Adquisicion de Señales

ADQUISICION DE DATOS POR COMPUTADORA LABVIEW

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Ao de la Promocin de la Industria

Responsable y del Compromiso

Climtico

Adquisicin de datos y control de

computadoras

Profesor: Ing. Sobrado Malpartida, Eddie ngel

Alumno: Mario Rafael Gonzales Tandazo.

DICIEMBRE - 2014


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CONTENIDO

1. Muestre una aplicacin en el uso de una computadores para control de procesos a travs de una tarjeta de adquisicin de datos ............................................................................. 3

1.1. Explicacin Terica: ........................................................................................................... 5

1.1.1. Sensor: ................................................................................................................... 5

1.1.2. Acondicionador: ..................................................................................................... 6

1.1.3. Conversin a digital: ............................................................................................... 6

1.1.4. Procesamiento, visualizacin y almacenamiento: .................................................. 6

1.1.5. Control: .................................................................................................................. 6

2. Cules son los caractersticas ms importantes de una tarjeta de adquisicin de datos? 7

2.1 Nmero de canales analgicos: .................................................................................. 7

2.2 Velocidad de muestreo: .............................................................................................. 7

2.3 Resolucin: ................................................................................................................. 8

2.4 Rango de entrada: ..................................................................................................... 8

2.5 Capacidad de temporizacin: ..................................................................................... 9

2.6 Forma de comunicarse con el computador: ................................................................ 9

3. Cuando se usa la computadora para controlar variables fsicas, qu se debe tener en cuenta? ........................................................................................................................... 10

3.1 Definicin del problema La definicin del problema implica: ................................... 10

3.2 Diseo Sistemtico: .................................................................................................. 10

3.3 Realizacin del diseo: ............................................................................................. 12

3.4 Verificacin y correccin del sistema: ....................................................................... 12

3.5 Documentacin , mantenimiento y actualizacin: ................................................... 13

4. Cules son las etapas de un sistema de adquisicin de datos, tanto en la parte de acondicionamiento analgico, como digital? .................................................................. 14

4.1. Transformacin: ....................................................................................................... 14

4.2. Amplificacin: .......................................................................................................... 14

4.3. Conversin por medio de opto-acopladores: ............................................................ 14

4.4. Filtrado: ................................................................................................................... 15

4.5. Excitacin: ................................................................................................................ 15

4.6. Linealizacin: ........................................................................................................... 15

BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................... 16


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Adquisicin de Datos y Control por Computadora

1. Muestre una aplicacin en el uso de una computadores para control de procesos a travs de una tarjeta de adquisicin de datos


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Utilizando una tarjeta DAQ9172, y utilizando el software DaqAssistant de

Labview se realizara la toma de temperatura de un sensor PT100


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1.1. Explicacin Terica:

La captura de seales procedentes de procesos de medicin es una de las

aplicaciones tpicas de la adquisicin de datos.

1.1.1. Sensor:

Es un tipo de transductor que transforma una magnitud en otra

con la finalidad de facilitar su medida. Existen sensores pasivos (que

necesitan un aporte de energa externo) y otros activos (que son capaces

de generar su propia energa). Los sensores elctricos tambin se pueden

clasificar en resistivos, capacitivos e inductivos, dependiendo de cul se la

caracterstica elctrica que vara.


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1.1.2. Acondicionador:

La salida de los sensores no suele ser apta para su procesamiento,

pues a veces no es lineal, otras veces tiene niveles demasiado pequeos,

etc. La funcin del acondicionador es adaptar esa salida para facilitar que

las etapas posteriores puedan procesarla. Dependen de la caracterstica

del sensor utilizado.

1.1.3. Conversin a digital:

Hasta ahora siempre se ha supuesto que se trabajaba con seales

analgicas. Si se quiere procesar la seal en el mbito digital, es necesario

convertirla. Para ello se usan conversores analgicos-digitales.

1.1.4. Procesamiento, visualizacin y almacenamiento:

Esta parte puede estar en el mbito digital o tambin en el

analgico. Esta vez lo representa el ordenador.

