; de la flexibilización de los currículos; de la implementación de Proyectos Pedagógicos innovadores, en una perspectiva de cambio para la formación profesional. Esas proposiciones apuntan nuevas configuraciones para los padrones curriculares, hasta entonces vigentes, indicando la necesidad de una reestructuración de los cursos de graduación con cambios paradigmáticos en el contexto académico, dando dirección a la construcción de Directrices Curriculares para cada Curso de Graduación (Fernandes, 2005; Ronzani, 2007). Durante la V conferencia Nacional de Educacion Farmacéutica, en su presentación sobre el tema: Actuación Social y científica del Farmacéutico, Oliveira. G. A, expone que: La enseñanza universitaria debe estar adecuada a las necesidades de la sociedad. La formación que seguía un modelo de división clásica donde había disciplinas de contenidos básicos, aplicados y de formación profesional deben migrar para una necesidad actual donde el sentido de verticalidad no es más importante que lo de horizontalidad, donde el mejor camino está en el conocimiento integrado y el profesor debe estar atento a los cambios que se hacen necesarios. Discurre sobre las metodologías activas en el aprendizaje, Enseñanza Basada en Problemas (PBL), Casos clínicos y simulaciones (adecuadas y con supervisión), entre los medios de enseñanza aprendizaje, los cuales, en su opinión, son los mecanismos actuales para la formación adecuada a las necesidades de la sociedad (Cisneros, 2002; Cyrino, 2004).

La Constitución Nacional de Brasil firmó que las acciones y los servicios de salud, al ser compuestos por un sistema único, integran una red que debe ser organizada seguiendo tres directrices, siendo una de ellas la de atender de manera integral, o sea, la capacidad integral de la atención surge como principio constitucional de la formulación de políticas de salud. Específicamente en relación a los trabajadores para ese sector, vamos a encontrar en la Constitución Nacional que cabe al SUS ordenar la formación de recursos humanos en el área de salud. En la Ley Orgánica de Salud, el título relativo a los recursos humanos asevera que la política para los trabajadores del área debe cumplir el objetivo de organizar un sistema de formación en todos los niveles de enseñanza, incluso de pos-grado, además de programas de permanente perfeccionamiento de personal (Ceccim, 2004). Teniendo como foco el compromiso con las Directrices Curriculares Nacionales (DCN) y la formación de recursos Humanos para el SUS, en Brasil el Ministerio de la Salud a través del Departamento de Gestión de la Educación en Salud (DEGES), posee algunas estrategias que posibilitan desencadenar los procesos de cambios en la formación en salud, entre ellas están: la Articulación Educación-Salud; la Educación Permanente; la Llamada-salud, el Programa Nacional de Reorientación de la Formación Profesional en Salud Pro-Salud; Evaluación como inductora de cambios; la Vivencia y Pasantía y la Realidad del SUS-VER-SUS/Brasil; Residencia Multiprofesional en Salud de la Familia. La Portaría Interministerial nº 2118 de 3/11/2005 (MEC,2008), instituye convenio entre el Ministerio de la Educación y el Ministerio de la Salud para cooperación técnica y la formación y desarrollo de recursos humanos en el área de la salud. Con eso, formaliza la articulación del trabajo conjunto de la Educación-Salud, para promover las mudanzas necesarias para adecuar la formación profesional a las necesidades del SUS, el fortalecimiento de la relación entre Instituciones de enseñanza, investigación e instancias de gestión del SUS. La Educación Permanente como política representa el esfuerzo de cumplir una de las más nobles metas formuladas por la salud colectiva en Brasil: tornar la red pública de salud a una red de enseñanza-aprendizaje en el ejercicio del trabajo. El concepto de Educación Permanente en Salud fue adoptado para dimensionar esta tarea, no en el alargamiento del tiempo o carrera de los trabajadores, sino en la amplia intimidad entre formación, gestión, atención y participación en esta área específica de conocimientos y de prácticas, mediante las intersecciones promovidas por la educación en la salud (Ceccim, 2005). La Llamada-salud es un proyecto de



capacitación de los equipos de salud de la familia (ESF) donde se utiliza metodología Innovadora de Llamada-educación interactiva. Al total son 900 Puntos de Teléfonos-salud instalados y funcionando en Unidades Básicas de Salud de las municipalidades seleccionadas que atenderán 2700 ESF distribuidas en las cinco regiones del país. El Programa Nacional de Reorientación de Formación Profesional en Salud (ProSalud), objetiva la integración enseñanza-servicio, buscando la reorientación de la formación profesional, garantizando un abordaje integral del proceso salud-enfermedad con énfasis en la atención básica, promoviendo transformaciones en los procesos de generación de conocimientos, enseñanza y aprendizaje y de prestación de servicios a la población (MS Y MEC, 2007). La disponibilidad de Cursos de Graduados es un procedimiento utilizado por el MEC para el reconocimiento o renovación del reconocimiento de los cursos de graduación, basado en la Ley de Diretrices y Bases da Educacion Superior, representando una medida necesaria para la emisión de diplomas y también como inductora de cambios, pues analiza una nueva dimensión en la formación de futuros trabajadores de la salud para atender las necesidades del SUS. La sensibilización y capacitación de los docentes y coordinadores de cursos de graduación del área de salud, está siendo hecha en conjunto con el Foro Nacional de Educación en el Área de la Salud (FNEPAS). Este forum tiene por objetivo contribuir para el proceso de cambio en la graduación de las profesiones del área de salud, teniendo como eje el tornar integral la formación y la atención a la salud. Una de las estrategias que integran la Política de Educación para el SUS es el Proyecto de Vivencias y Realidades del SUS (VER-SUS/Brasil). El Proyecto, construido en conjunto entre el Ministerio de la Salud y el Movimiento Estudiantil de esa área, tiene como principal objetivo proporcionar a los estudiantes la vivencia y la experimentación de la realidad del SUS. La meta es contribuir a la formación de profesionales críticos y sensibles a las necesidades de la población brasileña y del fortalecimiento del SUS (MS, 2004). Los cursos de Especialización y Residencia Multiprofesional en salud de la familia fueron creados para dar suporte teórico-práctico a los profesionales ya incorporados y en los equipos y ofrecer, en especial, a los recién-egresos de los cursos de medicina y enfermería, una formación más relacionada a las necesidades de las ESF. Otro objetivo esperado era estimular, en el interior de las universidades y escuelas provinciales de salud pública, la inserción de este tema en los programas de pos-graduado lato sensu (Gil, 2005). Esas estrategias funcionan como ejes estructurantes de las acciones en Educación en la Salud en Brasil y tiene por finalidad atender el artículo 200 de la Constitución Federal que es lo que da competencia al SUS para ordenar la formación de recursos humanos en la salud. Con estas acciones de reorientación en la formación, además de atender un precepto constitucional el Ministerio de Salud (MS), está cualificando la atención a la salud de los usuarios y con eso, elevando los indicadores de salud de la población, reduciendo las desigualdades sociales y contribuyendo para la mejoría de la cualidad de vida de la población brasileña. El currículo generalizador y la adhesión a algunos programas estratégicos del MS y MEC hacen que las universidades que imparten farmacia de Brasil contengan un modelo más adecuado a la formación de profesionales con perfil para el trabajo en el SUS. Estas variaciones curriculares buscan instituir nuevas formas de presenciar el individuo de manera integral desarrollando estrategias formativas que atiendan las necesidades de la graduación y que orienten para una formación ética, humanista, crítica y reflexiva. Este trabajo tiene como objetivo demostrar los cambios curriculares observados en la graduación en UNIFRA- Brasil. Para ello, se realiza una evaluación cualitativa de la adecuación curricular del curso de Farmacia y acciones de enseñanza- aprendizaje, observadas en los años de 2006 a 2007, que determinan la reorientación de la formación del profesional de salud del Centro Universitario Franciscano (UNIFRA). Fueron utilizados como herramientas para la investigación, el Proyecto Pedagógico do Curso de Farmacia, el guión de la Pro-rectoría de Extensión y el Proyecto Pedagógico Institucional – PPI. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En el Proyecto Pedagógico do Curso (PPC), está descrito que el curso de Farmacia de UNIFRA pretende formar profesionales farmacéuticos capacitados para el ejercicio de la profesión en las diferentes áreas de actuación como en actividades referentes a los fármacos y a los



medicamentos, a los análisis clínicos y toxicológicos y al control, producción y análisis de alimentos por medio de una formación generalizadora, crítica y reflexiva pautando su acción para la transformación de la realidad y beneficio de la sociedad. Teniendo como objetivo general promover la formación de profesionales farmacéuticos, éticos y humanitarios, con perfil generalizador, críticos y reflexivos para actuar en todos los niveles de atención a la salud con base en el rigor científico e intelectual, capacitándoles al ejercicio de actividades referentes a los fármacos y a los medicamentos, a los análisis clínicos y toxicológicos y al control, producción y análisis de alimentos, por medio de la real comprensión de la realidad social, cultural y económica visando, de esta manera, su actuación para la transformación de la realidad en beneficio de la sociedad.

Los contenidos esenciales para el curso de graduación en Farmacia fueron definidos y listados, en la expectativa de que el profesional farmacéutico de perspectiva general estuviera centrado en las necesidades asistenciales, visando garantizar una atención libre de riesgos a la población, a través del planeamiento, coordinación, ejecución y evaluación de la asistencia a la salud, integrado en un equipo multiprofesional. La implementación de las nuevas directrices pasa por un cambio radical en la filosofía de la enseñanza de Farmacia en las universidades. Hasta entonces centrados en habilidades tecnológicas, los cursos de Farmacia deberán estar preparados para ofrecer a los estudiantes una progresión de conocimientos que contemplen la interdisciplinariedad de la profesión, el enfoque de problemas regionales, bien como la posibilidad de reciclaje de esos conocimientos.

Fue observado que el cuaderno compendio curricular del curso de farmacia procura integrar en casi todo su programa la orientación teórica con la práctica en salud, con buena articulación entre las actividades teóricas asistenciales en nivel individual y colectivo. La Tabla 1 muestra un ejemplo de algunas disciplinas con sus objetivos, las cuales representan estrategias innovadoras para la enseñanza-aprendizaje en el curso de Farmacia basado en el currículo de generalización en uso. Considerando las deliberaciones de las conferencias Panamericanas de adecuación de los currículos de Farmacia y el enfoque en los cuatro campos de actuación: la farmacia comunitaria, la farmacia hospitalaria, la industria farmacéutica, la docencia e investigación y como área de conocimientos necesarios a la formación: las ciencias básicas, las ciencias farmacéuticas, las ciencias biomédicas, las ciencias sociales y administrativas, las actividades de integración y la pasantía profesional (Storpirtis et al., 2008), se observa que el currículo del curso de Farmacia está en consonancia con esa propuesta, bien como con las directrices curriculares Nacionales de los cursos de graduación en salud instituidos en Brasil, las cuales visan el cambio del perfil de formación de los farmacéuticos basados en la política de Educación Superior y la política de Salud, objetivando la formación general y específica de los farmacéuticos con énfasis en la promoción de salud, recuperación y rehabilitación de la salud (MS, 2008). Desde el año 2004, UNIFRA implantó el Programa de Atención Integral a la Salud y la cualidad de Vida, lo que comprende acciones de salud con el objetivo de proporcionar al individuo un vivir con cualidad en los aspectos bio-psico-sociales. Ese programa involucra proyectos de extensión, con programa de becas-Pro Ex en el Núcleo de la Región Oeste de Santa Maria y en las Clínicas Integradas de Salud. Los Proyectos Atención Integral a la Salud y La Cualidad de Vida de la Región Oeste de Santa Maria, visan promover enseñanza-aprendizaje a los estudiantes de las diversas áreas de conocimiento con foco en la atención a la salud de los que viven en esa región. En Unidades de Salud en que actúan, los académicos de los diversos cursos: Enfermería, Farmacia, Fisioterapia, Nutrición, Odontología, Biomedicina, Terapia Ocupacional, Psicología y Técnico de Enfermería pasan a integrar la enseñaza, investigación, extensión y servicio. Datos del relato de la Pro Rectoría de Extensión en el año de 2006 a 2007, mostraron la participación de 11 cursos en los campos de pasantía, con atención de 15.043 personas de la comunidad, involucrando 89 docentes directa o indirectamente y 500 discentes. Fue posible identificar en ese programa las diversas actividades prácticas de enseñanza-aprendizaje del farmacéutico, las cuales ocurren por medio de visitas domiciliares, atención y orientaciones individuales y colectivas (grupos) de promoción de la salud y prevención de enfermedades como combate a dengue, programa HiperDía, grupos comunitarios de salud, Asistencia y Atención Farmacéutica, discusión de casos clínicos entre otros.



