“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”.

UNIVERSIDAD

SAN PEDRO

INTRODUCCIÓN

En la actualidad el vertiginoso desarrollo de la electrónica y la microelectrónica han

motivado que todas las esferas de la vida humana se estén automatizando, por

ejemplo: la industria, el hogar, los comercios, la agricultura, la ganadería, el transporte,

las comunicaciones, etc. En todo ese proceso de automatización el microprocesador y

el microcontrolador juegan un papel de suma importancia. Ellos han permitido el

desarrollo de sistemas inteligentes que resuelven los más diversos problemas, son los

llamados Sistemas de Adquisición de Datos.

El objetivo básico de los "Sistemas de Adquisición de Datos"(S.A.D) es

la integración de los diferentes recursos que lo integran : Tranductores de diferentes

tipos y naturaleza, multiplexores, amplificadores, sample and hold, conversores A/D y

D/A, además el uso del microcontrolador 8051 como CPU del SAD diseñado,

utilizando de este microcontrolador todas sus prestaciones: interrupciones,

temporizadores, comunicación serie así como hacer uso de memorias y puertos

externos y creando con todo ello un sistema que se encargue de una aplicación

específica como es chequear una variables (PH, humedad

relativa, temperatura, iluminación, concentración, etc. ) para una posterior utilización

de la misma ya sea con fines docentes, científicos, de almacenamiento o control y

utilización de la misma.

Con este documento le daremos a conocer que son los Sistemas de Adquisición de

Datos, la importancia de los mismo en el desarrollo de la electrónica y la

microelectrónica en la creación de sistemas electrónicos que se encarguen de

chequear cualquier tipo de variable .También haremos hincapié en las partes que

componen los S.A.D así como algunos ejemplos de acondicionamiento de la señal que

se chequeara. 

SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS

Adquisición de datos:

La adquisición de datos o adquisición de señales, consiste en la toma de

muestras del mundo real (sistema analógico) para generar datos que puedan

ser manipulados por un ordenador u otras electrónicas (sistema digital).

La adquisición de datos (DAQ) es el proceso de medir con una PC un

fenómeno eléctrico o físico como voltaje, corriente, temperatura, presión o

sonido. Comparados con los sistemas de medidas tradicionales, los sistemas

DAQ basados en PC aprovechan la potencia del procesamiento, la

productividad, la visualización y las habilidades de conectividad de las PCs

estándares en la industria proporcionando una solución de medidas más

potente, flexible y rentable.

Ventajas:Flexibilidad de procesamiento, posibilidad de realizar las tareas en tiempo real o en

análisis posteriores (a fin de analizar los posibles errores), gran capacidad de

almacenamiento, rápido acceso a la información y toma de decisión, se adquieren

gran cantidad de datos para poder analizar, posibilidad de emular una gran cantidad

de dispositivos de medición y activar varios instrumentos al mismo tiempo, facilidad de

automatización, etc.

Se utiliza en la industria, la investigación científica, el control de máquinas y de

producción, la detección de fallas y el control de calidad entre otras aplicaciones.

¿Cómo se adquieren los datos?

La adquisición de datos se inicia con el fenómeno físico o la propiedad física de un objeto (objeto de la investigación) que se desea medir. Esta propiedad física o fenómeno podría ser el cambio de temperatura o la temperatura de una habitación, la intensidad o intensidad del cambio de una fuente de luz, la presión dentro de una cámara, la fuerza aplicada a un objeto, o muchas otras cosas. Un eficaz sistema de adquisición de datos pueden medir todos estos diferentes propiedades o fenómenos.

Un sensor es un dispositivo que convierte una propiedad física o fenómeno en una señal eléctrica correspondiente medible, tal como tensión, corriente, el cambio en los valores de resistencia o condensador, etc. La capacidad de un sistema de adquisición

de datos para medir los distintos fenómenos depende de los transductores para convertir las señales de los fenómenos físicos mensurables en la adquisición de datos por hardware. Transductores son sinónimo de sensores en sistemas de DAQ. Hay transductores específicos para diferentes aplicaciones, como la medición de la temperatura, la presión, o flujo de fluidos. DAQ también despliega diversas técnicas de acondicionamiento de Señales para modificar adecuadamente diferentes señales eléctricas en tensión, que luego pueden ser digitalizados usando CED.Las señales pueden ser digitales (también llamada señales de la lógica) o analógicas en función del transductor utilizado.

