PRACTICA 4. ADQUISICIÓN DE DATOS CON MATLAB

MATLAB

LABORATORIO DE CONTROL II

1. Objetivos

1. Diferenciar las tarjetas de adquisición de acuerdo a sus características eléctricas, velocidad de mues- treo, número de canales y resolución.

2. Emplear el software de programacion MATLAB para configurar y probar las tarjetas de adquisicion disponibles en el almacen de la FIE, para el proceso de conversion de señal analoga-digital y digital- analoga.

2. Marco Teórico

2.1. Sitema de adquisición de datos

El propósito de cualquier sistema de adquisición de datos es proporcionar las herramientas y los recur- sos necesarios para medir y analizar fenómenos o procesos físicos, por ejemplo la magnitud o frecuencia de una variable. Consecuentemente, un sistema de este tipo puede pensarse como un conjunto de hardware y software que conectan al usuario con el mundo físico. Los sistemas de adquisición de datos son un componente importante en un sistema de instrumentación y control, ya que proporcionan información que permiten comparar el valor actual y el valor esperado de cierta variable de un proceso en forma digital. A partir de ésta comparación y dependiendo del nivel de la señal de error, se pueden adelantar acciones de control que garanticen que la variable en cuestión alcance niveles permisibles de acuerdo con las exigencias y requerimientos del proceso.

Un sistema de adquisición de datos típico consta de los siguientes componentes:

Los sensores o transductores que convierten una fenómeno o magnitud física en una señal electrica Un sistema de acondicionamiento que filtra, aisla y/o amplifica dicha señal

Un sistema de adquisición de datos que convierte la señal analógica a digital

Un sistema de tratamiento que va a transformar la información digital presentada por el bloque anterior, en información útil para el usuario

Un sistema de visualización que va a desplegar la información procesada.

La figura 1 muestra un esquema que representa la arquitectura de un sistema básico de adquisición de datos.

En el sistema de adquisición de datos exhibido anteriormente las flechas entre los bloques Adquisición y Computador, indican que los datos se reciben y transmiten en las dos direcciones. Un sistema con esta estructura se conoce como sistema bidireccional de adquisición de datos.

2.1.1. Hardware de adquisición de datos

El hardware de adquisición de datos puede ser interno o externo. En el primer caso, el mismo se instala

en una ranura (slot) de expansión dentro de la computadora, en el otro, se conecta a la computadora

a través de algún puerto (port) serie o paralelo mediante un cable externo. En el nivel más simple, el

hardware de adquisición de datos se caracteriza por los subsistemas que posee. Un subsistema es un

Figura 1: Esquema del proceso de adquisición de datos.

componente del hardware de adquisición de datos que realiza una tarea especializada.

Los subsistemas más comunes son:

Entradas analógicas Salidas analógicas

Entradas/Salidas digitales (Input/Output I/O) Contador/reloj

Las placas de adquisición de datos que constan de varios sistemas simples, se denominan tarjetas multi- función.

Subsistema de entradas análogicas El subsistema de entradas analógicas convierte en bits las señales recogidas por los sensores desde el mundo físico, de modo que ellas puedan ser interpretadas por la computadora al muestrear y cuantizar las señales analógicas usando uno o más canales. Un canal puede entenderse como el camino a través del cual viaja la señal que proviene desde un sensor. Normalmente se trata de dispositivos con varios canales que ofrecen 12 o 16 bits de resolución. Los subsistemas de la entrada analógicos también son llamados subsistemas AI (Analog Input), convertidores A/D (Analog/Digital) o ADC (Analog-Digital Converter). El rango de entrada del subsistema de entradas analógicas es un conjunto de valores de la señal de entrada para el cual la conversión A/D es válida. Normalmente el rango de entrada puede seleccionarse ajustando la ganancia. Muchas tarjetas de adquisición de datos incluyen un amplificador de ganancia programable que le permite cambiar el rango del dispositivo a través del software. Los subsistemas de entradas analógicas típicos pueden convertir tanto señales bipolares como unipolares. Una señal unipolar contiene sólo valores positivos o nulos, mientras un signo bipolar contiene tanto valores positivos como negativos o nulos.

Las tarjetas de adquisición soportan entradas analógicas en cualquiera de las siguientes configuracio- nes, que se pueden observar en la tabla 1:

Modo diferencial: en modo diferencial, el dispositivo mide la diferencia de voltaje entre las dos señales AI (AI+ y AI-).

