Diseño y construcción de un sistema de control automático de ganancia para señales de baja frecuencia
Fecha
2019-12-03Registro en:
Pérez Martínez, Guillermo.(2018). Diseño y construcción de un sistema de control automático de ganancia para señales de baja frecuencia (Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica). Instituto Politécnico Nacional, Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Zacatenco, México.
Autor
Pérez Martínez, Guillermo
Institución
Resumen
RESUMEN: (Introducción): Los circuitos de Control Automático de Ganancia (AGC por sus siglas en inglés) tienen una amplia variedad de aplicaciones en sistemas en los cuales se cuenta con una señal de entrada con un gran rango dinámico y en donde se requiere que, además de disminuir dicho rango, se mantenga en un nivel constante la señal procesada para los siguientes bloques del sistema. Este hecho amplía de manera considerable el número de dispositivos en los cuales los AGC se pueden implementar, como en aplicaciones relacionadas con equipos médicos, multimedia, comunicación alámbrica e inalámbrica, sensores, entre otras.; Como ejemplo de lo anterior se puede mencionar principalmente a la radio y televisión, en donde se usan técnicas de control automático de ganancia para asegurar un nivel de salida constante pese a las condiciones inciertas de recepción que puedan existir [8], de igual manera Pérez, Pueyo y López [15] mencionan que este sistema se utiliza en controladores de disco para estabilizar el voltaje suministrado a la sección de detección y filtrado en el canal de lectura, en los auxiliares auditivos modernos es empleado para adaptar las variaciones de la información al rango dinámico de la persona con discapacidad auditiva, de igual manera es un bloque critico en muchas aplicaciones de comunicaciones como los portables, sistemas ópticos, WLAN, receptores de Bluetooth, entre otras. Donde la amplitud de la señal recibida depende de la distancia entre el transmisor y el receptor.
En la actualidad existe una gran cantidad de personas aficionadas al desarrollo de proyectos electrónicos, ya sea meramente como una actividad de recreación y entretenimiento, tal como se puede ver con las personas auto denominadas hobbistas electrónicos, o aquellas personas que realizan esta clase de actividades con un enfoque más comercial, como los creadores de gadgets. Independiente al fin último que cada persona tenga al realizar esta clase de actividades, lo cierto es que esta comunidad se vuelve cada vez más grande y, por lo tanto, el campo de desarrollo de tecnología por parte de los mismos es más extensa. Muestra de lo anterior es la cantidad de comunidades que se han creado en la Web enfocadas a compartir ideas, proyectos y diseños de tipo académico, industrial, para aplicaciones domésticas entre otras. Comunidades tales como Instructables [1], o Intel Community [5] publican diariamente tutoriales, diseños y ayuda para proyectos electrónicos relacionados con sistemas sensores, internet de las cosas (IoT), entre otros. Son precisamente estas comunidades las que representan un mercado importante en el rubro de herramientas de acondicionamiento de sensores, razón por la cual se proyecta en este trabajo el diseño de un sistema con una arquitectura del tipo AGC que pueda ser utilizado en aplicaciones generales creadas por integrantes de las comunidades antes mencionadas o incluso aplicaciones de estudiantes de ingeniería donde se requiere una etapa de tratamiento previo a una señal para poder ser utilizada o estudiada, siendo este diseño una herramienta que facilite el desarrollo de los trabajos mencionados al evitar trabajar en el diseño de circuitos de pre-amplificación de la señal, permitiendo enfocar el trabajo de diseño a la aplicación posterior a esta etapa, según la aplicación que se desee.
El prototipo del Controlador Automático de Ganancia resultante de la integración de los diseños que se estudiarán en los capítulos siguientes fue aplicado en una Tecnología de Inspección Electromagnética Superficial (TIEMS®) desarrollada por el Instituto Mexicano del Petróleo para el sector de hidrocarburos. La implementación del desarrollo presentado en sistemas de medición de campo magnético generado en ductos de transporte y distribución permitirá realizar las mediciones amplificando la señal apenas perceptible, adquirir los datos a través de un convertidor analógico-digital y enviarlos al sistema de procesamiento del dispositivo de medición. De esta forma se busca presentar y explicar el diseño de los circuitos electrónicos de acondicionamiento y amplificación, integrar los circuitos antes mencionados, analizar los resultados de las simulaciones y finalmente realizar las pruebas de campo integrando el dispositivo a la tecnología TIEMS®.
El sistema de Control Automático de Ganancia propuesto está basado en algunos trabajos existentes, principalmente se usaron como referencia: El libro de Pérez et al. [14], que menciona las pautas a seguir para el diseño de los sistemas de control automático de ganancia. El diseño propuesto por Moro Frías et al [9]., de un circuito de control automático de ganancia para sistemas sensores, el cual sirvió de base para la estructuración de los bloques generales del sistema y en específico para el diseño del detector de pico. De igual manera se mencionará al diseño propuesto por Li et al. [6], de un bucle de retroalimentación de tipo AGC para aplicaciones de transceptor RF, el cual sirvió de apoyo para la creación del algoritmo de control del amplificador de ganancia variable del circuito propuesto en este trabajo. Dando seguimiento al texto se mencionarán de igual manera las aportaciones en sistemas de este tipo, descritos por otros autores según se presente el tema.
El contenido de este trabajo está organizado de la siguiente forma: En el capítulo 1 se explican brevemente los antecedentes de los sistemas de Control Automático De Ganancia, de igual forma explica el funcionamiento de la tecnología TIEMS® del Instituto Mexicano del Petróleo, aplicación en la cual fue probado el dispositivo. En el Capítulo 2 se mencionan los aspectos teóricos que componen de manera general un sistema de Control Automático De Ganancia, así como la explicación detallada de los bloques principales que lo conforman, los tipos que existen, su funcionamiento general y el aporte específico que otorga dentro del sistema AGC, además de los datos técnicos del microcontrolador que se utilizará para controlar el circuito Amplificador de Ganancia Variable. Posteriormente, en el capítulo 3 se presentará la descripción técnica del circuito a diseñar, presentando de igual manera las características que se planea tendrá dicho sistema, características como frecuencia de trabajo, voltaje de alimentación del circuito propuesto, tiempo de respuesta, etc. En la parte final de dicho capítulo se muestra el proceso de diseño de cada uno de los bloques que componen el sistema AGC propuesto, los cálculos realizados, la configuración requerida, los resultados de las simulaciones de computadora, así como la construcción del dispositivo físico, los resultados obtenidos en laboratorio y en las pruebas de campo. Seguidamente, en el capítulo 4 se abordará la planeación de las tareas y su duración temporal, así como el análisis de costos de la creación del circuito. Finalmente, se presentan las conclusiones del proyecto y el análisis de los posibles trabajos futuros que pueden basarse del presente escrito.