Tabla 1: Nuevas disciplinas propuestas en el currículo generalizador del curso de farmacia.

Disciplinas Objetivo

Habilidades Profesionales

Ejercitar el lenguaje y posibilitar a través de la comunicación trabajar la educación en salud y las relaciones humanas.

Introducción a las Ciencias Farmacéuticas

Estudio de la historia de la farmacia brasileña y los aspectos relacionados al medicamento. De la clasificación de los establecimientos farmacéuticos, nociones de legislación y características de la profesión farmacéutica.

Sociología y Salud Caracterización y fundamentos de la sociología en el desarrollo de las políticas de salud en Brasil. Hacer análisis de problemas sociales brasileños relacionados a la salud.

Epidemiología Conocer la historia, definición, objetivos y aplicaciones de la epidemiología en la Salud y enfermedad. Trabaja indicadores de salud, transición demográfica y epidemiológica, vigilancia e investigación epidemiológica con delineamentos también para la investigación científica.

Ética y Ciudadanía Desarrollar conocimiento sobre la ética, ciudadanía e historicidad. Individuo, sociedad y Estado. Construcción de la ciudadanía y valor ético del trabajo y de la profesión.

Salud Colectiva Análisis de la salud como fenómeno social y colectivo. Trabajar ciudadanía y políticas públicas de Brasil.

Gestión Farmacéutica

Cambio de conocimientos sobre administración farmacéutica, nociones de empresas farmacéuticas, administración de compras, materiales y producción, ventas, recursos humanos, finanzas, contabilidad y fármaco economía.

Pasantía I: Farmacia en la Comunidad

Identificación de la estructura y funcionamiento de una unidad básica de salud – UBS, bien como, las formas de organización de la comunidad. Elaboración de estrategias educativas sobre promoción de la salud y prevención de enfermedades, dispensación orientada, organización y manutención del dispensario de medicamentos en la UBS y Atención Farmacéutica orientada a la comunidad.

Deontología y Legislación Farmacéutica

Trabajar la legislación disciplinar de las actividades y ética profesional farmacéutica, y ésta también aplicada a los establecimientos farmacéuticos y productos de dispensación, normas técnicas de producción y control de cualidad.

Asistencia y Atención Farmacéutica

Conocimiento sobre asistencia farmacéutica, política nacional de medicamentos y atención farmacéutica. Seguimiento fármaco terapéutico de usuarios, problemas relacionados a medicamentos. Atención farmacéutica al paciente diabético, hipertenso, a la salud de la mujer, a los niños y a los mayores, en las molestias infecto-contagiosas y disturbios respiratorios mayores y menores. Promoción del uso racional de medicamentos y fármaco epidemiología. Conocimientos sobre programas de educación farmacéutica para salud pública.

Pasantía II: Asistencia Farmacéutica:

Aplicaciones de la asistencia farmacéutica en diferentes escenarios como: Vigilancia sanitaria, Farmacia Hospitalaria, Farmacias municipales, Farmacia Popular, Lar Acalanto, Lar das Vovozinhas (Hogar de las Abuelitas).

Pasantía III: Alimentos I

Práctica profesional en el área de alimentos, diagnóstico de las condiciones de procesamiento de alimentos, acompañamiento e intervención en las actividades de producción de alimento con análisis físico-químicas y microbiológicas.

Pasantía IV: Análisis Clínicas y Toxicológicas I

Orientación e información a los pacientes sobre procedimientos de pre y pos-teste, con acompañamiento y análisis de laboratorio.

Pasantía V: Medicamentos, Cosméticos y Correlatos I

Acompañamiento de las actividades prácticas de garantía y control de cualidad y producción, desarrollo fármaco técnico, registro de insumos, fármacos, medicamentos, cosméticos y correlatos y demás actividades relacionadas al sector.

Pasantía VI Pasantía final de Graduación en uno de los énfasis de las pasantías III, IV e V.



Esas acciones ocurren en diferentes escenarios como: Estrategia de Salud de la Familia -ESF, organizaciones no gubernamentales como Lar Acalanto y Lar das Vovózinhas, Farmacia Municipal de Salud, Farmacia Popular de Brasil, Vigilancia Epidemiológica y otras. Las acciones dentro de esos espacios son previamente planeadas y adecuadas a las necesidades de la comunidad y servicio, a través del Núcleo de Educación Permanente en Salud (NEPES), perteneciente a la Secretaría Municipal de Salud. El farmacéutico como profesional de salud, debe ser capaz de intervenir científica y críticamente sobre los problemas de salud y sobre el sistema de salud (SUS), con competencia para promover la integral atención a la salud, de forma ética e interdisciplinaria, tornándose así, valorado por la sociedad (Leite , 2008). Se puede decir que en UNIFRA las prácticas de servicio del farmacéutico están integradas a otros cursos del área de la salud posibilitando la permutación de distintos conocimientos y acciones articulados para la resolución de problemas. Esa interdisciplinariedad prepara los académicos para actuar en los diversos sectores de conocimiento siendo indispensable para la promoción de la salud de una población. La estructuración de los cursos de graduación y pos-grado se da de forma a promover profesionales comprometidos con la realidad socio-cultural, conjugando el censo reflexivo al crítico-creativo, con el intuito a la apropiación, reelaboración y producción del saber, en el avance de la ciencia y del conocimiento de la realidad. Se concibe el conocimiento como comprensión de la realidad en que se vive cuya aprensión ocurre en el proceso reflexión-acción. De esa manera, el saber construido en la experiencia propicia al ser humano condiciones de responder a las exigencias del tiempo y del espacio en que está inserido.Se apunta para el hecho de que la reorientación en la formación de acuerdo con las nuevas directrices del MEC, está presente en el Proyecto Pedagógico Institucional – PPI, que delibera de manera bastante efectiva actividades teórico-prácticas de enseñanza en la formación académica profesional de los cursos de la salud. CONCLUSIONES

Fue posible observar que las iniciativas de UNIFRA, referentes a la formación generalizadora están adecuadas a las nuevas directrices del MEC. Agrega en su metodología de enseñanza-aprendizaje contenidos teórico-prácticos, que suelen ser necesarios a la formación del profesional farmacéutico capaz de asistir al paciente en sus necesidades de tratamiento y cuidado. Posibilita desarrollar la práctica de la asistencia y atención farmacéutica como foco de acciones en salud a los pacientes asistidos en las pasantías integradas en la ESF en la comunidad y demás servicios del SUS. Las acciones multidisciplinares integradas con otros cursos de salud valoran los diferentes conocimientos y contribuyen imperativamente para la mejora de la calidad de la atención a la salud de la población. Se cree que la construcción de ese camino representa un determinante en la formación del nuevo perfil profesional del farmacéutico, que pasará a actuar de forma más comprometida y competente en los diversos campos de actuación en que se haga presente.

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MS, Ministério da Saúde., Ver – SUS / Brasil: cadernos de textos, 1-3, Editora do Ministério da Saúde,Brasília, Brasil (2004),

MS, Ministério da Saúde., I Fórum Nacional de Educação Farmacêutica: O Farmacêutico que o Brasil necessita: Relatório Final, Editora do Ministério da Saúde, 6, Brasília, Brasil (2008)

MS e MEC, Ministério da Saúde e Ministério da Educação., Programa Nacional de Reorientação da Formação Profissional em Saúde – Pró-Saúde: objetivos, implementação e desenvolvimento potencial, Ministério da Saúde ,Brasília,13-40,( 2007).

Ronzani, T.M.; A reforma curricular nos cursos de saúde: Qual o papel das crenças?, Rev. Bras. Educ. Med.: 31(1) (2007)

Storpirtis.S, e outros cinco autores; Farmácia Clínica e Atenção Farmacêutica., Editora Guanabara koogan, 32-33, Rio de Janeiro, RJ, Brasil (2008)

Vaughn, L.C.; pharmaceutical care plan examinations to identify students at risk for poor performance in advanced pharmacy practice experiences. Am. J. Pharm Educ., ISSN 0002-9459 (online): 72(5), Article 111 (2008).

Diseño e implantación del Sistema Europeo de Transferencia de Créditos (ECTS) en Albéniz


Diseño e implantación del Sistema Europeo de Transferencia de Créditos (ECTS) en una Asignatura de Química para Estudiantes de Ingeniería Javier Albéniz , Rosa Barajas, Isabel Carrillo y Pilar Saavedra Departamento Química Industrial y Polímeros, Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Madrid, C/ Ronda de Valencia 3, 28012 Madrid-España (e-mail: [email protected]) Resumen Se ha ensayado una primera experiencia de implantación del Sistema Europeo de Transferencia de Créditos (ECTS) en la asignatura Fundamentos de Química. Esto tiene como objetivo mejorar la metodología docente y realizar una enseñanza más tutorial y participativa con una evaluación más continuada que la que se ha venido empleando en años anteriores. Para ello, se ha disminuido el número de clases expositivas fomentando la participación de los alumnos con la realización y exposición de tareas individuales (resolución de problemas y examen de clase) y trabajos en grupo (acciones cooperativas). La experiencia ha supuesto un mayor trabajo tanto para los alumnos como para los profesores, pero los resultados finales alcanzados han mejorado, ya que el número de aprobados aumentó un 10% respecto a años anteriores. Palabras clave: enseñanza universitaria, estrategias de enseñanza, acciones cooperativas, resolución de problemas, química

Design and Implementation of the European Credit Transfer System (ECTS) in the Subject of Chemistry to Engineering Students Abstract The implementation of the ECTS system (European Credit Transfer System) has been initially tested in the course “Fundamentals of Chemistry” with the aim of improving the teaching methodology and student assessments used in previous years. With this aim in mind, the number of lectures has been reduced and students’ participation encouraged using both individual tasks (problem solving and class discussions) and group work (cooperative actions). These changes have increased the workload for both student and faculty, but the achieved results indicate learning and attitudinal gains as the number of students approved increased in a 10% respect to previous years. Keywords: university education, teaching strategies, cooperative actions, problem solving, chemistry




INTRODUCCIÓN La preocupación por la Innovación Educativa en el marco del proceso de implantación del Espacio Europeo de Educación Superior y la Mejora de la Calidad de la Enseñanza, está implicando, por la mayor parte del profesorado universitario, el desarrollo de acciones de diseño y aplicación de diversas estrategias metodológicas. Se tiende a relegar, aunque no se eliminan totalmente, las lecciones magistrales que se venían impartiendo por el profesor, temporizadas y adaptadas, para cumplimentar en su totalidad todos los apartados incluidos en el programa de su asignatura. Se evoluciona hacia una enseñanza más tutorial y participativa del alumno en donde la función del profesor adquiere una importancia relevante y es, fundamentalmente, la de guía-asesor-transmisor (Michavila y Zamorano, 2007; Benito y Cruz, 2005).