Modo común referenciado: en el modo de RSE, el dispositivo mide la tensión de una señal de AI en relación con AI GND.

Modo común no referenciado

: en el modo NRSE, el dispositivo mide el voltaje de una señal de AI en relación a uno de las entradas AI(AI o AI2) .

Fuentes de señal flotante. Una fuente de señal flotante no está conectada al sistema de tierra del edificio, pero tiene un punto de referencia de tierra aislado. Algunos ejemplos de señal flotante fuentes son las salidas de los transformadores, termocuplas, dispositivos alimentados con baterias, aisladores ópticos, y amplificadores de aislamiento. Un instrumento o dispositivo que tiene una salida aislada es una fuente de señal flotante.

1

Conexión solo disponibles para las tarjetas PCI

Cuando utilizar las conexiones con las fuentes de señal diferencial flotante. Utilizar co- nexiones de entrada diferencial para cualquier canal que cumpla con cualquiera de los las siguientes condiciones:

La señal de entrada es de bajo nivel (menos de 1 V).

Los cables de conexión de la señal al dispositivo son mayores de 3 m. (10 pies).

La señal de entrada requiere de una tierra separada del punto de referencia o de retorno de la señal.

La señal viaja a través de entornos ruidosos.

Dos canales de entrada analógica, AI y AI +, están disponibles para la señal.

La conexion de señales en modo diferencial reduce la captación de ruido y aumenta el rechazo al ruido de modo común.

Subsistema salidas analógicas. El subsistema de salidas analógicas convierte datos digitales alma- cenados en la computadora en señales analógicas con sentido físico. Opera de modo inverso a como lo hace el subsistema de entradas analógicas. Las tarjetas típicas de adquisición de datos poseen dos canales de salida con 12 bits de resolución, aunque también hay hardware especializado que puede tener varios canales analógicos de salida. Los subsistemas de salidas analógicas también se denominan AO (Analog Output), convertidores D/A (Digital/Analog), o DAC (Digital-Analog Converters).

Subsistema contador/reloj. El subsistema contador/reloj se usa para contar eventos, medir la fre- cuencia o el período de las señales y para generar trenes de pulsos.

Referencia de puesta a tierra de AI

Fuentes de señal flotante (No conectadas a la Puesta Tie- rra)

Señales con referencia a tierra

Ejemplos:

Termocuplas sin puesta a tierra

Señales acondicionadas con salidas aisladas Dispositivos de bateria

Ejemplo:

Instrumentos plug-in con salidas no aisladas

Modo diferencial (DIFF)

Modo común no referen- ciado (NRSE)

Modo común referenciado (RSE)

Tabla 1: Configuración de canales de entradas análogas

2.1.2. Sensores

Los sensores convierten los fenómenos físicos de interés en una señal que puede ser leída por el hardware de adquisición de datos. Según el tipo de señales de salida que producen, los sensores pueden clasificarse en dos tipos principales: los sensores digitales y los sensores analógicos. Los sensores digitales producen una señal de salida que es una representación digital de la magnitud o señal física de entrada, por lo que ella toma valores discretos de magnitud medidos en tiempos discretos. Ejemplos de sensores digitales son llaves electrónicas (electronic switches) y detectores de posición (encoders).

Los sensores analógicos producen señales de salida directamente proporcionales a las señales físicas de entrada, las cuales son continuas en magnitud y tiempo. La mayoría de las variables físicas como la temperatura, la presión y la aceleración, por naturaleza, varían en forma continua, consecuentemente, son fácilmente mensurables con sensores analógicos. Las dos características más importantes de los sensores son:

La salida

El ancho de banda

Salida de los sensores. Las salidas de los sensores pueden ser señales analógicas o digitales y, nor- malmente, se trata de voltajes; aunque también hay sensores cuya salida es una señal de corriente.

Señales de corriente: Los sensores cuya senal de salida es una corriente se usan preferentemente en situaciones en las cuales hay muchas perturbaciones indeseable (ruido), porque ellos son mucho menos afectados por ellas. El rango de las senales de corriente estan, generalmente, en los ordenes de 4mA−20mA o 0 − 20 mA. El rango de valor minimo diferente de cero la ventaja de que, incluso al minimo valor, hay una corriente perceptible fluyendo y la ausencia de la misma es un claro indicador de la existencia de un problema en el sistema. Generalmente, antes de la conversion A/D en el subsistema de entradas analogicas las senales de corriente se convierten normalmente en senales de voltaje mediante un resistor.