El acondicionamiento de señales suele ser necesario si la señal desde el transductor no es adecuado para la DAQ hardware que se utiliza. La señal puede ser amplificada o desamplificada, o puede requerir de filtrado, o un cierre patronal, en el amplificador se incluye para realizardemodulación. Varios otros ejemplos de acondicionamiento de señales podría ser el puente de conclusión, la prestación actual de tensión o excitación al sensor, el aislamiento, linealización, etc. Este pretratamiento del señal normalmente lo realiza un pequeño módulo acoplado al transductor.DAQ hardware son por lo general las interfaces entre la señal y un PC. Podría ser en forma de módulos que pueden ser conectados a la computadora de los puertos (paralelo, serie, USB, etc…) o ranuras de las tarjetas conectadas a (PCI, ISA) en la placa madre. Por lo general, el espacio en la parte posterior de una tarjeta PCI es demasiado pequeño para todas las conexiones necesarias, de modo que una ruptura de caja externa es obligatorio. Las tarjetas DAQ a menudo contienen múltiples componentes (multiplexores, ADC, DAC, TTL-IO, temporizadoresde alta velocidad, memoria RAM). Estos son accesibles a través de un bus por un micro controlador, que puede ejecutar pequeños programas. El controlador es más flexible que una unidad lógica dura cableada, pero más barato que una CPU de modo que es correcto para bloquear con simples bucles de preguntas.Driver software normalmente viene con el hardware DAQ o de otros proveedores, y permite que el sistema operativo pueda reconocer el hardware DAQ y dar así a los programas acceso a las señales de lectura por el hardware DAQ. Un buen conductor ofrece un alto y bajo nivel de acceso.

Ejemplos de Sistemas de Adquisición y control: · DAQ para recoger datos(datalogger) medioambientales (energías renovables e ingeniería verde). · DAQ para audio y vibraciones (mantenimiento, test). · DAQ + control de movimiento(corte con laser). · DAQ + control de movimiento+ visión artificial (robots modernos).

Proceso de adquisición de datos:

A.-SENSORES

Una parte fundamental en todo sistema de adquisición de datos es el elemento encargado de percibir la magnitud a medir:

Definición: Los sensores son dispositivos capaces de convertir una magnitud física, como puede ser la temperatura, la presión, el valor de pH, etc.,... en una diferencia de potencial o una variación de intensidad. Es decir, realizan una conversión de energías y suministran información sobre el estado y tamaño de la magnitud.

Los sensores informan de su entorno y además esa información es cuantificable, es decir, medible por algún instrumento.

Tipos de sensores:

1- Sensor de corriente

Convierte una magnitud física en un nivel de corriente directa equivalente, este tipo de

sensor tiene como ventaja principal que el nivel de corriente obtenido puede ser

transportado distancias grandes sin que se produzcan pérdidas significativas, su

desventaja a la vez consiste que la corriente siempre tiene que ser convertida a voltaje

antes de suministrársele aun conversor A-D.

Ejemplos de sensores de corriente

AD-590: Este es un circuito integrado, que funciona como una fuente de corriente

dependiente de la temperatura:

Isal=1µA*T(°C) + 273.2 µA

La gran mayoría de los sensores industriales de corriente están normalizados para

transmitir un rango de corriente entre los 4 - 20 mili amperes, por ser considerado este

un rango óptimo para su transportación.

2- Sensor de Voltaje

Este tipo de sensor es el que entrega un nivel de voltaje equivalente a la señal física

que se mide, normalmente los sensores industriales capaces de entregar un nivel de

voltaje tienen incorporado circuitos acondicionadores, tales como Amplificadores de

instrumentación y operacionales, comparadores, etc. Este tipo de sensores muchas

veces incorpora resistores variables que permiten ajustar el rango de voltaje que ellos

entregan al rango que nuestro conversor necesita, esta es su gran ventaja a su vez su

desventaja es que la señal por ellos generada no puede ser transmitida mas haya de

unos pocos metros porque sin que se produzcan perdidas en la misma.

Ejemplo de sensor de voltaje

Frecuentemente se ve que el sensor de voltaje son las celdas foto voltaicas capaces de convertir un nivel de iluminación en una señal de voltaje equivalente.

