Aplicatie Elev E.Pausan

Click here to load reader

  • date post

    22-Jun-2015
  • Category

    Education

  • view

    3.333
  • download

    3

Embed Size (px)

description

Prezentarea unui proiect din pespectiva elevilor ("Achizitie computerizata de date experimentale") - metoda Intel teach.

Transcript of Aplicatie Elev E.Pausan

  • 1. PREZENTARE PROIECTDIN PERSPECTIVA ELEVULUI PROIECT EDUCAIONAL - FIZIC CURS OPIONAL Modelare, achiziie de semnal i prelucrri de date>>

2. Am vizitat cu aproape un an n urm Salonului Internaional de Invenii, Cercetare tiinific i Tehnologii Noi INVENTIKA 2008. Aici erau expuse diferite sisteme conectate la computere i am putut urmri pe monitoare fiecare schimbare ce se producea n acele sisteme, nsoit de o analiz a proceselor. n acest context am aflat i de existena unor instrumente de msur realizate prin soft care pot nlocui instrumente clasice scumpe Tehnologiile digitale >> 3. Am dorit s aflm mai multe despre modul n care este adus realitatea n lumea cifrelor 0 i 1. Am dorit s aflm cum putem realiza un instrument care s comande msurri, s colecteze date cu mare precizie, s ni le afieze i s le memoreze n calculator. Am dorit s aflm ce echipamente sunt necesare pentru ca astfel de instrumente s colecteze date din lumea real. Astfel, a fost lansat proiectul nostru .. >> 4. > 5. Cum putem aduce semnale fizice din lumea real 1 ntr-o form ce poate fi neleas de calculator ? 2 Cum putem programa achiziia, prezentarea i stocarea datelor?ntrebrile unitii de nvare > 6. Cum putem aduce realitatea 1 ntr-o form ce poate fi neleas de calculator ? Reprezentarea informaiei n semnale analogice i digitaleEtapele digitizrii unui semnal analogCondiii n care semnalul digital poate reproduce ct mai fidel informaia coninut n semnalul analog > 7. 1 Aspecte teoreticeSemnalele se clasific prin modul n care transmit informaia.Semnale analogicereprezentare prin funcii continue n timp Semnale digitalereprezentare matematic printr-un cod(de exemplu cel binar) > 8. 1Aspecte teoretice Transformarea unui semnal analogic n unul digital este un proces n care o funcie continu este adus ntr-o form discret. Conversia A/D este un proces care implic trei operaii:const n preluarea unui semnal anlogic printr-un puls eantionare periodic care va permite trecerea semnalului doar atta timp ct pulsul este activcuantizareconst n interpretarea unei cantiti continue printr-un set finit de valori discreteeste etapa de alocare a unui numr finit de bii codarefiecrui nivel de reprezentare (fiecrui eantion al semnalului).> 9. > 10. 1Aspecte teoretice Semnalele eantionate pot fi obinute prin procedeul Sample and Hold - eantionare i reinere, folosind un circuit de eantionare realizat n general dintr-un comutator (care se deschide pentru foarte scurt timp la momentele de eantionare) i un element de memorare (poate fi un condensator) pentru pstrarea constant a valorii tensiunii semnalului pn la momentul urmtor de eantionare.Valoarea momentan a semnalului eantionat se numete eantion.Caracteristici ale semnalului eantionat: Intervalul de timp T dintre dou eantioane successive se numeteperioad de eantionare (sampling time). 1/T=fs se numete rat de eantioanare (sampling rate) saufrecven de eantionare (se masoar n Hertz).Frecvena de eantionare determin ct de des are loc conversia.Pentru a evidenia caracteristici ale semnalului eantionat am realizat un studiu pe model folosind simulri n LabVIEW i Excel.> 11. 1 Rezultate ale eantionrii unui semnal Umax (V) f_semnal (Hz) T_semnal (s) f_eantionare (Hz) T_eantionare (s) n=f_semnal/f_eantionare550 0.02 67 0.0149253731.345 4 3 2 1 t (s)U (V)0 0 0.01 0.020.030.04 0.050.06 0.07 0.08 0.09 0.1-1 -2 -3 -4 -5semnalsemnal_esantionat Studiu pemodel[Concluziile noastre >>] > 12. Concluziile noastre Realiznd un studiu pe model asupra rezultatelor eantionrii unui semnal alternativ am constat faptul c: la rate de eantionare mai micidect dublul frecvenei semnaluluioriginal (n = feantionare/fsemnal 2,pierderea deinformaie fiind cu att mai miccu ct raportul dintre frecvenade eantionare i a semnaluluioriginal este mai mare. 13. 1 Aspecte teoretice suplimetare Teorema Nyquist prezint condiiile eantionrii optime unui semnal analog n componena cruia pot intra mai multe frecvene. Pentru ca semnalul eantionat s reproduc ct mai fidel semnalul analogic este necesar eantionarea la o rat mai mare dect dublul frecvenei maxime a componentei ce se dorete a fi detectat (numit frecventa Nyquist). De exemplu, semnalele emisiilor acustice, obinute folosind un microfon, au frecvene de pn la 20 kHz. Prelucrarea optim a acestora se poate realiza cu o rat de eantionare de cel puin 40 kHz.> 14. 1 respectnd teorema Nyquist Activitate practic Pentru conversie i comprimare am folosit programul Quintessential ( http://www.quinnware.com/downloads.php)> 15. 