revista en corto circuito9 (julio 2006)

Judas_Priest

EN CORTO CIRCUITO LA REVISTA DE LA ESCUELA DE

ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES Julio 2006 No. 9

Hardware para la elaboración de curvas de Isodosis

WINNERBOT Tips de electrónica Proyecto ganador del concurso básica “Avanzando 2 006” Antenas fractales

Filtros digitales con MATLAB Conoce el poder de FPGA Xilinx Spartan 3

En_Corto_Circuito© Julio 2 006

ÍNDICE

Contenidos Página

Del editor al lector…………………………………………………………… 3

Control y construcción de un microbot multitarea: “winnerbot”……... 4

NI LabVIEW………………………………………………………………….. 14

Antenas fractales…………………………………………………………….. 21

Simulación e implementación de la modulación bpsk en una FPGA

Xilinx Spartan 3 xcs200-4ftp256, usando Simulink y el blocset system

generador para DSP/FPGA……………….………………………………… 25

Construcción de un hardware para la elaboración de curvas

de isodosis ……………………………………………………………………. 32

Diseño de un filtro FIR con la ayuda de Matlab………………………… 36

Soldar con estaño y no morir en el intento………………………………. 41

Biografías: Guglielmo Marconi……………………………………………. 44

Buen humor………………………………………………………………….. 45


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DEL EDITOR AL LECTOR

Una vez más nos encontramos

en las páginas de nuestra revista, para compartir información sobre el fascinante mundo de la Electrónica y las Telecomunicaciones.

En esta nueva entrega te presentamos el proyecto ganador del concurso organizado por IEEE, “Avanzando 2006”, el microbot llamado “Winnerbot”. Asimismo te mostramos una amplia visión del poder de LabView, como también tips básicos de electrónica. Te presentamos información sobre antenas fractales, filtros y un proyecto de electrónica aplicada a la medicina. Te dejamos en las páginas de En Corto Circuito para que compruebes que su contenido es netamente aprovechable. Que lo disfrutes.

Diego Barragán Guerrero

[email protected]

En_Corto_Circuito© No. 9

Julio 2 006

Director Ing. Jorge Luis Jaramillo

Editor

Diego O. Barragán G.

Revisores Técnicos Ing. Marco Morocho Ing. Marcelo Dávila

EN CORTO CIRCUITO es una publicación bimestral de la

Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones de la

Universidad Técnica Particular de Loja

“Así, quedan, pues, abiertas las puertas de este modesto medio de comunicación para que todos quienes deseen desarrollar, investigar e innovar dentro del maravilloso campo de la Electrónica y las Telecomunicaciones, lo hagan.”

Rafael Sánchez Puertas


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IEEE “AVANZANDO 2006”

PROYECTO GANADOR

CONTROL Y CONSTRUCCIÓN DE UN MICROBOT

MULTITAREA: “WINNERBOT”

Por: Tayron E. Ramírez M. David I. Ruiz C. Profesionales en formación 8vo. Ciclo.

1. RESUMEN En este proyecto se presenta el ensamblaje y programación de un prototipo de microbot que lleva por nombre “WINNERBOT”. Este tiene la capacidad de funcionar en modo manual o automático. En modo automático se detalla tres tareas que son: Rastreador de Líneas, Seguir un haz de Luz, Evadir Obstáculos. Para el control se eligió un microcontrolador PIC16F84A de Microchip capaz de satisfacer nuestros requerimientos, además consta de varios sensores como el sensor de reflexión de Infrarrojo que se lo utilizará para rastrear líneas en el piso, para los haces de luz se utilizó fototransistores, para la detección de obstáculos se usa un sensor de ultrasonido. En modo manual se lo controla desde la computadora este utiliza un radio control de un vehiculo de juguete

SPEED II. También posee los actuadores que son dos motores ubicados estratégicamente un a la derecha y otro a la izquierda conjuntamente con una bola de acero que sirve de complemento para formar un triciclo para lograr los movimientos deseados. 2. ABSTRACT In this project it is presented the assembling and programming of a Microbot prototype that it takes for name "WINNERBOT". This has the capacity to work in manual or automatic way. In automatic way we detail three tasks that are: Scanner of Lines, to Follow Light's sheaf, to Avoid Obstacles. For the control we have chosen a microcontroller PIC16F84A of


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Microchip able to satisfy our requirements, it also consists of several sensors as the sensor of reflection of Infrared that we will use it to rake lines in the floor, for the sheaves of light we use phototransistors, for the detection of obstacles we use an ultrasonic sensor. In manual way we control it from the computer this it uses a radius control of a toy vehicle SPEED II. It also possesses the actuadores that are two motors located a strategically to the right and another to the left jointly with a steel ball that serves as complement to form a tricycle to achieve the wanted movements. Palabras clave: Microbot, microcontrolador, ultrasonido, infrarrojo 3. INTRODUCCIÓN

En la actualidad la ciencia ha puesto toda la atención en desarrollar robots capaces de realizar tareas en forma autónoma. La idea es la combinación de componentes físicos (Hardware) y computacionales (software), formando un solo sistema. La Microbótica[1], comienza a acuñarse en la década de los noventa y define a ingenios automáticos de pequeño tamaño, diseñados para realizar una tarea repetitiva y que en el mismo entorno de trabajo son capaces de colaborar entre ellos para llevar a cabo una tarea global. Por lo que un microbot es un prototipo pequeño en inteligencia más no en tamaño.

4. OBJETIVOS

Programar y ensamblar un prototipo capaz de:

Rastrear una línea trazada en el piso Seguir un haz de luz predeterminado Evadir obstáculos que son

predeterminados Lograr un control del robot en un

área fijada.

5. DESARROLLO DEL TRABAJO

Al iniciar nuestro trabajo se dividió a nuestro prototipo en subsistemas para ir desarrollando cada etapa y estas son: a. Físico b. Percepción y Reacción c. Control e Inteligencia d. Comunicación

NIVEL FÍSICO.

En este subsistema lo que

comprende es la parte física (hardware) de nuestro prototipo, se consiguió todo esto a través del robot comercial que se ha publicado semanalmente en revistas denominado “MONTY”. Además se adaptado un control remoto (Trasmisor y Receptor) del juguete SPEED II. Para que se desenvuelva en cuatro tareas distintas debe setearse en la tarea deseada por lo que se ha diseñado una tarjeta en la que de acuerdo a la configuración de los Jumpers (1) nuestro microbot “Winnerbot” responde.

Hay que tener mucho cuidado en

esta etapa porque además de diseñar un aspecto externo, se tiene que elegir unas piezas de calidad en las etapas de potencia y las unidades motoras, se debe poner sumo cuidado en el aspecto externo ya que no se trata de diseñar un robot bonito si no un robot funcional. Un aspecto importante es detallar las características de los motores que utilizados:

Motor de Corriente Continua, con una relación de reducción con piñones de 194:1 con doble eje φ 2,4x6 mm.

Tensión de trabajo entre 1,5 V y 12 V.

Posee dos estados ON, OFF.

El objetivo del reductor es el de aumentar el par de fuerzas del motor y reducir las revoluciones del mismo [2]. Con lo que se logra convertir el


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movimiento circular en movimiento lineal trasmitiendo los movimientos hacia las zonas de actuación deseadas en este caso las ruedas. (Ver Figura 1.)

Figura 1. Motor de corriente continua.

Para la construcción del microbot se utiliza algunos tipos de estructuras, que dependerán de la función que se desea realizar, no es lo mismo diseñar un robot bípedo que un rastreador y además lo suficiente robusta, adaptable y flexible posible.

Se eligió una estructura tipo triciclo con tracción diferencial donde cada rueda posee una tracción y dirección, además para la estabilización del mismo posee una bola de acero que gira libremente sobre su eje brindándole así una mayor rapidez y flexibilidad en sus movimientos.

Consecuentemente se detalla que por la configuración utilizada nuestro microbot no podrá desplazarse en lugares con una pendiente de ± 7º, porque su centro de gravedad tiene a desplazar rápidamente con lo que se corre el riesgo de que se vuelque y pierda su recorrido.

MOVILIDAD DE LA ESTRUCTURA

Los movimientos se logran en función de las dos posibilidades de los motores que son ON, OFF, ejemplo: Para desplazarnos a la izquierda (Ver figura 2)

Motor Derecho: Polarización Directa

Motor Izquierdo: Polarización Inversa

Figura 2. Detalle de los movimientos del Microbot.

También para la conexión se ha utilizado alambres #20. La ubicación del encoder se ha hecho de una forma rudimentaria utilizando una base de plástico y un poco de solución para adherirla.

NIVEL DE PERCEPCIÓN Y REACCIÓN.

¿Que es Percepción? Es la capacidad de captar información. Como en los seres humanos tenemos los sentidos de vista, oído, gusto, tacto, la tecnología [3] trata de emular estas habilidades desarrollando sensores que son elementos mecánicos-químicos-eléctricos capaces de convertir una característica del entorno en una medida cuantitativa. Cada sensor se basa en el principio del transductor conversión de la energía de una forma a otra.

Básicamente esta etapa es la que le da al microbot esa de capacidad de “estar vivo”, reaccionar ante eventos y tomar la mejor decisión. Este posee una


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red de sensores con los que en función de la tarea deseada se los seteará Según la tarea se utiliza:

Rastrear una línea en el piso: Sensor de Reflexión CNY70 Derecho e Izquierdo.

Seguir un Haz de Luz: Fototransistor derecho e izquierdo .

Evadir Obstáculos: Sensor de Ultrasonido y Encoger.

Controlado desde la Computadora: Receptor de RF.

En esta etapa además se ha propuesto un diagrama (ver figura 3 y 4) donde se detalla cada una de las tarjetas y la ubicación de los sensores.

Características de los sensores [4] :

Sensibilidad: razón de cambio de la salida a los cambios de las entradas.

Linealidad: medida de la constancia de la razón entrada/salida.

Rango: diferencia entre el máximo y mínimo valor medible.

Tiempo de respuesta: tiempo requerido para que un cambio de la entrada sea observable.

Exactitud: diferencia entre el valor real y el medido.

Resolución: el incremento mínimo observable en la entrada.

Ahora se dará un vistazo a cada uno de los sensores utilizados.

SENSOR DE REFLEXIÓN INFRARROJA. CNY70

El CNY70 es un sensor de infrarrojos de corto alcance basado en un diodo emisor de luz infrarroja y un receptor formado por un fototransistor igual de luz infrarroja, ambos apuntando en la misma dirección, y cuyo funcionamiento se basa en la capacidad de reflexión del objeto, y la

detección del rayo reflectado por el receptor. El dispositivo dispone de cuatro pines de conexión. Dos de ellos se corresponden con el ánodo y cátodo del emisor, y las otras dos se corresponde con el colector y el emisor del fototransistor que hace las veces de receptor.

