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µ
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µ
·
·
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µ
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µ
k = 1,5
w = 3m/s
s = 0,5
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S 11
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I cc
V CA
P mp
V mp
I mp
∆
∆
∆
∆
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ms
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V binmax
Dmax
P TXmax P RXmax
P inactivo
V binmax
Dmax
P TXmax
P RXmax P inactivo P espera
V binmax
Dmax
f c
V cc
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SINCRONIZACIÓN
SENSORES
INTERFAZ
INALÁMBRICA
GESTIÓNDE
ENERGÍA
SISTEMA
CONTROL(µcontrolador)
- Red Asíncrona
- Red Síncrona
1500 m
s
3 · 108 ms
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σ
α
α = 0,0173
f σ
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V binmax
Dmax
P TXmax
P RXmax
P inactivo
V binmax
P TXmax
P RXmax
P inactivo
Dmax
m2
λ
I
I 0
I (λ) = I 0(λ)e−κ(λ)d
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κ(λ)
α(λ)
ζ (λ)
κ(λ) = α(λ) + ζ (λ)
α(λ)
H 2O
NaCl MgCl2 Na2SO4 CaCl2 KCl
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ms
T
D S
c = 1448,96 + 4,591T − 5,304 × 10−2T 2 + 2,374 × 10−4T 3
+1,340(S − 35) + 1,630 × 10−2D + 1,675 × 10−7D2
−1,025 × 10−2T (S − 35) − 7,139 × 10−13D3
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f
a
10log(a(f )) = 0,11f 2
(1 + f 2) +
44f 2
(4100 + f 2) + 0,000275f 2 + 0,0003
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0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Frecuencia [kHz]
A t e n u a c i ó
n [ d B / m ]
Ondas Acústicas
Ondas de Radiofrecuencia
Comunicaciones Ópticas (independiente de la frecuencia)
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A(l, f ) = lka(f )l
lk l
k
N
N t
N s
N w
N th
10log N t(f ) = 17 − 30logf 10 log N s(f ) = 40 + 20(s − 0,5) + 26 log(f ) − 60 log(f + 0,03)
10log N w(f ) = 50 + 7,5w1/2 + 20 log f − 40 log(f + 0,4)10log N th(f ) = −15 + 20log f
N (f ) = N t(f ) + N s(f ) + N w(f ) + N th(f )
µ f
s
w
m/s
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10−3
10−2
10−1
100
101
102
1030
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Turbulencias
Frecuencia [kHz]
R u i d o [ d B
r e u P
a ]
Térmico
Tráfico Marítimo
Viento
Medio (s=0.5)
Bajo (s=0)
w=10 m/s
w=5 m/s
w=1 m/s
Intenso (s=1)
µ
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A(l, f )
N (f )
SL
BW
SN R(dB) = SL − T L − N L = SL − 10log(A(f )) − 10log(N (f )) · BW
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20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
−160
−140
−120
−100
−80
−60
−40
Frequency [kHz]
T r a n s m i s s i o n L o s s a n d N
o i s e 1 / ( A ( d , f ) N
( f ) ) [ d B ]
d=50km
d=10km
d=5km
d=1km
d=500m
d=100m
d=50m
k = 1,5 w = 3m/s
s = 0,5
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y(t) = A · x(t) · sin(2πf ct)
y(t) = A · sin(2π[f c + B · x(t)]t)
y(t) = A · sin(2πf ct + B · x(t))
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L = W B
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ηespectral
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ηespectral = V binaria(bps)
AnchoBanda(Hz)
µA
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V b i n m a x
D m a x
P TX m a x
P RX m a x
P i n a c t i v o
P e
s p e r a
V b i n m a x
P T X m a x
P RX m a x
P i n a c t i v o
P e s p e r a
D m a x
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P Normalizada
P Normalizada =P nodo(W )
Alcance(m) · Eficienciaespectral(bps/Hz)
P nodo
ATX ARX
Aespera
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ηespectral
P nodo(W ) = ATX · P TX + ARX · P RX + Aespera · P espera(W )ATX + ARX + Aespera = 1