La resistencia del mismo debe ser de alta precision, en el orden de 0,03 % o 0,01 % dependiendo de la resolucion del hardware. Adicionalmente, la senal de voltaje debe ser compatible con los requerimientos de la entrada del hardware. Segun la ley de Ohm, para senales entre 4mA y 20mA, una resistencia de 50Ω dara por resultado un voltaje de 1 V con el mayor valor de corriente.

Señales de voltaje: La señal de salida de los sensores más comúnmente es un voltaje y hay tres aspectos importantes a considerar.

Amplitud: Si la señal es demasiado pequeña (algunos pocos mV) puede ser necesario amplificarla.

Por el contrario, si supera el rango máximo admisible por la entrada analógica del hardware (típi- camente +/ − 10 V), la señal deberá ser dividida usando un dispositivo apropiado para ello; por ejemplo, una red de resistencias. La amplitud se relaciona entonces con la sensibilidad del hardware.

Frecuencia: Siempre que se adquieren datos, se debe decidir la frecuencia más alta que se desea medir. La componente de frecuencia más alta de la señal determina la frecuencia de muestreo ade- cuada. Si se tiene más de una entrada, pero sólo un subsistema de entradas analógicas, entonces la frecuencia de muestro global apropiada aumenta proporcionalmente al número de entradas. Las frecuencias más altas pueden estar presentes como ruido, el cual puede eliminarse o reducirse fil- trando la señal antes de que sea digitalizada. La frecuencia adecuada para el muestreo se relaciona también con el ancho de banda de la medida, tópico que se analiza más adelante.

Duración: Se refiere al tiempo durante el cual debe ser medida la señal. Si los datos se guardan en la memoria del sistema o en un archivo del disco, la duración determina los recursos de almacenamiento que se requieren.

Ancho de banda: El ancho de banda está dado por el rango de frecuencias presentes en la señal

a ser medida. También se lo puede relacionar con la rapidez de cambio de la señal. Una señal que

varía lentamente tiene un ancho de banda bajo, mientras que una señal que varía rápidamente tiene

un ancho de banda alto. Para medir los fenómenos físicos de interés el ancho de banda del sensor

debe ser compatible con el de la magnitud medida.

2.2. Data Adquisition Toolbox de Matlab

Bajo la denominación “Data Acquisition toolbox” se recogen una serie de funciones desarrolladas en Matlab que proporciona las siguientes funcionalidades para la adquisición de datos, como son:

Un entorno de adquisición y medida de datos desarrollado sobre un sistema PC compatible provisto de interfases adecuados de entrada y salida de datos

Soporte de subsistemas de entrada analógica (ai), salida analógica (ao) y entrada-salida digital (dio) Compatibilidad con las siguientes familias de dispositivos de adquisición Advantech Device Mana- ger, Agilent Technologies, Keithley, Measurement Computing Corporation, National Instruments, puertos paralelos (LPT1-LPT3) y tarjetas de sonido compatibles con Windows.

Adquisición de datos dirigida por eventos.

2.2.1. Componentes

El “Data Acquisition toolbox” se encuentra formado por tres tipos de elementos que permiten el paso de información entre Matlab y los dispositivos de adquisición de datos:

Ficheros M, cuyo desarrollo permite crear dispositivos objeto, adquirir datos o generar datos de salida, configurar las propiedades de los elementos de adquisición de datos y procesar los datos adquiridos. La correcta configuración de estas propiedades permite controlar al dispositivo de ad- quisición de datos para que se ajuste a las necesidades del usuario.

Motor de adquisición de datos encargado de almacenar los dispositivos objeto creados, sus confi- guraciones y propiedades, los datos recogidos o almacenados para su envío, así como el control y sincronización de los eventos.

Controladores de dispositivos que trasladan las propiedades, eventos y datos entre el motor de adquisición de datos y el dispositivo físico de entrada-salida empleado.

Como se muestra en la figura 2, estos componentes permiten intercambiar información entre MATLAB y el hardware de adquisición, ilustrando la manera en que la información fluye de un componente al otro.

Figura 2: Herramientas para adquisición de datos de Matlab.

