Adquisición de datos por DAQ
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. 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. Las aplicaciones de adquisición de datos suelen ser controladas por programas de software desarrollados y utilizando varios lenguajes de programación de propósito general como BASIC, Assembly, C, C ++, Fortran, Java, Lisp, LabVIEW, etcétera.
En esta práctica se desarrollará un sistema de adquisición de datos por medio de un dispositivo DAQ, que se programa con el lenguaje de LabVIEW.
OBJETIVOS
Adquirir una señal senoidal durante un minuto por medio de una DAQ utilizando el lenguaje de programación LabVIEW y guardar el muestreo en un archivo.txt
MARCO TEÓRICO
¿Qué es la adquisición de datos?
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. Un sistema DAQ consiste en sensores, hardware de medidas DAQ y una PC con software programable. 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 PC’s estándares en la industria proporcionando una solución de medidas más potente, flexible y rentable.
Figura 3.1 Partes de un sistema DAQ.
¿Qué es un sensor?
La medida de un fenómeno físico, como la temperatura de una habitación, la intensidad de una fuente de luz o la fuerza aplicada a un objeto, comienza con un sensor. Un sensor, también llamado un transductor, convierte un fenómeno físico en una señal eléctrica que se puede medir. Dependiendo del tipo de sensor, su salida eléctrica puede ser un voltaje, corriente, resistencia u otro atributo eléctrico que varía con el tiempo. Algunos sensores pueden requerir componentes adicionales y circuitos para producir correctamente una señal que puede ser leída con precisión y con toda seguridad por un dispositivo DAQ.
Tabla 1: Sensores Comunes.
¿Qué es un dispositivo DAQ?
El hardware DAQ actúa como la interfaz entre una PC y señales del mundo exterior. Funciona principalmente como un dispositivo que digitaliza señales analógicas entrantes para que una PC pueda interpretarlas. Los tres componentes clave de un dispositivo DAQ usado para medir una señal son el circuito de acondicionamiento de señales, convertidor analógico-digital (ADC) y un bus de PC. Varios dispositivos DAQ incluyen otras funciones para automatizar sistemas de medidas y procesos. Por ejemplo, los convertidores digitales-analógicos (DACs) envían señales analógicas, las líneas de E/S digital reciben y envían señales digitales y los contadores/temporizadores cuentan y generan pulsos digitales.
Figura 3.2: Ejemplo de una DAQ de National Intruments.
Componentes claves 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.
¿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 Controlador
El 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 Aplicación
El software de aplicación facilita la interacción entre la PC y el usuario para adquirir, analizar y presentar datos de medidas. Puede ser una aplicación preconstruida 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.
LabVIEW
LabVIEW (acrónimo de Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) es una plataforma y entorno de desarrollo para diseñar sistemas, con un lenguaje de programación visual gráfico pensado para sistemas hardware y software de pruebas, control y diseño, simulado o real y embebido.
Figura 3.3: Logo de LabVIEW.
Los programas desarrollados con LabVIEW se llaman Instrumentos Virtuales, o VIs, y su origen provenía del control de instrumentos, aunque hoy en día se ha expandido ampliamente no sólo al control de todo tipo de electrónica (Instrumentación electrónica) sino también a su programación embebida, comunicaciones, matemáticas, etc. Un lema tradicional de LabVIEW es: "La potencia está en el Software", que con la aparición de los sistemas multinúcleo se ha hecho aún más potente. Entre sus objetivos están el reducir el tiempo de desarrollo de aplicaciones de todo tipo (no sólo en ámbitos de Pruebas, Control y Diseño) y el permitir la entrada a la informática a profesionales de cualquier otro campo. LabVIEW consigue combinarse con todo tipo de software y hardware, tanto del propio fabricante -tarjetas de adquisición de datos, PAC, Visión, instrumentos y otro Hardware- como de otros fabricantes.
Figura 3.4: Ejemplo de una interfaz creada en LabVIEW para el control e instrumentación de un sistema.
MATERIAL Y EQUIPO
MATERIAL
Protoboard
OPAM
EQUIPO
Tarjeta de adquisición DAQ
Equipo de cómputo con software LabVIEW
Generador de Funciones
Osciloscopio
Fuente de voltaje
DESARROLLO
Dado el objetivo de la práctica es requerido crear un código capaz de adquirir una señal ECG y así lograr guardarla para su posterior análisis.
Dado que la señal ECG que se pretende adquirir se especificó arbitrariamente a 1Khz se debe de tener una señal de muestreo mayor a esta para que no exista una pérdida de valores, por lo que en el código creado en LabVIEW se especificó a 3K el número de muestras a leer y a 1Khz la frecuencia establecida.
Lo que da una configuración mostrado en la figura 5.1.
Figura 5.1: Configuración de muestreo de señal.
Una vez adquiridos los datos se debe de configurar el código para que guarde los datos adquiridos por 60 segundos, según se determinó en la práctica.
Para ello se utiliza la siguiente configuración de la figura 5.2.
Figura 5.2: Código LabVIEW.
Con ello se logra adquirir 60 segundos de código y guardarlos en la locación que se requiera.
Para finalizar se diseñó el panel frontal de la siguiente manera, siendo así más amigable para el usuario. (Ver figura 5.3)
Figura 5.3: Panel Frontal.
Una vez tenido esto se logrará adquirir la señal de forma sencilla.
RESULTADOS
Una vez que se adquirieron los 60 segundos se señal ECG se lograra en posteriores trabajos analizar la señal e incluso eliminar el ruido que se le género.
Los resultados fueron guardados de la misma manera en que se muestra la siguiente tabla 2.
Tabla 2: Ejemplos de mediciones.
Al graficar una sección de los resultados se logra obtener la representación de la señal ECG con la suma de ruido. (Ver figura 6.1)
Figura 6.1: Grafica ECG.
Debido a ello se puede estudiar la señal y como continuación a ella se podría realizar un filtrado de la señal para así revisar sus valores.
CONCLUSIONES
Para realizar el programa en LabVIEW no se tuvo mucha dificultad, ya que no se requirió la implementación de una arquitectura compleja de programación para adquisición de datos, solamente el conocimiento de las funciones indispensables para la realización de la interfaz con el dispositivo DAQ, y la forma correcta de usar un ciclo while para adquirir durante 1 minuto la señal senoidal generada por un generador de funciones, valga la redundancia, y guardarla en un archivo .txt usando la función “write to measurement file”
REFERENCIAS