0 ≤ ATX , ARX , Aespera ≤ 1
P espera(sin modulo espera) = 25 % · P RX + 75 % · P inactivo
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TX RX
Espera
P Normalizada(dB) = 10log10
P Normalizada(W
mHzbps)
1(W m
Hzbps )
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bpsHz
Aespera ATX ARX
Aespera = 1
ATX = ARX = 0
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−60 −50 −40 −30 −20 −10 0
AQUAModem 1000
AquaComm Marlin
AquaComm Mako
AquaComm Orca
MicronModem
MicroModem (FSK)
MicroModem (PSK)
ATM9XX (PSK)
ATM9XX (MFSK)
ATM88X (PSK)
ATM885 (MFSK)
S2CR 48/78
S2CR 40/80
S2CR 18/34
S2CR 12/24
S2CR 7/17
UWM1000
UWM2000
UWM2000H
UWM2200
UWM3000
UWM3000H
UWM4000
UWM10000
SAM−1
Potencia Normalizada [dB re 1 (W*Hz)/(m*bps)]
Espera
Recepción
Transmisión
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Aespera = 0,98
ATX = ARX = 0,01
Aespera = 0,90
ATX = ARX = 0,05
Aespera = 0,8
ATX = ARX = 0,1
Aespera = 0,6
ATX = ARX = 0,2
Aespera = ATX = ARX = 13
Aespera = 0
ATX = ARX = 1
2
Aespera = ARX = 0 ATX = 1
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Aespera
ATX ARX
ATX ARX
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V b i n m a x
D m a x
D m
a x
V b i n m a x
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T RA N S D U C T
OR
E L E C T R O
-
A C Ú S T I C O
GE S T I Ó N
DE
E NE R GÍ A
A C ONDI C I ONA MI E NT O
DE L A S E Ñ A L
P RE -
A MP L I F I C A D OR
RE C E P C I Ó N
A MP L I F I C A D OR
P OT E N C I A
T RA N S MI S I Ó N
UNI DA D
D
E
P R O C E S A MI E
NT O
Y C ONT R O
L
I NT E RF A C E S DE C OM UNI C A C I Ó N
UNI DA D
E S P E C Í F I C A
P
R O C E S A MI E NT O
N Ú C L E O
N Ú C L E O
N Ú C L E O
T E MP ORI Z A D ORE S
UNI DA D
M UL T I P L I C A C I Ó N
Y
A C UM UL A C I Ó N
C ONV E RT I D ORE S
DI GI T A L / A NA L Ó GI C O
A NA L Ó GI C O / DI GI T A L
UA RT
...
S P I
U S B
E T HRNT
( e t h er n e t )
I 2 C
P R O
GRA MA C I Ó N
DE
P URA C I Ó N
E / S
DI GI T A L
UNI DA D
GE S T I Ó N
E NE R GÍ A
E X P A N S I Ó N
S E N S ORE S
A NA L Ó GI C O S
S E N S ORE S
DI GI T A L E S
...
A C T UA D ORE S
S I N
C R ONI Z A C I Ó N
P C
P UE RT A DE
E NL A C E
I NT E RF A Z C A B L E A D
A
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µ
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Trazas
Sintéticas
Trazas
Reales
Entorno de computación
numérica (Octave,
MATLAB…)
Núcleo de procesamiento
del módem
Código Fuente de los
Algoritmos de
Comunicaciones
(C/C++, Python…)
Código Fuente de los
Algoritmos de
Comunicaciones
(C/C++, Python…)
Modelos
Simulación Electrónica
SPICE
AMPL
Potencia
CAG
Filtros
MAR
Modelo de rayos del
canal: BELLHOP
Software de
Modelado y
Simulación
Módulos
Físicos
Hardware
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drds = cξ (s) , dξ
ds = − 1c2
dcdr
dzds
= cζ (s) , dζ ds
= − 1c2
dcdz
ξ (s), ζ (s)
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Traducción
Asistida
Traducción
Asistida
PROPUESTA
EXPERIMENTACIÓN
BANCO DEPRUEBAS
MODELO DESIMULACIÓN
TrazasReales
TrazasSintéticas
¿LA PROPUESTAES UN ÉXITO?
Simulación Despliegue
SÍ
COMPARACIÓNSIMULACIÓN/PROTOTIPO
MEJORA DELMODELO DESIMULACIÓN
FIN
ANÁLISIS DERESULTADOS
NO
DETECCIÓN DEERRORES DE
LA PROPUESTA
PROPUESTA DE
MEJORA DE LAPROPUESTA
código CScript
...DiagramaBloques
HWSPICE
...DiagramaBloques
IMPLEMENTACIÓN(* puede ser usada cualquier tipo de descripción)
Descripción SW * Descripción HW *
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µ
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FILTROCAG
Amplificador
Potencia
ADC
Generador
de Onda
Digital
Algoritmos de
Transmisión
Algoritmos
Recepción/
Decodificación
Grabaciones
Externas
Generador Externo
SARAMotor del
SARA
STM32F4X
Bloques del núcleo de procesamiento
C h e a p - D A Q
Compresión/
Almacenamiento de
Ondas
Repr.
