Electrnica Anloga 2

Electrnica Anloga 2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN

Facultad de Ingeniera de Produccin y Servicios

Escuela Profesional De Ingeniera Electrnica

Electrnica Anloga 2Decibelmetro

Docente:Ing. Ronald P. Coaguila Gmez

Alumnos:Ticona Zela Jimy Gerson Fernandez Valencia Elmer

Arequipa 2013

Marco Terico:

El decibelmetro es un instrumento de medida que sirve para medir niveles de presin sonora (de los que depende la amplitud y, por tanto, la intensidad acstica y su percepcin, sonoridad).En concreto, el sonmetro mide el nivel de ruido que existe en determinado lugar y en un momento dado. La unidad con la que trabaja el sonmetro es el decibelio. Cuando el sonmetro o decibelmetro se utiliza para medir lo que se conoce como contaminacin acstica (ruido molesto de un determinado paisaje sonoro) hay que tener en cuenta qu es lo que se va a medir, pues el ruido puede tener multitud de causas y proceder de fuentes muy diferentes. Para hacer frente a esta gran variedad de ruido ambiental (continuo, impulsivo, etc.) se han creado sonmetros especficos que permitan hacer las mediciones de ruido pertinentes.Micrfonos:

Para el decibelimetro se suso dos tipos de microfonos los cuales son:

Microfono Dinmico:

Para el decibelmetro se us un micrfono dinmico para la adquisiscion de la seal para frecuencias medias para tener una mejor adquisicin de datos. Este tipo de micrfono cuenta con un diafragma rgido suspendido frente a un imn permanente potente, que tiene una hendidura en la que va acoplada una bobina mvil solidaria. Cuando las ondas sonoras excitan el diafragma (de 20-30 mm de dimetro), la bobina solidaria se mueve a su vez (hacia delante y hacia atrs) dentro de la ranura del imn, con lo que se genera un campo magntico cuyas fluctuaciones se transformarn en corriente alterna.Microfono Pre-amplificador:

Debido a que las seales obtenidas por el micrfono son muy pequeas para ser analizadas, adems al ser muy pequeas son extremadamente susceptibles al ruido, por tal motivo es necesaria la implementacin de un preamplificador que tendr la funcin de atenuar el ruido haciendo la seal muy grande con respecto a este.

Para el preamplificador se us el operacional NE5534 que es muy popular entre los ingenieros de sonido por su bajo ruido y tendr una configuracin del tipo no inversor.

Red Lineal de Ponderacin A:

El uso de esta red de ponderacin es muy importante debido a que gracias a esta podemos discriminar y obtener las frecuencias importantes y audibles por el odo humano de toda la cantidad de ruidos a diferentes frecuencias presentes en el medio ambiente

Como se ve esta red de ponderacin es un filtro pasivo. Esta red de ponderacin atena las frecuencias bajas y altas, y los medios los deja pasar casi sin cambios.Superdiodo Rectificador:

Debido a que estamos trabajando con seales pequeas es necesario eliminar el umbral de un diodo comn, esto lo logramos con un superdiodo o eliminador de umbral.Un capacitor har la rectificacin de la seal y me entregar no una seal alterna sino niveles de voltajes.Tabla de diferentes niveles sonoros y efectos auditivos:

DISEO DE FILTROS PASALTOS Y PASABAJOS

Un filtro convencional presenta un valor de Q relativamente bajo, se pretende demostrar que la arquitectura Sallen-Key permite mejorar dicho parmetro. En la figura 1 se muestra una red RC de dos etapas que conforman un filtro pasabajo de segundo orden. Este filtro es limitado porque su Q es siempre menor que . Con R1=R2 y C1=C2, el Q=1/3. El Q se aproxima a su mximo valor de cuando la impedancia de la segunda etapa RC es mucho ms grande que la primera. En la prctica, muchos filtros requieren un Q ms elevado que el valor de .

Se pueden obtener valores altos de Q si se utiliza un amplificador con realimentacin positiva. Esto es posible si se controla dicha realimentacin (localizada en la frecuencia de corte del filtro), esto es restringido principalmente por las limitaciones fsicas de la fuente de alimentacin y las tolerancias de los componentes. La figura 2 muestra un amplificador de ganancia unitaria utilizado de esta manera. El condensador C2, que no est conectado a tierra, produce un camino de realimentacin positiva. En el ao 1955, R. P. Sallen y E. L. Key describieron estos circuitos de filtro, por ello dicha topologa es generalmente conocida como filtro Sallen- Key.