3-Sensor Resistivo

Este es un tipo de sensor que convierte la variación de una señal física en una

variación de resistencia, entre los más comunes tenemos las termoresistencias. El

inconveniente de este tipo de sensor es que se debe utilizar un puente de Wheastone

en algunas de sus variantes para convertir la variación de resistencia en una variación

de voltaje.

Sensores Comunes

Sensor FenómenoTermopar, RTD, Termistor TemperaturaFotosensor LuzMicrófono SonidoGalga Extensiométrica, Transductor Piezoeléctrico

Fuerza y Presión

Potenciómetro, LVDT, Codificador Óptico

Posición y Desplazamiento

Acelerómetro AceleraciónElectrodo pH pH

B. Acondicionador de señal

El objetivo del acondicionador de señal es generar, a partir de lo obtenido por los

sensores, una señal que sea aceptable por las tarjetas de adquisición de datos. Las

tarjetas de adquisición de datos suelen admitir niveles de tensión que van entre unos

márgenes determinados: -10V a 10V, 0 a 10V, 0 a 5V, etc.

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

las siguientes:

Transformación

Amplificación

Conversión por medio de optoacopladores

Filtrado

Excitación

Linealización

Transformación: Los sensores pueden proporcionar una diferencia de potencial, o

una variable de intensidad. Normalmente las tarjetas de adquisición de datos admiten

diferencias de potencial, por lo que si el sensor proporciona una variación de

intensidad, esta debe ser convertida en una diferencia de potencial proporcional.

Amplificación: La señal proporcionada por los sensores suele ser de un valor muy

pequeño, por lo que debe ser amplificada con el fin de que pueda ser detectada

correctamente por la tarjeta de adquisición de datos. La amplificación debe ser tal que

las variaciones de la señal recorran todo el margen de la tarjeta de adquisición de

datos. La amplificación de las señales, en su origen, reduce el ruido que les puede

afectar en su transmisión hasta el computador.

Conversión por medio de optoacopladores: Consiste en la conversión de una

señal eléctrica en una señal óptica, de luz. El principal objetivo de esta conversión

consiste en aislar los sistemas eléctricos de los sensores de los sistemas eléctricos de

la tarjeta de adquisición para que de esta forma, se evite tener que usar masas

comunes, que en algunos casos producen problemas de derivación de corrientes.

Conviene que los sensores de calidad realicen esta conversión por medio de

optoacopladores.

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

hacer perder exactitud al sistema de adquisición de datos. Lo ideal es transportar la

señal del sensor lo más limpia posible a la tarjeta de adquisición.

Excitación: Hay muchos sensores que necesitan de una excitación, bien en

corriente, bien en tensión, para producir la variación proporcional a la magnitud a

medir.

Linealización: No todos los sensores tienen una variación lineal con respecto a las

variaciones de la magnitud que se miden; a veces es necesario realizar unos cálculos

para convertir la respuesta del sensor en lineal.

COMPONENTES CLAVE DE MEDIDAS PARA UN DISPOSITIVO DAQ:

Acondicionamiento de Señales

Las señales de los sensores o del mundo exterior pueden ser ruidosas o

demasiado peligrosas para medirse directamente. El circuito de acondicionamiento

de señales manipula una señal de tal forma que es apropiado para entrada a un

ADC. Este circuito puede incluir amplificación, atenuación, filtrado y aislamiento.

Algunos dispositivos DAQ incluyen acondicionamiento de señales integrado

diseñado para medir tipos específicos de sensores.

Convertidor Analógico Digital (ADC)

Las señales analógicas de los sensores deben ser convertidas en digitales antes

de ser manipuladas por el equipo digital como una PC. Un ADC es un chip que

proporciona una representación digital de una señal analógica en un instante de

tiempo. En la práctica, las señales analógicas varían continuamente con el tiempo

y un ADC realiza "muestras" periódicas de la señal a una razón predefinida. Estas

muestras son transferidas a una PC a través de un bus, donde la señal original es

reconstruida desde las muestras en software.

Bus de la PC

Los dispositivos DAQ se conectan a una PC a través de una ranura o puerto. El bus de

la PC sirve como la interfaz de comunicación entre el dispositivo DAQ y la PC para

pasar instrucciones y datos medidos. Los dispositivos DAQ se ofrecen en los buses de

PC más comunes, incluyendo USB, PCI, PCI Express y Ethernet. Recientemente, los

dispositivos DAQ han llegado a estar disponibles para 802.11 Wi-Fi para comunicación

inalámbrica. Hay varios tipos de buses y cada uno de ellos ofrece diferentes ventajas

para diferentes tipos de aplicaciones.