Onda
Buffer
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A
0 ≤ A ≤ 1 C
V
f
P = AC V 2f
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P espera
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µ
µ
f c
V cc
f c V cc µ
µ
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µ
µ
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MÓDEM
ACÚSTICO
MÓDEM
ACÚSTICO
DETECTOR
SEÑAL
ACTIVACIÓN
REMOTA
DATOS
SEÑAL DE ACTIVACIÓN
REMOTA
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http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-comunicacion-acustica 99/243
µ
7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-comunicacion-acustica 100/243
7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-comunicacion-acustica 101/243
7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-comunicacion-acustica 102/243
7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-comunicacion-acustica 103/243
7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-comunicacion-acustica 104/243
7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
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7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-comunicacion-acustica 106/243
AS3933
PORTADORA
PREÁMBULO
Portadora Detectada
PRIMER PATRÓN
Preámbulo Detectado
PATRÓN MCU
Ausencia dePortadora
Detección de 1r Patrón
Patrón MCU Detectado(ACTIVACIÓN)
Fallo en el Preámbulo
Fallo en Detección 1r Patrón
Fallo en Detección PatrónMCU
7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-comunicacion-acustica 107/243
µ
µ
µ
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7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-comunicacion-acustica 109/243
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http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-comunicacion-acustica 110/243
7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-comunicacion-acustica 111/243
7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-comunicacion-acustica 112/243
RECEPTOR
DATOS
TRANSMISOR
R
E D
A D A P A
T A C I Ó N
P A S I V A
TANSDUCTOR
ÚNICO
LÓGICA
DE
CONTROL
DATOS
DATOS
O
ACTIVACIÓN
ACTIVACIÓNRECEPTOR
SARA
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RED DE ADAPATACIÓN EN RECEPCIÓN
TRANSDUCTOR
ÚNICO
RECEPTOR
DATOS
RECEPTOR
SARA
T R A N S F O R M A D O R
I M P E D A N C I A
T R A N S F O R M .
I M P E D A N C I A
T R A N S F O R M .
I M P E D A N C I A
DIVISOR
POTENCIA
L I M I T A D O R
V O L T A J E
L I M I T A D O R
V O L T A J E
T 1l T 2l
Z entrada = Z salida1 = Z salida2 = Z 0
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Z T 1
= Z T 2
= Z 0
√ 2
T 1l = T 2l = λ/4R1 = 2Z 0
λ
C 1 = C 2 = 12πf 0Z T
L1 = Z T 2πf 0
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Z 0
Z entrada
Z salida
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Z 0
Z salida = Z entrada
1 +
C 2C 1
2
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7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
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S 11
S 11
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Z 0
Ω
S 11 = Z − Z 0Z + Z 0
f r f a
π
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f a = f r
C 1
C 2 + 1
wr = 2πf r = 1√ L1 · C 1
µ
µ
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Ω
Ω
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Ω
Ω
Ω
Ω
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•
•
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µ
µ
µ
µ
µ
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P TX
P RX
µ
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µ
µ
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µ
µ
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7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
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3 · 108
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r(t) = s((1 + ∆)t)
f r = (1 + ∆)f s
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‘0'
‘1’
Inicio
Trama
ESTIMADOR
DOPPLER DEMODULADOR
PLL
FILTRO ADAPTATIVO
Estimador
Velocidad
Nodo
Frecuencia
señal
x
Señal entrada
u(n)
h(n): alg. actualización
Tabla de entrenamiento
Sec. entrenamiento v1Sec. entrenamiento v2
...Sec. entrenamiento vn
Filtered
Signal
y(n)
Sincronismo
de Símbolo:
Umbral Decisión
+ Periodo
Frecuencia
señal
h(n)
y(n)
f0
Df
Velocidad
Del
Nodo
filtro
h(n)
(N coef.)
CORRELADOR
y(n)
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∆ ·f ∆
∆
Delta
∆ = vs,r
c
h(n + 1) = h(n) + µu(n)e
∗
(n)
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Tabla de entrenamiento
Sec. entrenamiento v1
Sec. entrenamiento v2
...
Sec. entrenamiento vn
filtro
h(n)
(N coefs.)
