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DESARROLLO DE UN DETECTOR DE RUIDO DE ALTA FRECUENCIA DE BAJO COSTE BASADO EN EL MICROCONTROLADOR PIC16F84 Para acceder al título de: Ingeniero Técnico de Telecomunicación • •

Director: D. Mario Mañana Canteli. Autor: Antonio Martínez Valencia.

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ÍNDICE  Introducción:

motivaciones y objetivo.

 Hardware.  Software.  Pruebas

y resultados.  Líneas futuras de actuación.  Ejemplo práctico. 2

INTRODUCCIÓN: MOTIVACIONES Y OBJETIVO.

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RUIDO DE ALTA FRECUENCIA Señal no deseada presente en la onda de tensión del terminal de alimentación. 

Las frecuencias a las que afecta son superiores a la del armónico 50 de la señal fundamental (2500 o 3000 Hz). 

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CAUSAS Y EFECTOS  CAUSAS: – ASDs, PWMs, convertidores y conmutadores

de señal . – Otros.  EFECTOS: – Errores de comunicación y control. – Problemas con equipos sensibles:

ordenadores, sensores, etc. 5

OBJETIVO  Diseñar

y construir un detector de ruido de alta frecuencia que permita: - Medir y detectar una presencia de ruido de

al menos el 40% de la señal fundamental. - Seleccionar el nivel de ruido máximo para realizar la detección. - Seleccionar la banda de frecuencias en

la que se mide y detecta el ruido. 6

DECISIONES  Selección

de las bandas de estudio:

– Filtro de capacidades conmutadas.

 Selección

del umbral de detección:

– Tensión de referencia ajustable.

 Presentación

de medida y modo de trabajo:

– Pantalla de cristal líquido.

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PROCESO DE DETECCIÓN SELECCIÓN DE ANCHO DE BANDA

SEÑAL A ESTUDIAR

ATENUACIÓN, FILTRADO Y RECTIFICACIÓN

PRESENTACIÓN DE MEDIDA Y SELECCIÓN

COMPARACIÓN

ACCIÓN DE DETECCIÓN

GENERACIÓN DE UMBRAL

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HARDWARE

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FILTRO MF10  Filtro

de capacidades conmutadas de frecuencia de corte proporcional a la frecuencia de reloj.  Permite configuración paso alto.  Máximo 4º orden.  Frecuencia máxima de corte 20kHz para una frecuencia máxima de reloj de 1MHz.  Banda de trabajo mínima hasta 200kHz.  Bajo precio. 10

SELECCIÓN Y GENERACIÓN DE FRECUENCIAS  Selección

mediante un interruptor binario

triple.  Desestimación del microcontrolador como generador.  Circuito oscilador con cristal e inversor.  Subfrecuencias con contador y multiplexor. 

Nota: Buffer de aislamiento. 11

CIRCUITO DE FRECUENCIA VCC+

GENERACIÓN 14 13 12 11 10 9 8

MULTIPLEXOR

2MHz

2

8

VCC

GND

820pF

13 12 14 15

9 7 6 5 3 2 4

15 14 13 12 11 10

1

4 3 2 1

9 7

74'151 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 S0 S1 S2 E

8

VCC+

RB6 RB7

E1 D1 O1 74'126 E2 D2 O2 GND

VCC E4 D4 O4 E3 D3 O3

14 13 12 11 10

FREC

FRECUENCIA AL FILTRO

RB2 1 2 3 4 5 6 7

5

Z

I17005 VCC+

BUFFER

6

/Z

16

820pF

2

2

2

1

22K

CLR

2

1

1

1

11

4K7

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 Q12

VCC

1

74'4040 CLK

GND

10

16

1 2 3 4 5 6 7

I1 O1 I2 O2 I3 O3 GND

VCC

I6 O6 74'04 I5 O5 I4 O4

CONTADOR

INTERRUPTOR

VCC+ RB5 9 8

12K

1 VCC+

1

2

12K 1

2

12K

2

1 2 3 4

S2

8 7 6 5

SWDIP-4

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FILTRADO  Eliminamos

las componentes de baja frecuencia: configuración paso alto.  Su frecuencia de corte es proporcional a la frecuencia seleccionada.  Se diseña con ganancia unidad para mantener el mayor ancho de banda posible.  Máximo orden (4) mediante dos etapas en cascada, para mayor pendiente de caída.  Butterworth para banda de paso máximamente plana. 13

UMBRAL  Generación

mediante un divisor con un potenciómetro variable.  Selección de precisión mediante un interruptor de dos posiciones: – Rango hasta 20%. – Rango hasta 50%.

