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Universidad Técnica Federico Santa MaríaDepartamento de Electrónica

LABORATORIO ELECTRÓNICA B

Proyecto Final

“Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASER”

Fecha 24.04.2015

Versión 3.1

Profesores Daniel Rodríguez

Gustavo Marín

Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASERPágina i

Prefacio

Alcance del documento

Establece los requisitos funcionales que debe cumplir el diseño del Proyecto Final del 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

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Se basa en parte en la experiencia 3 del Lab. de Electrónica B. del primer semestre del 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 Explicación del cambio Autor

3.0 24.04.2017 Primer documento DRS

Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASERPágina ii

Índice de Materias

Prefacio........................................................................................................................................................ iii

Historia del Documento.............................................................................................................................iii

Lista de Figuras............................................................................................................................................v

Lista de Tablas.............................................................................................................................................v

1 INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................1

2 OBJETIVOS.......................................................................................................................................2

3 Requisitos del Sistema. Etapa 1........................................................................................................3

3.1 Requisitos Funcionales.....................................................................................................................33.2 Requisitos de Prueba.........................................................................................................................3

4 Diagrama de bloques del sistema......................................................................................................5

4.1 Diagrama de Contexto......................................................................................................................54.2 Diagrama de Bloques........................................................................................................................64.3 Descripción de los bloques...............................................................................................................6

5 Módulos del Transmisor..................................................................................................................8

5.1 Definición.........................................................................................................................................85.2 Diagrama sugerido de módulos a emplear........................................................................................85.3 Diseño de los módulos del Transmisor.............................................................................................95.4 Diseño de los módulos MADAP, AMPLINT, CONVI y LASER...................................................95.5 Diseño del módulo MADAP............................................................................................................95.6 Diseño del módulo AMPLINT........................................................................................................95.7 Diseño del módulo CONVI.............................................................................................................95.8 Diseño del módulo LASER............................................................................................................95.9 Estrategia de pruebas de los Módulos MADAP, AMPLINT, CONVI y LASER...........................95.10 Estrategia de Prueba del Módulo MADAP.....................................................................................105.11 Estrategia de Prueba del Módulo AMPLINT.................................................................................105.12 Estrategia de Prueba del Módulo CONVI......................................................................................105.13 Estrategia de Prueba del Módulo LASER......................................................................................10

6 Módulos del Receptor.....................................................................................................................11

6.1 Definición.......................................................................................................................................116.2 Diagrama de los Módulos del Receptor........................................................................................116.3 Diseño de los Módulos ACOND, AMPLINR, DETFUN e INLUM............................................116.4 Diseño del Módulo ACOND.........................................................................................................126.5 Estrategia de Prueba de los Módulos ACOND, AMPLINR, DETFUN e INLUM.......................12

Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASERPágina iii

Lista de FigurasFigura 1: Diagrama de contexto del sistema....................................................................................1Figura 2: Diagrama de bloques del SCVMCC................................................................................2Figura 3: Diagrama de circuito de los módulos...............................................................................4Figura 4: Diagrama de circuito de medición de velocidad..............................................................6Figura 5: Diagrama de circuito de alarma.......................................................................................8

Lista de TablasTabla 1: Módulos de la arquitectura del sistema.............................................................................3

Sistemas de Transmisión de Información de audio mediante un puntero LASERPágina iv

1 INTRODUCCIÓNEste 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 LASERPágina 1

2 OBJETIVOSAdquirir 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 Contenido

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


3 Requisitos del Sistema. Etapa 1Esta 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 FuncionalesLos 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 PruebaLos 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


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).


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 ContextoEn 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.

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


4.2 Diagrama de BloquesLa siguiente figura muestra los módulos internos del sistema y sus principales interacciones. Los módulos aparecen indicados con su nombre corto o abreviatura.

Figura 2: Diagrama de bloques del STRLLASER

4.3 Descripción de los bloquesLa 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 Sección

MADAP Permite adecuar la señal de entrada, polarizar micrófono, por ej.

5

AMPLINT Amplificador de señal alterna del transmisor, con punto de operación fijo


Módulo Propósito Sección

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

DETFUNDetector 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


5 Módulos del Transmisor5.1 Definición

Propósito Generar una señal senoidal proporcional a una señal de entrada de audio,

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 emplearSe muestra en la Fig 3, diferentes circuitos que se pueden emplear, conectándolos adecuadamente, para configurar el sistema transmisor

Figura 3: Diagrama de circuito de los módulos sugeridos


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]


5.10Estrategia de Prueba del Módulo MADAP[Explique cómo probará los módulos, variables a medir, gráficos teóricos, tablas, instrumentos]

5.11Estrategia de Prueba del Módulo AMPLINT[Explique cómo probará los módulos, variables a medir, gráficos teóricos, tablas, instrumentos]

5.12Estrategia de Prueba del Módulo CONVI[Explique cómo probará los módulos, variables a medir, gráficos teóricos, tablas, instrumentos]

5.13Estrategia de Prueba del Módulo LASER[Explique cómo probará los módulos, variables a medir, gráficos teóricos, tablas, instrumentos]


6 Módulos del Receptor6.1 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 ReceptorEl 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


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 ]


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