Señal entrada
u(n)
v(k)
d(n)
-
Ecuaciones
De
Velocidad
y(n)=hH(n)·u(n)
Señal filtrada
Algoritmo de
Mínimos
Cuadrados
e(n)=d(n)-y(n)
h(n)
Velocidad
Nodo
f0, Df
Umbral de decisión y tasa de símbolo
muestrabit muestreo N bpsvtx
f n /
)(
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Entrenamiento
Doppler +
Multi-camino S I N C R .
B I T
I N I C I O
T R A M A
L O N G I T U D
T R A M A
DATOS
TRAMA C R C
F I N A L
T R A M A
Bits: 31 8 8 8 64 * 8 (MAX) 8(min) 8
n
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θx(l) =
N,
0,
∈
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perror
vnodo
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7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
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∆E R(t, ∆t) P R(t)∆t = V 2R(t)
R ∆t
I R(t) = V R(t)
R
∆E sumidero(t) V sumidero(t)I sumidero(t)∆t
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I sumidero(t) = f (Hoja − Especificaciones)
ef DC −DC
E salida
∆E DC −DC (t) = E salida(t)
ef DC −DC
V entrada
V salida
I salida
ef DC −DC
I entrada(t) = V salida(t)
V entrada(t)
I salida(t)
ef DC −DC
7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
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∆E linear(t) V entrada(t)I salida(t)∆t
I linear
I salida
I linear(t) = I salida(t)
V scond
E scond(t) = 1
2C (V scond(t))2
E scap
∆
E scond(t + ∆t) = E scond(t) − ∆E consumida(t) + ∆E recolectada(t)
I scond
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I consumida
I recolectada
V scond(t) = 1
C
I scond(t)dt
I scond(t) = I consumida(t) − I recolectada(t)
I consumida(t) =
I R(t)+
I sumidero(t)+
I DC −DC (t)+
I linear(t)
∆
∆
V scond(t + ∆t) V scond(t) − 1
C I scond(t)∆t
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0 = 1
C
i(t)dt + R · i(t)
vc(t + ∆t) = vc(t)∆e−∆tRC
vc(t+∆t) = vc(t)∆e−∆tRC = vc(t)
∞n=0
(−∆tRC )
n
n! = vc(t)(1−
∆tRC
1 +
( ∆tRC )
2
2! −...)
vc(t + ∆t) = vc(t) − vc(t) ∆t
RC + Error(∆t)
Error(∆t) ≤ R2(∆t) = vc(t)( ∆tRC )
2
2
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vc(t + ∆t) = − 1
C
i(t)dt = − 1
C
I salida(t)
V salida(t)
vc(t)
1
ef DC −DC dt
vc(t + ∆t) =
v2c (t) − 2
C I salida(t)
1
ef DC −DC V salida(t)∆t
vc(t + ∆t) = vc(t)∞n=0
(−1)n−
1(2n − 1)!!2nn!
(−2 · I salida(t)C · ef DC −DC
V salida(t)vc(t)
∆t)n
vc(t + ∆t) = vc(t) − 1
C
V salida(t)
vc(t)
I salida(t)
ef DC −DC + Error(∆t)
Error(∆t) ≤ R2(∆t) = vc(t)1
8(− 2
C I salida(t)
1
ef DC −DC
V salida(t)
vc(t) ∆t)2
∆E (∆t) =
t+∆t t
P (t)dt =
t+∆t t
i(t)v(t)dt
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∆E (∆t) =
t+∆t t
vc(t)vc(t)
R dt
∆E (t + ∆t) = E (t)(1− e−2∆tRC ) = E (t)(1−
∞
n=0
(−2∆tRC )n
n! ) =
vc(t)2
R ∆t + Error(∆t)
Error(∆t) ≤ R2(∆t) = vc(t)2∆t2
R2C
∆E (∆t) =t+∆t t
(vc(t) − I sumidero(t)
C t)I sumidero(t)dt
∆E (∆t) = vc(t)I sumidero(t)∆t − I sumidero(t)2∆t2
2C
Error(∆t) = I sumidero(t)2∆t2
2C
Error(∆t) = I salida(t)2∆t2
2C
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V R(t)R
V 2R(t)R ∆t
vc(t)
( ∆tRC
)2
2vc(t)
2∆t2
R2C
f (V,...) V sumidero(t)I sumidero(t)∆t
I sumidero(t)2∆t2
2C
V salida(t)V entrada(t)
I salida(t)ef DC−DC
E salida(t)ef DC−DC
12vc
( I salidaV salida∆tCef DC−DC
)2
I salida(t) V entrada(t)I salida(t)∆t
I salida(t)2∆t2
2C
Ω
I sumidero
∆
V scond
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7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
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J m2
W m2
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I cc
V CA
P mp
V mp
I mp
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I cc
P solar
I panel = I panelmax
P solar( W m2 )
1000( W m2 )
P panelmax
P panel(t) = P panelmax
P solar(t)( W m2 )
1000( W m2 )
P solar(t) =E solar(horaria)(t)( J
m2 )
3600(s)
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ε
ε = −δ Φ
δt
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kvf
f generador(Hz) = kvf (Hzms
)vcorriente(m
s )
Rg
Rg
Ω
kfe
V CA(V ) = kfe ( V
Hz)f generador(Hz)
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Rg
