ADQUISICION DE DATOS USANDO LABVIEW

ADQUISICION DE DATOS Contenido: Introducción a las DAQ comerciales. Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200-10. Adquisición de una única muestra. Adquisición de N muestras. PIC 18F2550 usado como DAQ. Descripción del programa grabado en el microcontrolador. Descripción del driver en LabVIEW. Sensores y circuito de acondicionamiento para mediciones en corriente alterna. Ejercicios con PIC 18F2550 usado como DAQ.

Introducción a las DAQ: 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):

Introducción a las DAQ: 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).

Introducción a las DAQ: 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 mucha distancia, ya que provee mejor inmunidad al ruido. 5

Introducción a las DAQ: 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.

Introducción a las DAQ: 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.

Introducción a las DAQ: 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 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.

Introducción a las DAQ: 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

Introducción a las DAQ: 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 donde N = Nº de bits 10

Introducción a las DAQ: 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 11

Introducción a las DAQ: 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.

(o las que van a ser generadas) Introducción a las DAQ: 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: 13

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.

Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200-10. Para dar funcionamiento a esta placa de adquisición en nuestros trabajos prácticos es necesario instalar además de LabVIEW dos utilidades: • InstaCal • Drivers UL for LabVIEW Drivers UL for LabVIEW: Instala las librerías para poder comandar la placa desde LabVIEW InstaCal: (Instala los driver para configurar la DAQ y para que la PC la detecte)

Esta DAQ posse dos modos de funcionamiento: Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200-10. Esta DAQ posse dos modos de funcionamiento: Ingresando al programa InstaCal » Install » Configure… elegimos el modo:

Dos modos de Funcionamiento: Distribución de pines Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200-10. Dos modos de Funcionamiento: Distribución de pines modo single - ended modo diferencial 4 canales analógicos 8 canales analógicos

Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200-10. Características:

Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200-10. Características: modo diferencial modo single - ended

Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200-10. Uso de entradas analógicas: Herramientas más usadas: “Ain.vi” y “To Eng.vi” Lee un valor analógico de un canal (retorna el estado actual del conversor A/D): (un numero entre 0 y 212-1) Convierte un valor del conversor A/D a unidades de Volt de acuerdo al rango empleado Ejemplo 1 Ejemplo 2

Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200-10. Uso de entradas analógicas: Herramientas más usadas: “Ain ScFg.vi” Toma “N” muestras en los canales especificados a una tasa de muestreo especificada Count: Cantidad total de muestras a adquirir (suma de las muestras a tomar en cada canal) Rate: Tasa de muestreo para cada canal. ADData: Es un array que contiene las N muestras.

Ejemplo con DAQ Cole – Parmer 18200-10. Ejemplo de un array “ADDdata” Valores en “AIn ScFg.vi”: LowChan: 0 HighChan: 1 Count: 5000 Rate: 25000 ADData: Muestra1 CH0 1 Muestra1 CH1 2 Muestra2 CH0 3 Muestra2 CH1 4 Muestra3 CH0 5 Muestra3 CH1 Count-1 MuestraN CH1 Index Ejemplo 3

DE ADQUISICION DIDACTICA USO DEL PIC18F2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA AN0 a AN3 son las entradas analógicas que usamos RB4 a RB7 las usamos como entradas digitales RB0 a RB3 las usamos como salidas digitales Comunicación RS232 (no usada) Comunicación USB

DE ADQUISICION DIDACTICA USO DEL PIC18F2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Para emular una DAQ con el PIC realizamos un programa en el microcontrolar y varios sub-vi en LabVIEW. Sub-vi para DAQ Cole Parmer Sub-vi para DAQ PIC18F2550

DE ADQUISICION DIDACTICA USO DEL PIC18F2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Para emular una DAQ con el PIC realizamos un programa en el microcontrolar y varios sub-vi en LabVIEW. Sub-vi para DAQ Cole Parmer Sub-vi para DAQ PIC18F2550

DE ADQUISICION DIDACTICA USO DEL PIC18F2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Para emular una DAQ con el PIC realizamos un programa en el microcontrolar y varios sub-vi en LabVIEW. Sub-vi para DAQ Cole Parmer Sub-vi para DAQ PIC18F2550

DE ADQUISICION DIDACTICA USO DEL PIC18F2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Limitaciones A TENER EN CUENTA Por simplicidad en la programación del PIC se configuró: una tasa de muestreo fija. sin posibilidad de elegir un canal en especial (se muestrean los 3) una cantidad de muestras fijo (500 muestras en cada canal)