Las experiencias, hasta ahora, han obtenido resultados satisfactorios aprobando más del 90% en asignaturas de últimos cursos y con un número no demasiado elevado de alumnos ya que suelen ser inferiores a 15 (Muñoz et al., 2007; Pérez y Cervera, 2008). Sin embargo, emplear nuevas actuaciones en los primeros cursos de las diferentes titulaciones universitarias, donde hay mayor número de alumnos en el aula, es más difícil. Además, la experiencia y bagaje universitario del alumno todavía no se ha adquirido (Oliver-Hoyo et al., 2004). Impulsados por mantener el entusiasmo como docentes y una preocupación por una mejora continua de la didáctica de la Química, surge esta primera experiencia de implantación de sistema ECTS que se has realizado en la asignatura de “Fundamentos de Química”, incluyendo tanto la adquisición de conocimientos, como algunas de las destrezas y competencias necesarias (comunicación escrita y oral, búsqueda de literatura y razonamiento crítico) en el mundo profesional (Lucas et al., 2008) y pretendiendo, así mismo, la reducción en el absentismo y abandono de la asignatura por los alumnos (Gracia y De la Iglesia, 2005). La asignatura troncal del Primer Curso “Fundamentos de Química” de la Titulación Ingeniería Técnica Industrial, Especialidad en Química Industrial, impartida durante el primer cuatrimestre en la E.U.I.T. Industrial de Madrid, presenta una asignación, según Plan de Estudios 2002, de 12 créditos los cuales se han distribuido de la siguiente forma: 6 créditos en clase magistral, 3 créditos en clases de problemas y 3 créditos en laboratorio experimental. Su evaluación de teoría y problemas se realizaba a través de un examen de clase voluntario y un examen final. A la nota del examen final se le incrementaba el 10% de la nota del examen de clase siempre y cuando ambas pruebas hubieran superado una calificación de 4 puntos. Por otro lado, en el laboratorio experimental se valoraban los informes y se realizaba un examen de laboratorio de las cinco primeras prácticas y un examen de laboratorio final. Para aprobar la asignatura era necesario superar el laboratorio experimental de la asignatura y la evaluación final de teoría y problemas. Los resultados que se han venido obteniendo han sido de aproximadamente un 20 % de alumnos aprobados sobre una media de 77 alumnos presentados en la primera convocatoria. En el curso académico 2006/2007 se ha ensayado una nueva metodología docente con aproximación al entorno de la Convergencia Europea de la Educación Superior disminuyendo el número de clases magistrales a 4,5 créditos, dedicando los 1,5 restantes a fomento de participación de los alumnos mediante preguntas en el aula, elaboración de mapas conceptuales, así como, la elaboración de trabajos cooperativos y pequeñas exposiciones de los mismos en el grupo. En las clases de problemas y de laboratorio se han mantenido los 3 créditos en ambas, llevando a cabo acciones que implican una mayor participación y toma de decisiones tales como la resolución, exposición y entrega de problemas, preguntas directas en el laboratorio sobre el trabajo experimental realizado, contraste de resultados y posterior debate y discusión (López, 2005). MÉTODOS DOCENTES Y EVALUADORES Los alumnos matriculados en la asignatura, 121 en total, (96 de nuevo ingreso) se dividen desde la Secretaría de la Escuela en dos grupos, uno de mañana (68 alumnos) y otro de tarde (53 alumnos). La coordinación de los profesores que imparten la asignatura es total para ambos grupos.



El primer día de clase se les hizo entrega de la normativa y guía docente de la asignatura. Se les planteó la voluntariedad de las acciones que se iban a utilizar para tratar de mejorar el aprendizaje y los resultados finales de la asignatura: 1) Resolución, exposición y entrega de problemas; 2) Realización de trabajos cooperativos y su exposición; 3) Examen de clase. Así mismo, se resaltó que la asignatura además dispone de un examen final y de laboratorio experimental y su examen correspondiente a los cuales se podían presentar sin realizar previamente estas pruebas de carácter voluntario. Los profesores han editado una colección de enunciados de problemas (148 problemas repartidos en 9 boletines) que los alumnos tienen a su disposición y que se realizan en clase a lo largo del cuatrimestre. En cada boletín los profesores fijaron dos problemas como tarea individual a realizar por los alumnos, que se comunicaba a los interesados con tiempo suficiente para que pudiesen ser estudiados y resueltos. Posteriormente, dedicando una hora durante cinco semanas repartidas en el cuatrimestre y, una vez que se había estudiado con anterioridad la teoría relativa a los mismos, dichos problemas eran explicados y expuestos en clase por los alumnos que los habían entregado, mediante sorteo de apartado de problema y alumno. Para la exposición contarían con 5 minutos de tiempo como máximo, haciendo uso de la pizarra y de la copia de los problemas entregados. Participaron un total de 64 alumnos (34 del grupo de mañana y 30 del grupo de tarde). Las tutorías con los profesores de la asignatura sirvieron para orientar en la resolución de dichos problemas. A dicha tarea individual, que consistía en 18 problemas en total, se le asignaban como máximo 2,5 puntos que se sumaban a la nota del examen de clase. Para la realización de los trabajos cooperativos se formaron grupos de tres alumnos, de forma aleatoria, entre los alumnos que intervinieron voluntariamente. A cada miembro del grupo se le nombró con una letra (A, B y C). Los profesores prepararon 17 trabajos cooperativos en total que incluían, cada uno de ellos, 6 preguntas y que versaban sobre todo el temario de la asignatura. Con el fin de que relacionaran distintas partes de la materia y sus aplicaciones industriales se trató que alguna de las preguntas incluyera la realización de pequeños mapas conceptuales. Se les indicó que presentarían un Trabajo por Grupo y que el mismo constaría de 5 hojas DIN A4 por las dos caras como máximo, excluyendo gráficas, esquemas, tablas, etc. En todos los trabajos era indispensable indicar la Bibliografía consultada y se les informó que, en principio, el Trabajo Cooperativo se calificaría igual para todos los miembros de cada Grupo y la nota máxima que se podría obtener era de 2,5 puntos que se sumarían a la nota del examen de clase. Finalmente se les pidió que anotaran en la hoja inicial sus conclusiones con relación a la valoración sobre su experiencia realizada. En total en el grupo de mañana intervinieron 51 alumnos (17 trabajos cooperativos) y en el grupo de tarde 33 alumnos (11 trabajos cooperativos). Se avisó a los alumnos, con anterioridad suficiente, la fecha en que se haría entrega por parte de los profesores de los trabajos cooperativos en clase, exigiendo la presencia de todos los miembros del grupo e indicándoles que ese día deberían llevar, al menos, un libro por grupo ya que se colocarían juntos y empezarían a trabajar la primera pregunta del trabajo cooperativo durante dos horas de clase, actuando los profesores como tutores y guías en su desarrollo. Se había previsto realizar una sesión cooperativa-tutorial por cada pregunta del trabajo cooperativo, es decir, seis sesiones de dos horas, pero finalmente por la dificultad de no contar con un aula adecuada para acciones cooperativas sólo se realizaron dos sesiones (4 horas). No obstante se indicó a los alumnos la posibilidad de acudir, cada grupo al completo, a las Tutorías de cada Profesor. De la misma forma, se informó a los alumnos de la fecha de entrega en clase de sus Trabajos Cooperativos resueltos. También, se les indicó que el mismo día de la entrega harían la exposición de una parte de su trabajo al grupo. La exposición se realizaría por sorteo, en ese momento en el aula, de Grupo, Alumno y Pregunta de Trabajo y para ella contarían con 10 minutos de tiempo, haciendo uso de la pizarra y transparencias.

Otra acción llevada a cabo fue la realización de un examen de clase de dos horas de duración, en la misma fecha y de igual contenido, para los dos grupos, mañana y tarde. El temario que incluía dicho examen era aproximadamente el 70% del temario global de la asignatura. Participaron un total de 66 alumnos.



Por último, se valoraron las sesiones de laboratorio experimental. Para ello los alumnos contaron con Guiones de Prácticas elaborados por los profesores y laboratorio equipado. Los alumnos dedicaron 2 horas semanales (14 semanas) durante todo el primer cuatrimestre. Se les había dividido en 8 grupos (6 de mañana y dos de tarde) y cada grupo, aproximadamente, tenía 12 alumnos. Se les valoró su interés, trabajo y disposición en el laboratorio, los informes de cada sesión de laboratorio en los que reflejaron las observaciones realizadas, conclusiones, aplicaciones prácticas que se derivan, posible impacto en el medio ambiente y las fuentes de información consultadas (LLorens y López, 2005), un examen de las 5 primeras sesiones realizadas y un examen final que incluía preguntas de todas las sesiones de laboratorio realizadas. Era indispensable superar el laboratorio experimental para poder aprobar la asignatura de forma global. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Con la nueva metodología ensayada se ha pretendido mejorar y reforzar la que se ha venido empleando en años anteriores, así como, también, adaptar el sistema de evaluación al entorno educativo que plantean los créditos ECTS y la Convergencia Europea de Educación Superior. Con todo ello se ha pretendido crear nuevas situaciones que obliguen a los alumnos a usar las estrategias de forma continuada para que se conviertan en hábitos de trabajo y estilo de aprendizaje. Desde la implantación del Nuevo Plan de Estudios, durante los cursos 2002/03, 2003/04, 2004/05, 2005/06 los resultados de las calificaciones obtenidas, en primera convocatoria, han sido de un promedio del 20% de aprobados con respecto a una media de 77 alumnos presentados. Mientras que, en el curso 2006/07, después de todas las acciones anteriormente indicadas, se ha obtenido, en primera convocatoria, un 30% de aprobados con respecto a 90 alumnos presentados. Analizados los resultados de los Trabajos Cooperativos y de Resolución, Exposición y Entrega de Problemas, de los 5 puntos adicionales a la nota del examen de clase que podían obtener los alumnos, se estima en promedio que han sumado 2,5 puntos. Muchos de los alumnos no han obtenido un resultado final satisfactorio debido bien a una nota de examen de clase muy baja o bien a que en el examen final han obtenido una nota inferior a 4. No obstante, todos los alumnos que han participado voluntariamente en todas las acciones indicadas y que han aprobado la asignatura, han visto incrementada su nota de examen final alrededor de 1,0 puntos. Del total de 121 alumnos matriculados en el curso 2006/07, se consideraron únicamente los presentados al examen final y se les dividió en dos grupos: a) los que participaron en las acciones ECTS, 64 alumnos (problemas, examen de clase, trabajos y laboratorio) (alumnos ECTS) y b) los que voluntariamente no quisieron hacerlo, 26 alumnos, cuya nota corresponde únicamente al examen final (alumnos no ECTS). Al comparar los resultados entre ambos grupos se pasa de un 8% de aprobados en los que no quisieron participar en las acciones ECTS a un 39% en los que participaron (Fig.1).

Fig. 1: Porcentaje de alumnos que han aprobado los Fundamentos de Química que han realizado

o no créditos ECTS



En futuros cursos, una vez introducida moderadamente esta nueva metodología, se pretende continuar con las mismas acciones, mejorando las actuaciones y desarrollando realmente, al menos, 6 sesiones de acciones cooperativas en un aula adecuada para ello, así mismo, se pretende seguir fomentando el trabajo individual con la resolución, exposición y entrega de problemas. A) Encuestas relativas a los trabajos cooperativos A los 64 alumnos que intervinieron en la realización de los Trabajos Cooperativos se les pasó una encuesta sobre valoración de la experiencia que puntuaron de 1 a 5 en función de su nivel de satisfacción. Los resultados indicaron que la experiencia les había servido positivamente para cambiar su actitud respecto a la asignatura y a las metodologías activas. Consideran que esta metodología les sirve para fijar mejor los conocimientos de la materia (86% aproximadamente) (Fig. 2a), como técnica para facilitar el estudio (80% aproximadamente) (Fig. 2b), para trabajar en grupo (72% aproximadamente), para implicarse en un trabajo cooperativo (97% aproximadamente), para mejorar su nivel de conocimientos (94% aproximadamente). No obstante, estas valoraciones tan altas realizadas por los alumnos no muestran un incremento notable en el número de aprobados de la asignatura.

Fig. 2: Porcentaje total de respuestas de los alumnos en relación a las preguntas: a) Esta experiencia te ha servido para fijar mejor los conocimientos de la materia. b) El realizar estos trabajos cooperativos te ha sido útil como técnica de estudio: te ha facilitado el aprendizaje.

