INSTRUMENTACIN AVANZADA ADQUISICION DE DATOS USANDO LABVIEW INSTRUMENTACIN

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA ADQUISICION DE DATOS USANDO LABVIEW

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA ADQUISICION DE DATOS Contenido: • Introducción a las DAQ comerciales. • Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200 -10. • Adquisición de una única muestra. • Adquisición de N muestras. • PIC 18 F 2550 usado como DAQ. • Descripción del programa grabado en el microcontrolador. • Descripción del driver en Lab. VIEW. • Sensores y circuito de acondicionamiento para mediciones en corriente alterna. • Ejercicios con PIC 18 F 2550 usado como DAQ.

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Introducción a las DAQ: Existen dos tipos de sistemas de adquisición de datos Los Data Loggers: funcionan de forma independiente y solo se usa la PC para volcar los datos adquiridos. Las tarjetas DAQ: no operan de forma independiente sino que necesitan de una PC para gobernarlas. Esquema típico de las entradas analógicas de una placa de adquisición (DAQ) (Data Acquisition):

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Introducción a las DAQ: MULTIPLEXOR: Ya que normalmente las DAQ poseen un solo conversor A/D se utiliza un multiplexor para seleccionar una entre varias entradas analógicas disponibles. En una DAQ suelen existir multiplexores que se pueden configurar de distintas maneras: • Conexión diferencial (DIFF), • Conexión referenciada (referenced single-ended, RSE) • Conexión no referenciada (nonreferenced single-ended, NRSE).

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Introducción a las DAQ: MULTIPLEXOR: Conexión diferencial (DIFF): La tensión que se mide es la diferencia entre las tensiones aplicadas a dos entradas analógicas. En este caso el circuito externo y la DAQ no tienen una referencia común. Esto es conveniente especialmente en sistemas que toman datos desde dispositivos que están localizados a ya distancia, mucha mejor inmunidad al ruido.

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Introducción a las DAQ: MULTIPLEXOR: Conexión referenciada (RSE): La tensión se mide respecto a un punto de masa común. El circuito externo y la DAQ comparten la misma referencia (AIGND). Generalmente se usa esta configuración cuando el nivel de la tensión de entrada es superior a 1 V y la distancia entre la fuente de la señal (el sensor) y la placa de adquisición es corta (menos de unos 4 -5 metros). Presenta la ventaja de que se amplia la cantidad de canales al doble que en la conexión diferencial.

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Introducción a las DAQ: MULTIPLEXOR: Conexión no referenciada (NRSE): El circuito externo y la circuitería de la DAQ no tienen un punto de masa común. En este caso el circuito externo tiene una referencia común (AISENSE) y mientras que la DAQ tiene otra referencia (AIGND) Al igual que en la conexión RSE se amplia la cantidad de canales al doble que en la conexión diferencial.

Introducción a las DAQ: INSTRUMENTACIÓN AVANZADA AMPLIFICADOR: Es un amplificador normalmente de ganancia programable Con el amplificador se escala la tensión a medir para aprovechar lo mejor posible el rango de tensión del conversor A/D. Así se tienen distintas ganancias programables. Al variar la ganancia del amplificador se obtienen distintos rangos de medición: El rango de una entrada analógica son los niveles de tensión (o de corriente) máximo y mínimo que el conversor analógico a digital de la placa de adquisición puede cuantificar. Así es común encontrar rangos de 0 a 10 V o de -10 a 10 V, -2, 5 V a 2, 5 V, etc, muchas veces seleccionables de manera que el usuario elija la opción que mejor se adapta a sus necesidades.