V CA(V ) = kfe ( V
Hz)kvf (
Hzms
)vcorriente(m
s ) = K gen(
(V )ms
)vcorriente(m
s )
P max(W ) = V 2CA
4Rg=
K 2genv2corriente4Rg
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V ca
I cc
P mp
• V mp
•
I mp
µ
µ
V mp
I cc
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µ
Ω
I recarga
I recarga(t) =P solar(t)
V scond(t)ef BQ25504
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µ
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I recarga
I recarga(t) = V CAgenerador
(t) − V scond(t)
Rg=
K genvcorriente(t) − V scond(t)
Rg
I generador
I recarga(t) = P generador(t)
V scond(t)ef BQ25504=
K 2genv2
corriente
4Rg
V scond(t)ef BQ25504
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P generada
V scond
I salidascond I bat
I entradascond
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I recarga
I r
I sumidero I recarga
I entradascond
V bat
I bat
∆
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∆
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∆
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µ
µ
µ
7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
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7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
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µ
7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
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7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
http://slidepdf.com/reader/full/sistema-de-comunicacion-acustica 196/243
∆
7/21/2019 Sistema de Comunicación Acústica
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∆
T espera
T RX T TX
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∆
I nodo = I TXT TX + I RXT RX + I esperaT espera
T TX + T RX + T espera
E recolectada ≥ E consumida
P recolectada ≥ P consumida
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1,8V ≤ V scond ≤ 3,3V
P recolectada = P generada · ef BLOQUEA1
P consumida
P nodoef
P generada · ef BLOQUEA1 ≥V nodo
ef BLOQUEB1
I TXT TX + I RXT RX + I esperaT esperaT TX + T RX + T espera
V scap
ms
T inactmin
T inactmax
ms
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ms
T inactivo/ciclo T inactivo/ciclo M inTeorico
T inactivo/ciclo MinTeorico
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0 5 10 15 204.495
4.5
4.505
4.51
4.515
4.52
4.525
4.53
4.535
4.54
4.545
Tiempo (h)
V s c o n
d
( V )
ms
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I panel
ρ
T inactmin
T inactmax
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ρ
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µ
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S TX
µPaV
S RX
V µPa
f c
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f c
S TX
S RX
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f c
S TX
S RX
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f c
S TX
S RX
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f c
S TX
S RX
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f c
S TX
S RX
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µ
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NODO
INALÁMBRICO
NODO
INALÁMBRICO
DETECTOR
SEÑAL
ACTIVACIÓN
REMOTA
D A T O S S E Ñ A L D
E A C T I V A C I Ó N
R E M O T A
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µ
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µV rms
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INICIO
CONFIGURACIONINTERFAZ DE RADIO
CONFIGURACIONCONTADOR 1(Velocidad de
transmisión del patrón)
POTENCIATRANSMITIDA =
PMAX
POTENCIATRANSMITIDA =
0
DESBORDAMIENTOCONTADOR 2
NO
POTENCIATRANSMITIDA NULA
SI
SI NO
CONFIGURACIONCONTADOR 2(Doble de frecuenciagenerada en OOK)
DESBORDAMIENTOCONTADOR 1
BIT A TRANSMITIR =PRIMER BIT DEL
PATRÓN
BIT A TRANSMITIR =SIGUIENTE BIT DEL
PATRÓN
BIT A TRANSMITIR = 1
PMAX = POTENCIAMAXIMA DE
TRANSMISIONCC1110
PMAX = 0POTENCIAMAXIMA DE
TRANSMISIONCC1110
SI NO
SI
NO
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