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RECTIFICACIÓN Y DETECCIÓN  Convertimos

a valor eficaz equivalente la señas de salida del filtro mediante un circuito rectificador: diodo, resistencia y condensador.  Comparamos con la señal de umbral mediante un amplificador como comparador. 15

MEDIDA: ADC08234  Comunicación

serie con 8 bits y voltajes de referencia de entrada y salida: – Resolución de 10mV.

 Utilizamos

dos de los cuatro canales de

entrada: – Voltaje de ruido. – Voltaje umbral. 16

EL PIC16F84 Características más interesantes: - 13 patillas de E/S. - Patilla de reset. - Perro guardián. - Interrupción por: -flanco programable. -cambio de nivel. -timer programable. - Frecuencia de 4MHz (10MHz máximo).

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EL MICROCONTROLADOR  Debe: – Leer selección de frecuencias. – Leer voltajes del ADC. – Presentar la situación de trabajo y los datos de

medida por la pantalla LCD. – Detectar un desbordamiento de ruido. – Actuar cuando se produzca la detección. 18

CONEXIONADO DEL MICROCONTROLADOR

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PLACAS DEL CIRCUITO

CARA SUPERIOR

CARA INFERIOR 20

DETECTOR Partes del detector.

Presentación Medida y detección Generación y selección de frecuencia Alimentación Selección

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SOFTWARE

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PROGRAMA  Limitado

a 1k de memoria.

 Tareas: – Controlar y leer el ADC. – Leer la selección de frecuencia. – Permitir y atender la interrupción. – Tratar los datos. – Controlar el LCD y mostrar los datos. 23

FLUJO DEL PROGRAMA INICIO / RESET

MENSAJE DE INICIO LEER ESTADO DE RB0

UMBRAL HABILITACIÓN DELA INTERRUPCIÓN DE RB0 LEER UMBRAL

FRECUENCIA RUIDO

LEER SELECCIÓN DE FRECUENCIA

LEER RUIDO

INTERRUPCIÓN

TRATAR DATOS

PRESENTAR DATOS 24

RUTINA DE ATENCIÓN A LA INTERRUPCIÓN DESHABILITACIÓN DE LAS INTERRPCIONES

NO

¿FLANCO ASCENDENTE?

QUITAR AVISO ESPERAR FLANCO ASCENDENTE

SÍ

DAR AVISO ESPERAR FLANCO DESCENDENTE

HABILITACIÓN DE LAS INTERRPCIONES 25

EJEMPLO DE DETECCIÓN LED DE DETECCIÓN

LED DE ENCENDIDO 26

PRUEBAS Y RESULTADOS

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EQUIPO DE TRABAJO - Entrenador. - Generador de perturbaciones. - Otros: Medidor de armónicos, polímetros, generadores, etc.

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RESULTADOS Detector de bajo coste que permite:     

Medida de ruido en bandas seleccionables entre 156.25Hz y 20kHz hasta 200kHz (Armónicos). Medida de porcentajes de ruido superiores al 40%. Detección de ruido con umbral ajustable. Alimentación del propio terminal de estudio. Medida con error menor de 2V para porcentajes de ruido superiores al 8%.

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LÍNEAS FUTURAS DE ACTUACIÓN

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LÍNEAS FUTURAS DE ACTUACIÓN  Bajar

los límites de detección y eliminar el error para porcentajes de ruido menores del 8%: – Amplificación antes de la conversión. – Ganancia mayor de filtrado (menor ancho).

 Adaptar

para terminales trifásicos.  Comunicación con el PC.  Mejorar prestaciones: – Filtro más potente (LTC1068, LMF100). – Microcontrolador más avanzado (PIC16F87,...). 31

EJEMPLO PRÁCTICO

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EJEMPLO PRÁCTICO DE DETECCIÓN

DETECTORDETECTOR 33

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