Introducción a las DAQ: CIRCUITO SH: Es un circuito de muestreo y retención Mantiene la tensión constante a la entrada del conversor A/D durante el tiempo que dura la conversión CONVERSOR A/D: Se encarga de obtener un valor digital de la señal analógica aplicada. El valor digital obtenido se lo denomina muestra o sample. El tiempo entre sucesivas muestras se lo denomina frecuencia de muestreo Se utiliza como unidad Samples/segundo en lugar de Hertz INSTRUMENTACIÓN AVANZADA

Introducción a las DAQ: CONVERSOR A/D: INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Cada valor muestreado se representa con un número digital. Para esto se divide el rango del conversor en varios niveles y a cada uno se le asocia un número binario. La cantidad de niveles binarios que puede utilizar el ADC para representar una señal se denomina “Resolución”. La resolución de entrada de un sistema de adquisición se especifica comúnmente en “N de bits” del conversor A/D. Ejemplo: 8 bits, 12 bits, 16 bits, etc donde N = Nº de bits

Introducción a las DAQ: CONVERSOR A/D: INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Ejemplo: Para una placa de adquisición con un conv. A/D de 12 bits y un rango de 5 V tendremos: Sensibilidad = 5 V / 4095 = 1, 23 m. V Para una placa de adquisición con un conv. A/D de 12 bits y un rango de ± 5 V tendremos: Sensibilidad = 10 V / 4095 = 2, 44 m. V

Introducción a las DAQ: CONVERSOR A/D: INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Velocidad de muestreo: Comúnmente esta dada en muestras/segundo (sample/s; Ksample/s ó Msample/s) en vez de utilizar el Hz. La mayoría de las plaquetas de adquisición multicanal consisten de un solo conversor A/D y un multiplexor de entrada que actúa como llave para seleccionar alguno de los canales de entrada del cual se toman muestras Por ejemplo, en una DAC de 8 canales de entrada que tiene una especificación de 100 Ksamples/sec, si seleccionamos un solo canal de entrada este será muestreado a una frecuencia de hasta 100 Ksample /s, si en cambio muestreamos 4 canales la velocidad máxima bajará a 25 Ksamples/s por canal. Frecuencia de muestreo (para medida de una frecuencia) = 2 * frecuencia mayor. Frecuencia de muestreo (para ver el detalle de forma de onda) = 10 * frecuencia mayor.

Introducción a las DAQ: INSTRUMENTACIÓN AVANZADA MEMORIA DAQ: Las placas de adquisición de datos tienen una memoria en las que se almacenan las muestras adquiridas (o las que van a ser generadas) Por otra parte la PC tendrá un espacio de memoria para recibir los datos de la tarjeta DAC. Una vez finalizada la adquisición: Transferencia de datos entre la DAQ y la PC Mientras la adquisición está en curso:

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA PLACAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS DISPONIBLES EN EL LABORATORIO 32 entradas analógicas Resolución 16 bits 250 KS/s Ganancias programables 2 salidas analógicas 16 bits (833 k. S/s) 24 entradas/salidas digitales. 8 entradas analógicas (modo RSE) 4 entradas analógicas (modo DIF) Resolución 12 bits 50 k. S/s Ganancias programables 16 entradas/salidas digitales.

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200 -10. Para dar funcionamiento a esta placa de adquisición en nuestros trabajos prácticos es necesario instalar además de Lab. VIEW dos utilidades: • Insta. Cal • Drivers UL for Lab. VIEW Insta. Cal: (Instala los driver para configurar la DAQ y para que la PC la detecte) Drivers UL for Lab. VIEW: Instala las librerías para poder comandar la placa desde Lab. VIEW

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200 -10. Esta DAQ posse dos modos de funcionamiento: Ingresando al programa Insta. Cal » Install » Configure… elegimos el modo:

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200 -10. Dos modos de Funcionamiento: Distribución de pines modo single - ended 4 canales analógicos 8 canales analógicos modo diferencial

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200 -10. Características:

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200 -10. Características: modo diferencial modo single - ended

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200 -10. Uso de entradas analógicas: Herramientas más usadas: “Ain. vi” y “To Eng. vi” Lee un valor analógico de un canal (retorna el estado actual del conversor A/D): (un numero entre 0 y 212 -1) Convierte un valor del conversor A/D a unidades de Volt de acuerdo al rango empleado Ejemplo 1 Ejemplo 2

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200 -10. Uso de entradas analógicas: Herramientas más usadas: “Ain Sc. Fg. vi” Toma “N” muestras en los canales especificados a una tasa de muestreo especificada Count: Cantidad total de muestras a adquirir (suma de las muestras a tomar en cada canal) Rate: Tasa de muestreo para cada canal. ADData: Es un array que contiene las N muestras.