El circuito que se utilizo en el diseño es el de figura (ver figura 3), de manera que cuando el sensor esté sobre la línea negra la luz es absorbida y el fototransistor se mantiene en corte, por lo que a la salida el circuito entrega un nivel bajo, mientras que cuando el sensor esté sobre el fondo blanco que refleja la luz, el fototransistor se satura y a la salida del circuito se tiene un nivel alto.

Figura 3. CNY70

Así también para el desarrollo del encoder se utilizado un sensor CNY70 y un pedazo de papel pintado con zonas de color blanco y zonas de color negro que ha sido pegado en una rueda de extensión a la rueda derecha. Esto nos permite dar giros casi de 90º con un margen de +- 4º en función de la cuenta de vueltas de la rueda.

SENSOR DE ULTRASONIDO

Son utilizados para la detección de obstáculos, con la ventaja de que pueden dar una información de la distancia a la cual se encuentra el


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obstáculo para ello utiliza las propiedades de las ondas del sonido y a partir de la velocidad del sonido y el tiempo trascurrido entre la emisión y la recepción se obtiene la información de la distancia. La forma del pulso que se emite desde el traductor de ultrasonido tiene una forma cónica (Ver figura 4), el eco que se recibe indica la presencia de un objeto mas cercano que se encuentra dentro del cono acústico y no especifica en ningún momento la ubicación angular del mismo.

Los ultrasonidos son vibraciones del aire de la misma naturaleza que el sonido audible pero de una frecuencia mas elevada que parte de 20 KHz hasta 5.108 Hz no son audibles estos por el oído humano. Los ultrasonidos viajan aprox. a 35 cm por ms (a 20 º Celsius).

Figura 4. Sensor de Ultrasonido

Problemas con los ultrasonidos [5]. La posición real del objeto es

desconocida: (cualquier posición del cono a distancia d).

Reflejos especulares: la dirección del reflejo depende del ángulo de incidencia. Cuanto menor sea el ángulo, mayor es la probabilidad de perderse y

producir falsas medidas de gran longitud

Las superficies pulidas agravan el problema (las rugosas producen reflejos que llegan antes)

Resumen: medidas de objetos lejanos pueden ser muy erróneas

SENSOR DE LUZ FOTOTRANSISTOR TIL78

Este es una combinación entre un fotodiodo y un transistor, que unidos forman un fototransistor. Son transistores especiales cuya base esta preparada para recibir luz, produciéndose el mismo efecto que si se aplicase una corriente. De esta manera, cuando la base del fototransistor reciba luz circulara una corriente entre el emisor y su colector. (Ver figura 5).

Figura 5. Fototransistor y esquema de funcionamiento

SENSOR DE SONIDO (MICRÓFONO).

Es un sensor muy conocido que transforma ondas sonoras producidas por las cuerdas vocales o por cualquier fuente en variaciones de voltaje.


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Nuestro prototipo posee un micrófono electrec, el mas utilizado en microbots. En nuestro caso no se lo utiliza para realizar procesamiento de señales, pues esto con lleva tener un DSP (Procesador Digital de Señales), mas bien como un swith que cuando recibe un sonido fuerte este se pone en alto (satura) y en el otro caso esta en bajo.

ALTAVOZ

Es un traductor que transforma señales voltaje en ondas mecánicas audibles. En los microbots generalmente se los utiliza para respuesta ante órdenes, en nuestro proyecto “WINERBOT” emite sonidos de acuerdo a la tarea seteada. Ejemplo para la tarea uno emitirá un sonido indicando que realizará dicha tarea que es la que sigue líneas.

NIVEL DE CONTROL E INTELIGENCIA

La parte fundamental de todo el sistema esta en el microcontrolador(2) PIC16F84A [6] que no es mas un circuito integrado (CI) de muy alta escala de integración (VLSI), sistema embebido que nos permite desarrollar algoritmos, programarlos en una computadora compilarlos y luego descargarlos en el microcontrolador a través de algún software. Para que este CI funcione se necesita:

Alimentación Circuito Oscilar Un Circuito de Reset Un programa descargado en la

memoria del mismo

El CI esta compuesto de dos puertas Bi-direccionales programadas por software, las cuales las se utilizarán ya sea para la entrada o salida de datos.

Normalmente el lenguaje de programa de PIC’S es el asembler (Lenguaje de Bajo Nivel), pero es un poco tedioso y largo de programar aunque no difícil, se ha

encontrado un software en el internet denominado Microcode [8] que es un lenguaje de alto nivel (Similar a programar en Basic), que nos sirve para programar y compilar nuestros algoritmos. El Paso siguiente ahora es el proceso de descarga del programa, para lo cual se ha utilizado igualmente un software encontrado en el Internet IC-PROG [9], el cual facilitará la descarga.

Al plantear nuestro proyecto se ha diseñado un diagrama de bloques para realizar la solución del mismo (ver figura 6). Ahora ya que se tiene todas las herramientas y el hardware necesario lo siguiente será desarrollar algoritmos en funciones de las variables del entrono en que se desenvuelve.

ALGORITMO PARA RASTREAR LÍNEAS EN EL PISO

1. Inicio 2. Verificar los sensores de reflexión

infrarroja 3. Si alguna esta en bajo indica que

salio de la línea negra 4. Si salio por la derecha

a. Motor derecho marcha de frente

b. Motor izquierdo marcha reversa

5. Si salio por la izquierda

a. Motor derecho marcha reversa

b. Motor izquierdo marcha de frente

6. Si los dos están en bajo indica que termino la trayectoria a seguir

7. Fin


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Figura 6. Arquitectura de Hardware

Para trabajar en modo manual lo que se ha hecho es acoplar un radio control de un juguete SPEDD II, ubicando la estación receptora en el microbot. Para la estación transmisora se tiene un modulo especial que esta conformado de dos tarjetas: Una de control y otra de transmisión.

En la tarjeta de control (ver figura 7) de igual forma se utilizó un microcontrolador Pic16F84A de las características antes anotadas el cual nos permite emitir las señales de control hacia la estación transmisora. Para la comunicación con la Computadora se usa la comunicación serial asíncrona RS-232(3) la que permite interactuar a través de software con nuestro microbot.

Notamos ahora que existe un nivel denominado de COMUNICACIÓN que es en el que se programa y realiza el análisis para la interacción con otros microbots sean de similares características o distintas estableciendo un estándar para la comunicación, lo que permitiría desarrollar en forma conjunta una tarea. Ejemplo de esto tenemos los microbots en la categoría de fútbol que son capaces de enfrentarse

contra todo un equipo de contrarios. No se ha entrado en dicha etapa ya que nuestro microbot realiza las tareas solo.

Figura 7. Arquitectura de Transmisión

DETALLE DE LAS TAREAS QUE REALIZA WINNERBOT

MODO AUTOMÁTICO

RASTREAR UNA LÍNEA COLOR NEGRO EN EL PISO. Al iniciar emite un sonido, para comenzar la tarea se deberá dar una palmada, lo suficientemente fuerte como para que se active. Cuando se sale de la línea este emite sonidos que indican que hay curvaturas en el piso además este termina cuando la línea es totalmente blanca y para y emite sonidos indicando que termino.

SEGUIR UN HAZ DE LUZ. Al iniciar emite dos sonidos indicando que esta en la tarea dos. Empieza dando vueltas sobre el mismo lugar hasta orientarse en el sentido en el que recibe el haz de luz si el haz


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logra estar totalmente en el frente este lo conducirá a que el prototipo se dirija hacia el frente emitiendo un sonido, cuando el rayo se dirige ya sea de la derecha o de la izquierda WINNERBOT girara sin emitir sonidos.

EVADIR OBSTÁCULOS. Al igual que en las tareas antes anotadas este emitirá tres sonidos y se dirigirá siempre al frente cuando encuentra obstáculo, este lo evade en ya sea girando a la izquierda o a la derecha.

MODO MANUAL

CONTROLADO DESDE UNA PC. Esta emitirá cuatro sonidos y responderá a las acciones emitidas por el PC, moviéndose al frente, girando a la derecha, izquierda o hacia atrás.

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y ELÉCTRICAS MÁS RELEVANTES

CARACTERÍSTICAS MEDIDAS Largo 17 cm Ancho 12 cm Alto 12 cm Peso 800 gr

Alimentación 1 batería de 9V para las tarjetas de control. 6 pilas de 1.5V para los motores

6. RESULTADOS OBTENIDOS

Al término de nuestro proyecto se

puede ver que se ha logrado cumplir en casi su totalidad los objetivos aunque con algunos pequeños problemas que se nos han suscitado. Vemos que es un prototipo innovador que aunque sus aplicaciones

prácticas son pequeños nos ha permitido adquirir la suficiente experiencia, tanto por el trabajo en equipo como por la ilusión empleada, para podernos introducir en el mundo de la ROBÓTICA Y AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS. 7. CONCLUSIONES

Se logró profundizar y adquirir nuevas destrezas tanto en la programación como en la resolución de problemas de hardware y comprender que la única limitante es la imaginación que poseemos todos.

Además se debe tomar muy en

cuenta que hemos aprendido en función de las pruebas realizadas con nuestro WINNERBOT.

Dejamos plasmado en este

microbot todo un mundo de aspiraciones y expectativas que en el devenir del tiempo resolveremos.

Se puede construir un microbot

sin la necesidad de tener conocimientos avanzados sobre robótica, basta con conocimientos básicos de electrónica digital y analógica, así como programación de microcontroladores.

8. RECOMENDACIONES

Para empezar se tiene un

problema con las baterías, que es el tiempo de funcionamiento pues no se ha utilizado unas recargables, lo primero que se debería hacer es utilizar en trabajos futuros de esta categoría baterías recargables de plomo que son las que permiten


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corrientes de hasta 3000mA NI-MH.

Para la colocación de obstáculos se

debe utilizar superficies lo menos rugosas posibles, ya que según lo comprobado ubicando un pedazo de lata el ultrasonido la reconoce a 10 cm mientras que si se utiliza un pedazo de espuma flex esta la reconoce a 5 cm, con lo que el microbot no cumple con la distancia mínima de detección que es de 12cm y al girar colisionará con la misma.

El piso en el que se desplace debe

ser totalmente plano, evitar superficies demasiado deslizables donde el microbot resbalara y por ende se perderá en la coordinación de sus movimientos.

Para que el robot siga líneas

utilizando los sensores ópticos por reflexión CNY70, hay que tener en cuenta que deben estar los más cerca posible al suelo y que la línea negra dibujada debe ser lo más obscura posible.

9. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] http://www.microbotica.es

[2] “CINEMÁTICA”, http://www.uc3m.es/uc3m/dpto/IN/dpin04/ISL/cinematica.pdf,

[3] “SENSORES”, http://www.uc3m.es/uc3m/dpto/IN/dpin04/ISL/sensores.pdf

[4], [5] “Introducción a la Robótica” [email protected] [6] http://www.microchip.com

[7] http://www.mecanique.co.nk [8] http://www.ic-prog.com

[9] REYES Carlos, “Aprenda rápidamente a programar Microcontroladores PIC”, Gráficas Ayerve C.A, 2004.

