- Objetivos
- Justificación
- Adquisición,
envío y manipulación de datos - Filtros
digitales - Análisis y
diseño de filtros digitales - Proceso del
circuito - Anexos
- Conclusiones
- Bibliografía
- 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.
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.
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.
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
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ESQUEMA DEL DISEÑO DE LOS
FILTROS (SIMULACION EN CIRCUITMAKER)
CIRCUITO PBC
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GRAFICA DE LA SIMULACION EN
CIRCUITMAKER
FILTRADO DIGITAL EN
MATLAB
SEÑAL ADQUIRIDA
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SEÑAL ADQUIRIDA ESCALADA AL
VOLTAJE REAL
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SEÑAL FILTRADA CON EL FILTRO
BUTTER DE 4 ORDEN
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SEÑAL FILTRADA CON ELIP DE CUARTO
ORDEN
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superior
GRAFICA DEL FILTRO ELIPTICO, FASE,
MAGNITUD Y RETARDO DE GRUPO
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FILTRO BUTTERWORTH, MAGNITUD, FASE,
RETARDO DE GRUPO Y
DIAGRAMA DE
POLOS Y CEROS
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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
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.
- Tratamiento digital de la señal ( Proakis
Manolakis ). - Tratamiento de la señal en tiempo
discreto. - Microprocesadores PIC ( José Maria Angulo
). - Programación en el lenguaje
ensamblando para PC y compatibles. - www.microchip.com
- www.tecnoeso.com
- www.geocities.com/charlytospage
www.modelo.edu.mx/univ/virtech/circuito/paralelo.htm·superio·superio- Biblioteca de consulta Microsoft
encarta 2003-2004 - Capitulo 20 Adquisición y Control
automático ( www.yahoo.com
) - Adquisición de datos a través del
puerto paralelo bidireccional ( Guillermo Ramos R. ) Revista
Cekit.
LUIS OMAR SARMIENTO
INGENIERO
RIGOBERTO HERNANDO OLARTE
ING Mecatronico. BUCARAMANGA – SANTANDER –
COLOMBIA
UNIVERSIDAD SANTO TOMAS
2004