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200 -10. Ejemplo de un array “ADDdata” Valores en “AIn Sc. Fg. vi”: Low. Chan: 0 High. Chan: 1 Count: 5000 CH 1 Mue stra. N CH 1 Mue stra 3 CH 0 Mue stra 3 CH 1 Mue stra 2 CH 0 Mue stra 2 CH 1 Mue Index Mue stra 1 ADData: stra 1 CH 0 Rate: 25000 0 1 2 3 4 5 Count-1 Ejemplo 3

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA USO DEL PIC 18 F 2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA AN 0 a AN 3 son las entradas analógicas que usamos RB 4 a RB 7 las usamos como entradas digitales RB 0 a RB 3 las usamos como salidas digitales Comunicación RS 232 (no usada) Comunicación USB

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA USO DEL PIC 18 F 2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA • Para emular una DAQ con el PIC realizamos un programa en el microcontrolar y varios sub-vi en Lab. VIEW. Sub-vi para DAQ Cole Parmer Sub-vi para DAQ PIC 18 F 2550

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA USO DEL PIC 18 F 2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA • Para emular una DAQ con el PIC realizamos un programa en el microcontrolar y varios sub-vi en Lab. VIEW. Sub-vi para DAQ Cole Parmer Sub-vi para DAQ PIC 18 F 2550

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA USO DEL PIC 18 F 2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA • Para emular una DAQ con el PIC realizamos un programa en el microcontrolar y varios sub-vi en Lab. VIEW. Sub-vi para DAQ Cole Parmer Sub-vi para DAQ PIC 18 F 2550

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA USO DEL PIC 18 F 2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Limitaciones A TENER EN CUENTA Por simplicidad en la programación del PIC se configuró: • una tasa de muestreo fija. • sin posibilidad de elegir un canal en especial (se muestrean los 3) • una cantidad de muestras fijo (500 muestras en cada canal)

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Uso de la placa con PIC 18 F 2550 para adquirir señales alternas Limitaciones A TENER EN CUENTA 1. El rango de conversor A/D del PIC 18 F 2550 es: 0 V – 5 V (tensión de alimentación) pero en nuestro caso, como hay unos diodos de protección la tensión de alimentación no es 5 V sino 4, 2 V) 0 V = 0 en el conversor 4, 2 V=1023 en el conversor 2. El PIC no puede medir tensiones negativas. Debemos acondicionar la señal a medir para eliminar los valores negativos Superponer a la alterna Vx una continua de Vcc/2

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA EJERCICIOS PROPUESTOS: Ejercicio de verificación: Medir el tiempo que tarda la DAQ con PIC en tomar una muestra de un canalógico con el sub-vi “entrada analógica” Ejercicio 1: Crear una aplicación tipo osciloscopio que pueda mostrar dos canales analógicos. Además se pide: • Agregar controles de disparo para obtener una visualización estable. • Medir tensión eficaz, frecuencia y THD en cada canal. • Medir desfasaje entre las tensiones de cada canal. • Opcional: Agregar cursores que permitan medir diferencias de tensión y/o tiempo.

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA USO DEL PIC 18 F 2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA • Para emular una DAQ con el PIC realizamos un programa en el microcontrolar y varios sub-vi en Lab. VIEW que envían y reciben información del puerto COM virtual mediante las funciones “VISA”. Los Sub-vi en PC Envían y reciben caracteres del puerto COM Programa en PIC De acuerdo a los caracteres recibidos ejecuta una u otra tarea y “responde” • El programa del PIC se realizó en “C” con el soft “C Compiler”. • El programa se carga en el PIC con el soft “SIOW”

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA USO DEL PIC 18 F 2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Ejemplo: Activación las salidas digitales RB 0 a RB 3 del PIC desde la PC Programa en PC La PC envía el carácter “A” al puerto COM virtual seguido de cuatro caracteres “ 1” o “ 0” según se quiera poner a “ 1” o “ 0” las salidas RB 0 a RB 3 Programa en PIC Lee un carácter en el buffer de recepción COM virtual ¿Es una “A”? NO SI Lee los cuatro caracteres “ 1” o “ 0” Escribe los “ 1” o “ 0” en RB 0 a RB 3

