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Sensor sísmico usando o DSP TMS320VC5510A (MIC026)

No seu Application Report SOTA003A, a Texas Instruments (www.ti.com) descreve um circuito de demonstração de um sensor sísmico utilizando um ADS1255 e um DSP320VC5510. O protótipo pode ser usado em exploração de petróleo, detecção de terremotos e monitoramento acústico. O sistema utiliza um conversor delta-sigma ADS1255 além do DSP. Neste artigo levamos aos leitores o conteúdo do Application Report em português.

O sensoriamento sísmico pode ser utilizado em diversos tipos de atividades como a exploração de petróleo, monitoramento de terremotos além de operações industriais que envolvam vibrações. Estas aplicações exigem um condicionamento de sinal de entrada fornecido por um sensor como um geofone, hidrofone ou outro tipo que trabalhe com sinais acústicos, o que demanda uma amplificação efetiva, filtragem e digitalização do sinal. Um sistema de sensoriamento deste tipo deve ter características tais como uma boa relação sinal/ruído, baixo consumo (para possibilitar a operação remota), filtragem programável do sinal para acomodar diversas aplicações, uma taxa de amostragem variável e custo compensador. Outro objetivo de um projeto deste tipo é ter a possibilidade de se montar um protótipo facilmente para uma avaliação rápida.

A arquitetura do sistema que foi selecionada é a mostrada na figura 1, consistindo num processador de entrada excelente, seguido de um filtro potente programável de baixo consumo.

 

Arquitetura do sistema sísmico.
Arquitetura do sistema sísmico.

 

A entrada do sistema é um sensor acústico que alimenta um circuito condicionador de sinal que, por sua vez, alimenta um conversor A/D. O ADS1255, do tipo delta=sigma de 24 bits, foi escolhido porque contém uma etapa de entrada com ganho programável, a qual pode substituir o circuito de condicionamento de sinal. Além disso, a arquitetura Delta-Sigma do ADC que permite uma sobre-amostragem de quarta ordem, conforme mostra a fiugra 2, proporciona um ganho sinal/ruído, movendo a quantização do ruído acima na faixa de frequências, onde então é feita a filtragem. Pode-se obter um desempenho que outras arquiteturas não conseguem.

 

Ruído do modulador do ADS1255
Ruído do modulador do ADS1255

 

As aplicações no sensoriamento sísmico exigem um processador rápido, eficiente e que tenha um baixo consumo. O DSP TMS320V5510A da Texas Instruments tem estas características. O DSP tem um acumulador de 40 bits que tornam a implementação de uma operação em pseudo-ponto flutuante usado na filtragem fácil. Operações de filtragem podem ser acumuladas com resolução de 40 bits e truncadas para 32 bits no final do filtro. A biblioteca do DSP permite uma multiplicação eficiente de 32 bits x 32 bits tornando a operação de filtragem eficiente. Finalmente, a interface on-board McBSP permite o interfaceamento do ADC com um mínimo de intervenção do processador.

A arquitetura de filtragem é combinada com um filtro de quinta ordem existente no ADS1255 com a arquitetura flexível do DSP, conforme mostra a figura 3.

 

Diagrama de blocos da arquitetura de filtragem
Diagrama de blocos da arquitetura de filtragem

 

A arquitetura do filtro possibilita uma taxa variável de saída ao mesmo tempo proporcionando uma faixa passante plana, filtragem aguçada de corte para a redução de ruído, >130 dB de rejeição de bloqueio e rejeição de 50/60 Hz.

Na figura 4 temos a solução que pode ser montada numa placa de avaliação, a qual pode ser obtida diretamente da Texas Instruments, exceto pela placa da UART. O sistema pode ser ligado a um computador hospedeiro para uma avaliação completa do sistema.

 

Placa do protótipo do sistema.
Placa do protótipo do sistema.

 

Os leitores interessados em mais informações podem obter a documentação original no site da Texas Instruments a qual é acompanhada de diversas referências, incluindo links para os datasheets e starter kit do TMS320VC5500 além de guitas de referência dos componentes utilizados.

 

Ver mais:

* Microcontroladores e DSPs (MIC000)

* Diversos artigos sobre sensores no site

 

Palavras chave:

* Sismógrafo

* Escala Richter

* Detector de terremotos

* Abalos sísmicos

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