Monografias.com > Ingeniería
Descargar Imprimir Comentar Ver trabajos relacionados

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
    7. Anexos
    8. Conclusiones
    9. 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

    Nota al lector: es posible que esta página no contenga todos los componentes del trabajo original (pies de página, avanzadas formulas matemáticas, esquemas o tablas complejas, etc.). Recuerde que para ver el trabajo en su versión original completa, puede descargarlo desde el menú superior.

    Todos los documentos disponibles en este sitio expresan los puntos de vista de sus respectivos autores y no de Monografias.com. El objetivo de Monografias.com es poner el conocimiento a disposición de toda su comunidad. Queda bajo la responsabilidad de cada lector el eventual uso que se le de a esta información. Asimismo, es obligatoria la cita del autor del contenido y de Monografias.com como fuentes de información.

    Categorias
    Newsletter