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA USO DEL PIC 18 F 2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Ejemplo: Lectura de las entradas digitales RB 4 a RB 7 Programa en PC La PC envía el carácter “B” al puerto COM virtual Programa en PIC Lee un carácter en el buffer de recepción ¿Es una “B”? NO SI Lee las entradas RB 4 a RB 7 Arma un carácter (byte) con el estado de RB 4 a RB 7 La PC lee el carácter con los estados de RB 4 a RB 7 Envía a la PC el carácter los estados de RB 4 a RB 7

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA USO DEL PIC 18 F 2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Ejemplo: Lectura de una entrada analógica Programa en PC La PC envía el carácter “C” al puerto COM virtual seguido de otro carácter (un número de “ 0” a “ 3” en binario) que indica que entrada leer. Programa en PIC Lee un carácter en el buffer de recepción ¿Es una “C”? NO SI Lee el siguiente carácter (canal) Selecciona la entrada analógica dada por canal y lee el conv. A/D La PC lee el carácter con el estado del conversor A/D Envía a la PC el valor del conversor A/D

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA USO DEL PIC 18 F 2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Ejemplo: Lectura de las 4 entradas analógicas 500 veces cada 0, 4 ms (2500 S/s) Programa en PC La PC envía el carácter “D” al puerto COM virtual Programa en PIC Lee un carácter en el buffer de recepción NO ¿Es una “D”? SI T clock=0, 16666 us Habilita una interrupción que contará 2400 pulsos de clock y un contador de envíos Pone a cero el contador de pulsos de clock y lee el valor de cada entrada analógica

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA USO DEL PIC 18 F 2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Página anterior La PC lee las 4 x 500 muestras enviadas y las clasifica en 4 arrays Página anterior Envía a la PC las cuatro muestras tomadas Suma 1 al contador de envíos T clock=0, 16666 us ¿llegó a 2400 el contador de clock? dt=0, 16666 usx 2400=0, 4 ms NO SI ¿llegó a 500 envíos? SI Pone a “ 0” el contador de envíos y deshabilita el la interrupción que cuenta clock NO

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Procedimiento para la carga de un nuevo programa el PIC 18 F 2550 Generar un programa en un lenguaje conocido Crear un código de máquina • Existen varios programas para generar el código. MPLAB, picbasic, PIC C compiler, etc. • Una vez creado el programa (proyecto) en lenguaje conocido se genera un archivo que contiene el proyecto en código de máquina (. hex) • Cargar el código en el PIC Una vez creado el archivo. hex se lo graba en el microcontrolador. Hay dos formas de hacerlo: 1. Con el uso de una placa cargadora de PIC y un soft de acuerdo a esta placa. (ejemplo: Placa cargadora ZIF SERIAL + soft Winpic 80. 2. Con el uso de un programa “bootloader”.

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Procedimiento para la carga de un nuevo programa el PIC 18 F 2550 (previamente cargado) Con un Boot. Loader pre-cargado en el microcontrolador, eliminas el uso de una plaqueta cargadora cada vez que se necesita cambiar el programa

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Procedimiento para la carga de un nuevo programa el PIC 18 F 2550 Un Boot. Loader es un pequeño conjunto de instrucciones que forman un programa y se graban, en este caso en un microcontrolador, para permitir un posterior manejo y actualización de sus programas internos (firmware) sin necesidad de utilizar programadores (hardware) específicos. Es decir, se utiliza un programador (o quemador) de microcontroladores una única vez para cargarle el mencionado Boot. Loader, y luego basta con un pequeño software en la PC para cambiar el funcionamiento del sistema mediante la carga de un nuevo programa “. hex” Todo se realiza mediante conexión al puerto USB. Software para cargar la aplicación: Siow. exe

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA ¿Cómo funciona el Bootloader en nuestro PIC? Cuando el PIC se energiza consulta el valor de la tensión de la entrada analógica “ 3” (pin 3) Si Tensión pin 3 = 0 V Si Tensión pin 3 > 0 V El bootloader permite el cambio de la aplicación mediante el soft SIOW. EXE Se ejecuta la aplicación normalmente