Fig. 3: Porcentaje de nivel de conocimientos adquiridos por los alumnos: a) antes y b) después de haber realizado la experiencia

10%

20%

319%

463%

516%

NC2%

b) Nivel de conocimientos después de la experiencia



B) Encuestas relativas a la resolución de problemas A los alumnos que intervinieron en la Resolución, Entrega y Exposición de Problemas se les pasó una encuesta similar a la anterior sobre valoración de la experiencia que puntuaron de 1 a 5 en función de su nivel de satisfacción. Así mismo, indicaron que la experiencia les había servido, en general, para fijar mejor los conocimientos de la materia (95% aproximadamente), como técnica para facilitar el aprendizaje (97% aproximadamente), implicarse en un trabajo individual (90% aproximadamente), para mejorar su nivel de conocimientos (95% aproximadamente). En la Fig. 3 se muestra el porcentaje de respuestas dado por los alumnos en relación a su nivel de conocimientos en cada materia antes o después de realizar el trabajo, respectivamente. CONCLUSIONES La experiencia, con estos primeros pasos, ha sido muy positiva aunque ha supuesto mayor trabajo para los alumnos y para los profesores y ha obligado a los alumnos a un trabajo continuado y más profundo con una mejora de hábitos de estudio. Para ello los alumnos debían seguir un calendario programado desde principio de curso y realizar tareas diarias con el fin de facilitarles el aprendizaje. Los resultados finales alcanzados por los alumnos en la asignatura, con respecto a años anteriores, se han mejorado. Prácticamente todos los alumnos aprobados han participado en todas las acciones voluntarias programadas. Se ha obtenido, aproximadamente, un 10% más de alumnos aprobados sobre el total de presentados, valor inferior a las expectativas que nos habíamos marcado a principio de curso. Este incremento tampoco se corresponde con el entusiasmo mostrado, por los alumnos, a lo largo de las acciones y que dejaron reflejado en las encuestas de opinión realizadas antes del examen final. Una de las mayores dificultades encontradas ha sido la ausencia de aulas equipadas adecuadamente para llevarse a cabo las mismas. Así mismo, se ha puesto en evidencia que los alumnos confían más en su trabajo individual de resolución de problemas que en la realización de un trabajo en grupo para mejorar su nivel de conocimientos según las encuestas de opinión realizadas a los alumnos. Hay que destacar la dificultad de los alumnos para realizar mapas conceptuales puesto que tienen que relacionar la mayoría de los conceptos aprendidos, lo que les supone un conocimiento más amplio de la materia. Sin embargo, han potenciado el compañerismo y el trabajo en grupo entre los alumnos y su implicación. No obstante, ellos mismos han manifestado también quejas en relación a aquellos compañeros de su grupo que opinaban que no habían prestado toda la cooperación necesaria. Se ha conseguido que los alumnos realicen exposiciones orales públicas.

Esto ha iniciado y entrenado a los profesores y a los alumnos para repetir la misma experiencia en las asignaturas de Química del segundo cuatrimestre. Aunque para años posteriores consideramos necesario contar con todas las asignaturas impartidas en los dos cuatrimestres, siendo necesario, a nuestro entender, cuantificar los créditos ECTS de todas las asignaturas impartidas en el primer curso.

AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen a la UPM la financiación del proyecto nº IE06 5625-024, “Diseño y aplicación de estrategias metodológicas, con implantación del sistema ECTS, para mejorar los resultados en las asignaturas de Química de primer curso de la titulación de Ingeniero Técnico Industrial, especialidad en Química Industrial”. REFERENCIAS Benito A. y A. Cruz; Nuevas claves para la Docencia Universitaria en la Espacio Europeo de Educación Superior, 1ª ed, Narcea S.A. de Ediciones, Madrid, España (2005). Gracia, E. y M.C. De la Iglesia; Sobre la opinión que los alumnos tienen de la efectividad de la docencia. Una primera exploración con encuestas en Teoría Económica, Revista Iberoamericana de Educación: 37(4), 1-15 (2006)



Llorens, J.A. y R. López; Los trabajos prácticos de Química en los niveles iniciales de Enseñanza Universitaria: Aplicación a un primer curso de Ingeniería Técnica Agrícola. Jornada sobre Didáctica de la Física y la Química en los distintos niveles educativos. Sección de Publicaciones de la ETSII de la Universidad Politécnica de Madrid, 251-258, Madrid, España (2005). http://www.etsii.upm.es/ diquima/vidacotidiana/Jornada.htm López, F.; Metodología participativa en la Enseñanza Universitaria, 1ª ed, Narcea S.A. de Ediciones, Madrid, España (2005). Lucas, S y otros 5 autores; Teaching and learning strategies and evaluation changes for the adaptation of the Chemical Engineering degree to EHES. Education for Chemical Engineers: 3, e33-e39 (2008). Michavila, F. y S. Zamorano; Reflexiones sobre los cambios metodológicos anunciados en la Educación Superior en España, Educación y Futuro: 16, 31-46 (2007). Muñoz E., A. Filgueira y M.A. Seijo; Cambios en la Evaluación en consonancia con la variación en la Metodología, I Jornada Internacional UPM sobre la Innovación Educativa y Convergencia Europea, 1- 9, Madrid, España, Dic. (2007). Oliver-Hoyo, M.T. y otros 4 autores; Effects of an Active Learning Environment Teaching Innovations at a Research I Institution Journal Chemical Education: 81(3), 441-447 (2004). Pérez V. y A Cervera; Análisis de Experiencias Docentes Aplicadas en Asignaturas y Organización de Empresas en Distintos Cursos y Titulaciones en la Escuela Superior de Ingeniería de Cádiz, XVI Congreso Universitario de Innovación Educativa en las Enseñanzas Técnicas, 1-12, Cádiz, España, Sept. (2008).

Aplicación del Simulador ChemCAD™ en la Enseñanza en Carreras de Ingeniería Toselli


Aplicación del Simulador ChemCAD™ en la Enseñanza en Carreras de Ingeniería Luis A. Toselli, Mónica P. Guerrero, Vanina M. Monesterolo y Romina A. Beltrán

Universidad Tecnológica Nacional, Fac. Reg. Villa María, GISIQ, Av. Universidad 450, X5900HLR, Villa María, Cba., Argentina (e-mail: [email protected]) Resumen Se plantea una revisión de las acciones desarrolladas en la aplicación de la simulación de proce-sos y en particular del uso de un simulador comercial de procesos, como apoyo para la enseñanza en carreras de ingeniería de distintas especialidades. Estas experiencias fueron realizadas en la Facultad Regional Villa María de la Universidad Tecnológica Nacional en Argentina. Se analiza la utilización dada al software ChemCAD™ y sus módulos CC-Therm™ y CC-Batch™ durante más de una década en cátedras del ciclo superior de las carreras de ingeniería que imparte la Facul-tad, en especial en ingeniería química. También se hace referencia a su empleo en la especialidad de ingeniería mecánica y en cursos de posgrado de tecnología de alimentos. Como ejemplo, se describe un trabajo académico que con alumnos del cuarto nivel de ingeniería química. Este ejemplo muestra como se puede integrar el uso de la simulación con experiencias de planta piloto en forma eficiente. Como conclusiones se destaca la relevancia que tiene esta integración de co-nocimientos para el proceso enseñanza aprendizaje y la formación de mejores ingenieros. Palabras clave: simulación de procesos, enseñanza en ingeniería, simuladores comerciales, ChemCAD

Application of the ChemCAD™ Simulator to the Teaching in Engineering Careers Abstract Several activities related to the application of process simulation and in particular to the use of a commercial process simulator, as an effective teaching tool in different engineering careers, are presented and discussed. These experiences were done at the Villa María Faculty of Engineering of the National Technological University in Argentina. The use of the commercial software Chem-CAD and its modules CC-Therm™ and CC-Batch™ for more than a decade in courses given to engineering students, especially in chemical engineering, is analyzed. Reference is also done to the experiences with students of mechanical engineering and with a graduate course in food tech-nology. As an example, an academic work with junior and senior students of chemical engineering is described. The example shows how simulation and pilot plant experiments can be integrated in an efficient form. The main conclusion is the importance that this knowledge integration has for the teaching-learning process and for the formation of better engineers. Keywords: process simulation, engineering teaching, commercial simulators, ChemCAD INTRODUCCION




Los simuladores comerciales han evolucionado considerablemente en las últimas décadas, convir-tiéndose hoy en herramientas de aplicación cuyo uso resulta esencial tanto en el ámbito industrial como en el área educativa (Maciel et al., 1998). Un simulador como CHEMCADTM posibilita a sus usuarios evaluar las condiciones de funcionamiento de un determinado proceso o equipo, realizar su dimensionamiento, proponer alternativas de operación mediante modificación de sus variables, al tiempo que le permite disponer de un amplio banco de datos de componentes además de la posibilidad de incorporar nuevos, entre otras muchas opciones (Chemstations, 2005) En general, puede decirse que un estudiante que ha alcanzado un cierto nivel de formación en su carrera o un profesional de ingeniería podrá respaldar considerablemente sus capacidades des-arrollando habilidades para el análisis, síntesis y evaluación de procesos si cuenta con el apoyo de esta poderosa herramienta y se afianza en su manejo. Sin embargo, el usuario de un simulador de tales características debe tener un conocimiento acabado del proceso que es objeto de estu-dio, ser capaz de evaluar y seleccionar el modelo termodinámico que mejor se ajuste al sistema, comprender las ventajas y limitaciones del modelo de simulación con el que representa al proce-so, además de entender acerca de los métodos que utiliza el software para su resolución (Scenna, 2001). El desafío académico que se plantea consiste entonces en encontrar la manera adecuada de aplicar éste en la construcción del conocimiento, definiendo el modo de aproximación y uso que deberá hacer el alumno en los diferentes estadios de su carrera. METODOLOGÍA En la Facultad Regional Villa María de la UTN se dispone del software en cuestión desde el año 1994, utilizándose desde entonces para la enseñanza en un número creciente de cátedras que componen la estructura curricular de la especialidad de Ingeniería Química, en la cual se ha des-arrollado una importante experiencia. Se ha estructurado su empleo de un modo gradual que co-mienza al promediar la carrera, esto es a partir del tercer año de cursado, cuando un alumno regu-lar ya ha alcanzado una adecuada base de conocimientos teórico-prácticos. La aproximación al simulador se propone de una manera articulada en distintas cátedras de éste nivel, cuya ense-ñanza se ve enriquecida al aplicar su potencial al tratamiento de contenidos temáticos específicos (Tabla 1). Tabla 1: Detalle de cátedras y aplicaciones en el tercer nivel de la especialidad de Ing. Química.

Nivel Cátedras Aplicación

Informática Aplicada

Introducción al manejo de ambos bancos de datos disponibles en el software. Definición de nuevos componentes (modelos de re-gresión, obtención de parámetros para estimación de propieda-des).

Introducción a la Simulación

Elaboración de diagramas de flujo. Incluye reconocimiento de tipo y características de equipos (unidades de operación), análisis topológico de proceso, partición y rasgado, selección de corrien-tes de corte.

Matemática Superior Aplica-da

El conocimiento matemático preexistente se fortalece con una mejor visualización de las técnicas de resolución de sistemas de ecuaciones. Se complementa con aplicaciones de métodos acele-radores de convergencia (Wegstein, DEM) y estimación de pará-metros para modelos de regresión.

Fisicoquímica Tratamiento de casos de estudio de equilibrio líquido-vapor. Apli-cación de ecuaciones de estado.

Termodinámica Estimación de propiedades de compuestos. Otros cálculos y apli-caciones utilizando métodos de contribución de grupos.

Integración III Resolución de balances de materia y energía de equipos y/o pro-cesos sencillos en estado estacionario y no estacionario.

III

Fenómenos de Transporte Resolución de problemas de flujo, bombas, pérdidas de carga en tuberías y accesorios

Se resuelven con apoyo computacional, cálculos y problemas que el alumno esta capacitado para desarrollar en forma manual o mediante programas de uso general, pero que ahora puede abordar



bajo otra perspectiva, analizando sus ventajas. El uso más intensivo se da en Integración III, en donde finalmente adquiere un manejo suficiente para la resolución integral de balances. En parti-cular, en Fenómenos de Transporte, se plantean las primeras experiencias comparativas frente a resultados experimentales obtenidos en planta piloto.

