Pulsos a través de AC.

[Holgorio]

Hola, soy estudiante del ultimo curso de ingeniería electrónica España, y a modo de aprendizaje he visto algunos sistemas que transmiten sus mensajes a través de las lineas de alimentación de 230VAC.

Me gustaría poder simular algo parecido para aprender, utilizo multisin y algo de proteus, pero me gusta mas multisim por que tiene mas componentes.

Lo que quiero es inyectar una tensión cuadrada de una frecuencia conocida para ver un nivel de tensión, en otro extremo. He pensado en un filtro paso de banda y luego rectificar la onda cuadrada pero no me ha dado muy buenos resultados ¿alguien puede guiarme para afrontar este problema? es decir, ¿cuales son las tecnicas que se usan normalmente para esta tarea?

Muchas gracias por vuestra ayuda, es la primera vez que escribo algo, pero siempre he leido muchas respuestas para aprender.

[Robert76]

Hola, para inyectar información en la red de distribución de manera efectiva.
Tienes que enviar los datos durante el breve tiempo que dure el cruce por cero.

[Holgorio]

Hola Robert76 gracias por tu respuesta, ¿hay algun tiempo maximo para mandar el tren de pulsos?

Y por otra parte ¿seria posible montar una señal de frecuencia distinta sobre la alterna de 50Hz y luego recuperarla?

[Robert76]

En realidad, conviene enviar la señal durante el cruce por cero, ya que en ese breve tiempo, la línea de tensión se encuentra en "silencio".
Ahora durante cuánto tiempo máximo puedes enviar? Pues depende de muchos factores. Recuerda que la señal se verá atenuada a medida que la tensión de red llega a su pico máximo.
La efectividad de la transmisión, depende de la amplitud de señal transmitida, la distancia entre Tx y Rx, de la sensibilidad del Rx, de las fcias. espúreas que están dando vueltas, etc.
La señal enviada debe estar montada en una portadora de varias decenas de Khz, digamos superior a 10Khz.
si envías señal análoga, quizás la modulación FM sea más efectiva ante interferencias, si se trata de datos digitales, mejor será implementar modulación FSK, pero todo depende de lo que quieras lograr.

[Eduardo2]

... a modo de aprendizaje he visto algunos sistemas que transmiten sus mensajes a través de las lineas de alimentación de 230VAC.

Así es, googleá  "power line communication"

Me gustaría poder simular algo parecido para aprender, utilizo multisin y algo de proteus, pero me gusta mas multisim por que tiene mas componentes.

Simulás la línea como una fuente de 50Hz en serie con una inductancias (~100uH), colgás algunas cargas y transmitís con portadoras de 50KHz para arriba.

La impedancia vista de línea es muy variable, en instalaciones reales puede ocurrir que la señal se atenúe demasiado y sea necesario insertar filtros y puentes para las altas frecuencias en llaves térmicas.

Lo que quiero es inyectar una tensión cuadrada de una frecuencia conocida para ver un nivel de tensión, en otro extremo. He pensado en un filtro paso de banda y luego rectificar la onda cuadrada pero no me ha dado muy buenos resultados

Normalmente un PB de 2do orden de Q > 10 es suficiente.  Tal vez te quedaste corto con la ganancia.

¿alguien puede guiarme para afrontar este problema? es decir, ¿cuales son las tecnicas que se usan normalmente para esta tarea?

El protocolo X10  transmite durante los cruces por 0. Esto es porque aprovechando que es baja velocidad se minimizan los problemas de ruido.

[AcoranTf]

En realidad, conviene enviar la señal durante el cruce por cero, ya que en ese breve tiempo, la línea de tensión se encuentra en "silencio".
Ahora durante cuánto tiempo máximo puedes enviar? Pues depende de muchos factores. Recuerda que la señal se verá atenuada a medida que la tensión de red llega a su pico máximo.
La efectividad de la transmisión, depende de la amplitud de señal transmitida, la distancia entre Tx y Rx, de la sensibilidad del Rx, de las fcias. espúreas que están dando vueltas, etc.
La señal enviada debe estar montada en una portadora de varios cientos de Khz, digamos superior a 10Khz.
si envías señal análoga, quizás la modulación FM sea más efectiva ante interferencias, si se trata de datos digitales, mejor será implementar modulación FSK, pero todo depende de lo que quieras lograr.