1Dac frecvena de eantionare este mai mic dect dublul frecvenei maxime a semnalului original, din eantioanele rezultate se obine i un semnal cu caracteristici diferite de cel iniial, informaia fiind deteriorat. Acest efect este cunoscut sub numele de aliere (aliassing).n aceste condiii:Activitatepractic sunetele sunt distorsionate; imaginile au contururi neregulate i pot fi posterizate; n secvenele video micrile sunt subeantionareeantioare optim redate sacadat. Rezultate obinute de noi prin procesarea unor imagini > 16. 1 Aspecte teoretice Prin cuantizare, un interval de valori este reprezentat printr-un singur numr cu precizie finit. Folosind n bii pentru a reprezenta valoarea fiecrui eantion, domeniulcuantizare de valori ale semnalului este mprit n 2n subintervale (2n nivele de cuantizare).Acest lucru va determina aproximarea infinitii de valori ale semnalului printr-o mulime discret de 2n valori (distana dintre dou nivele consecutive de cuantizare este numit pas de cuantizare).> 17. > 18. Prin cuantizare,valoarea analogic la unmoment t este aproximat lavalori ce corespund nivelelorde cuantizare. Alegnd, nsimulare, o reprezentare pe3 bii, domeniul [-4, 4] V estemprit n 8 subnivele cupasul de 1V. Astfel, primavaloare nenul eantionateste aproximat de la 2,229Vla 2V, a doua de la 2,298 la3V, a patra de la 1,763 la 2V,etc.Studiu pemodel [Simulare LabVIEW] > 19. [Rezultate ale cuantizrii] Concluziile noastre Cu ct numrul de bii utilizat pentru reprezentare este mai mare, cu att eroarea de cuantizare (diferena dintre valoarea semnalului i valoarea asociata prin cuantizare) este mai mic.> 20. 1Aspecte teoretice Folosind n bii pentru reprezentare, prin codare pot fireprezentate N numere pozitive cuprinse ntre 0 i 2n-1:0 26. 2 Cum putem programaachiziia,prezentarea istocarea datelor?Principalelecomponentealeunui sistem computerizat de msurare i rolul acestoraSoluiipentruconfigurareauneiachiziii computerizate de date experimentaleElemente de programare LabVIEW ce pot fi utilizate pentru realizarea unui instrument virtual> 27. 2 cu plci de achiziie de date Un astfel de sistem are ca principal component un convertor Analog Digital inclus ntr-un device numit plac de achiziie. Convertorul are rolul de a transforma semnalul analog ntr-un semnal digital, ce poate fi apoi prelucrat de calculator. Placa de achiziie permite, prin construcia sa, msurarea de semnale pe mai multe canale, numrul maxim al acestora fiind o caracteristic a acelui device.Principalele componente ale unui sistem computerizat de msurareproiectat pentru semnale de tip analog > 28. 2i clasificarea acestora dup principiul de funcionareTraductoarele sunt utilizate n general pentru a transforma semnale fizice neelectrice n semnale electrice (ce pot fi aplicate sistemului computerizat).[principiu] [detalii] [detalii] > 29. 2 i clasificarea acestora dup principiul de funcionare> 30. 2 i clasificarea acestora dup principiul de funcionare> 31. 2 dup mrimile detectate Mrime fizic Elemente sensibileMrime fizic Elemente sensibile-rezistive;-inductive;-termorezistene; DEPLASARE-fotoelectrice;TEMPERATUR -termistoare;-electrodinamice -termocupluri; -termorezistive;electrodinamice CONCENTRAIE-electrochimice;VITEZfotoelectrice;-conductometrice.termorezistive. -fotoelectric;-rezistive;-detectoare n infrarou;-inductive;RADIAIE -elemente sensibile bazate-capacitive;FORpe ionizare.-piezorezistive;-piezoelectrice;-magnetostrictive. > 32. 2Vom exemplifica pentru un microfon clasic, compus dintr-un magnet permanent, o bobina circular mobil i o membrana realizata din mase plastice. Principiul de funcionare al acestuia este similar modului de funcionare a urechii umane: sunetele care ajung microfon produc vibraii ale membranei acestuia, determinnd, prin deplasarea bobinei de care este prins, generarea de semnale erlectrice prin inducie electromagnetic. Variaia n timp a amplitudinii semnalelor generate red variaia n timp a amplitudinilor sunetului captat. Calitatea sunetului este mai bun cu ct numrul de bii pentru conversia Analog Digital este mai mare i cu ct intervalul de timp dintre captarea a dou eantioane succesive este mai mic (eroarea de cuantificare este datorat reprezentrii printr-un numr finit de bii a tensiunilor electrice generate).> 33. 2 Principiul de funcionareScanner-ul poate converti o imagine de pe hrtie sau de pe o suprafa plan oarecare ntr-un semnal electric prin detectarea diferenelor de strlucire a unei imagini sau a unui obiect folosind o matrice de elemente sensibile (senzori).Senzorii nregistreaz date privind strlucirea fiecrui punct al unei singure linii a imaginii/obiectului. Dup colectarea datelor de pe o linie, se realizeaz deplasarea senzorii la urmtoarea linie care trebuie citit. 34. 2 Principiul de funcionareTableta grafic este un dispozitiv indicator cu funcii similare mouse-ului. n interiorul planetei unei tablete grafice se afl o reea de conductoare foarte fine, parcurse de pulsuri rapide de curent electric. Un electromagnet i un amplificator amplasate n puck sau stilou vor sesiza aceste pulsuri comunicnd calculatorului poziia curent. 35. 2 Activitate Pentru a detecta micri ale corpurilor, am realizat practicun traductor simplu folosind o bobin i un magnet. Folosind un sistem computerizat ce a inclus i traductorul realiza