C.- Tarjetas de adquisición de datos

Es el proceso de muestreo de señales que miden las condiciones físicas del mundo real y la conversión en valores numéricos digitales que pueden ser manipulados por un ordenador.

El último paso en un sistema de adquisición de datos son las tarjetas de adquisición de datos, estás tarjetas se encargan de:

Las conversiones de señales desde analógica a digital. ADC. La comunicación con el ordenador.

Características:

Como características más relevantes de una tarjeta de adquisición de datos están: Número de canales analógicos Velocidad de muestreo Resolución Rango de entrada. Capacidad de temporización Forma de comunicarse con el computador

Número de canales analógicos: Nos indica la cantidad de magnitudes distintas que podemos adquirir con la misma tarjeta. Generalmente las tarjetas disponen de un único ADC y los diferentes canales se generan por medio de un multiplexor analógico.

Velocidad de muestreo: Cuanto mayor sea la velocidad de muestreo mejor representación obtendremos de la señal analógica, en cualquier caso la velocidad de muestreo debe ser siempre mayor que el doble de la frecuencia de la señal que queremos muestrear. /*Según el Teorema de Nyquist*/ 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 número de canales que este debe atender disminuirá el número de muestras por segundo que podemos obtener en cada canal.

Resolución: Viene dada por el número de bits del ADC que se utilizan para representar cada muestra, a mayor número de bits del ADC la tarjeta será capaz de detectar variaciones menores en la señal. El número de distintos niveles en que se divide la señal a convertir viene dada por 2n, siendo n la longitud de palabra del conversor.

Rango de entrada: Indica los márgenes entre los que debe estar la señal de entrada para que pueda ser convertida. Las tarjetas de adquisición de datos suelen dar varias posibilidades que se pueden seleccionar por hardware o por software. Estas 4 características vienen a determinar la capacidad y la precisión de la tarjeta de adquisición: - A mayor número de canales Mayor capacidad. - A mayor velocidad de muestreo Mayor capacidad - A mayor resolución Mayor precisión - A menor rango de entrada Mayor precisión, ya que se con los mismos bits de resolución se tendrá que representar un menor rango.

Capacidad de temporización: La capacidad de temporización interna en la propia tarjeta de adquisición de datos es una característica interesante en estos sistemas, ya que permite unas funcionalidades adicionales:

- Puede controlar los momentos en los que se debe leer una señal - Identificar cuantas veces se ha producido un evento - Generar formas de onda de acuerdo al reloj - Etc., ... Y de esta forma descarga de estas misiones al computador que podrá usar ese tiempo para otras ocupaciones. También 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.

Forma de comunicarse con el computador: Su funcionamiento, como dispositivo periférico se puede realizar de dos formas:

- Mediante entrada-salida por interrupción, lo normal. - Mediante acceso directo a memoria (DMA). En aquellos casos en los que el flujo de datos puede ser elevado.

Tipos de DAQ:

- Tarjetas A/D- Tarjetas D/A- Tarjetas I/O- Tarjetas con Reles- Tarjetas con Acopladores - Una mezcla de estas.

Componentes de las DAQ:- Multiplexor - Amplificador de Instrumentacion - Filtros- Sample/ hold - A/D- D/A

La tarjeta convertidora de señales A/D y D/A: consiste de los siguientes circuitos:o Un Controlador de puertos paralelos 8255. o Un amplificador digital bidireccional de datos 74LS245. o Un decodificador de selección de puerto 74LS138. o Un decodificador para la transferencia de datos de entrada y salida de los convertidores A/D y D/A, PAL16L8. o Cuatro arreglos octales de flip flop tipo D, 74LS373. o Cuatro convertidores digital a analógico DAC0808. o Un divisor de frecuencia 74LS93. o Un amplificador analógico con cuatro amplificadores operacionales LM348.

Analog Input La tarjeta DAQ-6024E (IO): consta de 16 líneas de entrada o pins. En total, un máximo de 16 canales analógicos. Cada línea de entrada es configurable según tres modos de operación: DIFF (de diferencial, se usan un par de líneas de entrada para una señal diferencial: 0-7, 1-8, 2-9, 3-10 ...), NRSE (de Non Referenced Single-Ended, para grounded signals a la entrada, entre la línea en cuestión y el pin de referencia AISENSE), RSE (de Referenced Single-Ended, para señales flotantes, entre la línea en cuestión y el pin de referencia AIGND). En total, tendríamos pues 8 canales diferenciales o 16 canales unipolares.