10. APÉNDICE

(1) Jumper.- Dispositivo para la interconexión entre 2 puntos (2) Microcontrolador.- Circuito Integrado Programa de Muy Alta Escala de Integración. (VLSI) (3) Rs-232.- Estándar para comunicación serial máximo 15 m. de distancia.

11. ANEXOS

Figura 8. Detalle de la interfaz para el control desde un PC de nuestro

microbot


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Figura 9. Microbot Terminado

Diagramas de los circuitos Utilizados

Figura 10. Módulo de Sensores

Figura 11. Módulo de Potencia

Figura 12. Módulo de Control

12. BIOGRAFÍAS

Tayron Enrique Ramírez Mora. Profesional en Formación Dirección: Av. Catamayo y S/N (Catamayo) Teléfono: 2676-

172 Cel: 093646506 E-Mail: [email protected] Experiencias: Trabajo en Telecomunicaciones dentro del área de cableado estructurado en la UPSI.

David Israel Ruiz Cabrera Profesional en Formación Dirección : Loja, La Pradera calles nogales 24-47 y Laureles

Teléfono : 2576372 – 094216662 E-mail: [email protected] Experiencias : Trabajo en Gestión productiva en el grupo de Investigación “Software Radio” dentro del área de GESE de la Unidad de Proyectos de Sistemas Informáticos (UPSI).


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NI LabVIEW

Israel Darío Carrión Granda Grupo de Electricidad y Sistemas Electrónicos

Universidad Técnica Particular de Loja 1101608, Loja, Ecuador [email protected]

RESUMEN

En este documento se presentará

una visión general de lo que es en sí LabVIEW con sus varias herramientas y dando a conocer la capacidad de este software para la realización de cualquier tipo de aplicación, desde proyectos pequeños de laboratorio o prácticas simuladas hasta complejas aplicaciones industriales.

ABSTRACT

In this document a general vision was presented of what is LabVIEW with its several toolkits and giving to know the capacity of this software for the realization of any application type, from small projects of laboratory or simulated practices until complex industrial applications. TÉRMINOS CLAVE: LabVIEW - Laboratory of Virtual Instruments Engineering Workbench MAX - Measurement & Automation Explorer Sistema distribuido - Sistema que usa procesadores múltiples para resolver problemas.

INTRODUCCIÓN

La empresa National Instruments inicia alrededor del año 1976, gracias a tres emprendedores: Dr. James Truchard, Jeff Kodosky y Hill Nowlin mientras trabajaban en la Cochera del Dr. Truchards.

National Instruments ha abierto camino en el mundo de la instrumentación virtual con software y hardware que ha revolucionado la manera en que los ingenieros logran las aplicaciones de medición y automatización.

La revolución que propone

National Instruments, es la combinación de las tecnologías Hardware y Software para la producción de dispositivos, sean estos para instrumentación, control o automatización. Este tipo de productos realizados bajo las prestaciones que nos ofrece la integración del Hardware y Software, son bastante flexibles a los requerimientos del usuario.

Al no utilizar software y

hardware preestablecido, ingenieros y científicos obtienen máxima flexibilidad definida por el usuario. Un instrumento tradicional proporciona tanto software como circuitos de medición empacados en un producto con lista finita o funcionalidad fija utilizando el instrumento del panel frontal. Un instrumento virtual proporciona todo el software y hardware necesario para lograr la medición o tarea de control. Aunado a un instrumento virtual, ingenieros y científicos pueden ajustar la adquisición, análisis, almacenamiento, unión, y funcionalidad de presentación usando software productivo y potente.

HISTORIA NI

Hoy por hoy National Instruments lleva 30 años como


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empresa líder en automatización y control ya que inicio el concepto de la instrumentación virtual - combinando software abierto, flexible y el hardware modular con tecnologías disponibles comerciales - para ofrecer a ingenieros y científicos un acercamiento definido por el usuario para crear soluciones más eficientes y a la medida. Un componente clave al concepto de la instrumentación virtual es el software LabVIEW que ha evolucionado de una herramienta de control de instrumentos de escritorio y una herramienta de adquisición de datos, a una plataforma integrada del diseño, control y prueba para los usos de escritorio, industrial, embebida y dispositivos de mano desde sus inicios en 1976, mientras que el software NI LabVIEW revolucionó el

mundo de la instrumentación virtual desafiando los enfoques tradicionales de programación con el desarrollo gráfico intuitivo similar a diagramas de flujo. Creado por el co-fundador de NI, Jeff Kodosky, LabVIEW ayuda a ingenieros y científicos en diversas industrias a producir rápidamente una amplia variedad de aplicaciones desde hace 20 años tras su lanzamiento en 1986.

National Instruments inicio el concepto de la instrumentación virtual combinando software abierto, flexible y el hardware modular con tecnologías disponibles comerciales para ofrecer a ingenieros y científicos un acercamiento definido por el usuario para crear soluciones más eficientes y a la medida.

Versión Año de lanzamiento Características

1 1986 Específico para SO MAC

2 1990 LabVIEW se convierte en un compilador. Nueva versión también para DOS

3 1994 Se convierte en multiplataforma trabajando también en UNIX y Windows

4 1996 Adquiere un interfaz gráfico personalizable

5 1998 Posee herramientas para Active X, y herramientas de computo

6.1 2000 Posee un ambiente gráfico para muestreo, monitoreo y control de aplicaciones

7 Express 2003 Simplifica dramáticamente la creación de aplicaciones para medición y automatización, y se extiende a varias tarjetas, desde embebidas FPGAs a Palm OS y Pocket PC PDAs de Microsoft

7.1 2004 Marca el avance mas significativo de todas las versiones previas con el modulo Real-Time. El código FPGA de LabVIEW es tan eficiente como el VHDL

8 2005 Permite crear VIs en tiempo real sin hardware instalado, agrupa controladores en el instalador creado. Incluye MatLab para aplicaciones.

Tabla 1. Evolución de LabVIEW.


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Un componente clave al concepto de la instrumentación virtual es el software LabVIEW que, durante los últimos 20 años ha evolucionado de una herramienta de control de instrumentos de escritorio y una herramienta de adquisición de datos, a una plataforma integrada del diseño, control y prueba para los usos de escritorio, industrial, embebida y dispositivos de mano.

“Con la compatibilidad incorporada para miles de dispositivos de E/S e instrumentos; una librería extensa de análisis, algoritmos de procesamiento de señales, de control, y visualización de datos intuitivos e interfaces de usuario, LabVIEW brinda a los científicos e ingenieros más poder en el diseño, la generación de prototipos y el despliegue rápido de sus soluciones,” dijo Kodosky, conocido comúnmente como “el Padre de LabVIEW.” “Durante 20 años, el desarrollo gráfico de LabVIEW, ha revolucionado la forma como miles de ingenieros y científicos trabajan, proporcionando mejor calidad, acortando tiempos de liberación de producto al mercado y mejorando la eficiencia de la ingeniería y manufactura. Con una plataforma flexible, abierta, LabVIEW sigue brindando productividad a ingenieros y científicos que afrontan cada vez más necesidades de aplicación complejas.”

EVOLUCIÓN DE LABVIEW

Cuando en un inicio National Instruments lanzo al mundo el software LabVIEW revoluciono la instrumentación virtual (A diferencia de un instrumento real, que podemos tener en cualquier laboratorio o planta de procesos, y que queda perfectamente definido por mandos de control y elementos de representación, un

instrumento virtual esta ligado al concepto de software. Este software se ejecuta en un computador que tiene alojados elementos hardware concretos, tarjetas de adquisición de datos (analógicos y digitales), tarjetas de interfaz con los buses de instrumentación y canales de control también analógicos y digitales.

Un instrumento virtual permite manejar ese hardware mediante una interfaz gráfica de usuario (IGU) que se asemeja al panel de mandos de los aparatos habituales (Osciloscopio, multímetro, etc.)

Mediante le representación en pantalla de los elementos gráficos de visualización y control que sirven de interfaz con el usuario, este observa los estados de las entradas seleccionadas en la pantalla e interactúa con las salidas directamente o mediante la ejecución de las rutinas que se haya programado.

Aunque en un principio LabVIEW no fue un sistema multiplataforma ha evolucionado mucho desde sus inicios tal y como se puede observar en la Tabla 1.

CONECTIVIDAD DE LABVIEW

El software LabVIEW de National Instruments brinda una conectividad abierta con la más amplia variedad de dispositivos, protocolos, e interfaces requeridos para las aplicaciones de medida y prueba de hoy en día, lo que acelera la integración del sistema de pruebas y logra reducir el tiempo al mercado. Debido a que prácticamente cada sistema de medida y pruebas requiere de conectividad a más de un dispositivo e interfaz, NI LabVIEW proporciona una librería completa de elementos incorporados para conectividad abierta e integración de sistemas


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Las librerías incluidas de E/S,

análisis, y comunicación en LabVIEW proporcionan conectividad nativa a prácticamente cualquier instrumento, sensor, bus, o interfaz de software para eliminar el proceso de prueba y error para integrar cada uno de estos componentes en sus aplicaciones de medida y prueba. La conectividad abierta, sin embargo, sólo ofrece la posibilidad de conexión a un dispositivo o interfaz, lo cual no significa que una rápida integración del sistema cuando se desarrolla una solución de pruebas y medidas. Por suerte, LabVIEW no sólo proporciona la conectividad abierta y flexible, sino también ofrece el conjunto más completo de herramientas de software y controladores de dispositivos de pruebas y medidas para integrar cada uno de estos dispositivos e interfaces en un sistema completo. Esto hace que LabVIEW sea un recurso invaluable y un diferenciador estratégico en su desarrollo de sistema de prueba. Características Clave de la Conectividad en LabVIEW. Durante los últimos 20 años, LabVIEW ha ofrecido una amplia conectividad a sistemas con casi cualquier dispositivo de medidas y pruebas, así como protocolos, concentrándose en cuatro enfoques principales: 1. Experiencia Plug-and-Play – Una

de las metas fundamentales de NI LabVIEW es la productividad de los ingenieros, científicos, y técnicos que desarrollan sistemas de medida y pruebas automatizadas. Existen varios factores que impulsan ese aumento en la productividad que LabVIEW brinda: la experiencia única plug-and-play durante la integración del sistema, proporcionada a través de su ambiente de desarrollo gráfico patentado; la red extensa del

controladores de instrumentos; la tecnología interactiva de VI Express, incluyendo el Instrument I/O Assistant y el DAQ Assistant; los Sensores Plug&Play basados en la tecnología de la Hoja de Datos Electrónica del Transductor IEEE 1451.4 (TEDS); y la herramienta de configuración y administración del sistema, NI Measurement & Automation Explorer (MAX).

