Download 4 Diagrama de bloques del sistema

Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Electrónica
LABORATORIO ELECTRÓNICA B
Proyecto Final
“Sistemas de Transmisión de Información de
audio mediante un puntero LASER”
Fecha
Versión
Profesores
24.04.2015
3.1
Daniel Rodríguez
Gustavo Marín
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
Página i
Prefacio
Alcance del Establece los requisitos funcionales que debe cumplir el diseño del Proyecto Final del
documento Laboratorio de Electrónica B. Describe los siguientes aspectos del sistema: diagrama
de bloques del sistema a diseñar, características funcionales de cada componente,
descripción de cada módulo, incluyendo sus casos de prueba. Además permite
documentar el diseño de cada elemento del Sistema de Transmisión de
Información de audio mediante un puntero LASER
Documentos Se basa en parte en la experiencia 3 del Lab. de Electrónica B. del primer semestre del
relacionados año 2015
Autor DRS y GMG
Lectores Este documento está dirigido principalmente a los alumnos de la asignatura
Laboratorio Electrónica B, ELO- 109.
Historia del Documento
Versión
Fecha
3.0
24.04.2017
Explicación del cambio
Primer documento
Autor
DRS
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
Página ii
Índice de Materias
Prefacio ........................................................................................................................................................ ii
Historia del Documento .............................................................................................................................. ii
Lista de Figuras .......................................................................................................................................... iv
Lista de Tablas ........................................................................................................................................... iv
1
INTRODUCCIÓN............................................................................................................................. 1
2
OBJETIVOS ...................................................................................................................................... 2
3
Requisitos del Sistema. Etapa 1 ....................................................................................................... 3
3.1
3.2
4
4.1
4.2
4.3
5
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
5.13
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
Requisitos Funcionales .................................................................................................................... 3
Requisitos de Prueba ........................................................................................................................ 3
Diagrama de bloques del sistema ..................................................................................................... 5
Diagrama de Contexto ..................................................................................................................... 5
Diagrama de Bloques ....................................................................................................................... 6
Descripción de los bloques .............................................................................................................. 6
Módulos del Transmisor ................................................................................................................. 8
Definición ........................................................................................................................................ 8
Diagrama sugerido de módulos a emplear ....................................................................................... 8
Diseño de los módulos del Transmisor ............................................................................................ 9
Diseño de los módulos MADAP, AMPLINT, CONVI y LASER ................................................... 9
Diseño del módulo MADAP ........................................................................................................... 9
Diseño del módulo AMPLINT ....................................................................................................... 9
Diseño del módulo CONVI ............................................................................................................ 9
Diseño del módulo LASER ........................................................................................................... 9
Estrategia de pruebas de los Módulos MADAP, AMPLINT, CONVI y LASER .......................... 9
Estrategia de Prueba del Módulo MADAP .................................................................................... 10
Estrategia de Prueba del Módulo AMPLINT ................................................................................ 10
Estrategia de Prueba del Módulo CONVI...................................................................................... 10
Estrategia de Prueba del Módulo LASER...................................................................................... 10
Módulos del Receptor .................................................................................................................... 11
Definición ...................................................................................................................................... 11
Diagrama de los Módulos del Receptor ....................................................................................... 11
Diseño de los Módulos ACOND, AMPLINR, DETFUN e INLUM ........................................... 11
Diseño del Módulo ACOND ........................................................................................................ 12
Estrategia de Prueba de los Módulos ACOND, AMPLINR, DETFUN e INLUM ...................... 12
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
Página iii
Lista de Figuras
Figura 1: Diagrama de contexto del sistema ................................................................................... 5
Figura 2: Diagrama de bloques del SCVMCC ............................................................................... 6
Figura 3: Diagrama de circuito de los módulos .............................................................................. 8
Figura 4: Diagrama de circuito de medición de velocidad ........................................................... 11
Figura 5: Diagrama de circuito de alarma......................................Error! Bookmark not defined.