Esto no me acaba de cuadrar. Los PLC comerciales llegan a alcanzar velocidades de transmision de datos por encima del Gb y evidentemente eso no lo pueden hacer durante el cruce por cero.

Hola Robert76 gracias por tu respuesta, ¿hay algun tiempo maximo para mandar el tren de pulsos?

Y por otra parte ¿seria posible montar una señal de frecuencia distinta sobre la alterna de 50Hz y luego recuperarla?

Justamente eso es lo que hacen los PLC comerciales y no con una frecuencia, sino con varias para de ese modo sumar los distintos anchos de banda y conseguir velocidades sorprendentemente altas.
Te aconsejo que leas todo lo que encuentres sobre el funcionamiento de los PLC y su teoria.

Saludos.

[Eduardo2]

....
Esto no me acaba de cuadrar. Los PLC comerciales llegan a alcanzar velocidades de transmision de datos por encima del Gb y evidentemente eso no lo pueden hacer durante el cruce por cero.

Así trabaja el protocolo X10 ,  está orientado a la domótica.
Como la tasa de transferencia es bajísima se aprovecha el cruce por cero para minimizar el ruido.  Como a su vez tiene que soportar picos de tensión debido a descargas atmosféricas o lo que sea, se pone un transformador saturable (a 50Hz) en la entrada --> solamente se puede trabajar durante el cruce por cero, cuando no está saturado.

Cuando son para transmisión de datos obviamente no se trabaja así sino que salvo interfaz con la línea es prácticamente un modem ADSL.

[Holgorio]

Muchas gracias a todos, voy a investigar todo lo que me comentaís sobre el protocolo y los PLCs, ahora que se por donde tirar. alguna duda me ha surgido con algunas cosas que me habeis comentado como por ejemplo

Normalmente un PB de 2do orden de Q > 10 es suficiente.  Tal vez te quedaste corto con la ganancia.

tengo una fuente de pulsos cuadrados, de 1KHz dentro de la señal de 230 50Hz pero al ponerle un filtro paso de alta la señal resultante es una señal muy distorsionada, es decir si tiene la frecuencia de 1Khz pero no son pulsos cuadrados, mas bien son picos exponenciales.

Cuando son para transmisión de datos obviamente no se trabaja así sino que salvo interfaz con la línea es prácticamente un modem ADSL.

Esto no lo he entendido, ¿por que un moden ADSL?

si envías señal análoga, quizás la modulación FM sea más efectiva ante interferencias

de esto no estoy muy puesto, creo que se me escapa de momento.

[Robert76]

Si, obviamente, cuándo inyectas la señal a la red, se deformará y perderá su naturaleza cuadrada, pero eso no es problema.
El receptor tiene que discriminar esa señal del resto, amplificarla, conformarla y luego utilizar.

[Eduardo2]

...

Normalmente un PB de 2do orden de Q > 10 es suficiente.  Tal vez te quedaste corto con la ganancia.

tengo una fuente de pulsos cuadrados, de 1KHz dentro de la señal de 230 50Hz pero al ponerle un filtro paso de alta la señal resultante es una señal muy distorsionada, es decir si tiene la frecuencia de 1Khz pero no son pulsos cuadrados, mas bien son picos exponenciales.

- 1kHz es una frecuencia demasiado baja, se puede, pero tu vida se simplifica si usás frecuencias de 100kHz en adelante.

- Esos picos exponenciales son porque te estás olvidando que la línea presenta muy baja impedancia.   
  Simulá eso con baja impedancia a la salidas del filtro y nos contás.

