7. DAQ cu LabVIEW

A. Plãci DAQ cuplate direct

B. Organizarea VI-urilor DAQ

C. Cum se achizitioneazã un semnal analogic si cum se afiseazã grafic

D. Cum se realizeazã o achizitie analogicã cronometratã, stocarea datelor pe disc si recuperarea lor

E. Cum se achizitioneazã date de la mai multe canale analogice de intrare

F. Cum se comandã liniile digitale I/O, si bazele achizitiei de date dublu-bufferate

A. Trecere în revistã

Biblioteca DAQ din LabVIEW contine VI-uri pentru comanda plãcilor DAQ produse de National Instruments. Adesea, o placã poate îndeplini o varietate de functii - conversie analogicã digitalã (A/D), conversie digitalã analogicã (D/A), intrãri / iesiri digitale (I/O) si operatii de numãrare/contorizare.

Urmãtorul tabel prezintã plãcile pe care LabVIEW le suportã curent.

Nume Descriere Magistrala de computer

AT-MIO-16X 100 kHz Multifunction I/O Board (16 bit) AT

AT-MIO-64F-5 200 kHz Multifunction I/O Board( 12 bit) AT

AT-MIO-16F-5 200 kHz Multifunction I/O Board (12 bit) AT

AT-MIO-16 100 kHz Multifunction I/O Board (12 bit) AT

AT-DSP2200 Dynamic Signal Acquisition and DSP Board AT

Lab-PC+ Low-Cost Multifunction I/O Board (12 bit) XT/AT

PC-LPM-16 Low-Power Multifunction I/O Board (12 bit) XT/AT

EISA-A2000 1 MHz Analog Input Board (12 bit) EISA

AT-A2150 Audio Frequency Analog Input Board (16 bit) AT

AT-AO-6 6-Channel Analog Output Board (12 bit) AT

AT-AO-10 10-Channel Analog Output Board (12 bit) AT

AT-DIO-32F High-speed Digital I/O Board (32 lines) AT

PC-DIO-96 Digital I/O Board (96 lines) XT/AT

PC-DIO-24 Digital I/O Board (24 lines) XT/AT

PC-TIO-10 Timing Input/Output Board XT/AT

MC-MIO-16 100 kHz Multifunction I/O Board (12 bit) MC

MC-DIO-32F High-Speed Digital I/O Board (32 lines) MC

MC-DIO-24 Digital I/O Board (24 lines) MC

Biblioteca DAQ constã din VI-uri pentru intrãri analogice, iesiri analogice, intrãri / iesiri digitale, achizitie de date, numãrare/contorizare, magistralã RTSC (integrarea sistemelor în timp real) si generare de forme de undã. In aceastã lucrare se studiazã VI-uri de intrare analogicã, iesire analogicã, DAQ, si I/O digitale.

Componentele unui sistem de achiziție a datelor

Figura de mai sus prezinta componentele unui sistem de achizitie a datelor. Fenomenul fizic este semnalul real care trebuie masurat, cum ar fi viteza, temperatura, umiditatea, presiunea, debitul, pH-ul, pornit-oprit s.a.

Traductoarele percep fenomenul fizic si produc semnale electrice. De exemplu, termocuplele convertesc temperatura într-o tensiune pe care o mãsoarã un convertor A/D. Alte exemple de traductoare includ mãrci tensometrice, debitmetre si traductoare de presiune, care mãsoarã forta, debitul, respectiv presiunea. In fiecare caz, semnalul electric produs de traductoare este proportional cu fenomenul monitorizat.

Modulele de conditionare a semnalului "conditioneazã” semnalele electrice generate de traductoare astfel ca ele sã fie într-o formã pe care placa DAQ o poate accepta. Modulele de conditionare a semnalului se pot aplica la multe tipuri diferite de conditionãri - amplificare, liniarizare, filtrare, izolare, s.a.m.d.

Cel mai întâlnit tip de conditionare este amplificarea. Semnalele de nivel mic sunt amplificate pentru a le creste rezolutia. Pentru o rezolutie maximã, semnalul va trebui amplificat astfel ca variatia maximã de tensiune a semnalului sã fie egalã cu maximul domeniului de intrare al convertorului A/D, tipic -10 la 10 V sau 0 la 10 V. Alt tip de conditionare de semnal este liniarizarea. De exemplu, modulele de conditionare pot amplifica si liniariza tensiunea datã de un termocuplu. Conditionarea semnalului poate de asemenea filtra semnale nedorite. De exemplu, un modul de conditionare a semnalelor continând un filtru trece jos poate elimina frecventele înalte nedorite dintr-un semnal.

Cu o conditionare de semnal digital corespunzãtoare, se pot folosi linii digitale I/O de curent mic pe placa DAQ pentru a monitoriza/controla hardware industrial de înaltã tensiune. De exemplu, se poate folosi o linie I/O digitalã pentru a comanda un releu care deschide si închide o valvã.