La operacin puede ser descrita cualitativamente:- En bajas frecuencias, donde C1 y C2 aparecen como circuitos abiertos, la seal es simplemente llevada a la salida.- En altas frecuencias, donde C1 y C2 aparecen como circuitos cerrados, la seal es llevada a tierra en la entrada del amplificador, el amplificador pasa la seal de entrada a la salida, y la seal entonces no aparece en Vo (elimina la seal).- Cerca de la frecuencia de corte, donde la impedancia de C1 y C2 est en el mismo orden de R1 y R2, la realimentacin positiva a travs de C2 provee un realce de la seal (Q veces).

ARDUINO

Arduinoes una plataforma dehardware libre, basada en unaplacacon unmicrocontroladory unentorno de desarrollo, diseada para facilitar el uso de la electrnica en proyectos multidisciplinares.23Elhardwareconsiste en una placa con un microcontroladorAtmel AVRy puertos deentrada/salida.4Los microcontroladores ms usados son elAtmega168,Atmega328,Atmega1280,ATmega8por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de mltiples diseos. Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa ellenguaje de programacinProcessing/Wiring y elcargador de arranque(boot loader) que corre en la placa.4Desde octubre de 2012, Arduino se usa tambin con microcontroladoras CortexM3 de ARM de 32 bits5, que coexistirn con las ms limitadas, pero tambin econmicas AVR de 8 bits. ARM y AVR no son plataformas compatibles a nivel binario, pero se pueden programar con el mismo IDE de Arduino y hacerse programas que compilen sin cambios en las dos plataformas. Eso s, las microcontroladoras CortexM3 usan 3.3V, a diferencia de la mayora de las placas con AVR que usan mayoriamente 5V. Sin embargo ya anteriormente se lanzaron placas Arduino con Atmel AVR a 3.3V como la Arduino Fio y existen clnicos de Arduino Nano y Pro como Meduino en que se puede conmutar el voltaje.Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos interactivos autnomos o puede ser conectado a software del ordenador (por ejemplo:Macromedia Flash,Processing,Max/MSP,Pure Data). Las placas se pueden montar a mano o adquirirse. Elentorno de desarrollo integradolibre se puede descargar gratuitamente.Al ser open-hardware, tanto su diseo como su distribucin es libre. Es decir, puede utilizarse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber adquirido ninguna licencia.

ESQUEMA DE PINES

Entradas y salidas

Poniendo de ejemplo al Diecimila, consta de 14 entradas digitales configurables entrada i/o salidas que operan a 5 voltios. Cada pin puede proporcionar o recibir como mximo 40 mA. Los pines 3, 5, 6, 8, 10 y 11 pueden proporcionar una salida PWM (Pulse Width Modulation). Si se conecta cualquier cosa a los pines 0 y 1, eso interferir con la comunicacin USB. Diecimila tambin tiene 6 entradas analgicas que proporcionan una resolucin de 10 bits. Por defecto miden de 0 voltios (masa) hasta 5 voltios, aunque es posible cambiar el nivel ms alto, utilizando el pin Aref y algn cdigo de bajo nivel.

EspecificacionesLos microcontroladores Arduino Diecimila, Arduino Duemilanove y Arduino Mega estn basados en Atmega168, Atmega 328 y Atmega1280Atmega168Atmega328Atmega1280

Voltaje operativo5 V5 V5 V

Voltaje de entrada recomendado7 - 12 V7 - 12 V7 - 12 V

Voltaje de entrada lmite6 - 20 V6 - 20 V6 - 20 V

Pines de entrada y salida digital14 (6 proporcionanPWM)14 (6 proporcionanPWM)54 (14 proporcionanPWM)

Pines de entrada analgica6616

Intensidad de corriente40 mA40 Ma40 mA

Memoria Flash16KB (2KB reservados para el bootloader)32KB (2KB reservados para el bootloader)128KB (4KB reservados para el bootloader)

SRAM1 KB2 KB8 KB

EEPROM512 bytes1 KB4 KB

Frecuencia de reloj16 MHz16 MHz

Diagrama de Bloques:

Diagrama de bloques inicial (Transmisin)

2. Filtros y adquisicin

Micrfonos4. Transmisin

3. Lectura de los datos y encriptacion.

Diagrama de bloques inicial (Recepcin)

5. Recepcin (RX)

6. Desencriptacion e interfaz grfica en Labview

Diagrama de bloques Arduino

2. Promediado de 100 muestras y envio de la trama al puerto serialTrama: A0,ADC0,A1,ADC1,A2,ADC2,A3,ADC3Donde ADC0, ADC1, ADC2 y ADC3 son el resultado del promedio de las lecturas de las etapas finales de los filtros del decibelimetroLectura de los canales del ADC

4. Transmisin usando el puerto serial

Diagrama de bloques Labview

5. Recepcin en el puerto serial de la PC (RX)6. Liberalizacin y calibracin del decibelmetroPara tomar la referencia del decibelmetro se us un iphone ya que no se cont con uno real.6. Desencriptacion de los datos usando el puerto serial del labviewSe obtiene las lecturas del promedio de cada canal del ADC para su procesamiento

Clculos:

Pre-amplificador:

Viendo el datasheet, a una frecuencia de 20KHz la ganancia mxima es 1000, por lo que no habr problema al utilizar esta configuracin de resistencias.

Entonces la entrada del micrfono funcionar sin problemas.Otros parmetros del NE5534:

Este ltimo parmetro lo hace ideal para conectarlo a la siguiente etapa.

Red lineal de Ponderacin A:

La red de ponderacin A tiene la siguiente funcin de transferencia.

kA 7.39705109Graficando el diagrama de bode en matlab

>> A=[7.39705*exp(9) 0 0 0 0]A = 1.0e+004 * 5.9939 0 0 0 0>> B=conv([1 129.4],conv([1 129.4],conv([1 676.7],conv([1 4636],conv([1 76655],[1 76655])))))B = 1.0e+020 * 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0003 0.0530 3.0867>> tf(A,B)Transfer function: 5.994e004 s^4----------------------------------------------------------------------------------s^6 + 1.589e005 s^5 + 6.735e009 s^4 + 3.343e013 s^3 + 2.675e016 s^2 + 5.301e018 s + 3.087e020 >> G=tf(A,B)Transfer function: 5.994e004 s^4----------------------------------------------------------------------------------s^6 + 1.589e005 s^5 + 6.735e009 s^4 + 3.343e013 s^3 + 2.675e016 s^2 + 5.301e018 s + 3.087e020

>> bode(G)

Simulacin:

Superdiodo Rectificador:

Esta configuracin es la que elimina el umbral donde la tensin es de 0.7V y se reduce a:

Como el circuito trabaja de 0 a 20 KHz, la ganancia mxima ser:

Entonces:

R9 se coloca para aumentar el tiempo de respuesta.

R61 Y C41 estn para rectificar la seal de alterna a continua.

Por lo tanto se usar un adaptador de impedancias para conectar la siguiente etapa.

Amplificador Logartmico:

Partimos de la configuracin bsica:

Se sabe del modelo Ebers-Moll que la corriente del colector es:

Dnde:IS: Corriente de saturacin.q: Carga del electrn 1.6x10-9K: Constante de Boltzman 1.38x10-23VT: Voltaje trmico 25mV

Un valor tpico de Reemplazando datos:

Como se verifica las tensiones de salida despus del amplificador logartmico son aproximadamente de 0.5V como mximo y ya que el ADC del micro controlador acepta hasta 2.56 V entonces tendremos que implementar un amplificador de ganancia 4 aproximadamente para tener una mejor lectura en el micro controlador.

FILTRO PASABAJOSSimplificacin: Hacer que los componentes del filtro sean proporcionales y ajustar la ganancia a uno.

