Desenvolvimento de experimentos com o Raspberry Pi para o ensino de comunicações

Abstract

Este trabalho consiste num conjunto de experimentos didáticos que podem ser aplicados em aulas de laboratório de disciplinas introdutórias de Comunicações e Processamento Digital de Sinais. Os experimentos utilizam uma plataforma didática baseada no Raspberry Pi, um computador de baixo custo e tamanho reduzido, que é utilizado aqui como um processador digital de sinais. Uma placa de som USB é conectada à placa com o objetivo de fornecer uma entrada e uma saída analógicas, isto é, atua como um ADC e um DAC. Os experimentos desenvolvidos abrangem temas como quantização, filtragem digital, modulações analógicas em amplitude e frequência, modulações digitais em banda base e modulações digitais em banda passante. Os sistemas de comunicações utilizados nos experimentos são implementados no Simulink por diagramas de blocos que, através da ferramenta de geração automática de código do MATLAB, são traduzidos em códigos executáveis e carregados no Raspberry Pi. O principal objetivo dos experimentos é permitir que os estudantes possam fixar os principais conceitos relacionados a fundamentos de comunicações analógicas e digitais ao ter contato com sinais reais, isto é, que podem ser mensurados com o uso de um osciloscópio. Diferentemente das abordagens tradicionais, que utilizam apenas simulações em aulas de laboratório, os experimentos aqui propostos tem o potencial de aprimorar o processo de aprendizado ao elevar a motivação dos alunos.

This work consists in a set of didatic experiments that can be applied in practical classes of introductory subjects related to Communications and Digital Signal Processing. The experiments use a didatic platform based on the Raspberry Pi, a low cost and small-sized computer, that is applied here as a digital signal processor. A USB sound card is connected to the board in order to provide an analog input and an analogic output, i. e., it works as an ADC and an DAC. The experiments developed cover themes like quantization, digital filtering, amplitude and frequency analogic modulations, band base digital modulations and band pass digital modulations. The communication systems used on the experiments are implemented in Simulink with block diagrams that, by an automatic code generation tool of MATLAB, are translated in executable files that can be loaded and executed on the Raspberry Pi. The main objective of the experiments is allow students to fix the main concepts related to fundamentals of analogic and digital communications through the contact with real signals, i. e., that can be measured with an osciloscope. Differently from the traditional approaches, that use only simulations on practical classes, the experiments proposed here have the potential to improve the learning process by the enhancement of students motivation.