Lista de Tablas
Tabla 1: Módulos de la arquitectura del sistema ............................................................................ 6
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
Página iv
1 INTRODUCCIÓN
Este Proyecto Final del Laboratorio Electrónica B, primer semestre de 2017, se desarrolla en
tres etapas, que cubren tres métodos de transmitir información de audio a través de un canal
de comunicación inálambrico, constituído por un puntero LASER (transmisor) y un Díodo
fotoéléctrico (detector).
El sistema a emplear posee una estructura básica, que se modifica de acuerdo al método
usado para modular la intensidad del haz del LASER.
ETAPA 1 .- 2 sesiones : Transmisión y recepción por modulación lineal de la intensidad del
LASER .Detecta estado de la transmisión
ETAPA 2.- 3 sesiones : Transmisión y recepción por modulación de ancho de pulso (PWM)
de la intensidad del LASER. Incorpora un sistema de alarma de
detección.
ETAPA 3.- 3 sesiones : Transmisión y recepción por modulación en frecuencia (FM)
de la intensidad del LASER. Incorpora un sistema de alarma de
detección.
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
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2 OBJETIVOS
Adquirir experiencia en el diseño e implementación de circuitos electrónicos
complejos, empleando Amp. Operacionales, C.I. LM555, Amplificadores de potencia
integrados y transistores. Introducción en el área de comunicaciones en forma básica.
Diseño de filtros y su aplicación. Conceptos de potencia en frecuencias de audio.
Además, entregar una metodología para generar la documentación necesaria en la
ejecución de un proyecto electrónico
2.1
Documentación
La documentación del sistema incluye documentación existente, documentación a
desarrollar, y documentación a modificar.
2.1.1
Documentos a Desarrollar
Durante el proyecto se desarrollará o actualizará la siguiente documentación:
Código
Documento
DR
Documento de Requisitos
Este documento
DIS
Documento de Diseño
Detalles de la arquitectura y diseño
detallado (está incluído en el DR)
DIF
Documento Informe Final
Informe final con los circuitos diseñados y
resultados de las pruebas finales y
conclusiones
HM
Hoja de Medición
Especifica cada medición a realizar
(estrategia de prueba), basada en los
Requisitos de Prueba
Contenido
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
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3 Requisitos del Sistema. Etapa 1
Esta sección describe los requisitos funcionales del Sistema de Transmisión y Recepción por
modulación lineal de la intensidad del puntero LASER y las pruebas que se harán para
verificar que los requisitos se cumplen.
3.1 Requisitos Funcionales
Los requisitos funcionales definen el comportamiento del sistema. Es decir, describen lo que
debe hacer el sistema.
TRANSMISOR:
RF1 Debe adecuar en amplitud, una señal senoidal de audio de entrada (micrófono, salida
celular,etc), y darle un nivel continuo de operación
RF2 Debe generar una señal senoidal de corriente proporcional a la señal de entrada de
audio.
RF3 Activar un puntero laser de acuerdo a la señal de corriente acondicionada para la
transmisión del haz de luz.
RECEPTOR
RF4 Debe recibir la señal luminosa proveniente de un puntero laser y adecuarla en nivel
base adecuado
RF5 Debe generar una señal luminosa indicadora del estado de la recepción de señal laser
RF6 Debe modificar la señal recibida, para obtener una señal cuya amplitud sea proporcional
a la señal de audio portada en el haz luminoso,
RF7 Debe amplificar en potencia la señal de audio recuperada a un nivel >= 2 (w)
3.2 Requisitos de Prueba
Los requisitos de prueba son pruebas que se harán sobre el sistema diseñado para determinar
que se cumplan los requisitos funcionales.
TRANSMISOR
RP1 Al aplicar una señal, Ve ,de audio senoidal de 100 mV en vez del micrófono se
debe adecuar para lograr una señal de amplitud de 0 a 2 (v) ajustable manualmente,
en un punto de operación de 6 (v) y una respuesta en frecuencia con un ancho de
banda de 20 Hz a 10 (KHz)).