1.1.5. Control:

Esta etapa no siempre est presente y en caso de que exista, es la

que cierra el bucle, esto quiere decir que a partir de la seal procesada

puede haber una actuacin para modificar la variable medida u otra con el

fin de que sta se mantenga dentro de unos lmites o reaccione ante

alguna variacin.

Para el caso ms concreto de temperatura, los sensores ms

habituales son: termopares, termistores, detectores de temperatura

resistivos (RTD) y sensores de temperatura de estado slido

(circuitos integrados).

Este ejemplo trata de como adquirir datos provenientes de

un sensor de temperatura, concretamente un RTD de tipo PT100.

Este tipo de sensor debe su nombre a que est fabricado con platino

(Pt) y tiene una resistencia de 100 a 0 C. La medida es a tres hilos.


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2. Cules son los caractersticas ms importantes de una tarjeta de adquisicin de datos?

Las caractersticas ms importantes de una tarjeta de adquisicin de datos:

1. Nmero de canales analgicos.

2. Velocidad de muestreo.

3. Resolucin.

4. Rango de entrada.

5. Capacidad de temporizacin.

6. Forma de comunicarse con el computador.

2.1 Nmero de canales analgicos:

Nos indica la cantidad de magnitudes distintas que podemos adquirir con

la misma tarjeta. Generalmente las tarjetas disponen de un nico ADC y los

diferentes canales se generan por medio de un multiplexor analgico.

2.2 Velocidad de muestreo:

Cuanto mayor sea la velocidad de muestreo mejor representacin

obtendremos de la seal analgica, en cualquier caso la velocidad de muestreo

debe ser siempre mayor que el doble de la frecuencia de la seal que queremos

muestrear. Segn el Teorema de Nyquist.

Ejemplo: Si queremos digitalizar una seal de audio cuya frecuencia est

comprendida entre 20 Hz y 20KHz, la mnima velocidad de muestreo que

necesitamos es de 40.000 muestras por segundo. La reproduccin de la seal

obtenida, ser de mayor fidelidad con velocidades de muestreo superiores.

La velocidad de muestreo depende de los canales que queramos tener activos.

Las especificaciones de las tarjetas suelen indicar la velocidad de muestreo del

ADC, a medida que aumenta el nmero de canales que este debe atender

disminuir el nmero de muestras por segundo que podemos obtener en cada

canal.

V(muestreo x canal)=V(muestreo ADC) / N canales


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2.3 Resolucin:

Viene dada por el nmero de bits del ADC que se utilizan para representar

cada muestra, a mayor nmero de bits del ADC la tarjeta ser capaz de detectar

variaciones menores en la seal. El nmero de distintos niveles en que se divide la

seal a convertir viene dada por 2n, siendo n la longitud de palabra del conversor.

Ejemplo: Un conversor de 8 bits tendr 256 niveles distintos, suponiendo un rango

de entrada de 10V proporcionara una resolucin de:

V(muestreo x canal)= 10 voltios/ 28(bits)

= 39mV

Es decir, ser capaz de detectar variaciones de tensin de hasta 39mV como

mnimo. Con las mismas condiciones en un conversor de 16 bits obtendramos

65536 niveles y una resolucin de:

V(muestreo x canal)= 10 voltios/ 216(bits)

= 152V

2.4 Rango de entrada:

Indica los mrgenes entre los que debe estar la seal de entrada para que

pueda ser convertida. Las tarjetas de adquisicin de datos suelen dar varias

posibilidades que se pueden seleccionar por hardware o por software. Estas 4

caractersticas vienen a determinar la capacidad y la precisin de la tarjeta de

adquisicin:

A mayor nmero de canales Mayor capacidad.

A mayor velocidad de muestreo Mayor capacidad.

A mayor resolucin Mayor precisin.

A menor rango de entrada Mayor precisin, ya que se con los

mismos bits de resolucin se tendr que representar un menor rango.


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2.5 Capacidad de temporizacin:

La capacidad de temporizacin interna en la propia tarjeta de adquisicin de datos

es una caracterstica interesante en estos sistemas, ya que permite unas

funcionalidades adicionales:

Puede controlar los momentos en los que se debe leer una seal.