2. Librería Nativa de Funciones de Hardware de E/S - Además de la experiencia plug-and-play, LabVIEW cuenta con un conjunto extenso de librerías incluidas de funciones para hardware de E/S, incluyendo NI-VISA y NI-DAQmx, que permiten conectar nuestras aplicaciones con más de 4,000 instrumentos tradicionales y miles de sensores, cámaras, y controladores de movimiento a través de prácticamente cualquier bus e interfaz de comunicación. Algunos de los tipos de dispositivos de medida incluyen dispositivos de adquisición de datos, sensores, cámaras, etapas de control de movimiento, y más. Las funciones de E/S de conectividad de bus incluyen GPIB (IEEE 488), serie, Ethernet/LAN, USB, IEEE 1394, Bluetooth, Wi-Fi (IEEE 802.11), IrDA, y más. En total, LabVIEW incluye más de 1,000 funciones de medida, análisis y visualización para asegurar una experiencia de usuario productiva uniendo dispositivos de hardware de E/S para crear sus sistemas de medida y pruebas automatizadas.

3. Interfaces de Comunicación de Datos Flexibles - LabVIEW también cuenta con interfaces de comunicación de datos y tecnologías líderes en la industria. El establecimiento de conectividad con


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hardware de medidas y aplicaciones de software es una cosa; sin embargo, otra muy diferente es ser capaz de comunicarse eficazmente y controlarlos. Las interfaces de comunicación de datos flexibles en LabVIEW son importantes para muchos ingenieros que interconectan sistemas de pruebas de LabVIEW con aplicaciones de software desarrolladas en otros lenguajes de programación como ANSI C, Visual Basic, C++, .NET, y más. LabVIEW puede comunicarse de manera natural con aplicaciones desarrolladas en cualquiera de estos lenguajes. Además, permite utilizar LabVIEW para comunicarse a través de una amplia variedad de protocolos de comunicaciones industriales como TCP/IP, serial, CAN, DeviceNet, Foundation FieldBus, FlexRay, Modbus, y más.

4. Herramientas de Desarrollo de Comunicación con E/S Integradas La otra característica de LabVIEW que caracteriza la conectividad abierta es la disponibilidad de herramientas integradas para ayudar a conectarse y a resolver problemas de comunicación con dispositivos y protocolos para los cuales pueden no existir librerías de comunicación. A menudo, este es el caso en áreas que implican investigación en el campo aeroespacial, automotriz, médico, y de comunicaciones. LabVIEW incluye una variedad de herramientas para asistirnos en esta área, incluyendo el Asistente de Proyecto de Controladores de Instrumentos y NI Spy desde NI MAX.

JUEGOS DE HERRAMIENTAS DE

LABVIEW (TOOLKITS)

Los juegos de herramientas son librerías de funciones, VIs (instrumentos virtuales), asistentes interactivos, ejemplos, utilidades, y documentación que se integran completamente al ambiente de desarrollo y las aplicaciones de LabVIEW. Estas funciones están diseñadas y optimizadas para aplicaciones específicas, desde algoritmos de análisis y procesamiento de señales avanzados, a comunicación con bases de datos y programas como Microsoft Excel. A continuación se muestran algunos de los juegos de herramientas más comúnmente utilizados en LabVIEW. Constructor de Aplicaciones (Application Builder) - El Constructor de Aplicaciones es una herramienta adicional que le permite crear sus VIs en aplicaciones autónomas (EXEs) o librerías compartidas (DLLs). El Constructor de Aplicaciones está incluido en el Sistema de Desarrollo Profesional de LabVIEW.

Figura 1. Constructor de aplicaciones.

Herramientas de Conexión a Bases de Datos - El juego de herramientas para Conexión a Base de Datos es un conjunto de herramientas fácil de usar que le permite conectarse rápidamente con bases de datos locales y remotas y realizar muchas de las operaciones más comunes con bases de datos sin necesidad de programación en SQL (structured query language). La herramienta ya viene lista para conectarse con las bases de datos más


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populares, como Microsoft Access, SQL Server, y Oracle. En el caso de necesitar funcionalidad avanzada y flexibilidad para la comunicación con las bases de datos, este juego de herramientas también le ofrece las capacidades totales de SQL. Las herramientas de Conexión a Bases de Datos también están disponibles en el juego de herramientas de Conectividad Empresarial, junto con las herramientas de Desarrollo de Internet y las herramientas SPC. Herramientas de Generación de Reportes para Microsoft Office - Las herramientas de Generación de Reportes para Microsoft Office son una librería flexible y de fácil uso que le permite crear y editar, de manera programática, reportes de Microsoft Word y Excel desde LabVIEW. Ya sea que necesite generar reportes para resumir los resultados de actividad en el área de manufactura o compilar las estadísticas de un proceso para mejorar los tiempos de producción, las herramientas de generación de reportes aceleran el tiempo de desarrollo para la creación de reportes personalizados y profesionales. Además, se puede aprovechar el nuevo VI Express para generar reportes aun más rápido. Herramientas de Internet - Las Herramientas de Internet proporcionan tecnologías de Web para las aplicaciones con requisitos avanzados de Internet. Este conjunto de herramientas incluye librerías para trabajar con archivos XML, transferencia a través de FTP, y CGI con capacidad para crear de manera dinámica páginas Web para los usuarios. Con las herramientas de Internet puede incorporar rápidamente funcionalidades avanzadas de Internet a sus aplicaciones LabVIEW. Herramientas de Control PID - Las

herramientas de Control PID añaden algoritmos sofisticados de control a su sistema de desarrollo de instrumentación. Al combinar las funciones de control PID y lógica difusa con las funciones lógicas y matemáticas en LabVIEW, permite desarrollar rápidamente programas que realicen control automatizado. Además, se puede integrar estas herramientas de control con hardware de adquisición de datos y el Módulo de LabVIEW Real-Time para crear sistemas de control robustos y determinísticos.

Figura 2 – Herramientas de Control

PID.

Herramientas de Diseño de Control y Simulación de Sistemas - Las herramientas de diseño de control y simulación de sistemas están diseñadas para simular, diseñar, analizar y optimizar sus sistemas de control. Estos VIs de control y simulación son muy fáciles de usar, y están diseñados específicamente para satisfacer las necesidades de los ingenieros. Además, las puede integrar con el hardware de adquisición de datos de National Instruments para construir sistemas de control reales. Herramientas para Procesamiento Avanzado de Señales - Las herramientas para procesamiento avanzado de señales son un conjunto de herramientas de software, programas de ejemplo y utilerías para realizar análisis en el dominio del tiempo o frecuencia, análisis de series de tiempo, y análisis de onda corta. Este conjunto también incluye la versión de las Herramientas


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para Diseño de Filtros Digitales, que también se puede obtener por separado.

Figura 3 - Herramientas para

Procesamiento Avanzado de Señales.

Herramientas de Sonido y Vibración - Las herramientas de Sonido y Vibración extienden las funciones e indicadores en LabVIEW para manejar medidas de audio, análisis fraccional de octavas, análisis de barrido senoidal, medidas de nivel de sonido, análisis de frecuencia, medidas de respuesta a la frecuencia, análisis transitorio y diferentes pantallas de sonido y vibración. Además, estas herramientas cuentan con una base sólida de más de 40 ejemplos de aplicaciones de sonido y vibración. Con estas herramientas, usted puede construir aplicaciones para monitoreo de maquinaria, eficiencia mecánica, fabricación de pruebas, etc.

Figura 4 - Herramientas de sonido y

vibración.

Herramientas de Diagramas de Estados - Las herramientas para Diagramas de Estado le ayudan en el desarrollo de grandes aplicaciones, ya que proporciona un marco de trabajo sobre el cual puede construir máquinas de estado en LabVIEW. Con estas herramientas, usted puede crear una máquina de estados que refleje algoritmos avanzados de toma de

decisiones así como el código necesario para implementar esta funcionalidad en el diagrama de bloques.

Figura 5 - Herramientas de diagrama

de estados.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Conozca más sobre los Juegos de Herramientas de LabVIEW Disponible en la URL: http://digital.ni.com/worldwide/latam.nsf/web/all/D28347E74D9BB7A586256EF90066BEA7? Aniversario de la Empresa y 20 Años de Innovación de NI LabVIEW Disponible en la URL: http://digital.ni.com/worldwide/latam.nsf/web/all/f2779af12837b2778625712300801e31? NI LabVIEW - Conectividad de la A a la Z Disponible en la URL: http://digital.ni.com/worldwide/latam.nsf/web/all/800A0BE1CBE0B0D88625712A0066A234


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ANTENAS FRACTALES

Por: Francisco Sandoval Sigifredo Vire Profesionales información 6to. ciclo

Introducción:

Desde mucho tiempo atrás han existido matemáticos que han dedicado su vida a tratar de representar por medio de fórmulas y conceptos el entorno que los rodea, encontrándose con un sinnúmero de dificultades debido a la poca simetría que aparentemente tenía su entorno como por ejemplo las franjas costeras, las montañas, vegetales, nubes, hojas, árboles, etc. En contraparte con la geometría tradicional encasillada en formas básicas como puntos, líneas, planos y volúmenes.

Durante las últimas décadas varias personas han logrado representar algunas figuras de formas muy extrañas y que no podían ser descritas por la geometría tradicional. Pero no fue hasta que Benoit Mandelbrot agrupó a todas aquellas figuras y les dio el nombre de fractales, que se empezó a dar importancia a esta nueva geometría. Y pronto se pudo descubrir que fácilmente se pueden describir árboles, montañas y muchas figuras que uno nunca hubiese sospechado que era posible representar matemáticamente.

Benoit Mandelbrot es considerado como el padre de esta geometría, y define a una figura fractal de la siguiente forma: “Que tiene una forma, bien sea sumamente irregular, sumamente interrumpida o fragmentada y sigue siendo así a cualquier escala que se produzca el examen“.

Un fractal puede describirse a

través de sus propiedades entre las que se consideran, como más importantes: la autosimilidad, la dimensión fraccionaria y la no derivabilidad.

La autosimilidad hace referencia a que todo fractal posee copias de si mismo a diferentes escalas, lo que da a entender que las diferentes partes del conjunto poseen la misma información que el conjunto en si.

La segunda propiedad antes mencionada es la base del análisis fractal y enuncia la forma en que son construidos dichos conjuntos, puesto que estas figuras no se atienen a la geometría tradicional o euclidiana sino que se adentran a ámbitos más complejos como dimensiones fraccionarias que se alejan totalmente de las conocidas 2D, 3D, etc. Y es debido a esta naturaleza fraccionaria que los fractales adquieren la propiedad de no derivabilidad es decir no poseen derivada en ningún punto.

Basándonos en el concepto de dimensión dado por de Hausdorff-Besicovitch:

)/1(

)(

sLogNLogD =

Donde N es el número de

particiones o segmentos del objeto y s es el tamaño de dichos segmentos.