2.2.2. Dispositivos objeto - Funciones

Estos elementos permiten gobernar desde Matlab los diferentes subsistemas de entrada-salida presentes en el dispositivo físico de adquisición de datos instalado en el PC. Matlab dispone de tres tipos de dispositivos objeto: ai (entrada analógica), ao (salida analógica) y dio (entrada-salida digital).

Entrada analógica: De esta forma, para iniciar una sesión de adquisición de datos en Matlab se deben seguir los siguientes pasos:

1. Crear un dispositivo objeto, usando para ello las funciones de Matlab analog input, analog output o digitalio según sea el caso de una entrada analógica, salida analógica o entrada-salida digital, respectivamente. El formato de uso de estas tres funciones es idéntico, debiéndose indicar la deno- minación del “driver” dispuesto por Matlab que es adecuado para el dispositivo físico de adquisición (en adelante, tarjeta de adquisición) de que se dispone. También hay que indicar el identificador de dispositivo que se asocia a la tarjeta de adquisición cuando se instala. Un ejemplo de definición de un dispositivo objeto de entrada analógica con una tarjeta de National Instruments (como la que se dispone en el laboratorio), con un identificador de dispositivo igual a 1, sería:

>> ai = analoginput(‘nidaq’,‘Dev1’);

Ahora se debe especificar el tipo de entrada del canal de entrada analógico, por medio de la propie- dad InputType. Para dispositivos NI InputType puede ser SingleEnded, Differential, NonReferen- cedSingleEnded, o PseudoDifferential. Para dispositovs MCC y Advantech puede ser SingleEnded o Differential. El usuario debe escoger el tipo de conexión que mas se ajuste a su sistema de adqui- sición. Para tarjetas de sonido puede ser unicamente AC-Coupled. La sintaxis es como sigue:

>> ai.InputType = ‘Differential’;

>> ai.InputType = ‘SingleEnded’;

2. Configurar los canales de E/S, mediante la función adchannel que adiciona los canales a los objetos de entrada o salida análoga. La sintaxis usada es:

>> addchannel(obj,hwch);

Donde obj es el objeto de entrada o salida análoga, y hwch especifica los ID’s numéricos de los canales de hardware adicionados al dispositivo objeto (ccreado ya anteriormente). Por ejemplo, para crear un canal de entrada analógico usando el canal de hardware 0 se escribiría:

>> addchannel(ai,0);

Si lo que se desea es añadir un grupo de canales hardware, por ejemplo del 0 al 3, se escribiría:

>> addchannel(ai,0:3);

3. Para definir las propiedades que ajustarán la adquisición de datos a las necesidades del usuario se emplea la función set, que configura las propiedades objeto. La sintaxis es la siguiente:

>> set(obj,’PropertyName’,PropertyValue);

Donde se hace referencia al dispositivo objeto empleado, la propiedad que se quiere definir y el valor que se le asigna a la misma. En principio, las dos propiedades básicas que interesa ajustar son la frecuencia de muestreo (SampleRate) y el número de muestras por disparo (SamplesPerTrigger):

>> set = (ai,‘SampleRate’,Fs);

>> set = (ai,‘SamplesPerTrigger’,Samples);

Para conocer las propiedades del objeto que se han definido, se puede hacer uso de la función get(<nombre-objeto>), o bien mediante <nombre-objeto>.[nombre-propiedad]

4. También es importante conocer cuál es el verdadero valor de la frecuencia de muestreo actual, lo hacemos con:

>> ActualRate = get(ai,‘SampleRate’);

5. Para establecer el rango de entrada de cada canal análogo que se tenga adicionado se usa la propiedad InputRange, que por medio de un vector de dos elementos especifica el rango de voltajes que puede ser aceptado por el subsitema de entrada análogo (AI).

