Descargar

Proceso digital de señales

Enviado por hernando299

    1. Objetivos
    2. Justificación
    3. Adquisición, envío y manipulación de datos
    4. Filtros digitales
    5. Análisis y diseño de filtros digitales
    6. Proceso del circuito
    8. Anexos
    9. Conclusiones
    10. Bibliografía

    OBJETIVOS

    • Hacer la simulación respectiva en el programa de circuitmaker..
    • Realizar posteriormente el filtrado adaptativo correctamente.

    OBJETIVOS GENERALES

    El objetivo del Proyecto Integrador es diseñar un sistema de adquisición de datos de 4 canales, a través del puerto paralelo, de tal forma que podamos enviar y recibir información; manipulando así desde el computador ( PC ) la frecuencia de muestreo de los conversores análogo / digital dándole tratamiento adecuado a la señal por medio de software para luego ser presentado el resultado en la pantalla del computador en forma grafica numérica.

    Dando como resultado la información de tal forma que cualquier persona pueda interpretar fácilmente.

    En este proceso se manejara el implementación de protocolos, utilización técnica de programación e implementación con es el programa de MATLAB.

    Para tal caso hemos prediseñado gráficamente una de las posibles formas de trabajo en el proceso de adquisición de datos, en el podemos observar que la tarjeta madre se podrá manipular tanto como datos o señales digitales ya procesadas, así como controlar digitalmente la frecuencia de muestreo de la señal en el conversor analógico digital.

    Es bueno tener en cuenta que para el sistema del conversor analógico digital, este necesita la señal sea adecuada al rango de trabajo del conversor ya que lo sobrepasamos o mantenemos muy reducida no se podrá tener una medida exacta o aproximada a la real, para ello se podrá implementar el uso de amplificadores operacionales para así dar paso hacia la conversión

    OBJETIVOS ESPECIFICOS

    • Presentar teoría de las señales, sus formas para adquisición y manipulación.
    • Implementar en forma eficiente los algoritmos de las Transformadas de Fourier y la Transformada Z para tiempos discretos.
    • Presentar los conceptos básicos al procesado digital de tasa múltiple y filtrado adaptativo.
    • Utilizar técnicas de programación e implementación con MATLAB.
    • Aprender como manipular, como programar los PIC’s.
    • Conocer los conceptos básicos para usar el puerto paralelo.
    • Conocer la interfase paralelo del PC con registros de entrada y salida E / S.
    • Diseñar un protocolo adecuado a los requisitos de cada caso.
    • Diseñar y construir un dispositivo que permita convertir la velocidad de un motor en una señal que pueda ser captada por una computadora.

    JUSTIFICACION

    Se plantea la necesidad de una actividad de metodológica que se apoya en 3 principios.

    Primero la adquision de los conocimientos técnicos, científicos necesarios para la comprensión y el desarrollo de la actividad tecnológica se hacen imprescindible.

    Segundo estos conocimientos adquieren, su lugar si se aplica al análisis de los objetos tecnológicos existentes y a su posible manipulación y transformación sin olvidar que este análisis se debe enmarcar trascendiendo al propio objeto e integrándolo en el ámbito tecnológico, social, cultural y económico de la época que se produce.

    Tercero la emulación del proceso resolución de problemas se convertirá en remate de este proceso de aprendizaje y adquiere su dimensión completa apoyada en dos actividades presentes.

    Los avances tecnológicos se pueden considerar como la aplicación sistemática del conocimiento científico y organizado a las tareas practicas, a la resolución de problemas específicos. La esencia de la tecnología radica en la utilización de teorías, métodos científicos y su adaptación para conseguir determinados fines, utilizando las fuentes de la experiencia, inspiración e investigación, para dar así aportaciones prácticas y especificas para las diversas áreas del conocimiento y desarrollo.

    ADQUISICION, ENVIO Y MANIPULACION DE DATOS

    La tarjeta DAQ son tarjetas insertables que permiten la entrada y salida de datos de computador a otros aparatos donde se conectan sensores y actuadotes para interactuar con el mundo real. Los datos que entran y salen pueden ser señales digitales o análogas simplemente conteos de ocurrencias digitales tanto de entrada como de salida.

    Las tarjetas se comportan como si fueran un puerto más en el computador, y poseen todo un protocolo y sistema de manejo, por lo que entender cada tarjeta, como es su funcionamiento, al igual que otro instrumento o cualquier instrumento requiere de tiempo y cuidado.

    Existen tarjetas de alto y de bajo desempeño. Las de alto desempeño son programables y facilitan altas ratas de manejo de información, pues son en cierta forma inteligentes y suficientes, y por tanto no comprometen la velocidad y el rendimiento del computador. Las tarjetas de bajo desempeño requieren de un control directo del computador, y se deben limitadas por la velocidad de este. El Windows es un sistema operativo que no trabaja en tiempo real, para operaciones donde la rata de muestreo es muy alta, como en aplicaciones de audio, radar, vibraciones y video; aunque para aplicaciones de lentitud considerable es bueno, como en controles de hornos.