Ante toda esta complejidad cabe interrogarse hasta que punto los fractales han venido a facilitar la vida y


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no a complicarla. Pero en realidad actualmente muchas ramas de la ciencia se están viendo beneficiadas por estos estudios entre ellas la física, la medicina, la hidrografía, el procesamiento de señales y en la aplicación que nos interesa, en el desarrollo de antenas fractales. Ejemplo:

Para entender mejor lo explicado anteriormente vamos a analizar el fractal conocido como Triangulo de Koch. El algoritmo para la generación de éste es: Se toma un segmento de longitud L (fig. 1) y se lo divide en tres partes, luego se reemplaza la parte central por dos líneas de longitud L/3 que se encuentran a 60º (fig. 2) y se repite este proceso con cada segmento un número infinito de veces. En las figuras siguientes se muestra el resultado a diferentes iteraciones, es decir repetido el proceso un cierto numero de veces.

Fig 1. Primera iteración

Fig. 2. Segunda iteración

Fig. 3. Terrcera iteración

Fig. 4. Sexta iteración

Para obtener la dimensión utilizamos la ecuación dada anteriormente, en donde N=4 y s=1/3, de lo que obtenemos que la dimensión de este objeto es, 1.26185950714, una dimensión fraccionaria, que es de donde viene su nombre. Antenas fractales

Ahora vamos a hablar del tema de interés de este documento. En los últimos años se ha descubierto un nuevo uso de la geometría fractal, que es el diseño de antenas. Se ha visto en los fractales una propiedad muy útil, que es la autosimilitud, ya que al poseer replicas de si mismo a diferentes escalas nos permite el diseño de antenas que tengan una muy buena ganancia a varias frecuencias. Estas antenas pueden alcanzar un ancho de banda de entre el 10 y el 40% de la frecuencia central, que es muy superior al de las antenas clásicas.

Podemos decir que una antena fractal posee estas 3 principales características:

• Un gran ancho de banda y comportamiento multibanda. El rango de frecuencia es especificada por el tamaño más pequeño y más grande presente en la antena.

• En la mayoría de los casos tienen una ganancia considerable, por encima de un antena dipolo normal, y esta ganancia depende muy poco de


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la frecuencia en un rango de frecuencias grande.

• Poseen un patrón de radiación estable para un rango amplio de frecuencias.

Otra ventaja es el reducido tamaño

que pueden tener estas antenas y debido a lo cual se realizan muchos experimentos para encontrar un modelo que los mejores beneficios.

En la figura 5 podemos ver el uso de este tipo de antenas en teléfonos inalámbricos, también hay compañías que construyen teléfonos celulares que están implementando este nuevo tipo de antenas debido a los grandes beneficios, como por ejemplo la compañía motorota está implementando estas antenas a sus celulares.

Fig. 5. Antena fractal en teléfono

celular.

Como ya se ha dicho, la implementación de fractales en el desarrollo de antenas hace poco tiempo que se viene realizando, por lo cual existe aún mucho campo por desarrollar y sobre todo teniendo en cuenta que existen innumerables diseños diferentes de fractales y sólo algunos de ellos han sido utilizados para la realización de antenas. Además debido al amplio horizonte que ha venido a proyectar la teoría fractal queda mucho por analizar para el campo de las antenas, desde como lograr explotar al máximo las

propiedades de estas particulares figuras hasta lograr posicionarlas en el mercado a través de procesos sistematizados para su diseño e implementación paulatina en más aplicaciones. Un ejemplo de la constante investigación y de la diversidad de maneras en que continuamente se busca lograr mejores beneficios de los fractales se evidencia en la figura siguiente, donde se utiliza fractales autocomplentarios en busca de mejores beneficios.

A continuación mostramos diversos diseños de antenas, como por ejemplo el Triangulo de Koch a diferentes iteraciones, lo cual se hace con el fin encontrar una configuración que nos de los mejores beneficios, ya que si se si se genera una antena con demasiado número de iteraciones se reduce la eficiencia en la radiación pero en cambio aumenta el factor de calidad. Las mostradas a continuación están hechas en fibra de vidrio y con técnicas utilizadas para creación de circuitos impresos en placas de cobre.


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Fig. 6. Diversos diseños de antenas fractales.


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SIMULACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE LA MODULACIÓN BPSK EN UNA FPGA XILINX SPARTAN 3 XCS200-4FTP256,

USANDO SIMULINK Y EL BLOCSET SYSTEM GENERADOR PARA DSP/FPGA

Johanna S. Ruque*, David I. Ruiz*, Carlos E. Carrión&

[email protected], [email protected], [email protected]

Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones, Grupo de Electricidad y Sistemas Electrónicos

Universidad Técnica Particular de Loja RESUMEN

El presente trabajo presenta la simulación de la modulación BPSK usando el programa Simulink de Matlab, así como su implementación en la tarjeta FPGA (Arreglo de compuertas programables por el usuario) Spartan 3 de la compañía Xilinx.

Se muestra los pasos realizados en la simulación tanto de la modulación como de la demodulación y las herramientas necesarias para poder implementar la simulación en la tarjeta. Se indican además pautas para la realización de modulaciones FSK y OOK. INTRODUCCIÓN MODULACIÓN BPSK

En esta modulación se tiene como resultados posibles dos fases de salida para la portadora con una sola frecuencia. Una fase de salida representa un 1 lógico y la otra un 0 lógico. Conforme la señal digital de entrada cambia de estado, la fase de la portadora de salida se desplaza entre dos ángulos que están 180° fuera de fase. TRANSMISOR DE BPSK

La figura siguiente muestra un diagrama de bloques simplificado de un

modulador de BPSK. La señal codificada ingresa a un multiplexor el mismo que conmuta la fase de la señal portadora, dependiendo de la condición lógica de la entrada digital, la portadora se transfiere a la salida, ya sea en fase o 180° fuera de fase, con el oscilador de la portadora de referencia.

El espectro de salida de un modulador de BPSK es, sólo una señal de doble banda lateral con portadora suprimida, donde las frecuencias laterales superiores e inferiores están separadas de la frecuencia de la portadora por un valor igual a la mitad de la razón de bit. En consecuencia, el mínimo ancho de banda requerido, para permitir el peor caso de la señal de salida del BPSK es igual a la razón de bit de entrada. La siguiente figura muestra la fase de salida contra la relación de tiempo para una forma de onda BPSK.


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Figura 1: Modulación BPSK

RECEPTOR DE BPSK El esquema siguiente muestra el diagrama de bloques de un receptor de BPSK.

La señal de entrada puede ser +cos(ωt) ó –cos(ωt). El circuito de recuperación detecta y regenera una señal de portadora, tanto en frecuencia como en fase, con la portadora del transmisor original. El modulador balanceado es un detector de producto; la salida es el producto de las dos entradas (la señal de BPSK y la portadora recuperada). Debido a que se tiene como posibles salidas las señales cos(wt) y –(coswt), entonces al pasar por el detector de producto se tendrá los siguientes resultados:

cos2(wt) = ½ + ½ cos(2wt) cos2(wt) = - ½ - ½ cos(2wt)

como se necesita solo la parte continua entonces se utiliza un filtro pasa-bajas (LPF) el mismo que separa los datos binarios recuperados de la señal demodulada compleja [1].

DESCRIPCIÓN MODULADOR BPSK

Como la simulación se realiza utilizando Simulink y los componentes de System Generator, es necesario conocer las siguientes herramientas necesarias para la simulación e implementación. HERRAMIENTAS DE SIMULINK - Pulse Generator: simula un tren de

pulsos. - Scope: osciloscopio utilizado para

visualizar los resultados. - Sine Wave: Genera funciones

senoidales. HERRAMIENTAS DE SYSTEM GENERATOR - Mcode: Hace una llamada a un

archivo .m de Matlab y lo ejecuta dentro de la simulación [2].

- Gateway In: Hace una aproximación al comportamiento de una señal en hardware.

- Gateway Out: Regresa una aproximación del comportamiento de una señal en hardware al modo simulación.

- Mult: Realiza la multiplicación una o más entradas.

- FIR: Simula un Filtro FIR, haciendo una llamada a la herramienta FDATool de Matlab.

- System Generador: Provee control del sistema y parámetros de simulación, y es usada para invocar al código generado.

- Resource Estimator: Presenta los recursos de la tarjeta utilizados en la simulación del circuito.

- FDATool: Interfaz que permite configurar las características del filtro


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SYSTEM GENERATOR

Es una herramienta de software

que permite crear y verificar diseños de hardware para FPGAS de Xilinx, funciona en conjunto con Simulink y Matlab.

Además permite la inclusión de herramientas DSP para diseñar con FPGAs, generación automática de código HDL a partir de un modelo en Simulink y permite al usuario crear sus propias bibliotecas. SIMULACIÓN:

La primera fase es la realización del modulador basándose en el siguiente esquema:

Figura 2: Modulador BPSK

La señal codificada es ingresada en el bloque (Mcode), el mismo que funciona como multiplexor entre las dos señales portadoras (cos(ωt) y -cos(ωt)) dependiendo de los valores binarios de la señal a transmitirse. Este bloque Mcode hace una llamada un archivo .m el cual contiene la programación del multiplexor de la siguiente forma: function salida = BPSKmultiplex (ent_codif,porta,porta_despl); if ent_codif==1; sal = porta;

else sal = porta_despl; end

Este código, permite obtener una señal portadora (porta) de salida cuando la entrada es un nivel de voltaje alto, un coseno en este caso, y una señal coseno desfasado (porta_despl) de salida cuando la entrada es un nivel de voltaje bajo. Este estado alto o bajo lo da la señal que contiene la información.

La señal a la salida del multiplexor es la modulada y está lista para ser lanzada al canal.

En la parte superior de la siguiente gráfica se muestra la señal que contiene la información y en la inferior, la señal modulada.

Figura 3: Señal de información-Señal

modulada DEMODULADOR BPSK

La demodulación se la realiza en base al esquema que se describe a continuación.

Figura 4: Demodulador BPSK


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Para demodular la señal

proveniente del canal, se utiliza un bloque (Mult), el mismo que multiplica la señal por la portadora recuperada.

El filtro FIR pasa-bajas separa la

señal continua de amplitud + ½ recuperada de la señal demodulada compleja y permite seleccionar la señal de frecuencia cero (+1/2 o -1/2).

Este filtro se obtiene haciendo

una llamada a la herramienta de Matlab FDATool, interfaz que permite diseñar un filtro pasabajas.

Debido a que a la salida del

filtro existen señales con ½ de la amplitud y con rizado en el borde de cada pulso, se colocará un bloque “comparador” que además de proporcionar niveles de voltaje de unos y ceros, evitará el rizado de tales pulsos. El código del archivo .m del comparador se presenta a continuación: function sal = BPSKcompa (ent)

If ent > 0

sal = 1; else

sal = 0; end

Este código, permite obtener a su salida un nivel de voltaje 1, cuando la entrada (ent) es mayor a cierto voltaje de referencia en este caso 0V y un nivel de voltaje 1 cuando la entrada (ent) es menor a dicho voltaje de referencia.

Además se debe mencionar que para la simulación del canal de transmisión se colocará un bloque generador de ruido Gaussiano blanco.

A continuación, se presenta el proceso de demodulación simulado.

Figura 5: Proceso de Modulación-

Demodulación. Resultados arrojados por el software

- La primera figura representa la señal

codificada contenedora de la información.

