UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNADEscuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 ACTIVIDAD 3 TRABAJO COLABORATIVO LUIS ALBERTO SANCHEZ CORREA- Cód.: 16.786.134 CARLOS ARTURO CARDONA - Cód.:18.415.051 Director: Juan Monroy Grupo Colaborativo: 208008-13 Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD. Programa: Ingeniería Electrónica Cead: Palmira- Valle- Colombia Noviembre- 2015 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 INTRODUCCION El curso de CAD avanzado para electrónica de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD, nos permite conocer software que amplía el uso de la ciencia, que estudia, diseña y permite simular procesos de control, con programas y algoritmos sofisticados con ayuda de aplicativos dedicados a simulación y modelamiento matemático. El programa LABVIEW es una herramienta en la simulación de sistemas de comunicaciones y otras aplicaciones. Esta razón es básica para manejar este programa que permite simular modelos reales y reforzar los conceptos. Los científicos e investigadores de todo el mundo aplican LABVIEW de National Instruments y con éxito para la investigación y el desarrollo, en el ámbito académico las ventajas de la aplicación de la plataforma de National Instruments para construir la instrumentación virtual y tomar un enfoque de diseño gráfico de sistemas eficaces que pueden aprovechar efectivamente las oportunidades y asumir los retos de la investigación académica moderna y el desarrollo. Proporciona un entorno gráfico que facilita análisis, diseño y simulación de sistemas de control al incluir rutinas que resuelven cálculos matemáticos con una sencilla interfaz. Proporciona entorno gráfico que permite dibujar sistemas como diagramas de bloques. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 El conjunto de componentes junto al programa, incluye enorme biblioteca de fuentes de señal, dispositivos de presentación de datos, sistemas lineales y no lineales y funciones matemáticas. Son aplicativos que permiten disminuir costos y tiempo al momento de realizar un desarrollo o prototipo permitiendo ver comportamientos de sistemas de control. El desarrollo de este trabajo se enfoca en la realización de filtros rechaza banda, para la filtración de SONIDOS de instrumentos musicales, dentro de lo cual se desarrolla en Labview un filtro que emplea el rechazo de banda mediante el método de modulación y des modulación FM, permitiendo escoger al usuario el tipo de frecuencia a rechazar y el rango de tolerancia admitido. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 OBJETIVOS General Realizar las actividades Colaborativas correspondientes de la Unidad 3 haciendo uso de herramientas de simulación y control con el grupo de trabajo colaborativo, haciendo cada miembro el respectivo aporte, y profundizando en los conceptos básicos del software LABVIEW, Programación y Aplicaciones. Específicos Diseñar e implementar un programa mediante LABVIEW que permita filtrar diferentes frecuencias para clasificación de Instrumentos Musicales Conocer la herramienta de simulacion y modelado de sistemas de control LABVIEW. Crear un instrumento virtual (VI) que nos permita simular un filtro rechaza banda para clasificación de instrumentos. Conocer los conceptos básicos de Labview, sus características y su entorno de trabajo. Volver el razonamiento más flexible en el procesamiento de información y al enfrentarse a las obligaciones adquiridas en un trabajo. Aplicar el software LABVIEW para dar solución al problema propuesto de la guía. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 Problema: En una empresa dedicada a la construcción de instrumentos musicales, requieren: Software que les permita dejar pasar únicamente señales a la frecuencia a la cual requieran probar instrumentos, El aplicativo debe permitir establecer el rango de frecuencia a aceptar. Filtro pasa banda, el aplicativo debe permitir modificar la selectividad o factor de calidad del filtro. Mostrar gráficamente la efectividad del filtro al aplicarse una señal determinada. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 MARCO TEORICO Filtro LINEAL: Un filtro lineal es aquel filtro electrónico que aplica un operador lineal a una señal variable en el tiempo. Son usados ampliamente en procesamiento de señales. Una de sus aplicaciones más frecuentes es la eliminación de frecuencias no deseadas de una determinada señal de entrada o, al contrario, discriminar una determinada frecuencia de las demás. La teoría matemática empleada para el diseño de filtros es independiente de la naturaleza eléctrica, electrónica o mecánica del filtro, así como del rango de frecuencias en el que se vaya a trabajar. La implementación, así como las tecnologías necesarias para su fabricación varían. Clasificación por función de transferencia. Respuesta en amplitud. Los filtros lineales pueden dividirse en dos clases: filtros de respuesta infinita (IIR) y filtros de respuesta finita (FIR): Los filtros FIR como una suma