>> ai.Channel(1).InputRange = [-0.05 0.05];

>> ai.Channel(2).InputRange = [-10 10];

O si bien solo se cuenta con un canal de entrada o se desea configurarlos todos con el mismo rango:

>> ai.Channel.InputRange = [-10 10];

El usuario puede conocer los rangos de entrada soportados por la tarjeta consultando el campo InputRanges de la función daqhwinfo:

>> out = daqhwinfo(ai);

>> out.InputRanges

6. Despúes de haber configurado todas las propiedades del canal, se debe definir el disparo para habilitar la adquisición de datos. Para ello se emplea la propiedad TriggerType con la cual se especifica el tipo de de disparo a ejecutar, pudiendo ser Inmediato, Manual o por Software. Se utiliza así:

>> ai.TriggerType = ‘Manual’, ‘Inmediate’, o ‘Software’

Se recomienda configurar el disparo inmediato (justo despues de llamar la función start ) , ya que si se hace por software es necesario asociarlo a un evento y para el caso Manual el trigger solo se ejecuta hasta el llamado:

>> trigger(ai)

7. Iniciar la adquisición o salida de datos al emepezar la ejecución del dispositivo objeto usando la función start.

>> start(ai)

8. Tras este punto suele usarse la función getdata para extraer los datos de la entrada analógica, el tiempo y la información de eventos del motor de adquisición de datos. Es común utlizarla de la siguientes maneras:

>> data = getdata(obj);

Que extrae el número de muestras especificado por la propiedad SamplesPerTrigger para cada canal de contenidos por obj (en este caso ai). data es una matriz m-por-n, donde m es el número de muestras extraídas y n es el número de canales. Ó:

>> [data,time] = getdata(obj);

Que devuelve los datos como parejas muestra-tiempo. El tiempo es una matriz m-por-1 de valores de tiempo relativo, donde m es el número de muestras retornadas en data. Cada elemento de tiempo indica el tiempo relativo, en segundos, de la muestra correspondiente en data, medido con respecto a la primera muestra registrada por el motor.

Luego de adquirir los datos es común utilizar plot o cualquier función otra que nos permita la visualización o procesamiento de los datos adquiridos y almacenados con la función getdata.

9. Finalización del proceso haciendo uso de las funciones stop que termina la ejecución del objeto y delete que borra la variable para liberar memoria y otros recursos:

>> stop(ai)

>> delete(ai)

Una segunda opción a la hora extraer los datos del canal de la tarjeta es utilizar las instrucciones:

>> for k=1:N

>> sample = getsample(ai);

>> pause(T);

>> putsample(ao,0)

>> end

Las funcion getsample permite adquirir de forma inmediata una muestra de uno o varios canales de entrada análoga, mientras que putsample exporta de forma instantánea una muestra a uno o varios canales de salida análoga (dependiendo de cuantos se hayan agregado al dispositivo objeto). Para el ejemplo anterior N es el número de muestras a tomar y T es el periodo de muestreo definido por el usuario, es decir

. Ésta forma sería la forma ideal para implementar cuando se trabaja con sistemas de control porque permite procesar los datos y producir una señal de salida de forma instantánea posibilitando tener actualizadas las variables.

Salida análogica: La configuración para obtener un canal de salida analógica es similar a la requerida para una entrada, se debe iniciar por crear el objeto de salida análogica con la función analogoutput :

>> ao = analogoutput(‘nidaq’,‘Dev1’);

>> addchannel(ao,0);

>> set(ao,‘SampleRate’,Fe);

Se configura la frecuancia de exportación con la función set, especificando su valor por medio de Fe.

Con la función putdat a pone en cola los datos especificados en data en el motor para la salida final en el subsistema de salida analógica. data debe consistir en un vector columna de datos para cada canal contenido por obj (el objetos dispositivo ‘ao’). Es decir, los datos deben ser una matriz m-por-n, donde m filas corresponden a la cantidad de muestras y n columnas corresponden con el número de canales en obj.

>> putdata(ao,data);

Las demas funciones operan de igual forma como en el subsistema de entrada análogo.

>> start(ao)

>> stop(ao)

>> delete(ao)

2.2.3. Bloques de Simulink

El software del Data Acquisition Toolbox provee una Libreria de bloques que permite interactuar

con el hardware de adquisicion directamente desde el Simulink. Estos bloques permiten adquirir senales

análogas o digitales a un medelo de Simuliink, o exportar datos analogos o digitales desde el archivo .mdl

al dispositivo de hardware.

Bloques de Entrada Analoga. Adquieren datos o muestras simples desde multiples canales de dis- positivos de adquisicion de datos. El bloque de entrada analoga abre, inicializa, configura y controla un dispositivo de adquisicion de datos analogo. La apertura, inicializacion y configuracion ocurre una vez que se inicia una ejecucion del modelo. Durante el tiempo de ejecucion del modelo, el bloque adquiere datos ya sea sincrónicamente (entrega el bloque actual de datos que el dispositivo proveé) o asincrónicamente (datos de entrada en buffer).