Intrare analogicã

Când se mãsoarã semnale analogice cu o placã DAQ, trebuie luati în considerare urmãtorii factori care afecteazã calitatea semnalului digitizat: intrãri simple si diferentiale, domeniu, rezolutie, ratã de esantionare, precizie si zgomot.

Intrãrile simple sunt toate raportate la un punct de masã comun. Aceste intrãri sunt folosite când semnalele de intrare sunt de nivel mare (mai mare de 1V), legãturile de la sursa de semnal la intrarea analogicã hard sunt scurte (mai mici de 2 m) si toate semnalele de intrare au o referintã de masã comunã. Dacã semnalele nu îndeplinesc aceste criterii, se folosesc intrãrile diferentiale. In ultimul caz, fiecare intrare are referinta ei proprie de masã. Intrãrile diferentiale reduc sau eliminã erorile de zgomot deoarece zgomotul de mod-comun captat de conductoare este anulat.

Rezolutia este numãrul de biti utilizati de convertorul analogic digital (ADC) pentru reprezen-tarea semnalului analogic. O rezolutie mai înaltã înseamnã un numãr mai mare de diviziuni în care este împãrtit domeniul, o variatie mai micã de tensiune detectatã. Figura din dreapta aratã o undã sinusoidalã si imaginea digitalã corespun-zãtoare a ei, obtinutã cu un ADC pe trei biti. Un convertor pe trei biti (care este folosit rar, în scop didactic) împarte domeniul în 2³ sau 8 diviziuni. Un cod binar între 000 si 110 reprezintã fiecare diviziune. Cu certitudine, semnalul digital nu este o bunã reprezentare a semnalului original datoritã informatiei pierdute în timpul conversiei. Prin mãrirea rezolutiei la 16 biti, numãrul de coduri ale ADC creste de la 8 la 65.536(2¹⁶) si astfel el poate obtine o reprezentare cu precizie extremã a semnalului analogic.

Domeniul se referã la nivelele de tensiune minimã si maximã pe care ADC le poate cuantifica. Plãcile de achizitia datelor oferã domenii selectabile (tipic 0 la 10 V sau -10 la 10 V), asa cã se poate alege domeniul de semnal pentru care ADC va avea rezolutia disponibilã maximã pentru mãsurarea precisã a semnalului.

Domeniul, rezolutia, si amplificarea disponibilã la o placã DAQ determinã cea mai micã variatie de tensiune detectabilã. Aceastã variatie de tensiune reprezintã 1 bit cel mai putin semnificativ (LSB) al valorii digitale si este adesea numitã lãtimea codului. Cea mai micã variatie detectabilã este calculatã ca domeniul de tensiune/(amplificare x 2 ^{rezolutia în biti}). De exemplu, o placã DAQ de 12 biti cu un domeniu de intrare de 0 la 10 V si o amplificare de 1 simte o variatie de 2,4 mV, pe când aceeasi placã cu un domeniu de intrare de -10 la 10 V si o amplificare de 1 simte o variatie de 4,8 mV.

Rata de esantionare determinã cât de des are loc conversia. O ratã de esantionare rapidã achizitioneazã mai multe puncte într-un timp dat si deci poate forma o reprezentare mai bunã a semnalului original decât o ratã de esantionare lentã. Toate semnalele de intrare trebuie sã fie esantionate la o ratã suficient de rapidã pentru a reproduce cât mai fidel semnalul analogic. Corespunzãtor cu teorema esantionãrii a lui Nyquist, trebuie sã se esantioneze la o ratã cel putin dublã din frecventa maximã a componentei dorite sã fie detectata, pentru a digitiza corect semnalul. De exemplu, semnalele audio convertite în semnale electrice au adesea componente de frecventã peste 20 kHz, deci, este nevoie nevoie de o placã cu o ratã de esantionare mai mare de 40 kH·pentru a achizitiona corect semnalul. Pe de altã parte, traductoarele de temperaturã nu necesitã în mod uzual o ratã înaltã de esantionare deoarece temperatura nu are variatii rapide în cele mai multe aplicatii. Deci, o placã cu o ratã de esantionare micã poate achizitiona semnale de temperaturã.

Medierea. Zgomotul nedorit distorsioneazã semnalul analogic înainte de a fi convertit în semnal digital.

Sursa acestui zgomot poate fi externã sau internã computerului. Se poate limita eroarea de zgomot extern prin folosirea conditionãrii convenabile de semnal. De asemenea, se pot minimiza efectele acestui zgomot prin supraesantionarea semnalului si apoi medierea punctelor supraesantionate. Nivelul zgomotului este redus printr-un factor de

De exemplu, dacã se mediaza 100 de puncte, efectul zgomotului în semnal este redus cu un factor de 1/10.

Configuratia Hardware a achizitiei de date

Placa DAQ trebuie sã fie configurata înainte de a folosi VI-urile de achizitie de date LabVIEW.

Urmãtoarea sectiune evidentieazã setãri ale plãcii DAQ pentru o platforma Windows.