RP2 Con la señal de entrada Ve =0, se debe lograr obtener una señal continua de
corriente de salida de 15 mA (a través del LASER)
RP3 Con la señal de entrada, Ve, de RQ1, se debe lograr una señal de salida de
corriente senoidal de 2 mA de amplitud, con frecuencia de corte inferior <10 Hz y
frecuencia superior >10kHz
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
Página 3
RP4 Con una señal de corriente a través del LASER, el haz de luz debe ser recibido a
una distancia de >= a 1mt, por un sensor infrarrojo para observar la recepción del
haz, recuperando la señal de audio tansmitida
RECEPTOR
RP5 La recepción de la señal de luz del LASER debe poseer un nivel continuo
mayor de 2(v) para lograr activar un led verde, en caso contrario,(sino hay
recepción) un led rojo. Debe además obtenerse una señal senoidal igual o mayor a
100 mV (si es transmitida)
RP6 Al circuito amplificador lineal se le aplica una señal de 100mV senoidal en el
rango de 10Hz y 10Khz lográndose una respuesta = > a 2 (v), como respuesta en
frecuencia
RP7 La señal de audio recuperada, para una señal senoidal de audio de entrada, Ve,
de 100mV, debe tener una amplitud >= a 2v, en el rango de 20 Hz a 15 kHz, por lo
menos.
RP8 Considerando una señal senoidal de 2 v, en el rango de 20Hz y 15kHz, y que
pueda ser ajustada de 0 a 2v, debe ser amplificada para generar una señal de >= a
2(w) de salida en un parlante de 4 (Ω).
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
Página 4
4 Diagrama de bloques del sistema
Aquí se presenta la arquitectura que se empleará para desarrollar Sistema de Transmisión y
Recepción por modulación lineal de la intensidad del puntero LASER (STRLLASER)
4.1 Diagrama de Contexto
En el diagrama de contexto, el sistema está graficado como una caja negra, junto a los
principales entes externos al sistema que interactúan con él. Estos entes externos pueden ser
electrónicos, mecánicos, de software, e incluso personas. Las flechas que unen los entes
externos con el sistema indican flujos de datos desde o hacia el sistema.
Vcc
Micrófono,
celular, PC
Sistema de Transmisión y
Recepción por modulación lineal de
la intensidad del puntero LASER
STRLLASER
Figura 1: Diagrama de contexto del sistema
El STRLLASER recibe una señal de AUDIO, la cual es modificada y
transportada a distancia, a través de un puntero LASER, recepcionada y amplificada
en potencia para activar un parlante de 4(ohms) 10w
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
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4.2 Diagrama de Bloques
La siguiente figura muestra los módulos internos del sistema y sus principales interacciones.
Los módulos aparecen indicados con su nombre corto o abreviatura.
TRANSMISOR
Ve
MADAP
Vx
AMPLINT
CONVI
LASER
MIC
RECEPTOR
CANAL
INALÁMBRICO
Vs
AMPPOT
AMPLINR
ACOND
DETFUN
INLUM
Figura 2: Diagrama de bloques del STRLLASER
4.3 Descripción de los bloques
La Tabla 1 muestra los bloques de la Figura 1. Por cada módulo se entrega un breve párrafo
descriptivo de su propósito, además de la sección en donde se especifica el bloque en detalle.
Tabla 1: Módulos de la arquitectura del STRLLASER
Módulo
Propósito
MADAP
Permite adecuar la señal de entrada, polarizar
micrófono, por ej.