Uso de la placa con PIC18F2550 para adquirir señales alternas El rango de conversor A/D del PIC 18F2550 es: 0 V – 5 V (tensión de alimentación) pero en nuestro caso, como hay unos diodos de protección la tensión de alimentación no es 5V sino 4,2V) Limitaciones A TENER EN CUENTA 0V = 0 en el conversor 4,2V=1023 en el conversor 2. El PIC no puede medir tensiones negativas. Debemos acondicionar la señal a medir para eliminar los valores negativos Superponer a la alterna Vx una continua de Vcc/2

EJERCICIOS PROPUESTOS: Ejercicio de verificación: Medir el tiempo que tarda la DAQ con PIC en tomar una muestra de un canal analógico con el sub-vi “entrada analógica” 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. Opcional: Agregar cursores que permitan medir diferencias de tensión y/o tiempo.

DE ADQUISICION DIDACTICA USO DEL PIC18F2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Para emular una DAQ con el PIC realizamos un programa en el microcontrolar y varios sub-vi en LabVIEW que envían y reciben información del puerto COM virtual mediante las funciones “VISA”. Envían y reciben caracteres del puerto COM De acuerdo a los caracteres recibidos ejecuta una u otra tarea y “responde” Los Sub-vi en PC Programa en PIC El programa del PIC se realizó en “C” con el soft “C Compiler”. El programa se carga en el PIC con el soft “SIOW”

DE ADQUISICION DIDACTICA USO DEL PIC18F2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Ejemplo: Activación las salidas digitales RB0 a RB3 del PIC desde la PC La PC envía el carácter “A” al puerto COM virtual seguido de cuatro caracteres “1” o “0” según se quiera poner a “1” o “0” las salidas RB0 a RB3 ¿Es una “A”? Lee un carácter en el buffer de recepción COM virtual NO SI Lee los cuatro caracteres “1” o “0” Escribe los “1” o “0” en RB0 a RB3 Programa en PC Programa en PIC

DE ADQUISICION DIDACTICA USO DEL PIC18F2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Ejemplo: Lectura de las entradas digitales RB4 a RB7 La PC envía el carácter “B” al puerto COM virtual ¿Es una “B”? Lee un carácter en el buffer de recepción NO SI Lee las entradas RB4 a RB7 Arma un carácter (byte) con el estado de RB4 a RB7 Programa en PC Programa en PIC Envía a la PC el carácter los estados de RB4 a RB7 La PC lee el carácter con los estados de RB4 a RB7

DE ADQUISICION DIDACTICA USO DEL PIC18F2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Ejemplo: Lectura de una entrada analógica Programa en PC Programa en PIC La PC envía el carácter “C” al puerto COM virtual seguido de otro carácter (un número de “0” a “3” en binario) que indica que entrada leer. Lee un carácter en el buffer de recepción ¿Es una “C”? NO SI Lee el siguiente carácter (canal) Selecciona la entrada analógica dada por canal y lee el conv. A/D La PC lee el carácter con el estado del conversor A/D Envía a la PC el valor del conversor A/D

DE ADQUISICION DIDACTICA USO DEL PIC18F2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Ejemplo: Lectura de las 4 entradas analógicas 500 veces cada 0,4 ms (2500 S/s) La PC envía el carácter “D” al puerto COM virtual ¿Es una “D”? Lee un carácter en el buffer de recepción NO SI Habilita una interrupción que contará 2400 pulsos de clock y un contador de envíos Programa en PC Programa en PIC T clock=0,16666us Pone a cero el contador de pulsos de clock y lee el valor de cada entrada analógica

¿llegó a 2400 el contador de clock? USO DEL PIC18F2550 COMO PLACA DE ADQUISICION DIDACTICA Envía a la PC las cuatro muestras tomadas Página anterior ¿llegó a 500 envíos? NO SI Suma 1 al contador de envíos Pone a “0” el contador de envíos y deshabilita el la interrupción que cuenta clock La PC lee las 4x500 muestras enviadas y las clasifica en 4 arrays ¿llegó a 2400 el contador de clock? T clock=0,16666us dt=0,16666usx2400=0,4ms

Procedimiento para la carga de un nuevo programa el PIC 18F2550 Generar un programa en un lenguaje conocido Existen varios programas para generar el código. MPLAB, picbasic, PIC C compiler, etc. Crear un código de máquina 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: Con el uso de una placa cargadora de PIC y un soft de acuerdo a esta placa. (ejemplo: Placa cargadora ZIF SERIAL + soft Winpic80. Con el uso de un programa “bootloader”. Cargar el código en el PIC

(previamente cargado) Procedimiento para la carga de un nuevo programa el PIC 18F2550 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) 37

Todo se realiza mediante conexión al puerto USB. 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 38

¿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 39