D.- Computador de Procesamiento PC

Dentro del ámbito industrial o científico, resulta común encontrar procesos que requieren un control automático e inteligente: El control automático será aquel que se realizará sin presencia humana El control inteligente será capaz de tomar decisiones en función del estado del proceso en cada momento.

Hasta hace pocos años, un sistema de control inteligente habría necesitado de un equipo especializado y caro. El desarrollo que han sufrido los ordenadores personales en los últimos años ha posibilitado soluciones de este tipo con un coste relativamente bajo.

En principio, un computador es una máquina de uso general cuya falta de especialización y baja velocidad lo hacían, antiguamente inadecuada para aplicaciones de tratamiento de imagen y sonido. Actualmente, con las nuevas familias

de procesadores se alcanzan las velocidades de ejecución que se precisan para cubrir la mayor parte de las necesidades.

Por otra parte, un PC que pretende relacionarse con el exterior necesita de una vía de comunicación, un canal de transmisión y recepción de datos.

Las interfaces habituales entre el ordenador y el usuario son, como sabemos:

El teclado para la entrada de datos La pantalla o impresora para la salida de datos. Otra posibilidad es la comunicación a través de un módem que utiliza la línea telefónica y que permite la transmisión de datos de un ordenador a otro.

Esta escasa variedad de canales obliga a que se establezca, en la arquitectura de un computador, un acceso físico directo a su bus mediante algún mecanismo, sobre el cual pueden disponerse los sistemas de adquisición de datos: este mecanismo lo constituyen los slots de expansión, que no son más que ranuras sobre el bus de expansión del sistema, en las cuales se “pinchan” a modo de tarjetas los controladores de los periféricos y los sistemas de adquisición de datos. Este acceso resulta tener carácter general y se particulariza a cada caso concreto mediante el adecuado periférico.

Hay slots de distinto tipo dependiendo a qué bus de expansión accedan:

Slots al bus ISA Slots al bus PCI Slots al bus AGP

El sistema así formado presenta dos importantes características:

Versatilidad: Debido a la propia versatilidad del computador en tanto en cuanto es programable y de propósito general, evita el tener que adquirir equipos específico. En cuanto a

la tarjeta, que al no ser un instrumento orientado a una aplicación específica, soporta también su propia programación.

Bajo precio: Ya que la tarjeta, al no ser un dispositivo autónomo, no tiene que ir dotada de fuente de alimentación ni de controles externos.

¿Cuál es la Función de la PC en un Sistema DAQ?Una PC con software programable controla la operación del dispositivo DAQ y es usada para procesar, visualizar y almacenar datos de medida. Diferentes tipos de PCs son usadas en diferentes tipos de aplicaciones. Una PC de escritorio se puede utilizar en un laboratorio por su poder de procesamiento, una laptop se puede utilizar por su portabilidad o una PC industrial se puede utilizar en una planta de producción por su robustez.

¿Cuáles son los Diferentes Componentes de Software en un Sistema DAQ?Software ControladorEl software controlador ofrece al software de aplicación la habilidad de interactuar con un dispositivo DAQ. Simplifica la comunicación con el dispositivo DAQ al abstraer comandos de hardware de bajo nivel y programación a nivel de registro. Generalmente, el software controlador DAQ expone una interfaz de programación de aplicaciones (API) que es usada en un entorno de programación para construir software de aplicación.

Software de AplicaciónEl software de aplicación facilita la interacción entre la PC y el usuario para adquirir, analizar y presentar datos de medidas. Puede ser una aplicación pre-construida con funcionalidad predefinida o un entorno de programación para construir aplicaciones con funcionalidad personalizada. Las aplicaciones personalizadas generalmente son usadas para automatizar múltiples funciones de un dispositivo DAQ, realizar algoritmos de procesamiento de señales y mostrar interfaces de usuario personalizadas.

Incorporación de microcontroladores y DSP

La tendencia actual en los sistemas de adquisición y tratamiento de datos está en el diseño de sistemas capaces de hacer esa adquisición y tratamiento de manera autónoma, comunicándose con el computador central únicamente para la transmisión de bloques de datos elaborados, recibir órdenes de control o informar de situaciones particulares.