Haciendo R1=mR, R2=R, C1=C, C2=nC y K=1, el resultado es que:

Esto mantiene la ganancia igual a 1 en la banda pasante, pero otra vez aqu existe una interaccin entre fc y Q. El diseo puede empezar seleccionando los trminos de proporcionalidad m y n para ajustar el Q, y entonces se selecciona C y se calcula R para la fc deseada.Con R1= 2,7KR2 = 5,6K C1 = 100nFC2 = 150nFm = 0,48n = 1,5Fc=334HzQ =0.57

FILTRO PASA-ALTO

Con R1 = 10KR2 = 100KC1 = C2 = nFm = 10n = 1Fc = 503HzQ = 0,29

DecibelmetroADC0ADC1ADC2ADC3LOGDBDecibelimetroADC1ADC1-100LogDB

300125154441.6459.165810109109102.9657.70

467980154511.7161.47547506506502.8154.85

50131024154571.7663.21505804804802.6852.28

53191024154631.8064.78454003003002.4848.30

57251024154691.8466.20423002002002.3044.87

61371024254811.9168.71392401401402.1541.85

65521024354961.9871.36352201201202.0840.54

687010244541142.0674.05322001001002.0039.00

7210110246541452.1677.813118080801.9037.11

7722010249542642.4287.183016060601.7834.67

80855102415548992.95106.34

96907102424549512.98107.21

97911102432589552.98107.28

420140154141.1542.41

4611452151.1843.52

502151.1843.52

533161.2044.55

577201.3048.14

6117016291.4654.11

6420331.5256.19

6834471.6761.87

7260731.8668.94

75951082.0375.24

792201551682.2382.34

832502402532.4088.92

863503303432.5493.81

895004704832.6899.31

906005005132.71100.27

946806932.84105.11

977207332.87106.01

1007407532.88106.44

1027507632.88106.65

7753981.9977.06

81651102.0479.00

85981432.1683.41

891301752.2486.81

922202652.4293.78

963604052.61100.91

1004805252.72105.27

FOTOS DEL PROYECTO EN SUS DIFERENTES ETAPASBLUETOOTH

CONVERSOR DC AC

FILTRO PASABAJOS

FILTRO PASA ALTOS

MICROCONTROLADOR ARDUINO

PREAMPLIFICADOR Y FUENTES DE VOLTAJE

MICROFONO DINAMICO

PRUEBAS REALIZADAS EN PROTOBOAR

CONVERSOR DE SERIAL A USB

MODULO RF

Observaciones:

Los circuitos no siempre salen exactamente como la simulacin, por lo que fue necesario hacer uso de diferentes instrumentos como osciloscopio, generador de seales, etc. Fue muy necesario el amplificador logartmico para el linealizar los valores en decibelios. Se tuvo que poner varios adaptadores de impedancia o amplificadores seguidores antes de pasar a la siguiente etapa. Todos los circuitos, placas y simulaciones estn adjuntas en el CD. Se pudo mejorar la obtencion de datos con filtros pasa bajos y pasa altos.

Conclusiones:

El software de simulacin Proteus es una herramienta muy til que se aproxima bastante al funcionamiento real de un circuito Los decibelmetros tienen un amplio margen de uso, como por ejemplo en las municipalidades para medir el nivel de ruido en diferentes ambientes como discotecas o tambin en bibliotecas. Tambin se puede un decibelmetro en un carrito explorador donde el odo humano no puede llegar. A medida que avanza el curso se adquieren los conocimientos necesarios para aplicarlos en el proyecto, los cuales fueron de mucha ayuda. Se uso interfaz en LabView para poder visualizar las medidas para un mejor entendimiento.

Bibliografa:

Electronica Analoga 2 Ing. Ronald Coaguila Gomez Dispositivos electronicos Boyle Teoria de circuitos electronicos - Schilling http://construyasuvideorockola.com/fabricacion_impresos_01.php http://platea.pntic.mec.es/lmarti2/preampli.htm http://www.huarpe.com/electronica2/capitulo/capitulo06/html/log3.html http://www.bolanosdj.com.ar/circuitos_archivos/MISONOMETRO.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Son%C3%B3metro http://html.rincondelvago.com/medida-de-niveles-sonoros-con-un-sonometro.html http://www.fceia.unr.edu.ar/acustica/comite/niveles.htm

Anexos:

Cdigo Fuente Del Arduino

int ledPin = 13;

long muestras=100, a=0; float A00=0,A11=0,A22=0,A33=0; float A000=0,A111=0,A222=0,A333=0; float ADC0=0,ADC1=0,ADC2=0,ADC3=0; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(ledPin, OUTPUT);}

void loop() { if (a