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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE LA CIUDAD DE MÉXICO 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
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE LA CIUDAD DE MÉXICO 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.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE LA CIUDAD DE MÉXICO 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.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE LA CIUDAD DE MÉXICO 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.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE LA CIUDAD DE MÉXICO 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.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE LA CIUDAD DE MÉXICO 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 = - 377
En la grafica se muestra que el sistema es estable por estar el polo en el eje izquierdo.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE LA CIUDAD DE MÉXICO Diagrama de bode del sistema.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE LA CIUDAD DE MÉXICO 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 = 0.3141*z-1 /(1 – 0.6859*z-1)
entonces se obtiene la ecuación en diferencias.
Y[n] = 0.6859*y[n-1] + 0.3141*x[n-1]
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE LA CIUDAD DE MÉXICO 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.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE LA CIUDAD DE MÉXICO 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.