Es un paso más es el diseño de sistemas distribuidos de adquisición y tratamiento, dejando la mayor parte del trabajo a módulos independientes. En esta situación el computador actuará como un coordinador del sistema completo. Estas tendencias exigen la inteligencia en los dispositivos y aumentar en cierto grado su capacidad de proceso, y para ello nada mejor que el uso de microcontroladores y DSP, que dotan al sistema de la potencia de los microprocesadores añadiendo, además, puertos de entrada-salida y el propio conversor analógico-digital incluido dentro del mismo chip del microcontrolador. Por lo general todas estas tarjetas disponen de comunicación serie con el computador y la posibilidad de ser programadas en lenguajes de alto nivel.

SISTEMAS ELECTRÓNICOS DEDICADOS A LA ADQUISICIÓN DE DATOS

Tipos de Sistemas de Adquisición de Datos

Sistemas de Adquisición de Datos Wireless.

Los sistemas inalámbricos de adquisición de datos pueden eliminar el costo de la

instalación y el tiempo requerido para cablear todos los sensores. Estos sistemas

constan de uno o más transmisores inalámbricos enviando datos a un receptor

inalámbrico conectado a un ordenador remoto. Los transmisores inalámbricos

están disponibles para temperatura ambiente, humedad relativa, presión

barométrica, presión de línea, infrarrojos, termopares, RTD, pH, sensores de pulso

de salida de 4 a 20 mA transmisores y transductores con salida de voltaje. Los

receptores pueden ser conectados al puerto USB o Ethernet del PC.

Sistemas de Comunicación en Serie, Sistemas de Adquisición de Datos

Los sistemas de comunicación en serie para los sistemas de adquisición de datos

son una buena elección cuando la medición debe hacerse en un lugar que está

distante del ordenador. Hay varios estándares de comunicación , RS232 es la más

común pero sólo soporta comunicación de punto a punto y las distancias son

relativamente cortas. RS485 soporta distancias de transmisión de hasta 1500

metros con un o dos pares de cables, también permite compartir hasta 32

dispositivos el mismo bus.

Sistemas de Adquisición de Datos USB.

El Bus Serie Universal (USB) es un nuevo estándar para conectar PCs a

dispositivos periféricos tales como impresoras, monitores, módems y dispositivos

de adquisición de datos. USB ofrece varias ventajas sobre las conexiones

convencionales en serie y en paralelo, incluyendo un mayor ancho de banda

(hasta 12 Mbits / s) y la capacidad de proporcionar energía al dispositivo periférico.

USB es ideal para la adquisición de diferentes datos. Desde que los USB

suministran energía, sólo se necesita un cable para conectar el dispositivo de

adquisición de datos en el PC, que muy probablemente tiene al menos un puerto

USB.

Sistemas de Adquisición de Datos Ethernet.

Los sistemas de adquisición de datos Ethernet son una opción popular para

muchos usuarios. La mayoría de las instalaciones industriales y comerciales tienen

cables de red Ethernet instaladas, lo que permite la integración de un sistema de

adquisición de datos distribuido sin el costo del cableado adicional. Muchos

dispositivos Ethernet incorporan un servidor web lo que significa que transmiten su

propia página web para presentar los datos adquiridos. Esto puede ser visto por

cualquier usuario con un navegador web estándar con lo que el software adicional

no tiene por qué ser aprendido o adquirido. Otra ventaja de utilizar Ethernet es que

los datos pueden ser fácilmente compartidos entre los usuarios del Newtork local y

también a través de Internet a los usuarios autorizados en todo el mundo. Un

ejemplo de los dispositivos de adquisición de datos Ethernet recogiendo datos de

diferentes continentes

Sistema de Adquisición de Datos Plug-in Boards (Integrados).

Las tarjetas de adquisición de datos informáticos se conectan directamente al bus

de ordenador. Las ventajas del uso de las tarjetas son, la velocidad (debido a que

están conectadas directamente al bus) y el coste (debido a la sobrecarga del

embalaje y la potencia es suministrada por el ordenador). Las tarjetas ofrecidas

son principalmente para el IBM PC y ordenadores compatibles. Las características

proporcionadas por las tarjetas pueden variar dependiendo del, número y tipo de

entradas (tensión, termopar, digital), salidas, velocidad y otras funciones previstas.