El bloque no tiene puertos de entrada, tiene uno o mas puertos de salida dependiendo de la connfigura- cion que escoja el usuario en el cuadro de diálogo de Source Block Parameters. La figura 3 muestra el bloque configurado con un puerto para ambos canales y con un puerto para cada canal, en el caso de un dispositivo que tenga dos canales.

Cuadro de dialogo: Se utiliza para seleccionar el modo de adquisición y establecer otras opciones de configuración.

Modo de adquisicion.

Asynchronous: inicia la adquisición cuando la simulación empieza. La simulación corre mientras los datos son adquiridos en un buffer FIFO. La adquisicion es continua; el bloque guarda datos mientras exporta un marco de datos por cada periodo de muestreo.

Synchronous: inicia la adquisición en cada periodo de muestreo. La simulación no continua hasta que el bloque requirido de datos es adquirido. Esta es una entrada sin buffer; el bloque exporta sincronicamente el ultimo marco de datos en cada periodo de muestreo.

Opciones.

Device: se debe seleccionar el dispositivo del cual se desea adquirir datos. Los items en la lista varían, dependiendo de cuales dispositivos se tengan conectados al sistema.

Hardware sample rate: la tasa a la cual las muestras son adquiridas del dispositivo, en muestras por segundo. Este es el tiempo de muestreo para el hardware.

Block size: el numero deseado de muestras a exportar en cada intervalo de tiempo por cada canal.

Block size corresponde a la propiedad SamplesPerTrigger para un dispositivo de entrada analoga.

Input type: especifica la configuracion del canal de hardware como RSE, Diferencial, etc. El tipo de entrada es definido de acuerdo a las capacidades del dispositivo seleccionado.

Channels: la tabla de configuracion de canales lista los canales y el usuario debe configurarlos. Se deben utlizar los cajones de chequeo y botones de selección para configurar desde que canales se va adquirir datos.

Salidas.

Number of ports: se puede seleccionar uno para todos los canales de hardware (por defecto) o uno por cada canal de hardware. Usando 1 para todos los canales los datos son descargados por un unico puerto como una matriz del tamaño del bloque x el numero de canales seleccionados. Usando 1 por canal de harware los datos son sacados desde N puertos, donde N es igual al numero de puertos seleccionados. Cada puerto de salida sera un vector columna con un tamaño del Block size x 1.

Figura 3: Bloque de entrada analoga.

Signal type: seleccionable entre Sampled-based (basado en muestras) o Frame-based (basado en marcos).

Data type: el usuario selecciona el tipo de datos salidos desde el bloque. El bloque de entrada análoga soporta datos de tipo duoble y native.

Bloques de Salida Analoga. Exporta datos o muestras simples a multiples canales de dispositivos de adquisicion de datos. El bloque de entrada analoga abre, inicializa, configura y controla un dispositivo de adquisición de datos análogos. La apertura, inicialización y configuración ocurre una vez que se inicia una ejecución del modelo. Durante el tiempo de ejecución del modelo, el bloque adquiere datos ya sea sincrónicamente (el bloque da salida a medida que se proporcionan los datos) o asincrónicamente (datos en memoria).

El bloque tiene uno o mas puertos de entrada dependiendo de la configuración que escoja el usuario en el cuadro de dialogo Sink Block Parameters. No tiene puertos de salida. La figura 4 muestra el bloque configurado con un puerto para ambos canales y con un puertos para cada canal, en el caso de un dispositivo que tenga dos canales seleccionados.

Cuadro de dialogo: Es necesario usar el cuadro de dialogo Sink Block Source para seleccionar el modo de adquisición y fijar otras opciones de configuración.

Modo de exportación.

Asynchronous: inicia la salida de datos hacia el hardware cuando se inicia la simulación. La simu- lación se ejecuta mientras los datos de salida son sacados desde un buffer FIFO (First In, First Out). Este modo de guardar y sacar los datos desde el bloque, permite realizar una tarea basada en tramas o en muestras base.

Synchronous: inicia la salida de datos al hardware en cada intervalo de tiempo. La simulación no continuará funcionando hasta que el bloque actual de datos es sacado. En el modo síncrono, el bloque sincroniza las salidas como un vector o tramas de muestras entregadas por cada intervalo de tiempo.

