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INSTRUMENTACIÓN AVANZADA
ADQUISICION DE DATOS
USANDO LABVIEW
INSTRUMENTACIÓN AVANZADA
ADQUISICION DE DATOS
Los Data Loggers: funcionan de forma
independiente y solo se usa la PC para
volcar los datos adquiridos.
Existen dos tipos de sistemas
de adquisición de datos
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):
DAQ
AMPLIFICADOR
MEMORIA
DAQ
CH0
CH1
SH
CHn
MULTIPLEXOR
A/D
MEMORIA
PC
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DAQ
AMPLIFICADOR
MULTIPLEXOR:
MEMORIA
DAQ
MEMORIA
PC
CH0
CH1
SH
A/D
CHn
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).
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DAQ
AMPLIFICADOR
MULTIPLEXOR:
MEMORIA
DAQ
MEMORIA
PC
CH0
CH1
SH
A/D
CHn
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.
MUL
CH0+
CH1+
CH2+
AMPLIFICADOR
CH7+
+
MUL
CH0-
Esto es conveniente especialmente en
sistemas que toman datos desde
dispositivos que están localizados a
mucha distancia, ya que provee
mejor inmunidad al ruido.
+
CH1-
A circuito SH
CH2-
CH7-
AIGND
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DAQ
AMPLIFICADOR
MULTIPLEXOR:
MEMORIA
DAQ
MEMORIA
PC
CH0
CH1
SH
A/D
CHn
MULTIPLEXOR
Conexión referenciada (RSE):
La tensión se mide respecto a un punto de
masa común.
MUL
CH0
CH1
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).
CH2
AMPLIFICADOR
+
+
CH15
A circuito SH
-
Presenta la ventaja de que se amplia la
cantidad de canales al doble que en la
conexión diferencial.
AIGND
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DAQ
AMPLIFICADOR
MULTIPLEXOR:
MEMORIA
DAQ
MEMORIA
PC
CH0
CH1
SH
A/D
CHn
MULTIPLEXOR
Conexión no referenciada (NRSE):
El circuito externo y la circuitería de la
DAQ
no tienen un punto de masa común.
MUL
CH0
CH1
CH2
En este caso el circuito externo tiene
una referencia común (AISENSE) y
mientras que la DAQ tiene otra
referencia (AIGND)
AMPLIFICADOR
+
+
CH15
Al igual que en la conexión RSE se
amplia la cantidad de canales al
doble que en la conexión diferencial.
A circuito SH
AISENSE
AIGND
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AMPLIFICADOR:
DAQ
AMPLIFICADOR
MEMORIA
DAQ
MEMORIA
PC
CH0
CH1
Es un amplificador normalmente
de ganancia programable
SH
A/D
CHn
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.
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DAQ
CIRCUITO SH:
AMPLIFICADOR
MEMORIA
DAQ
CH0
CH1
SH
CHn
MULTIPLEXOR
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
A/D
MEMORIA
PC
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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: 8bits,12 bits,16bits,etc
Sensibilida d 
Rango
2N 1
donde N = Nº de bits
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CONVERSOR A/D:
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
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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.
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DAQ
MEMORIA DAQ:
AMPLIFICADOR
MEMORIA
DAQ
MEMORIA
PC
CH0
CH1
Las placas de adquisición de datos
tienen una memoria en las que se
almacenan las muestras adquiridas
(o las que van a ser generadas)
SH
A/D
CHn
MULTIPLEXOR
DAQ
AMPLIFICADOR
Por otra parte la PC tendrá un
espacio de memoria para recibir los
datos de la tarjeta DAC.
MEMORIA
DAQ
MEMORIA
PC
CH0
CH1
SH
A/D
CHn
MULTIPLEXOR
Una vez finalizada la adquisición:
Transferencia de
datos entre la
DAQ y la PC
Mientras la adquisición está en curso:
INSTRUMENTACIÓN AVANZADA
USO DEL PIC18F2550 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 50Hz)
Por simplicidad se programó una tasa de muestreo fija de 3 Ksample/s en cada canal
INSTRUMENTACIÓN AVANZADA
Uso de la placa con PIC18F2550 para adquirir señales alternas
ASPECTOS
A TENER EN CUENTA
El rango de conversor A/D es:
0 V – tensión de alimentación
0 V – (5V – Caída en los diodos de protección)
Acondicionar la señal a medir para eliminar los
valores negativos
Vx
1.5
1
Tensión en PIC
5
4.5
4
0.5
3.5
3
0
2.5
-0.5
2
1.5
-1
1
-1.5
0.5
0
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.
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EJERCICIOS PROPUESTOS:
Ejercicio 1:
Panel frontal sugerido:
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:
 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%
INSTRUMENTACIÓN AVANZADA
EJERCICIOS PROPUESTOS:
Ejercicio 2:
Panel frontal sugerido:
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 712de efecto Hall, capaz de transformar en tensión
una corriente de ± 5A.
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 18F2550
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 Winpic80.
2. Con el uso de un programa “bootloader”.
INSTRUMENTACIÓN AVANZADA
Procedimiento para la carga de un nuevo programa el PIC 18F2550
(previamente cargado)
Con un BootLoader 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 18F2550
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
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¿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 (833kS/s)
24 entradas/salidas digitales.
8 entradas analógicas (modo RSE)
4 entradas analógicas (modo DIF)
Resolución 12 bits
50 kS/s
Ganancias programables
16 entradas/salidas digitales.