Identificar cuantas veces se ha producido un evento.

Generar formas de onda de acuerdo al reloj.

Y de esta forma descarga de estas misiones al computador que podr usar ese

tiempo para otras ocupaciones. Tambin proporciona una forma de trabajo en

tiempo real en aquellos casos en los que el computador no puede atenderla

debido a sobrecargas o a limitaciones en su sistema operativo.

2.6 Forma de comunicarse con el computador:

Su funcionamiento, como dispositivo perifrico se puede realizar de dos

formas:

- Mediante entrada-salida por interrupcin, lo normal.

- Mediante acceso directo a memoria (DMA). En aquellos casos en los

que el flujo de datos puede ser elevado.


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3. Cuando se usa la computadora para controlar variables fsicas, qu se debe tener en cuenta?

Se debe tener en cuenta el diseo de un Sistema de Adquisicin de Seales. Se

debera seguir los principios generales de diseo de todo sistema electrnico. El diseo

metdico de un sistema consta de cinco etapas: Definicin del problema Diseo

sistemtico Realizacin del diseo Verificacin y correccin Documentacin,

mantenimiento y actualizacin.

3.1 Definicin del problema La definicin del problema implica:

Describirlo, dar las caractersticas de un sistema que lo resuelva Establecer

las condiciones de contorno o ambientales en que deben mantenerse dichas

caractersticas Justificar el tipo de sistema propuesto para la solucin, frente a

otras posibles alternativas. La descripcin del problema debe incluir el anlisis del

contexto tcnico, funcional y econmico en que debe integrarse el sistema. Es

decir, qu es lo que hay, cmo funciona, y cunto cuesta. El diseador del sistema

no tiene porqu realizar dicho anlisis, pero debe conocer sus resultados. La

especificacin de las caractersticas del SADS debe seguir las normas tcnicas

habituales para el tipo de sistema. Debe incluir lo siguiente: La descripcin de qu

debe hacer el sistema. Las prestaciones tcnicas de su funcin. Los detalles de la

interaccin usuario-sistema. La interfaz del sistema con el entorno. La conducta en

caso de errores y el diagnstico de averas. Las condiciones de contorno o

ambientales pueden ser tanto climticas (temperatura, humedad), como

electromagnticas (interferencias, fluctuaciones de la alimentacin), qumicas

(atmsferas corrosivas, polvo) o mecnicas (vibraciones). Ejemplo: Nos piden que

desarrollemos un sistema de grabacin digital en una unidad mvil (un auto) que

est sujeto a movimiento y vibraciones, y en donde las caractersticas

climatolgicas dependen de donde est situada esa unidad mvil: grabando un

rally en el desierto, en la nieve, con viento, etctera.

3.2 Diseo Sistemtico:

Un diseo sistemtico consiste en una serie de subsistemas modulares

interconectados. Un mtodo para definirlos es ir subdividiendo la funcin a

realizar en otras funciones, cada una de las cuales se subdivide hasta llegar a

funciones elementales de fcil realizacin. La decisin de dividir o no una funcin

viene condicionada por la disponibilidad de elementos simples para realizarla

(sean hardware o software). Ello implica que, por una parte, hay que tener un


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buen conocimiento de la oferta, y por otra, saber contrapesar las ventajas y

limitaciones respectivas al hardware y del software. Para ello hay que desarrollar

el hbito de informarse, normalmente a travs de la lectura. En trminos

generales, las soluciones hardware son ms caras pero tambin ms rpidas de

ejecucin que las soluciones software. Algunos de los factores a tener en cuenta

son: Coste por unidad producida. Tiempo y coste del desarrollo de la solucin.