    Las tarjetas como cualquier otro periférico requiere de sus parámetros de programación, y hasta protocolos de comunicación por lo que se requiere de un software Driver que maneje lo bajo de programación y deje en la superficie la posibilidad de programar aplicaciones con los beneficios de dichas tarjetas de una forma sencilla.

    FILTROS DIGITALES

    Los filtros digitales se clasifican en

    FILTROS FIR:

    En estos sistemas la entrada depende de entradas anteriores, la respuesta es finita, además es no recursivo. Para ver la fórmula seleccione la opción "Descargar" del menú superior

    "La Función del Sistema puede expresarse como un polinomio en el numerador"

    FILTROS IIR:

    En estos sistemas la salida depende de salidas anteriores, la respuesta es infinita y es recursivo.N > 0   "La Función del Sistema tendrá polos, de c/n de los cuales

    Para ver la fórmula seleccione la opción "Descargar" del menú superior

    contribuye con una sec. Exponencial a la k(n)"

    ANÁLISIS Y DISEÑO DE FILTROS DIGITALES

    Reglas de diseño

    • Todos los polos deben estar dentro de la circunferencia unidad.
    • Los ceros pueden estar en cualquier parte del sistema.
    • Si hay polos complejos deben estar acompañados de su respectivo polo o cero conjugado.

    Sugerencias

    • Normalizar la respuesta de amplitud del filtro.
    • Las funciones del filtro deben ser propias M<N

    MATERIALES

    • 2 Condensadores = 4.7uF
    • 1 Condensador = 1.41uF
    • 1 Condensador = 1.47uF
    • 1 Condensador = 4.16uF
    • 1 Condensador = 0.607uF
    • 1 Resistencia = 478.89KΩ
    • 1 Resistencia = 957.78KΩ
    • 4 Resistencias = 100KΩ
    • 2 Resistencia = 390KΩ
    • 1 Resistencia = 10KΩ
    • 1 protoboad
    • 2 motores
    • 1 acoplador
    • 1LM324
    • 1 Osciloscopio
    • tarjeta daq.

    PROCESO DEL CIRCUITO

    ESQUEMA DEL DISEÑO DE LOS FILTROS

    FILTRO PASA-BAJOS

    *Esquema de un circuito pasa-bajos de cuarto orden con dos circuitos pasa-bajas 0 de segundo orden:

    El circuito comprende 2 etapas, cada una de las etapas tiene la misma frecuencia Fc, y el factor de calidad total será la multiplicación del factor de calidad de la primera etapa, por el factor de calidad de la segunda etapa.

    *Cálculos a mano para un circuito bajos de cuarto orden para una frecuencia de 1000Hz

    -Hallar la función de transferencia, Wo y Qo.

    Primera etapa

    Obteniendo así el diseño para el filtro pasa-bajos de cuarto orden

     

    GRÁFICAS

    Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

    ESQUEMA DEL DISEÑO DE LOS FILTROS (SIMULACION EN CIRCUITMAKER)

    CIRCUITO PBC

    Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

    GRAFICA DE LA SIMULACION EN CIRCUITMAKER

    FILTRADO DIGITAL EN MATLAB

    SEÑAL ADQUIRIDA

    Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

    SEÑAL ADQUIRIDA ESCALADA AL VOLTAJE REAL

    Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

    SEÑAL FILTRADA CON EL FILTRO BUTTER DE 4 ORDEN

    Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

    SEÑAL FILTRADA CON ELIP DE CUARTO ORDEN

    Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior 

    GRAFICA DEL FILTRO ELIPTICO, FASE, MAGNITUD Y RETARDO DE GRUPO

    Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

    FILTRO BUTTERWORTH, MAGNITUD, FASE, RETARDO DE GRUPO Y DIAGRAMA DE POLOS Y CEROS

    Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

    ANEXOS

    ADQUISICIÓN , FILTRADO DIGITAL Y CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR EN MATLAB

    %Borrar todo%

    clear;

    clc;

    close;

    %Creamos un object device para poder introducir señales analogicas%

    MJ = analoginput('nidaq', 1);

    %Se añade un canal a la entrada analogica creada especificando un ID asociado con el Hardware del canal empleado%

    addchannel(MJ,1);

    %Asignamos el valor de la tasa de muestreo%

    set(MJ,'SampleRate',2000)

    %Asignamos el valor de las muestras por disparo%

    set(MJ,'SamplesPerTrigger',3000)

    %Damos inicio a la adquisicion de la entrada analogica, y a los valores de muestras que se determinaron%

    start(MJ)