En cátedras del cuarto nivel se profundiza el grado de aplicación, tal como puede observarse en la Tabla 2. Específicamente en la cátedra Integración IV se desarrollan además contenidos teóricos de simulación, síntesis y optimización de procesos y la ejercitación está dirigida principalmente a la resolución integral de problemas reales de ingeniería. En éste año se avanza en el tratamiento de aplicaciones comparativas de simulación frente a experiencias desarrolladas en planta piloto y se progresa en su empleo orientado al diseño de equipos de separación y termotransferencia. Finalmente, en el quinto nivel de la especialidad (y tercero consecutivo de aplicación) su uso esta focalizado en una única cátedra, tal como puede apreciarse en la Tabla 3. También se aplica en forma regular, aunque en menor medida, en la especialidad de Ingeniería Mecánica en dos cáte-dras del cuarto nivel. (Tabla 4). En el posgrado, aún cuando la experiencia existente resulta más acotada, se lo utiliza en una carrera de maestría, de acuerdo a lo descrito en tabla 5. Tabla 2: Detalle de cátedras y aplicaciones en el cuarto nivel de la especialidad de Ing. Química.

Nivel Cátedras Aplicación

Integración IV

Desarrollo de modelos basados en procesos industriales reales, adaptados para su aplicación académica, permitien-do cotejar los resultados teóricos obtenidos frente a valores experimentales disponibles. Incluye el empleo del módulo CC-BATCHTM.

Tecnología de la Energía Térmica Diseño y verificación de intercambiadores de calor de tipo doble tubo y de tubo y coraza con CC-THERMTM.

Operaciones Unitarias I Tratamiento de procesos de separación continuos y discon-tinuos.

Operaciones Unitarias II

Tratamiento de procesos de separación continuos y discon-tinuos de sistemas gas-líquido. Abarca actividades de diseño y análisis de comportamiento hidráulico de equipos. Incluye el empleo del módulo CC-BATCHTM.

IV

Ingeniería de las Reacciones Modelado y simulación de reacciones de equilibrio. Tabla 3: Detalle de cátedras y aplicaciones en el quinto nivel en la especialidad de Ing. Química.

Nivel Cátedra Aplicación

V Integración V Empleo personalizado del estudiante para tratar el proceso del tema elegido para su proyecto final.

Tabla 4: Detalle de cátedras y aplicaciones realizadas en la especialidad de Ingeniería Mecánica. Nivel Cátedras Aplicación

Mecánica de los Fluidos Resolución de problemas de flujo, bombas, pérdidas de car-ga en tuberías y accesorios.

IV Tecnología del Calor

Diseño y verificación de intercambiadores de calor de tipo doble tubo y de tubo y coraza con CC-THERMTM, análisis integral de su comportamiento (incluye estudio de vibracio-nes).

Tabla 5: Empleo en el área de posgrado en Maestría en Tecnología de los Alimentos.



Curso Aplicación

Modelado y Simulación de Procesos en la Industria Alimentaria

Tratamiento mediante simulación de procesos varios que resultan de interés para la industria alimentaria, (destilerías, plantas de extracción de aceites vegetales, entre otros).

Otros usos Empleo avanzado en estudios realizados para el desarrollo de tesis específicas.

A efectos de describir con mayor detalle alguna de estas experiencias, se presenta una síntesis de un trabajo propuesto como actividad académica en el cuarto nivel, en relación con la temática de destilación. Descripción de un ejemplo de aplicación Se plantea la resolución de un caso de estudio titulado “separación de sistemas multicomponentes mediante destilación batch”. Este tiene como objetivo que el estudiante, bajo la supervisión de la cátedra y aplicando el software existente, realice un estudio integral del problema considerado. Se propone como hipótesis de trabajo la existencia de una solución acuosa residual (subproducto de una destilería) cuyo aprovechamiento tiene un probable potencial económico y por esta cuestión debe evaluarse la factibilidad de recuperar de ella uno o más productos con valor comercial. Se parte de una solución acuosa multicomponente rica en etanol en la que se encuentran presentes además otros dos alcoholes superiores, ambos en menor proporción y se plantea, en principio, la intención de recuperar una fracción de etanol concentrado y, de ser factible, la de un segundo componente. La actividad se desarrolla en clases sucesivas, en las que el alumno comienza por realizar una revisión de la bibliografía sugerida (Jacques et al., 1999; Toselli, 2002; Diwekar, 1996) y demás documentación técnica disponible (Barton, 1994; Edwards, 2005) a efectos de definir un adecuado marco teórico que le permita focalizar debidamente el problema a tratar. Esto lo conduce a anali-zar cuestiones tales como: probabilidad de formación de azeótropos de los compuestos presentes, conveniencia de seleccionar de modelos de fase líquida para el manejo del equilibrio líquido-vapor y de NRTL, en particular, para un adecuado tratamiento de los componentes en solución (Faúndez et al., 2006; Faúndez y Valderrama, 2004).

Como pretende utilizar la simulación para la evaluación teórica de la operación de separación que deberá realizar en el equipo existente en planta piloto (cuyo esquema se muestra en la Fig. 1) reconocer y evaluar sus características resulta una exigencia previa, para luego poder implemen-tar el modelo en CC_BATCH. De esta manera realiza un relevamiento de datos tales como: volú-menes de carga máximo y mínimo operativos, HEPT y número de etapas teóricas de la columna, factibilidad de conducir la destilación a presión atmosférica o bajo vacío, límites prácticos para el suministro energético, del sistema de refrigeración y de manejo del reflujo, entre otros. Luego de implementar y validar el modelo evalúa en él diferentes opciones y alternativas de sepa-ración, analizando el comportamiento de variables, tales como: calor a suministrar, relación de reflujo, tiempos de operación y también la conveniencia o no de realizar destilaciones sucesivas. Esto le permite encontrar las condiciones de operación que deberían conducirlo, en teoría, a la obtención un producto que cumple con el objetivo técnico-económico propuesto. Las mismas se implementan luego en el equipo real y se efectúa la destilación de manera experimental, compa-rándose finalmente los resultados obtenidos frente a los teóricos esperados. Concluida la actividad se procede a la evaluación y discusión de cierre del caso de estudio, que se completa con la pre-sentación de un informe técnico ajustado a normas establecidas por la cátedra. DISCUSIÓN DE LAS EXPERIENCIAS Se ha podido establecer que la utilización del simulador contribuye de manera significativa a un mejor desarrollo de las cátedras, enriqueciendo la calidad de la formación académica que se brin-da. Su aplicación concreta a partir del tercer nivel resulta adecuada, aún cuando se debe luchar inicialmente con un preconcepto existente en la mayoría de los estudiantes y por el cual, errónea-mente, suponen que el simulador puede constituir “una solución en si mismo” y solo por contar con él podrán resolver situaciones que superan su propia capacidad.



Luego de utilizarlo entiende rápidamente que, en realidad, es él y no el software quien fija el límite de complejidad de los problemas que puede abordar. Por tal razón, los mejores resultados se al-canzan en los dos años finales. A esto contribuye, de manera natural, el mayor grado de forma-ción alcanzado y su propia maduración como usuario. Es posible afirmar que a esta altura, se pro-duce un verdadero “descubrimiento” de su potencial y su visualización como herramienta de indu-dable valor que, asociada a sus conocimientos, tiene un efecto sinérgico sobre su rendimiento como futuro profesional de ingeniería.

Fig. 1: Esquema del destilador batch utilizado en ensayos experimentales



CONCLUSIONES A partir de las antes expuesto se puede concluir que: i) Su empleo ha resultado muy eficiente para la enseñanza de conceptos y fundamentos de inge-niería. Un uso gradual e integrado en cátedras del ciclo superior favorece una armónica integra-ción de conocimientos. ii) Una amplia mayoría de los estudiantes se muestra motivada para capacitarse en el manejo y aplicación del software. El alumno tiene expectativas al respecto y muestra su predisposición, tan-to en las carreras de grado como en posgrado. iii) El primer año de aplicación resulta de adaptación para el estudiante y una fluida interacción docente-alumno resulta fundamental para afianzar su aprendizaje. iv) La formación adquirida en simulación es un valor adicional al momento de buscar la inserción laboral y constituye un rasgo distintivo que es valorado, especialmente, por las empresas más desarrolladas que son demandantes de éste tipo de capacitación. v) Aún cuando su uso se ha consolidado en un importante número de cátedras, una aplicación más amplia todavía es posible, en particular, en el quinto nivel de ingeniería química en otras ma-terias cuyas temáticas están cubiertas por las potencialidades del software. REFERENCIAS Barton, P.I.; Batch Process Simulation Why and How. Department of Chemical Engineering, Mas-sachusetts Institute of Technology, Cambridge (1994). Chemstations, Inc., CHEMCAD and CC - BATCH - User Guide and Tutorial, Houston, Texas, USA (2005), http:\\ www.chemstations.net. Diwekar, U.; Batch Distillation. Simulation, Optimal and Design Control. Series Chemical and Me-chanical Engineering, Taylor & Francis Publishers (1996). Edwards, J.E.; Process Modelling Selection of Thermodynamic Methods. P & I Design Ltd., United Kingdom (2005). www.chemstations.net/documents/thermo.pdf Faúndez, C., V. Alvarez y J.O. Valderrama; Predictive Models to Describe VLE in Ternary Mixtures Water+ Ethanol+ Congener for Wine Distillation, Thermochimica Acta: 450, 110-117 (2006). Faúndez, C. y J.O. Valderrama; Ecuaciones de Estado vs. Modelos de Coeficientes de Actividad para Describir el Equilibrio Líquido-Vapor en Mezclas Ternarias de Interés en Destilación Alcohóli-ca. Alimentaria: 42, 141-146 (2004). Jacques, K., T.P Lions y D.R. Kelsall; The Alcohol Textbook. 3er edition, Ed. Murtagh & Associates, Nottingham University Press, United Kingdom (1999). Maciel, M.R.W., R. Maciel-Filho y C.J.G. Vasconcelos; The Use of Commercial Simulators in the Engineering Teaching: A Naturally Simulating Approach. International Conference on Engineering Education, R. de Janeiro, Brazil (1998). Scenna, N.J.; Modelado, Simulación y Optimización de Procesos Químicos, Editorial UTN, 1° edi-ción (2001). Toselli, L.A.; Obtención de Etanol por Proceso Fermentativo. Tratamiento de Corrientes “Downs-tream”. Tesis de Maestría en Tecnología de los Alimentos, FRVM de la UTN (2002).

ADQPCI: Placa de Adquisición de Datos con Fines Docentes Quiles


ADQPCI: Placa de Adquisición de Datos con Fines Docentes Francisco J. Quiles, Manuel A. Ortiz, Carlos D. Moreno y María Brox Universidad de Córdoba, Escuela Politécnica Superior, Departamento de Arquitectura de Computadores, Electrónica y Tecnología Electrónica, Edificio Leonardo Da Vinci, Campus Universitario de Rabanales, Ctra. Madrid-Cádiz Km. 396-A, 14071 Córdoba-España (e-mail: [email protected]) Resumen En este trabajo se presenta una de las placas de adquisición de datos que se ha desarrollado con fines docentes para su utilización en prácticas relacionadas con sistemas en tiempo real e informática industrial y se plantean algunas de las ventajas e inconvenientes frente a la utilización de placas comerciales. A lo largo del trabajo se detalla el diseño del hardware, en el que se ha priorizado la facilidad de programación, siendo ésta una de las ventajas frente a las placas comerciales. En estas prácticas es fundamental que el alumno tome conciencia de la importancia de la interfaz hardware-software, si se quiere conseguir un sistema fiable y que explote al máximo las características del hardware. Con el desarrollo de una placa de adquisición de datos se consigue un sistema que el alumno puede utilizar en varias asignaturas de su titulación que están relacionadas con el desarrollo y programación de sistemas empotrados.