Cada tarjeta instalada en el equipo se dirige a un único mapa de ubicación Entrada

/ Salida. El mapa de E/S en el ordenador, proporciona las ubicaciones de dirección

que el procesador utiliza para obtener acceso al dispositivo específico como

requiere su programa.

FUNDAMENTOS DE PROCESAMIENTO DE SEÑAL

Muestreo de señales Analógicas Para obtener datos digitales a partir de señales analógicas, la señal debe ser muestreada: Esto significa tomar el valor instantáneo de la señal en un momento determinado. Para una señal continua, las muestras se toman a intervalos regulares, generalmente con un periodo de muestreo fijo entre medidas. Para recoger información útil, un factor clave es el ritmo o frecuencia con la que se toman las medidas. En una aplicación de procesamiento de señal en la que tenemos que muestrear una señal continúa ¿cómo sabemos qué frecuencia de muestreo debemos utilizar? El teorema que define la mínima frecuencia requerida para representar de una manera precisa una señal analógica se denomina Teorema de Nyquist. Teorema de Nyquist

El Teorema de Nyquist indica que la frecuencia de muestreo mínima que tenemos que utilizar debe ser mayor que 2 · fmax, donde fmax es la frecuencia máxima de la señal. Si utilizamos esa frecuencia de muestreo, podremos reproducir posteriormente la señal a partir de las muestras tomadas. La demostración matemática de este teorema se puede buscar en muchos libros de física.

Proceso de obtención de la Señal Digital

El proceso de muestreo convierte una señal digital continua en una serie de valores digitales discretos. En primer lugar debemos eliminar primero las componentes de la señal por encima de la frecuencia de Nyquist ya que estas, no deben ser muestreadas. Esto se consigue usando un usando un filtro anti-aliasing. El filtro anti-aliasing no es más que un filtro paso bajo analógico.

La señal de entrada continua se pasa entonces a un circuito sample and hold. Este circuito toma muestras a un ritmo fijo y mantiene el valor hasta que se toma la muestra siguiente, dando como resultado una forma de onda escalonada.

Los valores muestreados se deben convertir ahora en números que ya están listos para ser procesador. Este proceso se denomina cuantificación, y se realiza mediante un conversor analógico/digital (ADC).

Para cuantificar la señal, utilizamos un número de niveles que representan escalones de amplitud de entrada; para cada muestras ADC devuelve un valor que representa el nivel más cercano al valor de la muestra. Esto implica inevitablemente una aproximación llamada Error de Cuantificación.

Cuantos más niveles de cuantificación utilicemos, podremos representar más exactamente la señal analógica. Si en un sistema DSP, el convertidor analógico/digital (ADC) tiene una resolución de 12 dígitos binarios, en total nos encontraríamos con 212=4096 niveles. El número de bits usados depende generalmente de los requisitos de la aplicación. Por ejemplo, un CD de música utiliza 16 bits, mientras que el teléfono utiliza menos, típicamente entre 8 y 13 bits. Si se asume que la señal de entrada es senoidal, podemos calcular la máxima relación señal a ruido (SNR) teóricamente posible con un número dado de bits, N, como sigue:

Cuantificación no uniforme

Para mejorar la calidad de la señal digitalizada para un número fijo de bits por muestra, una técnica usada a menudo es la cuantificación no uniforme. Esto es muy común en aplicaciones de voz y audio. Un esquema uniforme de cuantificación, es un sistema según lo descrito arriba, donde el escalón entre cada valor digitalizado es el mismo. Sin embargo, para cuantificar los sonidos más suaves de manera precisa, se requiere más exactitud que los sonidos ruidosos. Para solucionar este problema podemos utilizar un esquema diferente de cuantificación, tal como intervalos logarítmicos, en donde el intervalo del escalón varia con la amplitud de la señal. Para audio utilizamos niveles más espaciados en amplitudes más bajas para asegurarnos de que los sonidos suaves se representan más exactamente.

ADCs y DACs

Para convertir una señal analógica en digital y viceversa, el sistema requiere convertidores analógico/digital y digital/analógico. El ADC y el DAC cada vez con mayor frecuencia se pueden integrar en un solo dispositivo junto con los filtros necesarios antialiasing y de reconstrucción. Hay dos tipos principales: Los chips de Interfaz Analógico (AIC).

Los chips Codificador/DECodificador (CODEC).

