Simulación de un generador de campos magnéticos programable

Abstract

Esta memoria presenta el diseño y la validación, mediante simulación, de un generador de campos magnéticos programable orientado a estudios experimentales sobre la interacción de campos ELF (Extremely Low Frequency) con material vegetal. El trabajo integra fundamentos teóricos del electromagnetismo con el diseño práctico de una cadena de señal digital–analógica, implementada mediante un microcontrolador, conversión DAC, filtrado, amplificación y selección de bobinas, todo verificado en el entorno de simulación Proteus 8.11 versión educacional. Desde el punto de vista teórico, se revisan los principios de generación de campo magnético a partir de corrientes eléctricas (Ley de Biot–Savart, autoinducción y reactancia inductiva), así como la influencia de parámetros como la frecuencia, la amplitud y la geometría de la bobina sobre la distribución espacial del campo. También se abordan los límites operativos y las consideraciones de seguridad en experimentos con exposición electromagnética, junto con el marco de referencia experimental aplicable a estudios en el rango ELF. En cuanto al diseño, la unidad generadora de campo se organiza en siete etapas funcionales: (E1) Selector digital de frecuencia (dip-switch en Puerto 1). (E2) Microcontrolador AT89C51 encargado de leer la selección y generar la secuencia de muestras a partir de una tabla senoidal. (E3) Conversor digital–analógico (DAC0808 o red R–2R). (E4) Filtro pasabanda de reconstrucción para atenuar armónicos no deseados. (E5) Etapa de acondicionamiento y amplificación. (E6) Fuente de corriente para alimentación de la bobina de ensayo. (E7) Instrumentación para adquisición y verificación (osciloscopio, sonda de corriente y analizador lógico). El documento justifica la selección de componentes, detalla el dimensionamiento básico de los filtros y expone las estrategias utilizadas para garantizar señales de alta fidelidad y seguridad eléctrica(...).

This thesis presents the design and simulation-based validation of a programmable magnetic field generator intended for experimental studies on the interaction of extremely low frequency (ELF) Electromagnetic fields with plant material. The work integrates theoretical fundamentals of electromagnetism with the practical design of a digital-to-analog signal chain, implemented using a microcontroller, DAC conversion, filtering, amplification, and coil selection, all verified within the Proteus 8.11 educational simulation environment. From a theoretical perspective, the document reviews the principles of magnetic field generation from electric currents (Biot–Savart law, self-induction, and inductive reactance), as well as the influence of parameters such as frequency, amplitude, and coil geometry on the spatial distribution of the magnetic field. Operational limits and safety considerations for electromagnetic exposure experiments are also addressed, together with the experimental framework applicable to studies in the ELF range. Regarding the design, the field generation unit is organized into seven functional stages: (E1) Digital frequency selector (DIP switch on Port 1). (E2) AT89C51 microcontroller responsible for reading the selection and generating the sample sequence from a sinusoidal lookup table. (E3) Digital-to-analog converter (DAC0808 or R–2R ladder network). (E4) Reconstruction band-pass filter for the attenuation of unwanted harmonics. (E5) Signal conditioning and amplification stage. (E6) Current source for driving the test coil. (E7) Instrumentation for acquisition and verification (oscilloscope, current probe, and logic analyzer). The document justifies the component selection, details the basic filter design, and presents the strategies employed to ensure high-fidelity signals and electrical safety(...).