РОЗРОБКА КУРСОВОГО ПРОЕКТУ ОСНОВИ ЗБОРУ ОБРОБКИ ТА ПЕРЕДАЧІ

РОЗРОБКА КУРСОВОГО ПРОЕКТУ ОСНОВИ ЗБОРУ ОБРОБКИ ТА ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ

ТЕМА: РЕАЛІЗАЦІЯ СИСТЕМИ ЦИФРОВОЇ ФІЛЬТРАЦІЇ СИГНАЛІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПРОГРАМНИХ ПАКЕТІВ MATLAB, LABVIEW. МЕТА: розробка цифрового фільтра для виконання фільтрації вхідного сигналу. КП ВКЛЮЧАЄ: • 1. ВСТУП • 2. ІНФОРМАЦІЙНИЙ РОЗДІЛ / АНАЛІТИЧНИЙ РОЗДІЛ • 3. ПРОГРАМНИЙ РОЗДІЛ • 4. ВИСНОВКИ • 5 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ВХІДНІ ДАНІ: директоріїя DATA (таблиця 1. 1) № Середо-вище розробки Ім’я файлу Стовп-ці даних 1 Mat. Lab DATA_2_8000 1, 2 2 Lab. VIEW DATA_2_44100 1, 2 3 Mat. Lab DATA_3_12000 1, 2 4 Lab. VIEW DATA_3_32000 1, 2 Завантажуємо дані в Matlablabview

ПРОГРАМНИЙ РОЗДІЛ MATLAB (ПАКЕТ SIMULINK) ЗАВДАННЯ: • візуалізація вхідного сигналу у програмному середовищі Matlab (Simulink); • аналіз частотного складу вхідного сигналу з метою виділення частот шумів та завад; • розробка специфікації та синтез цифрового фільтра; • фільтрація вхідного сигналу; • порівняння вихідного і фільтрованого сигналів у часовій і частотній областях.

Візуалізація вхідного сигналу (для оброблення) • відкриваємо програму Simulink, створюємо нову sмодель. Розміщуємо блок From Workspace бібліотеки Sources. Відкриваємо блок і вказуємо ім’я створеної змінної; • з’єднуємо блок From Workspace з блоком Scope бібліотеки Sinks (рисунок 1). Переглядаємо вхідний сигнал. Рис 1 – Модель для перегляду вхідного сигналу Рис 1. 1 – Візуалізація вхідного сигналу

Записуємо дискретний вхідний сигнал у змінну робочої області in_d за допомогою блока To Workspace у форматі Structure With Time. частота 1/10000 Гц Рис 2 – Модель для перегляду дискретизованого сигналу Рисунок 2. 2 – Налаштування To Workspace Рисунок 2. 1 – Перегляд дискретизованого вхідного сигналу

Аналіз частотного складу вхідного сигналу Додаємо блок Powergui бібліотеки Sim. Power. System. Рис 3 – Модель для перегляду частотного складу сигналу пункт FFT Analysis і вказуємо параметри: Number of cycles – число циклів; Fundamental frequency – фундаментальну частоту; Display style – стиль відображення; Max frequency – максимальне значення частоти. Робимо висновок про те які шуми містить вхідний сигнал? На прикладі містяться високочастотні шуми. Для їх усунення необхідно розробити фільтр низьких частот. Рисунок 3. 1 – Аналіз частотного складу вхідного сигналу

РОЗРОБКА ФІЛЬТРУ Специфікація ЦФ здійснюється блоком Digital Filter Design бібліотеки Signal Processing Blockset Рис 4 – Модель з реалізованим ЦФ Рисунок 4. 1 – Розробка специфікації ЦФ

Н 1 – коефіцієнт передачі (звичайно Н 1 = 1); ∆Ап – допуск відхилення АЧХ від бажаного виду в смузі пропускання; ∆Аз – загасання в смузі запирання; ωпр, ωз – частоти пропускання й затримання, рад/с. Рисунок 5 – Схема допусків Фактор Рекурсивний фільтр Нерекурсивний ФЧХ Погано управляється Може бути лінійною Стійкість Можуть Завжди стійкі бути нестійкими Автоколивання Можуть бути Відсутні Порядок Менше Більше Аналоговий прототип Мається Відсутній