- La segunda figura representa señal modulada que se envía al canal.

- La tercera figura muestra la señal modulada con ruido.

- La cuarta figura representa la señal recuperada a la salida del filtro pasabajas.

- Finalmente la quinta figura representa la señal a la salida del comparador, y es la señal contenedora de información recuperada. Se puede observar que ésta señal tiene cierto retrazo debido al procesamiento del computador

IMPLEMENTACIÓN DEL MODULADOR Y DEMODULADOR EN LA TARJETA FPGA SPARTAN3 DE XILINX.

Para poder implementar los moduladores en la tarjeta Sarpatn3 es


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necesario conocer conceptos básicos sobre cual es su funcionamiento y su estructura interna:

(FPGA) Matriz de compuertas lógicas

programables por el usuario

Un FPGA consiste en arreglos de varios bloques programables (bloques lógicos) los cuales están interconectados entre si y con celdas de entrada/salida mediante canales de conexión verticales y horizontales [3].

Una FPGA presenta las siguientes características:

• Consumo medio de Potencia, aunque hay familias especializadas en bajo consumo

• Velocidad intermedia • Fiabilidad alta • Tiempo de desarrollo muy bajo • Metodología sencilla • Equipamiento sencillo • Aumentan la confidencialidad

de las placas [4]

Figura 6: Arquitectura Básica de un FPGA

SPARTAN-3

Las FPGAs Xilinx Spartan™ son ideales para las aplicaciones de bajo costo y alto volumen y son designadas como reemplazos para arreglos de compuertas de lógica fija y para productos estándar de aplicación

específica (ASSP), productos como sets de chips para interfase de bus [5].

Figura 7: Foto de la Sapartan-3

La foto muestra la tarjeta que se utilizará en la implementación de las simulaciones. Los dispositivos Spartan se caracterizan por tener una arquitectura flexible y regular que se compone de un arreglo de bloques lógicos configurables (Configurable Logic Blocks o CLBs), rodeados por bloques de entrada/salida programables (programmable Input/Output Blocks o IOBs).

HERRAMIENTAS DEL PROGRAMA PARA LA IMPLEMENTACIÓN

Para la implementación de los moduladores OOK, FSK y BPSK, ya simulados, se utilizará una herramienta ofrecida por Xilinx, denominada JTAG Co-Sim, bloque que permitirá la co-simulación del diseño elaborado en la tarjeta Spartan-3.

Figura 8: Bloque JTAG Cosimulation


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En este bloque se puede observar que ya se encuentran listas las salidas y entradas para su uso, de tal forma que nos facilite el trabajo.

Este bloque lo conseguiremos con doble click en el bloque system generator y escogiendo las opciones de simulación más convenientes.

Una vez agregado al diseño, debemos verificar que la tarjeta se encuentre correctamente conectada al computador. Luego ejecute. IMPLEMENTACIÓN EN LA TARJETA SPARTAN-3 El diseño completo es presentado en la gráfica siguiente [6].

Figura 9: Diagrama de bloques del

proceso Modulación-Demodulación

El resultado de la simulación es comparada con los resultados arrojados por la tarjeta lo que nos permite corroborar el acercamiento a la realidad de la simulación. La siguiente grafica presenta los resultados obtenidos de la implementación en la tarjeta:

Figura 10: Proceso de Modulación-Demodulación. Resultados arrojados

por la tarjeta.

Se puede observar que prácticamente los resultados obtenidos en la tarjeta son los mismos que se obtuvo en la modulación lo que nos da como referencia que la simulación tiene un gran acercamiento a la realidad.

Así como se ha realizado la simulación e implementación en la tarjeta esta modulación, también es posible realizar cualquier otra simulación. Como incentivo al lector a que conozca mas sobre estas herramientas se da pautas para la realización de las modulaciones FSK y OOK las mismas que guardan un parecido común lo cual facilita su implementación.


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Primeramente hay que tener presente que en la modulación FSK lo que varía no es la fase de la señal, sino la frecuencia lo que hace podría realizar utilizando un bloque que no contenga una portadora desfasada sino a una portadora de frecuenta diferente. Del mismo modo en la modulación OOK se puede implementar teniendo en cuenta que para el cambio de valor binario de la señal codificada se utiliza una señal portadora para el valor de 1 y una señal de cero cuando la portadora vale 0. Esta parte se la facilita utilizando programación en Matlab y haciendo una llamada a través de un bloque Mcode. CONCLUSIONES

Las herramientas de Simulink ofrecen una gran facilidad en lo que es simulaciones de sistemas de comunicación en general.

Gracias a las herramientas

mencionadas en el presente artículo se ha simplificado el proceso que comprende el pasar de simulación a implementación de diseños, sin la necesidad de ser un Ingeniero en hardware.

Se puede observar que el uso de la

herramienta Mcode de System Generator, no ofrece ventajas tales como minimizar el uso de recursos de la tarjeta y la simplicidad de diseño.

Dado que los resultados obtenidos

en hardware son dependientes del diseño en software, es mucho más sencillo realizar cambios en estos resultados por medio del software, incluso después de terminado el diseño y su implementación, ítem que es considerado uno de los más importantes en el desarrollo de este tipo de diseños.

Referencias [1] SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DIGITALES Y ANLALÓGICOS, Leon W. Couch, Quinta Edición. [2] http://www.xilinx.com/products/software/sysgen/app_docs/user_guide_Chapter_7_Section_3.htm [3] INTRODUCCIÓN A LOS DISPOSITIVOS FPGA. ANÁLISIS Y EJEMPLOS DE DISEÑO, Bozich Eduardo Carlos [4] DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMABLES, CAPII, Torres Valle Francisco [5] http://www.xilinx.com/products/silicon_solutions/fpgas/spartan_series/spartan3_fpgas/index.htm [6] Workshop Xilinx University Program, ISTEC, Pontificia Universidad Javeriana de Cali Colombia (PUJ), University of New México, RedDSP – PUJ-UTPL, Ing. Ferney Amaya, Ing. Alonzo Vera.


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CONSTRUCCIÓN DE UN HARDWARE PARA LA ELABORACIÓN DE CURVAS DE ISODOSIS PARA DIFERENTES TAMAÑOS DE

CAMPO Y PROFUNDIDAD DE UN HAZ DE RADIACIONES IONIZANTES GAMMA PROVENIENTES DE UNA UNIDAD DE COBALTO 60 EN EL INSTITUTO DEL CÁNCER SOLCA LOJA

Por: Lenin Bladimir Guaya Delgado Bruno M. Valarezo C. Profesional en Formación 6to. Ciclo

INTRODUCCIÓN La radioterapia, sigue siendo en la

actualidad, junto con la cirugía y la quimioterapia, uno de los tres pilares del tratamiento de la patología denominada cáncer. Las radiaciones ionizantes actúan sobre el tumor, destruyendo sus células malignas impidiendo que éstas crezcan y se reproduzcan. Los tejidos tumorales son más sensibles a la radiación ionizante y no pueden reparar el daño producido de forma tan eficiente, como lo hace el tejido normal.

Se estima que más del 50% de los pacientes con cáncer precisarán tratamiento con radiaciones ionizantes.

Existen dos tipos de tratamiento en

radioterapia:

1. La teleterapia o radioterapia externa (SOLCA), en la cual la fuente de exposición está a una determinada distancia del paciente (SSD =100 cm).

2. La braquiterapia, en la cual las fuentes radiactivas se encuentran en contacto con el tumor.

Isodosis es irradiar igual cantidad de

radiaciones gama a ambos lados de un punto origen.

• Las curvas de isodosis son utilizados como datos de entrada dentro del sistema de planificación Theraplan Plus.

• Las curvas de isodosis son utilizadas para determinar el tiempo de tratamiento para los pacientes que acuden a recibir esta modalidad terapéutica.

• Las curvas de isodosis sirven como control de calidad para verificar la simetría de la fuente radiactiva.

• Sirven para delimitar la cantidad de dosis en el tumor.

Además hay que considerar que el

comportamiento funcional de la unidad de cobalto, puede variar abruptamente debido a desperfectos electrónicos, fallos de componentes o roturas mecánicas, o pueden cambiar lentamente debido al deterioro y envejecimiento de sus componentes


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influyendo directamente en la tasa de dosis determinada mensualmente por el dosimetrista, por lo que es necesario realizar un control de calidad, que son acciones llevadas acabo para recuperar, mantener y/o mejorar la calidad de los tratamientos con radiaciones ionizantes.

Mediante este proyecto tratamos de

minimizar el tiempo de trabajo tanto para el dosimetrista como para el Físico Médico, ya que el tiempo estimado para construir una curva de isodosis en forma manual es de 12 horas. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA.

Para tomar los puntos que conforma la curva de isodosis, el sensor de carga debe iniciar en el centro del campo (x=0). Luego se hace un barrido de campo moviendo éste cada 0.5 cm hasta completar la parte derecha que representa la mitad de campo, las muestras de carga, son tres y son tomadas en cada posición una por minuto; posteriormente se hace un barrido de campo hacia el lado izquierdo haciendo el mismo procedimiento que en el lado derecho, y se calcula el promedio de las tres muestras que estará representado por un punto en la gráfica.

El problema radica en que para tomar una muestra cada 0.5 cm. el dosimetrista tiene que ir desde la sala de comandos hasta el interior del bunker en donde se encuentra el fantoma de prueba. Claro está que hay que considerar todas las medidas de seguridad radiológica antes de ingresar al bunker (cuarto donde se encuentra la Unidad de Cobalto 60).

Para graficar las curvas de isodosis se

debe tomar en cuenta lo siguiente:

El sensor de carga debe sumergirse en el fantoma de agua a

profundidades de 0.5, 5, 10, 20, 30 cm.

Se debe hacer barridos de campos 5X5, 10X10,20X20, 30X30 cm.

Se debe considerar la Penumbra de 2.5 cm. (que es la desviación del haz de rayos gamma respecto al campo de luz de referencia).

Para hacer un barrido de campo siempre

se debe tomar lecturas 3 cm más allá del campo de referencia para tener en cuenta la penumbra del haz de radiación. Por otro lado debemos decir que la cantidad de radiación es inversamente proporcional con la distancia.

Todas las medidas se realizan en un

fantoma de agua, que es una cubeta de pléxiglas que tiene dimensiones de 40x40x40 cm el cual representa un paciente; no se hacen pruebas en vivo por que romperíamos los principios de la protección radiológica. Además cuando se esta realizando la exposición de radiaciones ionizantes a pacientes como en pruebas de control de calidad estos están siendo vigilados constantemente mediante un


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circuito cerrado de televisión que se encuentra en interior del bunker.

Lo que representaremos en las gráficas bi-dimensionales de curvas de isodosis es el porcentaje de carga versus la distancia del campo de radiación.

