PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES TRABAJO FINAL PROFESOR: CRISTIAN FILTRO PASA BAJAS PARA SEÑAL DE SENSOR DE TEMPERATURA LM35

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1 PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES TRABAJO FINAL PROFESOR: CRISTIAN FILTRO PASA BAJAS PARA SEÑAL DE SENSOR DE TEMPERATURA LM35 JIMÉNEZ OSORIO HÉCTOR ALONSO MARTÍNEZ PÉREZ JOSÉ ALFREDO PÉREZ GACHUZ VICTOR RODRÍGUEZ MARTÍNEZ EUGENIO HERNANDEZ RUIZ FRANCISCO JAVIER

2 INTRODUCCIÓN El siguiente trabajo fue realizado con el fin de mostrar un filtrado digital para un sensor de temperatura el LM35, además se utilizó un medio de comunicación serial para visualizar y monitorear la temperatura por medio de un celular conectado a bluetooth y una aplicación desde android, así mismo, para el control de este sensor se utilizo una tarjeta de arduino UNO y el programa LabVIEW, también se utilizo Matlab para obtener la discretizacion de la función de transferencia del filtro pasa bajas. A continuación se presentan algunos conceptos relacionados a este trabajo final. LabVIEW (acrónimo de Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench).- es una plataforma y entorno de desarrollo para diseñar sistemas, con un lenguaje de programación visual gráfico. Recomendado para sistemas hardware y software de pruebas, control y diseño, simulado o real y embebido, pues acelera la productividad. El lenguaje que usa se llama lenguaje G, donde la G simboliza que es lenguaje Gráfico. Arduino.- es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto (open-source) basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar. Está pensado para artistas, diseñadores, como hobby y para cualquiera interesado en crear objetos o entornos interactivos.

3 El LM35.- Es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC. Su rango de medición abarca desde -55 C hasta 150 C. La salida es lineal y cada grado centígrado equivale a 10mV. El LM35 no requiere de circuitos adicionales para calibrarlo externamente. La baja impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración hace posible que esté integrado sea instalado fácilmente en un circuito de control. Debido a su baja corriente de alimentación se produce un efecto de auto calentamiento muy reducido. Android.- Es un sistema operativo basado en el kernel de Linux diseñado principalmente para dispositivos móviles con pantalla táctil, como teléfonos inteligentes o tabletas, y también para relojes inteligentes, televisores y automóviles, inicialmente desarrollado por Android Inc., que Google respaldó económicamente y más tarde compró esta empresa en 2005.

4 Filtro IIR (Respuesta infinita al impulso).- son de implementación computacional más simple, pero su diseño y sus cálculos son de mayor complejidad. Para diseñar un filtro IIR, existen diferentes técnicas, sin embargo este capítulo se centrará en el diseño por medio de la transformación bilineal. La transformación bilineal es una relación que existe entre la variable compleja s, y z. Esto quiere decir que para realizar un filtro IIR, se requiere una función de transferencia en términos de la variable s. Además, este tipo de filtros presenta polos y ceros que determina la estabilidad y la causalidad del sistema. Objetivo.- Filtrar la señal del sensor de temperatura LM35 y monitorearlo en la PC. DESARROLLO En la implementación de este trabajo se utilizó la programación de Arduino y el programa LabVIEW para el control del sensor de temperatura, en las imágenes se muestra la programación y el diseño en el programa LabVIEW.

5 Como se muestra en las imágenes LabVIEW tiene dos tipos de ventanas uno de diagrama de bloques y uno grafico en donde se muestra las graficas uno de la señal que proporciona el sensor y otra del filtrado de este sensor. Asimismo, ahora se presenta el diagrama de bloques de la aplicación de Android para la comunicación serial con bluetooth y el diseño de la aplicación para la visualización de los datos de temperatura en el teléfono, además se muestra la conexión del arduino con el sensor y el bluetooth.

6 En esta aplicación se mostrara la temperatura en grados centígrados como tal se mostrara como la señal del sensor y así también el del filtrado. Para el filtrado se utilizo un filtro pasa bajas de primer orden con una frecuencia de corte de 60 Hz, una frecuencia de muestreo de 1 KHz y Tiempo de muestreo de 1 ms. Como tal se muestra La función de transferencia de un filtro pasa bajas de primer orden. De la función de transferencia se obtuvieron los siguientes puntos: Zeros = 0 Polos = En la grafica se muestra que el sistema es estable por estar el polo en el eje izquierdo.

7 Diagrama de bode del sistema.

8 Respuesta de la señal al impulso con 10 muestras con un frecuencia de muestreo de 1 KHz. Asimismo, de la función de transferencia se discretizo para obtener una función de transferencia en el espacio z la cual se muestra a continuación con el programa hecho en Matlab y además se muestra la ecuación en diferencias. Esto también es igual a: H(z) = y/x = *z -1 /( *z -1 ) entonces se obtiene la ecuación en diferencias. Y[n] = *y[n-1] *x[n-1]

9 De esta forma al obtener esta ecuación se hizo un programa en arduino para filtrar la señal de un sensor de temperatura LM35, el programa es el siguiente. RESULTADOS Con este programa y la interfaz en LabVIEW se obtuvieron los siguientes resultados, lo cual se muestra en las siguientes graficas, se observa que la señal en color rojo es el filtrado de la señal y la señal de color blanco es la señal sin filtro, la prueba que se hizo fue colocarle al sensor un encendedor cerca de este lo cual nos dio como resultado la siguiente gráfica.

10 Además, en el monitor serial del programa arduino se muestran las dos señales que se mencionaron anteriormente y como tal se observa se acercan demasiado. Por lo tanto se observa que la señal del sensor esta filtrada y queda estable CONCLUSIONES Finalmente, me hace pensar que los filtros son de gran utilidad ya que se utilizan para tener un mayor control en los sensores, de tal manera que no se estabilicen, además con la interfaz con LabVIEW y la visualización hacia un teléfono android por medio de una aplicación se puede considerar una comunicación mas futurista, ya que hoy en día todo se maneja digitalmente.