Palabras clave: adquisición de datos, diseño hardware, sistemas empotrados, interfaz hardware-software, fines docentes

ADQPCI: Data Acquisition Board for Educational Purposes

Abstract

In this work a data acquisition board developed for educational use in subjects related to real-time systems and industrial computing, is presented. The main advantages and disadvantages of using these boards versus the use of commercial boards are discussed. The hardware design described along this work emphasizes the facility of programming the board, which is one of the main advantages versus the commercial boards. In these practices it is essential that student comprehend the importance of the hardware-software interface in order to obtain a reliable system which exploits in a maximum way the characteristics of the hardware. The development of a data acquisition board allows to obtain a system that the students can use in several course during his university career which are related to the development and programming of embedded systems. Keywords: data acquisition, hardware design, embedded systems, hardware-software interface, educational objectives




INTRODUCCIÓN

En los laboratorios de Electrónica es habitual la utilización de placas de adquisición de datos como parte de la Instrumentación Virtual (Golberg et al., 2000) o como parte de los sistemas de control. Actualmente existe una amplia oferta comercial de Instrumentos Virtuales, que incluye incluso la correspondiente placa de adquisición de datos. Estos tienen el inconveniente de que suelen ser aplicaciones muy generales, por lo que no se adaptan completamente a nuestras necesidades docentes. Esto se soluciona haciendo un diseño a medida, según las necesidades de las prácticas a realizar en cada tipo de laboratorio. Existen numerosos trabajos que analizan las ventajas e inconvenientes de la Instrumentación Virtual frente a la tradicional (Grimaldi et al., 2005; Nedic et al., 2003). El grupo de trabajo del presente estudio ha desarrollado también varios instrumentos virtuales en su vertiente hardware y software (Quiles et al., 2006; Torres et al., 2002).

En cuanto a la utilización de las placas de adquisición en sistemas de control se pueden dividir las prácticas en dos grupos. Un grupo de prácticas serían aquellas en las que el objetivo principal es realizar el software de control. En estas prácticas interesa que el alumno preste su atención en los lazos de control y se utiliza la placa de adquisición como un recurso más del computador. Se utilizan habitualmente librerías que abstraen al programador del hardware de la placa. Para el otro grupo de prácticas, que se podrían denominar de informática industrial y/o de sistemas en tiempo real, es importante conocer el proceso de adquisición de datos y por tanto es necesario conocer el hardware y el software que maneja este hardware. Para llevar a cabo este objetivo se requiere por tanto disponer de toda la información detallada de la placa de adquisición.

En este último grupo de prácticas disponer de una placa de adquisición con fines docentes, donde se conozca minuciosamente el hardware y se haya simplificado su programación, reduce el esfuerzo del alumno, centrando su atención en otros aspectos de las prácticas proporcionando una importante ayuda en la labor docente.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA PLACA ADQPCI La placa diseñada se puede englobar en la gama medio-baja, pero incluye todo lo necesario para implementar multitud de aplicaciones de control y de Instrumentación Virtual. En la Fig. 1 se muestra una fotografía de la placa ADQPCI. Sus características más importantes son:

• Conexión al bus PCI de 32 bits, 5V y 33MHz

Los periféricos se han mapeado en el espacio de E/S Transferencias de 8 bits

• Conversión analógico-digital 14 canales analógicos de entrada 8 bits de resolución Amplificador de ganancia programable: 1, 2, 4, 8 y 16 1 LSB = 20 mV Control del fin de conversión por programa e interrupción

• Conversión digital-analógica 2 canales analógicos de salida 8 bits de resolución 1 LSB = 20 mV

• Temporizador/contador de eventos de 16 bits • Registros de entrada y salida digitales

8 entradas digitales dedicadas 8 salidas digitales dedicadas accesibles a nivel de bit

Otra característica que se consideró imprescindible en el diseño, es que fuese muy fácil de programar, tratando de reducir al mínimo posible los pasos a seguir en la configuración. Por eso, se ha incluido dos registros digitales independientes, uno de entrada y otro de salida. De esta forma sólo hay que realizar el acceso de lectura (entrada) o de escritura (salida), sin necesidad de configurar la dirección del puerto, como sería el caso, si se hubiera optado por unos puertos



bidireccionales. El puerto de salida es direccionable bit a bit facilitando así la actuación sobre este puerto. Tampoco se han incluido buffers para los datos adquiridos en el conversor A/D, que aunque reducen las prestaciones simplifican en gran medida la programación.

Fig.1: Vista superior de la placa ADQPCI.

DESCRIPCIÓN DE LA PLACA ADQPCI En la figura 2 se indica el diagrama de bloques de la placa ADQPCI. El bloque de conversión analógico/digital consta de un conversor MAX118, que tiene 7 canales de entrada utilizables y 8 bits de resolución, un multiplexor analógico de 8 a 1, 74HC4051, y un amplificador de ganancia programable (AGP), AD526. Los 8 primeros canales analógicos de entrada se multiplexan mediante el 74HC4051 y la salida de éste se conecta al AGP. La conversión de estos 8 canales se realiza a través del primer canal de entrada del conversor. Los otros 6 canales de entrada se conectan a los restantes canales del conversor. Por tanto, sólo se puede configurar la ganancia en los 8 primeros canales de entrada. Para seleccionar el canal a convertir se debe configurar adecuadamente las entradas de selección, tanto del multiplexor como del conversor. La señal de fin de conversión se conecta al bloque de control.

El bloque de conversión digital/analógico consta de un conversor con 2 salidas (AD8582), que incluye el generador de tensión de referencia, y 3 amplificadores operacionales. Dos se usan para proteger y amplificar el nivel de salida, de forma que se obtenga una resolución de 20mV por LSB. El otro operacional se usa para generar la tensión de referencia al MAX118.

El registro de entrada se implementa mediante un buffer 74HC244 y el de salida mediante un latch 74HC259. Estos circuitos que implementan puertos digitales se han montado en zócalos para que sean reemplazados fácilmente, si se deterioran por una mala manipulación o conexión en prácticas. El bloque de control se ha realizado mediante el CPLD ispM4A5-256/128 de Lattice Semiconductor (http://www.latticesemi.com), que es programable a través del conector JTAG. Realiza las siguientes funciones:

• Un interfaz básico al bus PCI, que incluye el espacio de configuración y un segmento de E/S

de 256 bytes para poder acceder a los distintos periféricos de la placa. • Decodificador de direcciones que genera las señales de selección de los periféricos.



• Generador de estados de espera al bus PCI según el periférico al que se acceda. • Obtener un bus de datos de 32 bits para el espacio de configuración y otro de 8 bits que

conecte a todos los componentes de la placa. • Temporizador/contador de eventos de 16 bits. • Registro de lectura para determinar el estado de la placa: fin de conversión y fin del timer. • Controlador de interrupciones, que incluye un bit de máscara y un EOI (fin de interrupción)

para cada una de las dos peticiones: fin de conversión y fin de cuenta del timer. • Registro de selección de canal analógico de entrada y conversor de código.

Fig. 2: Diagrama de bloques de la placa ADQPCI.

Para facilitar al programador la selección del canal a convertir, se ha realizado un conversor de código, que a partir del contenido del registro de selección genera adecuadamente las señales de selección al multiplexor y al conversor A/D. Así, el programador solamente tiene que escribir en el registro de selección el número binario del 0 al 13 que identifica el canal.

La descripción del diseño del CPLD se ha realizado en VHDL (Ashenden, 1996) y se ha sintetizado mediante la herramienta ispLEVER Starter V6. La programación se realizó a través del conector JTAG mediante la herramienta ispVM SYSTEM V16. Ambas son proporcionadas gratuitamente por Lattice Semiconductor (http://www.latticesemi.com). VENTAJAS DE LA UTILIZACIÓN DE LA PLACA ADQPCI EN PRÁCTICAS Una vez realizada una simple clasificación en la introducción de las diferentes prácticas que se suelen realizar en los laboratorios de Electrónica, cabe decir, en lo que se refiere a Instrumentación Virtual, que la mayoría de las veces se prefiere un sistema comercial por estar más depurado, tener numerosas prestaciones, y no tener que dedicar recursos a su diseño y desarrollo. Aunque a veces se olvida que el desarrollo de sistemas electrónicos contribuye en gran medida tanto a la formación del profesorado como del alumnado.



En el grupo de prácticas relativas a Informática Industrial y Sistemas en Tiempo Real se requiere tener unas placas de adquisición de datos propias, como la que se presenta, de la que se disponga de toda la información relativa al hardware y modo de programación, ya que parte del objetivo de estas prácticas es que el alumno conozca cómo se lleva a cabo la adquisición de datos en un sistema computacional. Incluso en la asignatura de Informática industrial de I.T.I. Electrónica Industrial, se puede describir el hardware de la placa, que se empleará en prácticas, como ejemplo de sistema de adquisición de datos.

Por otro lado, en la asignatura de Sistemas Informáticos en Tiempo Real de Ingeniería en Automática y Electrónica Industrial, se necesita tener una placa de adquisición que sea sencilla de programar, para que el alumno centre su atención en la programación del sistema operativo y en el estudio de los tiempos de ejecución de la aplicación y las tareas que la formen. Además en este tipo de sistemas es esencial que el alumno conozca la interacción hardware-software (Kooman et al., 2005).

Independientemente de lo comentado anteriormente, a lo largo de los estudios, el alumno tiene que utilizar algún sistema operativo de propósito general y algún sistema operativo en tiempo real. En este caso es difícil encontrar un fabricante de placas de adquisición de datos que proporcione librerías adecuadas para todos los sistemas operativos utilizados. En el caso de la titulación de I. en Automática y Electrónica Industrial de la Universidad de Córdoba el alumno utiliza Windows (http://www.microsoft.com) y el sistema operativo en tiempo real Phar Lar ETS (http://www.ardence.com/embedded). Habitualmente se utilizan placas distintas por no disponer de librerías para estos sistemas operativos. Además en algunas asignaturas optativas también se utiliza el sistema operativo VxWorks (http://www.windriver.com/vxworks). Si se tiene una placa en la que se conozca el hardware y el mapa de registros, una vez escritas las funciones básicas se pueden adaptar a cualquier sistema operativo en tiempo real, y por tanto se simplifica el esfuerzo de programación del alumno.

Por supuesto, cabe decir, que para muchos docentes, el esfuerzo de desarrollar una placa de adquisición de datos con fines docentes y el conjunto de unas librerías básicas para su manejo no está justificado y se opta por la compra de una placa comercial. Para otros docentes, entre los que se encuentran los autores de este trabajo, es fundamental el diseño y desarrollo de hardware como una labor docente más. Otros docentes, muestran incluso la necesidad de ampliar en el diseño hardware del sistema, los contenidos de algunos cursos de diseño de sistemas empotrados, que se imparten en Universidades Europeas (Bertels et al., 2007). EXPERIENCIA DE LA UTILIZACIÓN DE LA PLACA ADQPCI EN PRÁCTICAS La placa ADQPCI se está utilizando en la asignatura de Sistemas Informáticos en Tiempo Real de la titulación de Ingeniero en Automática y Electrónica Industrial de la universidad de Córdoba. Los resultados han sido satisfactorios y justifican el esfuerzo realizado en su desarrollo. El profesor de prácticas conoce en detalle el hardware de la placa y el interfaz que presenta al bus PCI, pudiendo argumentar mucho mejor las operaciones que se deben realizar en la placa. Entre las funciones que deben codificar lo alumnos, está la programación de una función que localice la placa en el bus PCI y localice la interrupción asignada. Una vez localizada la placa debe obtener su dirección base y puede comenzar a operar con ella. Con esta placa se puede mostrar el proceso de configuración de dispositivos en el bus PCI. A continuación se exponen el conjunto de registros que, dada la sencillez de la placa, se reduce a una decena. Posteriormente se agrupan los registros y se detalla la programación para los puertos digitales, conversores, etc. De acuerdo a cada práctica el alumno programa uno de los interfaces y realiza operaciones con ellos, que posteriormente se comprueban con el osciloscopio. Durante el curso el alumno no requiere de ninguna función para la realización de las prácticas que no haya sido desarrollada por él.



