Fase 1: Fundamentos de C y Lógica de Software

📖 Teoría a Estudiar: Conversión Analógico-Digital (ADC)

1. Resolución y Cuantización

Un ADC divide el rango de voltaje analógico de entrada en una serie de "escalones" digitales. La cantidad de escalones depende de la Resolución del ADC, medida en bits. Un STM32 o NXP Kinetis moderno posee un ADC de 12 bits. Esto significa que tiene $2^{12} = 4096$ escalones. Si el voltaje máximo de referencia (Vref) es 3.3V, un valor de 0 representa 0V, y 4095 representa 3.3V.

2. Circuito Anti-Aliasing (Filtro RC)

Antes de que el voltaje llegue al pin del microcontrolador, debe estabilizarse. Los motores y válvulas generan ruido de alta frecuencia. En el diseño de hardware, colocamos una resistencia en serie (ej. 1 kΩ) y un capacitor cerámico a tierra (ej. 100nF) pegado al pin del MCU. Esto actúa como un filtro pasa-bajas (RC), suministrando un voltaje limpio al circuito de "Sample and Hold" (Muestreo y Retención) interno del ADC.

3. El Reto del Software: Mapeo sin Floats

Si el ADC lee 2048, ¿cuántos PSI de presión hay en la tubería? Un programador junior usaría la ecuación de la recta con variables float, consumiendo miles de ciclos de CPU por cada lectura (como vimos en el Día 17). El Arquitecto resuelve esto con interpolación lineal usando enteros de 32 bits, multiplicando antes de dividir para conservar la precisión escalar.

⚙️ Ejercicios Prácticos

Ejercicio 1: Implementa la función de mapeo genérica para enteros de 32 bits. Luego aplícala a un caso real: un sensor industrial de presión que entrega 0.5V (lectura ADC aprox. 620) a 0 PSI, y 3.3V (lectura ADC 4095) a 250 PSI.

#include <stdint.h>

/**
 * @brief  Mapea matemáticamente un rango entero a otro (Interpolación lineal).
 * @param  x       El valor de lectura actual del ADC a mapear.
 * @param  in_min  Límite inferior del rango de entrada del ADC.
 * @param  in_max  Límite superior del rango de entrada del ADC.
 * @param  out_min Límite inferior del valor físico de salida.
 * @param  out_max Límite superior del valor físico de salida.
 * @return El valor físico proporcional (escalado).
 */
int32_t map_analog(int32_t x, int32_t in_min, int32_t in_max, int32_t out_min, int32_t out_max) {
    
    // RED DE SEGURIDAD 1: Evitar división por cero si se configuran mal los rangos
    if (in_min == in_max) {
        return out_min;
    }
    
    // RED DE SEGURIDAD 2: Limitar la lectura (x) para que no exceda los rangos
    // y provoque lecturas de presión negativas o absurdamente altas.
    if (x < in_min) x = in_min;
    if (x > in_max) x = in_max;
    
    // MAGIA BARE-METAL: Multiplicar primero, dividir después.
    // Al usar int32_t, soportamos multiplicaciones enormes sin desbordamiento (hasta 2.14 Billones).
    return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min;
}

// =====================================================================
// APLICACIÓN EN EL DESPACHADOR LP
// =====================================================================
// Especificaciones del Sensor:
// 0 PSI = 0.5V.  En ADC (3.3V Vref) -> (0.5 / 3.3) * 4095 ≈ 620
// 250 PSI = 3.3V. En ADC (3.3V Vref) -> 4095

#define SENSOR_ADC_MIN   620
#define SENSOR_ADC_MAX   4095
#define PRESION_PSI_MIN  0
#define PRESION_PSI_MAX  250

void Monitorear_Presion_Seguridad(void) {
    
    // Leemos el registro de hardware del ADC (DMA o Polling directo)
    // Supongamos que nos da una lectura de 2357
    int32_t lectura_cruda_adc = 2357; 
    
    // Pasamos el valor por el algoritmo de mapeo
    int32_t presion_actual_psi = map_analog(lectura_cruda_adc, 
                                            SENSOR_ADC_MIN, 
                                            SENSOR_ADC_MAX, 
                                            PRESION_PSI_MIN, 
                                            PRESION_PSI_MAX);
                                            
    // presion_actual_psi contendrá ~125 PSI instantáneamente, sin Floats.
    
    if (presion_actual_psi > 230) {
        // Ejecutar rutina de Alarma / Cierre de Válvulas
    }
}
        

📝 Resumen del Día

• El ADC cuantifica señales físicas continuas en una escala digital (típicamente 4096 escalones para 12-bits).
• Filtro Pasivo: El hardware SIEMPRE debe acondicionar la señal antes de entrar al ADC para limpiar el ruido electromagnético de las bombas.
• Mapeo de Enteros: Multiplicar antes de dividir conserva los decimales invisibles dentro de la operación, logrando alta precisión sin recurrir a cálculos float destructivos.