INSTRUMENTACIN AVANZADA ADQUISICION DE DATOS USANDO LABVIEW INSTRUMENTACIN

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA ADQUISICION DE DATOS USANDO LABVIEW

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA ADQUISICION DE DATOS 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 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 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 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 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.

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.

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA 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 CONVERSOR A/D: 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

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA CONVERSOR A/D: 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

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA CONVERSOR A/D: 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.

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 USO DEL PIC 18 F 2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA ASPECTOS A TENER EN CUENTA Hacer que cuando el PIC reciba cierta orden desde la PC, tome “N” muestras a una velocidad de muestreo determinada, en lugar de tomar solo una muestra, emulando así una placa de adquisición comercial. Con esto se logra un dt fijo entre muestras y lo suficientemente pequeño para reconstruir una señal (por lo menos para nuestras aplicaciones de 50 Hz) Por simplicidad se programó una tasa de muestreo fija de 3 Ksample/s en cada canal

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Uso de la placa con PIC 18 F 2550 para adquirir señales alternas ASPECTOS A TENER EN CUENTA El rango de conversor A/D es: 0 V – tensión de alimentación 0 V – (5 V – Caída en los diodos de protección) 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 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. • Agregar cursores que permitan medir diferencias de tensión y/o tiempo. • Construir la curva de lissajous.

EJERCICIOS PROPUESTOS: Ejercicio 1: Panel frontal sugerido: INSTRUMENTACIÓN AVANZADA

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA EJERCICIOS PROPUESTOS: Ejercicio 2: Realizar un analizador de “variaciones lentas de tensión” para estudios de calidad de energía eléctrica. Se pide que el programa: • cada un segundo: ü Mida la tensión eficaz de cada fase. ü Muestre las formas de onda en pantalla y el diagrama fasorial de tensiones actualizado. üPara cada fase y cada segundo realice el promedio de los últimos 60 valores eficaces medidos • cada un minuto: ü Guarde en un archivo de texto la fecha, hora y el promedio de los últimos 60 valores eficaces anteriormente promediados (habrá un valor para cada fase). ü Muestre en un chart como esta evolucionando el promedio de los valores eficaces promedios. üIndique en el mismo chart los limites 220 V ± 8%

EJERCICIOS PROPUESTOS: Ejercicio 2: Panel frontal sugerido: INSTRUMENTACIÓN AVANZADA

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA EJERCICIOS PROPUESTOS: Ejercicio 3: Realizar una aplicación que pueda medir la tensión, corriente, potencia y factor de potencia de un motor sincrónico trifásico disponible en el laboratorio de máquinas eléctricas. Mida además la corriente continua de excitación de su rotor utilizando un sensor de corriente ACS 712 de efecto Hall, capaz de transformar en tensión una corriente de ± 5 A. Ejercicio 4: Realizar una aplicación que pueda medir el espectro de frecuencias de una carga monofásica de alineal.

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

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA EJERCICIOS PROPUESTOS: Ejercicio 1: Crear una aplicación tipo osciloscopio que pueda mostrar dos canales analógicos. Mida Tensión eficaz, frecuencia y espectro de amplitud. Agregue controles de disparo que permitan una correcta visualización de las formas de onda. Ejercicio 2: Realizar un analizador de redes monofásico que muestre tensión, corriente y potencia.

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.