Para esto se toma el promedio de las tres muestras en el centro del campo de radiación (X=0), el cual corresponderá al 100% y posteriormente se van tomando los otros porcentajes en función de la posición a la que se encuentre el sensor de carga. DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN

Construiremos un hardware para minimizar el tiempo de construcción de las curvas de isodosis, el cual será elaborado de

pléxiglas con la finalidad de evitar la retrodispersión de la radiación ionizante.

El hardware esta constituido de dos

motores PaP, unipolares los cuales estarán fuera de la incidencia del haz de radiación con la finalidad de evitar la retrodispersión.

La posición del sensor de carga será ubicado mediante seis sensores de posicionamiento

A continuación mostramos un esquema y descripción del hardware en construcción el cual permitirá movimientos bidimensionales, dentro del fantoma de agua.

1._Se ubica el sensor de carga en el centro del haz de radiación (x=0), se obtiene la carga a la profundidad deseada. 2._Se grafica el primer punto. 3._Se ubica automáticamente el sensor de carga en el segundo punto (x=x+0.5 cm.).

4._Se grafica el segundo punto. ( este procedimiento se repite hasta completar el campo que se quiere construir, luego el sensor de carga va a la izquierda)

La siguiente aplicación es mostrada, ISODOSISCCR.EXE que es un programa que controla con exactitud el


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hardware, y grafica automáticamente las curvas de isodosis a través de la carga obtenida en el electrómetro.

Usaremos un microcontrolador (8051), que recepta (por el pórtico 1) el campo de radiación y profundidad proveniente de la pc, que realizará los respectivos desplazamientos, así el sensor tomará los diferentes valores de carga que corresponderán a las diferentes ubicaciones de campo de radiación.

El 8051 mediante los P0 y P2 moviliza los motores PaP, para que se puedan movilizar con agilidad, por el P3 se obtiene la ubicación del sensor de carga, mediante los 6 sensores de posicionamiento.

Apenas el microcontrolador recibe el tamaño de campo, y profundidad desde la pc empieza su rutina de desplazamiento. Mientras tanto la pc recibe datos de carga procedentes del electrómetro. BIBLIOGRAFÍA

• Programa de garantía de Calidad en Radioterapia, ARCAL XX Acuerdos Regionales para el Caribe y América Latina, Editado por el Organismo Internacional de Energía Atómica.

• http://es.wikipedia.org/wiki/Radioterapia

• http://72.14.203.104/search?q=cache:tqq_SM7Tn_IJ:www-tc.iaea.org/tcweb/tcprogramme/recipients/latinamerica/arcaldocs/ARCALXXX_TechDoc_radioterapia.pdf+Cobalto%2BRadioterapia%2BCurvas+de+Isodosis&hl=es&gl=ec&ct=clnk&cd=10

• Microsoft ® Encarta ® 2006. • http://proton.ucting.udg.mx/expod

ec/abr99/cc03/cc03.ht


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DISEÑO DE UN FILTRO FIR CON LA AYUDA DE MATLAB Por: Johanna Ruque Chamba David Ruiz Cabrera Profesionales en formación 8vo. ciclo RESUMEN

Matlab provee diferentes opciones para el diseño de filtros digitales, los cuales incluyen algoritmos y el uso de interfaces gráficas llamadas SPtools.

En este paper se expone las diferentes opciones disponibles para el diseño de estos filtros con el uso de algoritmos en Matlab y contiene ejercicios propuestos con sus respectivas soluciones para su mejor comprensión.

Además se incluyen comandos útiles para la visualización de la respuesta en fase y frecuencia de cada uno de los diseños logrados. INTRODUCCIÓN

En las tres últimas décadas la ingeniería se ha visto revolucionada en el campo del procesamiento digital de señales, donde los filtros digitales forman un apartado muy importante, ya que estos se encuentran en una extensa gama de aplicaciones. Desde procesamiento de audio y video hasta control de motores, donde la utilización del filtrado digital incluye grandes ventajas.

El filtrado digital es parte del procesamiento de una señal digital. Se le da la denominación de digital más por su funcionamiento interno que por su dependencia del tipo de señal a filtrar. Así, podríamos llamar filtro digital tanto a un filtro que realiza el procesamiento de señales digitales como a otro que lo haga de señales analógicas.

El filtrado digital consiste en la realización interna de un procesamiento de datos de entrada. El valor de la muestra de la entrada actual y algunas muestras anteriores (que previamente habían sido almacenadas) son multiplicadas por unos coeficientes definidos. También podría tomar valores de la señal de salida en instantes pasados y multiplicarlos por otros coeficientes. Finalmente, los resultados de todas estas multiplicaciones son sumados, dando una señal de salida para el instante actual. Esto implica que internamente tanto la salida como la entrada del filtro serán digitales, por lo que puede ser necesario una conversión analógico-digital y/o digital - analógico para uso de filtros digitales en señales analógicas.

Estos filtros se usan frecuentemente para tratamiento digital de imágenes o para tratamiento de sonido digital.

Los filtros de respuesta finita al impulso (cuya traducción al inglés se abrevia con las siglas FIR, finite impulse response) tienen la ventaja de ser adaptados con facilidad a poseer fase lineal para una respuesta al impulso par o impar.

Como tal propiedad es de suma importancia en la práctica, las técnicas de diseño de filtros FIR son de interés considerable. DESCRIPCIÓN DEFINICIÓN.- Un filtro digital es un dispositivo (hardware o software) que se aplica a un conjunto de datos ruidosos para poder extraer información sobre una cantidad de interés.


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En el área de las señales, el filtrado es un proceso mediante el cual se modifica el contenido espectral de una señal. VENTAJAS DE LOS FILTROS DIGITALES

• Su desempeño no depende de las condiciones ambientales.

• La respuesta en frecuencia puede ser ajustada por software.

• Varios canales de entrada pueden ser aplicados al mismo filtro (multiplexión).

• Los datos filtrados y no filtrados pueden ser almacenados para uso futuro.

• Pueden diseñarse para muy bajas frecuencias.

• Pueden trabajar en un amplio rango de frecuencias solo cambiando la frecuencia de muestreo.

DESVENTAJAS DE LOS FILTROS DIGITALES

• Limitaciones de velocidad por el ADC (convertidor analógico - digital). Con los filtros analógicos pueden alcanzarse mayores velocidades.

• Ruido de cuantización debido al efecto de la conversión.

TIPOS DE FILTROS DIGITALES

Hay varios tipos de filtros así como distintas clasificaciones para estos filtros:

De acuerdo con la parte del espectro que dejan pasar y que atenúan hay:

• Filtros pasa altas. • Filtros pasa bajas. • Filtros pasa banda.

De acuerdo con su orden:

• Primer orden • Segundo orden

De acuerdo con el tipo de respuesta ante entrada unitaria:

• FIR (Finite Impulse Response) • IIR (Infinite Impulse Response) • TIIR (Truncated Infinite

Impulse Response)

En el presente trabajo, nos vamos a centrar en el estudio de los filtros FIR (Finite Impulse Response), con el uso de Matlab.

DISEÑO DEL FILTRO

El método de diseño de filtros FIR obtiene la respuesta impulsiva del filtro digital (h[n]) solicitado, a través del producto, en el dominio temporal, de la respuesta al impulso hD[n] con una función de longitud finita, denominada habitualmente ventana, y denotada w[n].

h[n]= hD[n] *w[n]

La función hD[n] tiene longitud infinita (se extiende a lo largo de [−∞, ∞]) ya que se obtiene realizando la Transformada Inversa de Fourier sobre un filtro ideal.

Tabla 1. Respuesta al impulso de los filtros hD(n).


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Ventana Δf Máx. atenuac. rechazo

dB

w(n)

Rectangular 0.9/N 21 1 Hanning 3.1/N 44 0.5+0.5cos(2pn/N)

Hamming 3.3/N 53 0.54+0.46cos(2pn/N)

Blackman 5.5/N 74 0.42+0.5cos[2pn/(N-1)]+ 0.08cos[4pn/(N-

1)]

Tabla 2. Función ventana w(n)

Las ventanas anteriores tienen características fijas. La ventana de Kaiser tiene un parámetro “β” para el control del riple. Con ésta ventana pueden alcanzarse atenuaciones muy altas.

β = 0: ventana rectángular β = 5.44: similar a Hamming β= 0, si A≤ 21dB β = 0.5842(A-21)0.4+0.07886(A-21) si 21 < A< 50dB β = 0.1102(A-8.7) si A ≥ 50dB y N ≥ (A - 7.95)/(14.36Δf)

Donde N es el número de

coeficientes tomados de la ecuación en diferencias, conocido también como la longitud del filtro. Ejemplo 1

Diseñar un filtro pasabajas con las siguientes características:

- Borde de frecuencia de paso 1.5k - Ancho transición (Δf) 0.5k - Atenuación banda de rechazo >

50dB - Frecuencia de muestreo (fm): 8k

Solución:

La figura muestra las características requeridas para el diseño del filtro:

Donde: δp = desviación banda de paso δs =desviación banda de rechazo fp =Borde frecuencia de paso fs = frecuencia en el borde de banda rechazo fs - fp = Δf = ancho de transición

Con base en la tabla 1, hD(n) = 2fcsinc(2nfc) y la atenuación se consigue con Hamming o Blackman. Por simplicidad utilizaremos Hamming.

Para realizar los cálculos, se debe normalizar todas las frecuencias a la frecuencia de muestreo, es decir dividirlas para 8kHz en este caso fs’ = fs/fm = 2k / 8k = 0.25 fp’= fp/fm = 1.5k/8k = 0.1875 Δf’ = Δf/fm = ( fs - fp)/fm = (2k – 1.5k)/8k = 0.0625

Utilizando la tabla 2, Δf = 3.3/N N = 3.3/Δf = 3.3/0.0625 = 52.8 ≈ 53 número de coeficientes Además

w(n) = 0.54+0.46cos(2π n/53), -26<n<26

donde n es el intervalo que comprende el número de coeficientes N


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debiéndose considerar el cero como un coeficiente más.

Si tenemos un N par, debido a la presencia del cero, aparecen los errores de redondeo en los cálculos.

Se selecciona fc en la mitad de la banda de transición: fc = fp + Δf fc’ = (1.5k + 0.25k)/8k = 1.75k/8k = 0.21875 Solución1 (Matlab) N=53; n = -26:26; fc = 0.21875; hd = 2*fc*sinc(2*n*fc); En esta última línea podemos darnos cuenta de que nos es posible utilizar la función sinc, pero debemos recordar que:

y = sinc(x) = (sin (pi*x)) / (pi*x)

wn = 0.54 + 0.46*cos(2*pi*n/N); Si no se desea especificar la fórmula para wn, podemos utilizar la línea de código: wn = window(@hamming,N), en donde se puede cambiar el tipo de ventana tan solo con cambiar la palabra hamming por hanning o kaiser, etc, según la ventana que se desee h = hd.*wn; freqz (h,1); FREQZ, Digital filter frequency response. Este comando permite visualizar la respuesta del filtro tanto en frecuencia como en fase

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-150

-100

-50

0

50

Normalized Frequency (×π rad/sample)

Mag

nitu

de (d

B)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-1500

-1000

-500

0


Pha

se (d

egre

es)

También podemos resolver el ejercicio utilizando comandos propios de Matlab, que implican directa y fácilmente el uso de las ventanas sin tener que recurrir a las fórmulas de las mismas.