Розробка специфікацій цифрового фільтра фільтр низьких частот Рисунок 6– Вхідний і відфільтрований сигнал FIR (Lowpass) Рисунок 6. 1 – Аналіз частотного складу вихідного сигналу FIR (Lowpass)

фільтр високих частот Рисунок 7 – Специфікація цифрового фільтра IIR (Highpass Chebyshev Type 1)

смуговий фільтр

режекторний фільтр Chebyshew Type 1 IIR

Labview • Завантаження даних Елемент блок-схеми завантаження даних

Візуалізація сигналу для оброблення Створюєм новий документ – New VI. На лицевій панелі розміщуємо елементи: графік осцилограми– Modern → Graph → Waveform Graph та індикатор для введення імені файла даних Modern → String&Path → File Path Control. Потім на блок – діаграмі розміщено ВП читання файла Programming → File I/O → Read Meas File. До входу File Name підключаємо термінал елемента File Path Control. Вихід «Signals» з’єднуємо проведенням з терміналом графіка (Рисунок 1). «Run» Рисунок 1 – Блок-схема візуалізації вхідного сигналу Рисунок 1. 1 – Вхідний сигнал

Програмна реалізація цифрового фільтра Проводимо аналіз частотного складу вхідного сигналу. На лицевій панелі розміщуємо елемент графіка осцилограми Modern→ Graph → Waveform Graph для перегляду спектра. На блок-діаграмі розміщуємо ВП для побудови спектра сигналу – Programming → Signal Processing → Spectral Analysis → Auto Pwr Spect. До входу «Signal(V)» приєднуємо вхідний сигнал. Вихід «Power Spectrum (V^2 rms)» буде містити спектр сигналу (Рисунок 2). «Run» та дивимось сигналу (Рисунок 2. 1) спектр вхідного Рисунок 2 – Блок-схема реалізації спектру сигналу Рисунок 2. 1 – Вхідний спектр сигналу

Фільтрація вхідного сигналу Розробка специфікації та синтез цифрового фільтра. розміщуємо два графіка осцилограми На блок-діаграмі розміщуємо ВП Modern → Graph → Waveform Graph для розробки фільтра Functions → Addons → перегляду відфільтрованого сигналу та Digital Filter Design → його спектра. Classical Filter. У вікні налаштувань блока визначити специфікацію фільтра для фільтрів ФВЧ, ФНЧ, РФ, СФ. (Рисунок 3, 4, 5, 6). Розміщуємо ВП процесу фільтрації Functions → Addons → Digital Filter Design → Processing → Filtering. З’єднуємо його вхід «Filter» з виходом Classical Filter «filter out» , а на вхід «signal in» подаємо вхідний сигнал. Вихідний (1. 1, 2. 1, 3. 1, 4. 1). Для цього об’єднуємо сигнали функцією об’єднання Signal Manipulations → Split Signals. Блок схема ЦОС зображена на рисунку 2. 2.

Рисунок 2. 2 – Блок-схема системи ЦОС

Розробка специфікації СФ Рисунок 3– Специфікація СФ Рисунок 1. 1 – Графіки вхідних і вихідних сигналів СФ

Розробка специфікації РФ Рисунок 4– Специфікація РФ Рисунок 2. 1 - Графіки вхідних і вихідних сигналів РФ

Розробка специфікації ФНЧ Рисунок 5– Специфікація ФНЧ Рисунок 3. 1 - Графіки вхідних і вихідних сигналів ФНЧ

Розробка специфікації ФВЧ Рисунок 6– Специфікація ФВЧ Рисунок 4. 1 - Графіки вхідних і вихідних сигналів ФВЧ

Реалізація системи ЦО інформації Візуалізація вхідного сигналу зчитуємо переглядаємо Аналіз частотного складу вхідного сигналу Переглянули спектр (які шуми присутні? ) Фільтрація вхідного сигналу Розроблюємо специфікацію ЦФ Синтез ЦФ Підібрати як мінімум 4 види фільтрів: ФВЧ, ФНЧ, РФ, СФ Переглядаємо та порівнюємо вх і вих сигнали