AMPLINT
Amplificador de señal alterna del transmisor, con
punto de operación fijo
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
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Sección
5
Módulo
Propósito
CONVI
Conversor de voltaje a corriente
LASER
Puntero que permite transmitir una señal luminosa
ACOND
Acondiciona la señal recibida por el sensor
fotoeléctrico, para tener un punto de operación
(cc) y nivel de señal ac adecuado
AMPLINR
Amplificador de señal alterna del Receptor, con
punto de operación fijo
AMPOT
Amplificador de potencia clase B
DETFUN
Detector de funcionamiento del Tx/Rx. Permite
obtener un nivel de señal de acuerdo a la
presencia de haz de luz recibido
INLUM
Indica el funcionamiento del Tx/Rx, luz verde:
operación OK, Luz roja no hay recepción
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
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Sección
5 Módulos del Transmisor
5.1 Definición
Generar una señal senoidal proporcional a una señal de entrada de audio,
Propósito
Adecuándola en un punto de operación y amplitud (ajustable manual)
para generar una señal de corriente que permite modificar la intensidad de
un puntero LASER
5.2 Diagrama sugerido de módulos a emplear
Se muestra en la Fig 3, diferentes circuitos que se pueden emplear, conectándolos
adecuadamente, para configurar el sistema transmisor
+Vcc
+Vcc
R4
Ve
VO
+Vcc
LASER
+
IC2
T
MICROFONO
Is
MIC
POLARIZADO
R1
Conversor V/I
Is = KI * Ve
+Vcc
Ve
+
VO
IC2
+Vcc
R2
C3
AMPLIFICADOR
DE
POTENCIA
TDA 2030
C2
P1
AMP AC
DETECTOR DE
LASER
R3
Figura 3: Diagrama de circuito de los módulos sugeridos
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
Página 8
5.3 Diseño de los módulos del Transmisor
[Aquí indicará el diagrama de circuito del Transmisor con cada uno de los módulos a
amplear)
5.4 Diseño de los módulos MADAP, AMPLINT, CONVI y LASER
(Aquí debe realizar el diseño de cada uno de los módulos de acuerdo al propósito planteado,
indicando las ecuaciones de diseño para cada uno de sus componentes)
5.5 Diseño del módulo MADAP
(Circuito correspondiente y ecuaciones de diseño para cada uno de sus componentes)
5.6 Diseño del módulo AMPLINT
(Circuito correspondiente y ecuaciones de diseño para cada uno de sus componentes)
5.7 Diseño del módulo CONVI
(Circuito correspondiente y ecuaciones de diseño para cada uno de sus componentes)
5.8 Diseño del módulo LASER
(Circuito correspondiente y ecuaciones de diseño para cada uno de sus componentes)
5.9 Estrategia de pruebas de los Módulos MADAP, AMPLINT, CONVI
y LASER
[Explique cómo probará los módulos, variables a medir, gráficos teóricos, tablas,
instrumentos]
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
Página 9
5.10 Estrategia de Prueba del Módulo MADAP
[Explique cómo probará los módulos, variables a medir, gráficos teóricos, tablas,
instrumentos]
5.11 Estrategia de Prueba del Módulo AMPLINT
[Explique cómo probará los módulos, variables a medir, gráficos teóricos, tablas,
instrumentos]
5.12 Estrategia de Prueba del Módulo CONVI
[Explique cómo probará los módulos, variables a medir, gráficos teóricos, tablas,
instrumentos]
5.13 Estrategia de Prueba del Módulo LASER
[Explique cómo probará los módulos, variables a medir, gráficos teóricos, tablas,
instrumentos]
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
Página 10
6 Módulos del Receptor
6.1 Definición
Propósito
Este conjunto de módulos tiene como objetivo acondicionar la señal
proveniente del laser, a través de un díodo detector (en el rango de la
longitud de onda del puntero laser), amplificarla en voltaje
adecuadamente para luego, amplificarla en potencia (corriente) y pueda
ser audible (con ajuste de nivel) en un parlante. Además, debe indicarse el
estado de operación de la transmisión con un indicador luminoso, esto
permite tener una indicación visible para alinear correctamente los
elementos ópticos.
6.2 Diagrama de los Módulos del Receptor
El diagrama de la Fig.4, corresponde al sistema de recepción empleado según los circuitos
sugeridos en la Fig.4
Figura 4: Diagrama de circuito del Receptor
6.3 Diseño de los Módulos ACOND, AMPLINR, DETFUN e INLUM
[Aquí debe realizar el diseño de cada uno de los módulos de acuerdo al propósito planteado,
indicando las ecuaciones de diseño para cada uno de sus componentes. Aplicar formato de
diseño del Transmisor]
Figura 5: Diagrama de circuito del ACOND
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
Página 11
6.4 Diseño del Módulo ACOND
[Circuito correspondiente y ecuaciones de diseño para cada uno de sus componentes]
6.5 Estrategia de Prueba de los Módulos ACOND, AMPLINR,
DETFUN e INLUM
[Explique cómo probará los módulos, variables a medir, gráficos teóricos, tablas,
instrumentos ]
Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER
Página 12