Matlab ofrece numerosas funciones ventana que pueden emplearse en el diseño de filtros FIR. Las principales se muestran en la tabla siguiente:

Tipo de Ventana

Comando de MATLAB

Rectangular boxcar Bartlett triang

Hamming hamming Hanning hanning

Blackman blackman Kaiser kaiser

Para ello, utilizaremos el comando

Fir1 Solución2 (Matlab) N=53; n = -26:26; h = fir1(N-1,[0.21875],hamming(N)); Esta última línea devuelve en h el valor del producto entre la respuesta al impulso y la denominada ventana freqz (h,1);

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-1500

-1000

-500

0


Pha

se (d

egre

es)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-150

-100

-50

0

50


Mag

nitu

de (d

B)

Función fir1 >> B = fir1( N, Wn, type, window);


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Diseña un filtro FIR de orden N (longitud N+1) y frecuencia de corte Wn (normalizada con respecto a la frecuencia de Nyquists, 0≤ Wn≤1). Se pueden especificar otro tipo de filtros de la misma forma que con los filtros IIR mediante el parámetro type. Por ejemplo, para un filtro pasabanda: >> B = fir1( N,[ W1 W2], 'stop');

Por defecto la función FIR usa la ventana de Hamming. Otro tipo de ventanas pueden también especificarse: >> B = fir1( N, Wn, bartlett( N+ 1)); >> B = fir1(N, Wn, 'high', hanning(N+1));

Conclusiones:

• Pudimos comprobar el fácil manejo de comandos en Matlab para el diseño de filtros de respuesta finita,

• Descubrimos la gran utilidad del uso de ventanas para el diseño de Filtros FIR por la facilidad y características que ofrecen (frecuencia de corte, amplitud del rizo, etc.) todo esto siendo de gran utilidad para la implementación de filtros a niveles reales.

Trabajos Futuros

• Historia del hardware programable e introducción a los Dispositivos lógicos Programables PLD.

• Implementación de Radio Software

utilizando tarjetas FPGA y software de System Generator

Referencias • DIGITAL FILTER DESIGN USING

MATLAB, Timothy J. Schlichter • PROCESAMIENTO DIGITAL DE

SEÑALES, PUJ – Cali,Ferney Amaya • FILTROS DIGITALES, Coria

Mendoza Lino Evgueni

• EL ARTE DE PROGRAMAR SISTEMAS DIGITALES, David G. Maxines - Jessica Alcalá

Biografías:

Johanna Ruque Chamba David Ruiz Cabrera

Somos estudiantes de Séptimo ciclo

de la carrera de Electrónica y Telecomunicaciones de la UTPL, actualmente nos encontramos trabajando en el grupo de Investigación “Software Radio” dentro del área de GESE de la Unidad de Proyectos de Sistemas Informáticos (UPSI).

Nuestro objetivo es realizar investigación acerca de todos los temas relacionados con FPGAs, con la finalidad de aplicar dicha información al avance de proyectos útiles al desarrollo de nuestra carrera.


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SOLDAR CON ESTAÑO Y NO MORIR EN EL INTENTO

Por: Pablo R. Vallejo Z. Profesional en formación 6to. Ciclo.

Aunque parezca un poco exagerado el título de este artículo, soldar con estaño tiene sus trucos y sus reglas que pueden ayudar a nuestros compañeros, especialmente a quienes inician esta carrera, a evitarse inconvenientes y una que otra dolorosa quemadura en un futuro cercano. EL ESTAÑO

Para iniciar debemos mencionar que el hilo para soldar, en realidad, no es estaño puro sino una aleación que en la mayoría de los casos contiene un 60% de estaño y 40% de plomo. ¿Por qué? La razón es bastante simple: el estaño puro(Sn) tiene un punto de fundición de 232ºC, el plomo puro(Pb) lo hace a 327ºC, pero la aleación de estos 2 metales funde a sólo 190ºC, lo que hace más fácil el trabajo.

Por otra parte, el hilo posee internamente un alma de resina anti-oxidante (o sea trae un poco de pasta para soldar) que ayuda al estaño a “pegarse” a los componentes. EL SOLDADOR

El otro elemento básico es el soldador o comúnmente llamado cautín.

Existen varios modelos de soldadores, entre los principales:

- De pistola

Tiene forma precisamente de pistola. Se pone en funcionamiento por medio de un gatillo. Se calienta más rápidamente que el de lápiz ya que posee un transformador que eleva la corriente que circula por la resistencia. Su principal desventaja respecto a otros tipos es el precio que puede variar entre 30 y 50 dólares.

- Tipo Lápiz

Posee un mango aislante

térmico por lo general madera o plástico, alineado con una resistencia eléctrica y una punta. La potencia puede variar entre 20 y 40 W. La punta está formada por varias capas metálicas y debe siempre ser limpiada con cuidado para no deteriorarla. De este tipo de soldadores existe mucho de donde escoger, pero pueden encontrarse desde 1 dólar los más sencillos, pasando por otros modelos que incluyen control de temperatura y soporte.


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SOLDANDO EN PLACAS DE CIRCUITO IMPRESO (PCBs)

Este es uno de los trabajos más delicados y de precisión, ya que una mala soldadura va provocar que se levanten o se rompan las pistas del PCB.

En primer lugar se debe limpiar bien las partes a soldar para eliminar el óxido, grasa u otro material que pueda impedir la buena colocación del estaño.

Una vez limpias las partes, debemos asegurarnos que el cautín se encuentre en una temperatura con la que pueda fundir el estaño sin dificultad.

El siguiente paso es colocar la punta del soldador sobre las partes a soldar para calentarlas, tratando siempre que el calor se distribuya uniformemente el las dos superficies.

Una vez que las partes se hallan calientes hay que colocar el hilo de

estaño sobre las mismas tratando de colocar sólo la cantidad necesaria.

Si las partes estaban bien limpias y calientes, el estaño fundido se distribuirá uniformemente y cubrirá las dos superficies. Una buena soldadura debe lucir así:


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Por el contrario si las partes no estaban limpias o bien calientes, por lo general se obtendrá algo como esto:

Una soldadura de este tipo va a producir puntos de alta resistencia eléctrica, lo que traerá problemas, especialmente si el circuito opera en altas frecuencias.

Algo que se debe recordar es que la buena soldadura siempre tendrá un aspecto brillante, y no opaco como el hilo antes de fundir. UN PAR DE CONSEJOS - Para prolongar la vida útil de la punta del cautín, eviten usarlo para otro tipo de tareas, que no sean la soldadura. - NUNCA utilicen el cautín para perforar agujeros en materiales plásticos, ya que además del desagradable olor que se produce, estos materiales al quemarse dañan el recubrimiento de la punta.

- Si van a soldar semiconductores, traten de hacerlo en forma rápida para evitar daños en los dispositivos. - Para soldar circuitos integrados, se recomienda el uso de sockets (o zócalos), ya que los CI son sensibles a temperaturas altas. - Para soldar siempre es recomendable eliminar cualquier tipo de esmalte, barniz u óxido de las superficies para permitir que el estaño haga su trabajo. - Traten de tener a mano un soporte para el cautín(como algún recipiente de cerámica por ejemplo) con el fin de evitar accidentes, recuerden que el soldador opera a temperaturas de más o menos 200ºC, lo que puede producir (y lo digo por experiencia propia) quemaduras muy dolorosas.


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BIOGRAFÍAS

GUGLIELMO MARCONI

Guglielmo Marconi (1874-1937), ingeniero electrotécnico italiano, premiado con el Nobel y conocido como el inventor del primer sistema práctico de señales de radio. Nació en Bolonia y estudió en la universidad de esta ciudad. Ya en 1890 se interesaba por la telegrafía sin hilos y hacia 1895 había inventado un aparato con el que consiguió enviar señales a varios kilómetros de distancia mediante una antena direccional. Después de patentar este sistema en Gran Bretaña, formó en Londres la Compañía de Telegrafía sin Hilos Marconi (1897). En 1899 estableció la comunicación a través del canal de la Mancha entre Inglaterra y Francia, y en 1901 transmitió señales a través del océano Atlántico entre Poldhu, en Cornualles, y Saint John's en Terranova, Canadá. Las marinas italiana y británica pronto adoptaron su sistema y hacia 1907 había alcanzado tal perfeccionamiento que se estableció un servicio transatlántico de telegrafía sin hilos para uso público. En 1909 Marconi recibió, junto con el físico alemán Karl Ferdinand Braun, el Premio Nobel de Física por su trabajo. Durante la I Guerra Mundial estuvo encargado del servicio telegráfico italiano e inventó la transmisión de onda corta como medio de comunicación secreta.

BUEN HUMOR

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El perrito, el tigre y el mono

Un señor va de cacería al África y se lleva su perrito para no sentirse solo en ese

lugar.

Un día, ya en la expedición, el perrito, correteando mariposas se aleja del grupo, se pierde y comienza a vagar solo por la selva. En eso ve a lo lejos que viene un tigre enorme a toda velocidad.

Ve que el tigre se lo va a comer, piensa rápido que hacer. En eso ve un montón de huesos de un animal muerto y empieza a mordisquearlos.

Entonces, cuando el tigre está a punto de atacarlo, El perrito dice: ¡AAAAh!, ¡que rico tigre me acabo de comer! El tigre que lo logró escuchar y frena en seco, gira y sale despavorido pensando: ¡Quien sabe que animal será ese, no me vaya a comer a mí también!

Un mono que andaba trepado en un árbol cercano y que había visto y oído todo sale corriendo detrás del tigre para contarle como lo engañó el perrito:

Cómo serás tonto "esos huesos ya estaban ahí, además es un simple perro" .

El perrito alcanza a darse cuenta de la mala intención del mono.

Después que el mono le contó al tigre la historia de lo que vio, este muy molesto le dice al mono:

“¡Súbete a mi espalda, vamos a buscar a ese perro a ver quién se come a quién!”

Y salen corriendo a buscar al perrito.

El perrito ve a lo lejos que viene nuevamente el tigre, y esta vez con el mono chismoso.

¿Y ahora qué hago?, piensa todo asustado el perrito.

Entonces, en vez de salir corriendo, se queda sentado dándoles la espalda como si no los hubiera visto, y en cuanto el tigre está a punto de atacarlo de nuevo, el perrito dice: "¡Este mono desgraciado!, hace como media hora que lo mandé a traerme otro tigre y todavía no aparece"

MORALEJA: "EN MOMENTOS DE CRISIS, SOLO LA IMAGINACIÓN ES MÁS IMPORTANTE QUE EL CONOCIMIENTO".

Procura ser imaginativo como el PERRO, evita ser un desalmado como el TIGRE, pero nunca seas tan desgraciado como el MONO.

revista en corto circuito9 (julio 2006)

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