Fiabilidad o capacidad de funcionamiento dentro de las especificaciones durante

largo tiempo tras la puesta en marcha. Compatibilidad con otras aplicaciones

dentro del entorno del sistema. Potencia disipada. Espacio ocupado. Para grandes

series de produccin, cuanto menos hardware mejor, aunque sea a costa de

requerir un software ms complejo, porque mientras en una solucin Hardware el

coste de los componentes incorporados en cada producto se mantiene fijo, en

cambio, en una solucin Software el coste de la programacin se reparte entre

todas las unidades producidas y slo el coste de la memoria necesaria en cada

unidad repercute directamente en su precio. Al estimar el coste hay que tener en

cuenta la disponibilidad de los componentes necesarios; tareas como la

codificacin de teclas o interruptores, la decodificacin para elementos de

presentacin alfanumricos (displays, pantallas) y las interfaces serie/paralelo, son

tan comunes que hay una amplia oferta hardware a bajo precio. Para los

problemas en los que intervienen seales analgicas, las soluciones integradas

disponibles son muy limitadas. En las soluciones software, muchas veces se puede

elegir entre aquellas que requieren tiempo y aquellas que requieren memoria o

potencia. Por ejemplo, un resultado calculado mediante la aplicacin de una

frmula requiere mucho tiempo y poca memoria, el mismo resultado obtenido a

partir de una tabla requiere poco tiempo pero mucha memoria. Incluso dentro de

una solucin software es posible, a veces, elegir procesadores con distintas

velocidades, seleccionar pues aquel que mejor se ajuste a nuestras necesidades.

En trminos generales, una solucin hardware es elctricamente menos fiable que

una solucin software debido al mayor nmero de conexiones. Adems, consume

mayor potencia y ocupa ms espacio. Adems, por software se pueden realizar

varias tareas, mientras que el hardware es muy rgido.


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3.3 Realizacin del diseo:

La realizacin del sistema incluye en general dos partes: hardware y software. Las

tareas a realizar en cada caso dependen de la complejidad del sistema y del nivel

de diseo considerado. En el hardware digital lo ms prctico es emplear como

componentes perifricos al microprocesador (Tarjetas). Si el diseo consiste en

aplicar tarjetas de circuito impreso, deben ser todas compatibles con el bus

central del sistema. Conviene que el nmero de tensiones de alimentacin

distintas sea el mnimo. La disposicin de los elementos del sistema, sean los

componentes de un circuito impreso, sean las tarjetas dentro de un chasis

modular, hay que hacerla teniendo en cuenta la compatibilidad electromagntica

entre los elementos. En el diseo del software la decisin central es qu tipo de

lenguaje utilizar. La programacin de lenguaje de alto nivel (BASIC, FORTRAN,

PASCAL) o intermedio (Lenguaje C) es ms rpida y fcil de corregir y mantener

pero exige que se disponga de un compilador, que es el traductor capaz de

convertir las instrucciones en rdenes inteligibles por el microprocesador

utilizado. Los programas en lenguajes de alto nivel son adems ms fiables por

cuanto incluyen muchas menos instrucciones que los programas en ensamblador.

Un inconveniente de los lenguajes de alto nivel es que son menos eficientes por lo

que el cdigo mquina generado a partir de ellos suele ser mucho ms largo que el

generado a partir de un programa escrito en ensamblador, de modo que necesitan

menos memoria. Peor es, sin embargo, el hecho de que en muchas aplicaciones el

objetivo es sacar provecho de detalles especficos de la arquitectura de un

determinado microprocesador, o controlador, y ello no es posible con lenguajes

de alto nivel. Por ello la mejor solucin suele ser utilizar una combinacin de

lenguajes de alto nivel con lenguaje ensamblador. Los sistemas de desarrollo de

software actuales permiten combinar ambos tipos de lenguaje.

3.4 Verificacin y correccin del sistema:

La verificacin y la correccin del sistema consiste en comprobar si el sistema

cumple con las especificaciones propuestas y tomar las acciones necesarias para

que las cumpla si no lo hace. Normalmente se recurre a analizar la salida ante

unas condiciones predeterminadas; caso de que no cumpla con lo previsto se va

retrocediendo desde el punto en el que se detecta el error hasta encontrar su

causa. Si el sistema est concebido de forma modular conviene verificar cada

mdulo por separado una vez est completo, antes de verificar el sistema en su

conjunto.