Opciones.

Device: el dispositivo de adquisición de datos al que desea exportar los datos. Los elementos de la lista varían, dependiendo de los dispositivos que haya conectado a su sistema.

Hardware output rate: la velocidad a la cual las muestras se envían al dispositivo, en muestras por segundo. Esta tasa de salida para el hardware se define cuando se selecciona un dispositivo. La tasa de salida especificada debe estar dentro del intervalo admitido por el dispositivo seleccionado.

Channels: la tabla de configuración de canales lista los canales del dispositivo de hardware y permite configurarlos. Se usen las casillas de verificación y botones de selección para especificar los canales para enviar los datos.

Hardware Channel - muestra el ID del canal especificado por el dispositivo, y es de sólo lectura.

Name - especifica el nombre del canal. Por defecto, la tabla muestra los nombres facilitados por el hardware, pero se pueden editar los nombres. Output - especifica el rango de salida disponible para

Figura 4: Bloque de salida análoga

cada canal soportado por el hardware, y es definido por el dispositivo seleccionado. Initial value - especifica el valor inicial para ser sacado en el inicio de la simulación, si se utiliza el modo asíncrono.

El valor predeterminado es 0. En el modo síncrono, la columna Valor inicial no aparece en la tabla.

Numero de de puertos: Seleccionable entre 1 para todos los canales de hardware (por defecto) o uno por canal de hardware.

Utilizando 1 para todos los canales los datos son cargados desde un solo puerto como una matriz, con un tamaño de [S x número de canales seleccionados], donde S es el número de muestras pro- porcionadas como entrada.

Utilizando 1 por canal de hardware los datos son cargado desde N puertos, donde N es igual al número de canales seleccionados. Cada puerto de entrada será un vector columna con un tamaño de [S x 1], donde S es el número de muestras proporcionadas como entrada.

3. Trabajo previo

1. Consultar los manuales de las tarjetas de adquisición disponibles en el almacen de la FIE. Especifique cúal de todas tiene mejores prestaciones.

2. ¿En que condicones de la práctica favorece utilizar las conexiones en modo común o diferencial?

3. Construya un bosquejo de lo que será el script de Matlab que utilizará para leer y escribir datos con la tarjeta de adquisición.

4. Práctica

1. En el software Measurement and Automation Explorer de National Instruments, emplear el Test Panel para configurar y probar la entrada y salida análoga de la tarjeta de adquisición asignada, apoyándose de un generador de señales y un osciloscopio.

2. Implementar un script y modelo en MATLAB que obtenga una señal senosoidal externa con fre- cuencia de 10 Hz y graficarla de acuerdo a la frecuencia de muestreo estimada. Deducir la frecuencia de muestreo adecuada.

3. Tomar la señal obtenida e implementar dos operaciones básicas sobre ella: una suma, resta, mul- tiplicación o división sobre una constante. Graficar la señal resultante a través de un plot y un scope.

4. Tomar la señal obtenida luego de los cálculos y exportarla por medio de la salida análoga para visualizarla en el osciloscopio. Tener precaución de no superar los valores límites en la salida análoga de la tarjeta de adquisición, para evitar errores en la ejecución del programa.

5. Ahora adquirir la misma señal configurando una frecuancia de muestreo de 15 Hz y grafique la onda resultante.

5. Preguntas de análisis

1. ¿Cómo se puede explicar lo sucedido en el item cinco de de la práctica?

2. ¿Para los sistemas de control cual es la mejor forma de conectar la entrada a la tarjeta de adquisi- ción? ¿Por qué?

Referencias

[1] Perez Garcia, Miguel A. Instrumentacón electrónica. Madrid, España. Thomson editorial. 1994.

[2] Quintero M., Christian G. Instrumentacón electrónica aplicada. Barranquilla, Colombia. Ediciones Uninorte. 2011.

[3] National Instruments Corporation. Manual de usuario y especificaciones NI USB-6008/6009. Austin, Texas; USA. Soporte NI. 2008.

[4] Measurements Computing Corporation. Especificaciones USB 1208FS. Norton; Massachusetts. USA.

2010.

[5] National Instruments Corporation. Manual de usuario M Series. Austin, Texas; USA. Soporte NI.

2008.

[6] The Mathworks Inc. Ayuda de Matlab R2009a. Massachusetts, U.S.A. 2009.