Desenvolvimento de um sistema embebido para medição de impedâncias

Abstract

A medição de uma impedância é um processo muito utilizado tanto na indústria como em investigação aplicada. Como exemplos têm-se: a espetroscopia de impedâncias para a análise de corrosão; a análise de bio-impedâncias no âmbito da saúde; a modelização de processos eletroquímicos com especial ênfase nas baterias. Existem dispositivos disponíveis no mercado para efetuar a medição de uma impedância, mas pretende-se neste caso desenvolver um sistema embebido, de baixo custo, para a medição de uma impedância. O sistema será baseado num microcontrolador da Texas Instruments (LM4F120XL) que controlará a geração de uma onda sinusoidal e a respetiva aquisição de dados. Na geração da onda será utilizado um DDS (Direct Digital Synthesizer), AD9833, o qual gera sinais com amplitude entre os 38 mV e os 650 mV, com uma resolução de 28 bits, e frequência entre 0 Hz a 12.5 MHz com uma resolução de 0.1 Hz. O DDS tem uma frequência de relógio de 25 MHz, ´e controlado por SSI (Synchronous Serial Interface) e trabalha com uma tensão de alimentação entre os 2.3 V e os 5.5 V. A aquisição será efetuada pelo ADC interno do processador, com a aquisição de 1000 amostras, com uma frequência de amostragem de 100 kHz, para cada frequência do sinal (100 Hz, 1 kHz, 5 kHz e 10 kHz). O processamento do sinal será feito através do algoritmo de adaptação de sinusoides de 3 parâmetros. O sistema deverá ter a capacidade de devolver o módulo e a fase de uma impedância numa gama de frequências a definir pelo utilizador de forma autónoma. Os resultados obtidos são apresentados num LCD da Texas Instruments; Abstract: Development of an Embedded System for Impedance Measurement The measurement of an impedance is an extensively used process as much in industry as in applied research. As examples we have: impedances spectroscopy for corrosion analysis; analysis of bioimpedances in the health field; modeling of electrochemical processes with special emphasis on batteries. There are devices available on the market to perform impedance measurements, but in this case, the objective is to develop a low-cost embedded system for impedance measurements. The system is based on a Texas Instruments microcontroller (LM4F120XL) that will control the generation of a sine wave and the respective data acquisition. To generate the wave a will be used a DDS (Direct Digital Synthesizer) AD9833 will be used. This device can generate waves with amplitude between 38 mV and 650 mV with a resolution of 28 bits, and frequency between 0 Hz and 12.5 MHz with a resolution of 0.1 Hz. The clock frequency of the DDS is 25 MHz, and it is controlled by SSI (Synchronous Serial Interface) while working with a power supply between 2.3 V and 5.5 V. The data acquisition is performed with the internal ADC of the processor, with the acquisition of 1000 samples at a sampling frequency of 100 kHz, for each signal frequency (100 Hz, 1 kHz, 5 kHz and 10 kHz). The signal processing will be done through the 3-parameter sine fitting algorithm. The system should be able to return automatically the impedance module and phase over a range of frequencies to be defined by the user. The results obtained are displayed on a Texas Instruments LCD.