CONCLUSIONES La placa ADQPCI ha sido diseñada priorizando la simplicidad y la sencillez sin perder prestaciones. Se tiene en una sola placa conversión A/D, conversión D/A, puertos digitales y timers. Se han utilizado conectores simples y robustos que facilitan la labor del alumno en los laboratorios de electrónica. Los circuitos integrados con conexión al exterior se han montado en zócalos lo que facilita su sustitución. Se conoce con detalle los mapas de registros y los tiempos de adquisición y está pensada para que se programe simple y fácilmente y así el alumno pueda aprovechar mejor el tiempo de prácticas. En este sentido se han seleccionado circuitos de conversión sencillos; los puertos digitales son unidireccionales, de entrada o salida; la programación del canal para la conversión se realiza con una sola escritura en un registro; no se han incluido buffers intermedios para los datos adquiridos y la placa se ha mapeado en el espacio de entrada/salida del bus PCI.

La utilización de la placa de adquisición de datos ADQPCI en la asignatura de Informática Industrial de la titulación de I.T.I. Electrónica y en la asignatura de Sistemas Informáticos en Tiempo Real de la Titulación de I. en Automática y Electrónica Industrial presenta numerosas ventajas frente a una placa comercial debido a su sencillez como se ha comentado anteriormente. Por un lado se tiene un ejemplo real y permite describirla con detalle en la asignatura de Informática Industrial y, por otro lado, su utilización en las prácticas de la asignatura de Sistemas Informáticos en Tiempo Real ahorra esfuerzo al profesor y al alumno por la sencillez de su programación y permite además realizar prácticas con la misma placa en distintos sistemas operativos en tiempo real.

REFERENCIAS Ashenden P.J., The Designer’s Guide to VHDL, 1a ed., Morgan Kaufmann Publishers, San Francisco, USA (1996). Bertels P. y otros tres autores; Gathering Skills for Embedded Systems Design, Proceedings of 3th Workshop on Embeddeds Systems Education: 30-35 (2007). Goldberg H.; What is virtual instrumentation?, IEEE Instrum. Meas. Mag.: 3, 10–13 (2000). Grimaldi, D. y otros dos autores; Aspects of Traditional versus Virtual Laboratory for Education in Instrumentation and Measurement, Instrum. and Meas. Tech. Conference: 2, 1233 – 1238 (2005) Koopman P. y otros doce autores; Undergrate Embedded System Education at Carnegie Mellon, ACM Transactions on Embedded Computing Systems: 4(3), 500–528 (2005). Nedic, Z. y otros dos autores; Remote laboratories versus virtual and real laboratories, Frontiers in Education: 1 (2003) Quiles F. J. y otros cinco autores; Analizador lógico virtual para ordenador personal, Actas del 7º Congreso de Tecnologías Aplicadas a la Enseñanza de la Electrónica, 263-264, Madrid-España (2006). Torres J. y otros tres autores; Osciloscopio Virtual para PC: diseño e implementación del soporte hardware, Actas del 5º Congreso de Tecnologías Aplicadas a la Enseñanza de la Electrónica, Las Palmas de Gran Canarias-España (2002).

CAN2PCI: Placa con Interfaz al Bus CAN y PCI con Finalidad Docente Ortiz


CAN2PCI: Placa con Interfaz al Bus CAN y PCI con Finalidad Docente Manuel A. Ortiz, Francisco J. Quiles, Carlos D. Moreno y María Brox Universidad de Córdoba, Escuela Politécnica Superior, Departamento de Arquitectura de Computadores, Electrónica y Tecnología Electrónica, Edificio Leonardo Da Vinci, Campus Universitario de Rabanales, Ctra. Madrid-Cádiz Km. 396-A, 14071 Córdoba-España (e-mail: [email protected]) Resumen En este trabajo se presenta una placa con interfaz al bus CAN y PCI desarrollada para la utilización en prácticas de las asignaturas relacionadas con redes de control. Se trata de una placa de altas prestaciones pensada para su utilización docente gracias a su facilidad de programación. La placa dispone de dos canales CAN independientes y permite acceso directo a los registros del controlador CAN. Las prácticas tienen como objetivo conocer la red de control en los niveles físico y de enlace y desarrollar un software de conectividad (middleware) que realice la interfaz entre estas capas y la de aplicación de usuario. Se exponen también brevemente las prácticas realizadas en una de las asignaturas donde se imparte redes de control, en la que es fundamental la utilización de un hardware conocido que permita programar las funciones básicas que operan directamente con el controlador de bus CAN. Palabras clave: bus CAN, redes de control, bus PCI, finalidad docente

CAN2PCI: Board with Interface to CAN and PCI Bus for Educational Purposes Abstract In this work the development of a board with interface to the CAN and PCI bus for its use in lab courses related to control networks, is presented. This board has high benefits and advantages and has been implemented for educational purposes due to its programming facility. The board has two independent CAN channels and it allows direct access to the registers of the CAN controller. The objective of the lab experiments is to study the control networks in the physical and link levels and to develop a middleware that performs the interface between these layers and the user application. The experiments done in one of the courses, which includes control networks, are briefly described. In these practical labs it is very important the use of a known hardware that allows programming the basic functions which directly operate with the CAN bus controller. Keywords: CAN bus, networks control, PCI bus, educational objectives




INTRODUCCIÓN

Actualmente se tiende al diseño de sistemas de control distribuidos, y como consecuencia, las redes de control y el intercambio de información a través de ellas cobra una gran importancia. Por este motivo cada vez más se utilizan redes de control estandarizadas, que no solo definen el nivel físico sino que proporcionan un mínimo nivel de enlace que permite la transmisión de datos seguros y tolerante a fallos. Una de estas redes de control es el bus CAN que se ha convertido en el líder como bus serie para aplicaciones empotradas, especialmente en el campo de la automoción. Este bus ha sido elegido para la realización de las prácticas de redes de control en la asignatura de “Arquitectura y Protocolos para Redes de Control Distribuido” que se imparte en la titulación de Ingeniero en Informática de la Universidad de Córdoba.

El bus CAN se utiliza ampliamente en el automóvil y en aplicaciones industriales, y se ha estandarizado internacionalmente como ISO 11898 para aplicaciones de alta velocidad (ISO 11898, 1993) e ISO 11519-2 para aplicaciones de baja velocidad (ISO 11519-2, 1994). Además de esta estandarización ISO/OSI, se tienen otras descripciones CAN 2.0A y CAN 2.0B para los fabricantes de controladores CAN (Bosch, 1991).

Una típica red CAN está formada por varios nodos conectados al bus. Todos los nodos tienen disponible o pueden leer la información que viaja por el bus. La información que circula está compuesta por mensajes. Cada mensaje tiene un identificador que, además de nombrar el mensaje, indica la prioridad de ese mensaje. Ésta se emplea en caso de que dos o más nodos intenten poner mensajes en el bus al mismo tiempo.

El identificador del mensaje debe ser único en la red. La diferencia entre la especificación CAN2.0A y CAN2.0B está en el número de bits del identificador del mensaje. A diferencia de otras redes, este identificador no tiene porqué estar relacionado con el nodo que envía o recibe la información, sino a la información en sí misma. Aunque en la práctica, algunos bits del identificador del mensaje suelen reservarse para asociarlos al nodo que envía la información o al nodo al que va destinada. El formato del mensaje se muestra en la Fig. 1.

Identificador Control Datos CRC ACK

Fig. 1: Formato de mensaje del bus CAN.

El campo de Control especifica el tipo de trama y el número de bytes de datos que contiene el mensaje. El campo de datos contiene los datos del mensaje pudiendo ser de hasta 8 bytes. El campo CRC se utiliza para detección de errores en la transmisión. CAN define dos valores: bit dominante y bit recesivo. Por definición, el bit dominante sobrescribe al bit recesivo. En la transmisión el nodo que transmite pone el bit ACK al valor recesivo, y en caso de que cualquier nodo del bus haya recibido el mensaje sin errores, deberá poner este bit al valor dominante. Se garantiza con el campo ACK que al menos un nodo ha recibido correctamente el mensaje. Existen además mensajes especiales, que no se detallarán en este trabajo, para informar a todos los nodos del bus que se han producido determinados errores.

La arbitración en el bus se muestra en la Fig. 2. Cuando el bus está inactivo cualquier nodo puede comenzar la transmisión de un mensaje. Si dos o más nodos comienzan la transmisión al mismo tiempo se inicia una arbitración basada en la prioridad del mensaje, es decir de acuerdo a su identificador. Cada nodo lee del bus bit a bit y compara el valor que transmite con el valor que lee en el bus. Si un nodo pone un bit recesivo y lee uno dominante significará que el nodo ha perdido la arbitración. La arbitración en CAN es como una AND global entre nodos. Esta arbitración es no destructiva y el nodo ganador no sufre ninguna interferencia. Como se puede deducir de la breve exposición de las características del bus CAN (Fig. 2), para la realización de prácticas con el bus CAN se debe tener una red y unos nodos desde los que no solo se pueda transmitir y recibir información sino que se puedan configurar y manipular a bajo nivel. Además en estos nodos debe ejecutarse algún sistema operativo en tiempo real para conseguir unas prácticas lo más próximas a la realidad como sea posible.



LeyendoNodo 1

Nodo 2

Bus

SOF Control

fieldRTR

recesivo dominante

Identificador

Fig. 2: Arbitración en el bus CAN.

En el mercado se tiene una amplia variedad de placas con interfaz al bus CAN y PCI (http://www.pcisig.org/), sin embargo, la dificultad que se encuentra reside en que no se dispone de una información detallada del hardware de estas placas por lo que es imposible programar directamente los controladores CAN. Además los fabricantes proporcionan un conjunto de librerías para el manejo de la red CAN solamente para algunos sistemas operativos, siendo difícil encontrar estas librerías para sistemas operativos en tiempo real. Aunque desde el punto de vista industrial, la utilización de estas librerías es la manera más eficiente de trabajo, en el caso de las prácticas, interesa poder trabajar directamente con los registros de los controladores CAN. Así el alumno puede comprender mejor como intercambian información estas redes, que es el objetivo principal de este tipo de prácticas.

Como se ha comentado el objetivo de estas prácticas es conocer el bus CAN, por lo que es necesario trabajar directamente con los controladores y realizar aplicaciones con los sistemas operativos de tiempo real que ya conoce el alumno gracias a otras asignaturas. Teniendo esto en cuenta se pensó que lo más práctico era el desarrollo de una placa con interfaz al bus CAN y PCI, de forma que se pudiera programar de una manera cómoda y sencilla desde el ordenador personal y con un sistema operativo de tiempo real para dar un mayor realismo a las prácticas. La utilización de placas comerciales y las funciones de librería que proporcionan, suponiendo que se dispongan de ellas para el sistema operativo de tiempo real utilizado, están pensadas para abstraer el hardware, de forma que el alumno no toma conciencia de la red subyacente. Las operaciones con la red se hacen a través de funciones de alto nivel. En aplicaciones empotradas el entendimiento por parte del alumno de las interacciones software-hardware es esencial (Koopman et al., 2005). Otras plataformas utilizadas para trabajar directamente con los controladores de bus CAN son la utilización de microcontroladores con controlador CAN integrado en el propio circuito o con controlador CAN independiente, e incluso alternativas que se aproximan aún más al bus, como es la utilización de circuitos lógicos programables que implementan un controlador CAN de propósito general (Mariño et al., 2003). En los siguientes capítulos se describirán la placa y el conjunto de prácticas que se realizan en la asignatura de “Arquitectura y Protocolos para Redes de Control Distribuido” que se imparte en el segundo curso de la Titulación de 2º ciclo de I. en Informática. En la descripción de las primeras prácticas se podrá observar las ventajas de disponer de un hardware abierto, que permitirá al alumno interaccionar directamente con el hardware. CARACTERÍSTICAS DE LA PLACA CAN2PCI A la hora de decidir qué características debía tener la placa había que tener en cuenta, además de las prestaciones, su finalidad docente. Por este motivo se optó por utilizar un controlador de bus CAN que fuese flexible y simple de programar. Si el espacio lo permitía debía tener dos canales



para que de una manera cómoda se tuviese una red CAN de al menos dos nodos por puesto de prácticas. Teniendo en cuenta estas dos premisas se optó por utilizar el controlador SJA1000 (http://www.nxp.com) y montar dos controladores para disponer así de dos canales. Cada controlador trabajaría independientemente. El acceso a los controladores desde el ordenador sería directo, es decir, el programador accedería directamente al controlador sin utilizar ninguna memoria intermedia entre la CPU y el controlador CAN, aunque esta opción podría limitar el rendimiento del nodo CAN. Por otro lado para simplificar el acceso a los controladores se decidió mapear la placa en el espacio de entrada/salida del bus PCI.