Por otro lado, como en el receptor se usa un filtro de banda estrecha, vas a recuperar una senoide.

Cuando son para transmisión de datos obviamente no se trabaja así sino que salvo interfaz con la línea es prácticamente un modem ADSL.

Esto no lo he entendido, ¿por que un moden ADSL?

Por dar un ejemplo de alta velocidad.

En principio, vos podrías usar un módem común y solo fabricar una interfaz para conectarlo a una línea de baja impedancia de 220.
Escribo en principio, porque como los modems comunes no están pensados para cualquier línea , seguramente surgirán mil problemas inesperados que la complicarán bastante.  Es mas concepto que realidad

[Eduardo2]

A modo de ejemplo hice una simulación con LTSpice, que para este tipo de cosas, lo prefiero por kilómetros al Proteus (no tengo instalado Multisim)

PLC1.jpg
(100.81 kB, 800x543 - visto 654 veces)

- La señal que inyecto es cuadrada 0-12V 150kHz

- El filtro de línea es un vulgar capacitor con el primer valor que chocaron mis dedos.

- R1 es para simular la resistencia de salida de un generador de baja potencia.

- L2 C2  resuenan a aprox 150kHz


En el ejemplo seguís teniendo exponenciales en lugar de cuadradas, esto es porque la línea línea es de baja impedancia y el generador del ejemplo no. 
De todas maneras es secundario porque lo que vas a recuperar es una senoide. La razón es que como canal de comunicación la línea es una porquería de baja impedancia y encima variable, donde a los disturbios naturales se le suman los de los equipos que pueda haber conectados.  Por eso, si la velocidad requerida lo permite, se prefiere bandas estrechas.

Si tu aplicación es de baja velocidad (control de luces o señales de estado) , con una modulacíon CW te sobra. Ya después tenés que pasar a FSK, PSK o AM.  AM es mas sensible a los ruidos pero la más simple de demodular.


El esquema es solamente demostrativo, en una aplicación real vas a tener que poder recuperar señales de milivolts.

[Holgorio]

Perdón por tardar en contestar, ya sabeís...las fiestas jeje.

Muchas gracias a todos, como digo no es para una aplicación real de momento, solo era por aprender, a ver si algún día puedo ponerlo en practica. De momento ya me ha quedado mas claro de como suele hacerse.

El LTspice no se utilizarlo, a ver si aprendo y lo pruebo. Esa señal así como exponencial era mas o menos lo que yo veía en mis simulaciones. A ver si algún día tengo la oportunidad de poner en practica lo que me habéis explicado aquí.

[Holgorio]

Como todavía se me queda un poco grande este tema, he pensado en aprender primero mejor a como usar correctamente los filtros para separar las señales (¿Debería abrir otro hilo?)

He puesto dos señales una de 250VAC de 50 Hz senoidal, y una cuadrada de +-12V a 100KHz, ya que me dijisteis que subiera la señal bastante.

la resultante es lo esperado que seria esto:

Filtro1.png
(112.33 kB, 833x502 - visto 676 veces)

Filtro2.png
(28.94 kB, 413x325 - visto 607 veces)

Pero si pongo un filtro paso de alta, a 80kHz (lo he calculado con una calculadora) la resultante es esto:

Filtro3.jpg
(129.53 kB, 697x394 - visto 584 veces)

supongo que es por la carga y descarga del condensador, y eso me lleva a suponer que no se puede recuperar una señal cuadrada con un filtro, ¿no? ya que si se hace el RMS a esa señal no da los 6V que debe dar (12/2 por el divisor resistivo)

¿Debe ser siempre señales senoidales? ¿no podrían ser por ejemplo señales triangulares o algo así? por lo que me habéis explicado aquí para mandar una señal cuadrada habría que modularla. Pero y si en vez de un dato quiero mandar una señal analógica, un valor de tensión por ejemplo y luego recuperarlo.