Programul de setare LabVIEW copiazã fisierele cerute de achizitia de date LabVIEW în computer. Fisierul ATWDAQ.DLL, interfata de nivel înalt pentru placa, este încãrcat în directorul Windows System. Fisierul WDAQCONF.EXE, folosit pentru salvarea parametrilor de configurare, este de asemenea copiat în directorul LabVIEW. Deoarece utilitarul WDAQCONF este o parte integralã a achizitiei de date, el este studiat mai în detaliu în sectiunea urmãtoare.

WDAQCONF

LabVIEW vine cu un utilitar de configurare pentru stabilirea tuturor parametrilor de configurare pentru o placa. Acest utilitar, numit WDAQCONF, salveazã parametrii de configurare într-un fisier numit WDAQCONF.CFG. Se porneste WDAQCONF prin dublu click pe icon-ul sãu în Windows. Figura de mai jos afiseazã fereastra primarã a lui WDAQCONF. WDAQCONF este de asemenea mijlocul de configurare pentru sistemul SCXI.

Rulati WDAQCONF si explicati-i trãsãturile.

Utilitare NI-DAQ

Programul de instalare LabVIEW copiazã si fisierul NI-DAQ Utilities în folder-ul Control Panels al folder-ului System. Acest utilitar configureazã setãrile hardware pentru fiecare placã utilizând optiunea Device Configuration. Hardware-ul SCXI se configureaza utilizând optiunea SCXI Configuration. Optiunea Errors contine o listã a tuturor erorilor DAQ.

Deschideti utilitarele NI-DAQ si explicati-i trãsãturile.

EXERCITIUL 7.1

OBIECTIV: Deschiderea utilitarului WDAQCONF si studierea setãrii curente. De asemenea, testarea interactiva a plãcii cu utilitarul.

Veti deschide utilitarul WDAQCONF în Windows si veti examina configuratia pentru placa DAQ din computer. Rutinele de test din WDAQCONF vor confirma functionarea plãcii.

Rugãm a nu se modifica parametrii de setare, deoarece placa a fost configuratã corect pentru lucrare.

1. Porniti utilitarul WDAQCONF prin dublu click pe icon-ul WDAQCONF în fereastra grupului LabVIEW.

Notã: Dacã Program Manager din Windows nu este fereastrã activã, click pe ea cu mouse-ul sau apãsati <Ctrl-Esc> si selectati Program Manager de la Task List. Dacã fereastra grupului LabVIEW nu este activã, faceti dublu click pe icon-ul ferestrei grupului LabVIEW.

2. Examinati parametrii plãcii prezentati în fereastra WDAQCONF arãtatã mai jos. Folositi aceastã fereastrã pentru a selecta tipurile de plãci si setãrile pentru fiecare numar de dispozitiv. Pentru clasã, Device # 1 a fost configuratã ca AT-MIO-16 (L-9, H-9, L-25, sau H-25). Setãrile DMA si IRQ sunt valori implicite ale plãcii.

3. Deschideti fereastra Device Number 1 arãtatã mai jos prin click pe Configure/Test Device# 1. Utilizati meniurile Devices, DMA si IRQ pentru a selecta tipul plãcii, canalele DMA si respectiv nivelul întreruperi-lor. Puteti modifica adresa de bazã (0x220 în acest exemplu) prin comutarea setãrilor întrerupãtorului cu mouse-ul.

Nota: Setarile pentru adresa fizica, canal DMA si nivelul întreruperilor de pe placa trebuie sa fie aceleasi cu cele selectate în WDAQCONF.

4. Meniul Hardware deschide o fereastrã Hardware Configuration, pe care o utilizati pentru a specifica setãrile implicite pe o per-device basis. Setãrile voastre trebuie sã fie identice cu setãrile de pe placã configurate cu comutatoare dacã placa este configurabilã prin comutatoare.

5. Folositi meniul Test pentru a verifica operarea plãcii DAQ. Ar trebui sã folositi rutinele de test pentru a verifica operarea hardware înaintea încercãrii de utilizare a VI-urilor LabVIEW de achizitie a datelor.

a. Alegeti optiunea Configuration din meniul Test. Verificati cã utilitarul dã mesajul "Device Configuration has been verified". Aceasta confirmã setarea hardware. Click pe O.K. în cãsuta de dialog.

b. Alegeti optiunea Analog I/O din meniul Test. Se deschide fereastra arãtatã la dreapta. Click pe butonul Analog Input pentru a achizitiona ten-siunea de la canalul 0. Tensiunea afisatã ar trebui sã fie între 0,7 V si 0,9 V. Canalul 0 este legat la senzorul de temperaturã. Inchideti fereastra când ati terminat.

c. Alegeti optiunea Digital I/O de la meniul Test pentru a afisa fereastra Digital Test. Comutati Lines 0 la 3 pe Port 1 în sectiunea Digital Output si apãsati butonul Digital Output pentru a trimite forma. Aceste linii corespund Led-urilor Port B de pe cutia demo atasatã la placa DAQ. Inchideti fereastra.

6. Inchideti ferestrele WDAQCONF rãmase si reveniti în LabVIEW.

Sfârsitul exercitiului 7.1

<< >>