proceso digital

POR :RIGOBERTO HERNANDO OLARTEE-MAIL: [email protected] Mecatronico. BUCARAMANGA – SANTANDER – COLOMBIACEL: 3002872895 - SOLTECH

Proceso digital de señales

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. Gráficas 8. Anexos 9. Conclusiones 10. Bibliografía

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

OBJETIVOS GENERALESEl 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.

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mailto:[email protected]


JUSTIFICACIONSe 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 DATOSLa 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 DIGITALESLos filtros digitales se clasifican enFILTROS FIR: En estos sistemas la entrada depende de entradas anteriores, la respuesta es finita, además es no recursivo.

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POR :RIGOBERTO HERNANDO OLARTEE-MAIL: [email protected] Mecatronico. BUCARAMANGA – SANTANDER – COLOMBIACEL: 3002872895 - SOLTECH"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

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

ANÁLISIS Y DISEÑO DE FILTROS DIGITALESReglas 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.

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PROCESO DEL CIRCUITOESQUEMA 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

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

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GRÁFICAS

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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

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FILTRADO DIGITAL EN MATLABSEÑAL ADQUIRIDA

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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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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ANEXOS

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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')enddata = 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--------------%

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POR :RIGOBERTO HERNANDO OLARTEE-MAIL: [email protected] Mecatronico. BUCARAMANGA – SANTANDER – COLOMBIACEL: 3002872895 - SOLTECHfigure(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 onK1=angle(H1);subplot(2,2,2)plot((2000/2*pi)*w,K1)title('FASE DEL FILTRO BUTTERWORTH') grid onsubplot(2,2,3)grpdelay(D,C,3000)title('RETARDO DE GRUPO FILTRO BUTTERWORTH') grid onsubplot(2,2,4)zplane(D,C)title('POLOS Y CEROS DEL FILTRO BUTTERWORTH')grid on%----------------------------------------------------------------------------------------------------%CALCULO DE VELOCIDAD DEL MOTORfigure(6);

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POR :RIGOBERTO HERNANDO OLARTEE-MAIL: [email protected] Mecatronico. BUCARAMANGA – SANTANDER – COLOMBIACEL: 3002872895 - SOLTECHVOLGEN=[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 VOLTAJEplot(VOLGEN,VELX),title('SEÑAL DE VOLTAJE');ylabel('RPM');xlabel('VOLTAJE');

TABLA CARACTERÍSTICA DE LOS MOTORESV(cc) MOTOR V(cc)

GENERADORV(ca)

GENERADORRPM MOTOR GENERADOR

FRECUENCIAGENERADOR

O V -- -- -- --1 V -- -- -- --

1.68 V O.42 V -- -- --2.8 V 1.58 V 220 MV 529 144 HZ

3.28 V 2.046 V 292 MV 690 183 HZ3.82 V 2.52 V 370 MV 1080 218 HZ4.3 V 3.008 V 0.442 V 1150 276 HZ

5.02 V 3.698 V 0.557 V 1488 336.6 HZ6.07 V 4.72 V 0.74 V 1427 430 HZ

7 V 5.66 V 0.906 V 2160 516 HZ7.66 V 6.33V 1.024 V 2505 574 HZ8.32 V 7.02 V 1.105 V 2669 636.5 HZ8.9 V 7.59 V 1.17 V 3084 688 HZ9.5 V 8.26 V 1.27 V 3276 748 HZ

10.24 V 9.02 V 1.38 V 3431 817.5 HZ10.69 V 9.48 V 1.463 V 3722 859.6 HZ11.01 V 9.82 V 1.52 V 3964 867.1 HZ11.48 V 10.20 V 1.613 V 4017 878 HZ

12 V 10.85 V 1.639 V 4261 899 HZ12.56 V 11.42 V 1.709 V 4440 ---13.27 V 12.14 V 1.89 V 4757 926 HZ14.05 V 12.9 V 1.99 V 5038 9 HZ15.01 V 13.92 V 2.16 V 5365 0 HZ16.03 V 15.04 V 2.36 V 5936 0 HZ17.27 V 16.36 V 2.6 V 6350 760 HZ18.1 V 17.2 V 2.82 V 6512 798 HZ18.7 V 17.8 V 2.9 V 6619 808 HZ19.01 V 18.2 V 3.08 V 7060 8.80 HZ19.55 V 18.7 V 3.21 V 7265 1069 HZ20.33 V 19.34 V 3.418 V 7317 1172 HZ

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2O.85 V 20.06 V 3.549 V 7666 1509 HZ21.12 V 20.25 V 3.632 V 7769 1531 HZ21.74 V 20.98 V 3.7 V 8133 12.65 HZ22.13 V 21.31 V 3.8 V 8140 1250 HZ22.85 V 22.11 V 3.98 V 8165 1337 HZ23.05 V 22.30 V 4.03 V 8182 1351 HZ23.44V 22.70V 4.17V 8201 1201 HZ24.12V 23.51 V 4.38V 8223 1062.9 HZ24.71 V 24.06 V 4.63V 8807 1090.6 HZ25.35 V 24.78 V 4.66 V 8900 59.97HZ25.80 V 25.12 V 4.81 V 9200 59.94 HZ26.06 V 25.51 V 4.91 V 9541 1150.6 HZ26.65 V 26.19 V 5.00 V 9640 1182.3 HZ27.09 V 26.61 V 5.38 V -- 1205.9 HZ27.69 V 27.18 V 5.64 V -- 1232.8HZ27.99 V 27.55 V 5.80 V 9986 1248.7 HZ26.16 V 27.80 V 6.02 V -- 1250.2 HZ2882 V 28.25 V 6.08 V 10.234 1281.9 HZ29.31 V 28.71 V 6.33 V 10.500 1304.3HZ29.75 V 29.39 V 6.56 V -- 13.26 HZ29.98 V 29.60 V 6.75 V -- 1342.8 HZ30.54 V 30.24 V 7.04 V -- 1365.1HZ31.01 V 30.63 V 7.32 V 11.224 1390.0 HZ

COMO CONECTAR EL LM324ESQUEMAS

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CONCLUSIONESCon 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 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

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http://www.yahoo.com/

http://www.modelo.edu.mx/univ/virtech/circuito/paralelo.htm%C2%B7superio%C2%B7superio

http://www.geocities.com/charlytospage

http://www.tecnoeso.com/

http://www.microchip.com/

POR :RIGOBERTO HERNANDO OLARTEE-MAIL: [email protected] Mecatronico. BUCARAMANGA – SANTANDER – COLOMBIACEL: 3002872895 - SOLTECHINGENIERORIGOBERTO HERNANDO [email protected]

ING Mecatronico. BUCARAMANGA – SANTANDER – COLOMBIAUNIVERSIDAD SANTO TOMAS 2004

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