instrumentaciÓn avanzada adquisicion de datos usando labview

INSTRUMENTACIÓN AVANZADAINSTRUMENTACIÓN AVANZADA

ADQUISICION DE DATOSADQUISICION DE DATOSUSANDO LABVIEWUSANDO LABVIEW


Esquema típico de las entradas analógicas de una placa de adquisición (DAQ) (Data Acquisition):

Existen dos tipos de sistemas de adquisición de datos

ADQUISICION 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.


MULTIPLEXOR:

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).

Ya que normalmente las DAQ poseen un solo conversor A/D se utiliza un multiplexor para seleccionar una entre varias entradas analógicas disponibles.


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 mucha distancia, ya que provee mejor inmunidad al ruido.

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 1V 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.

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.

MULTIPLEXOR:


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 10V o de -10 a 10V, -2,5V a 2,5V, etc, muchas veces seleccionables de manera que el usuario elija la

opción que mejor se adapta a sus necesidades.

AMPLIFICADOR:

Es un amplificador normalmente de ganancia programable


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

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:


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: 8bits,12 bits,16bits,etc

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.

12S

N

Rangodensibilida

donde N = Nº de bits


Ejemplo:Para una placa de adquisición con un conv. A/D de 12 bits y un rango de 5V tendremos:

Sensibilidad = 5V / 4095 = 1,23 mV

Para una placa de adquisición con un conv. A/D de 12 bits y un rango de ± 5V tendremos:

Sensibilidad = 10V / 4095 = 2,44 mV

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.

CONVERSOR A/D:


Las placas de adquisición de datos tienen una memoria en las que se

almacenan las muestras adquiridas (o las que van a ser generadas)

Una vez finalizada la adquisición:

MEMORIA DAQ:

Por otra parte la PC tendrá un espacio de memoria para recibir losdatos de la tarjeta DAC.

Mientras la adquisición está en curso:

Transferencia de datos entre la DAQ y la PC


USO DEL PIC18F2550 COMO PLACA USO DEL PIC18F2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICADE ADQUISICION DIDACTICA

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 50Hz)

ASPECTOS A TENER EN CUENTA

Por simplicidad se programó una tasa de muestreo fija de 3 Ksample/s en cada canal


Uso de la placa con PIC18F2550 para adquirir señales alternas

ASPECTOS A TENER EN CUENTA

Acondicionar la señal a medir para eliminar los valores negativos

El rango de conversor A/D es: 0 V – tensión de alimentación 0 V – (5V – Caída en los diodos de protección)

Superponer a la alterna Vx una continua de Vcc/2


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:



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:

Mida la tensión eficaz de cada fase. Muestre las formas de onda en pantalla y el diagrama fasorial de tensiones actualizado.Para cada fase y cada segundo realice el promedio de los últimos 60 valores eficaces medidos

• cada un minuto: 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). Muestre en un chart como esta evolucionando el promedio de los valores eficaces promedios.Indique en el mismo chart los limites 220V ± 8%



Ejercicio 2: Panel frontal sugerido:



Ejercicio 4: Realizar una aplicación que pueda medir el espectro de frecuencias de una carga monofásica de alineal.


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 712de efecto Hall, capaz de transformar en tensión una corriente de ± 5A.


Procedimiento para la carga de un nuevo programa el PIC 18F2550

Generar un programa en un lenguaje

conocido

Crear un código de máquina

Cargar el código en el

PIC

• 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)

• 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 Winpic80.

2. Con el uso de un programa “bootloader”.



Con un BootLoader pre-cargado en el microcontrolador, eliminas el uso de una plaqueta cargadora cada vez que se necesita cambiar el programa

(previamente cargado)



Un BootLoader 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 BootLoader, 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


¿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

El bootloader permite el cambio de la aplicación

mediante el soft SIOW.EXE

Si Tensión pin 3 > 0 V

Se ejecuta la aplicación normalmente


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.



PLACAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS PLACAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS DISPONIBLES EN EL LABORATORIODISPONIBLES EN EL LABORATORIO

32 entradas analógicasResolución 16 bits250 KS/s Ganancias programables2 salidas analógicas 16 bits (833kS/s)24 entradas/salidas digitales.

8 entradas analógicas (modo RSE)4 entradas analógicas (modo DIF)Resolución 12 bits50 kS/sGanancias programables16 entradas/salidas digitales.

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