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3.5 Documentacin , mantenimiento y actualizacin:

Esta etapa se olvida con frecuencia. La ausencia de componentes

mecnicos induce a pensar que si el sistema funciona bien al principio, lo seguir

haciendo de forma indefinida. La experiencia demuestra que no es as. Una razn

que explica este hecho es que el entorno de funcionamiento del sistema puede ser

distinto al entorno en el que se verifica, o puede cambiar con el tiempo. Puede

suceder tambin que las pruebas del sistema no incluyeran una combinacin de

entradas que luego se produce en la prctica, o simplemente que se exige al

sistema unas funciones que difieren de las previstas inicialmente, por lo que su

diseo debe ser actualizado. Estas y otras circunstancias aconsejan documentar

muy bien tanto el hardware como el software de la solucin adoptada. Esta etapa

debe correr a cargo de quien disea el sistema. La documentacin debe estar

dirigida y ser inteligible a un ingeniero que no haya tomado parte en el diseo,

pues normalmente esta es la situacin real.


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4. Cules son las etapas de un sistema de adquisicin de datos, tanto en la parte de acondicionamiento analgico, como digital?

Las funciones principales que va a tener que realizar el acondicionador de seal son las

siguientes:

1. Transformacin.

2. Amplificacin.

3. Conversin por medio de opto-acopladores.

4. Filtrado.

5. Excitacin.

6. Linealizacin.

4.1. Transformacin:

Los sensores pueden proporcionar una diferencia de potencial, o una variable de

intensidad. Normalmente las tarjetas de adquisicin de datos admiten diferencias de

potencial, por lo que si el sensor proporciona una variacin de intensidad, esta debe

ser convertida en una diferencia de potencial proporcional.

4.2. Amplificacin:

La seal proporcionada por los sensores suele ser de un valor muy pequeo, por lo

que debe ser amplificada con el fin de que pueda ser detectada correctamente por la

tarjeta de adquisicin de datos. La amplificacin debe ser tal que las variaciones de la

seal recorran todo el margen de la tarjeta de adquisicin de datos. La amplificacin

de las seales, en su origen, reduce el ruido que les puede afectar en su transmisin

hasta el computador.

4.3. Conversin por medio de opto-acopladores:

Consiste en la conversin de una seal elctrica en una seal ptica, de luz. El

principal objetivo de esta conversin consiste en aislar los sistemas elctricos de los

sensores de los sistemas elctricos de la tarjeta de adquisicin para que de esta

forma, se evite tener que usar masas comunes, que en algunos casos producen

problemas de derivacin de corrientes. Conviene que los sensores de calidad realicen

esta conversin por medio de opto-acopladores.


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4.4. Filtrado:

Con el filtrado se pretende eliminar ruidos de alta frecuencia que pueden hacer

perder exactitud al sistema de adquisicin de datos. Lo ideal es transportar la seal del

sensor lo ms limpia posible a la tarjeta de adquisicin.

4.5. Excitacin:

Hay muchos sensores que necesitan de una excitacin, bien en corriente, bien en

tensin, para producir la variacin proporcional a la magnitud a medir.

4.6. Linealizacin:

No todos los sensores tienen una variacin lineal con respecto a las variaciones de

la magnitud que se miden; a veces es necesario realizar unos clculos para convertir la

respuesta del sensor en lineal.

En la digitalizacin se dar un proceso inverso.


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BIBLIOGRAFIA

http://books.google.com.pe/books?id=sYavwLAl2k4C&pg=PA230&lpg=PA230&dq=cuando+es+nece

sario+un+Amplificador+de+Ganancia+programable+%28AGP%29+en+la+parte+de+adquisicion?&so

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http://www.ehu.es/daq_tutorial/Doc/PDF/Tema1.pdf

http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/19119/1/Sistemas%20de%20adquisici%C3%B3n%20y%2

0Procesamiento%20de%20datos.pdf

ENTORNO GRAFICO DE PROGRAMACION, Autor: Lajara Pelegr.

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