ponderada de entradas con un determinado retardo. Para estos filtros, si la entrada en un determinado instante es cero, la salida será cero a partir de un instante posterior a los retardos inducidos por el filtro. De este modo, solo existirá respuesta por un tiempo finito. Los filtros IIR, presentar salida aun cuando la entrada sea cero, si las condiciones iniciales son distintas de cero. La energía del filtro decaerá con el tiempo, pero no llegará a ser nula. Por tanto, la respuesta al impulso se extiende infinitamente. La distinción entre filtros FIR e IIR, se aplica únicamente en el dominio del tiempo discreto. Respuesta en frecuencia. Respuesta en frecuencia de diferentes tipos de filtros IIR: Butterworth, Chebyshev y elíptico. Todos ellos son filtros de paso bajo de orden cinco. Hay varios tipos de filtros lineales en lo que respecta a su respuesta en frecuencia: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 • Filtro paso bajo: permite el paso de frecuencias bajas. • Filtro paso alto: permite el paso de frecuencias alto. • Filtro pasa banda: permite el paso de un rango intermedio de frecuencias. • Filtro banda eliminada: bloquea el paso de un rango intermedio de frecuencias. • Filtro pasa todo: permite el paso de todas las frecuencias, pudiendo modificar su fase. Expresión del Filtro: Hay muchas formas de representar un filtro. Por ejemplo, en función de w (frecuencia digital), en función de z y en función de n (número de muestra). Todas son equivalentes, pero a la hora de trabajar a veces conviene más una u otra. Como regla general se suele dejar el término a0=1. Si se expresa en función de z y en forma de fracción: Y en dominio de n: Los coeficientes son la a y el b y son los que definen el filtro, por lo tanto el diseño consiste en calcularlos. Las especificaciones elige el tipo de filtro. El filtro de Butterworth es uno de los filtros electrónicos más básicos, diseñado para producir la respuesta más plana que sea posible hasta la frecuencia de corte. La salida se mantiene constante casi hasta la frecuencia de corte, luego disminuye a razón de 20n dB por década (ó ~6n dB por octava), donde n es el número de polos del filtro. El filtro Butterworth más básico es el típico filtro pasa bajo de primer orden, el cual puede ser modificado a un filtro pasa alto o añadir en serie otros formando un filtro pasa banda o elimina banda y filtros de mayores órdenes. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 El filtro de Butterworth es el único filtro que mantiene su forma para órdenes mayores (sólo con una pendiente mayor a partir de la frecuencia de corte). Este tipo de filtros necesita un mayor orden para los mismos requerimientos en comparación con otros, como los de Chebyshev o el elíptico. Diseño: Si llamamos H a la respuesta en frecuencia, se debe cumplir que las 2N-1 primeras derivadas de sean cero para y . Únicamente posee polos y la función de transferencia es: Donde N es el orden del filtro, es la frecuencia de corte (en la que la respuesta cae 3 dB por debajo de la banda pasante) y ( ). es la frecuencia analógica compleja UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 DESARROLLO 1. Realizar presentación personal identificando fortalezas individuales frente al problema a resolver. Comprender el tipo de problema programacion que fue abordado unidad 1 y 2 y convertirlo a labview •Actividad •Inicial Elaboracion del grafico y elementos de control del problema desde del punto de vista grafico y con el uso de los comando de labview •Comprension •fisica del problema y opciones tecnicas Buscar las opciones para Uso de los comandos de labivew desde fuentes externas, y buscar los comandos para uso de los respectivos filtros analogos o digitales para procesamiento de senales que tiene disponibles •Final de la solucion practica Construir un equipo del siguiente modo para y con filtros pasa bajo, pasa banda y pasa alta, tal como lo muestro en el siguiente grafico de diseño electrónico y de gráficos de señales. Los filtros digitales son fundamentales para casi todos los sistemas de procesamiento de señales. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 Eliminar no deseados de señales para mejorar su calidad y prepararlas para su posterior procesamiento. Filtros digitales se utilizan en una variedad de tareas de procesamiento de señal que incluye valor atípico y la eliminación de ruido, la conformación de forma de onda, suavizado de la señal, y la recuperación de la señal. La instrumentación virtual es la combinación de software definido por el usuario y el hardware modular que implementa instrumentos virtuales con componentes para la adquisición, procesamiento / análisis y presentación. La instrumentación virtual combina esta tecnología con una selección específica de la aplicación de hardware modular de E / S, el control de señal de E instrumento, la conectividad y otras tareas. Software de instrumentación virtual se define el usuario y se centró en las necesidades de la aplicación. Labview proporcionan amplios recursos para el diseño de filtros, análisis y aplicación. Puede suavizar una señal, eliminar los valores atípicos, o utilizar herramientas interactivas tales como diseño de filtros y herramienta de análisis para diseñar y analizar diferentes FIR y filtros IIR. También puede comparar los filtros utilizando la herramienta de visualización de filtro y el diseño y análisis de filtros analógicos utilizando una función en funciones. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 Butterworth Filtro Diseñar un filtro de paso bajo Butterworth 8 º orden con una frecuencia de corte de 5 kHz , suponiendo una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz. Establecer la respuesta al impulso de IIR, el modo de fin de precisar, y la Orden a 8. Para especificar la frecuencia de corte, establecidas restricciones de frecuencia a mitad de potencia ( 3 dB ) frecuencia. Con el fin de especificar las frecuencias en Hz , unidades set de frecuencia a Hz , frecuencia de muestreo de entrada de 44.100 , y la mitad de potencia ( 3 dB ) Frecuencia de 5000. Establece el método de Diseño de Butterworth Tipo de filtro especifica la banda de paso del filtro: 0 paso bajo, 1 Paso alto, 2 Bandpass, 3 Parabanda X es la señal de entrada para filtrar. Muestreo PCM: fs es la frecuencia en Hz a la que quieres probar X y debe ser mayor que 0. El valor predeterminado es 1,0 Hz. Si frec de muestreo: fs es menor o igual a 0, este VI series filtradas X para una matriz vacía y devuelve un error. alta frecuencia de corte: fh es la alta frecuencia de corte en Hz. El valor por defecto es de 0,45 Hz. El VI ignora este parámetro cuando el tipo de filtro es 0 (paso bajo) o 1 (Paso alto). Cuando el tipo de filtro es 2 (paso de banda) o UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 3 (Parabanda), alta frecuencia de corte: fh debe ser mayor que baja frec de corte: fl y observar el criterio de Nyquist. baja frec de corte: fl es la baja frecuencia de corte en Hz y debe observar el criterio de Nyquist. El valor predeterminado es 0.125 Hz. Si baja de corte frec: fl es menor o igual a 0 o superior a la mitad del valor de frec de muestreo: fs, la VI establece Filtered X para una matriz vacía y devuelve un error. Cuando el tipo de filtro es 2 (paso de banda) o 3 (Parabanda), baja frec de corte: fl debe ser inferior a alta frecuencia de corte: fh. orden especifica el orden del filtro y debe ser mayor que 0. El valor predeterminado es 2. Si la orden es menor o igual a 0, el VI establece Filtered X para una matriz vacía y devuelve un error. init / contador controla la inicialización de los estados internos. El valor predeterminado es FALSE. La primera vez que este VI se ejecuta o si init / contador es FALSO, LabVIEW inicializa los estados internos a 0. Si init / contador es TRUE, LabVIEW inicializa los estados internos de los estados finales de la llamada anterior a esta instancia de este VI. Para procesar una secuencia de datos de gran tamaño que se compone de bloques más pequeños, establezca esta entrada a FALSO para el primer bloque y TRUE para el filtrado continuo de todos los bloques restantes. X filtrada es la matriz de salida de muestras filtradas. error devuelve algún error o advertencia del VI. Puede conectar error Errores Cluster De Error Código VI para convertir el código de error o advertencia en un cluster de error. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. 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No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 CONCLUSIONES Labview es una herramienta fácil y practica de utilizar que permite modelar, comprender y replantear el análisis de señales y de comunicaciones. El uso de la librería de Labview; contribuye a una mejor comprensión y análisis del sistema a estudiar, complementando y fortaleciendo de esta manera aún más el proceso de formación. El trabajo colaborativo permitió conocer y participar los miembros del grupo. Esta práctica con Labview permite afianzarnos en las bondades del procesamiento matemático de este software. La resolución del problema conllevado y práctica conocimientos adquiridos en cursos anteriores, establece aprendizaje de Labview como una herramienta computacional de amplia aplicación no solo en el modelado, si no en el control industrial. El filtrado de señales permite hacer caracterización de equipos mediante filtros pasabanda. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ingenierías. – Ingeniería Electrónica CAD AVANZADO PARA ELECTRONICA – 208008_13 –- 2015 Act. No. 3. – Trabajo Colaborativa Unidad 3 BIBLIOGRAFIA UNAD, libro guía Cad para electrónica, 2010. Antonio Manuel, Domingo Biel. Instrumentación Virtual. Adquisición, procesado y análisis de señales: alfaomega Antonio Manuel Lazaro. Labview 6i. Programación gráfica para el control de instrumentación. Travis Jeffrey. (2006). LabVIEW for Everyone: Graphical Programming Made Easy and Fun (Third Edition): Prentice Hall. Labview for Dummies. (2009). [en Línea]. 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