Las características principales de la placa CAN2PCI (Fig. 3) son: • Interfaz al bus CAN: dos canales independientes. • Controlador de bus CAN SJA1000, con velocidad de hasta 1 MB. • Posibilidad de utilizar alimentación del bus PCI o alimentación a través del propio bus CAN

para el transceiver del bus CAN. • Aislamiento por optoacopladores del bus CAN. • Interfaz al bus PCI de 32 bits y 5 Voltios.

Fig. 3: Fotografía de la placa CAN2PCI. DESCRIPCIÓN DE LA PLACA CAN2PCI La Fig. 4 muestra el diagrama de bloques de la placa CAN2PCI. Toda la lógica de control de esta placa está integrada en el CPLD M4A5-256 de la compañía Lattice Semiconductor (http://www.latticesemi.com). Dicho CPLD realiza el interfaz al bus PCI y genera el bus local de los controladores.

Fig. 4: Diagrama de bloques de la placa CAN2PCI.

La Fig. 5 muestra el diagrama de bloques del interfaz de un canal al bus CAN. Este interfaz está formado por el controlador SJA1000 que se encuentra aislado del transceiver del bus CAN mediante optoacopladores. La alimentación del transceiver se puede seleccionar mediante un puente entre la alimentación del bus PCI o la alimentación proveniente del bus CAN.



Fig. 5: Interfaz al bus CAN. PRÁCTICAS EN REDES DE CONTROL UTILIZANDO LA PLACA CAN2PCI La placa CAN2PCI está pensada para ser utilizada en la asignatura de “Arquitectura y Protocolos para Redes de Control Distribuido” donde se estudia el bus CAN entre otros buses de control. Se trata de una asignatura optativa de 4,5 créditos cuyo objetivo principal es estudiar los buses de control en los niveles físicos y de enlace, estudiando en profundidad la transmisión de las tramas. Como objetivo secundario se realizan aplicaciones sencillas de control. Para cumplir el objetivo principal de las prácticas, es necesario acceder a los registros del controlador SJA1000 para su configuración y a los buffers de datos de transmisión y recepción. Para el desarrollo de las aplicaciones se utiliza también un sistema operativo en tiempo real, que el alumno ya ha estudiado en otras asignaturas obligatorias, en concreto se utiliza el sistema operativo en tiempo real “Phar Lap ETS” (http://www.ardence.com/embedded).

Las prácticas de la asignatura “Arquitectura y Protocolos para Redes de Control Distribuido” lleva impartiéndose dos cursos y los comentarios que se realizan en este trabajo son fruto de la experiencia adquirida en este tiempo. Aunque el grado de experimentabilidad de esta asignatura permite un máximo de 25 alumnos por grupo de prácticas, hasta el momento, el grupo con mayor número de alumnos ha sido de 14. Las prácticas se realizan en parejas y se utilizaron 7 puestos de prácticas.

Cada puesto de prácticas consta de dos ordenadores personales como muestra la Fig. 6. Normalmente casi todos los sistemas operativos de tiempo real y en particular el entorno de desarrollo del sistema operativo de tiempo real “Phar Lap ETS”, necesitan dos equipos. Uno de ellos, denominado “target”, es el equipo donde se ejecutará nuestra aplicación y el otro, denominado ”host”, contiene el entorno de desarrollo del sistema operativo. Ambos equipos se conectan a través de un canal de comunicación (ethernet, serie o paralelo). En el equipo “host” el usuario escribe el código, lo compila, linka y lo envía para su ejecución al “target”, pudiendo además depurarlo. En el equipo “target” estará montada la placa CAN2PCI para la realización de las prácticas.

CAN2PCIOrdenador Personal Ordenador Personal

Host Target

Fig. 6: Puesto de prácticas.

El lenguaje de programación que se utiliza es C. Los alumnos no tienen problemas a la hora de la codificación porque utilizan C habitualmente a lo largo de la carrera y el sistema operativo “Phar Lap ETS” ya lo han utilizado en otras asignaturas. Por tanto el punto de partida es el idóneo para centrarse en los objetivos de las prácticas.



El objetivo final de las prácticas es realizar una sencilla aplicación parecida al sistema ABS de un automóvil, creando los drivers y librerías para el manejo de la red CAN. La Fig. 7 muestra la estructura de capas de la aplicación.

Aplicación ABS

• Colas de transmisión • Colas de recepción • Envío de tramas • Recepción de tramas • Configuración del controlador CAN • Inicialización del controlador CAN

Middleware

Controlador CAN

Fig. 7: Estructura de capas de la aplicación objetivo de las prácticas.

Las prácticas se han dividido en cuatro bloques y se realizan en sesiones de 2 horas de duración. Se dedican un total de 20 horas a prácticas de las 45 horas totales de la asignatura. A continuación realizaremos una breve descripción de las prácticas.

Transmisión de Tramas CAN El objetivo de esta práctica es el estudio de los principales registros del controlador SJA1000 y la transmisión de mensajes por la red. La meta a conseguir es que el alumno transmita mensajes con éxito por la red, por lo que previamente deberá programar la velocidad de transmisión y recepción, y los registros de máscara y aceptación del controlador. Cada puesto de prácticas está aislado del resto y se le conecta un analizador de tramas CAN. En esta práctica se le enseña al alumno a manejar el analizador de tramas CAN y se muestra también en un osciloscopio la trama a nivel físico. Habitualmente la duración de esta práctica es de 2 sesiones de 2 horas.

Estas primeras prácticas son bastante intensas, y aunque se ha comentado anteriormente que la programación en C no representa ninguna dificultad para los alumnos, sí les resulta dificultoso la tipificación de datos en C. Deben manejar los registros del controlador a nivel de bytes y bits que no son tipos de datos estándar en C. También debe adaptarse a las peculiaridades de la programación en las aplicaciones de control. Los alumnos están acostumbrados a una programación secuencial más que concurrente, y sin embargo, la naturaleza de las aplicaciones de control obliga a pensar en tareas y en muchos casos, tareas que deben realizarse con una cierta periodicidad.

Recepción de Tramas CAN El objetivo de esta práctica es la recepción de mensajes. El alumno debe realizar las funciones que le permitan descargar del controlador los mensajes recibidos en el controlador y depositarlos en memoria. En esta práctica los nodos siguen aislados y las tramas se envían desde el analizador que se va conectando a cada puesto. Habitualmente la duración de esta práctica es de 2 horas. Tanto en la transmisión como en la recepción de los mensajes, se realice por interrupciones o por muestreo, se debe conseguir que el alumno entienda la interacción hardware/software y es en este punto, donde la placa desarrollada y su conocimiento minucioso facilitan la labor docente al profesor y la programación al alumno. Creación de un Pequeño Middleware La tercera práctica consiste en la creación de un pequeño driver o middleware que integra las funciones de transmisión y recepción de mensajes creadas en las dos prácticas anteriores. Al inicio de esta práctica se conectan todos los puestos en red y se comprueba que desde todos los



puestos se puede transmitir y recibir mensajes correctamente. A continuación se crea una simple aplicación que va lanzando mensajes desde un nodo con identificadores que se incrementan a cada mensaje. En el resto de nodos se crea otra aplicación que va sacando los mensajes del controlador y comprueba que llegan con el identificador esperado. De esta forma se conciencia al alumno de la necesidad de realizar pruebas a las funciones que han implementado.

Para finalizar se crean unas colas de transmisión y recepción que se comprueban utilizando las simples aplicaciones comentadas anteriormente. Se muestra al alumno la necesidad de implementar algún mecanismo de exclusión mutua, ya que las colas son un recurso compartido entre la aplicación de usuario y las rutinas de servicio de interrupción del controlador CAN, encargadas de intercambiar mensajes entre las colas y el controlador CAN. Habitualmente la duración de esta práctica es de 4 horas repartidas en 2 sesiones de 2 horas.

Diseño y Codificación de una Sencilla Aplicación Para finalizar las prácticas se desarrolla una pequeña aplicación simulando un sistema “ABS mínimo” de un automóvil. Se crea una red CAN donde cada nodo representa una rueda de un automóvil. Cada nodo genera la velocidad de una rueda de forma simulada y la envía a la red. A su vez recoge de la red la velocidad del resto de las ruedas y del estado del pedal del freno. Un nodo simula el freno que envía la información de su estado a la red. Para simular el bloqueo, la aplicación que se ejecuta en cada nodo genera de forma aleatoria el bloqueo de la rueda enviando velocidad cero. Para comprobar que todo funciona correctamente cada nodo muestra en pantalla del computador la información que envía y recoge de la red y si está disparando el ABS. La aplicación se descompone en tres tareas que se ejecutan periódicamente y que mantienen una imagen actualizada de las cuatros ruedas y del estado del pedal del freno. Una tarea obtiene la velocidad de la rueda que se simula de manera aleatoria, otra tarea se encarga de transmitir la velocidad de la rueda y recoger los mensajes que llegan por el bus CAN. Por último, una tarea realiza el control del disparo del ABS, comparando la velocidad que tiene su rueda, el resto de ruedas y el estado del freno. La tarea comprueba periódicamente la imagen, y si comprueba que su rueda tiene velocidad cero y se está pisando el freno y alguna del resto de las ruedas tiene una velocidad distinta a cero, dispara el ABS hasta que deje de cumplirse alguna de las condiciones. Esta última práctica requiere un trabajo de equipo extra, ya que hay que definir los datos que contendrán las tramas que se intercambien, la periodicidad de estas tramas, la velocidad de transmisión, etc. El alumno debe trabajar en programación multihilo, y además esta práctica tiene la complejidad añadida de ser una aplicación distribuida y, por tanto, requiere un esfuerzo de puesta a punto mayor. Habitualmente la duración de esta práctica es de 5 sesiones de 2 horas.

CONCLUSIONES El diseño de la placa CAN2PCI con un enfoque docente permite realizar prácticas con el bus CAN a bajo nivel y utilizando un sistema operativo en tiempo real gracias a la posibilidad de tener un hardware “abierto”. Esta posibilidad es muy importante en las asignaturas como “Arquitectura y Protocolos para Redes de Control Distribuido”, donde el objetivo es el conocimiento de las redes así como de algunos algoritmos distribuidos, y no tanto el desarrollo de aplicaciones de control, que son el cometido de otras asignaturas. Por otro lado desde el punto de vista del diseño y programación de sistemas empotrados, el que se haya diseñado la placa, nos permite justificar y discutir el diseño hardware, así como, la importancia del conocimiento del interfaz hardware–software para sacar el máximo rendimiento al sistema. En este sentido, se muestra al alumno la importancia del tratamiento de las interrupciones y su interacción con el resto de la aplicación, para mantener la integridad de datos en las colas. Las colas son un recurso compartido entre la aplicación y la rutina de tratamiento de las interrupciones del controlador CAN y debe implementarse la exclusión mutua habilitando y deshabilitando las interrupciones.



Disponer de dos canales en una sola placa permite tener una red CAN por puesto de prácticas, quedando así aislados los problemas que suelen aparecer en las primeras prácticas. Queda por ultimar y explorar la realización de prácticas de interconexión de redes CAN distintas, para lo que será necesario realizar un puente entre ambas redes. REFERENCIAS Bosch R., CAN specification 2.0, Part A and B. Robert Bosch GmbH, Germany (1991). ISO 11898, Road vehicles - Interchange of digital information - Controller area network (CAN) for high speed communication (1993). ISO 11519-2, Road vehicles - Low speed serial data communication - Part 2: Low speed controller area network (CAN) (1994). Koopman P. y otros doce autores; Undergrate Embedded System Education at Carnegie Mellon, ACM Transactions on Embedded Computing Systems: 4(3), 500–528 (2005). Mariño P. y otros cinco autores; Development Tools For Industrial Networks Design, Proceedings of the 10th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems (2003).

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