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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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ADQUISICION DE DATOS POR COMPUTADORA LABVIEW
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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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ADQUISICION DE DATOS POR COMPUTADORA LABVIEW
3
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
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sario+un+Amplificador+de+Ganancia+programable+%28AGP%29+en+la+parte+de+adquisicion?&so
urce=bl&ots=TOVCLGFzsQ&sig=C0yl-eq4Ar9xjWcr7kgxhqqNSRo&hl=es-
419&sa=X&ei=vvOCVIWWMsGLgwTKnoGgBA&ved=0CBsQ6AEwAA#v=onepage&q&f=false
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.