La diferencia principal entre estos dos tipos es que los AIC están disponibles para un rango más amplio de aplicaciones, mientras que los CODEC se orientan generalmente a las telecomunicaciones utilizando cuantificación logarítmica y un ancho de banda fijo.

Conversores Analógico/Digital (ADC):

Hay diversos tipos de ADC disponibles actualmente, la mayoría de los cuales también contienen el circuito sample and hold requerido para digitalizar señales analógicas. Los cuatro tipos más populares son:

o ADC de aproximación sucesiva: Este tipo de ADC compara la forma de onda de la entrada de información con la salida de un DAC dentro del dispositivo. Repetidamente dividen el voltaje de entrada por la mitad produciendo una salida de n bits en n ciclos de su reloj. Los ADC de aproximación sucesiva son generalmente precisos y rápidos, y relativamente baratos de producir. Sin embargo, pueden ser lentos al responder a cambios repentinos en la señal de entrada y son sensibles a picos en la propia señal de entrada.

o ADC de Doble Pendiente: Los ADC de Doble pendiente utilizan un condensador conectado a un voltaje de referencia. Este se carga durante un tiempo determinado a través del voltaje de entrada y después se descarga a través del voltaje de referencia. El tiempo para descargarse se alacena utilizando un contador digital, y es proporcional al voltaje de entrada. Esto produce resultados muy precisos, mientras que la técnica de pendiente doble cancela la mayoría de las variaciones de la señal, pero es muy lento y generalmente costoso.

o ADC Flash: Este tipo de ADC compara el voltaje de entrada con un conjunto de voltajes de referencia creados por una escala de resistencias de igual valor. Se utilizan comparadores entre cada nivel de voltaje y la salida digital decodificada. Este proceso es muy rápido pero requiere 2n resistencias exactas para un ADC de n bits. Esto hace el ADC flash caro, y comercialmente no práctico para utilizar una exactitud de 8 bits.

o ADC Sigma Delta: ADC Sigma Delta hace uso de técnicas de sobremuestreo y de reducción de ruido. A diferencia de los ADC convencionales, utilizan principalmente técnicas y filtros digitales. Esto significa que pueden ser implementados VLSI, y por tanto relativamente económicos, o incluso integrar sobre el mismo chip procesador de la señal. Estros ADC proporcionan una buena protección frente al ruido para resoluciones de hasta 20 bits, y son excelentes para as aplicaciones de audio.

Convesores Digital/Analógico (DAC)

Para reconstruir una señal analógica después de procesar la señal digital, se utiliza un conversor digital/analógico (DAC). Los DAC son generalmente mucho más baratos que el ADC usado en un sistema. Hay dos tipos principales de DAC, que son:

o DAC Multiplicador: El valor digital de la entrada se utiliza para activar la selección de fuentes de corrientes con los valores apropiados para cada dígito binario, por ejemplo 0,25 mA, 0,5 mA, 1 mA, etc. Las fuentes de corrientes se suman y la corriente resultante se extrae directamente o se convierte aun voltaje de salida. Alternativamente, algunos DAC utilizan un conjunto de resistores escalados y una fuente de voltaje d referencia. Los resistores se conectan a tierra o a una Vcc dependiendo del valor del bit

correspondiente de la señal, y se genera una salida proporcional a la suma de los voltajes usados. Los DAC multiplicadores son el tipo usado más común, y tienen la ventaja de ser rápidos. La salida será generalmente una forma de onda escalonada que se suaviza con un filtro de reconstrucción para eliminar las altas frecuencias. La desventaja de los DAC multiplicador es que el voltaje o la corriente generada para el bit más significativo (MSB) debe ser muy exacta, lo cual es extremadamente complicado en la práctica.

o DAC Bitstream: Un DAC bitsream utiliza el mismo concepto descrito anteriormente para el ADC sigma delta, con un número más pequeño de bits de salida para una frecuencia de muestreo mucho más alta. Esto proporciona ventajas similares al ADC sigma delta, con lo que el DAC bitstream puede ser implementado principalmente en el dominio digital.

https://es.wikipedia.org/wiki/Adquisici%C3%B3n_de_datos

http://www.ni.com/data-acquisition/what-is/esa/

http://www.sc.ehu.es/acwamurc/Transparencias/(4)TAD.pdf

https://prezi.com/hddjbvjenrvx/tarjeta-de-adquisicion-de-datos-daq/

http://es.slideshare.net/rafaelelectronico/sistemas-de-adquisicin-de-datos-42318639