    %Condicion para que el programa se mantenga activo mientras exista la entrada analogica%

    while strcmp(MJ.Running,'On')

    end

    data = getdata(MJ);

    %Muestra los resultados en una grafica en un rango que esta definido por la funcion axis tanto en x como en y%

    y=100*data;

    delete(MJ)

    clear MJ

    %+————————————————-%

    %————ALGORITMO DEL FILTRADO DIGITAL————————————–%

    y=y.*36;

    figure(1);

    plot(y)

    title('SEÑAL ADQUIRIDA'),axis([0 1000 0 30]);

    xlabel('MUESTRAS/CICLO')

    ylabel('AMPLITUD')

    w=0.1047;

    [B,A]=butter(4,0.016);

    t=filter(B,A,y);

    figure(2);

    plot(t),title('SEÑAL FILTRADA CON BUTTER'),axis([0 1000 0 30]);

    [D,C]=ellip(4,0.016,20,w);

    x=filter(D,C,t);

    figure(3);

    plot(x),title('SEÑAL FILTRADA CON ELLIP'),axis([0 1000 0 30]);

    %—————————————————————————————————–%

    %——————ALGORITMO PARA ANALISIS DE CARACTERISTICAS DE LOS FILTROS UTILIZADOS————–%

    figure(4);

    [H,w]=freqz(B,A,1000);

    subplot(2,2,1)

    M=abs(H);

    plot((2000/2/pi)*w,M)

    title('MAGNITUD DELFILTRO ELIPTICO')

    K=angle(H);

    subplot(2,2,2)

    plot((2000/2/pi)*w,K)

    title('FASE DEL FILTRO ELIPTICO')

    subplot(2,2,3)

    grpdelay(B,A,2000)

    title('RETARDO DE GRUPO FILTRO ELIPTICO')

    subplot(2,2,4)

    zplane(B,A)

    title('POLOS Y CEROS DEL FILTRO ELIPTICO')

    %—————————————————————————————————-

    figure(5);

    [H1,w]=freqz(D,C,3000);

    subplot(2,2,1)

    M1=abs(H1);

    plot((2000/2/pi)*w,M1)

    title('MAGNITUD DEL FILTRO BUTTERWORTH')

    grid on

    K1=angle(H1);

    subplot(2,2,2)

    plot((2000/2*pi)*w,K1)

    title('FASE DEL FILTRO BUTTERWORTH')

    grid on

    subplot(2,2,3)

    grpdelay(D,C,3000)

    title('RETARDO DE GRUPO FILTRO BUTTERWORTH')

    grid on

    subplot(2,2,4)

    zplane(D,C)

    title('POLOS Y CEROS DEL FILTRO BUTTERWORTH')

    grid on

    %—————————————————————————————————-

    %CALCULO DE VELOCIDAD DEL MOTOR

    figure(6);

    VOLGEN=[0.92,1.22,1.55,1.85,2.33,3.10,3.80,4.30,4.64,4.91,5.33,5.79,6.14,6.38,…

    6.77,6.88,7.17,7.93,8.35,9.07,9.91,10.92,11.84,12.18,12.93,13.48,14.35,…

    14.90,15.25,15.54,15.96,16.71,16.92,17.51,18.39,19.44,19.57,20.20,20.62,…

    21.00,22.59,23.68,24.36,25.28,25.53,26.58,27.55,28.35,29.56,30.74];

    VELX=[529,690,1080,1150,1488,1427,2160,2505,2669,3084,3276,3431,3722,3964,4017,4261,…

    4440,4757,5038,5365,5936,6350,6512,6619,7060,7265,7317,7666,7769,8133,8140,…

    8165,8182,8201,8223,8807,8900,9200,9541,9640,9814,9865,9986,10124,10234,…

    10500,10684,11056,11215,11224];

    %GRAFICAMOS LA CARACTERÍSTICA DEL MOTOR DE VELOCIDAD CONTRA VOLTAJE

    plot(VOLGEN,VELX),title('SEÑAL DE VOLTAJE');

    ylabel('RPM');

    xlabel('VOLTAJE');

    TABLA CARACTERÍSTICA DE LOS MOTORES

    Para ver la tabla seleccione la opción "Descargar" del menú superior

    COMO CONECTAR EL LM324

    ESQUEMAS

    Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior

    CONCLUSIONES

    Con la adquisición de datos de Matlab pudimos observar con mas detenimiento la señal obtenida del motor, además la implementación de los filtros fue efectiva, la señal se ve clara y con menos ruido cuando han pasado por los dos filtros (Butterworth y Elíptico) que se elaboraron en Matlab.

    BIBLIOGRAFIA

    LUIS OMAR SARMIENTO

    INGENIERO

    RIGOBERTO HERNANDO OLARTE

    ING Mecatronico. BUCARAMANGA – SANTANDER – COLOMBIA

    UNIVERSIDAD SANTO TOMAS

    2004