Es decir, si quiero pasar el valor de 0 a 10 voltios por una linea AC, se podría hacer algún tipo de señal triangular o senoidal y luego recuperar su RMS? de eso si podría montarme algún circuito para probar si no es muy difícil.

[Eduardo2]

...
He puesto dos señales una de 250VAC de 50 Hz senoidal, y una cuadrada de +-12V a 100KHz, ya que me dijisteis que subiera la señal bastante.
la resultante es lo esperado que seria esto:
.........
Pero si pongo un filtro paso de alta, a 80kHz (lo he calculado con una calculadora) la resultante es esto:
.........
supongo que es por la carga y descarga del condensador, y eso me lleva a suponer que no se puede recuperar una señal cuadrada con un filtro, ¿no? ya que si se hace el RMS a esa señal no da los 6V que debe dar (12/2 por el divisor resistivo)

Tenés que pensar en la descomposición en serie de Fourier de la señal de entrada, es decir como una suma de senoidales de frecuencia 100k,200k,300k....  (en realidad la cuadrada tiene frecuencias 100k,300k,500k etc)  y que ese filtro es de respuesta suave ==>  la única manera de tener baja distorsión es cuando todas las componentes armónicas tienen poca atenuación. Esto es una frecuencia de corte como mínimo 1 década menor (10kHz o menos)

¿Debe ser siempre señales senoidales? ¿no podrían ser por ejemplo señales triangulares o algo así? por lo que me habéis explicado aquí para mandar una señal cuadrada habría que modularla. Pero y si en vez de un dato quiero mandar una señal analógica, un valor de tensión por ejemplo y luego recuperarlo.

Estrictamente no, la señal inyectada puede ser de cualquier forma, aunque se prefiere limitar su espectro para que haya interferencias con otros equipos.   
Pero como cuanto mas ruidoso es el canal de comunicación, mas estrecha es la banda utilizada por el receptor,  y debido a lo estrecho de la banda, cualquier señal cuadrada, triangular etc  se va a deformar.  Justamente por esose modula.

Es decir, si quiero pasar el valor de 0 a 10 voltios por una linea AC, se podría hacer algún tipo de señal triangular o senoidal y luego recuperar su RMS? de eso si podría montarme algún circuito para probar si no es muy difícil.

Asi sin nada mas no, porque la intensidad recibida depende de la distancia al emisor y aunque fuese un tramo corto puede variar según lo que haya encendido en ese momento.   
Si querés experimentar con algo sencillo de montar mandá solamente portadora durante intervalos cortos , como para activar/desactivar luces.


PD.  Ah!  Ojo con la interfaz a línea,  si no le das algo de aislación va a ser un cementerio de componentes y quizás personas

[Holgorio]

Tenés que pensar en la descomposición en serie de Fourier de la señal de entrada, es decir como una suma de senoidales de frecuencia 100k,200k,300k....  (en realidad la cuadrada tiene frecuencias 100k,300k,500k etc)  y que ese filtro es de respuesta suave ==>  la única manera de tener baja distorsión es cuando todas las componentes armónicas tienen poca atenuación. Esto es una frecuencia de corte como mínimo 1 década menor (10kHz o menos)

OK, es verdad, si le bajas la frecuencia de corte la distorsión baja significativamente:


Pero cuando me hablas de series de fourier y  esas cosas me pierdo, me suenan los conceptos de una asignatura llamada "técnicas de adquisición y procesado de señales" pero era todo muy teórico y nada practico.

Me gustaría aprender sobre eso, voy a repasarme los apuntes y ver si puedo aplicarlo a algún caso practico, ¿las series de fourier y los filtros digitales es lo que utilizan los multímetros para saber el RMS de una señal o separar la componente de continua?

PD.  Ah!  Ojo con la interfaz a línea,  si no le das algo de aislación va a ser un cementerio de componentes y quizás personas

Creo que va a ser mejor que siga aprendiendo con el simulador por si acaso, o busque algúna otra cosa menos peligrosa mientras aprendo jeje.

muchas gracias